Factores Físicos que Afectan el Crecimiento Microbiano · Carnes curadas, queso 0.91-0.95...

FactoresFísicosqueAfectanelCrecimientoMicrobiano

Estherz.Vega,Ph.D.

Deshidratación

Deshidratación

 LadisponibilidaddelaguaynolacanDdaddeterminalainhibición. Aguaenlazada Aguanoenlazada

Aw

 Medidadelaguadisponible Razóndelapresióndevaporenunalimentoalapresióndevapordelaguapuraalamismatemperatura

Aw=P/Po

Contenidodehumedadaaw0.7(20oC)Granos 4-9

Leche en polvo 7-10

Polvo de chocolate 7-10

Huevo en polvo 10-11

Leche baja en grasa en polvo

10-15

Carne seca sin grasa 10-15

Semillas de arroz y legumbres

12-15

Vegetales deshidratados 12-22

Sopas deshidratadas 13-21

Frutas secas 18-25 Tabla24.1

Deshidratación

 Tratamientosparasecaralimentos Secadoalsol Evaporador Ahumar Secadomediantecongelación(“freezedrying”) Secadoalvacío

Awdevariosalimentos

Frutas, vegetales, carne, pecado (fresco)

>0.98

Carne cocida, pan 0.95-0.98

Carnes curadas, queso 0.91-0.95

Salchichas, siropes 0.87-0.91

Habichuelas, arroz 0.80-0.87

Mermeladas 0.75-0.80

Dulces 0.65-0.75

Frutas secas 0.60-0.65

Pasta, especies, leche en polvo 0.20-0.60

Relaciónentreaw,crecimientoyestabilidad

Liofilización

Efectodedeshidratación

Aumentoenlafaselag,disminuciónfaselog,disminucióncélulasfaseestacionaria

Faseexperimental

•  EnunaplacapetrivacíacoloqueasépDcamenteuncubreobjeto.

•  ContamineelcubreobjetoconelculDvobacterialasignado.

•  Incubea35oCporunasemana.

•  Luegodeincubar,observeyluegoañadauntubodeTSAderreDdoyDbio.

•  Incubeporunasemanamás.

Efectodetemperatura

Temperature•  organismsexhibitdisDnctcardinalgrowthtemperatures–  minimal

–  maximal–  opDmal

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Figure6.20

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Figure6.21

Clasificacióndemicroorganismosdeacuerdoasutempdecrecimiento

Tipodemicroorganis‐mo

Límitemínimodetolerancia

Temperaturaóp:ma

Límitemáximodetolerancia

Sicroclicos ‐5 10‐20 30

Mesoclicos 10 20‐40 45

Termoclicos 25 50‐60 8’

AdaptaDonsofthermophiles•  proteinstructurestabilizedbyavarietyofmeans– e.g.,moreHbonds– e.g.,moreproline– e.g.,chaperones

•  histone‐likeproteinsstabilizeDNA•  membranestabilizedbyvarietyofmeans

– e.g.,moresaturated,morebranchedandhighermolecularweightlipids

– e.g.,etherlinkages(archaealmembranes)Copyright©McGraw‐HillCompanies,Inc.PermissionrequiredforreproducDonor

display.17

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Table6.5

Enfriamiento

 Temperaturasde16a‐2oC

 Reaccionesmetabólicas DisminucióncondisminuciónenT

 Temperaturasderefrigeraciónmenoresquemínimosdecrecimiento

 Psicroclicos Psicotrofos

 MascanDdaddeácidosgrasosinsaturados

Duracióndealimentosporenfriamiento

0oC (días) 22oC (días)

Carne 6-10 1

Pescado 2-7 1

Pollo 5-16 1

Frutas 2-180 1-20

Vegetales 3-20 1-7

Papas 90-300 7-50

Tabla24.4

Termobacteriología

 Calorhúmedoeliminalosmicroorganismospor: Desnaturalizacióndeácidosnucléicos,proteínasyenzimas

 Calorseco:menosletal Eliminalosmicroorganimospordeshidrataciónyoxidación

 NecesitamasDempoytemperaturasmayores

Preservaciónporcalor

 Pasteurización–eliminaorganismospatógenosno‐formadoresdeespora. 63°Cpor30minutos(métododelote) 72°Cpor15segundos(método“flash”) 134°Cpor1‐2segundos(UHT)

