Departamento de Microbiologia Instituto de Ciências Biológicas Universidade Federal de Minas Gerais http://www.icb.ufmg.br/mic Fatores intrínsecos e extrínsecos que interferem no crescimento microbiano em alimentos As bactérias, bolores e leveduras são agentes potenciais de deterioração de alimentos e potenciais patógenos. Conhecer os fatores que levam a inibição ou favorecem o crescimento dos microrganismos é essencial para a conservação dos alimentos. O crescimento e a capacidade de sobrevivência de microrganismos em um alimento dependem de fatores intrínsecos e extrínsecos (Fig. 1). Os fatores intrínsecos são os relacionados com o próprio alimento, já os extrínsecos relacionam com o ambiente em que o alimento se encontra. Dentre os fatores intrínsecos encontramos: - Atividade de água (Aa) - ph - Potencial de oxi-redução - Composição química - Presença de fatores antimicrobianos naturais - Estrutura biológica - Interação entre microrganismos Dentre os extrínsecos encontramos: - Temperatura ambiental - Composição gasosa - Umidade relativa do ambiente 1
Fatores Intrínsecos 1. Atividade de Água (Aa ou aw) A atividade de água é o parâmetro que mede a disponibilidade de água de um alimento. Ele representa á água que está livre, ou seja, a água que não está ligada a macromoléculas por forças físicas. A água livre está disponível para agir como solventes ou participar de reações químicas e, portanto pode ser aproveitada por microrganismos. Os valores de Aa variam de 0 a 1. Aa = P/Po Onde, P = pressão parcial de vapor da água contida no alimento e Po = pressão de vapor da água pura. A adição de algumas substâncias como, sais e açúcar, reduz o valor de Aa de um alimento por reduzir o valor da pressão parcial de vapor de água no alimento. A remoção de água (desidratação) e o congelamento também levam a essa redução. Os microrganismos possuem valor máximo, mínimo e ótimo de Aa para sua multiplicação. O limite máximo para o crescimento microbiano é um pouco menor do que 1,00, já que esse valor corresponde a Aa da água pura. Na tabela abaixo encontramos os valores mínimos de Aa para a multiplicação de microrganismos. Tabela 1- Valores mínimos de Aa para multiplicação de alguns microrganismos Organismos Bactérias deteriorantes Leveduras deteriorantes Bolores deteriorantes Bactérias halofílicas Bolores xerofílicos Bolores xerofílicos Leveduras osmofílicas Clostridium botulinun tipo E Pseudomonas spp. Acinetobacter spp. Escherichia coli Enterobacter aerogenes Bacilus subtilis Clostridium botulinum tipos A e B Candida utilis Vibrio parahaemolyticus Botrytis cinérea Rhizopus stolonifer Mucor spinosus Candida scottii Trichosporon pullulans Aa 0,9 0,88 0,80 0,75 0,65 0,61 0,97 0,97 0,96 0,96 0,95 0,95 0,94 0,94 0,94 0,93 0,93 0,93 0,92 0,91 2
Candida zeylanoides Staphylococcus aureus Alternaria citri Penicillium patulum Zygosaccharomyces rouxii Xeromyces bisporus Aspergillus echinulatus 0,90 0,86 0,84 0,81 0,62 0,61 0,64 Temperatura, atividade de água e disponibilidade de nutrientes são independentes, portanto em qualquer temperatura a capacidade de microrganismo multiplicar abaixa quando a Aa abaixa. Outros fatores intrínsecos interferem nos efeitos da Aa. Quanto mais próximo da temperatura ótima, mais larga é a faixa de Aa em que o crescimento microbiano é possível, quanto mais distante do valor ótimo de ph, maior a Aa necessária para o crescimento microbiano e a presença de nutrientes amplia a faixa de Aa onde o crescimento é possível. ph Os microrganismos possuem valores de ph mínimo, ótimo e máximo para sua multiplicação. O ph neutro (6,5-7,5) é o mais favorável para o crescimento da maioria dos microrganismos, porém o crescimento de alguns microrganismos é favorecido pelo meio ácido (FIG 2.). Em relação ao ph, os alimentos podem ser subdivididos em três grupos: alimentos de baixa acidez, que possuem ph superior a 4,5; alimentos ácidos, que tem ph entre 4,0 e 4,5,e os alimentos muito ácidos, que tem ph inferior a 4,0. Esta subdivisão está baseada em ph mínimo para multiplicação e produção de toxina de Clostridium botulinum e no ph mínimo para multiplicação de bactérias. Figura 2- ph favorável pra o crescimento de alguns microrganismos Assim, alimentos de baixa acidez, são os mais sujeitos a multiplicação microbiana, tanto de espécies patogênicas quanto de deteriorantes. Nos alimentos ácidos, há predominância de crescimento de leveduras, de bolores e de algumas espécies bacterianas. Já nos muito ácidos, o crescimento microbiano é restrito a bolores e leveduras. A concentração de sal e a temperatura são fatores que interagem com o ph. O ph diminui com o aumento da temperatura, já a concentração de sal tem efeitos específicos para cada tipo de sal em concentrações definidas. 3
