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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA E SOLOS
TECNOLOGIA DE PRODUTOS DE TECNOLOGIA DE PRODUTOS DE ORIGEM VEGETALORIGEM VEGETAL
Prof.: Daniel M. Tapia T.Eng. Agrônomo MSc
2006
CRESCIMENTO MICROBIANO EM ALIMENTOS
Quais são as possíveis causas das alterações nos alimentos?
Enzimas presentes nos alimentos
Reações Químicas
Enzimáticas Compostos Fenólicos
Enzym atic Brown ing
Involves Enzym es Called Involves Enzym es Called Polyphenol OxidasesPolyphenol OxidasesRelatively Fast ReactionRelatively Fast ReactionSubstrates ofSubstrates of Phenolic Phenolic com pound com pound
O HO H
O HO H
O HO HHH 33CCO HO HR-C HR-C H22
TyrosineTyrosine CatecholCatechol CresolCresol
Enzymatic Browning
O HO H
O HO H
H OH O
OO
OO
OO
OO
OO
OOMelaninMelanin
HH 22OO
Q uinonesQ uinones are uns table - proceed to Melanin are uns table - proceed to Melanin
Enzym es are normally Enzym es are normally compartmentizedcompartmentizedCutting/Bruising releases enzym es - leads to discolorationCutting/Bruising releases enzym es - leads to discoloration
–– banana, apple, potato, etc.banana, apple, potato, etc.
Reações químicas não enzimáticas
Oxidação de ácidos graxos
insaturados por causa do O2atmosférico
RancidezOxidativa
Peróxidos
• Escurecimento químico não enzimático
Reação de Maillard
Louis Camille Maillard4 fevereiro 1878 / 16 maio 1936
CaramelizaçãoCompostos polidroxicarbonilados
(açucares, certos ácidos).
Aquecimento
Desidratação dos açucares
Aldeídos ativos
5-Hydroxymethylfurfural
HMF – Produto intermediário da reação da caramelização
• Mecanismo do Ácido Ascórbico
Responsável pelo escurecimento de sucos cítricos concentrados
(limão, tangerina)
Quando aquecido em meio forma furfural, podendo sofrer polimerização e originar
compostos de coloração escura
FURFURAL
Mudanças físicas causadas por processos:
Congelamento
Desidratação
Manuseio Deficiente
Queimaduras
• Pragas, insetos e roedores
Crescimento e Atividade dos Microrganismos
Os microrganismos como qualquer outro ser precisam de boas condições
para crescer
A capacidade de sobrevivência ou de
multiplicação dos microrganismos
que estão presentes num alimento
depende de uma série de fatores
Crescimento Associativo
• Simbiose
• Sinergismo
• Metabiose
Microrganismos
Microrganismos
Microrganismos
Microrganismos
Estrutura BiológicaEh
pH Alimento awAntimicrobianos
Nutrientes
Temperatura
Gases
Umidade Relativa
Fatores IntrínsecosRelacionados com as própias
características do alimento
Atividade de água (aw)
pH
Potencial Oxido-redução (Eh)
Composição Química do Alimento
Atividade de Água (aw)
O crescimento e o metabolismo microbiano exigem a presença de água numa forma disponível (água livre)
aw é um índice desta disponibilidade para utilização em reações químicas e crescimento microbiano
21
2
0 nnn
PP
+==Wa
PoPaw =
P = pressão parcial de vapor da água no alimentoP0 = pressão parcial de vapor da água pura
aw varia de 0 a 1
aw = mede a quantidade de água
livre ou seja a água disponível para
que ocorram as reações químicas e
crescimento microbiano
Valores mínimos de aw para o crescimento de microrganismos
Grupo aw
Bactérias deterioradoras 0,9
Leveduras deterioradoras 0,88
Bolores 0,8Bactérias halofílicas 0,75
Bolores xerofílicos 0,65
Leveduras osmofílicas 0,61
aw dos alimentosAlimento aw
Frutas frescas e vegetais > 0,97Aves e pescado frescos > 0,98Carnes frescas > 0,95Ovos 0,97Pão 0,95 a 0,96Queijos (maioria) 0,91 a 0,99Queijo parmesão 0,68 a 0,76Geléia 0,75 a 0,80Frutas secas 0,51 a 0,89Cereais 0,10 a 0,20
