MIKROBIOLOGIA

OGÓLNA I ŻYWNOŚCI

WYKŁADY

dr M.Synowiec

DIETETYKA

semestr I

WSTĘP

Miejsce mikroorganizmów w przyrodzie:

• zwierzęta (heterotrofy) - odżywiają się gotowymi substancjami

• rośliny (autotrofy) - syntetyzują ze związków nieorganicznych substancji potrzebne do budowy organizmu i wykorzystują światło słoneczne jako źródło energii

• protista - grupuje te organizmy, które wyróżniają się spośród roślin i zwierząt brakiem morfologicznej specjalizacji. Większość z nich są to bowiem organizmy jednokomórkowe.

Protista dzielimy na:

1. wyższe (Eukariota) - pod względem budowy komórkowej przypominają komórki roślin i zwierząt,

2. niższe (Prokariota) - obejmują bakterie i archeony, ich budowa znacznie różni się od innych organizmów.

Podstawową zdolną do życia jednostką żywych organizmów jest komórka. Jej istotne składniki są takie same we wszystkich we wszystkich organizmach. DNA, RNA, białka, lipidy, fosfolipidy są podstawowymi składnikami wszystkich komórek.

Eukariota - mają jądro komórkowe, które zawiera większą część genomu umieszczoną w zespole chromosomów. Chromosomy są replikowane w procesie mitozy. W chromosomach DNA jest połączony z zasadowymi białkami zwanymi histonami, W komórce znajdują się tez organelle tj. mitochondria i chloroplasty, które zawierają małą część genomu w formie kuliście zamkniętych cząsteczek DNA.

Prokariota - Ne mają wyodrębnionego jądra otoczonego błoną DNA, występują w cytoplazmie jako koliście zamknięta cząsteczka. Ten pojedynczy chromosom zawiera wszystkie informacje niezbędne do odtworzenia komórki. W komórce może wystąpić jedna lub więcej małych cząsteczek DNA zwanych plazmidami. Komórka nie zawiera wydzielonych organelli.

Rośliny i zwierzęta potrzebują do życia tlen. Grupy Prokariotów mogą żyć beztlenowo i potrafią uzyskiwać energię potrzebną do wzrostu w drodze fermentacji lub oddychania beztlenowego.

MIKROORGANIZMY W SŁUŻBIE CZŁOWIEKA

Klasyczne procesy mikrobiologiczne:

• Wykorzystywanie drożdży do produkcji wina i piwa, wypieku chleba, bakterie mlekowe w przeróbstwie mlecznym, bakterie kwasu octowego do wytworzenia octu, bakterii mlekowych do uzyskania kwasu mlekowego, grzybów Aspergillus do otrzymywania kwasu cytrynowego.

• Wytwarzanie antybiotyków: penicylina i inne antybiotyki, przez wytwarzanie grzybów. Promieniowce i inne bakterie są najpotężniejszym narzędziem w walce z infekcjami bakteryjnymi.

• Nowe procesy mikrobiologiczne otrzymuje się z grzybów, karotenoidy, steroidy, enzymy otrzymywane z mikroorganizmów stosuje się w przemyśle, np. amylazę do hydrolizy skrobi, proteinozy do wyprawiania skór czy pektynozy do klarowania soków owocowych.

MONOPOLISTYCZNA POZYCJA MIKROORGANIZMÓW

Mają zdolność do przetwarzania surowców jak ropa naftowa, gaz ziemny, celuloza „uszlachetniając” je.

Inżynieria genetyczna - poprzez włączenie małych kawałków nośnika informacji genetycznej, np. z człowieka do bakterii można wytwarzać hormony, antygeny, przeciwciała i inne białka, można wprowadzić do roślin użytkowych pewne cechy, jak odporność na owady, zakażenia grzybiczne, czy też wytwarzać sondy DNA, które mogą być wykorzystywane do rozpoznawania uszkodzonych odcinków DNA, RNA.

WŁAŚCIWOŚCI OGÓLNE MIKROORGANIZMÓW

• Cecha charakterystyczna: są mikroskopijnych rozmiarów, co decyduje o specyficzności ich budowy, rozmieszczenia ekologicznego, różnorodności, zmienności, ich metabolizmu oraz metodach badania

• Duża wartość stosunku powierzchni komórki bakteryjnej do jej objętości pozwala na rozległe oddziaływania ze środowiskiem i jest przyczyną wyjątkowej intensywności metabolizmu niektórych bakterii

• Duża zdolność adaptacyjna bakterii jest koniecznością wynikająca z ich małych rozmiarów, np. komórka ziarniaka może pomieścić tylko kilka tysięcy cząsteczek białek. Brak w niej miejsca na enzymy, które w danym momencie nie są wykorzystywane. Pewne enzymy kataboliczne są wykorzystywane wtedy, gdy obecny jest w środowisku odpowiedni substrat.

• Małe rozmiary mają tez znaczenie ekologiczne. Mikroorganizmy są wszędzie, a o tym jaka ich grupa rozwinie się w danym środowisku, decydują jego cechy. Stosując warunki selekcyjne, hodowlane, można je izolować z małej próbki gleby, mułu, czy jakiegokolwiek innego materiału naturalnego.

• Małe rozmiary mikroorganizmów pozwalają na badanie populacji komórek znajdujących się w jednej próbce lub na jednej płytce Petniego, co umożliwia badanie takich rzadkich zjawisk, jak mutacje i przenoszenie cech genetycznych przy zastosowaniu prostej aparatury.

Żywe organizmy ze względu na rolę w przyrodzie dzielimy:

• Producenci - rośliny wykorzystujące energię słoneczną do wytworzenia energii organicznej z dwutlenku węgla.

• Konsumenci - wykorzystują większą część pierwotnej biomasy do syntezy substancji budujących ich własne ciało.

• Bakterie i grzyby - w procesie mineralizacji przekształcają materię organiczna w związki nieorganiczne

Synteza - dokonują jej głownie rośliny zielone, nieliczne gatunki bakterii samożywnych. Proces ten polega na wytworzenia z prostych związków mineralnych złożonych związków organicznych, np. proces fotosyntezy

Rozkład - dokonywany jest głównie przez drobnoustroje, zachodzi stale w glebie i wodzie poprzez: fermentację, gnicie, mineralizację.

Fermentacja - niecałkowity rozkład związków organicznych złożonych głównie z węgla, wodoru i tlenu. Przede wszystkim rozkłada cukier, alkohol. W jej wyniku powstają: dwutlenek węgla, wodór, kwasy organiczne (alkohole). Jest procesem beztlenowym.

Gnicie - dotyczy głównie białek i związków organicznych zawierających azot, bez udziału tlenu atmosferycznego. Powstają: amoniak, siarkowodór, dwutlenek węgla.

Mineralizacja - całkowity rozkład związków organicznych do najprostszych substancji nieorganicznych takich jak: dwutlenek węgla, woda, mineralne związki azotu, fosforu, sodu, potasu, wapnia i siarki.

CHARAKTERYSTYKA RÓŻNYCH GRUP DROBNOUSTROJÓW WAŻNYCH W TECHNOLOGII ŻYWNOŚCI I ŻYWIENIU

Drobnoustroje dzielimy na:

• Bakterie (systematyka według Bergey'a)

• Grzyby mikroskopowe, czyli drożdże (wg Loddera) i pleśnie (wg Delitsha oraz Thoma)

• Wirusy

Podstawową jednostką systematyczną jest gatunek. Pokrewne gatunki tworzą rodzaje, rodzaje o wspólnych cechach łączą się w rodziny. Rodziny w rzędy, rzędy w klasy, klasy w gromady, a gromady tworzą królestwa. W obrębie gatunku stosuje się dalszy podział na odmiany i rasy, Każdy gatunek ma swoją nazwę łacińską.

PODZIAŁ BAKTERII

Podział bakterii ustalony został na podstawie kształtu komórek, barwienia metodą Grama i stosunku do tlenu.

1. Ziarniaki

2. Pałeczki (Bakterie Gram-dodatnie, Bakterie Gram-ujemne)

3. Wygięte pałeczki lub komórki giętkie

4. Inne duże grupy bakterii

RODZINA ENTEROBACTERIACEAE

Tworzą obszerną rodzinę pałeczek Gram-ujemnych. Charakteryzują się szybką fermentacją glukozy z wytworzeniem kwasu i gazu lub tylko kwasu.

• Rodzaj Esherichia

Obejmuje tylko jeden gatunek Escherichia coli - pałeczki okrężnicy. Stanowią normalną mikroflorę jelita grubego ludzi i zwierząt. Niektóre szczepy mogą być chorobotwórcze.

• Rodzaj Ewdardsiella

To ruchliwe pałeczki Gram(-) wytwarzające duże ilości siarkowodoru. Są chorobotwórcze dla gadów i ptaków. Przedstawicielem jest gatunek Edwardsiella tarda.

• Rodzaj Citrobacter

Urzęsione pałeczki G(-) saprofityczne, szybko fermentujące z wytworzeniem kwasu i gazu.

• Rodzaj Salmonella

Pałeczki chorobotwórcze, wywołują ostre choroby zakaźne (dur brzuszny, dury rzekome), zatrucia pokarmowe. Są w żywności pochodzenia zwierzęcego, tj. mięsa i narządach wewnętrznych zwierząt rzeźnych, drobiu oraz jajach.

• Rodzaj Shigella

Nieruchliwe pałeczki fermentujące węglowodany bez wytwarzania gazu; chorobotwórcze, u człowieka wywołują czerwonkę, zatrucia pokarmowe.

• Rodzaj Klebsiella

Nieruchliwe pałeczki wytwarzające otoczki, charakterystyczne śluzowe kolonie. Wywołują: zapalenie płuc, nieżyt górnych dróg oddechowych, zapalenie zatok, ucha środkowego, opon mózgowo-krążeniowych, wyrostka robaczkowego, nieżyt jelita, stany zapalne narządów moczowo-płciowych.

• Rodzaj Enterobacter

Ruchliwe pałeczki saprofityczne, bardzo rozpowszechnione w przyrodzie, występują w glebie, wodach powierzchniowych, u ludzi i zwierząt. Wyróżniamy dwa gatunki: Enterobacter cloacae i aerogenes.

• Rodzaj Serratia

Należy do jednego gatunku Serratia marcescens. Ruchliwe pałeczki fermentujące glukozę. Niektóre szczepy wytwarzają różowy lub czerwony barwnik.

• Rodzaj Proteus

Pałeczki odmieńca, często są w żywności, powodują jej psucie ze zmianami organoleptycznymi. Mają właściwości gnilne. Najpopularniejszy gatunek to Proteus marganella i providencia. P. vulgaris. Niektóre są chorobotwórcze, mogą prowadzić do zatruć pokarmowych.

• Rodzaj Ervinia

Posiada zdolność rozkładania pektyn. Powoduje psucie warzyw, tzw. miękką zgniliznę marchwi, pietruszki i selera (carotovora). Niektóre szczepy należą do gatunku Ervina herbicida. Mogą być przyczyną zaburzeń jelitowych ludzi.

• Rodzaj Yersina

Obejmuje trzy gatunki patogenów człowieka (obecnie najważniejsze pod względem epidemiologicznym): Y. pestis (pałeczki dżumy - nieruchliwa, nieprzetrwalnikująca pałeczka, rezerwuarem są zwierzęta, głównie susły, świstaki, świnki morskie. ), Y. pseudotuberoculosis (wywołuje redencjozę, zapalenie węzłów chłonnych w jamie brzusznej, zapalenie jelita cienkiego i okrężnicy) i Y. enterocolitica (są przyczyną zaburzeń jelitowych, występują w surowym mięsie, zwłaszcza wieprzowym i niepasteryzowanym mleku).

RODZINA VIBRIONACEAE

To pałeczki Gram-ujemne, beztlenowe względne, fermentujące węglowodany.

• Rodzaj Vibrio

Typowym gatunkiem jest Vibrio cholerae, który wytwarza enterotoksynę w żywności, największe znaczenie ma Vibrio parahaemolyticus (przyczyna zatruć pokarmowych, obecna w Bałtyku).

• Rodzaj Aeromonas

Hydrolizuje kazeinę i żelatynę. Reprezentowany jest przez Aeromonas hydrophila. Występuje w wodzie, rybach i mleku.

RODZINA PSEUDOMONADACEAE

Pałeczki G(-) tlenowe, nie tworzą przetrwalników, wiele gatunków wytwarza barwniki, np. czarny, czerwony.

• Rodzaj Pseudomonas

Pałeczki psychrofilne występujące w glebie i wodzie. Wchodzą w skład mikroflory produktów chłodzonych i mrożonych. Rozkładają cukry, białka i tłuszcze.

Gatunek Pseudomonas aeruginossa powoduje zakażenia u ludzi, żyje głównie w glebie i wodzie oraz na powierzchni roślin, ruchliwa. Występują także w żywności, warzywach, owocach i mleku.

Pseudomonas fluorescens - wytwarzają fluoresceinę, powodując świecenie się bakterii w promieniach UV. Upłynniają żelatynę i niektóre z ich biotypów są zdolne do denitryfikacji. Występują w powietrzu, wodzie, glebie i ściekach. W miejscach bogatych w sole mineralne oraz cukry. Są składnikiem prawidłowej mikroflory organizmu. Inne gatunki: Pseudomonas putiola, P. alcaligenes.

RODZINA ACETOBACTERIACEAE

• Rodzaj Acetobacter

Pałeczki Gram-ujemne utleniające etanol i kwas octowy. Są tlenowcami. Gatunek Acetobacter schützenbachii wykorzystywane są do produkcji octu, Acetobacter xylinum powoduje śluzowacenie piwa. Inne: Acetobacter viscosum, A. curvum i Acetobacter capsulatum.

RODZINA BACILLACEAE

Wytwarzają przetrwalniki oporne na działanie czynników chemicznych i fizycznych. Mają kształt owalny, cylindryczny lub kulisty. Otoczone kilkoma osłonami; wokół cienkiej ściany komórkowej występuje kora (cortex) i osłona (coat) złożona z dwóch warstw i zewnętrznego grubego pofałdowanego exosponium.

• Rodzaj Bacillus

Laseczki tlenowe przetrwalnikujące, mają właściwości gnilne. Gatunek Bacillus subtilis (laseczka sienna) powoduje śluzowacenie pieczywa. Są chorobotwórcze, np. B. cereus powoduje zatrucia pokarmowe lub B. anthracis (laseczka wąglika) jest chorobotwórcza dla zwierząt rzeźnych.

• Rodzaj Clostridium - laseczki beztlenowe, przetrwalnikujące. Dzieli się je na:

• Fermentujące cukry, nie mające właściwości gnilnych, np. Clostridium butynium - laseczka fermentacji masłowej powodująca np. wzdęcie serów, psucie konserw warzywnych

• O słabych właściwościach gnilnych, fermentujące cukry, np. Clostridium perfringens - laseczka zgorzeli gazowej, powoduje psucie konserw, wzdęcia serów, zatrucia pokarmowe i zakażenia przyranne.