3. Potencial de oxi-redução (Eh) Potencial de oxi-redução é a facilidade com que determinado substrato ganha ou perde elétrons. Quanto mais reduzido é um composto, mais negativo é seu potencial de oxi-redução e quanto mais oxidado, mais positivo é seu potencial. Para sua multiplicação, microrganismos aeróbios requerem Eh positivo (oxidado) e diminuem Eh do meio à medida em que crescem (reduz o oxigênio do meio), enquanto microrganismos anaeróbios requerem Eh negativo (reduzido)e o Eh tende a ser mais negativo com o aumento da alcalinidade do meio. Existem também as bactérias microaerófilas, que são bactérias aeróbias que se multiplicam melhor em condições ligeiramente reduzidas. Determinar o valor de Eh de um alimento é muito difícil, devido as interações da tensão de oxigênio que envolve o alimento com compostos químicos que agem sobre o valor de Eh. 4. Composição química Para que os microrganismos se multipliquem é necessário que alguns nutrientes estejam disponíveis. Esses nutrientes são: água, fonte de energia, fonte de nitrogênio, vitaminas e sais minerais. As fontes de energia utilizadas principalmente pelos microrganismos são, os açucares, alcoóis e aminoácidos, porém alguns microrganismos podem utilizar açucares mais complexos, como amido e celulose. Uma minoria de microrganismos utiliza lipídeos como fonte de energia. Uma grande variedade de compostos nitrogenados pode ser utilizada como fonte de nitrogênio, porém a mais importante são os aminoácidos. As vitaminas mais importantes como fatores de crescimento de microrganismos são: as vitaminas do complexo B, a biotina e o ácido pantotênico. Essas vitaminas fazem parte de diversas coenzimas envolvidas em reações metabólicas e por isso são importantes fatores de crescimento. Os minerais são essenciais para a multiplicação microbiana, pois estão envolvidos em muitas reações enzimáticas. Os minerais mais importantes são: sódio, potássio,cálcio,magnésio,ferro,cobre,zi nco e outros. Antimicrobianos naturais A presença de algumas substâncias em alimentos que tem a capacidade de retardar ou até mesmo impedir a multiplicação microbiana está relacionada com a estabilidade dos alimentos frente ao ataque de microrganismos. Abaixo temos exemplos de alguns alimentos e seus antimicrobianos naturais: - Condimentos: possuem óleos essenciais com função antimicrobiana. Eugenol no cravo, alicina no alho, aldeído cinâmico e eugenol na canela e alil-isotiocianato na mostarda. - Ovo: A clara do ovo é rica em Lisozima, enzima capaz de destruir a parede celular bacteriana, além de um ph desfavorável a multiplicação. - Leite: Possui substâncias antimicrobianas naturais, especificas e inespecíficas, como Imunoglobulinas, fator de complemento macrófagos e linfócitos. Possui também um sistema lactoperoxidase, que através da quebra de peróxidos presentes no leite, libera oxigênio que promove a oxidação de grupos SH de enzimas vitais ao microrganismo. 4