VALORES APROXIMADOS DE aw MÍNIMA PARA ALGUNS MICRORGANISMOS ESPECÍFICOS
MICRORGANISMO aw
Clostridium botulinum Tipo E 0,97Scherichia coli 0,96Bacillus subtilis 0,95
Staphyloccocus aureus 0,86Penicillium patulum 0,81Aspergillus glaucus 0,70
Zygosaccharomyces rouxii 0,62
Xeromyces bisporus 0,61
O comportamento dos microrganismo frente á atividade de água é
extremamente variável
0,60- valor limite de aw para multiplicação de qualquer
microrganismo
aw Phenomenon Examples
1.00 Highly perishable foods
0.95 Pseudomonas, Bacillus, Clostridium perfringens and some yeasts inhibited
Foods with 40% sucrose or 7% salt
0.90 Lower limit for bacterial growth. Salmonella, Vibrio parahaemolyticus, Clostridium botulinum, Lactobacillus and some yeasts and fungi inhibited
Foods with 55% sucrose, 12% salt.Intermediate-moisture foods (aw = 0.90-0.55)
Aw Phenomenon Examples
0.85 Many yeasts inhibited Foods with 65% sucrose, 15% salt
0.80 Lower limit for most enzyme activity and growth of most fungi. Staphylococcus aureusinhibited
Fruit syrups
0.75 Lower limit for halophilicbacteria
Fruit jams
0.70 Lower limit for growth of most xerophilic fungi
0.65 Maximum velocity of Maillard reactions
0.60 Lower limit for growth of osmophilic or xerophilicyeasts and fungi
Dried fruits (15-20% water)
0.55 Deoxyribose nucleic acid (DNA) becomes disordered (lower limit for life to continue)
0.50 Dried foods (aw=0-0.55)
0.40 Maximum oxidationvelocity
0.25 Maximum heat resistance of bacterial spores
Aw Phenomenon Examples
Potencial Hidrogeniônico - pH
• pH = - log { H+ } ; Quanto > H+ <pH, e consequentemente mais ácido o
alimento
Os diferentes ácidos podem exercer um
efeito inibitório ou letal sobre a célula
microbiana, pela concentração
hidrogeniônica (nível de H+ livre) ou
pela toxicidade do ácido não
dissociado
• A maioria dos microrganismos
crescem melhor em pH próximo da
neutralidade (6,5 a 7,5)
• Os microrganismos apresentam
valores de pH, mínimo, ótimo e
máximo para multiplicação.
Maior tolerância a valores baixos de pH
Bolores > leveduras > bactérias
FAIXA DE CRESCIMENTO DE ALGUNS MICRORGANISMOS
MICRORGANISMO pH ÓTIMO
pH MÁXIMO
pH MÍNIMO
BACTÉRIAS (A MAIORIA)
6,5 A 7,5 9,0 4,5
LEVEDURAS 4 A 6,5 8,0 A 9,0 1,5 A 3,5
BOLORES 4,5 A 7,0 8,0 A 11,0 1,5 A 3,5
pH > 4.5 Alimentos de baixa acidez)
• predominância de crescimento
bacteriano - em face do menor tempo
de geração (patôgenos, esporângicas
ou não, aeróbios ou anaeróbios,
mesófilos ou termófilos
pH entre 4.5 e 4.0Alimentos ácidos
• predominância de leveduras
oxidativas ou fermentativas e de
bolores (em aerobiose). Algumas
bactérias esporogênicas e não
esporogênicas
pH < 4.0 Alimentos muito ácidos
• fica restrito a quase que
exclusivamente às leveduras e
bolores. Bactérias acéticas, e
Zymomonas (esta até pH 3.7)
Potencial de Oxido-Redução - Eh
• É uma medida da tendência de um sistema reversível de doar e receber elétrons
• Mede a facilidade com que o substrato capta ou cede elétrons
oxidação - liberação ou perda de elétronsredução - o composto recebe elétrons
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+
=
redoxn
EoEhlog
06.0Equação de Nernst :
Onde: Eo = padrão redox (pH=0)n = número de elétrons envolvidos no processo(ox)(red) = concentração no estado oxidado e reduzido
• Transferência de elétrons de um
composto para outro gera
diferença de potencial (mV)
Eh dos alimentos
