Fatores de Crescimento Microbiano

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Microbiologia
Fatores de Crescimento Microbiano
Fatores de Crescimento
Microbiano
Fatores Intrínsecos e
Extrínsecos
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Fatores de crescimento Microbiano
Fatores intrínsecos: características próprias dos
alimentos
Fatores extrínsecos: relacionado com o ambiente que
o alimento se encontra.
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Fatores intrínsecos:
1. Atividade de água
2. pH
3. Potencial de oxi
oxi--redução
4. Nutrientes
5. Constituintes antimicrobianos
6. Interação entre microrganismos
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Fatores extrínsecos:
1. Temperatura
2. Umidade relativa do ambiente
3. Atmosfera gasosa (tensão de oxigênio)
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1) Fatores intrínsecos
1.1) Atividade de água (Aw):
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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.
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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.
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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
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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)
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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:
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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).
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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;
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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.
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– 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:
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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.
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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.
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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;
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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.
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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
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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
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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.
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2) Fatores extrínsecos:
2.1) Temperatura
2.2) Umidade relativa do ambiente
2.3) Atmosfera gasosa (tensão de oxigênio)
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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
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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.
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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.
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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
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2.1.2) MICRORGANISMOS PSICROTRÓFICOS:
Quando se multiplicam em temperaturas de refrigeração,
Temperatura ótima para crescimento entre 20oC e 30oC.
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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)
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2.1.4) MICRORGANISMOS TERMÓFILOS:
Temperaturas entre 45oC e 85oC (T. Ótima 50oC –
60oC)
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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.
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