Stosunek

drobnoustrojów

do pH, a

i Eh

Adam Malicki

Czynniki

wewnątrzśrodowiskowe

• Aktywność wodna - a

• Stężenie jonów wodorowych – pH

środowiska

• Potencjał oksydordukcyjny - Eh
• Środki konserwujące (kwas benzoesowy i

jego sole, antybiotyki, itp.)

• Surowce pomocnicze (woda, sól, warzywa

itp.)

• Antagonizm międzydrobnoustrojowy

Aktywność wodna a

• Aktywność wodna

to odpowiednik

wilgotności względnej stosowany do
określania zawartości wody w
produkcie spożywczym.

• Każdy drobnoustrój potrzebuje

optymalnej dla siebie a

Aktywność wodna a

MIKROORGANIZMY

RODZAJ ŻYWNOŚCI

Salmonella i inne G-ujemne bakterie
– Cl. botulinum

1,0

Świeże owoce i warzywa, mięso, ryby,
mleko

Większość G-dodatnich bakterii

0,95

Mięso peklowane, kiełbasy, ser, chleb

Większość drożdży i pleśni

0,90

Salami, ser suszony, biszkopty, syropy
owoce

Staphylococcus aureus

0,85

Ciasta owocowe, dżemy

Sach. bailii

0,80

Żywność solona, mleko skondensowane

Większość pleśni kserofilnych
Bakterie halofilne

0,75

Miód, żywność o średniej zawartości wilgoci

Sach.rouxi

0,70

Wyroby wschodnie, płatki zbożowe

Xeromyces bisporus

0,65

Owoce suszone, toffi, karmelki

Następuje rozpad DNA

0,60

Żywność odwodniona, przyprawy, płatki
kukurydziane, cukier, czekolada

Aktywność wodna a

W 1kg wody jest

56,51

moli

wody lub

3,3x10

drobin,

które

mają ułożenie heksagonalne.

Gdy do wody zostaną wprowadzone związki chemiczne ich

hydratacja jest wynikiem przyłączenia dipoli wody, które
gromadzą się na powierzchni jonów zjonizowanego związku.

Aktywność wodna a

Prawo Roulta

Gdzie:
p - ciśnienie pary roztworu
p

- ciśnienie substancji rozpuszczonej

– liczba moli roztworu

– liczba moli substancji rozpuszczonej

- p

+ n

Względne obniżenie ciśnienia pary roztworu jest

równe frakcji molowej roztworu.

Aktywność wodna a

Zjawisko to można wyrazić za pomocą innego

równania, określającego stosunek pary roztworu
do czystej substancji rozpuszczonej.

Wtedy wzór przedstawia się następująco:

1 mol

idealnie rozpuszczonego związku w

1 dm

wody obniża

ciśnienie pary wodnej o

1,77%

powodując, że roztwór ma

ciśnienie pary wodnej wynoszące

98,23%

ciśnienia pary

chemicznie czystej wody w temp. 20°C.

+ n

Aktywność wodna a

• Optimum dla większości bakterii

chorobotwórczych i gnilny

=0,99 – 0,995

• Gronkowce chorobotwórcze a

≥0,85

Obniżenie a

poniżej optymalnej dla drobnoustrojów

chorobotwórczych przy zachowaniu innych parametrów na
poziomie optymalnym przedłuża okres trwania lagfazy, a w
okresie wzrostu logarytmicznego wydłuża czas jednej
generacji.

Aktywność wodna a

Sposoby redukcji a

• Suszenie metodami chemicznymi

– Zastosowanie chlorku sodowego

• Suszenie metodami fizycznymi

– Poddawanie produktów działaniu ciepła
– Mrożenie produktów

Suszenie metodami

chemicznymi

NaCl rozpuszczony w wodzie obniża jej

aktywność wodną, a tym samym
podnosi podnosi ciśnienie osmotyczne.

Ze względu na wpływ zawartości NaCl w

środowisku, bakterie dzielimy na:

• halofilne
• halofobne
• halotolerantne

Tolerancja NaCl

• Halofobne

– bakterie, które wzrastają w

środowisku wolnym od NaCl, max. dopuszczalne

stężenie to 5%.

(większość bakterii lądowych, w tym gnilne i

chorobotwórcze)

• Halotolerantne

– bakterie, które nie wymagają do

rozwoju obecności NaCl w środowisku, tolerują

jednak stężenia powyżej 10%
(drożdże i pleśnie)

Tolerancja NaCl

• Halofilne

– bakterie, które wymagają do rozwoju

NaCl w odpowiednim dla gatunku stężeniu, w

związku z tym dzielimy je na:

– Halofile ścisłe NaCl 20-30%

Rodzina Halobacteriaceae (H. salinarum, H. halobium)

wytwarzają barwnik pochodna zw. karotenoidowych, który

chroni je przed szkodliwym działaniem promieni słonecznych

– Halofile średnieNaCl 5-20%

Pseudomonadaceae, Spirillaceae, Neisseriaceae,

Micrococcaceae, Lactobacillaceae, Thiobacteriaceae

występują w dużych ilościach w solankach przemysłowych

oraz w gotowych produktach solonych; są to zarówno bakterie

pozytywnie wpływające na wartości smakowe produktu, jak i

negatywnie.

