Quais condições são necessárias para a multiplicação dos microrganismos nos alimentos?

Visto que os nossos alimentos são de origem animal ou vegetal, é interessante considerar as características dos tecidos animais e vegetais que influenciam o crescimento microbiano. Todas as plantas e animais que servem como fontes de alimentos desenvolveram mecanismos de defesa contra a invasão e a proliferação de microrganismos, e alguns desses mecanismos continuam activos nos alimentos frescos.

Levando em conta esse fenómeno natural, pode-se utilizar algum ou todos os mecanismos em conjunto para evitar ou retardar a deterioração por microrganismos os produtos derivados de uma determinada planta ou vegetal.

A qualidade microbiológica dos alimentos está condicionada, primeiro, à quantidade e ao tipo de microrganismos inicialmente presentes (contaminação inicial) e depois à multiplicação destes no alimento.

A qualidade das matérias-primas e a higiene (ambiente, manipuladores e superfícies) representam a contaminação inicial. O tipo de alimento e as condições ambientais regulam a multiplicação microbiana.

Os factores inerentes ao alimento podem também ser chamados de factores intrínsecos (afectam o crescimento microbiano), como por exemplo, o pH e a actividade da água (aw) e os inerentes ao ambiente de factores extrínsecos (também, afectam o crescimento microbiano), como a temperatura, a humidade relativa e a presença de gases. Estes factores podem ser óptimos ou limitantes, interferindo na multiplicação de microrganismos, inclusive os patogénicos transmitidos por alimentos, causadores principalmente de infecções e intoxicações de origem alimentar.

As bactérias, os bolores e as leveduras apresentam exigências nutricionais muito variadas mas, geralmente, encontram nos alimentos condições propícias para a sua multiplicação.

Em condições ideais, as bactérias são os microrganismos com maior velocidade de crescimento, podendo apresentar um tempo de geração (tg) em média de 20 minutos. Por isso, mesmo naqueles casos em que a contaminação inicial de um alimento é pequena, altas contagens poderão ser alcançadas num breve curto espaço de tempo. Entretanto, tal velocidade não é constante, havendo acentuadas variações, que vão depender da fase de crescimento em que se encontram e das condições do ambiente. Os parâmetros intrínsecos e os extrínsecos determinam também a velocidade de multiplicação.

As leveduras, por sua vez, possuem um tempo de geração de 2 a 3 horas (superior ao das bactérias), sendo que os bolores (fungos filamentosos), multiplicam-se mais lentamente que as leveduras.

Desta forma, se um alimento apresenta condições para o desenvolvimento dos três grupos de microrganismos, as bactérias serão dominantes e, por conseguinte, serão as principais causadoras da deterioração. Por outro lado, as leveduras e bolores serão importantes na deterioração dos alimentos que não ofereçam condições ao rápido crescimento bacteriano.

FACTORES INTRÍNSECOS

pH

A acidez, incluindo a dos alimentos, é normalmente medida numa escala pH, em que o
pH é o logaritmo decimal do inverso da concentração do hidrogenião no alimento. Quanto maior a concentração do hidrogenião mais ácido é o alimento e, consequentemente, menor é o respectivo valor de pH.

No seu estado natural, a maioria dos alimentos como a carne, o peixe e os vegetais são ligeiramente ácidos enquanto a maioria das frutas são moderadamente ácidas. Um número muito limitado de alimentos, como a clara de ovo, é alcalino.

A redução do pH de um alimento contribui para reduzir a capacidade de desenvolvimento microbiano, razão pela qual a acidificação de alimentos, quer através de processos fermentativos (e.g. iogurtes), quer através da adição de ácidos fracos (e.g. conservas de pickles) são utilizadas como técnicas de conservação de alimentos.

