Higiena mięsa

Wykład 15

MIKROBIOLOGIA ŻYWNOŚCI

• mikrobiologia żywności jest jedną z nauk mikrobiologicznych

• nie rozwijała się równolegle do innych nauk mikrobiologicznych jak np.: lekarskie czy weterynaryjne

• przyczyną brak zamówienia społecznego, ponieważ w owym czasie produkcja żywności spoczywała w rękach rzemieślników

• jako pierwsza z zakresu mikrobiologii żywności rozwinęła się termobakteriologia

• aby opracować parametry termicznej obróbki, aby zapobiec rozwojowi drobnoustrojów, przy zachowaniu walorów smakowych i odżywczych

• wiedza w tym zakresie stała się niezbędna ponieważ powstał przemysł konserwowy

• w połowie XX wieku zaczęto budować nowoczesne zakłady przemysłu spożywczego, zapewniające wielkoprzemysłowe przetwarzanie żywności

• duże straty powstające w czasie produkcji i obrotu a także wzrost liczby zatruć pokarmowych stworzyły konieczność poznania przyczyn tych zjawisk i opracowania właściwych sposobów postępowania z surowcem i gotowym produktem

• w rezultacie nastąpił burzliwy rozwój mikrobiologii żywność, który trwa do dnia dzisiejszego

• obecność drobnoustrojów w żywności może mieć wpływ korzystny i niekorzystny

• korzystny wpływ występuje tylko wtedy, gdy do wytworzenia gotowego produktu spożywczego wykorzystuje się przemiany metaboliczne drobnoustrojów

  • drobnoustroje dodawane są celowo – kiełbasy dojrzewające – fermentacja

  • naukę zajmującą się tymi zjawiskami nazywa się mikrobiologią przemysłową lub techniczną, główne zastosowanie znajduje ona w przemyśle fermentacyjnym i mleczarskim

• mikrobiologia żywności zajmuje się wyłącznie tymi drobnoustrojami, które mają niekorzystny wpływ na surowce i produkty spożywcze

  • znajomość mikrobiologii jest potrzebna w coraz większej mierze w zwalczaniu zatruć pokarmowych wywołanych przez drobnoustroje, w ograniczeniu procesów psucia się żywności pod wpływem drobnoustrojów, w jej konserwowaniu, jak również w procesach uszlachetniania surowców roślinnych i zwierzęcych do pełnowartościowych artykułów żywnościowych

• w Polsce początki mikrobiologii żywności wiążą się z osobą prof. Odo Bujwida

  • jednak rzeczywisty jej rozwój nastąpił w Polsce dopiero po II wojnie światowej pod kierunkiem prof. dr Stanisława Krauzego

  • mając na względzie dobro konsumenta oraz ekonomiczne aspekty strat w produkcji żywności zorganizował on zespół składający się z tak znakomitych mikrobiologów jak

    • dr Maria Burbianka

    • doc. dr hab. Anna Pliszka

    • dr Romuald Tworek

• Surowce i produkty żywnościowe stanowią nie tylko źródło składników pokarmowych dla ludzi, lecz są także znakomitym substratem dla rozwoju mikroorganizmów

• zagrożenia związane z obecnością mikroorganizmów są w zasadzie dwa

  • saprofityczne

    • organizmy saprofityczne, jeśli rozwiną się w żywności w dużej liczbie, powodują pogorszenie jej cech smakowych, zmiany organoleptyczne i chemiczne a w końcu jej całkowite zepsucie

  • chorobotwórcze

    • z kolei organizmy chorobotwórcze mogą wywoływać zatrucia pokarmowe, groźne dla zdrowia lub życia

Drobnoustroje chorobotwórcze

• bakterie

  • Sallmonella

  • Shigella

  • Campylobacter

  • Yersinia enterocolitica

  • Escherichia coli

  • Clostridium perfringens

  • Clostridium botulinum

  • Staphylococcus aureus

  • Vibrio cholerae

  • Listeria

• wirusy

  • picornawirusy

    • wirus zapalenia wątroby

    • wirus polio

    • enerowirus 68-71

    • wirus Coxsackie A i B

    • wirus ECHO

  • reowirus

    • reowirus 1-3

    • rotawirusy

  • wirus Norwalk

  • Astrowirusy

  • Parwowirusy

  • Adenowirusy (DNA)