– Halofile słabe NaCl 2-5%

Występują głównie w wodzie morskiej; są jedyną mikroflorą

powodującą psucie się ryb świeżych

Suszenie metodami fizycznymi –

działanie wysoką temperaturą

Działanie wysoką temperaturą:

• Metoda statyczna – produkt jest

poddawany działaniu ciepła leżąc na sitach

przez kilka lub kilkanaście godzin

(makarony, komponenty zup w proszku,

skóry)

• Metoda dynamiczna – rozpylony produkt

poddaje się działaniu powietrza ogrzanego

do wysokiej temperatury i mającego

bardzo niską wilgotność względna lub

całkowicie odwodnionego (suszenie

rozpyłowe mleka)

Suszenie metodami fizycznymi –

działanie wysoką temperaturą

Suszenie w temperaturach wyższych od

temperatury otoczenia ale zbliżonych

do 50°C

bakteriobójczość procesu jest wynikiem

odwadniania drobnoustroju. Proces ten powoduje

zmiany charakterystyczne dla zjawiska

plazmolizy

, a stopień ich zaawansowania zależy

od szybkości przebiegu procesu.

Drobnoustroje rozmnażają się tak długo, dopóki

aktywność wodna środowiska nie zostanie

obniżona poniżej poziomu minimalnego dla

danego gatunku. Dotyczy to

bakterii mezofilnych

Suszenie metodami fizycznymi –

działanie wysoką temperaturą

Przy suszeniu w temperaturach wyższych od 50°C

skuteczność plazmolizy jest pogłębiona przez

zabójcze działanie wysokich temperatur.

Czas suszenia zależy od:

– temperatury suszenia

– zawartości wody w produkcie przed suszeniem

– stopnia rozdrobnienia produktu w czasie suszenia

Stosowane są temperatury w zakresie: 70 do 110-120°C
Najwyższych temperatur używa się tylko przy suszeniu

dynamicznym.

Suszenie metodami fizycznymi –

działanie wysoką temperaturą

Wrażliwość drobnoustrojów na łączne

działanie obniżającej się aw i ciepła:

• Najwrażliwsze – bakterie

psychrotrofowe i mezofilne pałeczki

• Ziarniaki
• Niewrażliwe – spory

(najniższą ciepłooporność

mają przy wysokiej wilgotności, w powietrzu lub tlenie, oraz
osadzone na szkle lub papierze, najwyższą przy małej
wilgotności w azocie lub wodorze lub osadzone w piasku)

Suszenie metodami fizycznymi –

działanie wysoką temperaturą

W produktach wysuszonych obserwuje się

ujemny dynamizm bakterii

. Szybkość

wymierania zależy od końcowej zawartości

wody w produkcie.

Wymieranie bakterii najszybciej przebiega

gdy zawartość wody nie przekracza 5%, a

przy suszeniu stosowano niższe

temperatury.

Suszenie metodami fizycznymi

– liofilizacja

Liofilizacja

to proces suszenia produktów w stanie

zamrożonym w próżni (suszenie sublimacyjne).

Produkty liofilizowane są jakościowo lepsze od

produktów tylko mrożonych lub tylko suszonych
ponieważ:

– ich dehydratacja jest całkowita i szybka,
– nie kurczą się
– są chemicznie nieaktywne
– po nawodnieniu mają korzystne cechy smakowe i

zapachowe, oraz sprawiają wrażenie produktów
świeżych niekonserwowanych.

Suszenie metodami fizycznymi

– liofilizacja

Do śmierci drobnoustrojów dochodzi zarówno w

czasie mrożenia jak i suszenia, a wymieranie
dotyczy dużej części populacji.

Komórki drobnoustrojów ulegają uszkodzeniu

metabolicznemu już podczas mrożenia, etap
liofilizacji dodatkowo przyczynia się do ich
śmierci.

Suszenie prowadzi się w stosunkowo niskich

temperaturach rzędu 50-60°C i trwa kilka godzin.

