Microbiologia dos Alimentos: Conceitos, História e Fatores

Microbiologia: Definição e Conceitos Fundamentais

Microbiologia: Mikros (= pequeno) + Bio (= vida) + logos (= ciência)

A Microbiologia é classicamente definida como a área da ciência que se dedica ao estudo de organismos que somente podem ser visualizados ao microscópio. Com base neste conceito, a microbiologia aborda um vasto e diverso grupo de organismos unicelulares de dimensões reduzidas, que podem ser encontrados como células isoladas ou agrupados em diferentes arranjos.

Assim, a microbiologia envolve o estudo de:

• Organismos procarióticos (bactérias, archaeas)
• Organismos eucarióticos (algas, protozoários, fungos)
• Seres acelulares (vírus)

Breve Histórico da Microbiologia

Relatos de Robert Hooke e Antony Van Leeuwenhoek são pioneiros nessa ciência.

Leeuwenhoek é considerado o pai da microbiologia.

Ambos desenvolveram microscópios que possibilitaram as primeiras observações de bactérias e outros microrganismos a partir da análise de diversos espécimes biológicos.

Histórico da Microbiologia dos Alimentos

No início, a alimentação era baseada nos abundantes recursos da natureza. O homem passou a plantar, criar animais e produzir seus alimentos.

Com o surgimento dos alimentos preparados, surgiram as doenças transmitidas devido à deterioração (conservação inadequada).

Na Idade Média, a morte por Ergotismo ocorreu, sendo um dos primeiros casos de intoxicação aguda por ingestão de cereais contaminados por fungos.

Regras de limpeza e higiene na produção dos alimentos surgiram a partir do século XII.

Primeiros Métodos de Conservação de Alimentos

Os primeiros métodos de conservação deveriam ser e foram extremamente simples. Tudo indica que os primeiros pedaços de mamute deveriam ter sido apenas secos ao sol; a secagem rápida da camada externa possibilita a conservação da parte interna.

Com a descoberta do fogo, surgiu a defumação, ainda hoje utilizada. Seguiu-se a descoberta da salga, um processo simples e muito prático. Homero e Hesíodo mostram que na Grécia Antiga, a salga da carne e do peixe era utilizada em grande escala. Os fenícios, em suas longínquas viagens, alimentavam-se com peixes e carnes salgados. Comiam também caças provenientes de distantes regiões conservadas no mel.

Outro método de conservação de alimentos que aparentemente surgiu nesta época foi o uso de óleos, como o de oliva e de gergelim.

Procedimentos Naturais de Conservação

1. Procedimentos naturais de conservação herdados do passado e utilizados.
2. Calor do sol, frio do inverno ou do próprio gelo, fumaça do fogão ou das lareiras.
3. Secagem, salga, cristalização, fermentação, defumação, uso de óleos que permitem aumentar a vida útil dos produtos alimentícios em dias, meses ou anos.

Louis Pasteur e a Microbiologia Alimentar

Pasteur foi um dos primeiros cientistas a reconhecer os microrganismos em alimentos.

• Em 1837, ele demonstrou que o azedamento do leite era causado por micróbios.
• Em 1860, utilizou o calor para destruir microrganismos indesejáveis no vinho e na cerveja (processo que deu origem à pasteurização).

Microrganismos nos Alimentos

Os microrganismos podem ser classificados como:

1. Agentes de deterioração dos alimentos;
2. Agentes patogênicos transmitidos por alimentos;
3. Produtores de alimentos.

Adaptação Microbiana

Os microrganismos estão em toda parte e são capazes de se adaptar a qualquer ambiente, com características físico-químicas definidas.

Os ecossistemas são normalmente colonizados por uma ampla e diversa microbiota, formada principalmente por bactérias e fungos, mas também protozoários e vírus.

Microrganismos na Indústria Alimentícia

Os microrganismos utilizados nos alimentos pela indústria têm, ao menos, dois objetivos principais:

• Aumentar a vida útil dos produtos alimentícios em dias, meses ou anos.
• Alterar o menos possível as características naturais dos alimentos.