• Silne właściwości gnilne, rozkłada cukry, np. Clostridium sporogenes, powoduje psucie konserw i serów (gnicie). Gatunki chorobotwórcze: Clostridium teloni - laseczka tężca oraz Clostridium botulinum - laseczka jadu kiełbasianego.

RODZINA MICROCOCCACEAE

Są to bakterie Gram-dodatnie, kuliste, tlenowe:

• Rodzaj Micrococcus

Bakterie kuliste (ziarniaki lub czwórniaki) tlenowe, liczne gatunki są ciepłooporne. Są niepożądane w mleczarstwie, powodują psucie się kwaszonek warzywnych. Niektóre biorą udział w dojrzewaniu serów - Micrococcus caseolyticus.

• Rodzaj Staphylococcus

Gronkowce, rozkładają cukry i białka. Niektóre gatunki są chorobotwórcze. Gronkowiec złocisty (Staphylococcus aureus) wytwarza toksynę powodującą zatrucia pokarmowe i może być przyczyną procesów ropnych.

RODZINA STREPTOOCOCCACEAE

Są to paciorkowce występujące w postaci kulistych lub lekko wydłużonych komórek, tworzących dwoinki i krótsze lub dłuższe łańcuszki oraz tetrady. Są gram(+), nieruchliwe, względnie beztlenowe, beztlenowe ścisłe lub mikroaerofile.

• Rodzaj Streptococcus

Paciorkowce mlekowe homofermentatywne fermentujące laktozę:

S.lactis, S.cremoris - stanowią główną florę ukwaszonego mleka

S. thermophilus wchodzący w skład mikroflory jogurtu

Paciorkowce chorobotwórcze:

S.agalactiae - paciorkowce bezmleczności

S.faecalis - paciorkowce kałowe

• Rodzaj Leuconostoc

Bakterie heterofermentatywne występujące w mleku, produktach mlecznych, na warzywach, w lemoniadach i słodzonych wodach gazowanych, wystepuje w postaci ziarniaków.

L.citrovorum - wchodzi w skład zakwasów czystych kultur mleczarskich

L.mesenteroides - jest szkodnikiem w cukrownictwie i powoduje śluzowacenie soków dyfuzyjnych.

• Rodzaj Sarcinia

Pakietowce, rozkładają cukry i białka. Są przyczyną psucia się piwa. Niektóre gatunki są chorobotwórcze dla człowieka i zwierząt.

• Rodzaj Pediococcus

Kuliste bakterie występujące w parach lub tetradach.

P.cerevisiae - są przyczyną psucia się piwa

P.acidilactili - występują w kiszonej kapuście, ogórkach, kiszonkach paszowych.

RODZINA LACTOBACILLACEAE

Pałeczki Gram(+), nieruchliwe, beztlenowe lub względnie tlenowe, rozkładają tłuszcze.

• Rodzaj Lactobacillus

Pałeczki różnej grubości i długości, proste lub lekko wygięte

Bakterie homofermentatywne:

- L.belbruecki - do zakwaszania zacierów jako podłoże do produkcji drożdży

- L.bulgaricus - fermentacja jogurtu

- L.lactis, L.helveticus - sery

- L.acidophilus - mleko cydofilne

- L.casei - mleko, produkty mleczne, powodują dojrzewanie serów

Bakterie heterofermentatywne - spotykane w przetworach mlecznych, drożdżach, fermentującym cieście i warzywach, przetworach pomidorowych:

- L.fermenti

- L.buchneri są to najczęściej szkodniki,

- L.brevis powodują psucie się żywności

- L.cellobiosus

RODZINA CORYNOBACTERIACEAE

Pałeczki Gram(+), nie wytwarzają przetrwalników, większość to tlenowce lub względne beztlenowce.

• Rodzaj Microbacterium

Małe maczugowate pałeczki fermentujące węglowodany z wytworzeniem niewielkich ilości kwasu mlekowego

- M.flavium

- M.lacticum duża ciepłooporność

- M.liquefaciens występują w produktach mleczarskich

- M.meseutericum

- M.thermosphactum - należy do psychrotrofów wytwarzających homofermentatywnie kwas mlekowy

• Rodzaj Propionibacterium

Bakterie propionowe, występują w mleku, serze, zakwasach chlebowych. Biorą udział w dojrzewaniu niektórych serów podpuszczkowych.

CHARAKTERYSTYKA DROŻDŻY

SYSTEMATYKA DROŻDŻY

• Szlachetne - gatunki wykorzystywane w przemyśle farmaceutycznym

• Dzikie - nie mają praktycznego zastosowania, są szkodnikami w przemyśle spożywczym, powodują psucie się produktów spożywczych.

DROŻDŻE SZLACHETNE

Podział:

• Dolnej fermentacji - po zakończeniu opadają na dno kadzi fermentacyjnej

• Górnej fermentacji - na skutek wytwarzanego dwutlenku węgla unoszą się do góry i tworzą na powierzchni podłoża warstwę fermentującą, a dopiero po pewnym czasie opadają na dno

KLASA ASCOMYTECES (workowce)

RODZINA SACCHAROMYCETACEAE

Drożdże te maja zdolność do wytwarzania zarodników. Należą do nich zarówno gatunki pożyteczne, jak i szkodliwe w przemyśle spożywczym. Ich właściwość to zdolność do fermentacji alkoholowej.

• Rodzaj Saccharomyces

Należą tu wszystkie gatunki wytwarzane w przemyśle farmaceutycznym i częściowo drożdżowym. Gatunek Saccharomyces cerevisiae stosowany jest w browarnictwie, gdzie używa się ras szybko opadających na dno i dających piwo przezroczyste (klarowne).

W gorzelnictwie stosowane są rasy, które wytwarzają duże ilości alkoholu.

W piekarnictwie - odznaczające się trwałością przy przechowywaniu i szybkim podnoszeniem ciasta. W winiarstwie używa się ras, które zostały wyhodowane z określonego gatunku owoców. Do drożdży z tego rodzaju należą gatunki wywołujące wady piwa, mleka, masła i innych produktów spożywczych. Drożdże osmofilne powodują psucie się miodów, dżemów, soków i syropów.

• Rodzaj Pichia

Należą do tzw. drożdży kożuchujących, które na podłożu płynnym tworzą kożuch. Należą do drożdży bezwzględnie tlenowych, rozkładają alkohol powodując psucie się napojów alkoholowych. Najbardziej typowym gatunkiem jest Pichia membranofaciens.

• Rodzaj Hansenula

Są to również drożdże kożuchujące, które rozkładają alkohol lub cukry z wytworzeniem alkoholu w dżemach i syropach. Najbardziej rozpowszechnionym gatunkiem jest Hansenula anomala.

• Rodzaj Saccharomycodes

Wytwarzają zarodniki kuliste, w kształcie kapelusza lub planety Saturn. Wykorzystują cukier zawarty w moszczach owocowych (znoszą duże stężenia kwasu siarkowego), który przetwarzają na alkohol. Zalicza się tu gatunek Saccharomycodes ludwigii, mające komórki w kształcie cytryny lub podeszwy.

KLASA FUNGI IMPERFECTI (grzyby niedoskonałe)

RODZINA CRYPTOCOCACEAE

Nie wytwarzają zarodników, rozmnażają się przez pączkowanie. Wiele z nich to szkodniki w przemyśle spożywczym.

• Rodzaj Cryptococcus

Wytwarzają otoczkę śluzową powodując śluzowacenie produktów spożywczych.

Nie fermentują cukrów. Niektóre gatunki są silnie chorobotwórcze dla ludzi. Gatunek Cryptococcus neoformans wywołuje zaburzenia układu nerwowego.

• Rodzaj Torulopsis

Są odporne na duże stężenie cukru i soli, dlatego psują produkty słodkie lub słone. Występują w winie, piwie, mleku i jego przetworach, powodując ich psucie.

• Rodzaj Candida

Do tego gatunku należy 30 gatunków o różnych kształtach. Niektóre są wybitnie tlenowe, należą do drożdży kożuchujących. Gatunek Candida utilis był wykorzystywany w czasie wojny w przemyśle spożywczym. Candida mycoderma jest szkodnikiem wina, piwa oraz produktów kiszonych.

• Rodzaj Kloeckera

Występuje w owocach, moszczach i sokach Najbardziej rozpowszechniony jest gatunek Kloeckera apiculata.

• Rodzaj Rhodotorula

Nie fermentują cukrów. Są szkodnikami śmietany, serów, drożdży piekarskich.

SYSTEMATYKA PLEŚNI

Systematyka pleśni oparta jest na podstawach biologicznych uwzględniających sposób rozmnażania, a także cechy morfologiczne grzybni wegetatywnej.

KLASA ZYGOMYCETES

Sprzężniaki, dawniej nazywane glonowcami, charakteryzują się tym ,że mają grzybnię nie podzieloną przegrodami poprzecznymi.

RODZINA MUCORACEAE

Mają grzybnię utworzoną z rozgałęzionych strzępków. W warunkach beztlenowych, w roztworach zawierających cukier, rosną często w postaci krótkich łańcuszków. Składają się z okrągłych komórek, rozmnażają się przez pączkowanie.

• Rodzaj Mucor

Są szkodnikami występującymi na owocach i innych produktach. Fermentują cukry, rozkładają żelatynę. Najbardziej rozpowszechniony gatunek to Mucor mucedo (w psujących się częściach owoców i w ziemi).

RODZINA RHIZOPUS

Występują na owocach, chlebie i innych produktach. Rozrzedza żelatynę, wytwarza kwas szczawiowy i fumarowy. Przedstawiciel: Rhizopus nigricans.

KLASA ASCOMYCETES (workowce)

Grupa grzybów właściwych, charakteryzujących się grzybnią septowaną, rozmnażają się płciowo, w wyniku czego wytwarzane są worki z zarodnikami

• Rodzaj Byssochlamys

Tworzy rozgałęzione konidiofory z przegrodami. Łańcuszki owalnych konidiów powstają na małych przypominających pędzelki gronach fialidów. W rodzaju tym występują 2 gatunki:

• Byssochlamys nivea - wytwarzają toksyczne metabolity

• Byssochlamys fulva - rozkładają pektyny powodując całkowity rozpad owoców. Wywołuje psucie się pasteryzowanych konserw owocowych, gdyż zarodniki tej pleśni są stosunkowo odporne na ogrzewanie.

KLASA FUNGI IMPERFECTI

Rozmnażają się wegetatywnie, najczęściej przez konidia powstające na trzonkach konidialnych lub rozwijające się bezpośrednio na grzybni.

Rodzina Moniliaceae

• Rodzaj Geotrichum

Rozmnaża się za pomocą odcinków zwanych oidiami. Gatunek Oospora lactis występuje w mleku i przetworach w postaci białego puszystego nalotu. Występują w kwaszonkach i są szkodnikami.

• Rodzaj Monilia

Powoduje psucie się serów, masła, produktów mięsnych, soków owocowych, win, chleba. Gatunek Monilia sitophila - na świetle wytwarza czerwony barwnik, który powoduje powstawanie czerwonych plam na pieczywie, jełczenie masła i serów. Monilia nigra wytwarza czarne zarodniki. W serze ementalskim powoduje czarne plamy.

• Rodzaj Botritis

Gatunek Botritis linerea powoduje psucie się winogron.

• Rodzaj Aspergillus

Rozpowszechnionym gatunkiem jest Aspergillus glaucum i występujący często w produktach żywnościowych i powodujący ich psucie się (fermentuje cukry, rozkłada białka).

Gatunek Aspergillus niger występuje często na psujących się owocach. Pleśń ta ma zastosowanie w przemyśl do produkcji kwasku cytrynowego.

• Rodzaj Penicillium

Wiele gatunków znalazło zastosowanie w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym. Gatunek Penicillium glaucum występuje często w produktach żywnościowych. Pleśń ta rozkłada liczne cukry oraz tłuszcze. Niektóre gatunki, np. Penicillium roqueforti, Penicillium camemberti biorą udział w dojrzewaniu serów.

• Rodzaj Cladosporium

Gatunek Cladosporium herbarum jest sprawcą psucia się mięsa przechowywanego w chłodni, a gatunek Cladosporium butyri występuje często w maśle.

• Rodzaj Fusarium

Niektóre gatunki mogą wywoływać zatrucia pokarmowe na skutek wytwarzania substancji toksycznych. Występują na zbożu (Fusarium sporotrichoides). Po zjedzeniu pieczywa występują objawy podobne jak po nadużyciu alkoholu. Pieczywo takie nazywane jest „pijanym chlebem”.

WPŁYW ŚRODOWISKA NA DROBNOUSTROJE

Czynniki wpływające na wzrost i inaktywację drobnoustrojów:

• temperatura

• kwasowość pH

• aktywność wody

• wilgotność

• właściwości sorpcyjne

• dostępność tlenu, poziom dwutlenku węgla

• potencjał redox

• zawartość i dostępność składników odżywczych

• obecność substancji anty-mikrobiologicznych

• różne rodzaje promieniowania

• cienienie hydrostatyczne

• ultradźwięki

• zawartość związków rozpuszczalnych (typu soli i innych)

TEMPERATURA

Dla każdego gatunku jest taki punkt lub wąski przedział, którym przyrost komórek jest największy, a czas generacji najkrótszy. Jest to temperatura optymalna. Za temperaturę minimalną przyjmuje się taką, poniżej której wzrost nie następuje, a temperatura maksymalna wyznacza granicę, powyżej której wzrost i podziały komórkowe są niemożliwe.

Te trzy punkty, zwane temperaturami kardynalnymi, charakteryzują każdy drobnoustrój. Są one kryterium podziału drobnoustrojów na:

• mezofile - temperatura optymalna 25-40°C (większość bakterii, w tym chorobotwórcze)

• termofile - temperatura optymalna 45-50°C, a w przypadku termofili bezwzględnych 70°C. (Rodzaje: Bacillus, Clostridum, Sarcina, Streptococcus, Staphylococcus)

• psychrofile - są to szczepy rosnące szybko w temp. 0°C, ale optymalna jest niższa niż 20°C

• względne psychrofile, czyli psychrotrofy - szczepy rosnące wolno w temperaturze 0°C, a temperatura optymalna dla ich rozwoju jest wyższa niż 20°C (należą tu głównie pałeczki Gram-ujemne: Pseudomonas, Flavobacterium, Aeromonas, Aerobacter, Chromobacterium, Vibrio; pleśnie: Penicillium, Mucor, Cladosporium; drożdże: Torulopsis, Candida, Rhodotorula, Debarycomyces).

