Ecologia microbiana dos alimentos

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1 Ecologia microbiana dos alimentos Biodiversidade de carnes Produtos enlatados Outros produtos Prof. Uelinton Pinto Capacidade de sobrevivência ou multiplicação Fatores intrínsecos aw ph Eh Composição Fatores extrínsecos Temperatura UR Atmosfera Fatores implícitos Interações positivas Interações negativas 1

2 Como as células integram estímulos externos em seu interior? Como elas se adaptam às diversas variações impostas pelo ambiente? Deterioração de leite e derivados Proteínas Gorduras Lactose Bactérias deterioradoras Gosto amargo Gelatinização Rancidez Flavour de sujo Flavour metálico Acidez Acidez 2

3 Carne: excelente meio de cultura - Alta atividade de água; - Rica em substâncias nitrogenadas; - Minerais; - ph favorece o crescimento da maioria dos microorganismos. Fontes de contaminação Condições de criação dos animais Ambiente do matadouro Operações de abate Evisceração Manipulação pós-abate 3

4 Fatores que afetam a ecologia microbiana em carnes - ph Carnes PSE (Pálida, Flácida e Exsudativa) - estresse no momento do abate acúmulo de lactato (redução rápida do ph) + temperatura alta do músculo carne libera água, torna-se flácida e com coloração amena. Carnes DFD (Escura, Firme e Seca) - estresse prolongado antes do abate esgota as reservas de glicogênio impede o declínio normal do ph músculo retém mais água, fica firme e de coloração escura mais susceptível à deterioração microbiana Micro-organismos deterioradores Grande potencial de deterioradores carnes e produtos cárneos 1. Estocagem resfriada e aeróbica Pseudomonas Alcaligenes Acinetobacter Psychrobacter Moraxella Enterobacteriaceae 4

5 Alterações em condições de aerobiose Limosidade superficial: - Pseudomonas e Alcaligenes: carnes frescas refrigeradas - Micrococos e leveduras: salsichas e lingüiças Rancificação; Fluorescência; Produção de pigmentos; Odores e sabores estranhos. Fatores extrínsecos atmosfera gasosa Pseudomonas Odor indesejável Brochotrix thermosphacta Enterobactérias Bactérias láticas Tempo em dias Crescimento microbiano em carne vermelha refrigerada e estocada em aerobiose (DAINTY & MACKEY, 1992) 5

6 Alterações em condições de anaerobiose São causadas por bactérias aeróbias facultativas e anaeróbias: crescem no interior da carne: Acidificação: acúmulo de ácidos orgânicos (fórmico, acético, propiônico): Clostridium butíricos e coliformes. Putrefação: decomposição anaeróbia de proteínas, produção de substâncias de odor desagradável: H 2 S, indol, escatol, putrescina, cadaverina. Clostridium e bactérias aeróbias facultativas. Fatores extrínsecos atmosfera gasosa Bactérias láticas Brochothrix thermosphacta Enterobactérias Pseudomonas Tempo em semanas Crescimento microbiano em carne vermelha refrigerada e estocada a vácuo (DAINTY & MACKEY, 1992) Carne embalada a vácuo ácida, adocicada ou rançosa 6

7 Alterações em carnes e derivados produzidas por micro-organismos Produtos fermentados (secos/semisecos) leveduras e fungos Enlatados esterilizados comercialmente gás e putrefação por Bacillus sp., Clostridium sp. Jay, cap. 5 7

8 Biodiversidade microbiana de Alimentos Enlatados Classificação dos alimentos segundo o ph Baixa acidez - ph > 4,6 produtos cárneos e marinhos; leites; alguns vegetais (milho, vagem) Ácidos - ph 4,0-4,6 frutas (tomates, peras) Muito ácidos - ph < 4,0 frutas, sucos de frutas, picles, chucrute 8

9 ESTERILIDADE COMERCIAL O que é? Ausência de: Micro-organismos capazes de multiplicar e de deteriorar o produto nas condições normais de armazenamento Micro-organismos patogênicos capazes de multiplicar no produto TRATAMENTO TÉRMICO Pasteurização < 100ºC Temperatura baixa Tempo longo (LTHT) 62,8 ºC por 30 min Temperatura alta Tempo curto (HTST) 71 ºC por 15 segundos Eliminar células vegetativas de patógenos, reduzir deterioradores a níveis aceitáveis 9

10 TRATAMENTO TÉRMICO Branqueamento < 100ºC Primariamente usado para frutas e hortaliças Elimina alguns micro-organismos Inativa enzimas Remove oxigênio dos tecidos Fixa cor TRATAMENTO TÉRMICO Esterilização comercial > 100ºC popularmente conhecido como apertização (enlatados) Enlatados: alimentos estáveis, térmicamente processados, embalados em recipientes selados hermeticamente 10

