Paweł Siwulski

klasa. II TG

Wykorzystanie drobnoustrojów w przemyśle spożywczym

Wiele drobnoustrojów wykorzystywanych jest w przemyśle spożywczym oraz chemicznym. Wszystkie te drobnoustroje wykazują zdolność do fermentacji w której powstają różne związki organiczne mające praktyczne znaczenie dla człowieka. Zdolność do fermentacji wykazują: bakterie, drożdże i pleśnie.

W przemyśle spożywczym wykorzystuje się drobnoustroje mące zdolność do fermentacji: alkoholowej, mlekowej, propionowej, masłowej, cytrynowej, octowej. Każda fermentacja jest procesem bardzo złożonym. Jakość produktów nie zależy od  głównego produktu fermentacji, ale też od produktów ubocznych, nadających produktowi smak, zapach, konsystencje.

Fermentacja Propionowa - fermentacje propionową wywołują bakterie propionowe z rodzaju Propionibacterim. Polega ona na przemianie cukru lub kwasu mlekowego na kwas propionowy, kwas octowy i CO₂. Fermentacja propionowa wykorzystywana jest w serowarstwie przy dojrzewaniu serów podpuszczkowych zwłaszcza twardych. W wyniku fermentacji tworzą się kwasy propionowy i octowy, które nadają serom odpowiedni smak i zapach a powstający CO₂ powoduje powstawanie oczek w serze. Niekiedy w serach można dostrzec nieprawidłowe oczka które są wynikiem obecności pałeczek okrężnicy lub bakterii beztlenowych. Wadliwe oczka dyskwalifikują jakość serów. 

Fermentacja Alkoholowa - zdolność do fermentacji alkoholowej mają drożdże oraz niektóre pleśnie. Zdolność do fermentacji mają tylko drożdże z klasy workowców. W produkcji alkoholu wykorzystuje się drożdże należące do 3 gatunków: Saccharomyces Cererctiscae, Saccharomyces Cartsbrgensis, Saccharomyces Elipsoideus. Przebieg fermentacji jest to beztlenowy rozkład cukrów prostych na alkohol etylowy i CO₂ z wydzieleniem energii. C₆H₁₂O₆ 2CH₃CH₂OH + 2CO₂ + 28,3 KCAL. W rzeczywistości przebieg fermentacji jest bardzo złożony ponieważ w czasie jej trwania powstają różne produkty uboczne. Przebieg fermentacji alkoholowej zależy od wielu czynników np. składu chemicznego podłoża, temperatury procesu; min 10° C optymalna 16-20° C maxymalna 50°C Odczyn środowiska optymalny 4-6pH Przy dobrym dostępie tlenu do podłoża drożdże nie produkują alkoholu lecz oddychają tlenowo i rozmnażają się, brak tlenu w podłożu sprzyja powstawaniu alkoholu etylowego. Powstający alkohol przy dużym stężeniu hamuje procesy życiowe drożdży. drożdże gorzelnicze wytrzymują stężenie alkoholu do 18%.

Fermentacja Mlekowa - zdolność do fermentacji mlekowej mają bakterie właściwej fermentacji mlekowej. Bakterie te rozkładają cukry proste i dwu cukry na kwas mlekowy jako produkt główny i produkty uboczne i energie. Zdolność do fermentacji mlekowej mają także bakterie pseudomlekowe i pleśnie nie mają one jednak praktyczno zastosowania, są nawet szkodliwe w przemyśle spożywczym są to rodzaje Micrococus, Escherichia, Microbacterim. Fermentacjia mlekowa dzieli się na dwa rodzaje homofermentacje - głównym produktem jest kwas mlekowy i niewielka ilość produktów ubocznych. heterofermentacja - mniej niż w poprzedniej kwasu mlekowego i więcej produktów ubocznych.

Fermentacja Masłowa - zdolność do tej fermentacji mają bakterie beztlenowe z rodzaju Clostridium. Polega ona na rozkładzie cukrów prostych, złożonych, białka na kwas masłowy oraz na produkty uboczne kwas octowy i mrówkowy i inne. Przebieg fermentacji zależy od warunków środowiska np. w środowisku obojętnym powstaje jedynie kwas masłowy niewiele produktów ubocznych. Kwas masłowy ma odrażający zapach, ale jego estry przeciwnie, używane są do produkcji perfum i zapachów do ciast.