Morfologia dos Principais Microrganismos em Alimentos

Quanto à Forma da Célula:

As bactérias classificam-se morfologicamente de acordo com a forma da célula e com o grau de agregação:

• Coco: De forma esférica ou subesférica.
• Bacilo: Em forma de bastonete (do gênero Bacillus).
• Vibrião: Em forma de vírgula (do gênero Vibrio).
• Espirilo: De forma espiral/ondulada (do gênero Spirillum).
• Espiroqueta: Em forma acentuada de espiral.

Quanto ao Grau de Agregação (Colônias):

Apenas os Bacilos e os Cocos formam colônias:

• Diplococo: De forma esférica ou subesférica e agrupadas aos pares.
• Estreptococos: Formam cadeia semelhante a um "colar".
• Estafilococos: Uma forma desorganizada de agrupamento, formando cachos.
• Sarcina: De forma cúbica, formado por 4 ou 8 cocos simetricamente postos.
• Diplobacilos: Bacilos reunidos dois a dois.
• Estreptobacilos: Bacilos alinhados em cadeia.

Importância e Perigos das Bactérias

Importância das Bactérias

Quando nos referimos aos produtos lácteos, o personagem principal envolvido no processo são as bactérias láticas.

Elas são responsáveis pela produção do ácido lático como produto gerado durante o processo fermentativo que realizam.

Nas indústrias de alimentos, os gêneros mais utilizados são: Lactobacillus, Streptococcus, Lactococcus e Leuconostoc.

Perigo das Bactérias

Bactérias em alimentos podem causar vômitos, alergias, diarreia, intoxicação alimentar, dores abdominais e até mesmo o câncer.

Leveduras (Tipo de Fungo)

Características das Leveduras

• Constam de células ovais;
• Se multiplicam assexuadamente, comumente por brotamento ou gemulação;
• Crescem e se reproduzem mais rapidamente do que os bolores;
• Não vivem no solo, mas adaptam-se a ambientes com alto teor de açúcares, tal como néctar das flores e a superfície de frutas.

Importância das Leveduras

As leveduras, principalmente do gênero Saccharomyces, são utilizadas em vários produtos e processos:

• Panificação (cultivadas a partir do melaço da cana-de-açúcar)
• Cervejaria
• Vinícola
• Farmacêutica (produção de riboflavina (vitamina B2) e outras vitaminas do complexo B)
• Álcool combustível (Etanol)
• Fermentações em geral.

Condições Básicas para Contaminação e Multiplicação

A contaminação inicial de um alimento com microrganismos depende, primeiro, de:

• Quantidade de microrganismos
• Tipo de microrganismos
• Multiplicação destes germes no alimento.

A qualidade das matérias-primas e a higiene de ambientes, manipuladores e superfícies representam a pré-disposição para o desenvolvimento dos microrganismos.

O tipo de alimento e as condições ambientais regulam a multiplicação.

Os fatores que influenciam a multiplicação microbiana são divididos em:

• Parâmetros Intrínsecos (inerentes ao alimento): O pH e a atividade de água (Aa).
• Parâmetros Extrínsecos (inerentes ao ambiente): A temperatura, a umidade relativa (UR) e a presença de gases.

Tais fatores podem ser ÓTIMOS OU LIMITANTES, interferindo sobremaneira na multiplicação de microrganismos, inclusive os patogênicos transmitidos por alimentos, causadores principalmente de infecções e intoxicações de origem alimentar.

Fatores Intrínsecos (Inerentes ao Alimento)

• Atividade de água (Aa)
• Potencial Hidrogeniônico – pH
• Potencial de óxido-redução
• Conteúdo de nutrientes
• Constituintes antimicrobianos

Grupos de Microrganismos Resistentes a Baixas Atividades de Água (Aa):

• Microrganismos osmofílicos: Necessitam de ambiente com baixa Aa, como produtos açucarados, para se desenvolver.
• Microrganismos halofílicos: Necessitam de ambientes com elevada concentração salina para se desenvolver.
• Microrganismos xerofílicos: Têm afinidade a ambientes secos.