Diferentes grupos de microrganismos têm condições óptimas, mínimas e máximas de pH, por forma a crescerem nos alimentos.

pH > 4.5 - Alimentos de baixa acidez :
- predominância de crescimento bacteriano - em face do menor tempo de geração (patogénicos, esporângicas ou não, aeróbios ou anaeróbios, mesófilos ou termófilos)

pH entre 4.5 e 4.0 - Alimentos 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)

Determinados alimentos são mais resistentes à mudança de pH que outros, são os chamados alimentos tamponados. As carnes apresentam maior capacidade tamponada que as verduras e hortaliças

Actividade da água (aw)

O crescimento e o metabolismo microbiano exigem a presença de água numa forma disponível e a aw é um índice desta disponibilidade para utilização em reacções 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 aw. Sendo 1 o valor de aw obtido na água pura, os valores de aw oscilarão entre 0 e 1.

A resposta dos microrganismos à actividade da água dos alimentos pode, no entanto, ser afectada por um determinado número de factores, sendo o crescimento microbiano, e em alguns casos a produção de seus metabolitos, particularmente sensíveis a alterações de aw. Os diferentes microrganismos têm geralmente um nível óptimo e um nível mínimo de aw para crescimento, embora dependendo de outros factores de crescimento do meio.

A maioria das bactérias patogénicas encontra-se controlada quando a aw é inferior a 0,85, sendo que a produção de toxinas é, na maioria dos casos, inibida a aw inferiores a 0,90.

O Staphylococcus aureus é uma excepção, podendo crescer e produzir toxinas em alimentos com aw inferiores a 0,90. Deve-se ter em consideração que estes valores são valores aproximados na medida em que diferentes solutos poderão inibir diferenciadamente o crescimento microbiano em idênticas condições de aw. Como exemplo, verificou-se que numa solução de sal o limite inferior de aw para o crescimento do Clostridium botulinum tipo A foi de 0,94, enquanto que numa solução de glicerol o seu crescimento só era inibido para valores de aw inferiores a 0,92.

A aw pode ser utilizada em combinação com outros factores por forma a controlar o desenvolvimento de patogénicos nos alimentos. A aw pode ser manipulada nos alimentos de várias formas, nomeadamente através:
- Da adição de solutos, como o sal e o açúcar;
- Da remoção da água por processos de secagem ou cozedura;
- Da indisponibilidade da água por congelação;
- Da ligação da água a compostos macro-moleculares.

Principais grupos de alimentos e os seus valores de aw:

aw = 0.98 e superiores => carne e pescado frescos; frutas e hortaliças frescas; leite e a maioria das bebidas; hortaliças; enlatadas em salmoura; frutas enlatadas em pouca concentração de açúcar

aw = 0.93 - 0.98 => pasta de tomate; queijo submetido a tratamento industrial; carnes curadas enlatadas; embutidos; fermentados (não secos); frutas enlatadas em alta concentração de açúcar

aw = 0.85 - 0.93 => embutidos secos e fermentados; presunto fresco; queijo de chedar velho; leite condensado

aw = 0.60 - 0.85 => frutas secas; farinha; cereais; compotas e geleias; nozes; alimentos com uma humidade intermédia

aw = Inferiores a 0.60 => chocolate; pastelaria; mel; biscoito; bolachas cream cracker; batata inglesa; ovos e hortaliças; desidratados e leite em pó

Potencial de oxidação-redução (Eh)

Os processos de oxidação e redução estão relacionados com troca de electrões entre as substâncias químicas. O potencial de óxido-redução (Eh) pode ser definido como a capacidade de certos substratos em ganhar ou perder electrões. O elemento que perde um electrão é denominado oxidado, e o que ganha, reduzido. O potencial de oxidação- redução é medido em milivolts (mV). Dado que o potencial de oxidação-redução é afectado pelo pH do substrato, a sua medição é normalmente efectuada a pH 7,0 (Jay, 2000).

Os microrganismos, em relação ao potencial de oxidação-redução, podem ser classificados como aeróbios, anaeróbios, aeróbios facultativos e micro-aerófilos. Normalmente os microrganismos aeróbios crescem entre + 500 e + 300 mV, os aeróbios facultativos entre + 300 e – 100 mV, os anaeróbios entre + 100 e menos de – 250 mV.