Alimento Eh (mV)
Frutas frescas e vegetais 300 a 400
Carnes em grandes pedaços - 200
Carne moída 200Queijos -20 a -200
• Quanto mais oxidado (a) mais positivo seráseu Eh
• Eh = mede a facilidade que um substrato tem de ceder ou receber elétrons.É a capacidade que um alimento tem ou
não de captar elétrons
Está relacionado com a seleção de microrganismos
Todas as reações metabólicas dos microrganismos para a produção de energia são do tipo Óxido-Redução
• ½ O2 + 2H+ + 2e H2O + Energia
Do ponto de vista da capacidade ou não de usarem oxigênio como receptor final de elétrons no metabolismo respiratório, os microrganismos são classificados como:
Aeróbios restritos
Anaeróbios facultativos
Anaeróbios restritos Microaerófilos
Fonte Brock - 2003
MicrorganismosMicrorganismos Eh de Eh de crescimentocrescimento(em mV)(em mV)
AerAeróóbiosbios + 350 a + 500+ 350 a + 500
AnaerAnaeróóbiosbios
+ 30 a + 30 a -- 250 (250 (melhormelhor = = --150)150)••nana ausênciaausência de Ode O22 toleramtoleramsubstratosubstrato com Eh com Eh elevadoelevado (+ (+ 370)370)••nana presenpresenççaa de Ode O22 esteestelimitelimite caicai parapara + 100+ 100
AnaerAnaeróóbiosbiosFacultativosFacultativos + 100 a + 350+ 100 a + 350
Aeróbios estritos
• Metabolismo estritamente respiratório para produção de energia
• Desenvolvem-se em substratos com elevado Eh, em contato intimo com o oxigênio atmosférico
• Sensíveis ao CO2
• Exemplos de microrganismos:
Bolores; Leveduras oxidativas; muitos
gêneros de bactérias: Pseudomonas,
bactérias acéticas (Acetobacter,
Gluconobacter), Micrococcus, Bacillus
cereus
Anaeróbios facultativos
• Na ausência de oxigênio como receptor de elétrons, desenvolvem processo fermentativo.
• Metabolismo : Respiratório fermentativo
• Não são afetados pelo CO2
• Exemplos:
Leveduras fermentativas,
Família Enterobacteriacea,
Bacillus
Staphilococcus aureus
Microaerófilos
• Preferem baixa concentração de O2, embora não
cresçam na ausência de O2.
• Toleram elevadas [CO2]
• Exemplos:
Campilobacter, bactérias láticas (Lactobacillus,
Streptococcus, Pediococccus)
Anaeróbios Estritos
• Requerem valores baixos de Eh para multiplicação, ou seja, desenvolvem-se em substratos sem a presença de oxigênio atmosférico (são opostos aos aeróbicos)
• Exemplos: Clostridium botulinum, deteriorantes como Dessulfotomaculumnigrificans (NO3 ou SO3 como receptor final de elétrons), alguns Bacillus
• A presença de O2 para os anaeróbios émais letal do que o potencial positivo de Òxido-ReduçãoEste grupo não é capaz de produzir a
enzima catalase, que decompõe a água oxigenada (H2O2) em H2O e O2; e o acúmulo deste composto intoxica a
célula.
H2O2 H2 + O2
Composição do alimento
Presença de nutrientes necessários para a
multiplicação microbiana
ÁguaFonte de energia
(carbono)Fonte de nitrogênioVitaminasSais minerais
Energia açúcar, álcool, aminoácido, amido, celulose, gordura
Nitrogênio aminoácidos, peptídeos, proteínas
Vitaminas complexo B, biotina, ácido pantotênico
Carne muita vitamina BFrutas pouca vitamina B
• Bactérias Gram positivas:não sintetizam
Bactérias Gram negativasLevedurasBolores
sintetizam
sódio, potássio,cálcio, magnésio, Minerais ferro, cobre, manganês, fósforo,
zinco, enxofre, cobalto e molibidênio.
• Microrganismos mais exigentes:
Bactérias Gram positivas
Bactérias Gram negativas
Leveduras
Bolores
FATORES EXTRÍNSECOS
• Temperatura
• O crescimento microbiano apresenta uma
faixa muito ampla de temperaturas (- 8o a
90oC).