  • Wirus EB Epstein-Barr (DNA)

• Priony w żywności

  • BSE – bovine spongiform encephalopathy – Choroba szalonych krów

  • Choroba Creutzfelda – Jakoba

  • Kuru

• Psucie żywności powodują bakterie, pleśnie i drożdże

  • psucie

    • szybkość psucia się żywności ocenia się oznaczając liczbę zawartych w drobnoustojów w określonych odstępach czasu

    • pomiar wykonywany w określonych odstępach czasu wykazuje wzrost drobnoustrojów, co jest wynikiem wzrostu mikroflory

    • po wniknięciu bakterii do żywności, komórki wegetatywne zachowują się z określoną prawidłowością i czas życia można podzielić na 4 fazy

      • zastoju

      • wzrostu logarytmicznego

      • szczytu wymierania populacji

    • mikroorganizmy powodujące psucie żywności najczęściej nie pochodzą z danego rodzaju żywności

    • zarażenia produktu pochodzi z powierzchni tkanek lub jest wynikiem zakażenia podczas przerobu

    • wnętrze tkani zdrowych zwierząt i roślin jest jałowe lub zawierają pojedyncze komórki drobnoustrojów

    • zmiany w żywności zależą nie tylko od rodzaju mikroorganizmów, lecz także od warunków środowiska i rodzaju żywności

    • wpływ na rozwój mikroflory ma przede wszystkim skład chemiczny i stopień uwodnienia produktu oraz temperatura otoczenia, wilgotność względna powietrza, stężenie tlenu itp.

    • do wywołania zatrucia pokarmowego konieczne jest namnożenie się drobnoustrojów w żywności do określonego poziomu

    • w zatruciach typu zakaźnego konieczna jest natomiast obecność mikroorganizmu, który dopiero po spożyciu uwalnia w przewodzie pokarmowym …

      • w przypadku chorób zakaźnych z których tylko nieliczne przenoszone są przez żywość, wystarczy obecność pojedynczych komórek

      • w grupie zatruć określanych jako intoksykacje do wywołania zatrucia wystarczy obecność toksyny, wytwarzanej przez drobnoustroje

      • istotnym więc problemem jest zapobieganie i ochrona środków spożywczych przed zakażeniami mikroorganizmami

  • Nasuwa się pytanie w jaki sposób jest egzekwowane zapobieganie i ochrona środków spożywczych przed zakażeniami mikroorganizmami

Aby doszło do zatrucia pokarmowego lub zakażenia pokarmowego muszą być spełnione dwa warunki

• wrażliwość osobnicza

• liczba drobnoustrojów spożytych z żywnością

Minimalna dawka zakażeniowa – MID – minimal infectious dose

• liczba komórek danego gatunku bakterii, która jest konieczna do wywołania objawowego przebiegu u człowieka

Akty prawne

Wymagania mikrobiologiczne

• w szczególności ważne jest zapobieganie zakażeniu żywności przez drobnoustroje chorobotwórcze oraz wywołujące zatrucia pokarmowe

• dlatego tak wiele uwagi poświęca się kontroli mikrobiologicznej w przemyśle spożywczym

• ma to na celu zapobieganie zatruciom pokarmowym, jak i stratom, także ekonomicznym

• z drugiej strony wykorzystuje się niektóre rodzaje drobnoustrojów do produkcji określonych artykułów spożywczych

• w tych gałęziach przemysłu kontrola mikrobiologiczna jest ukierunkowana na zachowanie swoistej mikroflory, właściwej dla danego produktu, i zapobieganie zakażeniom z zewnątrz

• pozyskiwanie oraz przetwarzanie żywności wiąże się z występowaniem i rozwojem drobnoustrojów

• jakość końcowego wyrobu a zwłaszcza jego właściwości sensoryczne, wartość odżywczą oraz trwałość zależą od tego, w jakim stopniu przerobiony surowiec był zaatakowany przez drobnoustroje gnilne, jak dalece mogły one rozwijać się podczas przetwarzania a także od liczebności mikroorganizmów w gotowym produkcie

• Należy pamiętać, że w optymalnych warunkach środowiskowych w żywności liczba bakterii lub drożdży może ulec podwojeniu w ciągu 15-20 minut

• komórki potomne po następnych 15-20 minutach są już gotowe do następnego podziału