Estruturas biológicas As estruturas biológicas funcionam como barreiras mecânicas para penetração de microrganismos. Como exemplo temos: cascas de nozes, frutas e ovo, pele, película que envolve sementes. Interações entre microrganismos Quando os microrganismos se multiplicam em alimentos produzem metabólitos que podem alterar a capacidade de sobrevivência e de multiplicação de outros microrganismos presentes nesse alimento. As bactérias láticas podem alterar o ph do alimento, tornando o meio ácido de mais para o crescimento de outros microrganismos. Já a alcalinização do meio, por aminas formadas por ação de descarboxilases, torna o meio propicio para o crescimento dos microrganismos anteriormente inibidos pelo meio ácido. Algumas bactérias produzem metabólitos que são essenciais para o crescimento de outras, como a Pseudomonas aeruginosa que produz a tiamina e triptofano que são essenciais para o Staphylococcus aureus.outras bactérias são capazes de produzir substâncias com atividade bactericida, denominada de bacteriocinas, um exemplo é a Colicina que é produzida por determinadas cepas de E. coli. Fatores Extrínsecos 1. Temperatura ambiental A temperatura é o fator ambiental mais importante no crescimento microbiano. Os microrganismos podem se multiplicar em uma grande faixa de temperatura. De acordo com a temperatura ideal de multiplicação os microrganismos podem ser classificados em: - Psicrófilos: possuem temperatura ótima de multiplicação entre 10ºC e 15ºC. Multiplicam- -se em alimentos refrigerados e são os principais agentes deteriorantes de carnes, pescados, ovos, frangos e outros. - Psicrotróficos: possuem temperatura ótima de multiplicação entre 0ºC e 7ºC. Assim como os psicrófilos, possui a característica de se multiplicar em alimentos refrigerados. - Mesófilos: possuem temperatura ótima de multiplicação entre 25ºC e 40ºC. Correspondem a maioria dos microrganismos de importância nos alimentos, inclusive os patógenos. - Termófilos: possuem temperatura ótima de multiplicação entre 45ºC e 65ºC. São exemplos: bactérias patogênicas e deteriorantes pertencentes aos gêneros Bacillus e Clostridium. 2.Umidade Relativa do Ambiente A atividade de água e a umidade relativa do ambiente se correlacionam. Se o alimento estiver em equilíbrio com a atmosfera a umidade relativa (UR) será igual a Aa X 100. O alimento pode absorver umidade do ambiente e aumentar sua Aa quando for conservado em ambientes com UR superior à sua ou perder água se a umidade do ambiente for inferior a sua, diminuindo o valor de Aa. Essas alterações de Aa provocam modificações na capacidade de multiplicação dos microrganismos. 5
3.Composição Gasosa do Ambiente A composição gasosa do ambiente em que um alimento for conservado pode selecionar os tipos de microrganismos que irão predominar no alimento. Microrganismos aeróbios se multiplicam na presença de oxigênio enquanto microrganismos anaeróbios se multiplicam na ausência de oxigênio. Recursos tecnológicos que levam a modificações na composição gasosa do ambiente são muito utilizados, já que essas modificações são capazes de causar alterações nos microrganismos que vivem e se multiplicam em um alimento. A atmosfera modificada é um destes recursos, onde o oxigênio é parcialmente ou totalmente substituído por outros gases, outros exemplos são: embalagens contendo combinações entre oxigênio, nitrogênio e gás carbônico, embalagens a vácuo e atmosferas contendo CO2, que são bastante empregadas para prolongar o armazenamento de frutas e de carnes vermelhas. 4.Conceito dos Obstáculos de Leistner Os fatores intrínsecos e extrínsecos possuem efeitos aditivos, sinergísticos ou até mesmo antagônicos entre si. O conceito dos obstáculos de Leistner nada mais é do que o estudo das interações entre os fatores intrínsecos e extrínsecos que afetam a capacidade de sobrevivência e de multiplicação dos microrganismos nos alimentos. Por exemplo: - Se todos os fatores (Aa, ph, Eh, temperatura e conservador químico) contribuir igualmente no crescimento microbiano, esse crescimento é bloqueado e o alimento é estável e seguro. - Apenas o fatores (Aa,pH,Eh e conservador químico) conseguem garantir a estabilidade microbiana. - Um único fator intrínseco (Aa) pode ser suficiente para garatir a estabilidade. - Se o alimento já possuir uma carga microbiana elevada, os quatro fatores serão insuficientes para controlar o crescimento microbiano. - Se o alimento for enriquecido com nutrientes,o que causa um elevado crescimento microbiano, a intensidade dos fatores (obstáculos) deve ser aumentada. - Se o metabolismo microbiano já estiver afetado menos obstáculos são necessários. - Se os obstáculos agirem sinergicamente o efeito final será o mais eficiente. 6
Literatura sugerida