Entre os microrganismos aeróbios estão quase todos os bolores, leveduras oxidantes e muitas bactérias, principalmente as que deterioram os alimentos (Pseudomonas, Moraxella, Acinetobacter, Flavobacterium, etc.) e algumas bactérias patogénicas aeróbias (como Bacillus cereus, Aeromonas hydrophila). Algumas bactérias aeróbias crescem melhor em condições um pouco reduzidas e são denominadas micro-aerófilos, como os Lactobacilus e os Streptococcus.

Entre os microrganismos anaeróbios estão algumas bactérias patogénicas (Clostridium botulinum) e que deterioram os alimentos. Entre os microrganismos aeróbios facultativos estão as bactérias da família Enterobacteriaceae. Os bolores importantes para alimentos são aeróbios e as leveduras importantes são aeróbias ou facultativas.

Quantidade de nutrientes

Àsemelhança de qualquer organismo, os microrganismos necessitam de um conjunto básico de nutrientes para o seu crescimento e para a realização das suas funções metabólicas. A exigência quanto à quantidade e ao tipo de nutrientes difere substancialmente de microrganismo para microrganismo. Entre os nutrientes que a generalidade dos microrganismos necessitam encontram-se: a água, uma fonte de energia, o azoto, as vitaminas e os sais minerais.

Estes nutrientes, em parte ou na totalidade, encontram-se na generalidade dos alimentos,
embora variando de alimento para alimento.

Fonte de energia: Os microrganismos patogénicos podem obter energia de diferentes formas, tais como hidratos de carbono, álcoois e aminoácidos. No entanto, a maioria destes microrganismos metabolizam hidratos de carbono simples, designados normalmente como açúcares, como, por exemplo, a glucose. Existe, no entanto, um pequeno grupo de microrganismos que têm capacidade para metabolizar hidratos de carbono mais complexos (polissacáridos), como o amido e a celulose que se encontram em alimentos de origem vegetal, ou o glicogénio que se encontra nos músculos dos tecidos animais.

As gorduras e os óleos podem ser utilizados como fonte de energia por microrganismos lipolíticos, como vários bolores, leveduras e bactérias (Pseudomonas, Achromobacter, Alcaligenes e outras); embora a maioria dos microrganismos não consiga crescer neste substrato.

Azoto: É normalmente obtido a partir de aminoácidos, nucleotídeos, peptídeos e proteínas.

Os aminoácidos são a fonte mais importante de azoto para os microrganismos, podendo ser também utilizado como fonte de energia. Existem, no entanto outros compostos azotados que podem ser utilizados como fonte de azoto como, por exemplo, a ureia, a amónia e metilaminas.

Vitaminas: Geralmente, os alimentos possuem a quantidade de vitamina necessária para o crescimento dos microrganismos. Por exemplo, frutas pobres em vitaminas do complexo B não permitem o crescimento de algumas bactérias. As bactérias Gram- positivas são mais exigentes do que as Gram-negativas e os bolores que podem sintetizar seus próprios factores de crescimento. As mais importantes são as vitaminas do complexo B, a biotina e o ácido patogénico.

Sais minerais: Apesar de serem usados em pequenas quantidades, são factores indispensáveis para o crescimento de microrganismos devido ao seu envolvimento nas reacções enzimáticas. Dado que, na generalidade dos casos, são necessárias quantidades muito pequenas destes elementos, uma grande variedade de alimentos pode servir como fonte de sais minerais aos microrganismos. Os mais importantes são o sódio, o potássio, o cálcio, o magnésio, o ferro, o manganésio, o fósforo e o enxofre.

Constituintes anti-microbianos

Alguns alimentos contêm naturalmente algumas substâncias com características anti- microbianas que lhes conferem alguma estabilidade acrescida. Substâncias com características anti-microbianas podem ser encontradas quer em alimentos de origem vegetal, quer em alimentos de origem animal, como por exemplo:

- Ovo: possui a lisozima (muramidase), que destrói a parede celular de bactérias Gram-positivas. Na albumina do ovo existe a avidina, substância que age contra algumas bactérias e leveduras.

