Mikrobiologia

Endospory (formy przetrwane)

• wyjątkowa ciepłooporność – giną tylko podczas sterylizacji;

• twory silnie załamujące światło – zajmują 1/10 objętości komórki;

• zdolność do tworzenia endospor pozwala na izolację bakterii ze środowiska;

Bakterie przetrwalnikujące (rys.)

Sporosarcina-ziarniaki; Sporolactobacillus-grupa bakterii mlekowych; Clostridium ?-beztlenowce, K(+); Bacillus-tlenowce,względne tlenowce, K(+).

Tworzenie endospor

• powstają wewnątrz komórki bakteryjnej kosztem energii z materiałów zapasowych:

• kwas poli-beta-hydroksymasłowy u tlenowców

• granuloza u beztlenowców

• cecha charakterystyczna-obecność DPA w protoplaście endospory

Kwas dipikolinowy (DPA) wiąże jony Ca i powstaje dipikolinian wapnia, który może stanowić 10-15% endospory.

Etapy powstawania endospor (patrz rys.0017)

• Septum oddziela nowa zreplikowana DNA i część cytoplazmy

• Błona kom zaczyna otaczać Dna i cytoplazmę

• Formowanie prespory?

• Formowanie warstwy .............?

• Formowanie endospory

• Uwolnienie endospory

Czynniki inicjujące sporulację

• Brak substancji odżywczych w podłożu

• Nagromadzenie produktów przemiany materii

• Umieszczenie komórek wegetatywnych w wodze destylowanej

• Szok termiczny (np.. krótkie ogrzewanie w 100*C)

Czas powstawania przetrwalnika wynosi ok.7h-następuje wzrost zawartości Ca, kwasu DPA, wzrasta oporność na wysoką temperaturę.

Właściwości dojrzałych endospor

• Zostają uwolnione do środowiska po autolizie komórki wegetatywnej;

• Nie wykazują dostrzegalnego metabolizmu;

• Zwierają ok.15% wody;

• Są oporne na:

-ogrzewanie (proporcjonalnie od zawartości kwasy DPA)

-promieniowanie (wynik obecności w osłonie białka bogatego w cysteinę)

-czynniki chemiczne (nieprzepuszczalność osłon dla wielu zw. Chem.)

• Długa przeżywalność:

-200-300 lat, a nawet 1000;

-miliony lat w temp – 273*C

Kiełkowanie przetrwalników:

• Pobieranie wody, pęcznienie endospory, utrata suchej masy;

• Obecność składników odżywczych;

• Wzrost intensywności oddychania;

• Wydzielanie DPA do środowiska;

• Utrata s.m. spory 25-30%;

• Spadek ciepłooparności;

Rozmnażanie bakterii

• Jest to prosty podział komórki zwany rozszczepieniem;

• Z jednej komórki macierzystej powstają, po wytworzeniu poprzecznej błony, dwie komórki potomne.

• Podział nukleoidu i wytworzenie przegrody (przewężenie i odciaganie).

Fizjologia drobnoustrojów

• Czynności życiowe

  • Odżywianie

  • Oddychanie

  • Wzrost (ruch, rozmnażanie)

Metabolizm (przemiana materii)

Całokształt przemian biochemicznych zachodzących w komórce

• Katabolizm-degradacja substancji złożonych do prostych;

• Amfibol izm –metabolizm pośredni do kwasów organicznych i estrów fosforanowych

• Anabolizm-powstawanie związków złożonych z prostych

Odżywianie

-Ze względu za źródło węgla

• Autotrofy (organizmy samożywne)

Ze względu na źródło energii:

• Fotoautotrofy

• Chemoautotrofy

• Heterotrofy (organizmy cudzożywne)

  • Prototrofy

  • Auksotrofy

-ze względu na źródło elektronów w procesie biosyntezy:

• Litotrofy

• Organotrofy

• Fotolitoautotrofy

• Chemolitoautotrofy

• Chemoorganoheterotrofy

• Miksotrofy

Zawartość biopierwiastków w komórkach drobnoustrojów

28 pierwiastków w tym:

• Węgiel – 50%

• Tlen – 20%

• Azot – 14%

• Wodór – 8%

• Fosfor- 3%

• Siarka – 1%

• Potas – 1%

• Wapń – 0,5 %

• Magnez – 0,4%

• Żelazo – 0,2 %

Jedność w biochemii:

• Uniwersalność ATP jako podstawowego kwantu energii biologicznej;

• Uniwersalność kodu genetycznego (4 nukleotydy, których sekwencja decyduje o rodzaju białka)

• Uniwersalność szlaku degradacji cukrów i łańcucha oddechowego (główne szlaki metaboliczne są prawie identyczne u wszystkich żywych organizmów)

Podział mikroorganizmów

Ze względu na pochodzenie przyswajanego źródła węgla:

• Saprofity

• Pasożyty

  • Względne

  • Bezwzględne

Cel pobierania pokarmu

• Dostarczanie materiałów budulcowych

• Dostarczanie energii niezbędnej d budowy struktur komórkowych

Większość drobnoustrojów to heterotrofy saprofityczne.

Systemy pobierania pokarmu

• Bierny

  • Dyfuzja

  • Osmoza

• Czynny

  • Wbrew gradientowi stężeń

Drobnoustroje mogą pobierać tylko substancje drobnocząsteczkowe.

Dyfuzja i transport aktywny (rys. 0032)

Endocytoza (rys. 0034)

• Szczególny rodzaj transportu przez błonę kom., która tworzy pęcherzyk

  • Fagocytoza

  • Pinocytoza

Rola i rodzaje enzymów

Enzymy służą do rozbicia makromolekuł do związków drobnocząsteczkowych, tak aby mogły zostać przetransportowane do wnętrza komórki i przyswojone.

• Proteazy (białko)

• Lipazy (tłuszcze)

• Amylazy (alfa i beta-skrobia)

• Pektynazy (pektyny)

• Celulazy (celuloza)

Cechy enzymów (rys.0038)

• Biorą udział w procesach cyklicznych

  • Wchodzą w połączenia z substratem tworząc kompleks E-S

• Skuteczne w bardzo małych ilościach

• Wskazują wyraźną specyficzność działania

  • Dla każdej specyficznej reakcji potrzeba określonego enzymu

• Są tworzone przez organizmy żywe

Szybkość reakcji enzymatycznych:

Zależy od:

• Temperatury (inaktywacja >50*C)

• pH (opt.5,0-8,0)

• stężenia reagujących substratów

• stężenia enzymów

Zablokowanie enzymu (rys.0041)

Inhibitory to substancje podobne do substratu blokujące centrum aktywne enzymu

• inhibicja współzawodnicza

• inhibicja niewspółzawodnicza

Budowa enzymu

• apoenzym-część białkowa

• koenzym-część niebiałkowa luźniej związany z apoenzymem

• grupa prostetyczna-składnik niebiałkowy silnie związany z apoenzymem

Holoenzym = apoenzym + koenzym (lub grupa prostetyczna)

Podział enzymów na 6 klas:

• oksydoreduktazy

• transferazy

• hydrolazy

• liazy

• izomerazy

• ligazy

Oksydoreduktazy:

• Katalizują reakcje utleniania i redukcji (związane z przenoszeniem elektronów i wodoru)

• Biorą udział w procesach oddychania i fermentacji

• Dzielimy je na

  • Oksydazy

  • reduktazy

  • oksygenazy

  • hydrolazy

  • peroksydazy

  • dehydrogenazy (umożliwiają przenoszenie wodoru z donora na akceptor)

donor-H₂+akceptor = donor + akceptor-H₂

Transferazy

Katalizują reakcje przenoszenie grup chemicznych z jednego związku na inny np.

• -CH₃(metylotransferazy)

• -COOH (karboksytransferazy)

• -NH₂ (aminotransferazy)

• -P (fosfotransferazy)

Hydrolazy

• Odpowiadają za reakcje hydrolizy tj. przebiegające przy udziale wody, hydrolityczny rozkład związków wysokocząsteczkowych:

• Esterazy

• Lipazy

• Fosfatazy

• Amylazy

• Są odpowiedzialne za psucie się żywności

• Mogą być pochodzenia mikrobiologicznego lub naturalnego

• Przekształcają związki trudno rozpuszczalne w wodzie w dobrze rozpuszczalne

Liazy

• Katalizują odłączanie grup chemicznych bez udziału wody np.Dekarboksylaza pirogronianowa

CH₃-CO-COOH CO₂+ CH₃-CHO

• przy ich udziale wydziela się woda lub ditlenek węgla

Izomerazy

• katalizują reakcje przegrupowań wewnątrz cząsteczki np.

  • izomeraza glukozo-6-P

Glukozo-6-P Fruktozo-6-P

• Izomeraza triozofospofanowa

Gliceraldehydo-3-Pfosforan dihydroksyacetonu

Ligazy

• Katalizują łączenie cząsteczek w związki.

• Reakcjie te przebiegają przy udziale ATP,gdyż wymagają dostarczenia energii z zewnątrz.