  • ogólnie przyjmuje się, że produkty w których stwierdza się 10^6 komórek na gram nie budzą zastrzeżeń z sensorycznego i mikrobiologicznego punktu widzenia

  • mięso narażone jest na działanie wielu drobnoustojów, powodujących pogorszenie jego jakości sensorycznej i przydatności zarówno kulinarnej jak i technologicznej

Mięso

• stanowi znakomitą pożywkę dla rozwoju drobnoustrojów

• zanieczyszczenie mięsa mikroflorą pochodzi z wielu źródeł

• zwierzęta rzeźne nie są wole od mikroflory, która występuje obficie na ich powierzchni skóry, a także w przewodach pokarmowych

• najczęściej jest to mikroflora saprofityczna ale nierzadko także i chorobotwórcza

• a tkance mięśniowej zwierząt obecne są bardzo niewielkie ilości drobnoustrojów saprofitycznych

• duże ilości znajdują się jedynie w węzłach limfatycznych i przewodzie pokarmowym

• drobnoustroje występujące na powierzchni tusz po uboju należą do różnych grup systematycznych i są prawie identyczne z tymi które występują na skórze zwierząt, w glebie, przewodzie pokarmowym, czy najbliższym otoczeniu

  • spotykane tam bakterie należą do rodzajów

    • Pseudomonas

    • Alcaligenes

    • Escherichia

    • Mirococcus

    • Streptococcus

    • Proteus

    • Bacillus

    • Clostridium

  • spotykane pleśnie najczęściej należą do rodzajów

    • Mucor

    • Rhizopus

    • Penicilium

    • Aspergillus

    • Cladosporium

  • spotykane drożdże należą najczęściej do rodzajów

    • Candida

    • Rhodotorula

    • Sacharomyces

    • Torulopsis

Na powierzchni tusz mogą występować bakterie chorobotwórcze

• Salmonella sp

• Yersinia enterocolitica

• Clostridium botulinum

• Clostridium perfringens

• Escherichia coli O157:H7

• Staphylococcus aureus

  • Liczba tych bakterii w mięsie zwykle jest mała

  • Spożycie mięsa przechowywanego w warunkach sprzyjających dla rozwoju bakterii chorobotwórczych może spowodować poważne zaburzenia pokarmowe

  • zanieczyszczenie drobnoustrojami chorobotwórczymi może być pierwotne tzn. powstałe przyżyciowo i wtórne powstałe po uboju

• organoleptyczne zepsucie mięsa wyraża się zmianą jego zapachu i barwy

• wyczuwalne zmiany zapachowe towarzyszą mięsu wtedy gdy liczba bakterii na powierzchni osiąga wartość 2*10^6 komórek

• a zdecydowanie niewłaściwy zapach pojawia się przy 10

• często wadą jest np.: jego zielenienie, które może być wywołane przez paciorkowce zieleniejące i drobnoustroje wytwarzające siarkowodór, a także pałeczki fermentacji mlekowej produkujące wodę oraz pleśnie

• inne rodzaje bakterii powodują niebieskie zabarwienie mięsa, zielononiebieskie, brunatne plamy, czerwone lub żółte zabarwienie tłuszczu

• bakterie (np.: Achromobacter luminescens) drożdże i pleśnie wywołują także świecenie mięsa

• liczba drobnoustrojów jest zmienna, ponieważ żywności, pod względem mikrobiologicznym jest środowiskiem dynamicznym

  • oznacza to że praktycznie biorąc nie spotyka się takich produktów w których liczba drobnoustojów utrzymywałaby się na stałym poziomie

    • ujemny dynamizm

    • dodatni dynamizm

• Co jest dążeniem mikrobiologii żywności

  • dążeniem jest zniesienie lub zahamowanie wzrostu aktywności drobnoustrojów niekorzystnych

  • do tego celu wykorzystuje się czynniki wewnątrz i zewnątrz środowiskowe

    • czynniki zewnątrz i wewnątrzśrodowiskowe mogą działać pojedynczo lub w kombinacjach

Czynniki wzrostu i inaktywacji mikroorganizmów w żywności

• zdolność przeżycia aktywność metaboliczna i rozprzestrzenianie drobnoustrojów na Ziemi zależy zarówno ode ich własnej budowy i związanych z nią funkcji, jaki i od różnorodnych czynników oddziałujących na nie w środowisku

