Métodos de conservação dos alimentos aditivos químicos e contaminação

Os produtos alimentícios de qualidade microbiológica duvidosa não somente trazem riscos sanitários aos consumidores como também têm conseqüências extremamente nefastas para seu fabricante, tais como ações legais, influência negativa na imagem da marca, recolhimento dos produtos das prateleiras, etc.

Os preservativos ou agentes antimicrobianos desempenham um importante papel na estabilização de alimentos.

A crescente demanda por alimentos processados, de conveniência e de prateleira, tornou imperativo o uso de preservativos químicos. Alguns deles, como sulfitos, nitratos e o próprio sal, já são usados há séculos.

A escolha de um agente antimicrobiano deve estar baseada em um conhecimento do espectro antimicrobiano do preservativo, ou seja, a substância química e propriedades físicas do alimento, as condições de armazenamento e controle, e a garantia de uma alta qualidade inicial do alimento preservado.

A contaminação de alimentos

Centenas de gêneros e espécies de microrganismos, provenientes do solo, da água, do ar, de utensílios, do trato intestinal do homem e de animais, dentre outros, podem contaminar os alimentos. Os microrganismos encontrados em alimentos podem ser classificados em três categorias.

Os microrganismos deterioradores promovem alterações químicas que comprometem a qualidade do alimento. Geralmente, a deterioração está associada a alterações sensoriais (aparência, odor, sabor, textura), resultantes da atividade metabólica dos microrganismos, que utilizam compostos do alimento como fonte de energia.

Os microrganismos patogênicos promovem o desenvolvimento de infecções ou intoxicações no indivíduo que consumir o alimento contaminado. Por fim, há os que promovem reações químicas específicas que produzem alterações desejáveis em alimentos, modificando suas características sensoriais; é o caso dos microrganismos utilizados na produção de alimentos fermentados, como queijos, vinhos e pães, entre outros.

Os microrganismos contaminantes geralmente não estão presentes em tecidos vivos saudáveis; no entanto, invadem os tecidos quando ocorrem injúrias mecânicas ou desintegração de tecidos, como no processamento.

Alimentos comercialmente esterilizados e acondicionados em embalagens metálicas ou de vidro podem sofrer deterioração microbiológica se o tratamento térmico for insuficiente ou quando ocorrerem falhas na hermeticidade da embalagem, de forma a permitir a entrada de microrganismos.

Para produtos pasteurizados, as alterações microbiológicas dependem das características do alimento, como meio de cultura, da carga microbiana sobrevivente ao tratamento térmico, de contaminações após o processamento, e da temperatura de estocagem.

De acordo com sua estabilidade, os alimentos podem ser classificados em perecíveis, semi-perecíveis e não perecíveis.

Os perecíveis são alimentos que se alteram rapidamente, a menos que sejam submetidos a processos de conservação. Geralmente, requerem baixas temperaturas de estocagem para melhor estabilidade.

Nos alimentos perecíveis, as alterações microbiológicas geralmente antecedem às demais, sendo muitas vezes perceptíveis sensorialmente pelo consumidor. Esses alimentos apresentam vida útil de apenas alguns dias quando refrigerados, e de alguns meses quando congelados. Exemplos: leite, carnes frescas, frutas e hortaliças in natura. Os semi-perecíveis têm sua estabilidade aumentada em decorrência de determinadas técnicas de processamento. A estabilidade pode ser estendida para cerca de 30 a 90 dias, quando mantidos sob refrigeração. Exemplos: produtos cárneos defumados, queijos curados.

Já os não perecíveis podem ser estocados a temperatura ambiente por um período de tempo prolongado, sem que haja crescimento microbiano suficiente para se caracterizar a deterioração.

Reduções no valor comercial de tais produtos podem ocorrer devido a alterações físicas e químicas, após uma prolongada estocagem. Exemplos: cereais, grãos, produtos desidratados e enlatados.

O crescimento microbiano em alimentos pode resultar em alterações químicas que, por sua vez, podem acarretar alterações sensoriais, caracterizando um processo de deterioração.

