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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14
Figure6.20
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15
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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18
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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33
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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display.37
Experimento
• InoculeunaseriedetubosconpHdiferentesconelculDvoasignado
• Incube• Luegodeincubartomelaabsorbanciadecadatuboyanotesusresultados
SalinidadyPresiónOsmóDca
SolutesandWaterAcDvity
• wateracDvity(aw)– amountofwateravailabletoorganisms
– reducedbyinteracDonwithsolutemolecules(osmoDceffect)
higher[solute]⇒loweraw– reducedbyadsorpDontosurfaces(matrixeffect)
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display.40
WaterAcDvity(aw)
• wateracDvityofasoluDonis1/100therelaDvehumidityofsoluDon
• alsoequaltoraDoofsoluDon’svaporpressure(Psoln)tothatofpurewater(Pwater)
• Aw=Psoln/Pwater
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42
Table6.4
Osmotolerantorganisms• growoverwiderangesofwateracDvity• manyusecompaDblesolutestoincreasetheirinternalosmoDcconcentraDon– solutesthatarecompaDblewithmetabolismandgrowth
• somehaveproteinsandmembranesthatrequirehighsoluteconcentraDonsforstabilityandacDvity
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display.43
EffectsofNaClonmicrobialgrowth• Halófilasextremas‐15‐30%NaCl
• Halófilasmoderadas‐6‐15%NaCl
• Halófilasleves1‐6%NaCl
• halotolerantes
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44
Figure6.18
Experimento
• InoculeconunhisopolabacteriaasignadaenplacasdeTSAcon0%,0.5%,5.0%,10%y15%NaCl
• Selleconserafinaeincube• Luegodeincubarevalúelaseriedeplacasusandocomocriterio++++,+++,++,+ó0
EfectodelaLuzUltravioleta
RadiaDon
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display.47
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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display.51
needoxygen
preferoxygen
ignoreoxygen
oxygenistoxic
<2–10%oxygen
Figure6.22
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display.52
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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display.53
EffectofenzymesindetoxificaDon
54
Theac:onofsuperoxidedismutase,catalaseandperoxidase.TheseenzymesdetoxifyoxygenradicalsthatareinevitablygeneratedbylivingsystemsinthepresenceofO2.Thedistribu:onoftheseenzymesincellsdeterminestheirabilitytoexistinthepresenceofO2
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55
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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56
Figure6.24
Experimento
• InoculeelDoglicolatoconlabacteriaasignadatomandolasiguienteprecaución– Simásde1/3partedelmedioDeneuncolorazulosoorosado,calienteantesdeusarlopararemoverelO2
• Incubelostubos• Observeenquepartedelmediopredominaelcrecimiento