Wpływ obniżonej temperatury na wzrost i inaktywację mikroorganizmów - podejrzewa się istnienie kilku mechanizmów, dzięki którym psychrofile mogą najskuteczniej się rozwijać:

• enzymy katalizujące reakcje metaboliczne tych drobnoustrojów działają najskuteczniej w niskiej temperaturze i ulegają szybkiej inaktywacji

• aktywny transport przez błonę psychrofili w niskiej temperaturze. Przy podwyższeniu temperatury następuje spadek żywotności komórek, zwiększają się ich wymagania odżywcze.

„Zimny szok” - gwałtowne przeniesienie bakterii z ich normalnej temperatury wzrostu do temperatury bliskiej 0°C powoduje utratę żywotności.

Liofilizacja - wysuszenie w stanie zamrożenia. Ta część populacji, która przeżywa ten zabieg, zachowuje cechy morfologiczne, biochemiczne, swoistość immunologiczną i zjadliwość hodowli wyjściowej.

Produkty mrożone prawidłowo przechowywane są trwałe pod względem mikrobiologicznym. Komórki drobnoustrojów patogennych nawet częściowo uszkodzone, po rozmnożeniu uzyskują pełną sprawność fizjologiczną i są równie groźne, jak komórki nieuszkodzone.

Utrwalanie żywności za pomocą obniżonej temp. w zakresie temp. dodatnich może stwarzać poważne zagrożenie zdrowotne związane z jej jakością mikrobiologiczną (pozwala na rozwój wielu patogenów).

Wpływ podwyższonej temperatury na wzrost mikroorganizmów - koncepcje:

1. udział lipidów w stabilizacji ciepłowrażliwych struktur lub składników (w organizmach termofilnych stwierdza się lipidy o wyższych punktach topnienia, w porównaniu z lipidami drobnoustrojów ciepłowrażliwych)

2. szybka resynteza składników denaturowanych działaniem ciepła

3. obecność w organizmach termofilnych kompleksów makrocząsteczkowych o wrodzonej ciepłoodporności.

Termofilność drobnoustrojów wynika z:

• obecności bardziej trwałej błony cytoplazmatycznej

• różnic w budowie ściany komórkowej

• obecności związanych czynników stabilizujących

Podstawowym elementem złożonego mechanizmu termofilności jest prawdopodobnie wrodzona i dziedziczna ciepłoodporność białek komórkowych, które są bardziej odporne na denaturację.

Śmierć komórek w wyniku działania ciepła jest funkcją wykładniczą temperatury i czasu działania.

Efekt działania ciepła na komórkę zależy od:

• stanu fizjologicznego komórek drobnoustrojów (komórki w fazie wzrostu/logarytmicznej są bardziej wrażliwe na ogrzewanie, niż starsze - w fazie stacjonarnej)

• czynniki środowiskowe:

• woda

• odczyn środowiska (pH)

• obecność tlenu

• substancje rozpuszczalne (np. stężenie soli)

Niszczenie drobnoustrojów pod wpływem wysokiej temperatury zależy od czasu ogrzewania.

Do metod obróbki cieplnej żywności zaliczamy głównie sterylizację i pasteryzację.

AKTYWNOŚĆ WODY

Wpływ aktywności wody na wzrost, inaktywację i przeżywalność mikroorganizmów w żywności

Rozwój drobnoustrojów w żywności zależy od zasobów wody do dyspozycji komórki czyli aktywności wody (a_w). Czysta woda ma a_w=1.0. Wraz ze wzrostem zawartości cząstek rozpuszczalnych w wodzie a_w spada poniżej 1.

Większość drobnoustrojów może rozwijać się tylko przy a_w>0,85, ale są tez takie, które rosną przy a_w=0,60.

Minimalne wartości a_w dla różnych mikroorganizmów:

MIKROORGANIZM	aw
Salmonella i inne G(-) bakterie oraz C. botulinum większość G(+) bakterii większość drożdży i pleśni Staphylococcus aureus Saccharomyces bailii większość pleśni kserofilnych Saccharomyces rouxi Xeromyces bisporus	ok. 1,0 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,65
rozpad DNA	0,60

Utrwalanie żywności (konserwowanie):

suszenie
zagęszczanie	obniżenie aktywności wody
metody osmoaktywne (zmiana ciśnienia poprzez np. dodanie cukru lub soli)

TLEN

Wpływ tlenu i gazów obojętnych na wzrost i inaktywację drobnoustrojów

Wartość Eh (potencjał oksydo-redukcyjny danego układu) - tendencja do oddania elektronów (utlenienia) z jednoczesną redukcją innego układu lub do ich przyjęcia, w wyniku czego układ się redukuje, utleniając jednocześnie inny. Środowiska ze swobodnym dostępem tlenu charakteryzują się ogólnie wysoką wartością Eh.

Podział drobnoustrojów ze względu na zapotrzebowanie na tlen:

• tlenowce (aeroby) - większość drobnoustrojów, w tym prawie wszystkie pleśnie.

• względne tlenowce - tlen im nie szkodzi (bakterie, np. pałeczki okrężnicy, niektóre drożdże i pierwotniaki)

• mikroaerofile - wymagają mniej niż 21% tlenu (w atmosferze jest 21%), np. bakterie Corynebacterium, Propionibacterium, Lactobacillus.

• beztlenowce (anaeroby)

• bezwzględne beztlenowce (Clostridum, Fusobacterium, Bacteroides, Rumonococcus, niektóre gatunki Streptococcus)

pH JAKO CZYNNIK WPŁYWAJĄCE NA WZROST I INAKTYWACJĘ DROBNOUSTROJÓW

pH - stężenie jonów wodorowych

pH = -log₁₀(H⁺)

Większość środowisk ma pH między 5,0 a 9,0 (jest to optymalne pH dla rozwoju większości drobnoustrojów).

mikroorganizmy	optimum pH	tolerancja pH
większość bakterii bakterie kwasu mlekowego bakterie proteolityczne drożdże pleśnie	6,7-7,5 4,5-5,5 7,5-8,0 4,0-6,0 4,0-6,0	4,5-9,0 3,8-7,2 6,0-9,0 2,5-8,5 2,0-8,0

CIŚNIENIE OSMOTYCZNE

Podział drobnoustrojów ze względu na zaopatrzenie na NaCl:

• niehalofile - rosną dobrze przy niskich stężeniach NaCl

• względne halofile - preferują wysokie stężenia NaCl

• bezwzględne halofile:

• Halococcus - formy kształtu ziarenkowatego zachowujące kształt ściany komorkowej nawet przy małym stężeniu NaCl

• Halobacterium - skrajne halofile; są Gram(-), pałeczkowate, niekiedy urzęsione, nie wytwarzają przetrwalników.

FALE ULTRADŹWIĘKOWE

WPŁYW FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH NA INAKTYWACJĘ DROBNOUSTROJÓW

Fale ultradźwiękowe o częstotliwości powyżej 20 tys. Hz/s powodują zjawisko kawitacji (rozrywanie roztworu przez powstawanie w nim pęcherzyków gazu, co doprowadza do mechanicznego rozerwania komórki od wewnątrz).

MIKROFALE

WPŁYW MIKROFAL NA INAKTYWACJĘ DROBNOUSTROJÓW

Niszczenie drobnoustrojów przez wyzwoloną energię cieplną. Fale elektromagnetyczne o zakresie 2450 MHz i o mocy od 325 do 650 W są w stanie zniszczyć w czasie 5 minut formy wegetatywne większości bakterii chorobotwórczych, a przy mocy 1400 W, w czasie 10-20 minut - spory bakteryjne (w środowisku wodnym).

PROMIENIOWANIE RÓŻNEGO TYPU

Światło widzialne - elementy cytoplazmy (barwniki) absorbują fale świetlne -> w obecności tlenu wywołują inaktywację enzymów i innych czynnych składników komórki.

Promieniowanie ultrafioletowe - fale o długości 230-270 nm wywołują efekt letalny („uśpienie”)

Promieniowanie jonizujące (bardzo małe długości fal - promienie X, y, promienie korpuskularne - strumienie neutronów, protonów, cząstek α i β):

• działanie bezpośrednie

• działanie pośrednie

Czynniki wpływające na efektywność promieni jonizujących:

• gatunek drobnoustroju

• liczba komórek

• temperatura

• środowisko

• faza gazowa i woda

• składniki uczulające

ODŻYWIANIE SIĘ DROBNOUSTROJÓW

Składniki pokarmowe konieczne do rozwoju większości drobnoustrojów cudzożywnych to:

• Woda (minimum 30%, pleśnie - 15%)

• Substancje organiczne (cukry, białka, tłuszcze, C, H, O, N) - ze związków organicznych i nieorganicznych

• Substancje mineralne

• Czynniki wzrostowe

Źródła węgla - CO₂ lub z cukrów, kwasów organicznych, alkoholi i innych (wszystkie - związki proste). Z CO₂ - tylko bakterie samożywne.

Źródła wodoru i tlenu - związki mineralne lub substancje organiczne

Źródła azotu - z powietrza, ze związków mineralnych, sole amonowe, amoniak, azotany lub związki organiczne, peptydy, aminokwasy, mocznik

Inne pierwiastki (siarka, fosfor, potas, żelazo, wapń, magnez) substancje organiczne występujące w podłożu lub substancje nieorganiczne

Mikroelementy (pierwiastki śladowe) - mangan, bor, cynk, miedź, kobalt, molibden

Czynniki wzrostowe:

• Witaminy B1, B2, B12

• Aminokwasy

Pobieranie składników pokarmowych:

• Całą powierzchnią ciała (tylko związki proste)

• Składniki złożone - rozkładane na zewnątrz egzoenzymami, transport aktywny, bierny, dyfuzja i osmoza.

WYKORZYSTYWANIE DROBNOUSTROJÓW W PRODUKCJI ŻYWNOŚCI

Produkty fermentacji są rożne u różnych drobnoustrojów i zależą od składu enzymatycznego komórek i warunków zewnętrznych. Wiele tych produktów ma dużą wartość ekonomiczną, czemu zawdzięczamy wyodrębnienie się i rozwój mikrobiologii przemysłowej.

W fermentacji cukrów przez drobnoustroje możemy wyróżnić trzy etapy:

1. Wstępny rozkład wielocukrów za pomocą zewnątrzkomórkowych enzymów hydrolitycznych

2. Rozkład heksoz do pirogronianu. Cukry proste po przejściu do wnętrza komórki ulegają najpierw rozbiciu do pirogronianu, kluczowego związku pośredniego w przemianach metabolicznych

3. Przekształcenie pirogronianu do końcowych produktów fermentacji.

Podczas fermentacji węglowodanów powstają produkty które mogą występować w sposób pojedynczy, lub w różnych układach (po dwa, trzy), zależnie od rodzaju fermentacji i tego, jakie drobnoustroje biorą w niej udział.

Produkty fermentacji:

• etanol

• mleczan

• maślan

• bursztynian

• kapronian

• octan

• n-butanol

• 2,3-butanol

• aceton

• izopropanol

• dwutlenek węgla

• wodór cząsteczkowy

Każda z tych fermentacji może być fermentacją dziką, zachodząca żywiołowo pod wpływem różnych gatunków drobnoustrojów, oraz fermentacją właściwą (szlachetną), jednolitego charakteru, wywołaną przez określony gatunek drobnoustroju wprowadzony do środowiska w postaci czystej kultury, noszącej miano szczepionki.

BAKTERIE

Bakterie mlekowe

Bakterie fermentacji mlekowej to niejednorodna morfologicznie grupa bakterii, których wspólną cechą jest zdolność do wykorzystywania różnych cukrów w beztlenowym procesie fermentacji mlekowej.

• Naturalnym środowiskiem występowanie tych bakterii jest mleko, ale również rośliny oraz błony śluzowe człowieka i zwierząt.

• Są to bakterie Gram(+).

• Pod względem morfologii są to pałeczki (rodzaje Lactobacillus i Bifidobacterium) oraz ziarniaki: paciorkowce (rodzaje Streptococcus, Lactococcus i Leuconostoc) i tetrady (rodzaj Pediococcus).

• Cechuje je brak zdolności ruchu i przetrwalnikowania.

• Nie wytwarzają katalazy, nie rozpuszczają żelatyny i nie redukują azotanów do azotynów.

• Są względnymi beztlenowcami i mikroaerofilami.

• Należą do bakterii mezofilnych (temp optymalna 25-30°C), jak i termofilnych (40-45°C, a nawet 50-55°C).

• Do wzrostu wymagają bogatych podłoży zawierających witaminy i aminokwasy.

Bakterie kwasu mlekowego w wyniku fermentacji cukrów prostych wytwarzają kwas mlekowy w ilości od 0,8 do 3% - zależnie od szczepu.

Powstający kwas mlekowy oraz malejące pH hamuje rozwój bakterii gnilnych oraz masłowych i stąd szerokie zastosowanie tych bakterii w przemyśle spożywczym i kiszeniu pasz. Przydatność kwasu mlekowego w przemyśle spożywczym potęguje fakt, że jest on w przeciwieństwie do kwasu octowego nieszkodliwy i przyswajalny przez organizm człowieka i zwierząt, a także odgrywa korzystną rolę w przyswajaniu jonów Ca⁺ i Fe⁺.

Bakterie kwasu mlekowego mają zdolność której brak większości innych bakterii, a mianowicie potrafią wykorzystywać laktozę. Zdolność tę wykazują również bakterie jelitowe (Enterobacteriaceae) typu coli.

Zdolność do wykorzystywania laktozy jest limitowaną obecnością enzymu β-galaktozydazy, występującego u nielicznych bakterii kwasu mlekowego.

Ogólny przebieg fermentacji mlekowej:

β-galaktozydaza

C₁₂H₂₂O₁₁ +H₂O D-glukoza + D-galaktoza

Homofermentacja mlekowa jest procesem przemiany glukozy z wytworzeniem kwasu mlekowego i niewielkiej ilości ubocznych metabolitów dwuwęglowych i CO2

C₆H₁₂O₆ → 2CH₃CHOCOOH

Typowymi przedstawicielami tej grupy bakterii są Lactococcus lactis i Lactobacillus acidophilus czynne w środowisku mlecznym, Lactobacillus plantarum występujący w środowisku roślinnym oraz Lactobacillus delbrückii - termofilny sczep używany do produkcji kwasu mlekowego

Hetero fermentacja mlekowa jest procesem przemiany glukozy do kwasu mlekowego o szeregu innych związków, takich jak: di acetyl, aldehyd octowy, kwas octowy, alkohol etylowy, odgrywających istotną rolę w tworzeniu aromatu produktów spożywczych. Do tej grupy należą Lactococcus lactis ssp. Lactis var. diacetilactis, Leuconostoc mesenteroides ssp. Cremoris i różne gatunki rodzaju Lactobacillus.

