01-04-2011 1 HIGIENE DOS ALIMENTOS 4. Os microrganismos e a conservação dos alimentos Objectivos • Conhecer os métodos de que a indústria alimentar moderna dispõem para evitar a deterioração microbiana dos produtos • Compreender, com base numa perspectiva histórica, a evolução dos métodos empregues para conservar os alimentos • Compreender as bases teóricas subjacentes aos métodos de processamento estudados • Conhecer as vantagens e desvantagens de cada método de conservação • Avaliar criticamente os efeitos a longo prazo das técnicas de conservação actualmente empregues 01-04-2011 2 Conteúdos 4.1. Processamento térmico 4.2. Armazenagem a baixas temperaturas 4.2.1. Refrigeração 4.2.2. Congelação 4.3. Conservantes 4.3.1. ácidos orgânicos e ésteres 4.3.2. Nitrito 4.3.3. Dióxido de enxofre 4.4.4. Conservantes “naturais” 4.4. Modificação da atmosfera de embalagem 4.5. Controlo da actividade da água 4.6. Compartimentação 4.1. Processamento térmico 01-04-2011 3 Processamento térmico. História •Nicolas Appert, 1810 – descoberta do calor como agente conservante dos alimentos •Pasteur – mecanismo de acção do calor: inactivação de microrganismos causadores de putrefacção 4.1. Processamento térmico. História •Primeira patente para o uso de latas – Reino Unido, 1810 •Primeira fábrica de enlatados – Londres, 1812 01-04-2011 4 Tipos de processamento térmico • Apertização • Pasteurização • Processamento UHT Pasteurização • Tipicamente, 60 – 80ºC por alguns min • Objectivos: – Eliminação de microrganismos patogénicos • Imposição legal em produtos de elevado risco • Melhora a sua segurança (leite, ovos líquidos, misturas para gelados) • Também pode destruir deteriorantes 01-04-2011 5 Pasteurização – Prolongamento da vida de prateleira » Principal objectivo da pasteurização de produtos ácidos (sumos, cerveja, pickles, molhos) » Contributo bastante pequeno se o alimento não tiver outros factores que contribuam para a inactivação dos mos (acidez, a w ) » Esporulados, Gram-positivos não esporulados (Enterococcus, Microbacterium, Arthrobacter) conseguem sobreviver e deteriorar à temp. ambiente » Necessidade de refrigerar o produto Apertização • processos em que os únicos organismos que sobrevivem ao processamento não são patogénicos e não conseguem desenvolver-se no produto nas condições normais de armazenagem • produtos apertizados têm vidas de prateleira longas, mesmo armazenados à temperatura ambiente 01-04-2011 6 Apertização • Apertização = esterilização comercial • Preferível apertização – esterilização implica ausência total de mos • alimento apertizado não é necessariamente estéril - poderá não estar completamente isento de mos viáveis • num alimento enlatado, num clima temperado, não faz mal terem sobrevivido alguns esporos viáveis dum termófilo – não conseguirão desenvolver-se à temperatura ambiente Quantificação da morte térmica dos microrganismos • Morte microbiana pelo calor – processo de primeira ordem: • a uma dada temperatura letal, a taxa de morte depende do número de células viáveis presentes dN/dt = – cN (40) dN/dt - taxa de morte N - número de células viáveis presentes c - constante de proporcionalidade • sinal negativo - N diminui 01-04-2011 7 Quantificação da morte térmica dos microrganismos • Para obter informação sobre o número de células que sobrevivem após diferentes períodos de aquecimento, pode integrar-se (40) entre o tempo zero e o tempo t: loge (N/N0) = –ct (41) N e N0 - números de células viáveis presentes, respectivamente, nos tempos t e 0 Quantificação da morte térmica dos microrganismos • É mais simples usar logaritmos de base 10: log10 (N/N0) = –kt (42) K = c/loge10 = c/2,303 01-04-2011 8 Representação gráfica de log10 (N/N0) = –kt Representação gráfica de log10 (N/N0) = –kt - valor D • medida da resistência térmica dum microrganismo • útil para determinar a letalidade do processo térmico • valor D = tempo de redução decimal • = tempo necessário, a uma dada temperatura, para que a população sobrevivente sofra uma redução de um ciclo logarítmico, isto é, de 90% • temperatura indica-se como índice, por ex., D65 01-04-2011 9 Cáculo de D • Inverso do declive (1/k) • D = (t2 – t1)/(log N1 – log N2) (43) N1 e N2 - números de sobreviventes ao fim de t1 e t2, respectivamente • não é possível prever com certeza absoluta o número de reduções decimais que um processo térmico deverá atingir para que um produto fique estéril (a sua letalidade) – log N2 é uma impossibilidade matemática quando N2 = 0 Cáculo de D • população microbiana inicial = 10n • Aplica-se um processo térmico que produz n reduções decimais (nD) • haverá um microrganismo sobrevivente no produto (log 1=0) 01-04-2011 10 Cáculo de D • Se aplicarmos um processo térmico mais intenso: • Ex: (n+1)D, (n+2)D ou (n+4)D • número de sobreviventes será 10-1, 10-2, ou 10-4 • Do