• do czynników wewnętrznych związanych z budową drobnoustrojów można zaliczyć ich minimalne rozmiary, wytwarzanie form szczególnie odpornych na wpływy zewnętrzne (przetrwalniki), form zapewniających rozprzestrzenianie w środowisku, występowanie form ruchliwych

• wzrost bakterii w produkcie żywnościowym uwarunkowany jest składnikami odżywczymi potrzebnymi do jej rozwoju i panującymi warunkami

• na wzrost mikroorganizmów w żywności, a tym samym na trwałość, wpływa wiele czyników zewnętrznych

Czynniki wewnętrzśrodowiskowe

• aktywność wodna

  • suszenie metodami chemicznymi

  • suszenie metodami fizycznymi

• stężenie jonów wodorowych pH środowiska

• potencjał oksydo-redukcyjny

• środki konserwujące

• surowce pomocnicze

  • woda

  • sól kuchenna

  • warzywa

  • przyprawy

• antagonizm między drobnoustrojami

Czynniki zewnątrzśrodowiskowe

• temperatury

  • subminimalne

  • dodatnie

  • ujemne

  • hypermaksymalne

  • temperatura przechowywania

• promienie jonizujące

• promienie nadfioletowe

• mikrofale

• atmosfera gazów

  • hipobaria i środowisko gazowe

• wilgotność względna powietrza

• na wzrost mikroorganizmów w żywności, a tym samym na trwałość, wpływa wiele czynników w czasie produkcji

  • suszenie

  • dodatek substancji konserwujących

• nie wszystkie mikroorganizmy reagują jednakowo na określony czynnik

• działając zabójczo na jedne gatunki, może on być korzystny dla rozwoju innych

• czynniki wewnętrzne i zewnętrzne środowiskowe mogą działać pojedynczo lub w różnych kombinacjach

  • przykładem działania pojedynczego jest sterylizacja

• Eliminację lub zahamowanie wzrostu niepożądanego drobnoustroju można uzyskać przez kombinację dwu lub więcej czynników fizykochemicznych które łącznie przedłużają trwałość żywności tzw. technologia płotków, których ocenie w żywności mikroorganizmy nie będą w stanie pokonać, chociaż zastosowany każdy oddzielnie nie jest w pełni skuteczny

  • na przykład produkt utrwalony może być sześcioma metodami, wysoka temperatura procesu technologicznego, niska temperatura przechowywania, niska aktywność wodna aw, niski potencjał redox, niskim pH, oraz dodatkiem substancji konserwującej

  • niektóre drobnoustroje mogą pokonać część płotków, ale żaden nie jest w stanie przeskoczyć wszystkich płotków łącznie

  • obecnie wyróżnić można około 50 płotków związanych z zastosowanymi metodami utrwalania żywności

  • wiele droboustrojów wykazuje znaczną tolerancję na różnorodne szkodliwe wpływy otoczenia i cechuje je homeostaza, na którą składa się wiele mechanizmów naprawczych, pozwalających im bronić się przed czynnikami bakteriobójczymi i bakteriostatycznymi stosowanymi w metodach utrwalania żywności

  • w ocenie działania poszczególnych czynników trzeba rozróżnić ich wpływ na zdolność do przeżycia od wpływu na wzrost i reprodukcję populacji drobnoustrojów

  • żadna bowiem populacja nie utrzyma się w danym środowisku w nieskończenie długim czasie, jeżeli nie jest zdolna do wzrostu

  • jest to podstawa działania człowieka w wielu sytuacjach praktycznych, w których zmierza się do zahamowania wzrostu drobnoustrojów

  • drastyczne zmiany w środowisku wpływające na przeżywalność są wykorzystywane do szybkiego zniszczenia niepożądanych drobnoustrojów

  • zrozumienie ich wpływu i poznanie mechanizmów ich działania pozwala opracować metody ich eliminacji w żywności

  • do czynników wpływających na wzrost i inaktywację mikroorganizmów w żywności zaliczyć można

    • temperaturę

    • kwasowość

    • aktywność wody

    • wilgotność

    • właściwości sorpcyjne

    • dostępność tlenu, poziom Co2

    • zawartość i dostępność składników odżywczych

    • obecność substancji antymikrobiologicznych

    • różne rodzaje napromieniowania

    • ciśnienie hydrostatyczne

    • ultradźwięki

    • potencjał redox

    • zawartość związków rozpuszczalnych typu soli i innych

  • po dostaniu się mikroorganizmów do żywności może nastąpić

    • śmierć

    • przetrwanie

    • rozwój

Wpływ temperatury na wzrost i inaktywację mikroorganizmów

• temperatura jest jednym z najbardziej istotnych czynników wpływających na wzrost, jak i na przeżywalność wszystkich żywych organizmów

