At fatores intrinsecos e extrinsecos

At fatores intrinsecos e extrinsecos

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1. INTRODUÇÃO

A capacidade de sobrevivência ou de multiplicação dos microorganismos que estão presentes em um alimento depende de uma série de fatores. Entre estes fatores estão aqueles relacionados com as características próprias do alimento (fatores intrínsecos) e os relacionados com o ambiente em que o alimento se encontra (fatores extrínsecos).

Intrínsecos: a) atividade de água (Aa; Wa); b) acidez (pH); c) potencial de oxi-redução (Eh); d) composição química; e) fatores antimicrobianos naturais; f) interações entre micro-organismos presentes.

Extrínsecos: a) umidade; b) temperatura ambiental; c) composição gasosa do ambiente. Importante: estes fatores podem ter efeito interativo.

O crescimento bacteriano é influenciado por vários fatores ambientais, destacando-se o alimento, a temperatura, a umidade, o pH e o oxigênio. Cada um destes fatores é importante e pode limitar o crescimento, determinando o desenvolvimento bacteriano. A presença de alguns organismos, sejam outras bactérias ou determinados fungos pode levar a alterações do crescimento das populações bacterianas, quer pela competição por alimento e espaço quer pela produção de compostos químicos inibidores do seu crescimento.

Quando uma determinada bactéria é semeada num meio líquido de composição apropriada e incubada em temperatura adequada, o seu crescimento segue uma curva definida e característica.

Curva de Crescimento Bacteriano

Fase lag (A): esta fase de crescimento ocorre quando as células são transferidas de um meio para outro ou de um ambiente para outro. Esta é a fase de ajuste e representa o período necessário para adaptação das células ao novo ambiente. As células nesta fase aumentam no volume total em quase duas ou quatro vezes, mas não se dividem. Tais células estão sintetizando DNA, novas proteínas e enzimas, que são um pré-requisito para divisão.

Fase exponencial ou log (B): nesta fase, as células estão se dividindo a uma taxa geométrica constante até atingir um máximo de crescimento. Os componentes celulares como RNA, proteínas, peso seco e polímeros da parede celular estão também aumentando a uma taxa constante. Como as células na fase exponencial estão se dividindo a uma taxa máxima, elas são muito menores em diâmetro que as células na fase Lag. A fase de crescimento exponencial normalmente chega ao final devido à depleção de nutrientes essenciais, diminuição de oxigênio em cultura aeróbia ou acúmulo de produtos tóxicos.

Fase estacionária (C): durante esta fase, há rápido decréscimo na taxa de divisão celular. Eventualmente, o número total de células em divisão será igual ao número de células mortas, resultando na verdadeira população celular estacionária. A energia necessária para manter as células na fase estacionária é denominada energia de manutenção e é obtida a partir da degradação de produtos de armazenamento celular, ou seja, glicogênio, amido e lipídeos.

Fase de morte ou declínio (D): quando as condições se tornam fortemente impróprias para o crescimento, as células se reproduzem mais lentamente e as células mortas aumentam em números elevados. Nesta fase o meio se encontra deficiente em nutrientes e rico em toxinas produzidas pelos próprios micro-organismos.

As bactérias, bolores e leveduras são os micro-organismos de maior destaque como agentes potenciais de deterioração e como eventuais patógenos ao homem. Na grande maioria das situações, as bactérias são os micro-organismos numericamente predominante nos alimentos, principalmente por :

• apresentarem um tempo de geração bastante reduzido; • serem capazes de utilizar uma diversidade de substratos;

• apresentarem ampla variação de comportamento dos diferentes gêneros frente a fatores ambientais.

O conhecimento dos fatores (intrínsecos e extrínsecos) que favorecem ou inibem a multiplicação dos micro-organismos é essencial para compreender os princípios básicos que regem tanto a alteração como a conservação dos alimentos.