ponto de vista físico, não faz sentido dizer que sobreviveu uma fracção dum microrganismo • Probabilidade de sobrevivência: de 1:10, de 1:100 ou de 1:10 000 de um só microrganismo sobreviver ao processo térmico Exemplo: • Salmonella Seftenberg 775W (+ termo- resistente) • valor D72 em leite de 1,5 s • pasteurização HTST (15 s a 72ºC) irá originar uma redução de 10D no número de viáveis • se incidência no leite cru = 1 ufc/l, após a pasteurização terá reduzido para 10-10 ufc l-1, ou seja, para (1 ufc 1010 l)-1 • estando o leite embalado em pacotes de 1 litro, um pacote em cada 10 biliões (1010) teria salmonela 01-04-2011 11 Exemplo: • se o nível de contaminação do leite com salmonela fosse 104 ufc l-1, o mesmo tratamento letal teria como resultado contaminação em 1: 1 000 000 pacotes • Estes cálculos simplificados na verdade subestimam o verdadeiro efeito letal - presumem aquecimento e arrefecimento instantâneos Variação de D com a temperatura • À medida que a temperatura aumenta, diminui o valor D • processo é exponencial para o intervalo de temperaturas usado no processamento térmico dos alimentos 01-04-2011 12 Variação de D com a temperatura: representação gráfica Variação de D com a temperatura: representação gráfica • valor z - alteração de temperatura que resulta numa alteração decimal (de dez vezes, ou de um ciclo logarítmico) do valor D z = (T1 – T2)/(log D1 – log D2) (44) • importante para levar em conta o efeito letal das diferentes temperaturas durante um processo térmico 01-04-2011 13 Sensibilidade térmica dos microrganismos Quadro 4.1. Resistência dos microrganismos ao calor Células vegetativas (z ~ 5ºC) D (min) Salmonella sp. D65 0,02 – 0,25 Salmonella Seftenberg D65 0,8 – 1,0 Staphylococcus aureus D65 0,2 – 2,0 Escherichia coli D65 0,1 Bolores e leveduras D65 0,5 – 3,0 Listeria monocytogenes D60 5,0 – 8,3 Campylobacter jejuni D55 1,1 Endosporos bacterianos (z ~ 10ºC) D121 B. stearothermophilus 4 – 5 C. thermosaccharolyticum 3 – 4 Desulfotomaculum nigrificans 2 – 3 B. coagulans 0,1 C. botulinum tipos A e B 0,1 – 0,2 C. sporogenes 0,1 – 1,5 C. botulinum tipo E D80 D110 0,1 – 3,0 < 1 seg Geralmente: • psicrotróficos < mesófilos < termófilos • Gram-positivos > Gram-negativos • maior parte das células vegetativas morrem quase instantaneamente a 100ºC • os seus valores D dizem respeito a temperaturas apropriadas a processos de pasteurização 01-04-2011 14 Esporos: • esporos bacterianos são em geral muito mais resistentes ao calor do que as células vegetativas • Alvo da apertização Esporos: • Os ascosporos das leveduras e os esporos assexuados dos bolores são apenas ligeiramente mais resistentes do que as células vegetativas - morrem a temperaturas de 100ºC ou inferiores • temperaturas facilmente atingidas em muitos processos, p. ex. cozedura do pão • ascosporos do bolor Byssochlamys fulva e dalguns outros ascomicetas: – podem apresentar uma resistência ao calor mais elevada – podem ocasionalmente causar problemas em frutas enlatadas, que recebem um tratamento térmico relativamente suave 01-04-2011 15 Mecanismos da resistência dos endosporos ao calor • Desidratação relativa • Concentração elevada de catiões – em especial Ca2+ Factores que afectam a sensibilidade térmica (valor D) • Sensibilidade intrínseca do microrganismo • Fase do crescimento – células da fase estacionária mais resistentes do que as da fase de cresimento exponencial • Composição química do meio – Presença de lípidos e proteínas protege os mos • Ex. do leite achocolatado 01-04-2011 16 Factores que afectam a sensibilidade térmica (valor D) - exemplo Desvios à linearidade logarítmica 01-04-2011 17 Desvios à linearidade logarítmica - motivos • um aumento aparente do número de viáveis ou a existência dum tempo de latência no início do aquecimento podem ser atribuídos à activação térmica dos esporos: nos momentos iniciais do aquecimento, o número de esporos que são activados iguala ou excede o número de endosporos que são destruídos Desvios à linearidade logarítmica - motivos • fase de latência também pode reflectir a presença de agregados de células, que têm que ser todas inactivadas • As “caudas” frequentes e muito significativas do ponto de vista prático – podem dever-se a sub-populações de células com resistência térmica mais elevada 01-04-2011 18 Acontecimentos letais devidos à exposição ao calor • Danos no ADN (endosporos, células vegetativas) • Inactivação da germinação (endosporos) • Inactivação da membrana, enzimas, ribossomas, ARN • Danos cumulativos, podem não apresentar efeito imediatamente • Células afectadas sub-letalmente podem recuperar se postas em meio adequado Descrição dum processo térmico • Processos térmicos não são uniformes nem instantâneos • Necessário dispor duma grandeza de utilização comum para descrevê-los • Valor F – apertização • Valor