• bakterie wykrywa się w środowiskach naturalnych w temperaturach niższych niż O*C i bliskich 100*C

• dla poszczególnych gatunków przedział ten jest oczywiście znacznie węższy

• badanie zależności szybkości wzrostu od temperatury wykazało, że dla każdego gatunku osiąga się punkt lub wąski przedział, w którym przyrost komórek jest najwyższy, a czas życia generacji najkrótszy

• jest to temperatura optymalna

• temperatura minimalna – poniżej której wzrost nie następuje

  • pleśnie -18*C

  • drożdże -12*C

  • bakterie -10*C

• temperatura maksymalna powyżej której wzrost nie następuje

• w odniesieniu do zakresu temperatur w których możliwy jest rozwój drobnoustrojów wprowadzono pojęcie tzw temperatur kardynalnych

  • temperatury kardynalne są podstawą podziału bakterii na kilka grup

    • mezofilne

      • temperatura optymalna 25-40*C

      • należy tu większość bakterii chorobotwórczych

    • psychrofilne

      • są to szczepy rosnące szybko w temperaturze 0*C, a temperatura optymalna dla ich rozwoju jest niższa niż 20*C

    • względnie psychrofilne

      • szczepy rosnące wolno w temperaturze 0*C a temperatura optymalna dla ich rozwoju jest wyższa niż 20*C

      • należą tu głównie pałeczki G- z rodzaju Pseudomonas, Flavobacterium, Aerobacter, Chromobacterium, Vibrio, z rodzaju pleśni Penicilium, Mucor, z rodzaju drożdży Candidia, Torulopsis

    • termofilne

      • temperatura optymalna 45-50*C a w przypadku termofili bezwzględnych 70*C

      • należą tu rodzaje Bacillus, Clostridium

  • psychrofile i psychrotrofy są liczną i rozprzestrzenioną grupą mikroorganizmów

    • zainteresowanie tą grupą wzrosło wraz z rozwojem przemysłu chłodniczego

    • przypuszcza się, że istnieje wiele mechanizmów dzięki którym psychrofile mogą się dobrze rozwijać w niskich temperaturach

    • enzymy katalizujące reakcje metaboliczne tych drobnoustrojów, najskuteczniej działają w niskich temperaturach i ulegają szybkiej inaktywacji w temperaturze od 30 do 40*C

    • aktywny transport przez błonę cytoplazmatyczną, będący podstawą możliwości metabolicznych komórek, funkcjonuje prawidłowo u psychrofili w niskiej temperaturze

    • przy jej podwyższeniu stwierdza się spadek żywotności komórek, zwiększone wymagania odżywcze oraz wydzielanie do podłoża rozpuszczalnych składników komórkowych

    • podejrzewa się hamujące działanie podwyższonej temperatury na aktywację aminokwasów i ich wiązanie z tRNA

    • występuje korelacja pomiędzy stosunkowo dużą zawartością nienasyconych kwasów tłuszczowych w lipidach błony cytoplazmatycznej a zrostem organizmu w niskiej temperaturze

  • temperatury subminimalne dla bakterii mezofilnych i termofilnych są temperaturami dodatnimi natomiast dla bezwzględnych psychrofili są to temperatury ujemne

    • ich oddziaływanie na drobnoustroje powoduje przejście komórek wegetatywnych w stan anabiozy np.: pałeczek Aerobacter aerogenes, hodowane w temperaturze 20*C a następnie szybkie schładzanie do 0*C nie ulegają szokowi lecz ograniczają lub wstrzymują większość procesów fizjologicznych przechodząc w stan letargu. Ogrzane do temperatury 20*C wznawiają aktywność biologiczną

• temperatury ujemne stosowane są w przechowalnictwie żywności, jest to np.: utrwalanie żywności przez zamrożenie

  • podczas zamarzania ginie zwykle duży procent populacji wyjściowej, a w czasie składowania wymieranie pozostałych przy życiu komórek przebiega stopniowo i dużo wolniej