W zależności od gatunku bakterii wytwarzany jest kwas mlekowy o różnej konfiguracji: lewoskrętny D(-), prawoskrętny D(+) lub o konfiguracji DL-mleczany. Homofermentatywne paciorkowce np. Lactococcus lactis, a także bifidobakterie wytwarzają kwas D(+) mlekowy, a prawie wszystkie termofilne pałeczki homofermentacyjne, np. Lactobacillus bulgaricus i leuconostoc kwas D(-) mlekowy. Niektóre gatunki np. Lactobacillus helvetius wytwarzają kwas DL-mlekowy, tj. kwas racemiczny - optycznie nieczynny.

Konfiguracja kwasu mlekowego wytwarzanego w trakcie fermentacji mlekowej jest ważna ze względów żywieniowych.

Kwas mlekowy D(+) jest identyczny z kwasem powstającym w mięśniach, jest szybko wchłaniany z przewodu pokarmowego i w pełni metabolitowany.

Wykorzystanie bakterii kwasu mlekowego:

• W przemyśle mleczarskim wykorzystuje się szczepionki: w produkcji serów masła napojów mlecznych

• W produkcji kiszonek spożywczych: ogórki, kapusta

• Do fermentacji zakwasów chlebowych w przemyśle piekarskim

• W produkcji wędlin fermentowanych

• W gorzelnictwie rolniczym do biologicznego ukwaszania przycierku

• W przemysłowej produkcji kwasu mlekowego

• W konserwowaniu pasz przez poddawanie ich fermentacji

• W przemyśle farmaceutycznym: do produkcji dekstranu, szczepionek, probiotyków

Wady:

Niekontrolowany, spontaniczny rozwój bakterii mlekowych może być przyczyną zepsucia różnych produktów spożywczych: przetworów owocowo-warzywnych, napojów, mleka i mięsa.

Paciorkowce mlekowe Lactobacillus lactis powodują samorzutne kwaśnienie mleka, a niektóre gatunki jego ciągliwość, szczególnie podczas przechowywania w niskiej temperaturze.

Pałeczki mlekowe Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum i Lactobacillus brevis są główną przyczyną psucia się przecieru pomidorowego.

Heterofermentatywne bakterie z rodzaju Lactobacillus są wykrywane w wielu produktach: przetworach mlecznych, drożdżach piekarskich i winiarskich, zepsutym, sfermentowanych cieście oraz w sfermentowanych przetworach owocowych i warzywnych, Powodują odkwaszanie win owocowych efekcie przemiany kwasu jabłkowego do mlekowego.

Lactobacillus viridescens jest przyczyną niekorzystnych zmian sensorycznych (w tym zmian barwy) mięsa peklowanego i gotowych kiełbas, ponieważ wytwarzany przez bakterie nadtlenek wodoru utlenia hemoglobinę do oksyhemoglobiny barwy szaro-zielonej.

Niektóre Heterofermentatywne szczepy Lactobacillus mogą produkować z sacharozy substancje śluzowe. Są także przyczyną zepsucia majonezów i sałatek, kwaśnienia mięsa i wędlin.

Bakterie Leuconostoc w roztworach o dużej zawartości cukru wytwarzają substancję śluzową, są przyczyną tzw. „żabiego skrzeku”, polimeru utrudniającego filtrację roztworów cukrowniczych.

Ziarniaki z rodzaju Pediococcus są częstą przyczyną psucia piwa, wywołują zmętnienie i kwaśny posmak.

Bakterie octowe

Bakterie octowe charakteryzują się zdobnością do wytwarzania kwasów na drodze częściowego utleniania większości cukrów i alkoholi oraz przejściowego lub ciągłego wydzielania tych kwasów do podłoża, jako niekorzystnych produktów przemiany materii.

Zdolność do prowadzenia procesu fermentacji ma dosyć liczna gry[a bakterii, należą one do rodziny Acetobacteraceae i są reprezentowane przez dwa rodzaje: Acetobacter i Gluconobacter.

Bakterie octowe są chromoorganotrofami, a więc energię dla potrzeb życiowych zdobywają wyłącznie przez utlenianie związków, takich jak: octan, mleczan, pirogronianu, sacharydy, alkohole.

Są to Gram(-) pałeczki (chociaż tworzyć mogą także formy sferyczne, wydłużone, maczugowate). Pomimo urzęsienia (okołorzęsego u Acetobacter czy biegunowego u Gluconobacter) są prawie nieruchliwe. Rosną tylko w warunkach tlenowych są organizmami mezofilnymi, a wiec optymalny wzrost wykazują w temp 25-30°C choć granice ich rozwoju mieszczą się w przedziel -4°C do 43°C

Optymalna wartość pH środowiska hodowlanego mieści się w przedziale 5,4-6,3, chociaż rozwijają się również w pożywkach o znacznie niższych wartościach pH 4,0-4,5

Większość bakterii octowych wymaga złożonych bogatych pożywek hodowlanych zawierających związki organiczne i mineralne. Wymagają do wzrostu m In fosforu magnezu potasu praz pierw śladowych takich jak Cu, Mn, Mo. Poza tym do wzrostu niezbędne są biostymulatory (kwas pantotenowy, nikotynowy, biotyna).

Najkorzystniejszym źródłem węgla są cukry proste. Ponadto mogą wykorzystywać inne węglowodany i alkohole.

Źródło azotu amonowego stanowią fosforany amonu lub siarczan amonowy.

Na pożywkach stałych bakterie octowe tworzą z reguły bezbarwne kolonie, bowiem większość szczepów nie wytwarza pigmentów. Tylko nieliczne produkują brązowe barwniki, rozpuszczalne w wodzie.

Acetobacter

Pałeczki te znajdują się na surowcach roślinnych, a także w powietrzu. Przenoszone są przez owady, szczególnie muszki octowe. Dlatego spotkać je można w środowisku naturalnym w pobliżu drzew owocowych a także różnych roślinnych odpadów produktów spożywczych.

Bakterie utleniające alkohol zawarty w środowisku, np. w winie lub piwie, rozwijają się na powierzchni w postaci matowej, gładkiej lub pomarszczonej błonki. Podczas rozwoju w naczyniu wytwarzają wyraźnie pajęczynową błonkę wspinającą się po ściankach naczynia (Acetobacter aceti). Bakterie te mogą rosnąć także w formie cieńszego lub grubszego kożucha (Acetobacter pasteurianus, Acetobacter xylinum), co stanowi ich cechę diagnostyczną.

Gluconobacter

Tworzy on urzęsione pałeczki występujące pojedynczo, parami lub tworzące łańcuszki. Wiele szczepów produkuje substancje śluzowe. Są wrażliwe na wysoką temperaturę, nie rozwijają się już w temperaturze 37°C. Bakterie Gluconobacter mają zdolność wytwarzania kwasu glukonowego z glukozy, a kwas octowy jest dla nich końcowym produktem biochemicznej przemiany etanolu. Można je spotkać w glebie ogrodowej, na roślinach i kwiatach, występują także na owocach, warzywach, w sokach, a także jako zanieczyszczenia prasowanych drożdży piekarskich.

Przebieg fermentacji octowej

Biologiczna synteza kwasu octowego jest procesem wieloetapowym. Sumaryczną reakcję prowadząca do wytworzenia kwasu octowego można wyrazić równaniem:

CH₃CH₂OH → CH₃COOH + H₂O + 490 kJ

Celem procesów technologicznych zmierzających do otrzymania kwasu octowego jest zapewnienie ścisłego kontaktu bakterii i utlenianych płynów z tlenem atmosferycznym.

W zależności od tych warunków można wyróżnić trzy podstawowe metody produkcji:

1. powierzchniową, zwaną orleańską - bakterie Acetobacter xylinum lub A. aceti rozwijają się na powierzchniach wina rozlanego do płaskich naczyń lub beczek fermentacyjnych. Otrzymuje się tzw. ocet winny, kolorowy, o aromatycznych zapachu i smaku jako pozostałość bukietu wina.

2. generatorową - prowadzoną w tzw. generatorach Fringsa przy udziale szybko optujących bakterii z rodzaju Acetobacter curvum. Generatory wypełnione są wiórami bukowymi, a na nich są szybko octujące bakterie. Zacier fermentacyjny przepływa wielokrotnie, w wyniku zawracania spływającego płynu do obiegu.

3. wgłębną - prowadzona w fermentatorach z mieszaniem, co ma na celu intensywne natlenienie fermentującego środowiska zawierającego bakterie octowe (w kadziach).

Szkodniki powodujące zakłócenia w produkcji, to przede wszystkim Acetobacter xylinum, który intensywnie utlenia kwas octowy do CO₂ i H₂O, a ponadto tworzy bardzo dużo śluzu pozakomórkowego zawierającego celulozę.

Szkodliwe działanie bakterii octowych

Mogą występować w przemyśle spirytusowym, piwowarskim, winiarskim, tj. w przemysłach opartych na fermentacji alkoholowej. Drobnoustroje te są częstymi składnikami mikroflory psujących się win i piw, odpowiedzialnej za ich zmętnienie na skutek obniżenia wartości pH do 3,5. Zaoctowanie występuje w winach o niskiej zawartości etanolu i cukru.

Bakterie octowe wchodzą w skład mikroflory kefirów i przenoszone są przez grzybki kefirowe do świeżo nastawionego mleka. Drobnoustroje te stanowią nieodłączny składnik niektórych rodzajów kefirów i innych przechowywanych napojów mlecznych (o dłuższej przydatności do spożycia).

Pałeczki octowe mogą występować jako zanieczyszczenie w drożdżach, szczególnie w rozcieńczonych melasach stosowanych do produkcji prasowanych drożdży piekarskich i drożdży paszowych.

Kwaśnienie wyrobów cukierniczych (zwłaszcza ciasta nadziewane owocami, galaretkami czy powidłami) jest także powodowane przez pałeczki octowe.

Proces fermentacji octowej (podobnie jak fermentacji mlekowej) może przebiegać samorzutnie także w innych środowiskach, głownie zawierających cukry i kwasy organiczne, m.in. w sokach, napojach różnego typu, przetworach owocowych, marynatach jarzynowych, grzybowych, oraz uszkodzonych owocach.

Bakterie propionowe

Bakterie fermentacji propionowej to głownie Porpionibacterium freudenreichii, P. jensenii i P. acidopropionici oraz Mikrococcus lactilyticus, Clostridium propionicum i Micromonospora.

Są to beztlenowe lub względnie beztlenowe, krótkie, nieruchliwe pałeczki na ogół nie tworzące przetrwalników, nie upłynniające żelatyny. Są one Gram(+). Optymalna temp ich rozwoju wynosi 35°C.

Występują w żwaczu i jelicie przeżuwaczy gdzie biorą udział w wytwarzaniu kwasów tłuszczowych.

Bakterie propionowe należą do grupy przemysłowo ważnych bakterii, oprócz bardzo cennego produktu, jakim jest kwas propionowy, wytwarzają także witaminę B₁₂, a niektóre produkują enzymy amylolityczne.

Duże znaczenie mają propioniany wapnia i sodu otrzymywane na drodze fermentacyjnej, są wykorzystywane w przemyśle spożywczym do utrwalania żywności oraz podnoszenia wartości odżywczej ze względu na wzbogacanie wielu artykułów w witaminę B₁₂.

Należą do pożądanej mikroflory w serowarstwie, biorącej udział w dojrzewaniu tych serów. W czasie fermentacji propionowej wydziela się CO₂ powodując w serach powstawanie oczek a kwas propionowy i octowy nadaje serom właściwy smak i zapach.

Przebieg fermentacji

Bakterie tej grupy fermentują cukry i tworzą kwas propionowy, kwas octowy i dwutlenek węgla. Zasadniczą ich właściwością jest jednak przetwarzanie kwasu mlekowego lub pirogronowego częściowo na kwas propionowy, częściowo na kwas octowy i dwutlenek węgla.

		GLUKOZA
	2 x kwas pirogronowy		kwas mlekowy
kwas octowy	kwas propionowy	CO2

Bakterie fermentacji masłowej

Fermentacja masłowa jest bardzo rozpowszechniona w przyrodzie, a powodują ja bakterie występujące w glebie, na rozkładających się resztkach roślinnych, w nawozie, w zanieczyszczonej wodzie, mleku, serze, ziarnach zbóż itp. Bakterie te należą do rodzaju Clostridium tj. Cl. pasteurianum, Cl. butylicum, Cl. amylolyticum, Cl. saccharoacetobutylicum, Cl. pectinovorum, Cl. felsineum, Cl. acetobutylicum.

Z morfologicznego punktu widzenie bakterie te są laseczkami dużych rozmiarów. Są bezwzględnymi beztlenowcami, ruchliwymi, perytrichalnie urzęsionymi (na czubku), Gram(+), przetrwalnikującymi. Bakterie masłowe są mezofilami o optimum wzrostu w temperaturze około 35°C. Niektóre gatunki maja zdolność wiązania azotu atmosferycznego, przez co są pożyteczne, gdyż w sposób pośredni wzbogacają glebę.

Fermentacja masłowa w sposób sumaryczny przebiega następująco:

C₆H₁₂O₆ → CH₃CH₂CH₂COOH + 2CO₂ + 2H₂ + 29,29 kJ

Otrzymany kwas masłowy można wykryć po charakterystycznym zapachu zjełczałego masła. Jako produkty uboczne mogą powstawać także: kwas octowy i mrówkowy, butanol, etanol, aceton.

Szkodliwe działanie bakterii masłowych w przemyśle spożywczym. Przetrwalniki niektórych gatunków bakterii z rodzaju Clostridium mogą występować jako zanieczyszczenia przetworów mięsnych. Gatunek Clostridium putrefaciens jest częstą przyczyną psucia się żywności, a Cl. butyricum występuje w produktach skrobiowych oraz gnijących ziemniakach.

W przemyśle mleczarskim stanowią zagrożenie w procesie produkcji mleka oraz podpuszczkowych serów dojrzewających. Cl. butyricum i tyrobutyricum w końcowym okresie dojrzewania serów mogą powodować powstawanie znacznych ilości kwasu masłowego nadającego serom nieprzyjemny smak i zapach, a wydzielane podczas fermentacji znaczne ilości CO₂ i H₂O są przyczyną wzdęć serów.

Mikroflorą szkodliwą są również gatunki powstające rozkładanie kazeiny (złożonego białka mleka) i tworzenie nieprawidłowych skrzepów, a przy dłuższym przechowywaniu procesy gnilne.

Bakterie z rodzaju Clostridium mogą powodować bombaż niedostatecznie wysterylizowanie konserw owocowych i warzywnych, czy też mleka skondensowanego w puszkach.

Niektóre gatunki mogą powodować szkody w zakiszonych paszach. Produkowane przez nie kwas masłowy, alkohol butylowy, aceton i inne związki nadają kiszonkom bardzo nieprzyjemny zapach i mogą wywoływać zatrucia u zwierząt.