- Amora, ameixa e morango: possuem o ácido benzóico com acção bactericida e fungicida, sendo mais eficaz em valores de pH entre 2,5 e 4,5.

- Leite: no leite cru existem muitos grupos de substâncias com actividade anti-microbiana, como o sistema lacto-peroxidase, lacto-ferrina e outras proteínas que se ligam ao ferro, protegendo o leite contra a deterioração e inibindo o crescimento de bactérias patogénicas.

Alguns processos de transformação de alimentos resultam também na formação de compostos com características anti-microbianas nos alimentos. Entre esses processos incluem-se:

- A deposição de substâncias com características anti-microbianas na superfície do produto, nos processos de fumagem de carnes e de pescado;

- A formação de compostos de Maillard resultantes de reacções entre açúcares e aminoácidos ou peptídeos, na sequência de processos térmicos em alguns alimentos;

- A formação de bactericidas, antibióticos e outros inibidores, resultantes de processos fermentativos (e.g. bactérias ácido lácticas).

Embora estas substâncias anti-microbianas possam contribuir positivamente para inibir o crescimento microbiano, normalmente o nível em que se encontram é demasiado baixo para que só por si possam assegurar uma adequada estabilidade do alimento, devendo ser combinado com outros factores como, por exemplo, o pH e a actividade da água.

Em adição às substâncias anti-microbianas que ocorrem naturalmente nos alimentos, podem ser adicionados aos alimentos um conjunto de conservantes químicos e aditivos para estender o tempo de vida dos alimentos e/ou inibir o crescimento microbiano, quer individualmente, quer de forma combinada.

Estruturas biológicas

Existe um determinado número de alimentos, de origem animal e vegetal, cuja estrutura física os protege da entrada e crescimento de microrganismos, incluindo os patogénicos.

Como exemplos de tais barreiras físicas é possível enumerar a casca de frutos e vegetais, as conchas de nozes, as conchas de animais e as cascas e as membranas nos ovos. A manutenção intacta destas estruturas biológicas dos alimentos pode ser importante para prevenir a entrada e o subsequente desenvolvimento microbiano. No caso de frutos e alguns vegetais, danos provocados na casca durante a colheita, transporte e armazenagem, bem como picadas de insectos, podem permitir a penetração de microrganismos e facilitar-lhes o acesso aos nutrientes necessários ao seu desenvolvimento. Após a colheita, os microrganismos patogénicos podem sobreviver na superfície exterior dos frutos e de vegetais, mas normalmente não têm condições para crescer, dado que, na generalidade, não é normal que os microrganismos patogénicos tenham capacidade para produzir as enzimas necessárias para atacar a casca destes produtos, o que lhes restringe o acesso à água e restantes nutrientes necessários ao seu desenvolvimento.

O ovo é um outro exemplo de um alimento em que a sua estrutura biológica, quando intacta, contribui para prevenir a contaminação a partir do exterior. Para que a contaminação do interior do ovo ocorra por microrganismos que se encontrem na superfície, é necessário que estes penetrem através da casca e da membrana do ovo. Embora o ovo possua naturalmente substâncias anti-microbianas, estas são insuficientes para garantir a sua conservação caso os microrganismos consigam atravessar a casca e a membrana. A temperatura de conservação, a humidade relativa, a idade dos ovos e o nível de contaminação superficial, são alguns dos factores que podem influenciar a penetração dos microrganismos nos alimentos.

O aquecimento de alimentos, bem como outros tipos de processamento, podem também provocar a rotura de estruturas biológicas que possuam um efeito protector, para além de, potencialmente, alterarem o pH e a actividade da água do alimento: deste modo, podem ser criadas condições que favoreçam o crescimento de microrganismos patogénicos.

FACTORES EXTRÍNSECOS

Temperatura

Todos os microrganismos possuem uma gama de temperatura na qual crescem, com um mínimo, um máximo e um óptimo. A relação entre a temperatura e a taxa de crescimento de microrganismos varia significativamente entre os microrganismos.