Fermentacja Octowa - zdolność do tej fermentacji mają bakterie octowe Acetobacter (pałeczki octowe) Fermentacja octowa jest to tlenowy rozkład alkoholu etylowego na kwas octowy, wodę i produkty uboczne. C₂H₅OH + O₂ CH₃COOH +H₂O + 117 kcal. Niektóre bakterie octowe mają zdolność dalszego utleniania kwasu octowego do CO₂ i H₂O. Są one szkodnikami w przemyśle octowym. Produkty uboczne powstałe podczas fermentacji octowej są bardzo ważne nadają octu przyjemny smak i zapach.

Fermentacja Cytrynowa - zdolność do tej fermentacji wykazuje pleśń z gatunku Aspergillus głównie pleśń Mucor. Fermentacja cytrynowa polega na przemianie cukrów prostych na kwas cytrynowy wodę i energię. Ilość wytworzonego kwasu zależy o składu pożywki, temperatury i czasu trwania fermentacji. Najwięcej kwasu cytrynowego powstaje gdy podłoże bogate jest w związki azotowe. Tworzenie się kwasu cytrynowego związane jest z okresem głodowania pleśni czas trwania fermentacji ok 10dni

Systematyka drożdży:

• drożdże szlachetne - są to drożdże wykorzystywane w gospodarce człowieka. Dzielimy je na dwie grupy:
  - drożdże dolnej fermentacji - po zakończeniu fermentacji opadają na dno kadzi fermentacyjnej
  - drożdże górnej fermentacji - po zakończeniu fermentacji zbierają się na powierzchni płynu
  

• drożdże dzikie - nie mają praktycznego zastosowania, są szkodnikami w przemyśle spożywczym powodują zepsucie produktów spożywczych u ludzi wywołują wiele chorób.

Drożdże Piwowarskie - należą do gatunku Saccharomyces Cererisae (dr fermentacji górnej) oraz gatunki Saccharomyces Carlsbergehsis (dr dolnej fermentacji)

Drożdże Gorzelnicze - należą do gatunku Saccharomyces Cerewiscae. Wytwarzają  w ciągu 2-3 dni duże ilości alkoholu dlatego wykorzystywane są do produkcji spirytusu.

Drożdże Winiarskie - należą do gatunku Saccharomyces Elipsoideus. Rużnią się miedzy sobą ilością wytwarzanego alkoholu, kwasów oraz estrów. Rodzaj wina zależy nie tylko od rodzaju użytych owoców ale też od rasy drożdży. 

Drożdże Piekarskie -  Należą do gatunku Saccharomyces Cereiciscae. W piekarstwie szczególnie cenne są drożdże rozwijające się, trwałe mające dużą siłe podnoszenia ciała.

Rodzina Saccharomycetaceae - drożdże z tej rodziny mają zdolność do wytważania zarodników należą do niej zarówno gatunki pożyteczne jak i szkodliwe w przemyśle spożywczym. Najważniejszą właściwością drożdży z tej rodziny jest ich zdolność do fermentacji alkoholowej. Do tej rodziny należą 4 rodzaje które odgrywają rolę w przemyśle spożywczym. 

- Rodzaj Saccharomyces - do rodzaju tego należą wszystkie gatunki wykorzystywane w przemyśle farmaceutycznym i częściowo drożdżowym. 

- Rodzaj Pichia - należy do tzw. drożdży kożuchujących, które na podłożach płynnych tworzą kożuch należą do drożdży bezwzględnie tlenowych, rozkładają alkohol.

- Rodzaj Hansenula - są to również drożdże kożuchujące które rozkładają alkohol lub cukry z wytworzeniem alkoholu w dżemach, syropach.

- Rodzaj Saccharomycodes - mają charakterystyczny kształt cytryny lub podeszwy. Drożdże te wykorzystują cukier zawarty w produktach spożywczych który przetwarzają na alkohol. 

Rodzina Cryptococaceae - nie wytwarzają zarodników rozmnażają się przez pączkowanie. Są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie. Wiele z nich to szkodniki w przemyśle owocowym, winiarskim, piwowarskim, gorzelniczym, mleczarskim i mięsnym. Występują one wszędzie tzn. na śródmieściach w powietrzu na urządzeniach i sprzęcie skąd łatwo przedostają się do produktów spożywczych w których wywołują jego wady. Do najczęściej występujących gatunków należą:

- Rodzaj Cryptococus - wytwarzają otoczkę śluzową powodując śluzowacenie produktów spożywczych. Niektóre gatunki wywołują u ludzi zaburzenia układu nerwowego.