DROŻDŻE

Drożdże dzikie

Do drożdży dzikich zalicza się te, które działają szkodliwie albo nie wywierają żadnego wpływu na przebieg wydajności procesów przetwórczych. Zalicza się do nich drożdże o słabych zdolnościach fermentacyjnych, tworzące śluz luz utleniające alkohol. Mające właściwości tworzenia kożucha na powierzchni cieczy albo tworzące w produkcie niepożądane związki zapachowe.

Drożdże dzikie są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie i dlatego łatwo o zakażenie nimi w czasie produkcji lub zakażenie gotowych już produktów. Do swojego rozwoju wymagają obecności tlenu i są dość oporne na działanie środków dezynfekcyjnych. Nalezą do nich drożdże z rodzaju: Saccharomyces, Hansenula, Pichia, Kloeckera, Candida, Torulopsis.

Drożdże szlachetne

Do drożdży szlachetnych zalicza się takie, które są stosowane w piwowarstwie, winiarstwie, gorzelnictwie, w produkcji drożdży piekarskich i paszowych. Wymagania jakie stawia się drożdżom szlachetnym są różne i zależą od rodzaju przemysłu fermentacyjnego, w jakim pracują.

Drożdże szlachetne maja optimum fermentacji na ogół w temperaturze 28-32°C, optymalne stężenie cukru w pożywce wynosi 20%, optimum kwasowości podłoża w granicach pH 3,0-6,0.

Stosowane odmiany i rasy należą głównie do rodzaju Saccharomyces i są to przede wszystkim dwa gatunki: S. cerevisiae i S. carlsbergensis. Wśród nich można wyodrębnić drożdże górnej i dolnej fermentacji.

W czasie fermentacji komórki drożdży są równomiernie rozmieszczone w całej objętości cieczy. Komórki energicznie fermentujące wydzielają duże ilości CO₂, którego pęcherzyki, przyczepiając się do komórek, unoszą je w cieczy i nie pozwalają opaść na dno naczynia. Komórki drożdży opadających na dno naczynia podczas fermentacji są albo obumarłe, albo osłabione. W Miarę upływu czasu mogą tworzyć skupienia osiadające na dnie lub w postaci oddzielnych komórek zbierać się na powierzchni cieczy tworząc mniej lub bardziej obfitą pianę. W pierwszym przypadku takie drożdże określamy jako „dolnej fermentacji”, a w drugim jako „górnej fermentacji”. Drożdże dzielą się także na kłaczkowate i pyliste.

Tworzenie się kłaczków polega na tym, że komórki zlepiają się i tworzą skupienia, które łatwo osiadają na dnie. Zlepianie się drożdży zależy od obecności śluzowatej masy białkowej na powierzchni komórek oraz od ich ładunku elektrycznego. Komórki drożdży pylistych nie wykazują tych właściwości i w płynie fermentacyjnym znajdują się w stanie rozpylenia, tworząc zawiesinę równomiernie rozmieszczoną.

Gatunki drożdży wykorzystywane w biotechnologii mają zdolność do wzrostu w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych. Fermentacja alkoholowa stanowi szereg reakcji enzymatycznych, polegających na przekształceniu sacharydów w etanol, CO₂ oraz wytworzeniu energii niezbędnej do prowadzenia procesów życiowych komórki.

Sumarycznie fermentację tę można zapisać w postaci:

C₆H₁₂O₆ → 2CO₂ + 2CH₃CH₂OH + 2ATP + 173 ^kJ/_mol

Wykorzystanie drożdży w przemyśle

Do produkcji etanolu spożywczego lub spirytusu przemysłowego używa się gatunki Saccharomyces cerevisiae, które nie tylko wytwarzają duże ilości etanolu, ale również są oporne na jego wysokie stężenie w środowisku fermentacyjnym.

Przemysłowa produkcja biomasy drożdżowej może być prowadzona w celu uzyskania drożdży piekarskich Saccharomyces cerevisiae, jak i Candida utilis, które mogą być dodatkiem do paszy.

W browarnictwie stosuje się drożdże górnej fermentacji Saccharomyces cerevisiae i dolnej Saccharomyces carlsbergensis. Specjalne gatunki piwa w różnych regionach Europy produkowane są przy udziale innych gatunków drożdży, np. Brettanomyces stosowane do warzenia piwa angielskiego, a Saccharomycodes - do produkcji bawarskiego piwa bezalkoholowego.

Fermentację moszczy gronowych i owocowych prowadzi się z zastosowaniem drożdży winiarskich: Saccharomyces cerevisiae i Saccharomyces bayanus. Wytwarzają się one nie tylko alkohol, ale i inne metabolity, nadające winom charakterystyczny bukiet i aromat.

Biorą również udział w produkcji niektórych napojów fermentowanych: kumysu i kefiru. Są to głównie fermentujące laktozę Kluyveromyces lactis i K. marxianus var. marxianus oraz K. bulgaricus. Ponadto w skład ziaren kefirowych wchodzą: Saccharomyces florentinus, S. globus, S. delbruckii, S. unisporus, S. uvarum, Brattanomyces anomalus. Żyją one w układzie symbiotycznym z bakteriami mlekowymi, dostarczając aminokwasów i witamin z grupy B oraz biorą udział w kształtowaniu niektórych własności sensorycznych kefiru.

Ze względu na szczególne właściwości enzymatyczne, niektóre gatunki stosowane są do utylizacji związków trudno degradowanych w przyrodzie w procesach naturalnych. Do utylizacji serwatki stosuje się Kluyveromyces lactis i Kluyveromyces fragilis, do rozkładu skrobi i dekstryn - Saccharomyces distaticus. Natomiast do rozkładu N-alkanów (odpady z przemysłu rafineryjnego) drożdże z rodzaju Debaryomyces oraz Saccharomycopsis.

Odmienne zastosowanie w biotechnologii znalazły drożdże Aureobasidium pullulans, wytwarzające polisacharyd pullulan (stosowany jako składnik powłok ochronnych w wielu produktach spożywczych).

Negatywny wpływ drożdży:

W browarnictwie i winiarstwie szczególnie niebezpieczne są drożdże dzikie, czyli gatunki które nie fermentują węglowodanów i powodują powstanie niekorzystnych cech sensorycznych gotowego produktu.

Niewłaściwe prowadzenie procesu produkcji drożdży piekarskich (propagacja - namnażanie komórek drożdżowych) może wpłynąć na zakażenie drożdżami z rodzaju Hanseniaspora, Pichia, Candida, co wpływa na obniżenie trwałości drożdży oraz siły pędnej (aktywności drożdży).

Drożdże osmofilne Saccharomyces rouxii i florentinus mogą rozwijać się w słodzonych przetworach owocowych, miodach oraz na owocach kandyzowanych, powodując ich psucie.

Psucie się kiszonek warzywnych może być wywołane przez drożdże kożuchujące z rodzaju Candida. Rozkładając kwas mlekowy, umożliwiają one rozwój bakterii gnilnych. Podobnie marynaty mogą ulec zepsuciu w wyniku rozkładu kwasu octowego.

Produkty mleczarskie takie jak śmietana, sery i twarogi mogą być zanieczyszczone drożdżami z rodzajów: Candida, Saccharomyces, Debaryomyces i Rhodotorula. Powodują one gorzknięcie produktów „puchnięcie” oraz smak alkoholowy, a Rhodotorula wywołują powstawanie różowych plam na powierzchni śmietany oraz masła.

Z uwagi na właściwości lipolityczne (rozkładają tłuszcze) wielu odmian mogą być one przyczyną powstawania na powierzchni mięsa lub wędzonek białego nalotu.

PLEŚNIE

W nowoczesnym przemyśle pleśnie znalazły zastosowanie nie tylko przy produkcji różnych preparatów enzymatycznych o dużym znaczeniu przemysłowym, ale także przy produkcji na drodze fermentacji wielu ważnych gospodarczo produktów, m .in. kwasów: cytrynowego, glukonowego, fumarowego, gallusowego, itakonowego, kojowego i mlekowego. Przy pomocy pleśni produkuje się również mannit i coraz częściej wykorzystuje się je w praktyce przemysłowej do biosyntezy wielu innych produktów, jak np. witamin, lipidów, hormonów, czynników wzrostowych czy antybiotyków.

Pleśnie znalazły również zastosowanie w technologii serowarskiej, przetwórstwie mięsnym a także w ekologicznej działalności człowieka, jaką jest biologiczne oczyszczanie ścieków i kompostowanie odpadów organicznych.

Niektóre pleśnie z klasy Phycomycetes jak Mucor mucedo, M. racemosus, M. rouxii oraz Rhizopus nigricans, R. oryzae, R. japonicus wywołują fermentację alkoholową lub kwasową, dlatego znalazły zastosowanie w przemyśle.

Do najbardziej rozpowszechnionych rodzin spośród workowców należy rodzina kropidlaków, m.in. rodzaje Aspergillus i Penicillium.

Kropidlaki maja szerokie zastosowanie przemysłowe dzięki zdolności wytwarzania różnych zespołów enzymatycznych, mogących wywoływać różne reakcje chemiczne, a zwłaszcza rozpuszczać i scukrzać skrobię. Aspergillus oryzae używany jest w Japonii i Chinach do produkcji wódki i piwa z ryżu, natomiast Aspergillus niger znalazł zastosowanie do produkcji kwasu cytrynowego.

Drugim, równie ważnym rodzajem, jest pędzlak (Penicillium), szeroko rozpowszechniony w przyrodzie. Niektóre jego gatunki znalazły zastosowanie w technologii, np. z Penicillium notatum i P. chrysogenum otrzymuje się penicylinę, a Penicillium roqueforti i P. camembert ii używa się do produkcji serów (tzw. pleśniowych). Niektóre z nich występują jako szkodniki produktów żywnościowych.

Jedną z najbardziej pospolitych pleśni, wśród grzybów niedoskonałych, jest Oospora lactis. Najczęściej występuje na powierzchni mleka kwaśnego, kwaśnej śmietany, serów, na powierzchni kwaszonek w postaci nalotu różnej grubości, pokrytego śnieżnobiałym, delikatnym puszkiem.

Pleśń ta występuje często w postaci białego nalotu na drożdżach prasowanych, wędlinach wędzonych i innych produktach. Stanowi też pożądaną mikroflorę przy produkcji serów miękkich oraz wykorzystywana jest do produkcji tłuszczów na drodze biologicznej.

WZAJEMNE STOSUNKI MIĘDZY DROBNOUSTROJAMI

Wzajemne oddziaływanie różnych drobnoustrojów lub grup drobnoustrojów odbywa się za pośrednictwem podłoża.

Oddziaływanie jest wynikiem przemian powodowanych przed drobnoustroje we wspólnym środowisku bytowania i wiąże się często z czynnikami chemicznymi.

Rodzaje zależności:

• Konkurencja

• Antagonizm

• Synergizm

• Symbioza

• Metabioza

• Pasożytnictwo (np. bakteriofag - wirus bytujący na bakterii, prowadząc do jej śmierci)

SYMBIOZA

Współżycie różnych gatunków przy jednoczesnym odnoszeniu korzyści przez wszystkich partnerów.

Przykład: mikroflora ziaren kefirowych - w skład tych zlepieńców wchodzą drożdże i bakterie mlekowe (bakterie mlekowe zakwaszają podłoże stwarzając optymalne warunki rozwoju dla drożdży)

Komensalizm - ten rodzaj współżycia nie przynosi partnerowi wyraźnych korzyści, ale też mu nie szkodzi (mikroflora jelitowa i jamy ustnej).

METABIOZA - polega na określonym następstwie gatunków lub grup. Każda kolejna grupa, wytwarzając określone metabolity i modyfikując podłoże, stwarza korzystne warunki rozwoju dla swoich następców.

Przykłady:

1. Rozwój mikroflory w procesie psucia mięsa:

paciorkowce → pałeczki Gram(-) → laseczki Gram(+)

2. Proces zakwaszania mleka:

paciorkowce mleczne zakwaszają → pałeczki z rodzaju Lactobacillus zakwaszają → pleśnie z rodzaju Geotrichum odkwaszają → bakterie gnilne → dalszy rozkład i mineralizacja mleka.

SYNERGIZM

Współdziałanie prowadzące do takiej zmiany środowiska, jakiej oddzielnie żaden z mikroorganizmów nie może wywołać. Przykład: degradacja złożonych związków organicznych, w wyniku czego powstają związki chemiczne, których żaden z drobnoustrojów nie wytwarza oddzielnie.

ANTAGONIZM

Wydzielanie do środowiska substancji (produktów metabolizmu) o charakterze antagonistycznym w stosunku do innych drobnoustrojów, hamując ich rozwój lub nawet powodując ich śmierć.

Przykłady:

• kwas mlekowy zakwaszający podłoże i hamujący rozwój bakterii gnilnych;

• Redukcja siarczanów do H₂S - silnej trucizny dla wszystkich drobnoustrojów z wyjątkiem przeprowadzających ten proces bakterii z rodzaju Desulfovibrio;

• Często końcowe produkty metabolizmu hamuja wzrost potencjalnych konkurentów, np. lotne kwasy tłuszczowe wytwarzane w procesach beztlenowych, etanol produkowany przez drożdże.

Antybioza

Polega na wytwarzaniu wtórnych metabolitów działających hamująco lub zabójczo na inne drobnoustroje. Są to liczne toksyny działające również na organizmy wyższe.

Nizyna - antybiotyk polipeptydowy produkowany przez bakterie mlekowe Lactococcus lactis - stosowany w celu przedłużenie okresu ważności niektórych produktów spożywczych, np. serów dojrzewających.

Antybiozę można wykazać np. w hodowli z aktywnym szczepem promieniowca Streptomyces griseus.

Badania wrażliwości drobnoustrojów na antybiotyki polegają na oznaczaniu wielkości strefy hamowania wzrostu badanego drobnoustroju na podłożu stałym. Nasycone standaryzowaną ilością antybiotyku krążki bibuły umieszcza się na powierzchni pożywki.

Po inkubacji w termostacie dokonuje się odczytu, mierząc strefę hamowania wzrostu testowego mikroorganizmu.

MIKROBIOLOGICZNY ROZKŁAD PODSTAWOWYCH SKŁADNIKÓW ŻYWNOŚCI

Niekontrolowany wzrost mikroorganizmów prowadzi do obniżenia jakości żywności, w wyniku następujących zmian:

• Smak i zapach przez wytworzenie związków wpływających niekorzystnie na właściwości sensoryczne produktu

• Struktury i konsystencji zwłaszcza w wyniku procesów hydrolitycznych

• Barwy przez wytwarzanie barwników lub pośrednie oddziaływanie produktów przemian na naturalne barwniki

• Wartości odżywczej przez zmniejszenie zawartości suchej masy, rozkład wartościowych składników żywnościowych i wytworzenie produktów wpływających ujemnie na zdrowie konsumenta (np. mikrotoksyny wytwarzane przez pleśnie)

Efektem tych zmian jest obniżenie trwałości żywności, a czasem jej zupełne zepsucie.

