Factores Físicos que Afectan el Crecimiento Microbiano

Factores
Físicos
que
Afectan
el
Crecimiento
Microbiano
Esther
z.
Vega,
Ph.D.
Deshidratación
Deshidratación
 La
disponibilidad
del
agua
y
no
la
canDdad
determina
la
inhibición.
 Agua
enlazada
 Agua
no
enlazada
Aw
 Medida
del
agua
disponible
 Razón
de
la
presión
de
vapor
en
un
alimento
a
la
presión
de
vapor
del
agua
pura
a
la
misma
temperatura
Aw=
P/Po
Contenido
de
humedad
a
aw
0.7
(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
Tabla
24.1
Deshidratación
 Tratamientos
para
secar
alimentos
 Secado
al
sol
 Evaporador
 Ahumar
 Secado
mediante
congelación
(“freeze
drying”)
 Secado
al
vacío
Aw
de
varios
alimentos
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
Relación
entre
aw,
crecimiento
y
estabilidad
Liofilización
Efecto
de
deshidratación
Aumento
en
la
fase
lag,
disminución
fase
log,
disminución
células
fase
estacionaria
Fase
experimental
•  En
una
placa
petri
vacía
coloque
asépDcamente
un
cubreobjeto.
•  Contamine
el
cubreobjeto
con
el
culDvo
bacterial
asignado.
•  Incube
a
35oC
por
una
semana.
•  Luego
de
incubar,
observe
y
luego
añada
un
tubo
de
TSA
derreDdo
y
Dbio.
•  Incube
por
una
semana
más.
Efecto
de
temperatura
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Temperature
•  organisms
exhibit
disDnct
cardinal
growth
temperatures
–  minimal
–  maximal
–  opDmal
Figure
6.20
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6.21
15
Clasificación
de
microorganismos
de
acuerdo
a
su
temp
de
crecimiento
Tipo
de
microorganis‐
mo
Límite
mínimo
de
tolerancia
Temperatura
óp:ma
Límite
máximo
de
tolerancia
Sicroclicos
‐5
10‐20
30
Mesoclicos
10
20‐40
45
Termoclicos
25
50‐60
8’
AdaptaDons
of
thermophiles
•  protein
structure
stabilized
by
a
variety
of
means
–  e.g.,
more
H
bonds
–  e.g.,
more
proline
–  e.g.,
chaperones
•  histone‐like
proteins
stabilize
DNA
•  membrane
stabilized
by
variety
of
means
–  e.g.,
more
saturated,
more
branched
and
higher
molecular
weight
lipids
–  e.g.,
ether
linkages
(archaeal
membranes)
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17
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Table
6.5
18
Enfriamiento
 Temperaturas
de
16
a
‐2oC
 Reacciones
metabólicas
 Disminución
con
disminución
en
T
 Temperaturas
de
refrigeración
menores
que
mínimos
de
crecimiento
 Psicroclicos
 Psicotrofos
 Mas
canDdad
de
ácidos
grasos
insaturados
Duración
de
alimentos
por
enfriamiento
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
Tabla
24.4
Termobacteriología
 Calor
húmedo
elimina
los
microorganismos
por:
 Desnaturalización
de
ácidos
nucléicos,
proteínas
y
enzimas
 Calor
seco:
menos
letal
 Elimina
los
microorganimos
por
deshidratación
y
oxidación
 Necesita
mas
Dempo
y
temperaturas
mayores
Preservación
por
calor
 Pasteurización
–
elimina
organismos
patógenos
no‐
formadores
de
espora.
 63°C
por
30
minutos
(método
de
lote)
 72°C
por
15
segundos
(método
“flash”)
 134°C
por
1‐2
segundos
(UHT)
 Inac:va
enzimas
 Elimina
99
a
99.9%
de
los
organismos
contaminantes
Esterilización
por
calor
 Elimina
todos
los
microorganismos
 Industrialmente:
libre
de
patógenos
y
estabilidad
en
lugar
que
esterilización
absoluta
 HTST‐”high
temperature
short
Dme
heaDng”
~140oC
Ciné:ca
de
la
mortandad
de
los
microoganismos
N=
Noe‐kt
Curva
de
sobrevivencia
El
valor
D
indica
la
resistencia
de
un
microorganismo
a
una
temperatura
dada
Factores
que
influyen
en
el
valor
D
y
z
 Diferencias
entre
especies,
cepas,
esporas,
células
vegetaDvas
 Edad
de
las
células
 Fase
de
crecimiento
 Temperatura
de
crecimiento
 Composición
medio
de
culDvo
 Exposición
previa
a
agentes
estresores
e.g.
calor
Tabla
24.5
y
24.6
Valor
D
para
diferentes
organismos
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
Table
5.21.