11 Efeito do calor nos alimentos Inativa micro-organismos Inativa muitas enzimas Destrói algumas vitaminas Aumenta vida útil Modifica textura Modifica gosto DETERMINAÇÃO DO TRATAMENTO TÉRMICO 1 TEMPO/TEMPERATURA combinação necessária para inativar microorganismos resistentes 2 CURVAS DE PENETRAÇÃO DE CALOR - características de aquecimento do alimento - características da embalagem (forma, tamanho, material) 11

12 TRATAMENTO TÉRMICO Esterilização comercial ALIMENTOS DE BAIXA ACIDEZ - ph > 4,5 inativação de esporos de Clostridium botulinum ALIMENTOS DE ALTA ACIDEZ - ph < 4,5 inativação de deterioradores : fungos, leveduras e bactérias lácticas ou esporuladas TRATAMENTO TÉRMICO DE ALGUNS ALIMENTOS 12

13 TRANSFERÊNCIA DE CALOR Fatores que afetam a penetração do calor: tamanho da embalagem forma da embalagem consistência e espessura do alimento (características reológicas do meio) natureza do alimento (particulado vs líquido) CURVAS DE INATIVAÇÃO TÉRMICA Consideração: Inativação de micro-organismos pelo calor é Logarítmica Se, 90% da população é inativada no primeiro minuto de aquecimento, então: 90% dos sobreviventes são inativados no segundo minuto e, 90% dos sobreviventes serão inativados no terceiro minuto e etc.. 13

14 TEMPO DE REDUÇÃO DECIMAL - D 1 ciclo log log 10 N valor D (min) Tempo (min) Curva de destruição térmica Valor D Tempo necessário para reduzir em 90% a população a uma dada temperatura. D = tempo p/ redução de um ciclo log a Temperatura T( C) D a 121 C é também conhecido como Dref 14

15 Consideração: Sob condições de temperatura constante, a mortalidade de uma população microbiana é uma função logarítmica do tempo Ou t= D.(logNo-logN) N 0 é o número inicial de bactérias, N é o número de bactérias no tempo t de exposição a uma dada temperatura, D é uma taxa constante de inativação de bactérias (em minutos) a uma dada temperatura t= valor F tempo para reduzir x logs de m.os. Valor D para algumas bactérias importantes em alimentos termicamente processados 15

16 Tempo de morte térmica Valor F Tempo para inativar um certo número de micro-organismos a uma temperatura específica. Fo: valor de referência, em minutos, a 121 C (~ 2,52 min). Destruição 12D de C. botulinum (Conceito 12D) Outro ex. de valor F: 63 C por 30 min é o tempo de pasteurização. F da pasteurização, F 63 C = 30 min Conceito 12D Em recipientes contendo 1 esporo de C. botulinum em cada, apenas um recipiente sobraria com 1 esporo. Fo= Dref (loga logb) Dref do C. botulinum é 0,21 min 2,52 min a 121 C. Normalmente tomado como 3 min. Valor D para Clostridium sporogenes PA 3679 em função da temperatura Temp ( o C) D (min) , , , , ,23 16

17 Valor Z 1 ciclo log 10 D valor Z ( o C) Temp ( o C) Valor Z ( o C) aumento de temperatura necessário para reduzir 10 vezes o valor D Valor z D em função da temperatura Ou Z= T2-T1/(logD T1 - logd T2 ) T 1 e T 2 são duas temperaturas ( o C) dentro de uma faixa estabelecida, z é uma constante logarítmica ( o C). Valor Z ( o C) aumento de temperatura necessário para reduzir 10 vezes o valor D 17

18 Exercício Tratamentos térmicos equivalentes Tem que conhecer o Z e também um tratamento específico Neste caso, seria FT1 e FT2 Ex.: Pasteurização Lenta 63 C, F é 30 min = Rápida 72 C, F é 20 segundos Qual o tratamento térmico equivalente na temperatura de 67 C? 18

19 Fatores que afetam a resistência térmica de populações microbianas Tipo e espécie Fase de crescimento e estado fisiológico Estado (biofilme, planctônico) Condições físico-químicas do ambiente TRATAMENTO TÉRMICO ANTES OU APÓS ENVASE Após envase: Simples Forma mais antiga de conservação pelo calor (apertização esterilização comercial) Antes do envase: Menor dano ao produto Requer condições de envase asséptico 19