As alterações químicas dos principais componentes dos alimentos, promovidas por microrganismos, são apresentadas sumariamente a seguir.

Carboidratos: os microrganismos utilizam os carboidratos como fonte de energia para seu desenvolvimento. O metabolismo desses nutrientes pode ocorrer segundo dois mecanismos básicos: em presença de oxigênio, pela utilização de carboidratos por microrganismos aeróbios, ou na ausência de oxigênio, pela utilização dos compostos por microrganismos anaeróbios estritos ou facultativos, acumulando produtos que afetam sensorialmente o alimento.

Os açúcares mais simples são preferencialmente utilizados pelos microrganismos, poucas sendo as espécies capazes de hidrolisar polissacarídeos. O metabolismo de monossacarídeos em anaerobiose gera como produto intermediário o ácido pirúvico que, dependendo das condições nutricionais do meio, é convertido a diferentes compostos, como ácido lático, etanol e ácido acético.

Proteínas: não atravessam a membrana celular de microrganismos que, para utilizá-las, secretam enzimas que as hidrolisam a peptídeos e aminoácidos.

A degradação de aminoácidos resulta na formação de compostos de odor desagradável, como as aminas biogênicas, caracterizando a chamada putrefação, facilmente detectável.

As aminas biogênicas ocorrem em vários tipos de produtos, como pescados, carnes, leite e derivados, cerveja, uva e vinho. Nos pescados, a formação de aminas biogênicas (como a trimetilamina) tem recebido atenção especial, graças à sua correlação com a deterioração dessa classe de produtos.

A degradação de proteínas, além de alterar o aroma, pode resultar em modificações na textura do produto, como o amolecimento dos tecidos.

Lipídios: algumas bactérias produzem lípases que catalisam reações de hidrólise de triglicerídeos, produzindo ácidos graxos livres, muitos dos quais, especialmente os de baixo peso molecular, conferem odor desagradável ao produto, caracterizando a rancidêz hidrolítica.

Vários fatores afetam a velocidade das alterações microbiológicas, ou seja, a capacidade de sobrevivência ou crescimento dos microrganismos presentes em um alimento.

Entre esses fatores, existem os que se relacionam com as características do próprio alimento (fatores intrínsecos) e os associados ao ambiente (fatores extrínsecos).

Os fatores intrínsecos são, principalmente, a atividade de água, o pH, a composição química e o potencial redox, enquanto que os extrínsecos são a temperatura, a umidade relativa e a composição gasosa do ambiente. Atividade de água (Aw) – Controlar a água presente nos alimentos é uma das técnicas mais antigas para a preservação dos alimentos. Somente é considerada a água disponível para crescimento de microrganismos e reações de deterioração, também conhecida como água livre. Existem várias formas de se controlar a água livre: pode ser removida por secagem, solidificada por congelamento ou indisponibilizada pela adição de eletrólitos, como o NaCl, ou não-eletrólitos, como a sacarose. Os microrganismos não conseguem desenvolver-se se não houver água livre no alimento, e o alimento toma-se, então, estável contra a deterioração microbiana.

Nos alimentos a água existe sob duas formas: água livre e água combinada. Ainda não existe uma definição formal sobre o que pode ser considerado como água combinada, mas uma de suas propriedades mais importantes é que ela não é congelável.

Outras propriedades são a sua baixa pressão de vapor, alta energia de ligação, não disponibilidade como solvente, reduzida mobilidade molecular e propriedades dielétricas diferentes das da água livre. O grau de disponibilidade de água em um alimento pode ser expresso como atividade de água (Aw) e define-se como a relação entre a fugacidade da água no alimento (f) e a fugacidade da água pura em uma mesma temperatura (fo).

Aw = f / fo: para baixas pressões e temperaturas pode-se escrever essa equação da seguinte forma, que é a mais comum: Aw = P / Po em que P é a pressão de vapor da água no alimento, e Po é a pressão de vapor da água pura. No equilíbrio, existe uma relação entre a Aw de um alimento e a umidade relativa no equilíbrio (U.R.E.) do ar (expressa como porcentagem) no ambiente fechado em que esse se encontra e, portanto, é sempre 100 vezes maior que o valor de Aw. Aw = % U.R.E. / 100.