 Inac:vaenzimas Elimina99a99.9%delosorganismoscontaminantes

Esterilizaciónporcalor

 Eliminatodoslosmicroorganismos Industrialmente:libredepatógenosyestabilidadenlugarqueesterilizaciónabsoluta HTST‐”hightemperatureshortDmeheaDng”~140oC

Ciné:cadelamortandaddelosmicrooganismos

N=Noe‐kt

Curvadesobrevivencia

ElvalorDindicalaresistenciadeunmicroorganismoaunatemperaturadada

FactoresqueinfluyenenelvalorDyz

 Diferenciasentreespecies,cepas,esporas,célulasvegetaDvas

 Edaddelascélulas Fasedecrecimiento Temperaturadecrecimiento ComposiciónmediodeculDvo Exposiciónpreviaaagentesestresorese.g.calor

Tabla24.5y24.6

ValorDparadiferentesorganismos

Table5.21.Decimalreduc:on:mes(D‐values)forvariousbacteria.

Organism Temp, T /0C D-value, DT Campylobacter jejuni

55 1 min

Salmonella spp 60 0.98 min Listeria monocytogenes

71.7 3.3 sec

Escherichia coli 71.7 1 sec Staphylococcus aureus

71.7 4.1 sec

Clostridium perfringens

90 145 min

Clostridium botulinum

121.1 12 sec

Bacillus stearothermophillus

121.1 5.0 min

UDlizacióndelmicroondacomoagentetérmico

 Alimentosexpuestosaenergíade500‐MHza10‐GHz Calorgeneradoporlasmoléculasdeagua Habilidadparaeliminarbacteriasesdebidoalcalorproducido

 ElcalientenouniformelimitasuusoparalainacDvacióndemicroorganismos

Experimental

•  Inocule4tubosconcaldonutriDvoconelorganismoasignadoeincubea15oC,25oC,34oCy45oC

•  IncubeporunasemanaytomélaturbidezdelculDvouDlizandounespectrofotómetro

•  Incubeporunasemanaadicionalytomemedidasdeabsorbancia

Efectodetemperaturasaltas

•  Pongaaherviragua•  Inocule5tubosconcaldonutriDvocon5gotasdelculDvo

•  Expongalos5tubosalaguahirviendoporlossiguientesminutos:0,5,10,15y30

•  Enfríerápidamentecadatubo,rotuleeincube

•  Luegodeincubarmidalaabsorbanciaparadeterminarcrecimientobacteriano

Efectodeincineración

•  Dividaunaplacaconagarestérilendosáreas•  Inoculeunladodelaplacaconlabacteriaasignada,siguiendotécnicasasépDcas

•  Incinereelasadeinocular•  SinvolverasuculDvo,pasaelasaincineradaporlasegundaáreadesuplaca

•  Incube

EfectodepH

pH

•  pH=‐log[H+]

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Figure6.19

pH

•  acidophiles– growthopDmumbetweenpH0andpH5.5

•  neutrophiles– growthopDmumbetweenpH5.5andpH8

•  alkalophiles– growthopDmumbetweenpH8.5andpH11.5

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pHrange

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NotassobreelpH

•  EfectodrámaDcoenlaacDvidadenzimáDca:inacDvacióndeenzimasapHmuybajosóaltos

•  MayoríadelasbacteriasyprotozoariosprefierenunpHcercanoaneutral

•  Hongoscrecenmejorenambientesligeramenteácidos

pH

•  mostacidophilesandalkalophilesmaintainaninternalpHnearneutrality–  Theplasmamembraneisimpermeabletoprotons

•  somesynthesizeproteinsthatprovideprotecDon–  e.g.,acid‐shockproteins

•  manymicroorganismschangepHoftheirhabitatbyproducingacidicorbasicwasteproducts–  mostmediacontainbufferstopreventgrowthinhibiDon

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Experimento

•  InoculeunaseriedetubosconpHdiferentesconelculDvoasignado

•  Incube•  Luegodeincubartomelaabsorbanciadecadatuboyanotesusresultados

SalinidadyPresiónOsmóDca

SolutesandWaterAcDvity

•  wateracDvity(aw)– amountofwateravailabletoorganisms

–  reducedbyinteracDonwithsolutemolecules(osmoDceffect)

higher[solute]⇒loweraw–  reducedbyadsorpDontosurfaces(matrixeffect)