2. FATORES INTRÍNSECOS 2.1. ATIVIDADE DA ÁGUA – Aa

O crescimento e o metabolismo microbiano exigem a presença de água numa forma disponível. Água ligada a macromoléculas por forças física não está livre para agir como solvente ou para participar de reações químicas e, portanto, não pode ser aproveitada pelos microorganismos. A Aa é um índice desta disponibilidade para utilização em reações químicas e crescimento microbiano

A adição de solutos a um líquido puro irá causar uma redução na pressão de vapor da solução e consequentemente diminuir a Aa. Essa redução varia em função da natureza da(s) substância(s) adicionada(s), da quantidade adicionada e da temperatura.

Sendo 1 o valor de Aa obtido na água pura, os valores de Aa oscilarão entre 0 e 1. O exemplo abaixo representa uma relação existente entre o valor de Aa e a adição de compostos com sal, açúcar e glicerol, que quando adicionados causam redução no valor de Aa.

Exemplo 1 Aa = 0.995 → um meio com 0.8% de NaCl; 8,52% de sacarose; e

4,45% de glicose

A Aa de um alimento pode também ser reduzida através da remoção de água (desidratação) e do congelamento.

Na maioria dos alimentos frescos, a Aa é superior a 0,95. Os microorganismos têm um valor mínimo, um valor máximo e um valor ótimo de Aa para sua multiplicação. Considerando que a Aa da água pura é 1,0 e que os microorganismos não se multiplicam em água pura, o limite máximo para o crescimento microbiano é ligeiramente menor que 1,0. O comportamento dos microorganismos em relação à Aa mínima e ótima é bastante variável. Em geral, as bactérias requerem Aa mais alta que os fungos. As bactérias Gram-negativas são mais exigentes que as Gram-positivas em relação à Aa necessária. A maioria das bactérias deteriorantes não se multiplica em Aa inferior a 0,91, enquanto que os fungos deteriorantes podem fazê-lo em Aa de até 0,80.

Tabela 1 – Atividade de água de alguns alimentos e suscetibilidade à deterioração

Pseudomonas, Escherichia, Proteus, Shigella, Klebsiella, Bacillus, Clostridium perfringens e algumas leveduras.

Alimentos muito perecíveis (frutas frescas, vegetais, carnes, peixe), lingüiças, salsichas e pães cozidos, alimentos contendo até 40% de sacarose e 7% de sal.

Salmonella, V. parahaemolyticus, C. Botulinum, Serratia, Lactobacillus, Pediococcus, alguns fungos, Rhodotorula, Pichia.

Alguns queijos (cheddar, suíço, provolone), carnes curadas (presunto), concentrado de frutas, alimentos contendo até 5% de sacarose ou 12% de sal.

Muitas leveduras (Candida, Torulopsis, Hansenula), Micrococus.

Embutidos fermentados (salames), bolos confeitados, queijos desidratados, margarina, alimentos contendo até 65% de sacarose ou 15% de sal.

A maioria dos fungos, Staphylococcus aureus, a maioria das Saccharomyces spp., Debaryomyces.

Concentrados de frutas, leite condensado, xaropes de chocolate e frutas, farinha, arroz, granulados contendo 15 a 17% de umidade, bolos de frutas, presuntos caseiros, foundies e confeitos açucarados.

0,80 – 0,75 A maioria das bactérias halófilas. Geléias, marmeladas, marzipã, glacê de frutas e marshmallow.

Fungos xerofílicos (Aspergillus chevalieri, A. candidus, Wallemia sebi), Saccharomyces bisporus.

Flocos de aveia contendo 10% de umidade, cremes para recheio, geléias, marshmallow, melaço, caldo de cana de açúcar, algumas frutas secas e castanhas.

Leveduras osmofílicas (Saccharomyces rouxii), poucos fungos (Aspergillus echinulatus, Monascus, Monascus bisporus).

Frutas secas contendo de 15 a 20% de umidade: algumas balas, caramelos e mel.

Sem proliferação microbiana. Macarrão e massa similares, contendo 12% de umidade, temperos com 10% de umidade.

0,40 Sem proliferação microbiana. Ovo em pó com 5% de umidade.