Quatro grupos principais foram definidos tendo em consideração as gamas de temperatura em que as bactérias se desenvolvem: termófilos, mesófilos, psicrófilos e psicotróficos.

A maioria dos microrganismos patogénicos encontra-se no grupo dos mesófilos, os quais têm condições óptimas de temperatura de desenvolvimento entre os 30 e os 45 ºC. Entre os mesófilos destacam-se as bactérias patogénicas e deterioradoras, alguns bolores e leveduras.

É de salientar que o crescimento microbiano é afectado, não apenas pela temperatura, mas também por outros factores intrínsecos e extrínsecos. O crescimento de microrganismos patogénicos será tanto mais acelerado quanto mais próximo da temperatura óptima de crescimento se encontrar o alimento.

Os efeitos letais da congelação e refrigeração dependem do microrganismo em questão e das condições de tempo e temperatura de armazenamento. Alguns microrganismos podem permanecer viáveis por longos períodos em alimentos congelados.

Humidade Relativa (HR) do meio

A humidade relativa influencia directamente a actividade de água do alimento. Se um alimento com baixa actividade de água está armazenado num ambiente com alta humidade relativa, a actividade de água deste alimento aumenta, permitindo a multiplicação de microrganismos.

A combinação entre humidade relativa e temperatura não pode ser desprezada. Geralmente, quanto maior a temperatura de armazenagem, menor a humidade relativa, e vice-versa. Alterando o gás da atmosfera é possível retardar a multiplicação de microrganismos, sem diminuir a humidade relativa.

Presença e concentração de gases

O dióxido de carbono (CO2), o ozono (O3) e o oxigénio (O2) são gases que são directamente tóxicos para alguns microrganismos. O mecanismo de inibição depende das propriedades físico-químicas do gás e da sua interacção com a fase líquida e lipídica do alimento. A oxidação gerada pelo ozono e pelo oxigénio são altamente tóxicas para bactérias anaeróbias e podem ter um efeito inibidor nos aeróbios dependendo da sua concentração. Por sua vez, o dióxido de carbono é eficaz relativamente a microrganismos aeróbios, podendo, em altas concentrações, inibir outros microrganismos.

Várias tecnologias são utilizadas para inibir o crescimento microbiano, sendo a maioria
destes métodos combinados com o controlo de temperatura, por forma a aumentar o efeito inibitório. Entre estas tecnologias inclui-se:

- Embalagem em atmosfera modificada (MAP – “Modified Atmosphere
Packaging”).
- Embalagem em atmosfera controlada (CAP – “Controlled Atmosphere
Packaging”);
- Armazenagem em atmosfera controlada (CAS – “Controlled Atmosphere
Storage”).

A utilização da atmosfera controlada nos alimentos poderá modificar a natureza do processo de deterioração, podendo retardá-lo, como por exemplo, a presença de O2 para os microrganismos anaeróbios

O CO2 é o gás mais utilizado para retardar a deterioração de alimentos (frutas, produtos cárneos). A maioria das bactérias, bolores e leveduras são inibidas, mas não destruídos em atmosfera contendo 5 e 50 % de CO2 (v/v). Uma concentração de 10%, reduz até 50% nas contagens totais de microrganismos O CO2é muito eficiente contra microrganismos psicrotrófilos - bolores e leveduras oxidativas e bactérias Gram-negativas. A utilização de 15% de CO2 na atmosfera, praticamente duplica o espaço de tempo para estas bactérias se multiplicarem a 0ºC. As bactérias Gram-positivas, principalmente as lácticas, são resistentes ao CO2

Presença e actividade de outros microrganismos

Alguns microrganismos naturalmente presentes nos alimentos produzem substâncias que são inibidoras ou letais para outros microrganismos. Estas incluem os antibióticos, bacteriocinas, peróxido de hidrogénio e ácidos orgânicos.

Este fenómeno refere-se à inibição ou destruição geral e não específica de um microrganismo por outros do mesmo habitat ou meio. Enquanto o antagonismo láctico é um exemplo específico da interferência microbiana, existem outros exemplos não tão bem definidos pelos quais ocorre a inibição.