Multifuncionalidade dos ácidos orgânicos
Os ácidos orgânicos têm sido utilizados, desde há muito tempo, para garantirem a segurança e melhorarem a qualidade dos produtos alimentares. Além da sua potencial atividade antimicrobiana, os ácidos orgânicos são usados em produtos alimentares como antioxidantes para retardar a oxidação de lípidos e proteínas, estabilizar a cor, inibir o odor, melhorar a nutrição e os atributos de qualidade, como “flavor”, sabor, textura e suculência dos alimentos.
Muitos ácidos orgânicos – acético, cítrico, fórmico, lático, propiónico, sórbico e benzóico – e os seus sais – são geralmente seguros. À medida que os fabricantes de produtos procuram formas eficazes de formularem alimentos com rótulos saudáveis, saborosos e mais seguros, rever os fundamentos desses compostos ácidos e as suas aplicações pode ajudar a desencadear novas estratégias de formulação.
Modos de atuação
Os ácidos orgânicos formam-se naturalmente como constituintes dos tecidos animais e de plantas ou podem ser adicionados a produtos alimentares como conservantes, reguladores de acidez ou estabilizantes. Os exemplos incluem ácido cítrico em frutas e vegetais, ácido málico em frutas vermelhas, cerejas, damascos e maçãs, ácidos tartáricos em uvas e frutas cítricas e ácido benzoico em arandos. Durante a fermentação, bactérias benéficas, fungos e leveduras, produzem ácidos orgânicos (lático e acético).
Os ácidos orgânicos são ácidos fracos e não se dissociam completamente em água. A forma indissociável atravessa as membranas celulares dos microrganismos. A libertação de protões, ácidos fracos provenientes da dissociação intracelular, causa dois problemas para a célula: acidificação do citoplasma e acumulação de aniões ácidos no citoplasma. Se o pH interno da célula baixar, o metabolismo celular é prejudicado e o efeito cumulativo da acumulação de aniões ácidos e da redução do pH interno resulta na morte celular. As células microbianas respondem à redução crítica do pH através de reações catalisadas por enzimas para consumo de protões, produzindo compostos essenciais para ajudar a aumentar o baixo pH e eliminando protões através do consumo de ATP.
O modo de atuação dos ácidos orgânicos e dos seus sais é geralmente atribuído à “teoria clássica dos ácidos fracos”, na qual os ácidos fracos inibem os organismos pela difusão de ácidos não dissociados através da membrana, dissociação dentro da célula em protões e aniões e consequente acidificação do citoplasma.
Contudo, foram também sugeridos outros modos de atuação para a inibição microbiológica por ácidos orgânicos fracos. Por exemplo, o ácido lático desestabiliza a membrana das bactérias Gram negativas, resultando na formação de poros, desnaturação de proteínas sensíveis e de DNA e interfere nos processos metabólicos e anabólicos. O ácido cítrico desestabiliza a membrana externa celular por quelação de iões essenciais. O ácido sórbico inibe enzimas intracelulares e interfere na cadeia de respiração microbiana, crucial para a geração de energia celular. A atividade inibitória do ácido orgânico na sobrevivência de patogénicos e microrganismos deteriorantes pode ser devida a um, ou mais, destes efeitos.
A tolerância térmica de patogénicos em produtos tratados termicamente pode variar em diferentes níveis de pH e dependendo do acidificante utilizado.
Considerações
As propriedades bacteriostáticas, ou bactericidas, dos ácidos orgânicos dependem das propriedades físico-químicas do ambiente circundante e do grau de dissociação do ácido (ou seja, o valor pKa). Isto significa que a eficácia de um ácido orgânico na inativação de bactérias patogénicas e de deterioração alimentar depende da percentagem de ácido não dissociado a um determinado pH. Por exemplo, em produtos alimentares acidificados a frio com pH 3,3 a 3,8, os investigadores descobriram que a Escherichia coli O157:H7 é significativamente mais resistente aos ácidos que a Salmonella ou que a Listeria monocytogenes a 10ºC. A pH 4,1, a E. coli O157:H7 e a L. monocytogenes tinham uma resistência semelhante ao calor e ao ácido em salmoura vegetal acidificada (Breidt et al., 2005). Noutro estudo, que investigou o sumo de pepino com ácido acético a pH 4,6, os investigadores descobriram que L. monocytogenes foi o organismo mais resistente ao calor e ao ácido testado, seguido por Salmonella enterica ou E. coli O157:H7, dependendo da temperatura entre 56ºC e 66ºC. A uma temperatura de referência de 71ºC, o tempo médio de redução 5-log foi de 4,9 min para L. monocytogenes, 4,4 min para E. coli O157:H7 e 3,3 min para Salmonella enterica (Breidt et al., 2014).
Os microrganismos também respondem a alterações nas concentrações externas e internas de protões (por exemplo: iões de hidrogénio) para se manterem vivos. A concentração de protões é medida como pH. A um pH baixo, com elevada concentração de protões, os ambientes ácidos afetam negativamente a estrutura e função das células. Para fazer face ao stress ácido, algumas bactérias produzem ácidos gordos em níveis mais elevados para modificarem a composição lipídica da membrana e reduzirem a permeabilidade da membrana aos protões. As células adaptadas ao ácido têm uma maior resistência à inativação por ácidos orgânicos e podem sobreviver melhor em alimentos acidificados do que as células não adaptadas. A E. coli O157:H7, a Salmonella e a L. monocytogenes resistentes ao ácido podem sobreviver o tempo suficiente em alimentos acidificados para causar doenças.