Psucie jest to proces polegający na rozkładzie podstawowych składników organicznych żywności do prostych związków nadających produktom nieprzyjemny wygląd, smak i zapach.

Produkty rozkładu mikrobiologicznego żywności:

WĘGLOWODANY: CO2 keto kwasy kwasy organiczne (kwas cytrynowy, mlekowy, octowy) etanol diacetyl dekstran lewany

BIAŁKA: CO2, H2 H2S NH3 aminy ketokwasy merkaptany disiarczki organiczne putrescyny kadaweryna skatol

TŁUSZCZE: wolne kwasy tłuszczowe aldehydy ketony

W mikrobiologicznym psuciu się żywności uczestniczy różnorodna mikroflora: bakterie, drożdże i pleśnie, które wzajemnie na siebie oddziałują.

Rozkład białek jest jednym z najważniejszych procesów mikrobiologicznych psucia. Produkty białkowe są podatne na atak różnych mikroorganizmów.

W przemianach mięsa rozróżnia się dwa procesy:

• Gnicie - proces rozkładu złożonych związków organicznych zawierających azot, głównie białek i związków pochodnych, prowadzonych w warunkach beztlenowych przez tzw. bakterie gnilne. W gniciu powierzchownym biorą udział różne rodzaje laseczek z rodzaju Bacillus, bakterie z grupy coli (E.coli, Klebsiella pneumoniae) oraz pałeczki z rodzaju Pseudomonas. Najgroźniejsze jest gnicie głębokie, czyli beztlenowe, które powodują laseczki z rodzaju Clostridium (Cl. sporogenes, Cl. waichii, Cl. putrefaciens).

• Degradacja białek - pojawia się w późniejszych etapach rozkładu i jest wynikiem działalności enzymatycznej mikroflory, a zwłaszcza proteolitycznej z rodzaju Bacillus, Micrococcus, Proteus, Pseudomonas, Alcaligens, Clostridium oraz pleśni Aspergillus i Penicillium.

W przemianach mikrobiologicznych mięsa rozkład aminokwasów może przebiegać w dwóch grupach przemian:

• Dezaminacja (przebiega na drodze redukcji lub utleniania, w wyniku czego powstaje amoniak, ketokwasy lub kwasy tłuszczowe)

• Dekarboksylacja aminokwasów (produkty: aminy i CO₂)

Rozkład tłuszczów:

Najczęstsza przyczyną jełczenia masła są pałeczki z rodzaju Pseudomonas, ziarniaki z rodzaju Micrococcus i Sarcina, tlenowe laseczki z rodzaju Bacillus, a także pałeczki z rodzaju Flavobacterium, Alcaligens, Serratia, Proteus, Escherichia i Enterobacter oraz drożdże - Candida, Torula, Rhodotorula i pleśnie - Geotrichum, Cladosporum, Penicillium, Aspergillus, Fusarium.

Rozkład tłuszczów (jełczenie):

		JEŁCZENIE
hydrolityczne			oksydacyjne
chemiczne	biologiczne		autooksydacja (chemiczne)	biologiczne
wskaźniki: wolne kwasy tłuszczowe			wskaźniki: nadtlenki aldehydy inne	wskaźniki: nadtlenki ketony

Tłuszcze pozbawione wody nie są odpowiednim środowiskiem dla rozwoju drobnoustrojów i najczęściej rozkład ich jest procesem czysto chemicznym.

Natomiast masło i margaryna, które maja stosunkowo dużo wody łatwo ulegają psuciu pod wpływem drobnoustrojów wytwarzających lipazy.

ZATRUCIA POKARMOWE

Zanieczyszczenia surowców czy też gotowych produktów żywnościowych bakteriami chorobotwórczymi dla ludzi może być:

• pierwotne - jeśli zwierzę rzeźne było zakażone za życia

• wtórne - jeśli bakterie dostaną się do produktu już po uboju (w procesie przetwórczym lub do gotowego produktu)

Zatrucie pokarmowe - schorzenie wywołane spożyciem produktu żywnościowego, jednak jego przyczyna, droga przenoszenia i przebieg mogą być różne. Najczęściej zatrucia pokarmowe wywołują bakterie, chociaż mogą być one spowodowane także przez inne drobnoustroje, jak wirusy i grzyby.

• zakażenie - wniknięcie i rozwój mikroorganizmów w organizmie człowieka

• źródło zakażenia - ośrodek, z którego pochodzi mikroorganizm

• droga zakażenia - sposób przeniesienia mikroorganizmu ze źródła na organizm człowieka (np. układ pokarmowy)

• wrota zakażenia - miejsce wniknięcia mikroorganizmu (np. usta)

Nosicielstwo - polega na tym, że drobnoustroje znajdujące się we wrotach ulegają rozmnożeniu bez spowodowania widocznych objawów chorobowych i utrzymują się w ten sposób w organizmie człowieka dłuższy czas.

Choroba zakaźna - to stan, w którym wtargnięcie do ustroju drobnoustrojów chorobotwórczych doprowadziło do ich rozwoju, z wywołaniem w zakażonych organizmie charakterystycznego zespołu objawów miejscowych i ogólnych.

Odporność nieswoista (wrodzona, naturalna) jest determinowana wieloma czynnikami, których podłoże niejednokrotnie nie jest znane i najczęściej pozbawione jest swoistości immunologicznej:

• fagocytoza - komórki żerne różnego rodzaju (np. makrofagi, krwinki białe wielopłatowe), które pochłaniają drobnoustroje i występują w tkance limfoidalnej, wątrobie, płucach, szpiku i śledzionie.

• substancje chemiczne wytwarzane przez organizm, np. kwasy tłuszczowe o działaniu antybakteryjnym zawarte w pocie

• lizozym - występujący na przykład we łzach, który rozpuszcza ścianę komórkową bakterii Gram(+)

• interferon - ważny czynnik nieswoistej obrony w zakażeniach wirusowych; jest to grupa białek kodowanych przez kilka genów

• bariery anatomiczne, np. nieuszkodzona skóra i błony śluzowe, złuszczanie zrogowaciałego naskórka ułatwia mechaniczne usuwanie drobnoustrojów. Objawem nieswoistej obrony jest miejscowy lub ogólny odczyn zapalny (np. obrzęk lub gorączka)

Odporność swoista - obrona przed zakażeniem określonymi drobnoustrojami chorobotwórczymi, Jest ona związana z powstawaniem przeciwciał (immunoglobin) wskutek zadziałania czynnika obcego dla organizmu. Mówimy wówczas o wywołaniu reakcji immunologicznej (np. dzięki szczepionce lub przebyciu choroby).

Typy zakażeń patogenami:

	INTOKSYKACJA	INFEKCJA	TOKSYKO-INFEKCJA
ZAKAŻENIE	Konsumpcja żywności zawierającej toksyny bakteryjne i pleśniowe	Konsumpcja żywych komórek bakterii patogennych, które rozwijają się w organach wewnętrznych lub przechodzą przez te organy do innych organizmów	Konsumpcja żywych komórek, które produkują lub uwalniają enterotoksyny w przewodzie pokarmowym
DROBNOUSTROJE	Staphylococcus aureus, Clostridium botulinum, pleśnie Aspergillus flavus	Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Campylobacter jejuni, Escherichia coli, Yersinia enterocolitica, Vibrio parahaemollyticus, Aeromonas hydrophila, wirusy	Clostridium perfringens, Bacillus cereus, Vibrio cholerae, E.coli - szczepy enterotoksygeniczne

BAKTERYJNE ZATRUCIA POKARMOWE TYPU INFEKCYJNEGO

Listeria Monocytogenes

• mała, krótka, G(+) pałeczka psychrotrofowa.

• zdolna do wzrostu w zakresie temperatur 0-45°C.

• przeżywa temperatury mrożenia i długotrwałe okresy wysuszenia,

• może rosnąć w warunkach tlenowych i beztlenowych,

• uznawana za jedne z najbardziej ciepłoopornych drobnoustrojów.

• Rosną w wysokim zakresie pH (5,5-9,6)

• Przebieg choroby przypomina przeziębienie, występuje tez biegunka i dreszcze. Okres inkubacji 3-90 dni.

• Szczepy wirulentne zdolne są do namnażania w organizmie i w późniejszym efekcie do wywołania posocznicy; mogą oddziaływać na system nerwowy, serce, mogą przenikać do płodu (poronienie lub zakażenie płodu)

• Występują w glebie, wodzie, podczas wegetacji roślin, w organizmach zwierząt i ludzi (ryby, mięso, drób, suche wędliny, mleko, produkty mleczne)

Salmonella spp. (supspeciens)

• Wszystkie szczepy mogą być chorobotwórcze dla człowieka

• Są to G(+) pałeczki, nie wytwarzają przetrwalników, ruchliwe, tlenowe, względnie beztlenowe

• Optymalna temperatura wzrostu to 35-37°C. Minimalna temp. Wzrostu zależy od typu, szczepu i warunków wzrostu (wrażliwa na niska temp. 1-2°C)

• Wartości pH powyżej 9 i poniżej 4,5 wywierają na Salmonella spp. działanie niszczące

• Jest oporna na zamrażanie i wysuszenie, ale wrażliwa na wysokie temperatury (obróbka termiczna)

• Choroby (ograniczone do przewodu pokarmowego, ale wszystkie mogą być śmiertelne):

• zatrucia pokarmowe

• tyfus

• paratyfus

• typowe objawy choroby pojawiają się między 6 a 72 godziną po infekcji (w przypadku typowych zatruć) i w ciągu 7-28 dni (w przypadku tyfusu i paratyfusu). Obejmują: mdłości, wymioty, ból głowy, biegunkę, gorączkę (może utrzymywać się kilka dni). Choroba może trwać siedem dni. Czasami dochodzi do posocznicy (następstwa - stany zapalne w wątrobie, śledzionie i węzłach chłonnych)

• wydalone z kałem pałeczki Salmonella mogą zanieczyszczać glebę, wody gruntowe i surowce roślinne. Najczęściej zakażoną żywnością są: drób, produkty drobiowe, mleko, produkty mleczne, mięso wieprzowe i wołowe, owoce i warzywa oraz woda zanieczyszczona fekaliami.

Yersinia Enterocolitica

• G(-) pałeczka, względnie beztlenowa, psychrotrofowa

• Może się namnażać w temperaturze od -2 do 44°C. Optymalna temperatura wzrostu wynosi 32-34°C

• Wytwarza ciepło stabilną enterotoksynę bardzo podobną do enterotoksyny E.coli, wytrzymującą ogrzewanie w 100°C przez 20 minut.

• Objawy: gorączka, bóle brzucha i biegunka, rzadziej: nudności i wymioty

• Poza łagodną postacią jelitową występują postaci pseudowyrostkowe, a w przypadkach ciężkich posocznica i stany zapalne różnych narządów.

• Zazwyczaj choroba trwa kilkanaście dni, okres inkubacji 1-3 dni

• Przyczyna zatruć: mięso wieprzowe, przetwory mięsne, mleko. Czasami pojawia się na surowych warzywach (sałata, szpinak, cykoria)

Aoeromonas Hydrophila

• Towarzyszy zatruciom pokarmowym

• Optymalna temperatura wzrostu wynosi 28°C, ale bakterie te mogą rozwijać się w zakresie temperatur 5-42°C i pH 4,0-10,0 a nawet przy 4,5% stężeniu NaCl.

• Zatrucia obejmują dwa typy zaburzeń jelitowych(w ostrych zakażeniach może wystąpić posocznica i zapalenie opon mózgowych):

• pierwszy, podobny do cholery, charakteryzuje się wodnistą biegunką i umiarkowaną gorączką

• drugi typ przypomina czerwonkę, gdyż w stolcu stwierdza się krew i śluz

• przyczyny zatruć: kraby, ryby, ostrygi, czerwone mięso, drób, surowe mleko, mięso pakowane próżniowo, zielone warzywa, a nawet butelkowana woda mineralna.

Campylobacter Jejuni

• ruchliwa, G(-), zakrzywiona pałeczka

• należy do mikroaerofili, optymalna obecność tlenu atmosferycznego 5% i 10% dwutlenku węgla. Wzrost jest całkowicie zahamowany przy 21% tlenu

• optymalna temp wzrostu wynosi 42-45°C, a inaktywacja cieplna występuje już przy 48°C

• pałeczki te nie rozmnażają się w temp poniżej 25°C i wykazują dużą wrażliwość na różne czynniki środowiskowe, takie jak: wysoka temp, zasolenie, niskie pH, stężenie tlenu lub wysuszenie.

• Wywołuje najczęściej ostre zaburzenie jelitowe (objawy nie są charakterystyczne). Okres inkubacji wynosi 2-7 dni, a sama choroba może trwać 10-12 dni. Obok objawów ze strony układu pokarmowego i złego samopoczucia, pojawiają się gorączka (do 40°C) i bóle głowy. Biegunka trwa 2-3 dni, a inne objawy utrzymują się dłużej. Świeża krew w stolcu pojawia się trzeciego dnia. Wymioty występują rzadko.

• Występuje jako komensal u drobiu, świń, owiec, bydła, psów, kotów, dziko żyjących ptaków i gryzoni. Sporadycznie zatrucia mogą występować po spożyciu owoców i warzyw

Vibrio Parahaemollyticus

• G(-) zakrzywiona pałeczka.

• Rośnie w zakresie temperatur 5-43°C i pH 5,0-11,0.

• Należy do organizmów halofilnych, rośnie dobrze przy stężeniu soli 0,5-0,8%.

• Jest bardzo wrażliwa na wysuszenie i wysoką temperaturę.

• Pierwsze symptomy zatrucia pojawiają się najczęściej po około 12 godzinach i są to: bóle brzucha, biegunka, wymioty, dreszcze. Choroba ma przebieg typowy dla zatruć i trwa 2-3 dni.

• Występują w przybrzeżnych wodach morskich, a zatrucia są spowodowane spożywaniem surowych produktów morskich.

Plesiomonas Shigelloides

• G(-) pałeczka

• Względnie beztlenowa

• Optymalna temperatura wzrostu to 38-39°c

• Odznacza się dużą wrażliwością na ogrzewanie, ginie po 30 minutach w 60°c.

• Objawy zatrucia są typowe dla zakażeń wywołanych przez bakterie G(-).

• Zaburzenia gastryczne charakteryzują się biegunką, lecz stolce nie zawierają krwi. Ponadto występują bóle brzucha, nudności i wymioty.

• Czas inkubacji wynosi 1-2 dni, a sama choroba może trwać tydzień lub dłużej.

• Przyczyną zatruć jest najczęściej woda lub żywność pochodząca z wody (solone ryby, kraby, ostrygi)

Shigella ssp.

• G(-) pałeczka

• Wywołuje czerwonkę bakteryjną

• Główne objawy choroby: gorączka, biegunka połączona z bolesnym parciem, krwawieniem i wydalaniem dużej ilości śluzu.