- Rodzaj Sorulopsis - są odporne na duże stężenie cukru i soli, dlatego psują produkty słodkie lub słone. Występują w winie piwie mleku i przetworach mlecznych powodują ich zepsucie.

- Rodzaj Candida - do rodzaju tego należy 30 gatunków o różnych kształtach. Drożdże te uważa się za formę przejściową między drożdżami i pleśniami.

- Candida Utilis

- Candida Topicolis - drożdże te zawierają bardzo dużo białka i witamin z grupy B dlatego są dodawane do jedzenia dla zwierząt.

- Candida Micoderma - komórka ma kształt owalnego lub cylindrycznego połączonego w chaotyczne gałązki. Drożdże te mają zdolność do rozkładania kwasów organicznych przez co są szkodnikami kapusty kiszonej.

Systematyka pleśni:

Systematyka pleśni jest łatwiejsza w porównaniu z systematyką drożdży. Dotyczy to głównie badań związanych z uporządkowaniem pleśni Przy klasyfikacji pleśni obserwuje się głównie zarodnie, ich kształt, kolor, zarodniki. Właściwości fizjologiczne bierze się pod uwagę zdolność do fermentacji, wytwarzania antybiotyków i inne. Wszystkie pleśnie należą do gromady grzybów Fugi. Najważniejsze gatunki odgrywające znaczenie w przemyśle spożywczym należą do 3 klas: Glonowce, Workowce, Grzyby Niedoskonałe.

Rodzaj Mucor - zarodnie z zarodnikami wystają na pojedynczych podstawach. Pleśń ta często występuje na owocach i powoduje ich zepsucie.

Rodzaj Rhizopus - z grzybni wyrastają pęki kulistych zarodni. Zarodnie mogą być brunatne lub czarne, jest szkodnikiem owoców, chleba i innych produktów spożywczych.

Rodzaj Geotrichium - rozmnaża się za pomocą krótkich odcinków zwanych OIDIAMI. Może rozwijać się w mleku i jego przetworach.

Gatunek Morika Sitophilia - na świetle wytwarza czerwony barwnik który powoduje powstawanie czerwonych plam na pieczywie. Jest też przyczyną jełczenia masła i serów

Morika Nigra - wytwarza czarne zarodniki, a w serze ementalskim tworzy czarne plamy.

Rodzaj Aspergillus - zarodniki tej pleśni mogą mieć różny kolor, zielony, czarny. Do najczęściej występujących gatunków należą:

- Aspergillus Glaucius - występuje w produktach spożywczych

- Aspergillus Niger - występuje w glebie w przemyśle spożywczym wykorzystywany do produkcji kwasu cytrynowego na skalę przemysłową

Rodzaj Fuscarim - pleśń ta występuje na zbożu. Po zjedzeniu pieczywa wypieczonego z takiego zboża występują zatrucia podobne jak przy nadużyciu alkoholu. Pieczywo takie nazywane jest też pijanym chlebem.

Rodzaj Peicykur - bardzo rozpowszechniony w przyrodzie ok 140 gatunków powoduje psucie się wielu produktów spożywczych P Nogeforti bierze udział w dojrzewaniu serów pleśniowych. P Canremberti bierze udział w produkcji serów.

Pozytywna rola drobnoustrojów w przemyśle spożywczym

Drobnoustroje wykorzystywane są w procesach wytwórczych w produkcji piekarsko - ciastkarskiej jako czynnik ułatwiający spulchnianie ciast (np.: bakterie kwasu mlekowego wywołujące fermentację kwasów piekarskich lub drożdże wywołujące fermentację alkoholową ciast pszennych - drożdżowych.
Innym typem produkcji, w którym wykorzystuje się drobnoustroje w procesach technologicznych jest produkcja mleczarska wykorzystująca zjawisko zakwaszania produktów mlecznych oraz poddawanie ich pod działanie pleśni.
Procesy biochemiczne z udziałem mikroorganizmów wykorzystuje się również na skalę przemysłową w przemyśle alkoholowym i gorzelniczym.

Negatywna rola drobnoustrojów w przemyśle spożywczym

Mikroorganizmy mogą być przyczyną powstawania wielu wad technologicznych żywności rozpoczynając od procesów gnilnych aż do powstania zapleśnień.
Zmiany mikrobiologiczne zachodzące w produktach mogą przyczyniać się do powstania zatruć pokarmowych i inwazji bakteryjnej.

---