Fatores de Crescimento Microbiano
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Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de Crescimento Microbiano Fatores de Crescimento Microbiano Fatores Intrínsecos e Extrínsecos Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Fatores intrínsecos: características próprias dos alimentos Fatores extrínsecos: relacionado com o ambiente que o alimento se encontra. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Fatores intrínsecos: 1. Atividade de água 2. pH 3. Potencial de oxi oxi--redução 4. Nutrientes 5. Constituintes antimicrobianos 6. Interação entre microrganismos Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Fatores extrínsecos: 1. Temperatura 2. Umidade relativa do ambiente 3. Atmosfera gasosa (tensão de oxigênio) Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 1) Fatores intrínsecos 1.1) Atividade de água (Aw): Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano A água é essencial para o metabolismo Entretanto, não basta que esteja apenas presente, mais que esteja de forma disponível. O parâmetro que mede a atividade de água em um alimento denominadenomina-se “atividade de água” (Aa ou Aw) Defini--se atividade de água de um alimento ou de uma Defini solução qualquer, como sendo a relação existente entre a pressão parcial de vapor de água contida na solução ou no alimento (P) e a pressão parcial de vapor de água pura (Po), a uma temperatura: Aa = P/Po É a água disponível, no meio ou no alimento, a qual será utilizada pelos microrganismos realizarem suas reações celulares. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano As concentrações de solutos, adição de sais, de açúcar e de outras substâncias provoca a redução do valor de Aa em um alimento, por reduzir seu P, desse modo podem impedir que os microrganismos utilizem a água livre para o seu desenvolvimento – Ex. uma solução rica em açúcar ou cloreto de sódio A redução também pode se dar através da remoção de água por desidratação ou pelo congelamento. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Os Microrganismos Osmofílicos são capazes de se multiplicarem em altas concentrações de açúcar; Os Microrganismos Osmodúricos, Osmodúricos, são capazes de suportar altas concentrações de açúcar, porém não de se multiplicar. Os Microrganismos Halofílicos e Halodúricos são capazes de se multiplicar ou de suportar altas concentrações de NaCl NaCl,, respectivamente De um modo geral, as bactérias necessitam de mais água livre do que as leveduras, e estas mais do que os fungos filamentosos Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Aa varia de 0,0 a 1,00 Bactérias: 0,90 Fungos: 0,70 a 0,80 Quanto à atividade de água em que crescem, os microrganismos se dividem em: – Xerófitos – Mesófitos – Hidrófitos Grupo de microrganismos Valor mínimo de Aa Maioria das bactérias 0,91 Maioria das leveduras 0,88 Maioria dos mofos 0,80 Bactérias halofílicas 0,75 Fungos xerofílicos 0,65 Leveduras osmofílicas 0,60 1.2) pH (potencial hidrogeniônico) Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Cada espécie de MO possui um pH ótimo para crescer O pH intracelular deve ser sempre mantido em torno de 7,5 para crescer bem em ácido ou básico As bactérias crescem numa variação de pH de 4 a 9 Ex. – Bacillus pH 11 a pH bem mais baixos – Thiobacillus pH 0,5 Os bolores e as leveduras vivem em faixas mais amplas de pH do que as bactérias O picles e o chucrute são preservados por ácidos orgânicos vindos da fermentação bacteriana Importante: Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Quando um microrganismo se desenvolve num meio de cultura, ocorre uma modificação do pH do meio devido às substâncias liberadas por seu metabolismo (substâncias de excreção do microrganismo). Esta modificação do pH no meio de cultura pode inibir o crescimento da própria bactéria. Para se evitar esta modificação do pH utilizautiliza- se no meio de cultura uma solução tampão (a qual mantém o pH do meio de cultura sempre constante). Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano O pH é um fator de grande importância na limitação dos tipos de microrganismos capazes de se desenvolver nos alimentos. Em função destes parâmetros os alimentos podem ser classificados em: – Alimentos pouco ácidos: os que possuem pH superior a 4,5. Ex: leite, carnes, pescados, alguns vegetais, etc – Alimentos ácidos: os que possuem pH entre 4,5 a 4,0. Ex: algumas frutas e hortaliças. – Alimentos muito ácidos: os que possuem pH inferior a 4,0. Ex: frutas cítricas, refrigerantes, maçãs, azeitonas, etc. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano O pH 4,5 é muito importante em microbiologia de alimentos, pois assinala o nível abaixo do qual não há o desenvolvimento de Clostridium botulinum, bem como de modo geral, das bactérias patogênicas. patogênicas. A microflora de alimentos pouco ácidos (pH >4,5) é muito variada, havendo condições para o desenvolvimento da maioria das bactérias, fungos filamentosos e leveduras. Em alimentos ácidos (pH entre 4,5 e 4,0), 4,0), as bactérias que podem se desenvolver são as láticas e algumas esporuladas dos gêneros Bacillus e Clostridium. Nesta faixa os fungos filamentosos e as leveduras encontram boas condições para seu desenvolvimento. Nos alimentos muito ácidos (pH <4,0) podem se desenvolver apenas fungos filamentosos e leveduras e por vezes bactérias láticas e acéticas. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 1.3) Potencial de oxioxi-redução: Os processos de oxidação e redução estão relacionados com a troca de elétrons entre compostos químicos. O potencial de oxioxi-redução pode ser definido como sendo a facilidade com que determinado substrato ganha ou perde elétrons. Quando um elemento perde elétrons, ele é dito oxidado, e quando ele ganha elétrons, reduzido. Quando ocorre a transferência de elétrons de um composto para outro, estabeleceestabelece-se uma diferença de potencial entre os mesmos. Quanto mais oxidado é um composto, mais positivo é seu potencial de oxioxi-redução, e quanto mais reduzido é um composto, mais negativo é esse potencial. O potencial de oxioxi-redução de um sistema é expresso pelo símbolo Eh Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Microrganismos aeróbios requerem valores de Eh positivos para multiplicação (bolores, leveduras e muitas bactérias como Pseudomonas, Moraxella, Acetobacter,, etc) Acetobacter Os anaeróbios requerem valores baixos de Eh (bactérias patogênicas como, Clostridium botulinum)) botulinum A determinação do valor de Eh de um alimento é bastante difícil porque ocorre a interação da tensão do oxigênio que envolve o alimento com a presença de compostos químicos que agem sobre o valor de Eh. 1.4) Nutrientes Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Para que a multiplicação bacteriana seja possível, os seguintes nutrientes devem estar disponíveis: água, fonte de energia, fonte de nitrogênio, vitaminas e sais minerais. Os microrganismos variam quanto suas exigências aos fatores de crescimento e a capacidade de utilizarem diferentes substratos que compõem os alimentos. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Principais elementos químicos para o crescimento das células: células: Carbono, nitrogênio, oxigênio, enxofre e fósforo. MO heterotróficos: heterotróficos: utilizam compostos orgânicos como principal fonte de carbono; MO autotróficos: autotróficos: Utilizam CO2 como principal ou única fonte de carbono; Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Fonte de carbono: pode muitas vezes limitar o a) crescimento dos microrganismos. – Carbono: Forma o esqueleto das 3 maiores classes de Carbono: nutrientes orgânicos: carboidratos, lipídeos e proteínas Os carboidratos complexos (polissacarídeos), tais como amido e celulose são diretamente utilizados por um número restrito de microrganismos. Os fungos filamentosos (Bolores) são de particular interesse na deterioração de alimentos que contenham estes substratos, por haver muitas espécies produtoras de enzimas celulolíticas e amilolíticas. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano – As gorduras e os óleos são atacados por microrganismos lipolíticos como por exemplo, muitos fungos filamentosos, leveduras e bactérias (Pseudomonas Pseudomonas,, Achromobacter, Alcaligenes e outros); – Porém, grande número de microrganismos não tem a capacidade de crescerem nesses substratos – Microrganismos com atividade pectinolítica provocam a quebra da pectina dos vegetais. b) Fonte de nitrogênio: Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Nitrogênio: é essencial para formar os aminoácidos e Nitrogênio: conseqüentemente as proteínas Fontes: Compostos nitrogenados como nitritos, nitratos, sais de amônia ou nitrogênio orgânico (aminoácidos, peptídeos) A fonte de nitrogênio não é tão importante quanto a de carbono na limitação do desenvolvimento microbiano. Microrganismos proteolíticos (aqueles que possuem enzimas que degradam proteínas) são importantes em alimentos ricos em proteínas, onde provocam alterações no odor e no sabor. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano c) Fonte de vitaminas: Em geral os alimentos possuem as quantidades necessárias para o crescimento dos microrganismos. As bactérias Gram Gram--positivas são as mais exigentes de vitaminas do complexo B As GramGram-negativas e os fungos geralmente são capazes de sintetizar todas as vitaminas que necessitam. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano d) Sais minerais: • Não são limitantes ao desenvolvimento microbiano. e) Enxofre: • Biossíntese dos aminoácidos: cistina, cisteína e metionina f) Fósforo: • Síntese de ácidos nucléicos e ATP; • Íons inorgânicos: Sulfato e fosfato podem suprir também elementos necessários para os microrganismos; Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano g) Outros elementos: – Íon sódio: sódio: Transporta o açúcar melibiose pela permease – Ferro: necessário para o funcionamento das enzimas citocromo Ferro: citocromo,, catalase,, succinil desidrogenase catalase desidrogenase;; – Cloreto de Sódio (NaCl (NaCl)) : bactérias halofílicas – “gostam de sal “ – Elementos minerais: minerais: zinco, cobre, manganês, molibdênio e cobalto. São “elementos – traços” traços”,, geralmente utilizados em funções enzimáticas. Podem ser adicionados ao meio de cultura ou são encontrados como impurezas de outros elementos no meio de cultura. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Classificação nutricional dos microrganismos: Microrganismos Quimiotróficos: Quimiotróficos: utilizam compostos químicos para obter energia 1. 1.1) Microrganismos Quimioautotróficos: Quimioautotróficos: • • Fonte de energia: compostos inorgânicos Fonte de carbono: CO2 1.2) Microrganismos Quimioheterotróficos: Quimioheterotróficos: • • Fonte de energia: compostos orgânicos Fonte de carbono: compostos orgânicos 2. Microrganismos Fototróficos: Fototróficos: dependem de luz para produzir energia Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 1.5) Constituintes Antimicrobianos: A estabilidade de alguns produtos, de origem animal e vegetal, ocorre na natureza devido a presença de substâncias antimicrobianas, tendo a capacidade de retardar ou mesmo de impedir a multiplicação microbiana. – Alguns exemplos são as amoras, que possuem o ácido benzóico; cravos, que tem óleos essenciais e a canela, que contém aldeído cinâmico cinâmico.. – Os condimentos contém vários óleos essenciais com atividade antimicrobiana, tais como o eugenol do cravo, alicina no alho, aldeído cinâmico e eugenol na canela, alil--isotiocianato na mostarda, timol e isotimol no alil orégano Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 1.6) Interação entre microrganismos: Um determinado microrganismo, ao se multiplicar em um alimento, produz metabólitos que podem afetar a capacidade de sobrevivência e de multiplicação de outros