• Występują także powikłania powodujące zmiany w układzie krążenia, wątrobie, jak również zapalenie stawów czy przewlekłe zapalenie jelita grubego.

• Czas inkubacji choroby to 1-7 dni, a objawy występują zwykle samoistnie po 2-5 dniach.

• Źródła zatruć: mleko i przetwory mleczne, masło, owoce i warzywa skażone fekaliami.

BAKTERYJNE ZATRUCIA POKARMOWE TYPU TOKSYKO-INFEKCJI

Esherichia Coli

• W obrębie tego gatunku występują szczepy patogenne, które powodują wyraźne objawy chorobowe. Szczepy te są podzielone na cztery grupy:

• Szczep enterokrwotoczny

• Minimalna temperatura wzrostu w warunkach optymalnych to 8-10°C, a maksymalna 44°C

• Jest to mikroorganizm raczej wrażliwy na ogrzewanie, ale bardzo odporny na zamrożenie

• Zatrucia pokarmowe połączone są z krwotocznym nieżytem jelita grubego lub krwotocznym zapaleniem pęcherza moczowego.

• Okres inkubacji wynosi 4 dni, a sama choroba trwa również około 4 dni.

• Źródła zakażenia: żywność pochodzenia zwierzęcego, głównie niedogotowane mięso wołowe czy niepasteryzowane mleko. Udokumentowano zatrucia po spożyciu salami, ciasta jabłkowego, kanapki z indykiem, ziemniaków i jogurtu

• Szczep enteropatogenny

• Jest główną przyczyną biegunek u niemowląt w krajach tropikalnych, w środowiskach o niskim stopniu higieny.

• Biegunce towarzyszą wymioty, gorączka i dreszcze.

• Szczep enteroinwazyjny

• Są bardzo podobne do pałeczek Shigella i z tego między innymi powodu wywołują biegunkę podobną do czerwonki.

• Biegunka, dreszcze, bóle głowy i brzucha pojawiają się po 11 godzinach od spożycia zakażonej żywności.

• Szczepy enterotoksyczne

• Są przyczyną tzw. biegunek podróżnych.

• W ostrej formie objawy zatrucia podobne są do cholery.

• Choroba trwa 3-19 dni.

Clostridium Perfringens

• G(+) pałeczki beztlenowe, które są częścią mikroflory gleby.

• Zakaża fasolę, soję, powierzchnię warzyw.

• Zdolność do rozwoju zachowuje w temperaturach 10-50°C.

• Wytwarza ciepłooporne przetrwalniki i toksynę.

• Objawy chorobowe: intensywny ból brzucha, mdłości i biegunka.

• Czas inkubacji choroby wynosi 8-24 godzin.

• Produkty powodujące zatrucia: kiełbasa, drób, ryby, suszona żywność.

Bacillus Cereus

• G(+) przetrwalnikujące laseczki.

• Powszechnie występują w glebie, skaża rośliny i produkty zbożowe.

• Wytwarza dwie enterotoksyny odpowiedzialne za objawy chorobowe: bóle brzucha i wymioty.

• Czas inkubacji choroby wynosi 0,5-14 godzin.

• Występowanie: mączka kukurydziana, ziemniaki puree, puddingi, ryż, mleko (rozwojowi tej laseczki sprzyja zawartość skrobi).

BAKTERYJNE ZATRUCIA POKARMOWE TYPU INTOKSYKACJI

Staphylococcus Aureus (Gronkowiec Złocisty)

• G(+) ziarniaki.

• Wytwarzają ciepłooporną enterotoksynę tylko w zakażonym produkcie spożywczym.

• Odpowiedzialna jest za zatrucie pokarmowe objawiające się biegunką, osłabieniem, bólem brzucha, mdłościami i wymiotami.

• Czas inkubacji choroby wynosi 2-6 godzin.

• Możliwe jest wystąpienie błoniastego zapalenia jelit, ropni, czyraków, zapalenia migdałków.

• Źródła zatruć: mleko, produkty mleczne, lody, kremy, sałatki, wyroby mięsne, wędliny, konserwy.

Clostridium Botulinum

• Laseczka G(+) bezwzględnie beztlenowa.

• Zasiedla glebę, skąd trafia do wody.

• Wytwarza ciepłooporne przetrwalniki, które mogą być zinaktywowane tylko przez sterylizację.

• Rośnie i wytwarza toksyny (jad kiełbasiany) nawet w temperaturze 3,3°C, ale zawsze w warunkach beztlenowych.

• Jad kiełbasiany (toksyna botulinowa) jest najsilniejszą toksyną bakteryjną, jest neurotoksyną czyli atakuje układ nerwowy powodując m.in. zaburzenia wzroku, wymowy, zdolności motorycznych oraz wymioty i bóle głowy.

• Czas inkubacji choroby wynosi około 18-96 godzin.

Inne bakterie chorobotwórcze mogące występować w żywności i wywoływać proces chorobowy:

• Helicobacter pylori powoduje wrzody żołądka; źródła: mleko i jego przetwory, drób, woda, napoje gazowane, warzywa, np. sałata.

• Borrelia burgdorferi - została zidentyfikowana jako przyczyna choroby Lyme. Może być przenoszona przez krowy, a następnie przez mleko

• Brucella abortus i B. suis - są przenoszone przez ser, produktu mleczne I mięso. Wywołują u ludzi tzw. chorobę Banga

• Klebsiella pneunomoniae - patogen mogący się przenosić za pośrednictwem hamburgerów

ZATRUCIA POKARMOWE I SCHORZENIA POCHODZENIA GRZYBICZNEGO

Wśród zakażeń mikrobiologicznych surowców roślinnych i zwierzęcych szczególne znaczenie zajmują grzyby strzępkowe (pleśnie), doprowadzające do ich zepsucia, będące przyczyną stęchłego zapachu oraz w wyniku gromadzenia metabolitów wtórnych - mikotoksyn.

Zagrożenia wywołane przez mikotoksyny:

• Marskośc wątroby (np. sterygmatocystyna)

• Krwotoczność mózgu, płuc, wątroby (np. rubra toksyna)

• Zakłócenia działania przewodu pokarmowego

• Działanie rakotwórcze (np. alfatoksyna)

• Uszkodzenie narządów płciowych (np., zearalenon)

• Uszkodzenie nerek (np. ochratoksyna)

• Porażenie układu nerwowego

• Upośledzenie funkcji różnych narządów

Najbardziej poznana jest alfatoksyna, ale w warunkach klimatycznych Polski najważniejsza jest ochra toksyna. Wytwarzane są one głównie przez rodzaje Aspergillus, Penicillum i Fusarium.

Mikotoksyny są związkami bardzo opornymi na temperaturę, np. ochratoksyna A wytrzymuje ogrzewanie w 250°C. Są więc oporne na pasteryzację sterylizację i nie są rozkładane podczas gotowania.

WIRUSOWE ZATRUCIA POKARMOWE

Wirusy mogące stanowić potencjalne zagrożenie to np.:

• Picornawirusy (np. wirus zapalenia wątroby, wirus polio, wirus ECHO)

• Reowirusy

• Parvowirusy

• Adenowirusy

• Wirus EB

Epidemie wirusowe są najczęściej wywoływane przez:

• wirus żółtaczki (hepatitis A)

• wirus SRSV np. wirus Norwalk

• rotawirusy

Wirusy mogą przetrwać w zakażonej żywności od kilku dni do kilku lat. Mogą dostać się do żywności w ciągu całego procesu produkcyjnego, głównie jednak zanieczyszczeniu ulegają surowce i produkty końcowe. Głównym źródłem wirusów powodujących zatrucia pokarmowe są: woda i skorupiaki.

Wirus zapalenia wątroby (żółtaczki) - hepatitis A

• Czas inkubacji wynosi 15-45 dni.

• Najczęstszym źródłem są częściowo dogotowane skorupiaki pochodzące z zakażonych wód, warzywa skażone wodą zanieczyszczoną ściekami, żywność zakażona przez osoby, które chorowały na żółtaczkę.

Wirus Norwalk

• Jest odpowiedzialny za ok. 1/3 wirusowych zatruć pokarmowych

• Czas inkubacji wynosi 18-48 godzin

• Ciepłooporność tego wirusa, jak i innych wirusów SRSV jest dość niska w porównaniu z hepatitis A. Stosowana normalnie obróbka cieplna jest skutecznym sposobem jego eliminacji

• Źródłem zatruć są najczęściej owoce morza, głównie ostrygi.

Rotawirusy

• Symptomy występują zwykle po 1-3 dniach od zakażenia

• Są to głównie wodnista biegunka i wymioty

• Wirusy te znane są jako czynnik wywołujący infekcje głównie u dzieci pomiędzy 6 miesiącem, a 1 rokiem życia

PRION czyli białkowy czynnik zakaźny (nie jest to drobnoustrój)

• Jest dużo mniejszy od najmniejszych wirusów

• Człowiek nie produkuje przeciwciał na to białko

• Priony infekcyjne są odporne także na enzymy - proteazy, obecne w każdej komórce, które w normalnych warunkach metabolizują białka.

• Dotychczasowe badania wykazały, że priony mogą „rozwijać” się tylko w komórkach nerwowych i komórkach układu immunologicznego.

• Wywołują BSR, a w wyniku spożycia zakazonego mięca wywołują chorobę Creuzwelda-Jacoba.

MIKROFLORA PRZEWODU POKARMOWEGO

Mikroorganizmy występują:

• Na skórze

• Na błonach śluzowych

• W przewodzie pokarmowym (Powierzchnia jelit to od 150 do 400 m2).

W 1 gramie treści jelita grubego znajduje się ok. 1 000 000 000 000 komórek mikroorganizmów reprezentujących ponad 400-500 różnych gatunków. Łącznie biomasa mikroorganizmów zasiedlających przewód pokarmowy wynosi 1-1,5 kg. Mikroflora jelitowa człowieka liczy prawdopodobnie 500-1000 gatunków, z których ok. 50% nie potrafimy hodować ex vivo.

Ze względu na liczebność mikroorganizmów, jelito grube jest najaktywniejszym metabolicznie narządem. Jego głównym zadaniem jest przetwarzanie resztek niestrawionych składników pokarmowych

Rodzaj produktów metabolizmu bakterii jelitowych ma istotny wpływ na zdrowie człowieka, np. produkty fermentacji sacharydów są dla człowieka korzystne, podczas gdy metabolity przemian białek są z reguły toksyczne.

Kolonizacja organizmu człowieka przez mikroorganizmy

• w macicy - embrion jest jałowy

• poród - nabywanie mikroorganizmów z dróg rodnych kobiety, rąk położnej, lekarza, skład mikroflory zależy od rodzaju porodu (naturalny lub cesarskie cięcie), poziomu higieny

• noworodek - nabywanie mikroorganizmów ze skóry okolic sutków karmiącej matki (dzieci karmione piersią mają inny układ mikroflory jelitowej niż karmione butelką - ok. 10 razy więcej bifidobakterii, mniej Clostridium i Enterococcus)

• małe dziecko - mikroflora stopniowo staje się podobne do mikroflory dorosłego człowieka. Pełna stabilizacja następuje między 3-7 rokiem życia.

W jelicie dzieci karmionych piersią znajdują się duże ilości paciorkowców mlekowych i pałeczek mlekowych. To tlenowe i beztlenowe G(+) nie wykazujące ruchu drobnoustroje (z rodzaju Bifidobacterium). Wytwarzają kwas z węglowodanów i znoszą środowisko kwaśne.

U dzieci karmionych sztucznie mikroflora jelit jest bardziej zróżnicowana, a pałeczki mlekowe nie występują w takiej przewadze, jak u dzieci karmionych piersią.

U zdrowej osoby dorosłej w żołądku znajdują się drobnoustroje docierające tu wraz ze śliną i pokarmem.

Silne zakwaszenie treści żołądkowej redukuje liczbę bakterii do minimum. Prawidłowy odczyn żołądka chroni przed zakażeniem niektórymi drobnoustrojami chorobotwórczymi jelit.

W dwunastnicy zdrowego człowieka znajduje się 10³-10⁶ komórek bakteryjnych w 1 g treści. W jelicie czczym i krętym jest ich 10⁵-10⁶/1g, a w jelicie ślepym i poprzecznicy 10⁸-10¹⁰/1g.

W bliższym odcinku jelita cienkiego przeważają pałeczki mlekowe i paciorkowce kałowe, a w dalszym odcinku jelita krętego i w jelicie ślepym skład flory jest zbliżony do składu flory kałowej. W esicy i prostnicy stwierdza się ok. 10¹¹ komórek bakteryjnych na 1 g, co stanowi 10-30% masy kału.

W okrężnicy 96-99% stałej flory bakteryjnej stanowią beztlenowce. Są to:

• Bacteroides zwłaszcza B. fragilis

• gatunki rodzaju Fusobacterium

• beztlenowe pałeczki mlekowe np. Bifidobacterium

• laseczki rodzaju Clostridium (C. perfringens)

• beztlenowe paciorkowce

Tylko 1-4% flory stanowią tlenowce:

• G(-) pałeczki jelitowe

• Paciorkowce kałowe

• Małe ilości pałeczek rodzaju Proteus i Pseudomonas

• Pałeczki mlekowe

• Candida

Bakterie jelitowe odgrywają ważną rolę w syntezie witaminy K, przemianach barwników i kwasów żółciowych, przyswajaniu składników odżywczych i produktów ich rozkładu.

Będąc jednocześnie antagonistami drobnoustrojów chorobotwórczych, zapobiegają ich osiedlaniu i rozwojowi w układzie pokarmowy człowieka.

Czynniki wpływające na skład mikroflory jelitowej:

region zamieszkania klimat nawyki kulturowe dieta antybiotyki, leki obce mikroorganizmy		układ immunologiczny nabłonek jelitowy soki trawienne enzymy kwasy żółciowe perystaltyka jelit pH jelit potencjał redox
	skład i metabolizm mikroflory jelitowej zależności ekologiczne (antagonizm, synergizm)

Korzystne efekty związane z obecnością mikroflory jelitowej:

• udział w metabolizmie kwasów żółciowych i cholesterolu

• tworzenie bariery dla bakterii chorobotwórczych

• stabilizowanie przepuszczalności śluzówki jelitowej

• regulacja proliferacji i różnicowania się komórek nabłonka jelita grubego (kolonocytów)

• działanie bakteriostatyczne i bakteriobójcze w stosunku do bakterii szkodliwych

Czynniki prowadzące do zakłócenia równowagi mikroflory jelitowej:

• terapia antybiotykowa

• terapia radiacyjna

• stres

• niewłaściwa dieta

• inne

Najważniejsze prozdrowotne bakterie to różne gatunki bakterii kwasu mlekowego z rodzaju Lactobacillus oraz z rodzaju Bifidobacterium (w skrócie bakterie LB). Tworzą one przeciwwagę dla bakterii szkodliwych lub potencjalnie szkodliwych (bakterii grupy coli lub gnilnych).

