Modelagem matemática do crescimento de bactérias ácido lácticas em condições isotérmicas e não isotérmicas

Abstract

As bactérias ácido lácticas (BAL) são um dos principais grupos de micro-organismos responsáveis pela deterioração de produtos cárneos embalados a vácuo e em atmosfera modificada, armazenados sob temperatura de refrigeração. A microbiologia preditiva é considerada uma importante ferramenta para quantificar e predizer o comportamento microbiano sob influência de diferentes fatores ambientais, como por exemplo, a temperatura. Assim sendo, o objetivo geral deste trabalho foi modelar o crescimento de BAL em condições isotérmicas e não isotérmicas de cultivo. Primeiramente foram ajustados quatro modelos primários às curvas de crescimento de Lactobacillus plantarum, Lactobacillus viridescens e Lactobacillus sakei em meio de cultivo MRS sob seis diferentes temperaturas isotérmicas (entre 4°C e 30°C), sendo que o modelo primário que apresentou melhor ajuste aos dados experimentais foi o modelo de Gompertz. Foram avaliados também cinco modelos secundários, sendo que a influência da temperatura foi melhor descrita pela equação da potência para a fase lag (.), o modelo da raiz quadrada para a velocidade de crescimento (.) e a equação do tipo Arrhenius para o aumento logarítmico da população (A). Com base nos modelos selecionados, foi estabelecido um modelo de crescimento não isotérmico, baseado na metodologia proposta por Corradini e Peleg. O modelo proposto foi validado com dados experimentais de L. plantarum em meio MRS sob três diferentes perfis de temperatura. A partir de um delineamento composto central rotacional, um modelo de superfície de resposta foi estabelecido para predizer a velocidade de crescimento de L. plantarum em meio MRS, sob diferentes temperaturas (4°C a 16°C), pH (5,5 a 7,5), NaCl (0 a 6%) e Na-lactato (0 a 4%). Todos os fatores estudados foram estatisticamente significativos (p < 0,10) no intervalo de confiança estudado e usados para a construção do modelo, sendo que o fator que apresentou a maior significância foi a temperatura, seguido pelo NaCl, Na-lactato e pH. Este modelo de superfície de resposta foi validado matematicamente com condições adicionais realizadas dentro do domínio do delineamento experimental. O crescimento de L. plantarum também foi analisado quando esta bactéria foi inoculada em um produto cárneo, chopped suíno cozido, embalado a vácuo e armazenado sob diferentes temperaturas isotérmicas (4°C, 10°C e 16°C). O modelo primário de Gompertz ajustou-se bem às curvas de crescimento e os modelos secundários foram os mesmos selecionados no caso do crescimento da bactéria em meio MRS. Não foram observadas mudanças sensoriais no produto quando L. plantarum atingiu a população máxima (107 úteis para predizer, dentro dos limites estabelecidos para cada modelo, o comportamento de bactérias ácido lácticas em produtos cárneos.

Lactic acid bacteria (LAB) are the main microorganism group responsible for the spoilage of modified atmosphere or vacuum-packaged meat products, stored under refrigeration. The predictive microbiology is an important tool to quantify and predict microbial behavior under the influence of different environmental factors, such as temperature. Then, the overall aim of this study was to model the LAB growth in isothermal and non-isothermal conditions. Firstly, four primary models were fitted to the growth curves of Lactobacillus plantarum, Lactobacillus viridescens and Lactobacillus sakei in MRS broth under six different isothermal temperatures (4°C to 30°C), being the Gompertz model the primary model that showed the best fit to the experimental data. Five secondary models were also evaluated, and the influence of temperature on the lag phase duration (.) was better described by the power equation, the square root for the maximum specific growth rate (.), and the Arrhenius-type equation for the microbial population increase (A). Based on selected models, the non-isothermal growth model was established, based on the methodology proposed by Corradini and Peleg. The model proposed was validated with experimental growth curves of L. plantarum in MRS obtained under three periodic temperature profiles. From a central composite rotatable design, the response surface model was established to predict L. plantarum growth rate in MRS broth, under different temperatures (4°C to 16°C), pH (5.5 to 7.5), NaCl (0 to 6%) and Na-lactate (0 to 4%). All the factors were statistically significant (p < 0.10) and used to build the model, where the temperature was the most decisive factor, followed by the concentrations of NaCl and Na-lactate and by the pH. This model was mathematically validated with additional conditions within model range. L. plantarum growth was also analyzed when this bacteria was inoculated in a meat product, cooked chopped pork, vacuum packaged and stored under different isothermal temperatures (4°C, 10°C and 16°C).he Gompertz model showed a good fit to growth curves and the secondary models were the same ones selected in the case of growth in MRS broth. There were no sensory changes in the product when L. plantarum reached the maximum population. The predictive models established in this study can be useful for predicting, within the limits set for each model, the behavior of lactic acid bacteria in meat products.