A relação entre a U.R.E. e a Aw permite prever quais alimentos irão ganhar ou perder umidade, quando forem expostos a um ar com determinada umidade. O grau em que a água interage com os componentes químicos presentes e contribui para a textura do alimento é definido como teor de umidade (g de água/l00g de sólidos) e seu estado termodinâmico é definido pelo potencial químico na equação: μ1 = μ0 + RT ln Aw em que: μ1 = potencial químico da água, μ0 = potencial químico no estado padrão, R = constante dos gases, T = temperatura absoluta, Aw = atividade de água termodinâmica. A força que promove as reações químicas com água em um alimento é proporcional ao potencial químico da água existente nele. Pela formulação ou processamento, a atividade de água em um alimento pode ser variada ou controlada.

O principal fator na estabilidade de um alimento não é, portanto, o teor de umidade deste, mas sim a disponibilidade da água para o crescimento de microrganismos e reações químicas. Ambos os conceitos se relacionam, e essa relação é expressa em termos de isotermas de sorção (adsorção e dessorção).

Geralmente, para um mesmo alimento, uma isoterma de adsorção apresenta valores inferiores aos da isoterma de dessorção, fenômeno conhecido como histerese.

Cada produto possui uma isoterma de sorção característica, não necessariamente com comportamento senoidal, como os autores costumam apresentar de forma genérica.

Os valores de Aw variam de 0 a 1. Na maior parte dos alimentos frescos, a Aw é superior a 0,95. A adição de solutos reduz a pressão parcial de vapor de água do alimento, resultando em redução da Aw; essa redução varia de acordo com o soluto adicionado e sua concentração. A Aw de um alimento pode ser ainda reduzida por remoção de água (desidratação) ou por congelamento.

A Aw intracelular das bactérias é ligeiramente menor do que a do meio externo, o que promove uma pressão de turgidez, que deve ser mantida, independentemente de variações da pressão osmótica do meio. Quando a Aw do meio externo é reduzida, as células são submetidas a um choque osmótico, perdendo água rapidamente. Em geral, as células microbianas reagem à perda temporária de turgidez, resultante do choque osmótico, aumentando seus níveis internos de solutos até superar a concentração externa.

Essa regulação ocorre por meio dos chamados solutos compatíveis, moléculas orgânicas de baixo peso molecular e hidrossolúveis a altas concentrações.

Os solutos compatíveis não interferem com o metabolismo celular, em contraste com solutos tóxicos; pertencem a diversas classes químicas, como aminoácidos (prolina, glicina e betaína), cátions (K+), açúcares e polióis. Existem sistemas de transporte específicos na membrana citoplasmática que permitem o acúmulo controlado desses compostos.

Esse acúmulo de solutos compatíveis, necessário quando as células estão em ambientes com Aw reduzida, requer muita energia, constituindo, portanto, um obstáculo ao crescimento.

Em ambientes de baixa Aw, as células microbianas consomem muita energia, quer para excluir solutos do seu ambiente interno, quer para desenvolver suas atividades metabólicas na presença de alta concentração de solutos.

Como conseqüência, os microrganismos podem ter suas taxas de crescimento reduzidas, ou mesmo morrer, em situações extremas.

Diferentes microrganismos têm diferentes graus de tolerância a baixas atividades de água. Apesar de o nível de atividade de água para inibir efetivamente a atividade de microrganismos ser afetado por vários outros fatores (natureza dos solutos, pH, presença de conservadores químicos, natureza da flora microbiana), aceita-se como regra geral que o crescimento de bactérias é inibido a valores de Aw inferiores a 0,90; há exceções a essa regra como, por exemplo, as bactérias halofílicas, que podem crescer a Aw de até 0,76, e Staphylococcus aureus, que, sob condições aeróbias, pode chegar a crescer a 0,86.