FATORES EXTRÍNSECOS
• A temperatura exerce uma influência marcante nas características :
(1) duração da fase lag
(2) velocidade de crescimento
(3) o número final de células de uma população
(4) na composição química e enzimática da célula
MinimumMinimum MaximaMaxima OptimaOptima
ThermophilesThermophiles 40 / 45 40 / 45 ooCC 60 / 90 60 / 90 ooCC 55 / 75 55 / 75 ooCC
MesophilicMesophilic 5 / 15 5 / 15 ooCC 35 / 47 35 / 47 ooCC 30 / 45 30 / 45 ooCC
PsycrophilesPsycrophiles --5 / +5 5 / +5 ooCC 15 / 20 15 / 20 ooCC 12 / 15 12 / 15 ooCC
PsycrotropicPsycrotropic --5 / +5 5 / +5 ooCC 30 / 35 30 / 35 ooCC 25 / 30 25 / 30 ooCC
Fonte: Microbial Ecology of Foods – ICMSF – Vol. 1
TERMÓFILOS
Aeróbicos Anaeróbicos
C. thermosaccharoliticum (gás)Bacillusstearothermophilus
Bacillus coagulans Dessulfotomatolumnigrificans (H2S)Alimentos de baixa acidez
Flat sour
Mesófilas :bactérias deteriorantes, patogênicas
Psicrófilos :
Microrganismos de ambientes
marinhos e regiões polares.
Sensíveis a temperaturas maiores 20ºC).
Menos importantes que os em Psicrotrófico
processamento de alimentos
• Psicrotróficos:
• Bolores, leveduras e muitas bactérias
Atmosfera envolvendo o alimento
Presença e concentração de gases no meio ambiente
O uso de atmosfera controlada envolvendo os alimentos poderá modificar a natureza do processo de deterioração
presença de O2 para os anaeróbios
CO2 é o gás mais utilizado para retardar a
deterioração de alimentos (frutas, produtos cárneos)
Bactérias, bolores e leveduras são inibidos, mas não destruídos em atmosfera contendo 5 e 50 % de CO2 (v/v).
Uma concentração de 10%, reduz em até 50% nas contagens totais
Eficiente contra microrganismos psicrotrófilos -bolores e leveduras oxidativas e bactérias Gram-negativas.
O emprego de 15% de CO2 na atmosfera praticamente dobra o espaço de tempo para estas bactérias se multiplicarem a 0oC.
Bactérias Gram-Positivas, principalmente as lácticas, são resistentes ao CO2
Umidade Relativa de Equilíbrio (U.R.E) do Ambiente
• Envolvida na maior ou menor perecibilidadede um alimento.
• Há uma estreita relação entre a U.R.E e aw
aw = % U.R.E = aw x 100
A URE do ambiente em que o alimento estiver armazenado deverá ser bem controlado evitando variações na aw
ABSORÇÃO DA UMIDADE DO AMBIENTE
ALIMENTO
(DESIDRATADO)
aw Baixa
AMBIENTE COM UREURE ELEVADA
ALIMENTO
FORMA UMA ESTRUTURA GRANULOSA (DETERIORAÇÃO
MICROBIANA DE ORIGEM FUNGICA)
ALIMENTO
aW Elevada
URE REDUZIDA
DESIDRATAÇÃO SUPERFICIAL PREJUÍZO NAS CARACTERÍSTICAS ORGANOLÉPTICAS DO ALIMENTO
Classificação dos Alimentos pela facilidade com que se alteram
• Alimentos estáveis ou não perecíveis - não são alterados facilmente (açúcar, farinha)
• Alimentos semiperecíveis - conservado e manipulado de forma apropriada permanecem sem alteração (batatas, maças, nabos, nozes sem casca)
• Alimentos perecíveis - incluem os alimentos mais importantes do consumo cotidiano, os quais se alteram com facilidade (carnes, pescados, a maioria das frutas, hortaliças, ovos, leite)
Modificações químicas causadas pelos microrganismos
Dos compostos Nitrogenados :
• a maior parte do N contido nos alimentos se encontram
formando parte das proteínas, e estas para serem
usadas como fonte de Nitrogênio pelos microrganismos
deverá ser quebrada (pelas enzimas microbianas, ou
aquelas contidas no próprio alimento) a substâncias
mais simples como peptídeos e aminoácidos
• os peptídeos tem sabor amargo (mais não
desagradável) que modifica o sabor do alimento
Dos compostos Nitrogenados :
• a decomposição de polipeptídeos e aminoácidos (em
anaerobiose) forma compostos sulfurados de odor
desagradável (putrefação), como sulfetos de hidrogênio,
metil, etil mercaptano, além de amoníaco e aminas.