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WaterAcDvity(aw)

•  wateracDvityofasoluDonis1/100therelaDvehumidityofsoluDon

•  alsoequaltoraDoofsoluDon’svaporpressure(Psoln)tothatofpurewater(Pwater)

•  Aw=Psoln/Pwater

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Table6.4

Osmotolerantorganisms•  growoverwiderangesofwateracDvity•  manyusecompaDblesolutestoincreasetheirinternalosmoDcconcentraDon– solutesthatarecompaDblewithmetabolismandgrowth

•  somehaveproteinsandmembranesthatrequirehighsoluteconcentraDonsforstabilityandacDvity

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EffectsofNaClonmicrobialgrowth•  Halófilasextremas‐15‐30%NaCl

•  Halófilasmoderadas‐6‐15%NaCl

•  Halófilasleves1‐6%NaCl

•  halotolerantes

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Figure6.18

Experimento

•  InoculeconunhisopolabacteriaasignadaenplacasdeTSAcon0%,0.5%,5.0%,10%y15%NaCl

•  Selleconserafinaeincube•  Luegodeincubarevalúelaseriedeplacasusandocomocriterio++++,+++,++,+ó0

EfectodelaLuzUltravioleta

RadiaDon

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Figure6.25

RadiaDonDamage…

•  ultraviolet(UV)radiaDon– mutaDons→death

– causesformaDonofthyminedimersinDNA– DNAdamagecanberepairedbyseveralrepairmechanisms

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display.48

Experimento

•  Inocule3placasdeTSA(oSabouraud)conelorganismoasignadoenformadegrama

•  Enelcasodehongoscoloqueunamuestrapequeñamuestradehongotomadoconpinzaoescalpelo

•  ExpongalamitaddelaplacaaluzUVpor1,10o30minutos

•  Incube•  Compareelcrecimientoconelcriterio++++,+++,++,+,0

EfectodeOxígenoyelCulDvodeAnaerobios

OxygenConcentraDon

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needoxygen

preferoxygen

ignoreoxygen

oxygenistoxic

<2–10%oxygen

Figure6.22

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Table: Terms used to describe O2 Relations of Microorganisms. Environment

Group Aerobic Anaerobic O2 Effect Obligate Aerobe Growth No growth Required

(utilized for aerobic respiration)

Microaerophile Growth No growth Required but at levels below 0.2 atm

Obligate Anaerobe No growth Growth Toxic

Facultative Anaerobe Growth Growth Not required for growth but utilized when available

Aerotolerant AnaerobeGrowth Growth Not required and not utilized

*Iflevelnottoohigh

BasisofdifferentoxygensensiDviDes

•  oxygeneasilyreducedtotoxicproducts– superoxideradical– hydrogenperoxide– hydroxylradical

•  aerobesproduceprotecDveenzymes– superoxidedismutase(SOD)

– catalase

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EffectofenzymesindetoxificaDon

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Theac:onofsuperoxidedismutase,catalaseandperoxidase.TheseenzymesdetoxifyoxygenradicalsthatareinevitablygeneratedbylivingsystemsinthepresenceofO2.Thedistribu:onoftheseenzymesincellsdeterminestheirabilitytoexistinthepresenceofO2

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Table7.Distribu:onofsuperoxidedismutase,catalaseandperoxidaseinprocaryoteswithdifferentO2tolerances.

Group Superoxidedismutase Catalase Peroxidase Obligateaerobes + + ‐andmostfacultaDveanaerobes(e.g.Enterics)

Mostaerotolerant + ‐ +anaerobes(e.g.Streptococci)

Obligateanaerobes ‐ ‐ ‐(e.g.Clostridia,Methanogens,Bacteroides)

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Figure6.24

Experimento

•  InoculeelDoglicolatoconlabacteriaasignadatomandolasiguienteprecaución– Simásde1/3partedelmedioDeneuncolorazulosoorosado,calienteantesdeusarlopararemoverelO2

•  Incubelostubos•  Observeenquepartedelmediopredominaelcrecimiento