Decimal
reduc:on
:mes
(D‐values)
for
various
bacteria.
UDlización
del
microonda
como
agente
térmico
 Alimentos
expuestos
a
energía
de
500‐MHz
a
10‐GHz
 Calor
generado
por
las
moléculas
de
agua
 Habilidad
para
eliminar
bacterias
es
debido
al
calor
producido
 El
caliente
no
uniforme
limita
su
uso
para
la
inacDvación
de
microorganismos
Experimental
•  Inocule
4
tubos
con
caldo
nutriDvo
con
el
organismo
asignado
e
incube
a
15oC,
25oC,
34oC
y
45oC
•  Incube
por
una
semana
y
tomé
la
turbidez
del
culDvo
uDlizando
un
espectrofotómetro
•  Incube
por
una
semana
adicional
y
tome
medidas
de
absorbancia
Efecto
de
temperaturas
altas
•  Ponga
a
hervir
agua
•  Inocule
5
tubos
con
caldo
nutriDvo
con
5
gotas
del
culDvo
•  Exponga
los
5
tubos
al
agua
hirviendo
por
los
siguientes
minutos:
0,
5,
10,
15
y
30
•  Enfríe
rápidamente
cada
tubo,
rotule
e
incube
•  Luego
de
incubar
mida
la
absorbancia
para
determinar
crecimiento
bacteriano
Efecto
de
incineración
•  Divida
una
placa
con
agar
estéril
en
dos
áreas
•  Inocule
un
lado
de
la
placa
con
la
bacteria
asignada,
siguiendo
técnicas
asépDcas
•  Incinere
el
asa
de
inocular
•  Sin
volver
a
su
culDvo,
pasa
el
asa
incinerada
por
la
segunda
área
de
su
placa
•  Incube
Efecto
de
pH
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pH
•  pH=
‐log
[H+]
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6.19
33
pH
•  acidophiles
–  growth
opDmum
between
pH
0
and
pH
5.5
•  neutrophiles
–  growth
opDmum
between
pH
5.5
and
pH
8
•  alkalophiles
–  growth
opDmum
between
pH
8.5
and
pH
11.5
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34
pH
range
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35
Notas
sobre
el
pH
•  Efecto
drámaDco
en
la
acDvidad
enzimáDca:
inacDvación
de
enzimas
a
pH
muy
bajos
ó
altos
•  Mayoría
de
las
bacterias
y
protozoarios
prefieren
un
pH
cercano
a
neutral
•  Hongos
crecen
mejor
en
ambientes
ligeramente
ácidos
pH
•  most
acidophiles
and
alkalophiles
maintain
an
internal
pH
near
neutrality
–  The
plasma
membrane
is
impermeable
to
protons
•  some
synthesize
proteins
that
provide
protecDon
–  e.g.,
acid‐shock
proteins
•  many
microorganisms
change
pH
of
their
habitat
by
producing
acidic
or
basic
waste
products
–  most
media
contain
buffers
to
prevent
growth
inhibiDon
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37
Experimento
•  Inocule
una
serie
de
tubos
con
pH
diferentes
con
el
culDvo
asignado
•  Incube
•  Luego
de
incubar
tome
la
absorbancia
de
cada
tubo
y
anote
sus
resultados
Salinidad
y
Presión
OsmóDca
Solutes
and
Water
AcDvity
•  water
acDvity
(aw)
–  amount
of
water
available
to
organisms
–  reduced
by
interacDon
with
solute
molecules
(osmoDc
effect)
higher
[solute]
⇒
lower
aw
–  reduced
by
adsorpDon
to
surfaces
(matrix
effect)
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40
Water
AcDvity
(aw)
•  water
acDvity
of
a
soluDon
is
1/100
the
relaDve
humidity
of
soluDon
•  also
equal
to
raDo
of
soluDon’s
vapor
pressure
(Psoln)
to
that
of
pure
water
(Pwater)
•  Aw
=
Psoln/
Pwater
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Table
6.4
42
Osmotolerant
organisms
•  grow
over
wide
ranges
of
water
acDvity
•  many
use
compaDble
solutes
to
increase
their