Fatores Intrínsecos: Potencial Hidrogeniônico (pH)

De modo geral, pH neutro (6,5 - 7,5) é o ideal. As bactérias não toleram grandes variações de pH; fungos e leveduras são mais acidófilos. Em função do pH, os alimentos são divididos em 3 grupos:

• Baixa acidez: pH acima de 4,5;
• Ácidos: pH entre 4,0 e 4,5;
• Muito ácido: pH abaixo de 4,0.

Fatores Intrínsecos: Potencial de Óxido-Redução

Potencial de óxido-redução pode ser definido como sendo a facilidade com que determinado substrato (alimento) ganha ou perde elétrons.

Quando um elemento perde elétrons, ele é dito oxidado, e quando ganha elétrons, reduzido.

O potencial redox de um ambiente é medido em milivolts (mV). Pode ser afetado por uma série de compostos. A presença do oxigênio é o fator que mais contribui para o aumento do potencial redox de um alimento.

Classificação Microbiana pelo Potencial Redox

• Aeróbios: Requerem a presença de O₂. Exemplos: Bolores e bactérias como Pseudomonas, Acinetobacter, Moraxella, Micrococcus, algumas espécies de Bacillus, e leveduras oxidativas.
• Anaeróbios: Requerem a ausência de O₂. O oxigênio é tóxico para a célula, pois gera peróxidos letais ao microrganismo. Exemplos: Os gêneros Clostridium e Desulfotomaculum.
• Facultativos: Multiplicam-se na presença ou não de oxigênio, sendo oxidantes e redutores. Exemplos: Leveduras (fermentativas), Enterobactérias e Bacillus.
• Microaerófilos: Organismos aeróbicos que crescem em meios com quantidades de oxigênio muito pequenas, inferiores àquelas encontradas no ar. Exemplo: As bactérias láticas.

Fatores Intrínsecos: Conteúdo de Nutrientes

É a capacidade do alimento usar os diversos substratos que o constituem para a multiplicação microbiana.

• Fonte de Carbono: Pode limitar a multiplicação dos microrganismos.
• Fonte de Nitrogênio: Além de outros compostos nitrogenados, é normalmente constituída pelos aminoácidos, nucleotídeos, peptídeos e proteínas.
• Fonte de Vitaminas: Os alimentos possuem geralmente as quantidades necessárias para o crescimento dos microrganismos; entretanto, as frutas, pobres em vitaminas, desfavorecem a multiplicação de algumas bactérias.
• Sais Minerais: Embora necessários em quantidades muito reduzidas, os minerais são indispensáveis para a multiplicação microbiana, pois estão envolvidos em muitas reações enzimáticas. Merecem destaque o sódio, o potássio, o cálcio e o magnésio, além do ferro, zinco, fósforo, dentre outros.

Fatores Intrínsecos: Constituintes Antimicrobianos

Devido à presença natural de constituintes antimicrobianos, alguns produtos de origem animal e vegetal são mais resistentes à ação de microrganismos. Exemplos:

• Ovo: Além de apresentar a proteção da casca, a clara possui a lisozima (muramidase), que destrói a parede celular das bactérias.
• Amora: Possui o ácido benzóico, que atua principalmente contra os fungos.
• Cravo-da-Índia: Possui óleos essenciais (principalmente o eugenol) e lipídios com ação antimicrobiana.
• Canela: Possui o aldeído cinâmico.
• Leite: Mesmo sendo um produto altamente perecível, possui em sua composição substâncias antimicrobianas (lactenina e fator anti-coliformes), que mantêm a estabilidade microbiana do produto nas 2 primeiras horas depois da ordenha.

Fatores Extrínsecos (Inerentes ao Ambiente)

• Temperatura
• Oxigênio
• Umidade
• Composição gasosa do ambiente

Fatores Extrínsecos: Temperatura

A temperatura é um dos fatores ambientais que mais afetam a viabilidade dos alimentos.