0,30 Sem proliferação microbiana. Biscoitos e torradas com 3-5% de umidade.

Sem proliferação microbiana. Leite em pó (2 – 3% umidade), vegetais desidratados (5% umidade), flocos de milho (5% umidade), sopas desidratadas.

Atividade de água, temperatura e disponibilidade de nutrientes são interdependentes.

Assim, a qualquer temperatura, a capacidade de micro-organismos multiplicarem-se abaixa quando a Aa abaixa. Quanto mais próxima da temperatura ótima de multiplicação, mais larga é a faixa de Aa em que o crescimento bacteriano é possível. A presença de nutrientes também é importante, pois amplia a faixa de Aa em que os micro-organismos podem multiplicar-se.

A Aa limitante para o crescimento de determinado organismo depende ainda de outros fatores intrínsecos que podem agir simultaneamente, como o pH do meio, o potencial de óxidoredução e a presença de substâncias antimicrobianas naturais ou intencionalmente adicionadas, entre outros. De modo geral, quando esses fatores provocam um afastamento das condições ótimas para a multiplicação de determinado micro-organismo, mais alto será o valor de Aa necessária.

O efeito da diminuição de Aa a um valor inferior ao considerado ótimo para um microorganismo é o aumento da fase lag do crescimento microbiano e a diminuição da velocidade de multiplicação e do tamanho da população microbiana final. Este efeito ocorre devido à alterações em todas as atividades metabólicas, uma vez que todas as reações químicas das células são dependentes de água. Alguns micro-organismos, como o Staphylococcus aureus, têm multiplicação quase normal, mesmo em baixa Aa.

2.2. POTENCIAL HIDROGENIÔNICO – pH

O pH (potencial hidrogeniônico) é uma escala logarítmica que varia de 0 a 14, e nos indica quão ácida ou alcalina é uma substância. Valores abaixo de 7,0 são ácidos e acima são alcalinos. O valor 7,0 é neutro.

pH = - log { H+ } ; Quanto > H+ , <pH, e consequentemente mais ácido o alimento.

Assim como ocorre com a atividade de água, os micro-organismos têm valores de pH mínimo, ótimo e máximo para sua multiplicação. Verifica-se que pH em torno da neutralidade, isto é, entre 6,5 e 7,5, é o mais favorável para a maioria dos micro-organismos. Alguns microorganismos são favorecidos pelo meio ácido, como as bactérias láticas, certamente porque há inibição da microbiota de competição. Os bolores e leveduras mostram maior tolerância ao pH, sendo que os bolores podem multiplicar-se em valores de pH mais baixos que as leveduras, sendo estas, por sua vez, mais tolerantes que as bactérias a valores baixos de pH. Entre as bactérias verifica-se que as patogênicas são as mais exigentes quanto ao pH.

Tolerância a valores baixos de pH: bolores > leveduras > bactérias

Alimentos como frutas, refrigerantes, vinhos e vinagres apresentam pH inferior àquele em que a proliferação bacteriana é possível. Esses alimentos normalmente deterioram-se devido ao crescimento de bolores e leveduras, uma vez que estes toleram pH inferior a 3,5.

De acordo com o pH, os alimentos são subdivididos em três grandes grupos: os alimentos de baixa acidez, quem têm pH superior a 4,5; os alimentos ácidos, que têm pH entre 4,0 e 4,5, e os alimentos muito ácidos, que tem pH inferior a 4,0. Esta classificação está baseada no pH mínimo para multiplicação e produção de toxina de Clostridium botulinum (4,5) e no pH mínimo para multiplicação da grande maioria das bactérias (4,0). Dessa forma, alimentos de baixa acidez (pH > 4,5) são os mais sujeitos a multiplicação microbiana, tanto de espécies patogênicas quanto de espécies deteriorantes. Já nos alimentos ácidos (pH entre 4,0 a 4,5), há predominante de crescimento de leveduras, de bolores e de algumas poucas espécies bacterianas, principalmente bactérias láticas e algumas espécies de Bacillus. Nos alimentos ácidos (pH < 4,0), o desenvolvimento microbiano fica restrito quase que exclusivamente a bolores e leveduras.