P - pasteurização 01-04-2011 19 Valor F e valor P • parâmetros que descrevem o efeito letal integrado dum processo térmico em termos de minutos a uma dada temperatura indicada em índice Valor F • Se F 121 = 4 a combinação de tempos e temperaturas específica desse processo equivale a: • aquecimento instantâneo a 121ºC • manutenção àquela temperatura por 4 minutos • arrefecimento instantâneo • Não é preciso que o produto chegue a atingir os 121ºC durante o processamento para se falar de F121 01-04-2011 20 O valor F depende de: • valor z do microrganismo alvo – Se z = 10ºC, 1 minuto a 111ºC tem um F121=0,1 – Se z = 5ºC, então o valor F 121 será de 0,01 • Por isso, ao falar dos valores F é necessário especificar: – o valor z – a temperatura Valor F0 • Para os esporos, o valor z mais comum anda à volta dos 10ºC • o valor de F 121 determinado com base neste valor designa-se por F 0 . • Para determinar o F 0 necessário para um processo, precisamos de saber – o valor D 121 do microrganismo alvo – o número de reduções decimais necessário 01-04-2011 21 Valor P ou unidades de pasteurização • análogo ao valor F • Também neste caso é necessário especificar a temperatura • Se a temperatura considerada for 60ºC: P 60 = D 60 (log N 0 – log N) Caso exemplo • Produtor de enlatados • Alimentos de baixa acidez 01-04-2011 22 Caso exemplo • Dois objectivos: – Segurança: Clostridium botulinum – Estabilidade Caso exemplo – objectivo segurança • Letalidade normalmente aplicada: – 12 reduções decimais do número de esporos sobreviventes de C. botulinum (log N 0 – log N = 12) – = Cozedura botulínica 01-04-2011 23 Caso exemplo – objectivo segurança • D 121 para o C. botulinum = 0,21 minutos • F 0 da cozedura botulínica = 12 × 0,21 = 2,52 minutos • O efeito de aplicar um processo com este F 0 a um produto no qual cada lata contenha um esporo de C. botulinum (N 0 = 1): – numa lata em cada 1012 sobreviverá 1 esporo Caso exemplo – objectivo estabilidade • a deterioração é um tipo de falha do processo mais aceitável do que a sobrevivência dum patogénico • os requisitos de letalidade do processo não têm que ser tão severos 01-04-2011 24 Caso exemplo – objectivo estabilidade • Para decidir o grau de severidade: 1. quais seriam os custos económicos duma dada taxa de deterioração? 2. quais seriam os custos do processamento adicional necessário para reduzir a taxa de deterioração? 3. este processamento adicional iria resultar em perdas significativas da qualidade do produto? Caso exemplo – objectivo estabilidade • Taxa de deterioração devida a sub- processamento usualmente aceite: • 1/ 105 – 106 latas • Equivalente a reduções decimais de 5 – 6 no número de esporos de microrganismos deteriorantes 01-04-2011 25 Caso exemplo – objectivo estabilidade • Indicador de deterioração: Clostridium sporogenes PA3679 é • valor D 121 típico de cerca de 1 min • Isto traduz-se num processo com F 0 = 5 – 6 • suficiente para causar 24 – 30 reduções decimais no número de esporos do C. botulinum • muito mais do que os requisitos mínimos da cozedura botulínica Valores típicos de F 0 para alguns alimentos enlatados Espargos 2 – 4 Feijão em molho de tomate 4 – 6 Cenouras 3 – 4 Ervilhas 4 – 6 Pudim de leite 4 – 10 Carnes com molho 8 – 10 Batatas 4 – 10 Cavala em salmoura 3 – 4 Rolo de carne 6 Alimento F0 Pudim de chocolate 6 01-04-2011 26 Verificar que o valor de F0 pretendido foi atingido • Termopares colocados no ponto de aquecimento mais lento Cálculo do valor de F0 a partir da taxa de letalidade • O valor F pode ser calculado a partir da história térmica do produto, atribuindo uma taxa de letalidade a cada temperatura da curva de aquecimento • A taxa de letalidade, L R , a uma dada temperatura é a razão entre a taxa de morte microbiana àquela temperatura e a taxa de morte microbiana a uma temperatura de referência 01-04-2011 27 Cálculo do valor de F0 a partir da taxa de letalidade • utilizando 121ºC como temperatura de referência: L R = D 121 /D T em que L R é a taxa letal a 121ºC. • Como z = (T 2 – T 1 )/(log D 1 – log D 2 ) • se substituirmos T 2 = 121ºC e se T 1 = T; D 2 =D 121 e D 1 = D T L R = 1/10(121 – T)/z Obtenção dos valores de LR • Tabelas • Cálculo informatizado 01-04-2011 28 Cálculo da letalidade global do processo, F 0 • somatório das taxas de letalidade das diversas etapas do processo • Por cálculo integral: Cálculo da letalidade global do processo, F 0 área situada sob a curva que representa graficamente a taxa de letalidade em função do tempo • Temperatura do produto; × taxa de letalidade. 