microrganismos presentes nesse alimento. Assim, por exemplo, as bactérias produtoras de ácido lático podem alterar o pH do alimento de tal forma que torna ácido demais para o crescimento de muitos outros microrganismos. Muitos microrganismos são capazes de produzir determinadas substâncias com atividade bactericida, denominadas genericamente de bacteriocinas bacteriocinas.. O maior interesse na área de alimentos é pelas bactérias láticas, capazes de produzir uma ou mais bacteriocinas bacteriocinas.. Algumas bacteriocinas são proteínas simples, outras tem componentes lipídicos e açúcares. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 2) Fatores extrínsecos: 2.1) Temperatura 2.2) Umidade relativa do ambiente 2.3) Atmosfera gasosa (tensão de oxigênio) Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 2.1) TEMPERATURA: Todas as reações que ocorrem nos microrganismos são dependentes de temperatura Os microrganismos são capazes de serem encontrados em ampla faixa de temperatura (de -20oC a + 90oC), devido a alta capacidade de adaptação que possuem Os MO podem crescer em temperaturas variadas – Ex. Bacillus subtilis ( 8oC – 35oC ) Neisseria gonorrhoea ( 30oC – 40oC ) As reações são catalisadas por enzimas Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Todo o microrganismo tem uma temperatura ótima de crescimento e uma faixa de crescimento. crescimento. Em temperaturas abaixo da faixa de crescimento, não há multiplicação. Em temperaturas superiores, pode haver redução, caso a temperatura seja letal à célula. Na temperatura ótima de crescimento crescimento:: é a temperatura na qual uma espécie de MO cresce mais rapidamente. O tempo de geração é o menor possível, havendo uma rápida multiplicação. Temperatura mínima: mínima: é a menor temperatura onde ainda há crescimento Temperatura máxima: é a maior temperatura onde ainda há crescimento Quanto mais a temperatura se afasta do ótimo, porém dentro da faixa de crescimento, maior é o tempo de geração, ficando portanto mais lenta a multiplicação. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Obs. A temperatura ótima é próxima da temperatura máxima, Obs. devido às enzimas ter suas reações mais rápidas pelo aumento de temperatura, até um ponto em que elas são danificadas pelo calor e as células param de crescer. Os MO podem ser divididos em 3 grupos, de acordo com a variação de temperatura na qual crescem melhor: Psicrófilos: quando se multiplicam em temperaturas de Psicrófilos: refrigeração, com temperatura ótima entre 12 e 20 oC. Psicrotróficos: quando se multiplicam em temperaturas de refrigeração, tendo o ótimo para crescimento entre 20oC e 30oC. Mesófilos:: Quando se multiplicam bem em temperatura entre 30 Mesófilos e 45 oC. Crescem melhor em temperaturas moderadas Termófilos:: Quando se multiplicam em T acima de 45 oC, tendo Termófilos um ótimo entre 45oC e 55 oC. Os termodúricos não se multiplicam, porém suportam temperaturas elevadas. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 2.1.1) MICRORGANISMOS PSICRÓFILOS: Temperatura: 12oC a 20oC ou mais baixas Temperatura: Em temperaturas de 4oC a 10oC os MO psicrófilos deterioram alimentos estocado por períodos prolongados Ex. de bactérias psicrófilas psicrófilas:: Pseudomonas Pseudomonas,, Flavobacterium,, Alcaligenes Flavobacterium Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 2.1.2) MICRORGANISMOS PSICROTRÓFICOS: Quando se multiplicam em temperaturas de refrigeração, Temperatura ótima para crescimento entre 20oC e 30oC. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 2.1.3) MICRORGANISMOS MESÓFILOS: A maioria dos MO são mesófilos Temperatura entre 30oC a 45oC 25oC: são saprófitas (não patogênicos) 37oC: patogênicos ao homem (febre pode inibir o crescimento destes MO) Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 2.1.4) MICRORGANISMOS TERMÓFILOS: Temperaturas entre 45oC e 85oC (T. Ótima 50oC – 60oC) Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 2.2) Umidade relativa do ambiente: Há uma correlação estreita entre a atividade de água (Aa) de um alimento e a umidade relativa de equilíbrio do ambiente. Quando o alimento está em equilíbrio com a atmosfera, a umidade relativa (UR) é igual a Aa X 100. Assim, alimentos conservados em ambiente com UR superior à sua Aa tenderão a absorver umidade do ambiente, causando um aumento em sua Aa. Por outro lado, os alimentos perderão água se a umidade ambiental for inferior à sua Aa, causando uma diminuição nesse valor. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 2.3) ATMOSFERA GASOSA (Tensão de oxigênio): Os principais gases que afetam o crescimento dos MO são: – Oxigênio, gás carbônico, nitrogênio e metano O gás carbônico é utilizado por todos os MO. O oxigênio é utilizado por alguns MO sendo tóxico para outros Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Com relação a tensão de oxigênio necessária ao desenvolvimento, os microrganismos podem ser classificados em: I. II. III. IV. Aeróbios: quando só desenvolvem na presença de oxigênio (ar atmosférico) Anaeróbios Obrigatórios: quando só se desenvolvem na ausência de oxigênio Facultativos (Anaeróbios Facultativos): quando se desenvolvem tanto na presença como na ausência do oxigênio. Microaerófilos: necessitam de pequenas quantidades de oxigênio Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 2.3.1) MICRORGANISMOS AERÓBIOS: Necessitam de 21 % de oxigênio – ex. fungos filamentosos Crescem nas superfícies de meios sólidos Em meios líquidos deve haver aeração, que se consegue através da agitação dos tubos Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 2.3.2) MICRORGANISMOS FACULTATIVOS ou Anaeróbios Facultativos: Cresce em presença de O2 ou em ambiente de anaerobiose Em ambiente de anaerobiose eles realizam a fermentação Ex. bactérias da família Enterobacteriaceae (ex. Escherichia coli ), leveduras (Saccharomyces (Saccharomyces cerevisie)) cerevisie Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 2.3.3) MICRORGANISMOS ANAERÓBIOS Podem ser mortos na presença de oxigênio Não crescem na presença de oxigênio Anaeróbios estritos: estritos: são mortos a uma breve exposição ao ar Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Mecanismo de toxicidade do O2 à célula bacteriana anaeróbia: Quando o O2 entra em contato com estas células, este provoca reações que libera radicais superóxido (radicais livres) que causam danos as células e também formam os radicais OH. Os radicais OH. são altamente reativos (vivem <1/10 000 segundos), e danificam quase todas as moléculas da célula, inclusive o DNA. Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Alguns MO desenvolvem um MECANISMO DE DEFESA contra o ataque do O2: Produzindo enzimas que eliminam os radicais. Estas enzimas são: A superóxido dismutase, dismutase, que elimina os radicais superóxido (que converte os radicais superóxido em peróxido de hidrogênio); A catalase que converte o H2O2 em O2 e H2O A peroxidase peroxidase:: que converte o H2O2 em H2O Portanto este mecanismo de defesa não deixa os radicais OH. e superóxido serem formados, formados, com isto as moléculas da célula não são destruídas. Para cultivar MO anaeróbios é necessário uma câmara de anaerobiose ou glove box (qualquer oxigênio presente na câmara é removido numa reação com o H2) glove box câmara de anaerobiose Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano 2.3.4) MICRORGANISMOS MICROAERÓFILOS: Crescem em níveis baixos de oxigênio (1 a 15%) Não toleram 21 % de oxigênio (atmosfera) A tolerância ao O2 é baixa devido a alta susceptibilidade aos radicais peróxidos Ex. Campylobacter jejuni Prof. Márcia G. Perdoncini Microbiologia Fatores de crescimento Microbiano Ref. Bibliográficas: PELCZAR,M. Microbiologia conceitos e aplicações, Vol 1, São Paulo: Makrons Books, 1996. LANDGRAF, Mariza. Microbiologia dos alimentos, São Paulo: Atheneu, 1996. ROITMANN, T,. Tratado de Microbiologia, São Paulo, Manole, 1987.