Conservação
Tradicionalmente, a acidificação direta dos produtos hortícolas por concentrações elevadas de ácidos, sem processamento térmico, era o principal método de conservação. A deterioração ocorre normalmente devido a uma acidificação e pasteurização incorretas. A maioria dos ácidos desempenha um papel significativo na criação do perfil geral de sabor e aroma e na manutenção da cor e textura dos alimentos. Os produtos com elevado teor de ácido acético (pH < 4,0) são os produtos alimentares mais seguros do ponto de vista microbiológico. No entanto, o aroma e o sabor pungentes do ácido acético levaram os fabricantes de alimentos a considerarem ácidos orgânicos mais suaves, como os ácidos cítrico, málico e lático.
Atualmente, a preservação é normalmente conseguida através da adição de uma baixa concentração de ácidos orgânicos e de uma pasteurização suave. Nos alimentos acidificados processados pelo calor, as condições de processamento são determinadas para assegurar uma redução de 5-log dos agentes patogénicos bacterianos vegetativos, tais como E. coli O157:H7, Salmonella e L. monocytogenes.
A tolerância térmica dos agentes patogénicos em produtos tratados termicamente pode variar em diferentes níveis de pH e dependendo do acidificante utilizado. Por exemplo, verificou-se que a E. coli O157:H7 era significativamente mais resistente ao calor e ao ácido do que a Salmonella e a L. monocytogenes em puré de tomate acidificado a pH 4,2 utilizando ácido cítrico ou acético, enquanto a L. monocytogenes era a mais resistente ao calor e ao ácido em puré acidificado a pH 3,8 utilizando ácido acético, mas não ácido cítrico (Dufort, 2017).
A sobrevivência dos agentes patogénicos varia significativamente em função do tipo de ácido e do nível de pH associado a microorganismos específicos.
Os requisitos mínimos de crescimento para os agentes patogénicos estão bem estabelecidos. No entanto, a sobrevivência dos agentes patogénicos varia consoante o tipo de ácido e o nível de pH associado aos micróbios específicos. Num estudo, os valores mínimos de pH para o crescimento de E. coli enterohemorrágica em caldo foram 4,25 e 5,5 para o ácido clorídrico e o ácido acético, respetivamente. Posteriormente, verificou-se que a Salmonella era menos resistente ao calor que a E. coli O157:H7 ou a L. monocytogenes numa solução de salmoura ajustada a pH 4,1 com ácido acético.
Da mesma forma, um estudo recente descobriu que a E. coli O157:H7, Salmonella e L. monocytogenes foram inativadas por 0,5h após a inoculação em molhos acidificados a pH 3,2 com ácido acético. Em comparação, foram necessárias pelo menos 48h para obter a mesma inativação quando foi utilizado ácido cítrico (Lobo et al., 2019). Os investigadores também determinaram os efeitos específicos da concentração de ácido acético e do pH (de forma independente e combinada) na sobrevivência de E. coli O157:H7. A um pH equivalente, o ácido acético foi mais eficaz do que os ácidos não inibitórios, como o ácido clorídrico, para controlar o pH.
O futuro
As respostas microbiológicas ao stress ácido e à resistência aos ácidos podem ser determinadas utilizando abordagens bem conhecidas dos domínios da microbiologia ou através de muitas tecnologias e abordagens inovadoras em rápido desenvolvimento. Por exemplo, as experiências de evolução em laboratório, combinadas com Whole Genome Sequencing (WGS), permitiram obter novos conhecimentos sobre a resistência e a tolerância aos ácidos. O WGS pode fornecer um poder de resolução mais elevado do que os métodos de subtipagem e informações sobre a resistência e a tolerância aos ácidos. Uma abordagem combinada utilizando WGS e metagenómica pode gerar informações sinérgicas na determinação de respostas adaptativas a ambientes ácidos.
Além disso, a microbiologia preditiva, que é utilizada para prever os efeitos de fatores intrínsecos, extrínsecos e de processamento no crescimento de microrganismos, irá provavelmente fazer avançar a compreensão das aplicações de ácidos para a segurança e qualidade alimentar. Estes modelos matemáticos determinam o prazo de validade dos alimentos ou avaliam o crescimento potencial dos agentes patogénicos nos alimentos. Estes modelos foram desenvolvidos para avaliar o efeito do pH, a concentração da forma não dissociada do ácido utilizado num determinado pH e outros parâmetros como a temperatura, a atividade da água, o sal e os conservantes (por exemplo, nitritos).
Se pretende explorar os mais recentes desenvolvimentos em matéria de segurança e qualidade alimentar, a nossa equipa pode fornecer informações valiosas sobre esta área, em constante evolução ao nível dos avanços microbiológicos e dos modelos preditivos. Os nossos métodos laboratoriais inovadores e os serviços de Whole Genome Sequencing (WGS) oferecem perspetivas novas e inovadoras sobre a resistência a ácidos.