01-04-2011 29 Garantia da segurança dos processos térmicos • Se o ponto de aquecimento mais lento receber um tratamento apropriado, a letalidade do processo nos outros pontos será ainda maior • Margem adicional de segurança: – considerar apenas a fase de aquecimento do processo; a fase de arrefecimento também contribui para o efeito letal Garantia da segurança dos processos térmicos • confirmação de processos através de testes microbiológicos – embalagens inoculadas com o microrganismo em questão são submetidas ao processo em estudo – determina-se a taxa de deterioração ou sobrevivência • Os estudos de penetração do calor dão resultados muito mais precisos e úteis – as embalagens inoculadas estão sujeitas a variações do comportamento dos mos 01-04-2011 30 Garantia da segurança dos processos térmicos • Qualquer alteração em qualquer aspecto do produto ou da sua preparação requer que o processo térmico seja reavaliado Deterioração dos enlatados • tratamentos térmicos inadequados • sub-processamento – Normalmente, crescem apenas esporulados – só um sub-processamento muito grosseiro deixaria sobreviver células vegetativas • contaminação pós-processamento devida a fugas nos recipientes 01-04-2011 31 Latas com inchaço • Acumulação de gás por crescimento de espécies proteolíticas ou sacarolíticas de Clostridium • Defeitos no verniz da lata que permitem que os alimentos entrem em contacto com o metal e reajam com ele – Gás é H2 – Distingue-se do de origem microbiana por só aparecer após armazenagem prolongada e por aumentar muito lentamente Latas sem inchaço • Deterioração só se torna aparente ao abrir a lata • Espécies de Bacillus degradam os glícidos sem produzir gás (excepto B. macerans e B. polymyxa) • 01-04-2011 32 Deterioração dos enlatados e acidez • Às temperaturas ambientes normais ( 01-04-2011 33 Fugas • Costuras das latas • Para evitar deterioração no caso de fugas: – exterior das latas limpo e descontaminado – água de arrefecimento isenta de cloro Deterioração pré-processamento • quando o intervalo entre a preparação do produto e o processamento térmico é demasiado prolongado, pode dar-se deterioração • os microrganismos podem ser destruídos durante o processamento térmico posterior 01-04-2011 34 4.2. Armazenagem a baixas temperaturas 4.2.1. Refrigeração 4.2.2. Congelação 4.2.1. Refrigeração 01-04-2011 35 Armazenagem em refrigeração • Conservação dos alimentos a 0 – 5 ºC • Modifica – Taxa de deterioração – Natureza da deterioração • Efeito selectivo sobre a microflora (inibe mesófilos, predominam psicrófilos) • Efeito sobre a fisiologia dos microrganismos Efeito sobre a taxa de deterioração • Taxa de crescimento dos psicrófilos nos alimentos refrigerados é baixa – Ex.: tempo de geração duma Pseudomonas isolada de peixe é de 6,7 h a 5ºC, 26,6 h a 0ºC – Tempo de conservação de filetes de bacalhau duplica baixando a temperatura de 2,8 para –0,3ºC 01-04-2011 36 Capacidade para crescer a baixas temperaturas • Associada à composição e estrutura da membrana celular – Maior proporção de ácidos gordos insaturados de cadeia curta • Microrganismos psicrófilos: – Bolores, leveduras, bactérias Gram+ e Gram – – Crescem a baixas temperaturas, são inactivados por temperaturas moderadamente elevadas: • Excessiva fluidez da membrana • Baixa estabilidade térmica de enzimas e outras proteínas funcionais • Pseudomonas possuem lipases e proteases extracelulares estáveis – problemas na indústria dos lacticínios Efeito das temperaturas de refrigeração sobre os mesófilos • Não morrem necessariamente – sofrem choque pelo frio: – Uma parte da população sofre danos, eventualmente morte – Efeito não é tão fácil de prever quanto o das temperaturas elevadas 01-04-2011 37 Choque pelo frio • Extensão depende de: – Tipo de microrganismo • Gram-negativos mais susceptíveis do que Gram-positivos – Fase de crescimento • populações em fase exponencial são mais susceptíveis do que as que estão em fase estacionária – Diferencial térmico • Quanto maior, mais danos – Taxa de arrefecimento • Quanto mais rápida, mais danos – Meio em que as bactérias cresceram • Células que cresceram em meios complexos são mais resistentes Choque pelo frio • Mecanismos: – Danos sofridos pelas membranas devido a transição de fase dos lípidos membranares – cria poros hidrófilos que permitem fugas de conteúdo citoplásmico – principal mecanismo – Aumento das quebras nas cadeias do ADN – Síntese de proteínas do choque pelo frio 01-04-2011 38 Significado da refrigeração em termos de segurança alimentar • Refrigeração é bacteriostática, não bactericida • Essencial para a segurança alimentar: – Boa qualidade microbiológica das matérias- primas –Manipulação higiénica Significado da refrigeração em termos de segurança alimentar • Mesófilos não crescem, mas podem sobreviver – Podem recuperar e voltar a crescer se as condições lhes voltarem a ser favoráveis • Evita aumento de patogénicos mesófilos, mas não os elimina • Há patogénicos que conseguem crescer a temperaturas de refrigeração 01-04-2011 39 Qualidade dos alimentos refrigerados • Nem todos os alimentos são refrigeráveis: – Alguns