A temperatura influencia a velocidade das reações químicas ligadas ao processo de crescimento, determinando sua amplitude, o metabolismo, a morfologia e a morte dos microrganismos.

• Em temperatura mínima, o crescimento microbiano interrompe-se, embora as bactérias permaneçam vivas.
• Em temperaturas máximas, há desnaturação das proteínas estruturais e, como consequência, a morte.

Entende-se por temperatura ótima de crescimento, a temperatura em que a multiplicação bacteriana é mais rápida num período de tempo curto.

Fatores Extrínsecos: Oxigênio

A atividade das bactérias depende das suas necessidades em oxigênio livre.

Os microrganismos apresentam diferentes modos de respiração:

• Uns necessitam de OXIGÊNIO para se desenvolverem.
• Outros necessitam de ambientes ricos em DIÓXIDO DE CARBONO.

Fatores Extrínsecos: Umidade

A umidade relativa tem relação direta com a atividade de água nos alimentos.

• Com uma umidade relativa alta, o crescimento microbiano é iniciado mais rapidamente.
• Se alimentos mais secos são colocados em ambientes úmidos, pode ocorrer uma absorção de umidade por parte da superfície do alimento.

Fatores Extrínsecos: Composição Gasosa do Ambiente

Corresponde ao teor maior ou menor de O₂, determinando o predomínio de aeróbios ou anaeróbios.

Exemplo: “Atmosferas modificadas” – substituição total ou parcial do oxigênio por outros gases (ex.: embalagens a vácuo ou com diferentes combinações de oxigênio, nitrogênio e gás carbônico).

Teoria dos Obstáculos (Hurdle Technology) de Leistner

“A ação conjunta de dois ou mais fatores pode potencializar ou limitar o efeito isolado dos fatores sobre os microrganismos.”

A correlação de obstáculos pode:

• Impedir a deterioração e veiculação de doenças;
• Aumentar a vida útil dos produtos;
• Garantir a qualidade dos alimentos.

Os objetivos principais são:

• PROLONGAR AO MÁXIMO A FASE DE LATÊNCIA
• DESTRUIR OS MICRORGANISMOS VIÁVEIS

Isso é alcançado pela redução do grau de contaminação dos alimentos (menor número de organismos alcançando o alimento) e pela criação de condições ambientais desfavoráveis (modificações de umidade, temperatura, pH e aplicação de tratamentos como calor, frio, radiações, etc.).

Qualidade Microbiológica dos Alimentos

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

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

Classificação dos Microrganismos de Interesse em Alimentos

1. Deteriorantes
2. Patogênicos
3. Produtores de alimentos
4. Indicadores

Microrganismos Deteriorantes

Um alimento deteriorado teve influência de microrganismos deteriorantes, físicos ou químicos e, por isso, tornou-se impróprio para o consumo humano ou animal.

Classificação dos Alimentos pela Facilidade de Alteração

1. Alimentos estáveis ou não perecíveis: Não são alterados facilmente (ex.: açúcar, farinha).
2. Alimentos semi-perecíveis: Conservando e manipulando de forma apropriada, permanecem sem alteração (ex.: batatas, maçãs, nozes).
3. Alimentos perecíveis: Incluem os alimentos mais importantes do consumo cotidiano, os quais se alteram com facilidade (ex.: carnes, pescados, a maioria das frutas, hortaliças, ovos, leite).

Microrganismos Patogênicos

Microrganismos presentes nos alimentos podem apresentar risco à saúde humana e animal. As doenças transmitidas por alimentos (DTA) são classificadas em:

• Infecções: Ingestão dos microrganismos patogênicos presentes nos alimentos, que vão crescer, invadir os tecidos e provocar efeitos indesejáveis.
• Intoxicações: Ingestão de alimentos contaminados com toxinas produzidas por patógenos (ex.: toxina estafilocócica, toxina botulínica).
• Toxi-infecções: Ingestão de microrganismos que se multiplicam e produzem toxinas no hospedeiro.