Lokalizacja enzymów w komórce:

• Błona cytoplazmatyczna

• Jądro komórkowe

• Rybosomy

• Mitochondria,mezosomy

Miejsca działa enzymów

• Endoenzymy-wewnątrzkomórkowe

• Egzoenzymy (na zewnątrz komórki) – związane ze strukturą ściany komórkowej

Oddychanie

Rola-dostarczanie energii dla organizmów żywych (heterotrofów)

Źródła węgla:

• Cukry

• Białka

• Tłuszcze

• Węglowodany

• Związki aromatyczne

• Związki heterocykliczne

Oddychanie

Oddychanie to preces utleniania biologicznego związków wysokozredukowanych (glukozy) do CO₂ i H₂O

Utlenianie to:

• Przyłączanie tlenu

• Oddanie elektronów

• Odłączenie wodoru

Utlenianie biologiczne

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ 6 CO₂ + 6 H₂O + E

Substrat-H₂ NADH₂ FADH₂ koenzym Q? System cytochromowy oksydaza cytochromowa H₂Tlen H₂O

Typy oddychania komórkowego (rys.0055)

• Tlenowe

  • Akceptorem wodoru jest tlen

• Beztlenowe (fermentacja mlekowa,alkoholowa)

  • Akceptorami wodoru są związki organiczne: kwas pirogronowy i aldehyd octowy

Oddychanie (rys.0056)

Glikoliza (rys.0057)

Wspólnym etapem dla oddychania tlenowego i beztlenowego jest proces glikolizy

• 11 reakcji katalizowanych przez odpowiednie enzymy

• Oddychanie tlenowe: 1 mol glukozy -36 moli ATP

• Oddychanie beztlenowe 1 mol glukozy – 2 mole ATP

......

Pomiar ilości mikroorganizmów

• Metody bezpośrednie (mikroskopowe)

  • Liczenie w komorach np. Thoma

• Metody pośrednie (hodowlane)

  • Rozcieńczeń

  • Płytkowa

  • Filtracji membranowej

• Metody pomiaru ilości biomasy

  • Wagowe

  • Optyczne

    • Turbidymetryczna

    • Nefelometryczna

Rodzaje hodowli

• Okresowa –zamknięty cykl rozwoju populacji do wyczerpania składników odżywczych

• Ciągła –stałe w czasie zasilanie strumieniem świeżj pożywki z równoczesnym odprowadzeniem hodowli z reaktora

• Synchronizowana-do specjalnych celów badawczych, wszystkie komórki w takiej samej fazie wzrostu

• Hodowle beztlenowców

  • Fizyczne

  • Chemiczne

  • Biologiczne

Krzywa wzrostu populacji (2 rys 0033)

Faza spoczynkowa (przygotowawcza,lag-faza)

Rozpoczyna się w momencie wnikniecia drobnoustrojów do środowiska

• Liczba komórek nie zwiększa się

• Adaptacja do środowiska

• Następuje powiększenie masy komórek

• Końcem gazy jest moment pierwszego podziału

Faza-wykładnicz (wzrostu logarytmicznego, log-faza)

• Szybkość rozmnażania jest stała i maksymalna

• Najintensywniejszy przyrost liczby komórek

• Czas trwania zalezy od czynników środowiskowych, właściwości drobnoustrojów i sposobu prowadzenia hodowli

• Czas generacji jest minimalny

  • Bakterie 15-60 min

  • Drożdże 90-120 min

Faza opóźnienia (starzenia się populacji)

• Następuje zwolnienie tempa przyrostu biomasy i czas jednej generacji wydłuża się

• Wzrasta liczba komórek martwych

  • Znaczny ubytek substratu

  • Nagromadzenie się toksycznych

Pod koniec fazy liczba komórek w populacji osiąga wartość maksymalną.

Faza stacjonarna (zastoju)

Wzrost populacji ulega zahamowaniu

• Liczba komórek utrzymuje się na stałym poziomie (równowaga między liczbo komórek żywych i martwych)

• Następuje zużywanie materiałów zapasowych (ubytek substratów w podłożu)

Faza letalna (obumierania zwolnionego i logarytmicznego)

• Następuje sukcesywna śmierć populacji pod wpływem niekorzystnych warunków środowiskowych

• Wymieranie rozpoczyna się od komórek biologicznie najsłabszych

• Przyrost liczby komórek martwych i form inwolucyjnych

• Ostatni etap-stała w czasie szybkość zamierania

Znaczenie faz wzrostu

• Znajomość czasu trwania jednej generacji bakterii w określonych warunkach stanowi podstawę do przewidywania trwałości produktu np. . do zepsucia surowca rybnego (początkowo zanieczyszczonego przeciętną liczbą bakterii) potrzeba 20 generacji.

• Czas konieczny do ich powstania jest okresem trwałości produktu

• Najkrótsze fazy: spoczynkowa, przyspieszenia, opóźnienia

• Szczególne znaczenie mają dwie fazy wzrostu

  • Lag faza (spoczynkowa)

  • Log faza (logarytmiczna)

Faza spoczynkowa (lag-faza)

• W celu uchronienie żywności przed zepsuciem należy dbać o to, aby drobnoustroje, które dostały się do niej utrzymać jak najdłużej w fazie spoczynkowej

• Surowce pochodzenia zwierzęcego i roślinnego można np. schłodzić, zamrozić

• Zastosowanie konserwantów wydłuża fazę spoczynkową nawet na wiele lat

Faza logarytmiczna (log faza)

Wydłużenie log fazy pożądane jest w technologiach, w których drobnoustroje wytwarzają określone metabolity:

• Drożdżownictwo

• Winiarstwo

• Browarnictwo

• Mleczarstwo

Zjawisko diauksji

• 2 fazy zastoju

• 2 różne substraty w podłożu

Drobnoustroje a środowisko

Czynniki wewnętrzne wpływające na drobnoustroje

• Minimalne rozmiary i ciężar ciała przy dużej powierzchni swoistej (Duzy stosunek P/V)

• Zdolność do wytwarzania form przetrwanych

Czynniki zewnętrzne

• Fizyczne

  • Temperatura

  • Ciśnienie mechaniczne

  • Ciśnienie osmotyczne

  • Promieniowanie

  • Ultradźwięki

• Chemiczne

  • Zawartość tlenu w środowisku

  • pH środowiska

  • obecność metabolitów własnych i obcych

  • antybiotyki, antyseptyki, fitoncydy

• biologiczne

  • wzajemne relacje między drobnoustrojami

  • wpływ wirusów i bakteriofagów

Temperatura

Jeden z najistotniejszych czynników wpływających na wzrost i przeżywalność organizmów.

• Podwyższenie temperatury przyspiesza reakcje enzymatyczne zachodzące w komórce oraz zwiększa szybkość wzrostu

• Podwyższenie temperatury może doprowadzić do nieodwracalnej inaktywacji i degradacji składników komórki wrażliwych na wysoką temperaturę

Wymagania temperaturowe drobnoustrojów

Temperatury kardynalne

• Minimalna

• Optymalna

• Maksymalna

Zakres temperatur pomiędzy najniższą i najwyższą temperaturą określa się zwykle jako zakres rozmnażania.

Wpływ temperatury

• Max i min wyznacza granicę wzrostu, co nie jest jednoznaczne ze śmiercią komórki

• Poniżej temperatury min

  • Krzepnięcie membrany cytoplazmatyczne

  • Spowolnienie procesów transportu

• Powyżej temp max

  • Denaturacja białek wewnątrzkom.

  • Uszkodzenia błony cytoplazmatyczne

Psychrofile

(drobnoustroje zimnolubne, tolerujące zimno, briofile, termofoby)

• Min. -10-0*C

• Opt. 10-15*C

• Max. 20-30*C

Wzrost psychrofili i psychrotrofów w niskich temperaturach:

Jest uwarunkowany:

• Zdolnością działa enzymów katalizujących reakcje metaboliczne w tych temperaturach

• Obecnością w błonie cytoplazmatycznej zwiększonej zawartości nienasyconych kwasów tłuszczowych

• Zdolnością wytworzenia zestawu białek o nazwie

  • Białka szoku zimna (CSP,ang.cold shock proteins) oraz

  • Białka szoku termicznego (HSP,ang. Heat shock proteins)

Różnicuje się je na:

• Psychrofile

• Temp. optymalna ok. 15*C,

• Temp. max ok. 20*C

• W temp. 0-7*C dają wyraźny wzrost po 7 dobach lub

• w temp 0*C dają wyraźne kolonie po 14 dniach

• Psychrotrofy

• Mogą rosnąć w temp. 5*C bez względu na ich optymalną temp wzrostu, która jest < 20*C

Bakterie psychrofilne

Flavibacterium,Vibrio,Pseudomanas,Chromobacterium,Bacillus,Micrococcus

Grzyby psychrofilne

Drożdże: Candida,Rhodothorula,Pichia

Pleśnie: Cladosporium,Botritis,Geotrichum

Znaczenie psychrofili i psychrotrofów

• W biotechnologii

Enzymy drobnoustrojów wykorzystuje się:

• Do utylizacji zanieczyszcze,ń w zimnych środowiskach

• Jako składniki proszków o prania (pranie na zimno)

• W technologii żywności

  • Wywierają niekorzystny wpływ na jakość i trwałość żywności przechowywanej w chłodniach

  • Są przyczyną zatruć pokarmowych

Mezofile – wymagania temperaturowe

• Żyjąc w środowiskach o temp. Umiarkowanej (20-40*C)