alimentos (ex.: frutas tropicais) sofrem destruição de tecidos por exposição ao frio • Defeitos visuais • Aceleração da deterioração microbiana 4.2.2. Congelação 01-04-2011 40 Congelação • Mais bem-sucedida das técnicas de conservação de alimentos a longo prazo: – Produtos assemelham-se mais aos prod. frescos do que os que foram apertizados – Excelente conservação das propriedades nutritivas Aspectos gerais • Ponto de congelação dos alimentos < ponto de congelação da água pura – efeito dos solutos presentes – Alimentos congelam a -0,5 - -3ºC – Concentração de solutos na água que ainda não congelou aumenta à medida que o processo de congelação progride – o ponto de congelação vai gradualmente descendo e mesmo a temperaturas muito baixas (- 60ºC), ainda há água que não congelou 01-04-2011 41 Aspectos gerais • Temperatura de armazenagem em congelação: geralmente < -18ºC – Não há, normalmente, crescimento microbiano – Persiste actividade enzimática residual (microbiana ou endógena): lipases, p. ex. – deterioração do produto Aspectos gerais • Redução da actividade enzimática residual: – Branqueamento dos vegetais – inactivação das polifenol oxidases endógenas • “queimadura pelo frio” – defeito dos produtos congelados: – Alteração da cor da superfície devida a perda de água por sublimação – Evita-se embalando produto em material impermeável à água ou vidrando-o (camada superficial de gelo) 01-04-2011 42 Mecanismos de inibição • Redução da taxa das reacções devido ao decréscimo da temperatura • Redução da actividade da água devido à formação de gelo Efeito da congelação sobre a actividade da água de água pura/gelo Temperatura (ºC) a w 0 1,000 -5 0,953 -10 0,907 -15 0,864 -20 0,823 -40 0,680 01-04-2011 43 Efeito da congelação sobre a actividade da água • Só tem significado do ponto de vista microbiológico se os alimentos forem armazenados a temperaturas que permitam crescimento microbiano (> - 10ºC) • Produtos deterioram-se por acção duma microflora específica: bolores e leveduras ´simultaneamente psicrófilos e osmófilos Efeito da congelação sobre a actividade da água • Ex.: deterioração de carnes armazenadas a -5 - -10ºC (processo lento): – Pontos negros por crescimento de Cladosporium herbarum – Pontos brancos devidos ao Sporotrichum carnis – “plumas” devidas ao Thamnidium elegans 01-04-2011 44 Efeito das diferentes fases da congelação sobre os microrganismos • Todas as fases afectam os microrganismos • Arrefecimento até à temperatura a que se inicia a congelação causa choque pelo frio • Temperatura de congelação – causa mais danos e morte Danos causados pelas temperaturas de congelação • Inicia-se a congelação intracelular: danos físicos devidos à formação de cristais de gelo no interior dos microrganismos • Diminuição da aw extracelular desidrata as células microbianas • Alteração da força iónica e do pH da fase aquosa – interfere com a estrutura e função de muitos dos constituintes celulares 01-04-2011 45 Danos causados pelo arrefecimento até à temperatura de armazenagem • Uma vez passada a barreira dos -10ºC, crescimento microbiano deixa de ser possível • Durante a armazenagem, o número de microrganismos viáveis decresce • Decréscimo é mais lento quanto mais baixa for a temperatura Congelação e segurança microbiológica dos alimentos • Congelação não garante por si só a segurança do alimento: –Morte microbiana limitada – Persistência das toxinas – Ex.: frango congelado ainda é uma importante fonte de Salmonella 01-04-2011 46 Congelação e segurança microbiológica dos alimentos • Taxa de sobrevivência – Depende de: • Condições de congelação • Natureza do alimento • Composição da microflora do alimento –Muito variável: 5 – 70% Congelação e segurança microbiológica dos alimentos • Resistência dos microrganismos à congelação: – Não afecta endosporos bacterianos – Células vegetativas da maioria das bactérias Gram-positivas relativamente resistentes – Células vegetativas das bactérias Gram- negativas bastante sensíveis – Inactivação fiável de protozoários patogénicos e de vermes parasitas … – … mas não de bactérias – constituintes dos alimentos actuam como crioprotectores – patogénicos podem sobreviver muito tempo: • Ex.: Salmonella pode sobreviver 7 anos em gelado armazenado a – 23 ºC 01-04-2011 47 Efeito da taxa de congelação sobre a extensão da destruição de populações microbianas • Letalidade máxima verifica-se quando a congelação é lenta – Pouco ou nenhum choque térmico – Exposição prolongada a concentrações elevadas de solutos Efeito da taxa de congelação sobre a qualidade dos alimentos • Congelação não foi concebida para destruir microrganismos, mas sim para minimizar perda de qualidade dos produtos – Congelação rápida é preferível – produto deve congelar em meia hora – Congelação lenta – cristais de gelo grandes, exposição prolongada