Quando os microrganismos atuam sobre os
aminoácidos podem desaminá-los e/ou descarboxilá-los
Reações Químicas Produtos Formados
Desaminação Oxidativa cetoácidos + NH3
Desaminação Hidrolítica hidroxiácido + NH3
Desaminação Redutora ácido graxo saturado + NH3
Desnaturação e Desaminação ácido graxo não saturado + NH3
Oxidação-Redução cetoácido + ácido graxo + NH3
Descarboxilação amida + CO2
Desaminação Hidrolítica + Descarboxilação álcool primário + NH3 + CO2
Desaminação Redutora + Descarboxilação hidrocarbono + NH3 + CO2
Desaminação Oxidativa + Descarboxilação ácido graxo + NH3 + CO2
Dos compostos não Nitrogenados
• Usados pelos microrganismos
principalmente para obter energia -
hidratos de carbono, ácidos orgânicos,
aldeídos, cetonas, álcoois, glicosídeos,
compostos cíclicos e lipídeos
• Hidratos de Carbono• são os preferidos dos microrganismos caso o
alimento os contém. Os poli, tri, e dissacarídeos devem ser hidrolisados (por enzimas) a substâncias mais simples (monossacarídeos)
• o monossacarídeo glicose quando usado em anaerobiose - diferentes produtos podem ser formados dependendo da via seguida :
• Fermentação alcóolica (por leveduras) -álcool + CO2
• Fermentação láctica (por bactérias láticas homofermentativas) - ácido lático
• Fermentação lática mista (por bactérias láticas heterofermentativas) - ácido lático, ácido acético, etanol, gicerol e água
• Fermentação do tipo coliforme (bactérias coliformes) - ácido láctico, ácido acético, ácido fórmico, etanol, acetoína, butanodiol, H2, CO2
• Fermentação propiônica (bactérias propiônicas) - ácidos propiônico, succínico, e acético; e CO2
• Fermentação butírica-butil-iso-propílica(bactérias anaeróbicas) - ácidos butírico e acético, hidrogênio, acetona, butilenoglicol, butanol, propanol-2, CO2
Quando se encontram em atividade diferentes microrganismos, a partir dos
açucares, pode originar outros compostos distintos, como ácidos graxos superiores, outros ácidos
orgânicos, aldeídos, cetonas, estéres, etc.
CONCEITO DOS OBSTÁCULOS DE LEISTNER
HurdleHurdle TechnologyTechnology
TECNOLOGIA DOS OBSTÁCULOS
INTERAÇÕES
FATORES FATORES EXTREXTRÍÍNSECOSNSECOS
FATORES FATORES INTRINTRÍÍNSECOSNSECOS
AFETAM A CAPACIDADE DE AFETAM A CAPACIDADE DE SOBREVIVÊNCIA DOS SOBREVIVÊNCIA DOS
MICRORGANISMOSMICRORGANISMOS
EXEMPLO 1
TT aaww pHpH EhEh
Con
sC
ons
T= Temperatura aw= atividade de água
pH= acidificação Eh = potencial oxi-redução
Cons.= Conservador químico
Cada um dos fatores (ph, T, Eh, aw, Conservador químico) contribui com parcela igual no retardamento do crescimento microbiano
Alimento estAlimento estáávelvel
EXEMPLO 2
aaww pHpH EhEh Con
sC
ons
Os quatro fatores são suficientes para garantir a estabilidade microbiana
EXEMPLO 3
aaww pHpH EhEh Con
sC
ons
Se a carga microbiana for baixa, um único fator pode ser suficiente para garantir a estabilidade de um alimento
EXEMPLO 4
aaww pHpH EhEh Con
sC
ons
Se a carga microbiana inicial for elevada os quatro fatores são insuficientes para controlar o crescimento microbiano
EXEMPLO 5
aaww pHpH EhEh Con
sC
ons
N
O produto é enriquecido com mais nutrientes o que provoca um efeito trampolim no crescimento microbiano
EXEMPLO 6
aaww pHpH EhEh Con
sC
ons
Comportamento de microrganismos injuriados em alimentos.
Menos obstáculos podem ser necessários.
Metabolismo afetado.
EXEMPLO 7
aaww pHpH
Con
sC
ons
Produto no qual a estabilidade é garantida por obstáculos, que agem sinergisticamente
Efeito final mais eficiente do que seria obtido se os obstáculos agissem individualmente
BYE , BYE
BibliografiaADAMS, M.R.; MOSS, M.O. Microbiologia de los
Alimentos. 1ed. Zaragoza: Acribia, 1997. 464 p.CARY, J.W.; LINZ, J.E.; BHATNAGAR, D. Microbial
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