• Dla wielu środowiskiem o optymalnej temp. wzrostu jest człowiek (patogeny)

• Min. 10-15*C

• Opt. 20-37*C

• Max. 35-50*C

Drożdże mezofilne

• Drożdże:Saccharomyces

• Pleśnie:Aspergillus,Penicilium

Znaczenie drobnoustrojów mezofilnych

• Kultury starterowe w produkcji żywności fermentowanej

• Do produkcji

  • Enzymów, antybiotyków

  • Kwasów organicznych

  • Dodatków do żywności

• Gatunki patogenne odpowiedzialne za zatrucia pokarmowe

Termofile

• Organizmy ciepłolubne odznaczające się wysoką temp optymalną i max wzrostu

• Min 40*C

• Opt. 50-65*C

• Max70*C

• Hipertermofile

• Opt.>80*C

Wzrost termofili

Zdolność wzrostu w wysokich temp

• Niezwykła oporność białek enzymatycznych i strukturalnych na denaturację termiczną

  • Przyspieszona resynteza

  • Sztywniejsza II i III rzędowa struktura białek enzymatycznych

  • Większa zdolność do wiązania jonów metali

  • Dziedziczna ciepłooporność białek komórkowych

• Odpowiedni skład chemiczny błony cytoplazmatycznej

  • Wiecej lipidów o wyższej temp. topnienia i więcej nasyconych kwasów tłuszczowych

  • Większa zawartość G iC –wieksza ciepłooporność bakterii G(+)

Drobnoustroje termofilne

• Bakterie G(+) przetrwalnikujące (Bacillus,Clostridium)

• Bakterie G(+) nieprzetrwalnikujące (lactobacillus.sarcina)

• Pleśnie (Aspergillus,fumigatus)

• Promieniowce (thermomonaspora)

• Brak gatunków drożdży i bakterii G(-)

Znaczenie drobnoustrojów termofilnych

• Enzymy jako składniki proszków do prania

• Kultury starterowe do produkcji jogurtów (Streptococcus thermophilus,Lactobacillus bulgaricus)

• Produkcja kwasu mlekowego (Lactobacillus delbruecki)

• Grzyby-samozagrzewanie się zboża,siana

• Ciepłooporne bakterie przetrwalnikujące-wyznaczniki parametrów sterylizacji konserw

Wpływ temperatur na przeżywalność drobnoustrojów

• Temperatury wysokie

Termiczna inaktywacja drobnoustrojów następuje po przekroczeniu max temp wzrostu po osiągnięciu tzn. minimalnej temp letalnej

• Temperatury niskie

Zakres temp niskich, w których dorboustroje mogą przezywać, tzw. Temp subminimalne, jest praktycznie ograniczony

Efekt letalny

• Specyficzna ciepłoopornośc drobnoustrojów

• Wysokość temp i czas jej działania

• Stan fizjologiczny komórek

• Fizyczne i chemiczne właściwości środowiska

Krzywa przeżycia populacji (1rys.0068)

• Czas decymalnej (dzisiętnej) redukcji (D)

• Wartość D jest miarą ciepłooporności drobnoustrojów

• Wyznacza czas potrzebny w danej temp do redukcji żywych komórek w populacji o 90%

Krzywa czasy śmierci cieplnej (02 rys 0069)

• TDT (thermal Heath time)

Okres potrzebny do zabicia danej populacji w określonej temp.

• Z-współczynnik ciepłoodporności –określa wzrost temp, kótry jest potrzebny do skrócenia czasu decymalnej redukcji o 90%

• TDP (thermal Heath poin)

Temp zabijająca daną hodowlę w określonym czasie

Ciepłooporność drobnoustrojów

• Stan fizjologiczny

• Skład chemiczny środowiska

• Temperatura hodowli

• Zawartość wody w komórkach

• Aktywnośc wody w środowisku

• Obecność soli mineralnych, lipidów, białek i sacharydów

• pH środowiska

Stan fizjologiczny i skład chemiczny środowiska

• bardziej wrażliwe

  • młode komórki z log fazy

  • młode aktywne przetrwalniki

  • im podłoże uboższe w składniki

• wyższe temperatury rozwoju, wyższa oporność cieplna komórek

  • Eneterococcus faecalis-D₆₀5x dłuższy

  • Geobacillus stearothermophilus-D₁₁₅2x dłuższy

• Zawartość wody w środowisku

• Komórki o dużej zawartości wody łatwiej ulegają zniszczeniu

• Wzrost a_w w środowisku-spadek ciepłooporności

• Obecnośc soli mineralnych

  • Sole kationów jednowartościowych-zmniejszenie ciepooporności przetrwalników

  • Sole kationów dwuwartościowych podwyższenie oporności cieplnej

Podział drobnoustrojów

Pod względem wrażliwości na temperatury subminimalne ujemne

• Przezywające mrożenie i rozmrażanie

• Niewrażliwe na zamrażanie, ale wymierające w czasie przechowywania w stanie zamrożonym

• Wrażliwe na zamrażanie w wymierające w czasie przechowywania w stanie zamrożonym

• Nie przeżywające procesu mrożenia, niezależnie od warunków środowiskowych

Przeżywalność komórek w temperaturach ujemnych

• Gatunek drobnoustrojów

  • G(+) mniej wrażliwe niż G (-)

• Stadium rozwoju

  • Komórki z log fazy bardziej wrażliwe

• Skład chemiczny środowiska

  • Mleko, bulion, serwatka, cukry, aminokwasy

• Szybkość i końcowa temperatura zamrażania i rozmrażania

  • Większa przeżywalność przy szybkim zamrażaniu

Wpływ ciśnienia mechanicznego

• Zahamowanie wzrostu

  • Większości bakterii 60 MPa

  • Drożdże – 0,8 MPa

• Wzrost

  • Piezofile (barofile) – 0,1-40 MPa

  • Hiperpiezofile –najwyższa szybkość wzrostu > 60 MPa

3 grupy wrażliwości na wysokie ciśnienie hydrostatyczne (hiperbaria)

• G(-) bakterie – inaktywacja > 300MPa

  • Pseudomonas fluorescens, Ps aeruginosa, E coli, Acetobacte aceti

• Grzyby-inaktywacja > 400MPa

  • Rhizopus oryzae,Sacharomyces cerevisiae,Candida utilis

• Bakterie G(+) – inaktywacja > 600 MPa

  • Lactococcus lactis, Staphylococcus aureus,Enterococcus faecalis

Szczególnie oporne przetrwalniki bakterii I zarodniki grzybów

• Hipobaria (silnie obniżone cisnienie hydrostatyczne)

• Nawet głeboka próżnia nie stanowią większego zagrożenia dla komórek wielu grzybów i bakterii

• Bacillus,Micrococus,Sarcina-10^-8,10^-10 mm Hg-72 h

• Zastosowanie próżni I jednnoczesne obniżenie temp-zwiększenie oporności drobnoustrojów

Wpływ pH środowiska

• Neutrofile (większośc barkterii)

  • Optymalny wzrost w pH 6,0-7,5

• Acydofile (bakterie fermentacji octowej, mlekowej,siarkowe,Saccharomyces,Aspergillus,Penicilium)

  • Optymalny wzrost w pH 2-5

  • pH > 9,0

• Alkalofile (Vibrio cholerae, Enterococcus faecalis, Nitrosomonas, Nitrobacter)

  • Optymalny wzrost w pH 8-11

  • pH > 9,0

Znaczenie pH wzrostu

• zakwaszenie żywności (fermentacja,dodatek kwasów organicznych) do pH 4 umożliwia zahamowanie wzrostu wielu drobnoustrojów, w tym chorobotwórczych

• wartości pH środowiska może wpływać na kierunke działalności drobnoustrojów:

  • Sacch.cerevisiae przy pH 4,5 produjkują etanol,pH 8,5-glicerol

  • Aspergillus Niger przy pH 2,0 produkuje kwas cytrynowy, pH 7,0 kwas szczawiowy

Wpływ pH na termiczną inaktywację drobnoustrojów

• Najbardziej oporne są mikroorganizmy w optymalnym Ph

• D dla Clostridium botulinum (temp 120*C)

  • pH 7 0,51 min

  • pH 5 0,26 min

  • pH 4 0,12 min

Wpływ ciśnienia osmotycznego

Ciśnienie osmotyczne to ciśnienie związków chemicznych rozpuszczonych w rozpuszczlniku (wodzie)

π=nRT (roztwór 1mol-22,4 at)

• ciśnienie osmotyczne w komórkach: 3-6 at

• drożdże osmofilne (np. Zygosaccharomyces rouxii) -70 at

Typy roztworów (2 rys 0112)

• hipertoniczny - >3 at – plazmoliza

• izotoniczny – ok.3 at. – równowaga osmotyczna (sól fizjologiczna, płyn Ringera)

• hipotoniczny - < 3 at – plazmoptyza

Plazmoliza

• proces tracenia wody w komórce w roztworze hipertonicznym

• nastepuje obkurczanie cytoplazmy i obstawianie od ściany komórkowej

• proces zachodzący wyłącznie w komórki roślinnych

Sól i cukier jako konserwanty

• 1m NaCl: 22,4 at

  • 1% NaCl: 6,1 at

• 1m sacharoza: 22,4 at

  • 1%sacharoza: 0,6 at

• Ciśnienie osmotyczne 1% NaCl jest prawie 10x wyższe niż 1% sacharozy, ponieważ sól ma niższą masę cząsteczkową i ulega dysocjacji

• Działanie soli

  • Odciągnięcie wody zarówno z powierzchni żywności jak i komórek mikroorganizmów (plazmoliza zahamowanie rozwoju śmierć)

• Zastosowanie soli i cukru należy do osmoaktywnych metod utrwalania żywności

  • Sacharoza ok.60%

  • NaCl ok. 20%

..