As características das doenças dependem de fatores relacionados aos microrganismos, aos alimentos e aos indivíduos consumidores.

Fontes de Contaminação Microbiana

• Solo e água;
• Plantas;
• Utensílios;
• TGI (Trato Gastrointestinal) de seres humanos e animais;
• Vetores invertebrados e vertebrados;
• Manipuladores;
• Ar e poeira.

Microrganismos Causadores de Doenças Transmitidas por Alimentos (DTA)

• Liberadores de toxina: S. aureus, Clostridium perfringens, C. botulinum, Vibrio cholerae, Bacillus cereus, fungos filamentosos.
• Causadores de infecções: Salmonella sp, E. coli, Shigella sp, Vibrio parahaemolyticus, Campylobacter sp, Listeria monocytogenes, Yersinia sp.

Doenças Zoonóticas e Agentes Causadores:

• Antraz: Bacillus anthracis
• Tuberculose: Mycobacterium tuberculosis, M. bovis
• Listeriose: Listeria monocytogenes
• Brucelose: Brucella abortus, B. melitensis
• Febre Q (Query): Coxiella burnetti

Exemplos de Infecções Alimentares:

• Enterobactérias: Shigella (shigelose); Salmonella (salmonelose, febre tifóide, febre paratifóide); Yersinia enterocolitica (yersiniose); Escherichia coli.
• Bactérias Gram-positivas esporuladas patogênicas: Clostridium perfringens; Bacillus cereus (gastroenterites).
• Vírus: Poliomielite (Poliovirus); Hepatite (Vírus da hepatite).

Outras Bactérias de Importância na Saúde Pública:

• Campylobacter; Vibrio cholerae; Vibrio parahaemolyticus.

Microrganismos Produtores de Alimentos

Microrganismos presentes nos alimentos podem alterar as características originais para transformá-lo em um novo alimento.

Eles podem ser mantidos durante o processo de produção ou podem ser introduzidos intencionalmente. Quando ocorrem naturalmente no alimento, seu crescimento pode ser seletivamente estimulado.

Um mesmo microrganismo pode ter atividades diferentes em alimentos diferentes: podem causar deterioração em um alimento, mas estas reações biológicas podem ser desejáveis em outro alimento.

Exemplos de Uso Industrial:

• Bactérias: Fermentação do leite (iogurtes e queijos), carnes (salames), vegetais (picles).
• Leveduras: Fermento na indústria de panificação, bebidas (cerveja e vinho), suplemento alimentar.
• Fungos: Fermentação de diversos queijos, consumidos diretamente (champignon e shitake).

Microrganismos Indicadores

Microrganismos indicadores podem ser utilizados para refletir a qualidade microbiológica dos alimentos em relação à vida de prateleira ou à segurança alimentar devido à presença de patógenos alimentares.

Características de um Microrganismo Indicador:

• Ser de fácil e rápida detecção na amostra;
• Ser facilmente diferenciado de outros membros da microbiota presente;
• Ser detectado na presença de patógenos e não detectado na ausência dos mesmos, com exceção de números mínimos.

Exemplos de Indicadores:

• Bactéria Escherichia coli: Utilizada como indicador de contaminação fecal presente na água desde 1982. Hoje, também utilizada como indicador da qualidade higiênico-sanitária do alimento. Possui habitat exclusivo no intestino do homem e de outros animais de sangue quente, número elevado nas fezes, alta resistência ao ambiente extra-enteral e técnicas laboratoriais rápidas, simples e precisas para detecção e contagem.
• Bolores e Leveduras: A presença de bolores em equipamentos indica a qualidade de sanificação das operações de processamento. A presença de leveduras pode indicar falha na higienização de manipuladores.
• Coliformes Totais: É utilizado para avaliar as condições higiênicas. Altas contagens significam contaminação pós-processamento, limpeza, sanificação e tratamento térmico deficientes; ou ainda, multiplicação durante o processamento ou estocagem. A presença de coliformes totais indica SUJEIRA e falha na adoção de boas práticas de fabricação.