20 ETAPAS BÁSICAS DO ENLATAMENTO Recepção e lavagem da matéria-prima Água clorada 15 ppm Resfriamento * C água clorada Esterilização Seleção Armazenamento * Recravação * somente vapor de água fica na lata Branqueamento* Água C, auxilia na fixação da cor, inativação de enzimas, melhora textura, remove O 2 dos tecidos Enlatamento com adição de salmoura Exaustão passagem das latas por túnel com injeção de vapor. Remove O 2 residual da salmoura Comercialização CAUSAS DAS ALTERAÇÕES DE UM ALIMENTO ENVASADO Natureza química corrosão interna da lata liberação de H 2 mais comum em alimentos ácidos 20

21 CAUSAS DAS ALTERAÇÕES DE UM ALIMENTO ENVASADO Natureza física enchimento excessivo da lata ausência ou espaço livre inadequado exaustão deficiente operação incorreta da autoclave vácuo excessivo da lata CAUSAS DAS ALTERAÇÕES DE UM ALIMENTO ENVASADO Natureza química Natureza física Natureza microbiológica Resfriamento inadequado 21

22 CAUSAS DAS ALTERAÇÕES DE UM ALIMENTO ENVASADO Natureza química Natureza física Natureza microbiológica Resfriamento inadequado Armazenamento altas temperaturas Germinação de esporos termófilos e consequente multiplicação CAUSAS DAS ALTERAÇÕES DE UM ALIMENTO ENVASADO Natureza química Natureza física Natureza microbiológica Resfriamento inadequado Armazenamento altas temperaturas Sub-processamento térmico 22

23 CAUSAS DAS ALTERAÇÕES DE UM ALIMENTO ENVASADO Natureza química Natureza física Natureza microbiológica Resfriamento inadequado Armazenamento altas temperaturas Sub-processamento térmico Vazamento das latas Microbiota mista CAUSAS DAS ALTERAÇÕES DE UM ALIMENTO ENVASADO Natureza química Natureza física Natureza microbiológica Outros tipos de deterioração ferrugem corrosão externa 23

24 ALTERAÇÕES DE NATUREZA MICROBIOLÓGICA Deterioração pré-processamento térmico ou deterioração incipiente causa: tempo de espera muito longo até a esterilização cultivos Ausência de crescimento no produto acabado Gera falhas no vácuo Produto com características alteradas (ph, sabor, odor, precipitados etc.) ALTERAÇÕES DE NATUREZA MICROBIOLÓGICA (cont) Deterioração por resfriamento inadequado das latas, após a esterilização comercial esporos de micro-organismos termófilos podem multiplicar Cultivo Micro-organismos termófilos 24

25 Outros alimentos Produtos com alto teor de áçucar: balas, chocolates, xaropes, méis, doces Leveduras osmofílicas e fungos xerofílicos Peróxido de hidrogênio Lisozima Compostos fenólicos Ácidos orgânicos (ph 4) Aw ~ 0,55-0,65 Bebidas carbonatadas (refrigerantes) baixo ph (<4); alta conc. CO 2 ; conservantes deterioração por leveduras e bac. ácido lático Falhas no processamento (limpeza inadequada dos equipamentos, controle de qualidade inadequado dos ingredientes) Deterioração: produção de gás excessiva, turbidez ou sedimentação, odores e sabores desagradáveis 25

26 Cruz, 2012 Sucos refrigerados Leveduras fermentativas, bolores, bactérias acidúricas Contaminação pós-processamento ou equip/ mal sanitizados 26

27 Condimentos Havendo correta desidratação/armazenamento raramente deterioram-se Muitos possuem antimicrobianos naturais Problema de contaminação com esporos de bolores contaminam outros produtos relatos de contaminação com patógenos BPF, irradiação Maionese conservação por adição de ácidos (ph entre 3,6 4,0) e benzoato de sódio e sorbato de potássio. Aw 0,93 deterioração: separação de fase, oxidação dos óleos por ação química ou biológica, produção de gases e odores butíricos por micro-organismos Zygosaccharomyces bailii; Saccharomyces; Lactobacillus 27

28 Cervejas Viscosidade, bactérias do ácido lático (Lactobacillus, Pediococcus). Acidez Acetobacter. Turbidez e maus odores Zymomonas e leveduras selvagens (Saccharomyces). Vinhos Formação de filme na superfície levedura Candida valida. Acidificação Acetobacter oxidação do etanol a ácido acético. 28

29 Referencias Sperber, W.H.; Doyle, M.P. Compendium of the microbiological spoilage of foods and beverages. Springer, Doyle, M.P.; Buchanan, R.L. Food microbiology: fundamentals and frontiers. 4th ed., Washington, DC, ASM., 2013, p Vídeos de interesse QS Prof. Uelinton Pinto - USP utu.be Bonnie Bassler Ted talk 29