.................................................

Ekosystem (3 rys. 0054)

• Zespół organizmów zamieszkujących środowisko oraz ich otoczenie (czynniki fizyczne i chemiczne)

• Biocenoza-zespół organizmów żywych w ekosystemie

• Ekologia mikroorganizmów zajmuje się :

  • Wzajemnymi zależnościami pomiędzy drobnoustrojami a środowiskiem ich występowania oraz

  • Zależnościami pomiedzy samymi mikroorganizmami

• Zależności między środowiskiem a mikroorganizmami nie są jednokierunkowe

  • Środowisko kształtuje skład biocenozy

  • Drobnoustroje zmieniają środowisko

Wzajemne relacje między drobnoustrojami

• System Oduma

  • Neutralizm

  • Komensalizm

  • Protokooperacja

  • Symbioza

  • Antagonizm

• Oddziaływanie bezpośrednie

  • Symbioza

  • Pasożytnictwo

  • Drapieżnictwo

• Oddziaływanie pośrednie (poprzez środowisko)

  • Neutralizm

  • Komensalizm

  • Protokooperacja

  • Konkurencja

  • Amensalizm

Naturalizm

Określa stosunki obojętne, współbytowanie populacji układa się na harmonijne, żadna z nich ani nie szkodzi ani nie pomaga drugiej (brakuje współdziałania).

Komensalizm (współbiesiadnictwo)

Dwie różne populacje żyją obok siebie z tym że jedna czerpie z tego korzyści, natomiast dla drugiej jest to zupełnie obojętne.

Protokooperacja

Dwa gatunki żyją obok siebie, wzajemnie się uzupełniają, mogą jednak rozwijć się niezależnie od siebie.

Symbioza

• Ektosymbioza - jeden z partnerów jest poza komórkami drugiego

  • Ziarna kefirowe

  • Bakterie tlenowe i beztlenowe w glebie

  • Porosty

  • Rośliny motylkowe i bakterie G (-)

  • Bakterie w żwaczu

  • Mikroflora skóry człowieka

• Endosymbioza - jeden z partnerów występuje w komórkach drugiego

  • Bakterie, grzyby niższe w ciele owadów

  • Chloroplast, mitochondria – prokariotyczne endosymbionty ?

Antagonizm

Zależność pomiędzy populacjami, kiedy aktywność jednej z nich jest szkodliwa dla drugiej.

• Konkurencja

• Amensalizm

• Pasożytnictwo

• Drapieżnictwo

Konkurencja(współzawodnictwo)

Dwaj partnerzy konkurują o deficytowy czynnik środowiska i jeden z nich przegrywa w walce.

Amensalizm

Rozwój jednej populacji jest hamowany przez toksyny drugiej. Jeden gatunek (amensal) oddziałuje niekorzystnie na drugi gatunek, sam nie podlegając jego wpływowi.

Pasożytnictwo

Jeden organizm żywi się płynami ustrojowymi lub komórkami innych organizmów.

Odziałuje niekorzystnie, jednocześnie nie może bez nich przetrwać.

• Pasożyty fakultatywne (względne)

• Pasożyty obligatoryjne (bezwzględne)

• Nadpasożytnictwo

Drapieżnictwo

Jeden organizm żywi się komórkami drugiego. Występowanie drapieżcy i ofiary.

Metabioza

Następstwo organizmów po sobie. Jedne drobnoustroje przygotowują warunki do rozwoju innych.

Naturalne psucie się mleka (owoców, piwa, wina)

Wydzielanie ciepła

Termogeneza - wydzielanie ciepła przez rozwijające się bakterie mezofile w odpowiednio wilgotnym i izolowanym termicznie środowisku stwarza warunki do rozwoju bakterii termofilnych.

Obniżenie potencjału redox

Bakterie tlenowe obniżają potencjał redox, doprowadzają do stworzenia warunków dla rozwoju bakterii beztlenowych.

Zmiana pH środowiska

• Alkalizacja środowiska

• Zakwaszenie środowiska

Wpływ mikroorganizmów na środowisko

• Rosliny (producenci)

  • Wykorzystują energię słoneczną do wytworzenia materii rganicznej CO₂

• Zwierzęta (konsumenci)

  • Budują własne ciało z pierwotnej biomasy

• Drobnoustroje (czynniki dedegradacyjne)-reducenci

Obieg węgla (3 rys 0072 i 73)

Udział mikroorganizmów w obiegu węgla to najważniejsza rola jaką odgrywają w podtrzymaniu życia na Ziemi.

Dokonują one mineralizacji zw organicznych węgla wytworzonych w czasie fotosyntezy i tym samym utrzymują równowagę tego pierwiastka w przyrodzie.

Obieg azotu (rys)

• 78% powietrza dostępny tylko dla mikroorganizmów

• Amoniak główny związek obiegu azotu

• 4 procesy

  • Amonifikacja

  • Nitryfikacja

  • Denitryfikacja

  • Wiązanie azotu wolnego

Amonifikacja (rys)

Hydrolityczny rozkład białka pod działaniem enzymów proteolitycznych z następującą po nim dezaminacją aminokwasów do jonu NH₄

Niktryfikacja

• W warunkach tlenowych w glebie, jon NH4 jest substratem la bakterii nitryfikacyjnych Nitrosomonas, Nitrobacter utleniających go do azotanów

NH₃ NO₂ NO₃ (utlenienie)

• Amoniak i azotany mogą być źródłem azotu dla roślin

• Aminokwasy –Lactobacillus, Lactococcus

Denitryfikacja

• W warunkach beztlenowych niektóre gatunki bakterii wykorzystują azotany jako akceptor wodoru i redukują je do azotynów i wolnego azotu

NO₃ NO₂ NH₃ N₂ (redukcja)

• Proces ten prowadzi do strat azotu w glebie

• Escherichia coli, Proteus vulgaris, Mikrococcus denitrificans, Bacillus licheniformis

Wiązanie azotu

• Niektóre bakterie wolno żyjące w glebie lub związane symbiotycznie z roślinami motylkowymi

  • Rhizobium (w ciągu roku 100-200 kg azotu/ha)

  • Actinomyces (promieniowce)-niesymbiotyczne (ok. 10 kg/ha)

  • Bakterie beztlenowe (clostridium,Methanbacterium,Desulfovibrio)

  • Bakterie tlenowe (Azotobacter) I względnie beztlenowe (Pseudomonas, Bacillus, Klebsiella)

• Każdy gatunek rosliny motylkowej ma soisty dla siebie gatunek barkterii brodawkowych.

Obieg siarki (rys)

• Stanowi 1% s.m. komórek

• W komórkach występuje w postaci grup sulfonowych w aminokwasach siarkowych, koenzymie A, biotynie, w biosferze w formie siarczanów

• Warunki tlenowe

  • Bakterie utleniają grupę –SH cysteiny do R-SO₃H (kwas sulfonowy) desulfonacja H₂S utlenianie SO₄

• Thiobacillus, Beggiatoa, Thiothrix

• Warunki beztlenowe lub mikroaerofilowe

  • Rozkład cysteiny do H₂S (gnilne beztlenowce) lub redukcja siarczanów (SO₄H₂S), gdzie SO₄ jest akceptorem wodoru

• Chlorobium, Clostridium,Proteus,Salonella – gnilne beztlenowce

Obieg fosforu

• W biosferze w formie fosforanów

• W organizmach żywych jako estry fosforanowe ( w kwasach nukleinowych i związkach makroergicznych oraz produktach pośrednich metabolizmu)

• Po śmierci organizmu hydrolizowane przez fosfatazy i fosfodwuesterazy jony fosforanowe asymilowane z gleby przez rośliny i mikroorganizmy

Grzyby (Eumycotina)

• Bezchlorofilowe, przeważnie niezabarwione organizmy, jedno lub wielokomórkowe

• Niktóre o nitkowatych strzępkach

• Zawierają wykształcone jądro komórkowe, oddzielone od reszty cytoplazmy błoną jądrową

• Zdolne do rozmnażania wegetatywnego i generatywnego

• Ze względów praktycznych dzielą się na

  • Plesnie

  • Drożdże

• Podstawą podziału jest zdolność tworzenia puszystej grzybni

Budowa pleśni

• Strzępki –rurowate komórki, rozgałęzione lub nie

• Strzępki mogą być podzielone ścianami poprzecznymi tzw. Septami lub niepodzielone (komórczaki)

• Nitkowate strzępki nie rosną pojedynczo, ale tworzą sploty zwane grzybnią

• Grzybnie (mycelium) typowych pleśni są widoczne gołym okiem, w postaci luźnej, watowatej lub bardzo zwartej