a soluções com elevada pressão osmótica – alimento perde qualidade • Maiores perdas de fluidos celulares ao descongelar • Textura do produto descongelado é afectada negativamente 01-04-2011 48 Descongelação • Processo mais lento do que a congelação • Exterior do alimento exposto a temperaturas relativamente elevadas pro algum tempo • Risco de crescimento de mesófilos à superfície do produto Descongelação • Forma preferível de descongelar: – Lentamente, a baixas temperaturas – Assim, terá algum efeito letal – células ficam mais tempo expostas às temperaturas adversas, entre 0 e – 10ºC • Microflora do alimento descongelado ≠≠≠≠ microflora do alimento antes de congelar – Efeito letal selectivo – BAL geralmente responsáveis pela deterioração de vegetais descongelados, embora representem só 1% dos vegetais frescos, cuja microflora é dominada por Gram-negativos 01-04-2011 49 Descongelação • Congelação e descongelação pode tornar alimentos mais susceptíveis ao ataque por microrganismos: – Destruição de barreiras antimicrobianas do produto – Condensação – Contudo, a deterioração não é consideravelmente mais rápida – Há, no entanto, uma perda da qualidade sensorial (textura) 4.3. Conservantes químicos 01-04-2011 50 Conservantes • Substâncias que têm a capacidade de inibir, retardar ou impedir o crescimento de microrganismos ou de qualquer deterioração resultante da sua presença, ou mascarar a evidência de tal deterioração Conservantes podem ser: • Microbicidas • Microbiostáticos • Muitas vezes, o tipo de efeito depende da dose • Nas doses legalmente permitidas, são quase sempre microbiostáticos: – São úteis para controlar baixos níveis de contaminação – Não substituem boas práticas de higiene no fabrico dos alimentos 01-04-2011 51 Ácidos orgânicos e ésteres • Ácidos láctico e acético – já estudados, actuam principalmente devido à presença de ácido não dissociado 01-04-2011 52 Ácido benzóico • Ocorrência natural: casca da cerejeira, uva do monte, chá, anis, … • Para fins alimentares, usa-se o de origem sintética Ácido benzóico • Activo principalmente na forma não dissociada • Ácido relativamente forte (pKa 4,19) – eficaz apenas em alimentos ácidos • Aplicação prática: inibição de bolores e leveduras deteriorantes • Susceptibilidade das bactérias varia muito 01-04-2011 53 Mecanismo da inibição dos microrganismos pelo ácido benzóico • Multifactorial –Molécula não dissociada interfere com a geração de energia a nível da membrana – Após penetrar na célula, afecta a actividade enzimática Parabenos • Ésteres do ácido para – hidroxibenzóico • São fenóis • Carácter ácido muito mais fraco do que os outros ácidos orgânicos (pKa 8,5) – podem ser usados em alimentos não ácidos • Actividade antimicrobiana aumenta com o comprimento da cadeia carbonada do grupo éster – mas a sua solubilidade em água diminui – Desempenho nalugns alimentos pode ser fraco, por se localizarem na fase lipídica • A membrana dalguns Gram-negativos actua como barreira - resistentes 01-04-2011 54 Mecanismo de acção dos parabenos • Actuam principalmente sobre a membrana celular – Eliminam o componente ∆∆∆∆pH da força motriz de protões – Afectam produção de energia e transporte de substratos – Não há indicações de interferirem directamente com enzimas Ácido sórbico • Ácido 2,4 – hexadienóico (ácido gordo insaturado) • Presente em bagas de plantas do género Sorbus • pKa 4,8 – útil em alimentos ácidos • Activo contra leveduras, bolores e bactérias catalase-positivas • Não tão activo contra bact. catalase-negativas • Usado como agente selectivo em meios para clostrídios e BAL ou como agente inibidor de fungos em fermentações lácticas 01-04-2011 55 Ácido sórbico • Mecanismo de acção: –Membrana – Inibição de enzimas importantes (enolase, lactato desidrogenase e várias enzimas do ciclo dos ácidos tricarboxílicos 01-04-2011 56 Ácido propiónico • pKa 4,9 • Ocorrência natural em várias plantas • Produzido por propionibactérias em certos queijos • Utilizado como inibidor de fungos em queijos e produtos de panificação (inibidor das bactérias que causam “fios”) Nitrito • Empregado desde há muito na produção de carnes curadas – cor e flavor característicos • Adicionado sob a forma de sal de sódio ou potássio ou sob a forma de nitrato • Acção antimicrobiana conhecida desde os anos 20 do séc. XX 01-04-2011 57 Nitrito – acção inibidora • Inibição de muitas bactérias – conc. 200 mg kg -1: – Escherichia, Flavobacterium, Micrococcus, Pseudomonas, … – Alguma resistência: Salmonella, Lactobacillus Nitrito – acção inibidora • Muito importante do ponto de vista prático: acção inibidora sobre bactérias esporuladas (ex.: Clostridium botulinum) – Sobrevivem processamento térmico aplicado durante o fabrico de carnes curadas – Eficaz para concentrações > 100 mg kg-1 01-04-2011 58 Nitrito – acção inibidora • Mecanismo ainda pouco conhecido: interacções complexas com vários factores (pH, concentração doutros sais, processamento térmico aplicado ao alimento) • Inibição bacteriana aumenta com o decréscimo do pH →→→→ agente activo deve ser o ácido nitroso (HNO2; pKa 3,4) Nitrito – acção inibidora • Endosporos: – Inibe germinação e desenvolvimento dos esporos – Reage com outros componentes do alimento, produzindo composotos inibidores – factores de Perigo (Perigo, 1960) – Clostrídios são muito sensíveis aos factores de Perigo – Nas carnes não parece haver formação de factores de Perigo 01-04-2011 59 Nitrito – acção inibidora • Natureza dos factores de Perigo: – Sais de Roussin – sais complexos de ferro e grupos nitrosilo e sulfidrilo –Mecanismo bioquímico de inibição pelo nitrito deverá envolver foramção de sais de Roussin por reacção com o ferro e grupos sulfidrilo de constituintes celulares importantes: • Ferredoxinas (importantes nos clostrídios para o transporte de e- e produção de energia) Segurança do nitrito • Desde os anos 50 do séc. XX – preocupações com a formação de N- nitrosaminas (carcinogénicas) por reacção com aminas secundárias dos alimentos • Favorecida quando pH é baixo 01-04-2011 60 Fontes de nitrosaminas na dieta ocidental • Ingestão diária estimada: 2 mg NaNO2 dia-1 • Carnes e pescado curado (especialmente bacon frito) • Cerveja • Queijo • Cereais • Vegetais (75% da ingestão diária) • Água Fontes de nitrosaminas na dieta ocidental • Fonte muito importante: fumo de cigarro – ingestão por inalação de quantidades 100 ×××× superiores às ingeridas com alimentos 01-04-2011 61 Segurança do nitrito • Práticas seguras de produção de carnes curadas: – Redução das concentrações de nitrito usadas – Uso preferencial de nitrito e não de nitrato – Aplicação de ácido ascórbico – inibe reacção de nitrosação Nitrito e qualidade das carnes curadas • Produção da cor característica: – Redução do nitrito a óxido nítrico – Reacção do óxido nítrico com o ferro hémico da mioglobina →→→→ nitrosomioglobina – Durante o processo de cozedura de fiambres, bacon, etc. nitrosomioglobina →→→→ nitrosil hemocromo (cor rosada típica) – Necessário aplicar 25 mg kg-1 para obter boa formação da cor 01-04-2011 62 Nitrito e qualidade das carnes curadas Nitrito e qualidade das carnes curadas • Formação do flavor –Mecanismo desconhecido – Antioxidante – impediria oxidação dos lípidos? 01-04-2011 63 Dióxido de enxofre • Usado desde há muito – queima de enxofre dentro dos recipientes de vinificação para desinfectá-los • Antioxidante – inibe reacções de escurecimento enzimático e não enzimático nalguns produtos Mecanismo de acção do SO2 • Gás incolor • Dissolve-se facilmente em água, etabelecendo um equilíbrio semelhante ao do CO2, dependente do pH: SO2 (gasoso) ↔↔↔↔ SO2 + H2O ↔↔↔↔ H2SO3 ↔↔↔↔ ↔↔↔↔H+ + HSO3- ↔↔↔↔ 2H++SO32- • O H2SO3 (ácido sulfuroso) é um ácido dibásico com valores de pKa de 1,86 e 6,91 01-04-2011 64 Mecanismo de acção do SO2 • As formas não ionizadas do SO2 penetram mais facilmente na célula e são as que têm maior actividade antimicrobiana • Formas não ionizadas predominam quando o pH é baixo →→→→ maior efeito em alimentos ácidos • Quando o pH é neutro, o SO2 está sob a forma de iões bissulfito (HSO3-) e sulfito (SO32-) • Forma mais fácil de manipular o SO2 na indústria alimentar é sob a forma de sais destes aniões Mecanismo de acção do SO2 • SO2 é bastante reactivo • Agente redutor – destrói ligações dissulfureto nas proteínas, interfere com reacções redox • Reage com pirimidinas dos ácidos nucleicos, açúcares e muitos metabolitos intermediários importantes • Aspecto negativo: destrói a tiamina dos alimentos 01-04-2011 65 Conservantes “naturais” • Tendência presente ditada pelos consumidores • Têm recebido considerável atenção: – Extractos de origem vegetal – Sistema da lactoperoxidase – Bacteriocinas • Natural ≠≠≠≠ seguro!!!!! – Estricnina – Toxina botulínica – … 4.4. Modificação da atmosfera de embalagem 01-04-2011 66 Modificação da atmosfera de armazenagem • Embalagem em atmosfera modificada • Efeito principal: inibição dos aeróbios de crescimento rápido que depressa deteriorariam alimentos • Anaeróbios facultativos e obrigatórios são pouco afectados (clostrídios, enterobactérias) • Donde: melhora-se conservação, mas não há grande efeito sobre patogénicos • Técnica quase sempre associada a armazenagem em refrigeração Modificação das atmosferas de armazenagem • 3 processos diferentes: – Embalagem a vácuo – Embalagem em atmosfera modificada – Embalagem em atmosfera controlada • Requisito comum aos três: boas propriedades de barreira do material de embalagem 01-04-2011 67 Embalagem a vácuo • Retirada de ar • Muito usada para carnes de alta qualidade (grossista) – consumidor não gosta da cor violácea resultante da falta de oxigenação da mioglobina (cor