internal
osmoDc
concentraDon
–  solutes
that
are
compaDble
with
metabolism
and
growth
•  some
have
proteins
and
membranes
that
require
high
solute
concentraDons
for
stability
and
acDvity
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43
Effects
of
NaCl
on
microbial
growth
•  Halófilas
extremas‐
15‐30%
NaCl
•  Halófilas
moderadas‐
6‐15%
NaCl
•  Halófilas
leves
1‐6%
NaCl
•  halotolerantes
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Figure
6.18
44
Experimento
•  Inocule
con
un
hisopo
la
bacteria
asignada
en
placas
de
TSA
con
0%,
0.5%,
5.0%,
10%
y
15%
NaCl
•  Selle
con
serafina
e
incube
•  Luego
de
incubar
evalúe
la
serie
de
placas
usando
como
criterio
++++,
+++,
++,
+
ó
0
Efecto
de
la
Luz
Ultravioleta
RadiaDon
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47
RadiaDon
Damage…
•  ultraviolet
(UV)
radiaDon
–  mutaDons
→
death
–  causes
formaDon
of
thymine
dimers
in
DNA
–  DNA
damage
can
be
repaired
by
several
repair
mechanisms
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48
Experimento
•  Inocule
3
placas
de
TSA
(o
Sabouraud)
con
el
organismo
asignado
en
forma
de
grama
•  En
el
caso
de
hongos
coloque
una
muestra
pequeña
muestra
de
hongo
tomado
con
pinza
o
escalpelo
•  Exponga
la
mitad
de
la
placa
a
luz
UV
por
1,
10
o
30
minutos
•  Incube
•  Compare
el
crecimiento
con
el
criterio
++++,
+++,
++,
+,
0
Efecto
de
Oxígeno
y
el
CulDvo
de
Anaerobios
Oxygen
ConcentraDon
need
oxygen
prefer
oxygen
ignore
oxygen
oxygen
is
toxic
<
2
–
10%
oxygen
Figure
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51
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
Aerotolerant AnaerobeGrowth
Growth
Not required for
growth but utilized
when available
Not required and
not utilized
*
If
level
not
too
high
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52
Basis
of
different
oxygen
sensiDviDes
•  oxygen
easily
reduced
to
toxic
products
–  superoxide
radical
–  hydrogen
peroxide
–  hydroxyl
radical
•  aerobes
produce
protecDve
enzymes
–  superoxide
dismutase
(SOD)
–  catalase
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53
Effect
of
enzymes
in
detoxificaDon
The
ac:on
of
superoxide
dismutase,
catalase
and
peroxidase.
These
enzymes
detoxify
oxygen
radicals
that
are
inevitably
generated
by
living
systems
in
the
presence
of
O2.
The
distribu:on
of
these
enzymes
in
cells
determines
their
ability
to
exist
in
the
presence
of
O2
hqp://textbookoracteriology.net/
nutgro_4.html
54
Table
7.
Distribu:on
of
superoxide
dismutase,
catalase
and
peroxidase
in
procaryotes
with
different
O2
tolerances.
Group
Superoxide
dismutase
Catalase
Peroxidase
Obligate
aerobes and
most
facultaDve
anaerobes
(e.g.
Enterics)
+
+
‐
Most
aerotolerant
anaerobes
(e.g.
Streptococci)
+
‐
+
‐
‐
‐
Obligate
anaerobes
(e.g.
Clostridia,
Methanogens,
Bacteroides)
hqp://textbookoracteriology.net/
nutgro_4.html
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6.24
56
Experimento
•  Inocule
el
Doglicolato
con
la
bacteria
asignada
tomando
la
siguiente
precaución
–  Si
más
de
1/3
parte
del
medio
Dene
un
color
azuloso
o
rosado,
caliente
antes
de
usarlo
para
remover
el
O2
•  Incube
los
tubos
•  Observe
en
que
parte
del
medio
predomina
el
crecimiento