Acredita-se que o pH adverso afeta principalmente a respiração dos micro-organismos, por ação em suas enzimas e no transporte de nutrientes para dentro da célula microbiana. Tal como acontece com a Aa, também o pH desfavorável provoca um aumento na fase Lag da multiplicação microbiana.

Quando os micro-organismos estão em pH diferente do pH neutro, sua capacidade de multiplicação depende da sua capacidade de modificar o pH adverso. Quando em pH ácido, as aminoácidos-descarboxilazes de muitos micro-organismos são ativas (pH ótimo próximo de 4,0), resultando na produção de aminas, que aumentam o pH. Por outro lado, em pH alcalino, ocorre a ativação de aminoácidos-descarboxilazes (pH ótimo próximo de 8,0), que produzem ácidos orgânicos, cujo efeito é a redução do pH.

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. Os ácidos podem causar sobre os micro-organismos, os seguintes efeitos:

maior gasto de energia para manter o pH intracelular; desnaturação de proteínas, DNA; alteração da atividade das enzimas responsáveis pelas atividades vitais da célula; menor velocidade de crescimento.

O pH intracelular (em condições normais em torno de 7.0) é bastante afetado pelas variações externas. A acidificação no interior da célula pode ser devido :

• a migração dos íons H+ do meio externo para o meio interno • dissociação das moléculas dos ácidos que penetram através da membrana

• ácidos orgânicos fracos na forma não dissociada, os quais são facilmente solúveis na membrana celular, interferindo assim na sua permeabilidade, o que leva a afetar o transporte de substrato e a fosforilação oxidativa, inibindo o transporte de elétrons e causando a acidificação do interior da célula 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 4.0 Alimentos ácido 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)

• alguns ácidos ao se dissociarem liberam ânions que podem ser metabolizados e alguns tem atividade inibitória.

2.3. POTENCIAL DE OXIDO-REDUÇÃO – Eh

Os processos de oxidação e redução estão relacionadas com a troca de elétrons entre compostos químicos. O potencial de oxi-redução pode ser definido como sendo a facilidade com que determinado substrato ganha ou perde elétrons.

oxidação - liberação ou perda de elétrons redução - o composto recebe elétrons

Quando ocorre a transferência de elétrons de um composto para outro, estabelece-se um diferença de potencial entre os mesmos, a qual pose ser medida com instrumentos apropriados, sendo expressa em volts (V) ou milivolts (mV).

Tabela 1 – Potencial de oxi-redução de alguns micro-organismos

Micro-organismos Eh de crescimento (em mV)

Aeróbios (bolores, leveduras oxidativas e muitas bactérias – causadoras de deterioração dos alimentos) + 350 a + 500

Anaeróbios (bactérias deteriorantes patogênicas – Clostridium botulinum)

• na ausência de O2 toleram substrato com Eh elevado (+ 370)

• na presença de O2 este limite cai para + 100

Anaeróbios Facultativos (família

Enterobacteriaceae) + 100 a + 350

A determinação do valor de Eh de um alimento é bastante difícil porque ocorre a interação da tensão de oxigênio que envolve o alimento com a presença de compostos químicos que agem sobre o valor de Eh. De modo geral, alimentos de origem vegetal têm valores de Eh entre +300 e +400mV, o que explica a deterioração desses produtos por bactérias aeróbias e bolores. Carnes em grandes pedaços têm Eh em torno de -200mV, enquanto que nas moídas o valor de Eh pode subir para até +200mV. O músculo do animal, imediatamente após sua morte, tem Eh de +250mV, porém, decorridas cerca de 300 horas, esse valor pode cair para -250mV, dando condições para a multiplicação da microbiota anaeróbia da carne. Queijos têm valores de Eh bastante variáveis: dependendo das condições de fabricação, esses valores podem variar de -20 até -200mV.

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