desaparece quando se abre embalagem) • Forma-se posteriormente CO2 no interior da embalagem – impede desenvolvimento a microflora aeróbia • Microflora das carnes embaladas a vácuo – principalmente BAL (desenvolvimento lento) Embalagem a vácuo • Também usada em embalagens para venda a retalho de carnes cozinhadas, peixe e saladas prontas a comer • Frio + falta de oxigénio →→→→ potencial aumento do risco associado às estirpes psicrotróficas de C. botulinum • Variante da embalagem a vácuo – alimentos cozidos a vácuo – primeiro embalados a vácuo, depois cozinhados – melhoria do flavor e aparência, vida de prateleira mais longa 01-04-2011 68 Embalagem em atmosfera modificada (EAM) • Embalagem recebe uma mistura de gases, geralmente CO2 + O2 + N2 • Composição da atmosfera no interior da embalagem altera-se durante a armazenagem – respiração do produto e dos microrganismos – Dissolução do CO2 na fase aquosa – Diferentes taxas de difusão dos gases através do material de embalagem Embalagem em atmosfera modificada (EAM) • CO2 – efeito inibidor sobre os microrganismos • N2 – não tem efeito inibidor, mas evita o colapso da embalagem e evita a rancificação • O2 – cor vermelha da oximioglobina – melhora a aparência das carnes – contudo, permite desenvolvimento, ainda que lento, dos aeróbios 01-04-2011 69 Misturas usadas para a EAM dalguns alimentos Embalagem em atmosfera controlada (EAC) • A atmosfera a que o produto fica exposto é mantida constante durante a armazenagem • Usada principalmente para armazenagem e transporte de alimentos em grosso – Frutas e vegetais • Exemplo mais comum – maçãs e peras em atmosferas com 10% CO2: – Retarda deterioração por bolores – Antagonista do etileno – retarda a senescência dos frutos – Expedição de carcaças refrigeradas de borrego – Carnes de primeira 01-04-2011 70 4.5. Controlo da actividade da água Controlo da aw • Pode ser feito através de: – Remoção da água por métodos físicos • Secagem • Congelação • Liofilização – Redução da água disponível para o crescimento microbiano por adição de solutos • Salga • Adição de açúcar 01-04-2011 71 aw e controlo da microflora nos alimentos desidratados • Crescimento microbiano não se verifica abaixo de aw 0,60 • Deterioração microbiana não é possível, mas podem ainda assim ocorrer problemas microbiológicos • Microrganismos conseguem sobreviver – importante no caso dos patogénicos: • Salmonella • S. aureus Alimentos de humidade intermédia (IMFs) • Conservados por adição de solutos – Classicamente sucrose e NaCl – tb pode usar-se humectantes como glicerol, sorbitol e etileno glicol • Problemas com aceitação pelo consumidor para alimentos humanos • Usados em alimentos para animais de estimação 01-04-2011 72 Segurança dos produtos de baixo aw – Baixa letalidade dos processos, longa vida de prateleira dos produtos: • Essencial cumprir estritamente práticas de higiene • Boas condições de armazenagem: – Embalagem adequada – Protecção contra flutuações da humidade/temperatura – Principais problemas microbiológicos • S. aureus, mas tb Salmonella 4.6. Compartimentação 01-04-2011 73 4.6. Compartimentação • Limitação do crescimento microbiano por compartimentação dentro do produto • Ex.: manteiga Manteiga • 2 tipos: –Manteigas “doces”, geralmente com sal –Manteigas maturadas – feitas a partir de natas fermentadas por BAL • BAL produzem: – Acetoína a partir do citrato – flavor 01-04-2011 74 Manteiga • Emulsão de gotículas de água em óleo • Teor de gordura 80% • Natas pasteurizadas por processo HTST (85ºC, 15 s) • Batidas para fazer inversão de fases • Retira-se leitelho • Malaxagem para retirar ainda mais humidade 01-04-2011 75 Manteiga • Em manteiga bem feita – Muitas gotículas de água (> 1010 g-1) – Diâmetro > 10µµµµm – Como a manteiga contém no max. 103 ufc/g, maioria das gotículas são estéreis – Nas que contêm mos, o crescimento é mto limitado – a gotícula é demasiado pequena para ter grandes quantidades de nutrientes – Se a manteiga for salgada, NaCl localiza-se nas gotículas: • Manteiga com conc. total de sal de 1% e 16% de humidade tem na verdade conc. de sal de 6,25% na fase aquosa Manteiga • Poucos mos sobrevivem à pasteurização das natas – mos da manteiga dependem da higiene do processamento e manipulação – Qualidade da água de processamento é mto importante • Má qualidade microbiológica das natas pode influenciar qualidade organoléptica da manteiga – lipases termo-estáveis das pseudomonas 01-04-2011 76 Margarina • Também conservada por compartimentação – fase contínua de óleo vegetal • Tendência actual – margarinas com menor teor em gordura (40%) – menor estabilidade – Maior humidade – menor conc. de sal e conservantes (ác. láctico) na fase aquosa – Maiores dimensões das gotículas – mais nutrientes para o crescimento microbiano – Donde, necessidade de empregar conservantes