Alguns fungos podem crescer a atividades de água limite de até 0,60, o que faz com que esses microrganismos sejam de grande importância em alimentos desidratados. Valores de Aw inferiores a 0,60 não possibilitam deterioração microbiana, pois não permitem crescimento de microrganismos, embora eles ainda possam sobreviver. De acordo com a suscetibilidade a alterações microbiológicas, os alimentos podem ser classificados em: •Alimentos de alta umidade (Aw > 0,85), muito propensos a deteriorações microbiológicas em geral. O limite inferior de atividade de água (0,85) foi estabelecido com base na atividade de água mínima requerida para crescimento de Staphylococcus aureus, a bactéria patogênica mais tolerante nesse aspecto.

•Alimentos de umidade intermediária (0,60 < Aw < 0,85), que podem sofrer deterioração por microrganismos xerofílicos e osmofílicos.

•Alimentos de baixa umidade (Aw < 0,60), nos quais não há crescimento de microrganismos, embora eles possam sobreviver. Os valores ótimos e mínimos de Aw para crescimento microbiano nem sempre coincidem com aqueles válidos para produção de metabólitos. A atividade de água afeta não apenas as taxas de alterações microbiológicas como, também, influenciam alterações químicas. A oxidação de lipídios passa por um mínimo, depois sofre uma rápida elevação.

Para se conhecer o comportamento real dessas reações, é necessário que sejam realizadas experiências para efetivamente se levantarem essas curvas. Os fungos são os microrganismos mais resistentes à diminuição da atividade de água, sendo os principais responsáveis pela deterioração de alimentos na faixa de Aw de 0,61 – 0,70. Isto se deve ao fato de que nessa faixa não há competição de bactérias. Em geral, valores de pH próximos à neutralidade são os mais favoráveis ao crescimento microbiano. Se o microrganismo estiver em um ambiente ácido, haverá um fluxo passivo de prótons para o interior da célula; o microrganismo consumirá então energia para transportar ativamente esses prótons para o exterior da célula.

Se o fluxo de prótons para dentro e fora da célula tornar-se incontrolado, o pH interno pode mudar a talgrau, que ocorra inibição da síntese de componentes celulares e da capacidade de divisão das células. A maioria dos microrganismos associados a alimentos cresce na faixa de pH de 5 a 8.

Considerando-se que uma faixa de pH de três unidades representa uma diferença de mil vezes na concentração externa de íons H+, a capacidade de crescimento microbiano dentro dessa faixa reflete uma grande capacidade de excluir ou reter esses íons e controlar seu pH interno. Cada espécie tem sua faixa ótima de pH citoplasmático e uma capacidade diferente de regulação desse pH. Em geral, bolores e leveduras são mais tolerantes a ambientes de baixo pH do que as bactérias, sendo freqüentemente associados à deterioração de produtos de alta acidez, como sucos de frutas e bebidas carbonatadas. Os alimentos são geralmente classificados quanto ao pH em:

•Muito ácidos (pH < 4,0), como suco de abacaxi, suco de maracujá, refrigerantes, picles. •Ácidos (4,0 < 4,5), como derivados de tomate, suco de algumas frutas (ex.: caju). •Pouco ácidos (pH > 4,5), como carne, leite, ovos. Essa classificação baseia-se no pH mínimo para crescimento e produção de toxina por Clostridium botulinum (4,5) e no pH mínimo para crescimento da maioria das bactérias (4,0).

Cada espécie microbiana tem uma faixa ótima de pH citoplasmático, e cada qual exibe uma capacidade diferente de regulação deste pH, mostrando assim diferentes tolerâncias a mudanças no pH externo. A faixa de pH externo limite para o crescimento de bactérias é de 4,0 a 9,0; para leveduras, essa faixa é de 1,5 a 8,0; para bolores, 1,5 a 11,0. Portanto, a faixa de pH dos alimentos muito ácidos inibe o crescimento de bactérias, mas ainda permite o desenvolvimento de fungos.