Suszenie metodami fizycznymi

– liofilizacja

Redukcja drobnoustrojów:
• giną wszystkie pałeczki rodzaju

Pseudomonas

przy zastosowaniu temp. 60°C:
• 99% pałeczek Salmonella
• 90% gronkowców
• 50% paciorkowców kałowych
• spory są niewrażliwe

Suszenie metodami fizycznymi

– liofilizacja

Związki działające ochronnie w stosunku do

bakterii w trakcie procesu liofilizacji:

• pepton
• wyciąg tkanki mięśniowej
• surowica krwi
• żelatyna
• glukoza
• kwas glutaminowy

(neutralizuje grupy karbonylowe

obecne w żywności, które w stanie wolnym uszkadzają

heliks DNA, wiążą się z grupami anionowymi białek komórki

drobnoustrojów i powodują ich śmierć)

Suszenie metodami fizycznymi

– liofilizacja

Suszenie podczas liofilizacji może prowadzić

do indukowanej mutacji bakterii. Jest ona
wynikiem pękania pojedynczych wiązań
DNA, powodowanego przez aktywowanie
nukleaz, względnie zmian stosunków
wodnych wewnątrz i dookoła chromosomu
bakteryjnego.

Suszenie metodami fizycznymi

– liofilizacja

Produkty liofilizowane są higroskopijne i dlatego są

pakowane gazoszczelnie.

Szybkość wymierania drobnoustrojów w czasie

składowanie zależy od:

• RH – wilgotności względnej

• rodzaju środowiska gazowego w opakowaniu

• temperatury przechowywania

Najszybsze wymieranie zachodzi w środowisku powietrza lub

próżni w temperaturze 37°C.Niższe temperatury działają

ochronnie.

Salmonella typhimurium najintensywniej wymiera przy RH=75%.

Stężenie jonów wodorowych

środowiska - pH

Im niższe pH tym słabiej dysocjują kwasy

organiczne, których aktywność w stosunku do
bakterii jest zależna od liczby drobin
niezdysocjowanych.

Surowce spożywcze mają wyjściowe pH zawsze

lekko kwaśne

i do żywności o takim pH człowiek

jest przyzwyczajony.

Stężenie jonów wodorowych

środowiska - pH

Cytryny

2,0-4,0

Jabłka 2,9–5,0

Kiszona kapusta

3,4-3,6

Pomidory

4,0-4,4

Piwo 4,0-5,0

Twaróg

4,8-6,4

Marchew

4,9-5,3

Fasola 5,0-6,0

Mięso po procesie dojrzewania

5,4-5,7

Dojrzałe sery podpuszczkowe

5,5-6,0

Masło 5,2-6,4

Mleko krowie, świeże

6,6-6,7

Mięso po uboju

7,0-7,3

Krew 7,4-7,6

Białko jaja świeżego 7,6-8,0

Białko jaja przechowywanego

9,0-9,7

Stężenie jonów wodorowych

środowiska - pH

W czasie rozmnażania drobnoustrojów pH

środowiska zmienia się i przesuwa w kierunku
zasadowym lub kwaśnym.

W miarę zbliżania się do odczynu obojętnego

toczący się proces zepsucia na tle drobnoustrojów
człowiek odbiera jako zmiany sygnalizujące
psucie się.

Aktywność o odczynie obojętnym lub zasadowym

organoleptycznie oceniana jest jako zepsuta.

Stężenie jonów wodorowych

środowiska - pH

Obniżanie się pH surowca pod wpływem

drobnoustrojów wykorzystywane jest w wielu
technologiach żywności jak np. w mleczarskiej
czy fermentacyjnej, a także przy produkcji pasz.

W wyniku rozpadu znajdujących się w surowcu

cukrów tworzą się kwasy organiczne, nadające
produktowi charakterystyczny smak i zapach, a
jednocześnie zabezpieczają przed zepsuciem
przez bakterie gnilne.

Potencjał oksydoredukcyjny

środowiska - Eh

Potencjał oksydoredukcyjny (redox)

określa stan środowiska, w którym

przebiegają stale i równocześnie

procesy utleniania i redukcji (czyli

wędrówka elektronów).

Jednostką miary jest wolt [V]. Wartość jest

różnicą między potencjałem elektrody

tlenowej i wodorowej.

Wartości graniczne są wyznaczane przez elektrodę

tlenową, która określa najwyższy dodatni potencjał

równy +0,81 V i przez elektrodę wodorową, która

określa najniższy potencjał ujemny równy -0,42 V.

Potencjał oksydoredukcyjny

środowiska - Eh

utlenianie

redukcja

Potencjał oksydoredukcyjny

środowiska - Eh

Redox ma szczególne znaczenie w

mikrobiologii żywności pakowanej
próżniowo.

Występujące w takiej żywności zmiany

potencjału produktu stwarzają całkowicie
odmienne warunki dla rozmnażania się
bakterii i flora normalnie aktywna traci na
znaczeniu a w jej miejsc dominantem stają
się inne gatunki bakteryjne.