BAKTERIE PROBIOTYCZNE

Bakterie probiotyczne są praktycznie rzecz biorąc identyczne z bakteriami jelitowymi LB. Spożywanie fermentowanych napojów mlecznych nowej generacji oznacza wiec zwiększenie w jelicie grubym liczby bakterii typu LB, a tym samym wzmocnienie wspomnianej wyższej ochronnej bariery jelitowej lub przywrócenie jej stabilności m.in. poprzez:

• Adhezję bakterii probiotycznych czyli „przylepianie się” do śluzówki i w konsekwencji zmniejszenie szansy adhezji bakterii patogennych (chorobotwórczych),

• Inaktywację bakterii szkodliwych w tym także chorobotwórczych, dzięki zdolności do wytwarzania przez bakterie probiotyczne substancji działających hamująco, a nawet zabójczo w stosunku do bakterii szkodliwych (kwas mlekowy, nadtlenek wodoru)

Obniżenie liczny lub aktywności mikroflory szkodliwej oznacza jednocześnie zmniejszenie aktywności wytwarzanych przez nią enzymów, z których niektóre wykazują działanie rakotwórcze. Z badań wynika, że prowadzić to może do zmniejszenia ryzyka wystąpienia raka jelita grubego.

Należy również zaznaczyć, że fakt powstawania tych niekorzystnych zmian w składzie mikroflory jelitowej pogłębia się wraz z wiekiem, co wskazywałoby na celowość spożywania fermentowanych napojów mlecznych nowej generacji szczególnie przez osoby starsze.

Istnieje tendencja do wzbogacania fermentowanych napoje mlecznych pewnymi sacharydami - tzw. prebiotykami (np. fruktany występujące w cykorii i ich pochodne) stymulującymi rozwój bakterii jelitowych LB. Napoje zawierające zarówno probiotyki, jak i prebiotyki nazwano synbiotykami.

Probiotyki - preparaty lub produkty żywnościowe zawierające pojedyncze lub mieszane kultury żywych mikroorganizmów, które podane człowiekowi lub zwierzętom w odpowiednich ilościach, wywierają korzystny wpływ na ich zdrowie.

Określenie probiotyk jest zastrzeżone dla produktów lub preparatów, które spełniają następujące kryteria:

• Zawierają żywe komórki mikroorganizmów

• poprawiają stan zdrowia człowieka i zwierząt

• korzystny efekt wywierają w jamie ustnej bądź w przewodzie pokarmowym (podawane jako dodatki do żywności lub preparaty farmaceutyczne), w górnych drogach oddechowych (stosowany w postaci aerozoli) lub w przewodzie moczowo-płciowym (preparaty miejscowe).

Nazwa bakterie probiotyczne (z greckiego „pro bios” - dla życia) jest zastrzeżone dla żywych organizmów zdolnych do przeżycia w przewodzie pokarmowym o prozdrowotnych właściwościach, będąc wynikiem oddziaływania na skład i funkcje mikroflory jelitowej człowieka.

Aby szczep bakteryjny został uznany za szczep probiotyczny, musi sprostać wielu wymaganiom:

• powinien zostać bardzo dokładnie przebadany i opisany

• musi być poznane jego działanie po dostaniu się do organizmu człowieka

• powinien być bezwzględnie nieszkodliwy dla człowieka, a jego cechy muszą być stałe

• bardzo ważną cechą probiotyku jest jego tymczasowa obecność w przewodzie pokarmowym człowieka (jest on tylko gościem, który przybywa, pomaga człowiekowi i opuszcza organizm po określonym czasie).

Generacje mlecznych napojów fermentowanych:

I generacja	fermentacja spontaniczna, zapoczątkowana kwaszącą mikroflorą zakażającą mleko (wiele tysięcy lat temu)
II generacja	fermentacja w wyniku szczepienia bakteriami mlekowymi (około 1900 roku)
III generacja	fermentacja lub suplementacja jelitowymi bakteriami mlekowymi (około 1980 roku)
IV generacja	fermentacja bakteriami probiotycznymi o udokumentowanych cechach zdrowotnych (około 1990 roku)

Rodzaj Lactobacillus (pałeczki kwasu mlekowego)

Do rodzaju Lactobacillus należy ok. 110 gatunków występujących pospolicie na roślinach, błonach śluzowych i w mleku. Tworzą komórki proste o długości kilku µm, pojedyncze lub w łańcuszkach, nieruchliwe, gram+, katalazoujemne względnie beztlenowe; lepiej rosną w atmosferze wzbogaconej w 10% CO2. zależnie od gatunku zdolne są do wzrostu w zakresie temperatur od 10 do 55^C.

Gatunki stosowane w produktach i preparatach probiotycznych:

• L. acidophilus

• L. amylovorus

• L. casei

• L. ctispatus

• L. gasseri

• L. johnsonii

• L. paracasei

• L. plantarum

• L. reuteri

• L. rhamnosus

Aby probiotyk mógł spełnić swoje zadanie, czyli skolonizować się, a następnie chronić nasz układ pokarmowy, musimy zadbać o jego właściwe odżywianie.

Z pomocą przychodzą nam prebiotyki - nie poddające się trawieniu składniki pokarmowe, którymi odżywiają się bakterie probiotyczne. Najczęściej stosowanymi prebiotykami są rozpuszczalny frakcje błonnika pokarmowego - inulina i oligofruktoza, występujące w wielu roślinach, na przykład: pomidorach, cykorii, porach, cebuli, czosnku, szparagach, bananach, orzechach ziemnych. Badania wykazują, że obecność tych substancji w organizmie polepsza wchłanianie wapnia i magnezu z przewodu pokarmowego.

Prebiotyki - składniki żywności nie ulegające strawieniu przez enzymy jelitowe i które mogą korzystnie oddziaływać na organizm człowieka na drodze selektywnej stymulacji w okrężnicy, wzrostu i/lub aktywności jednego lub określonej liczby gatunków (szczepów) korzystnych dla zdrowia gospodarza bakterii.

Kryteria, które muszą spełniać substancje prebiotyczne:

• Nie mogą być hydrolizowane, ani wchłaniane w górnych odcinkach przewodu pokarmowego

• Muszą podlegać selektywnej fermentacji przez potencjalnie korzystne bakterie bytujące w jelicie grubym

• Muszą korzystnie modyfikować układ mikroflory jelita grubego

• Uzyskany efekt musi być korzystny dla zdrowia gospodarza.

Synbiotyki - mieszanina probiotyków i prebiotyków korzystnie wpływających na zdrowie człowieka poprzez poprawę przeżywalności i kolonizacji żywych mikroorganizmów w przewodzie pokarmowym, osiągniętą na drodze selektywnej stymulacji ich wzrostu i aktywności.

HIGIENA POMIESZCZEŃ ZAKŁADÓW GASTRONOMICZNYCH I GOSPODARSTW DOMOWYCH

Higiena produkcji żywności - tworzenie warunków zapewniających otrzymanie produktu zdrowego bezpiecznego, czyli charakteryzującego się właściwą jakością zdrowotną.

Stosowanie surowców dobrej jakości oraz utrzymanie wysokiej higieny urządzeń produkcyjnych, powierzchni roboczych czy opakowań jest warunkiem koniecznym do osiągnięcia właściwej czystości mikrobiologicznej produktów spożywczych, farmaceutycznych, kosmetycznych i innych podatnych na rozkład mikrobiologiczny.

W celu uzyskania dobrej jakości mikrobiologicznej swoich wyrobów producenci dążą do wprowadzenia systemów zapewnienia jakości, gwarantujących produkcję wyrobu o określonej i wyrównanej jakości przez cały czas trwania produkcji.

HACCP - analiza zagrożeń w krytycznych punktach kontrolnych

HACCP określa system krytycznych punktów kontroli ustalonych na podstawie przeprowadzonej analizy zagrożeń. W tym systemie prawidłowy stan mikrobiologiczny produktu osiąga się poprzez zapobieganie zagrożeniom w całym łańcuchu produkcji, począwszy od pozyskiwania surowców poprzez przetwarzanie, produkcję, pakowanie, przechowywanie, dystrybucję aż do momentu przekazania produktu konsumentowi.

Krytycznym punktem kontroli może być surowiec, miejsce, postępowanie, procedura lub operacja jednostkowa, w których należy podjąć działania kontrolne lub zapobiegawcze w celu wyeliminowania, zapobieżenia lub zminimalizowania zagrożeń wpływających na jakość gotowego produktu.

Surowiec powinien być objęty stałą kontrolą, ponieważ od jego jakości zależy jakość końcowego produktu.

Opakowanie może być również punktem krytycznym, jeżeli jest ono zanieczyszczone lub wykonane z nieodpowiednich materiałów.

Mycie urządzeń i sprzętu może być uznane za krytyczne punkt kontrolny w przypadku, gdy niewłaściwie przeprowadzone, będzie miało niekorzystny wpływ na mikrobiologiczną jakość produktu spożywczego.

Krytyczne punkty kontrolne powinny być objęte stałym nadzorem w ramach zakładowego programu sterowania procesem produkcyjnym.

Szczególna uwaga powinna także dotyczyć produkowania zgodnie z dobrą praktyką higieniczną (GHP), tj. wykluczenia możliwości wzajemnego krzyżowania się lub cofania dróg surowca, półproduktu i gotowego wyrobu we wszystkich etapach produkcji, zapewnienia dostępu czystego powietrza i uniemożliwienia dostępu zanieczyszczeniom z zewnątrz oraz zapewnienia odpowiednio niskich temperatur tam, gdzie jest to konieczne dla zachowania właściwej jakości i trwałości produktów. GHP obejmuje również dbanie o czystość wyposażenia, materiałów, wody i dotyczy także higieny personelu.

Zakłady przemysłu spożywczego powinny być samoistnym obiektem lub kompleksem nie połączonym z innym zakładem przemysłowym lub budynkiem wykorzystywanym do innych celów. Pomieszczenia produkcyjne powinny być wykonane z takich materiałów oraz w taki sposób, aby wykonane z takich materiałów oraz w taki sposób, aby utrudnione było gromadzenie się i rozwój mikroorganizmów, czyli np. posadzki, ściany i sufity powinny być gładkie, a wszystkie kąty zaokrąglone. Przede wszystkim pomieszczenia powinny być przystosowane do czyszczenia.

Sprzątanie - podstawowy zabieg, podczas którego usuwa się z powierzchni różne zanieczyszczenia (pozostałości bieżącej produkcji, kurz, brud), a w raz z nim drobnoustroje.

Prace porządkowe można podzielić na:

• Doraźne - czynności porządkowe wynikające z zabrudzenia …

• Codzienne - wykonywane pod koniec dnia i po każdej zmianie produkcyjnej, a czasami kilka razy dziennie (Mycie powierzchni produkcyjnych, Mycie maszyn i urządzeń, Porządkowanie pomieszczeń i stanowisk pracy, Usuniecie z pomieszczeń resztek produkcyjnych….)

• okresowe - wykonywane co 7-10 dni lub rzadziej (mysie ścian, podłóg, drzwi, lamp, parapetów, kratek ściekowych, syfonów przy zlewach, chłodziarek)

Główne etapy mycia i dezynfekcji:

• przygotowanie lub płukanie wstępne

• mysie właściwe

• płukanie

• dezynfekcja (np. suchą gorącą parą)

• suszenie

Na jakość mycia ma wpływ:

• działanie mechaniczne

• działanie chemiczne detergentów

• prędkość przepływu roztworu myjącego (ciśnienie)

• temperatura wody myjącej i płuczącej (białka - chłodniejsza, tłuszcz - cieplejsza)

• czas mycia

Dezynfekcja - proces zabicia wszystkich form wegetatywnych drobnoustrojów chorobotwórczych i niechorobotwórczych za pomocą środków chemicznych i fizycznych (gorąca woda, para lub promienie UV).

Mikrobiologiczne metody kontroli skuteczności mycia i dezynfekcji:

• Wymazy

• Sedymentacja (ocena czystości powietrza)

• Wypłukiwanie (ze zbiorników, rur)

• Odciski agarowe

Higiena personelu produkcyjnego

W zakładzie ważne jest określenie:

• Zakresu badań lekarskich i ich częstotliwości

• Zasad korzystania z toalet, spożywania posiłków i napojów, palenia tytoniu

• Wymagania związane z rodzajem i częstotliwością zmiany używanej odzieży roboczej

• Trybu szkoleń związanych z higieną osobistą pracowników i higieną produkcji oraz ich dokumentacją.

Higiena rąk pracowników przemysłu spożywczego wymienia się na pierwszym miejscu zasad dobrej praktyki produkcyjnej (GMP).

Bakterie zasiedlające skórę zaliczane są do mikroflory przejściowej i osiadłej.

Mikroflora przejściowa pochodzi z przetwarzanego surowca, z powierzchni różnych przedmiotów lub niehigienicznego korzystania z urządzeń sanitarnych. Są to przeważnie pałeczki z grupy coli, paciorkowce kałowe i gronkowce koagulazo-dodatnie.

Mikroflora osiadła - ziarniaki i gronkowce koagulazo-dodatnie przebywające na powierzchni skóry, jak również w szczelinach skóry i zachyłkach gruczołów łojowych.

Odpowiednia technika mycia rąk jest podstawowym elementem procedury dekontaminacji rąk, ważniejszym nawet niż rodzaj stosowanego środka dezynfekującego.

Odzież ochronna powinna być wykonana z tkaniny bawełnianej, które za względu na chropowatą strukturę, silnie wiąże drobnoustroje (aby nie przenosić mikroflory do innych działów produkcyjnych i nie powodować wtórnej infekcji gotowego produktu).

Badania lekarskie:

• Wstępne - przy podejmowaniu pracy

• Okresowe - nie rzadziej niż co 12 miesięcy

• Ze względów zdrowotnych - w przypadku wystąpienia dolegliwości chorobowych mogących sugerować czerwonkę lub salmonellozę

• Ze względów epidemiologicznych - w przypadku epidemii i ognisk zakaźnych chorób jelitowych i zatruć pokarmowych związanych z działalnością zakładu.

Przy pracach związanych z bezpośrednim kontaktem z żywnością nie mogą być zatrudnione osoby dotknięte:

• Chorobą zakaźną

• Gruźlicą płuc

• Zakaźnymi chorobami skóry, ropnymi zmianami

• Schorzeniami które mogą utrudniać utrzymanie higieny osobistej

• Stanami chorobowymi przebiegającym iż przewlekłymi biegunkami, przetokami kałowymi i układu moczowego

• Uczuleniami na środki spożywcze

• Nosicielstwem bakterii schorzeń jelitowych (pałeczek duru brzusznego lub czerwonki)

człowiek

czynniki środowiskowe

ekosystem jelitowy

wiek

płeć

stres

choroby

---