Composição química: o crescimento bacteriano exige a disponibilidade de nutrientes essenciais, tais como fontes de carbono, nitrogênio, fósforo, enxofre, ferro e outros minerais, com os quais as bactérias podem sintetizar precursores de macromoléculas orgânicas e vitaminas ou, quando incapazes da síntese de um precursor essencial, este deve estar presente no meio de crescimento.

As bactérias são grandemente diversificadas em relação aos seus requerimentos nutricionais, sendo que para praticamente qualquer substância há um microrganismo capaz de metabolizá-la como nutriente.

A disponibilidade de nutrientes diminui à medida que a população aumenta de tamanho; enquanto houver um mínimo de nutrientes a população continuará a crescer. Várias classes de nutrientes podem ser utilizadas pelos microrganismos. Como fontes de energia, são geralmente utilizados carboidratos (especialmente açúcares mais simples), álcoois e aminoácidos. Alguns microrganismos utilizam carboidratos mais complexos, como celulose e amido, convertendo-os a açúcares mais simples.

Os lipídios podem ser utilizados como fonte de energia por um número muito limitado de microrganismos. A principal fonte de nitrogênio são os aminoácidos, embora outros compostos nitrogenados, como nucleotídeos, peptídeos e proteínas, possam ser também utilizados.

A concentração dos nutrientes indispensáveis pode, até certo ponto, determinar a velocidade do crescimento microbiano, segundo a equação de Monod, que indica que, quando S > > Ks , o microrganismo crescerá a uma velocidade muito próxima à sua velocidade máxima Potencial redox – Os processos de oxidação e redução estão relacionados com transferências (perda e ganho, respectivamente) de elétrons entre compostos químicos.

Quando ocorre uma transferência de elétrons de um composto para outro, estabelece-se uma diferença de potencial que pode ser medida instrumentalmente. A tendência de um meio em receber ou ceder elétrons é denominada potencial redox (Eh), medido por meio de um eletrodo de metal inerte (geralmente platina) submerso no meio.

Se o equilíbrio dos diversos pares redox presentes favorece o estado oxidado, a amostra tende a receber elétrons do eletrodo, criando um potencial positivo, que indica um meio oxidante.

Quando o equilíbrio for inverso, a amostra tende a ceder elétrons ao eletrodo, que registra um potencial negativo, indicando um meio redutor.

O potencial redox medido nos alimentos resulta da interação de fatores, como pares redox presentes, proporção entre os grupos oxidantes e redutores, pH, capacidade de equilíbrio, disponibilidade de oxigênio e a própria atividade microbiana. O potencial redox exerce um efeito seletivo na microflora do alimento.

Apesar de o crescimento microbiano ser possível em uma ampla faixa de potenciais redox (-100mV a +500mV), os microrganismos se enquadram convenientemente em faixas mais estreitas, baseadas na sua resposta ao oxigênio.

Assim, microrganismos aeróbios requerem para multiplicação a presença de O2 e um alto potencial redox, geralmente entre +350mV e +500mV. Incluem-se aí muitas bactérias, especialmente as deterioradoras e algumas espécies patogênicas (ex.: Bacillus cereus). Microrganismos anaeróbios requerem baixos valores de Eh, geralmente abaixo de -150mV. Incluem-se nesse grupo algumas espécies de bactérias patogênicas (ex.: Clostridium botulinum) e bactérias deterioradoras.

Algumas bactérias aeróbias crescem melhor em meio levemente reduzido, sendo denominadas microaerófilas (ex.: gêneros Lactobacillus, Streptococcus).

Outras espécies crescem bem tanto em aerobiose quanto em anaerobiose, sendo denominadas anaeróbias facultativas (ex.: bactérias da família Enterobacteriaceae). Quanto aos fungos, a maioria dos bolores de importância em alimentos é aeróbia, enquanto as leveduras são predominantemente aeróbias ou anaeróbias facultativas.

Nas duas próximas edições o tema será retomado, considerando que dividi o tema em 3 partes, tendo em vista o grande volume de informações.

O que e conservação por aditivos químicos?

Quais são os métodos de conservação de alimentos?

Quais são os principais aditivos para conservação dos alimentos?

O que e um aditivo químico?