• Dwa typy grzybni

  • Powietrzna

  • Wgłębna

Ściana komórkowa

• Syntetyzowana w pierwszym stadium rozwoju grzybni, odpowiada za kształt komórek

• Zbudowana z polisacharydów:beta-glukanów,celulozy, chityny, chitozanu, a także białek i lipidów strukturalnie związanych z glukanem i chityną, która odpowiada za sprężystość i trwałość ściany komórkowej

• Zawiera enzymy, barwniki i antygeny (alergie układu oddechowego)

• Nie jest niezbedna do funkcjonowania komórki

• Skład s.m. ściany komórkowej

  • Glukan 60%

  • Chityna 10-30%

  • Białka 20%

  • Lipidy 1-3%

Rozwój grzybni

• Wegetatywna grzybnia tworzy się w wyniku przekształcenia kiełka rostowego spory w strzępkę, jej wydłużania i rozgałęziania

• Wzrost strzępki jest apikalny (wierzchołkowy)

• Szybkość wzrostu strzępki grzybni powietrznej

  • 5,5 mikro m/min

  • 3,8 miko m/min

• Odgałęzienia strzępki głównej – w odpowiednim miejscu powstaje uwypuklenie, które staje się początkiem nowej strzępki

• Czas tworzenia nowych uwypukleń-kilka do kilkunastu minut

• Strzępki główne

  • Średnica 5-10 mikto m

• Strzępki boczne

  • 1-3 mikro m

• W miarę oddalania się od wierzchołka strzępki ściana komórkowa jest pogrubiana bazypetalnie (nowe warstwy są odkładane od stront wewnętrznej)

• Długość strzępek jest nieograniczona, może wynosić nawet kilkanaście cm.

Etapy rozwoju grzybni

• trofofaza

• Młode, szybko rosnące i dzielące się komórki, które tworzą rozgałęzione układy

• Równowaga między pobieraniem składników podłoża i ich przemianą

• Idiofaza

  • Zakłocenie równowagi przez nagromadzenie metabolitów

  • Budowanie Sept, ścian poprzecznych, powstwanie form przetrwanych (chlamydospor)

  • Morfologiczne i fizjologiczne różnicowanie komórek koloni w wyniku zmieniających się warunków środowiska

  • Sporulacja

  • Wyrastanie strzępek powietrznych indukowane brakiem składników azotowych pożywki

.................

Systematyka bakterii

• Bakterie-organizmy jednokomórkowe należące do Królestwa Procarya, domeny Archea i Bacteria

• 5x10³⁰ komórek bakteryjnych, opisanych ok. 8 000 gatunków

• Systematyka bakterii podana jest w Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology (2005)

• Skada się z 5 tomów (działów)

• Domena Archea obejmuje 2 typy: AI (1 klasa) i AII (8 klas)

• Domena Bacteria obejmuje 25 typów: BI-BXXV (łącznie 34 klasy)

Kryteria podziału wg Bergey’a (4 rys)

• Morfologia (kształt)

• Stosunek do tlenu

• Barwienie metodą Grama

• Zdolność do przetrwalnikowania

Podział Bakterii

• G (-)

  • Bakterie tlenowe Rhizobium

  • Ziarniki, np. Neisseria gonorrhaceae

  • Pałeczka Haemophillus influenze

  • Rodzina Enterobacteriaceae

  • Krętki, sinice, riketsje, chlamydia, bakterie śluzowe

• G(+)

  • Bakterie mlekowe, propionowe, enterokoki, ziarniaki, paciorkowce, gronkowce, klostridia, promieniowce

Promieniowce

• Morfologia

  • Formy proste – nie tworzą grzybni

  • Formy złożone – tworzą grzybnię i spory

• Większość promieniowców ginie w temp. 65-70*C w ciągu kilku minut, niektórw spory są ciepłooporne

  • Występuje kwas DPA

  • Thermoactinomyces vulgaris – 100*C, 45 min

• Kolonie promieniowców są płaski, szorstkie, matowe, silnie wrastają w podłoże

• Często s,a zabarwione – pigmentacja jest ważną cechą identyfikacją

• Rosną wolno (5-10 dni)

• Powszechnie wystepują w przyrodzie, szczególnie w glebie

Promieniowce - Produkcja antybiotyków

• Streptomycyna (Streptomyces griseus)

• Chloromycetyna (Str. venezuelae)

• Auromycyna, tetracyklina (Str.aureofaciens, Str. viridifaciens)

• Erytromycyna (Str. erthtreus)

• Oksytetracyklina (Str. romosus)

• Neomycyna (Str. fradiae)

Wirusy

• Zakaźne nukleoproteiny o bezwglądnie pasożytniczym trubie zycia

• Niezdolne do zycia poza komórką gospodarza

• Zdolne do przechodzenia przez filtry bakteriologiczne

• Podział

  • Wirusy eukariotyczne (roślinne lub zwierzęce)

  • Bakteriofagi

• 1 fag = 1 szczep bakteryjny

• Dwoistość natury wirusów

  • Forma zewnątrzkomórkowa (wirion) –brak metabolizmu

  • Forma wewnątrzkomórkowa (replikacja wirusa) – powielanie genomu

• Bakteriofag T4 (rys)

  • Dwuniciowy DNA otoczony kapsy dem

• Wirus grypy

  • 7 lub 8 niezależnych segmentów jednoniciowego RNA

Podział wirusów

• Ze względu na gospodarza

  • Wirusy roślinne

  • Wirusy zwierzęce

  • Wirusy bakteryjne (bakteriofagi)

• Ze względu na tym kwasu nukleinowego:

  • RNA wirusy ( w tym retrowirusy)

  • DNA wirusy lub dwuniciowe

  • Jednoniciowe lub dwuniciowe

  • Koliste lub liniowe

Wirusy roślinne

• Wirus mozaiki tytoniowej (TMV – Tobacco mosaic virus), zarazy ziemniaczanej

• Wnikają do rośliny przez mikrozadrapania, otarcia lub przenoszone są przez owady (namnażają się w przewodzie pokarmowym owada)

• Nośnikiem informacji genetycznej jest jednoniciowy RNA (ssRNA –single stand RNA)

Wirusy zwierzęce

• Wywołują liczne choroby : ospa prawdziwa, ospa wietrzna, odra, wścieklizna, paraliż dziecięcy, świnka, grypa

• Przenoszone przez kontakt bezpośredni lyb owady

• Materiałem genetycznym jest dwuniciowy DNA lub jedno lub dwuniciowy RNA

Bakteriofagi

• Prawie każdy gatunek bakterii ma swojego faga

• Obecność fagów objawia się powstawaniem :łysinek” na tle jednolitego wzrostu na podłożu stałym (płytce)

• W hodowli płynnej namnożenie bakteriofagów może doprowadzć w krótkim czasie do sklarowania hodowli (całkowitej lizy komórek)

• Materiałem genetycznym jest jedno lub dwuniciowy RNA lub DNA

Podział fagów

• Zjadliwe (lityczne) - nszczą komórkę bakteryjną podczas cyklu

• Łagodne (lizogenne) – nie niszczą komórki gospodarza podczas cyklu

• Czasami fagi łagodne mogą re wertować (uzjadliwiać się)

Do cyklu litycznego i wtedy niszcza komórki bakterii

Cykl lityczny

• Adsorpcja faga

• Wnikanie

  • Translokacja

  • Endocytoza

  • Fuzja osłonki z błoną cytoplazmatyczną

• Okres utajenia

  • Faza eklipsy

• Transkrypcja i replikacja wirusa

• Składanie i dojrzewanie wirusów

• Liza komórki i uwolnienie

Faza 1 – Adsorpcja faga

• Do receptora na powierzchni komórki za pomocą płytki i włókienek

• Zależy od ilości fagów, ruchliwości bakterii, ph, temp, obecności jonów K i Ca (ułatwiają adsorbcję)

• Infekcja

  • Jednego rodzaju komórek

    • Wirus polio? –rdzeń kręgowy

  • Różnego rodzaju komórek

    • Wirus odry-układ nerwowy, oddechowy, moczowy

Faza 2 –wnikanie

• Translokacja –wstrzyknięcie materiału genetycznego wirusa do komórki gospodarza, pusty kapsyd pozostaje za zewnątrz (tzw. cień)

• Endocytoza –wirusy zwierzęce- wirus zostaje otoczony błoną białkowo lipidową i przeniesiony do cytoplazmy komórki

• Po adsorpcji faga jego ogonek ulega skurczeniu, wypycha otwór w ścianie komórkowej, kwas nukleinowy zostaje wstrzykniety do cytoplazmy

• Wprowadzony DNA faga może bycz degradowany przez endonukleazy bakteryjne, stanowiące system obronny bakterii (tzw. Enzymy restrykcyjne)

Faza 3 (okres utajenia-latencji)

• Jest to czas miedzy zakażeniem a pojawieniem się dojrzałych, zdolnych do infekcji potomnych cząstek irusowych

• Faza eklipsy: 15-10 min, od wniknięcia –początkowa faza, w której nie daje się stwierdzić infekcji, bez wyraźnych zmian morfologicznych w komórkach gospodarza

Faza 4 –transkrypcja i replikacja

• Transkrypcja genów fagowych i rplikacja (powielanie) materiału genetycznego faga zachodzą równolegle

• Kwas nukleinowy ulega replikacji, nastepuje synteza białek wirusowych:

  • Białka wczesne-kierują syntezą nowych genomów fagowych

  • Biakła późne –potrzebne do lizy komórki gospodarza i uwolnienia cząstek fagowych

• Synteza DNA i RNA i białek gospodarza ulega zahamowaniu

Faza 5 –składanie i dojrzewanie wirusów

• Białkowe podjednostki strukturalne zostają złożone w kapsyd

• Do kapsydów zostają „upakowane” cząsteczki kwasu nukleinowego-powstają dojrzałe winiony

Faza 6-liza komórki i uwolnienie

• Całkowity cykl lityczny trwa 15-50 min (średno 30min)

• Cząstki wirusowe przedostają się z komórki do środowiska:

  • W wyniku lizy komórki

    • Zniszczenie ściany i błony komórkowej (wirusy roślinne i bakteriofagi)

    • Lub tylko błony komórkowej (wirusy zwierzęce)

  • Przechodzą przez błonę cytoplazmatyczną komórki (proces pączkowania) i zazwyczaj nie powodują śmierci komórek gospodarza

    • Blokują syntezy ściany komórkowej co powoduje osłabienie wzrostu gospodarza ale pozwala mu na przezycie

Infekcja lizogenna

• Wirusy łagodne nie zawsze prowadzą do śmierci gospodarza (w przeciwieństwie do zjadliwych)

• Mogą włączyć swoje DNA do DNA gospodarza, wirus może przebywać w komórce gospodarza w formie utajonej często przez wiele generacji

• Niektóre czynniki mogą spowodować przejście faga w stan lityczny, wówczas fagi mogą zawierać trochę bakteryjnego DNA i po zainfekowaniu nowej komórki bakteryjnej spowodować rekombinację wewnątrz niej

  • Źródło zmienności genetycznej

  • Wirusy używane jako wektory do przenoszenia materiału genetycznego

Oddziaływanie wirusów

• Zmieniają przepuszczalność błony komórkowej

• Hamują syntezę kwasów nukleinowych i białek

• Niszczą komórki gospodarza z powodu bardzo dużej ilości

  • Wirus polio w 1 komórce może wytworzyć 100.000 cząstek potomnych

Hipotezy na temat wirusów i ich pochodzenia

• Tak jak rikestie SA formą przejściową pomiędzy bakteriami a wirusami , tak wirusy są w pewny sensie pomostem pomiedzy światem ożywionym a nieożywionym

• Z powodu swej prostej budowy są najbardziej prymitywną, niekomórkową formą życia

• Powstały w toku ewolucji z komórkowych przodków, stając się wyspecjalizowanymi pasożytami bezwzględnymi

• W trakcie ewolucji utraciły wszystkie składniki komórkowe z wyjątkiem materiału genetycznego oraz kilku elementów potrzebnych do infekcji i replikacji

• Są fragmentami kwasu nukleinowego, które „uciekły” z organizmów komórkowych i być może infekują tylko te organizmy, od których pochodzą (większe podobieństwo między wirusem i komórką gospodarza, niż między dwoma różnymi wirusami)

Priony

• Białko zbudowane z ok.250 aminokwasów, kodowane przez 20 chromosom człowieka

• Występuje w zdrowych komórkach P^rP^c (prionowa proteina komórkowa) i jest powiązane z błonami komórkowymi prawdopodobnie uczestniczy w transporcie jonów Ca²⁺

• mutacja genów powoduje powstanie białka o zmienionej konformacji (P^rP^cwystępującego w mozgu kręgowców na białko prionowe patogenne P^rP^sc?) i priony stają się zakaźnymi cząstkami białkowymi

PrPsc-białko prionowe patogenne

• kumuluje się w komórce prowadząc do jej degeneracji i śmierci

• odporne na wysoką temperaturę (inaktywacja 300*C),promieniowanie nadfioletowe i Roentgena, enzymy proteolityczne

• wrażliwe na stężone roztwory (10-15%) NaOH i NaClO

• spozyte z pokarmem przedostają się do śledziony, migdałków i grudek chłonnych , gdzie ulegaja replikacji, a nastepnie przenoszone są przez komórki limfoidalne do tkanki glejowej i nerwowej

Choroby prionowe

• Creuzfeldta-Jacoba

• Kuru

• Scarpie

• BSE

• FFI

Rozwój mikrobiologi przemysłowej

• II połowa XIX w. – Pasteur – odkrycie roli i znaczenia drobnoustrojów w procesach fermentacyjnych (drożdże, bakterie mlekowe, masłowe)

• Wykorzystanie działalności drobnoustrojów w gospodarce człowieka

• Zasługi Polaków

  • Cieńkowski,Mateuszewski,Chrząszcz,Syniewski,Dąbrowski,Pijanowski

Zagadnienia w mikrobiologii żywności

• Przygotowanie i selekcja nowych szczepów

• Drobnoustrojów stosowanych do wytworzenia gotowego produktu spożywczego

  • Przemysł fermentacyjny:wyrób piwa, wina octu,spirytusu,kwasów organicznych

  • Przemysł mleczarski: sery, kefir, jogur, śmietana, preparaty pro biotyczne

  • Przemysł mięsny: kultury starterowe w produkcji kiełbas, peklowane mięsa

• Badanie tych drobnoustrojów, które mają niekorzystny wpływ na surowce i produkty spożywcze

  • Zdaniem mikrobiologów żywności jest zmniejszenie lub zahamowanie ich wzrostu i aktywności

  • W tym celu wykorzystuje się czynniki wewnątrz i zewnątrzśrodowiskowe

Liczba drobnoustrojów w żywności

• Jest zmienna, bo żywność pod względem mikrobiologicznym jest środowiskiem dynamicznym

  • Dynamizm ujemny liczby drobnoustrojów – np. w mrożonkach – w czasie składowania liczba komórek zmniejsza się

  • Dynamizm dodatni liczby drobnoustrojów np. owoce, świeże mięso, -podczas skladowania liczba komórek rośnie

Inne bakterie wskaźnikowe - Pseudomonas aeruginosa

-typowa bakteria wodna,stanowiąca ok.90% mikroflory ścieków

-nosicielstwo w przewodzie pokarmowym ludzi wynosi ok.15% populacji

-wywołuje schorzenia oczu, uszu, przewodu pokarmowego i zakażeń przyrannych

-ma zdolność wzrostu w wodzie destylowanej, wytwarza charakterystyczne barwniki

Wymagania dla wody jako czynnika produkcyjnego w przemyśle spożywczym

Pod względem użytkowym wodę można podzielić na:

-produkcyjną (technologiczną),musi odpowiadać warunkom wody do picia i celów gospodarczych

-do mycia

-do użytku technicznego

Wymagania mikrobiologiczne dla wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi:

woda pitna i do celów sanitarnych: Eschericha coli,Enterokoki –nb. w 100cm3

woda w opakowaniach jednostkowych: E.c,E.,Pseudomonas aeruginosa –nb.w 250cm3

woda w cysternach i zbiornikach: E.c.,E.,P.a. –nb w 250cm3

woda ciepła: Legionella <100cm3

wymagania dodatkowe: termotolerancyjne bakt.z gr.coli, Clostridium perfringens- nb.w 100cm3

Mikroflora gleby:

Ze względu na skład chemiczny i właściwości fizyczne gleba stanowi dogodne środowisko do rozwoju różnorodnej mikroflory, której ilość zależy od:

-struktury gleby

-wilgotności

-składu fazy gazowej

-zawartości składników odżywczych

-kwasowości

-temperatury

-strefy geograficznej

Podział drobnoustrojów glebowych:

2 grupy:

-autochtoniczne- występują zawsze, nawet w glebach nieuprawianych

-zymogenne- bytują w glebie okresowo, rozwijają się po wprowadzeniu do gleby subst. Organicznych

Mikroorganizmy autochtoniczne:

-Bakterie(G+), nieprzetrwalnikujące, pałeczki, promieniowce i maczugowce Arthrobacter, Corynebacterium

-Bacillus, Enterobacter, Escherichia, Flavobacterium, Leuconostoc, Micrococcus, Legionella

-Bakterie wiążące azot: Azotobacter, Nitrobacter, Nitrosomonas, Rhizobium

-Bakterie siarkowe: Thiobacillus, Desulfovibrio

-Bakterie odpowiedzialne za transformacje fosforu: Serratia, Pseudomonas

-Beztlenowce Clostridium

Mikroorganizmy zymogenne

Źródła org. zymogennych:

-odchody zwierząt i ludzi

-ścieki bytowo-gospodarcze z gospodarstw rolnych

-nawozy naturalne w postaci gnojówki, obornika, kompostów roślinnych

-opady atmosferyczne

-gryzonie i owady

Rodzaje org. zymogennych:

-Bacillus, Escherichia, Pseudomonas, Corynebacterium, Proteus

-gatunki termofilne

-mikroorganizmy chorobotwórcze: Bacillus anthracis, Clostridium tetani, C.botulinum, Salmonella, Shigella, Escherichia coli

-grzyby strzępkowe

-wirusy

Rola drobnoustrojów glebowych:

-rozkład i mineralizacja związków organicznych

-tworzenie biomasy komórkowej

-gromadzenie substratów do uzupełniania substancji próchniczych

-poprawa struktury gleby

Mikloflora powietrza

-powietrze nie jest środowiskiem odpowiednim dla rozwoju mikroflory

-jest ośrodkiem,za pośrednictwem którego, drobnoustroje rozprzestrzeniają się

-drobnoustroje do powietrza przedostają się z: gleby, wody, otwartych jam ciała organizmów żywych, ich wydalin, powierzchni produkcyjnych

Bioaerozole

-bioaerozol- układy dwu lub trójfazowe składające się z fazy rozpraszającej(powietrza) i rozproszonej(stałej lub ciekłej) zawierającej drobnoustroje

-średnica czastek 0,01um-100um, średnio1-40um

-faza rozproszona zawiera: cząsteczki wody, pyłki roslin, zarodniki grzybów, komórki bakterii drożdży i wirusy, endotoksyny, mikotoksyny

Rozsprzestrzenianie się bioaerozoli:

-droga inhalacyjna, w momencie kaszlu, kichania, mówienia- głównie mikroflora patogenna

-poprzez system wentylacyjno-klimatyzycyjny pomieszczeń

-za pomoca prądów konwekcyjnych powietrza na bardzo duże odległości-powietrze atmosferyczne oraz w pomieszczeniach

Ilość i skład mikroflory powietrza zależy od:

-strefy klimatycznej

-pory roku

-okrywy roslinnej, gleby

-opadów i nasłonecznienia

-więcej w pomieszczeniach zamknietych niż w przestrzeniach otwartych

-w pomieszcz.zamkn. zanieczyszczenie powietrza zalezne jest od:

*gęstości ich zasiedlenia przez ludzi i zwierząt

*nasłonecznienia

*wilgotności

*utrzymania czystości

*wietrzenia

Powietrze pomieszczeń użytkowych

-mogą wystepować drobnoustroje chorobotwórcze wydzielane ze śliną przy kichaniu i kaszlu

-żródłem mikroflory jest także: głowa, ubranie, buty

Powietrze aglomeracji miejskich

-więcej mikroflory jest w powietrzu miast, osiedli, terenów przemysłowych niż pól i lasów

-kilka tysięcy komórek w 1dm3

-są to głównie organizmy saprofityczne:

*zarodniki grzybów-ok.70% ogółu

*bakterie 19-26% w tym:gronkowce-10%, pozostałe ziarniaki-50%

Przezywanie drobnoustrojów w powietrzu

-najszybciej gina formy najwrażliwsze, wegetatywne (wrażliwe na UV i wysuszenie)

-najdłuzej zostają przy życiu formy przetrwalne

*przetrwalniki bakteryjne

*zarodniki pleśni

- z bakterii nie przetrwalnikujących najdłużej przeżywają te, które wytwarzają barwniki karoteinowe koloru żółtego i czerwonego(barwniki te chronia bakterie przed szkodliwym działaniem promieni UV)

Bakterie saprofityczne występujące w powietrzu

-ziarniaki: Micrococcus, Sarcina, Staphylococcus

-pałeczki: Alcaligenes

-laseczki przetrwalnikujące: Bacillus

Grzyby saprofityczne występujące w powietrzu

-pleśnie: Cladosporium, Penicillium, Aspergillus, Alternaria, Rhizopus, Mucor

-drozdże: Rhodotorula, Torulopsis, Candida

Bakterie chorobotwórcze wystepujące w powietrzu

-zakłady produkcyjne, żywienia zbiorowego

Salmonella, Shigella, Clostridium

Wskaźniki mikrobiologiczne zanieczyszczenia powietrza

-z przewodu oddechowego ludzi i zwierząt: Staphylococcus albus, Streptococcus salivarius

-cząstkami gleby: Pseudomonas fluorescens

Surowce spożywcze

-większość surowców spożywczych to mieszanina związkow organicznych, które nadaja żywności odpowiednią wartość żywieniową, smak, zapach, barwę

-zaliczamy do nich: białka, tłuszcza, sacharydy, witaminy, kwasy organiczne, alkohole, estry, aldehydy, ketony, związki cykliczne

Źródła zanieczyszczenia surowców

Człowiek, żywność, powietrze, woda, gleba, surowce roslinne, surowce zwierzęce, ścieki, gryzonie, owady, zwierzęta, pasza

Surowce roślinne

-mikroflora pochodzi z:

gleby, powietrza, wody, gryzoni, owadów

-im bliżej gleby tym większe zanieczyszczenie:

*warzywa korzeniowe10⁵ -10 ⁸ jtk/g

*owoce na drzewach 10³ jtk/g

Drobnoustroje bytujące na surowcach roślinnych

-drobnoustroje glebowe: Clostridium, Bacillus, promieniowce, drożdże i pleśnie

-saprofity

-bakterie chorobotwórcze: Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum, Yersinia enterocolitica, enteropatogenne szczepy Escherichia coli

Rośliny zbozowe

-podstawa wyzywienia ludzi i zwierząt hodowlanych

-zboża uprawne:

*trawy: żyto, pszenica, owies, jęczmień, kukurydza, proso, ryż, sorgo

*rdestowate: gryka

-surowiec:

*do produkcji mąki, kasz, płatkow zbożowych, koncentratów spożywczych

*dla przemysłu fermentacyjnego

Skład chemiczny ziarna:

Zależy od: gatunku i odmiany, warunków glebowych, nawożenia, ilości opadów, nasłonecznienia, stopnia dojrzałości ziarna i jego wysuszenia, warunków przechowywania

Składniki ziarna:

-monosacharydy:

glukoza, fruktowa

-di- i polisacharydy:

maltoza, skrobia, celuloza

-białka

-lipidy

-woda i sole mineralne

-witaminy

Skrobia jest głównym sacharydem zbóż. Jej zawartość w ziarnach wynosi 55(owies) 75% (ryż)s.m.

Zawartość wody w ziarnie

-jeden z czynnikow decydujących o trwałości zboza w czasie przechowywania

*warunkuje prawidłowe przetwarzanie

*wpływa na wydajność i jakość przetworów zbożowych

-wilgotność ziarna:

* 13-14% w dobrych warunkach atmosferycznych

*>20% w warunkach niekorzystnych

Wpływ wilgotności

-zbyt duża:

*aktywacja endogennych enzymów proteolitycznych, celulolitycznych i amylolitycznych

*utrudniony przemiał

*produkty gorszej jakości, nie nadające się do dłuższego składowania

-zbyt mała:

*mniejsza przydatność przerobowa

*wieksza przydatność na uszkodzenia mechaniczne

Mikroflora zbóż

-epifityczna (pierwotna):

*bakterie fermentacji mlekowej

*pałeczki Pseudomonas

*pleśnie Alternaria, Cladosporium, Trihoderma, Fusarium, Geotrichum, Rhizopus

*drożdże Candida

-wtórna:

*bakterie przetrwalnikujące Bacillus

*bakterie grupy coli

*ziarniaki Staphylococcus, Streptococcus, Sarcina

*plesnie Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Alternaria

-mokroflora ta może wnikać do wnętrza ziarna i tworzyc tzw.mikroflorę wgłębną, która jest głównym źródłem zanieczyszczania przetworów zbożowych

Wpływ drobnoustrojów na ziarno

-samozagrzewanie ziarna

-obniżenie zdolności kiełkowania

-wzrost aktywności proteolitycznej

-obce zapachy i toksyny:

*kwaśny-drożdże i bakterie fermentacji mlekowej

*stęchły-pleśnie

*mikotoksyny

Mikroflora produktów zbożowych, mąka

-pszenna i żytnia- podstawowy surowiec dla przemysłu piekarniczego

-produkt mniej trwały i trudniejszy do przechowywania niż ziarno

-wilgotnośc, tlen atmosferyczny, drobnoustroje wpływają na:

*niekorzystne zmiany

*pogorszenie właściwości organoleptycznych i wartości wypiekowej mąki

Typowa mikroflora zbóż:

*10⁶ jtk/g –pieczywo mieszane

*10 ² jtk/g-pieczywo pszenne

*zanieczyszczenie ziarna

*warunki otrzymywania i składowania

Sposoby obniżania ilości drobnoustrojów:

*ogrzanie w 130C przez 45s

*parowanie, wstepne obgotowanie

Mikroflora produkt-Pieczywo

-zanieczyszczenie mąki i innych surowców

-niewłaściwy stan higieniczno-sanitarny piekarni

-nieodpowiednie warunki: przygotowania ciasta i jego wypieku,transportu , składowania, przechowywania

-wady pieczywa:pleśnienie,

„choroba ziemniaczana” bakterie Bacillus-zmiany zapachu, wyglądu i konsystencji, ciemnienie barwy i upłynnienie miekiszu

Mikroflora przetworów-makarony

-największe zagrożenie: gronkowce, Salmonella, pleśnie

-żródło zanieczyszczenia: produkty jajczarskie, maka, sposób produkcji, złe warunki higieniczno-sanitarskie

Mikroflora przetworów- płatki, musli

-jakość mikrobiologiczna zależy od: higieny produkcji, stanu surowca

-wymagania:

ogólna liczba bakterii: <10⁵ jtk/g

plesni 10³ jtk/g

Salmonella-nb.w 25g

Gronkowce-nb. w 0,1g

Miano coli- max.0,1

Mikroflora produkt, słód browarniczy

-surowce browarnicze: jęczmień jary dwurzędowy, ryż, kukurydza, pszenica

-infekcje ziarna jęczmienia:

*grzyby polowe: Fusarium, Cladopsorium, Rhizopus, Alternaria, Aureobasidium

*grzyby silosowe (>13% wilgotności) : pleśnie Aspergillus, Eurotium Penicillium , drożdże Cryptococcus, Rhodotorula, Trichosporon, Candida

*bakterie fermentacji mlekowej i octowej

*pałeczki grupy coli

*Pseudomonas, Alcaligenes, Acinetobacter

Wymagania mikrobiologiczne dla słodu:

-w 1g ziarna jęczmienia nie więcej niż:

2x10³ zarodników pleśni

8x10⁴ bakterii i drozdży

-podczas moczenia i słodowania

8x10⁴ zarodników pleśni

7x10⁶ drożdży

4x10⁸ bakterii

-po wysuszeniu

2x10⁴ zarodników pleśni

1x10⁵ drożdży

3x10⁵ bakterii

Wady jęczmienia i słodu

-ziarno skazone grzybawi polowymi i/lub silosowymi :

*rozmiękczenie ziarna, *gwałtowny ubytek suchej masy, *osłabiony proces kiełkowania, *obniżenie wydajności słodu

-uzycie zainfekowanego słodu:

*niekorzystny wpływ na stabilność i właściwości organoleptyczne piwa, *wypienianie się piwa, *obecność mikotoksyn

Warzywa i owoce

-skład chemiczny świeżych warzyw i owoców jest różnorodny i zależy od:

*odmiany, *stopnia dojrzałości, *warunków klimatycznych w czasie wegetacji, *warunków transportu i przechowywania

-pH:

*owoce- 3,0-5,0

*warzywa- 4,7-7,0

-wytwarzają fitoncydy: *czosnek, *chrzan, *cebula

-ubogie w lipidy (wyjątek orzechy)

Skład chemiczny owoców [%]

Woda: najwięcej w truskawkach (88,5), najmniej w gruszkach i sliwkach (82,5)

Sacharydy: najwięcej w gruszkach (11,5), najmniej w truskawkach (8,4)

Białko: najwięcej w malinach (1,4), najmniej w jabłkach (0,3)

Skład chemiczny warzyw [%]

Ogórek: najwięcej wody (96,2), najmniej sacharydów (1,8), najmniej białek (0,7)

Ziemniaki: najmniej wody(75), najwięcej sacharydów(20,4), najwięcej białek(2)

Owoce:

-zawierają więcej cukrów

-mają niższe pH

-mikroflora to głównie: *bakterie oporne na zakwaszanie, *acidotolerancyjne drożdże i pleśnie

Mikroflora owoców, bakterie

-bakterie oporne na zakwaszanie środowiska:

*ziarniaki i laseczki tlenowe z powietrza: Micrococcus, Bacillus, Pseudomonas

*bakterie grupy coli

*laseczki tlenowe Alicyclobacillus

*laseczki beztlenowe Clostridium

*bakterie mlekowe Lactobacillus plantarum, L.brevis, Leuconostoc sp.

*bakterie octowe Acetobacter, Gluconobacter

*przetrwalnikujące Alicylobacillus sp.

Mikroflora owoców, grzyby

-acidotolerancyjne grzyby i pleśnie: *Saccharomyces cerevisiae, S.bayanus

*drożdże dzikie Pichia, Hansenula, Hanseniaspora

*Candida, Rhodotorula, Cryptococcus, Debaromyces, Kloeckera

*Alternaria, Aureobasidium, cladosporium

*Penicillium, Aspergillus, Byssochlamys, Botritis

Przetwory owocowe:

-Zaliczamy do nich: *dżemy, *galaretki, *syropy owocowe

-zepsucia powodują najczęściej:

*drożdże i pleśnie osmofilne fermentujące cukry: Saccharomyces rouxii, S.florentinus, Penicillium

Mikroflora warzyw

-zawierają więcej białka niż owoce

-warzywa zielone (kapusta, sałata, szpinak)

*bakterie fermentacji mlekowej, *drożdże i pleśnie

-warzywa bulwiaste i korzeniowe

*bakterie glebowe, *saprofity pochodzenia jelitowego, *bakterie chorobotwórcze

Buraki cukrowe

-ogólna liczba drobnoustrojów: 10⁵-10⁸ jtk/g

-typowa mikroflora:

*bakterie: Clostridium, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium

*saprofity pochodzenia jelitowego

*bakterie chorobotwórcze: Listeria monocytogenes, Yersina enterocolitica, patogenne szczepy Escherichia coli

Cukier

Mała liczba drobnoustrojów, zalezna od norm w danym kraju i przeznaczenia cukru:

-konserwy-mało przetrwalników bakterii termofilnych i beztlenowych odpowiedzialnyvh za zepsucia płasko-kwaśne bez bombażu

-napoje gazowane- mało drożdży i pleśni oraz bakterii powodujących śluzowacenie

-syropy- mało drożdży i pleśni osmofilnych

Mikroflora cukru

-zanieczyszczenia pochodza z:

*niedokładnego oczyszczenia, *nieskutecznego mycia, *buraków

--mikroflora:

*pochodzenia glebowego: przetrwalnikujące mezofile i termofile, pleśnie

*wtórne zanieczyszczenie: *użycie nieprawidłowej wody do wybielania, *zanieczyszczone opakowania

Melasa

-produkt uboczny przemysłu cukrowniczego (80%cukrów w tym 50% sacharozy)

-wykorzystywana w produkcji etanolu, drożdży piekarskich, witamin, kwasów organicznych

-ogólna liczba drobnoustrojów (z buraków i wtórnych zanieczyszczeń)

*10³ –10⁵ jtk/g

*efektem działalności drobnoustrojów jest zubożenie melasy w azot i cukier, powstanie niekorzystnych dla przerobu melasy metabolitów

Mikroflora:

*Bacillus subtilis, B.megaterium, B.coagulans

*Leuconostoc

*Proteus sp., Pseudomonas sp.

*Candida, Pichia

Ziemniaki

-ogólna liczba drobnoustrojów

*10⁵ – 10⁸ jtk/g

*90% bakterii, 10% drożdży i pleśni

*gatunki wytwarzające amylazę

*psuciu ziemniaków sprzyja przechowywanie w zbyt wysokiej temperaturze i obniżonej zawartości tlenu

-typowa mikroflora:

*bakterie: Clostridium, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium

*saprofity pochodzenia jelitowego

*bakterie chorobotwórcze: Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica, ptogenne szczepy Escherichia coli

Soki i napoje owocowe i warzywne

-środowisko dla rozwoju drobnoustrojów osmotolerancyjnych i acydofilnych

* 88% węglowodanów

*7% tłuszczu

* 5% białka

* pH 2,4-5,2

Wymagania mikrobiologiczne(rozporządzenie Ministra Zdrowia)

-bezalkoholowe napoje orzeźwiające: <o,2 komórki drożdżowej/cm3

-napoje typu cola lub wyprodukowane na bazie soków owocowych <0,1 kom./cm3

Drożdże jako zanieczyszczenie soków i napojów

• 90% wszystkich zepsuć

• zmętnienie, osad, rozerwanie opakowań na skutek fermentacji

• soki na bazie esencji: Torulopsis, Candida, Pichia, Hansenula, Saccharomyces, Haseniaspora, Dekkera

• soki warzywne: Zygosaccharomyces rouxii, Z.bisporus, Z.balii, Z.lentu, Candida pelliculosa, Kloeckera apis

Pleśnie odpowiedzialne za zepsucia soków i napojów

-zagrożenie dla napojów nisko wysycanych CO2 i niegazowanych:

*odbarwienie, *zmiany smaku, *produkcja mikotoksyn

-Byssochlamys fulva, B.nivea, Talaromyces sp., Eupenicillium sp.

*wytwarzają enzymy pektynolityczne, amylolityczne, proteolityczne i lipolityczne

-soki pasteryzowane: *Auerobasidium, Cladosporium, Penicillium

-napoje niegazowane: Penicillium, Aspergillus, Mucor, Fusarium, Geotrichum

-soki zagęszczone: *Eurotium rubrum

Bakterie odpowiedzialne za zepsucia soków i napojów

-octowe: *Acetobacter, Gluconobacter

*przetwarzają alkohol w kwas octowy

-mlekowe: * fermentują cukry z wytworzeniem mleczanów, etanolu, octanów, CO2, diacetylu, wytwarzają śluzy

*Lactobacillus plantarum, L.paracasei, Leuconostoc mesenteroides, L.dextranicum

-przetrwalnikujące: *zwiększenie kwasowości z wytworzeniem zapachu maślanego oraz gazu lub zepsucia płasko-kwaśne bez gazu

*Bacillus, Clostridium

-psychrofile: *Xantomonas, Flavobacterium, Pseudomonas

*ich obecność świadczy o złym stanie sanitarnym wody użytej do produkcji

Alicyclobacillus acidoterrestis

-Acydotermofilna przetrwalnikująca, ciepłooporna laseczka

-w ilości 10⁵ – 10⁶ jtk/cm3 powoduje zmętnienie, osad, zapach fenolowy

-występuje w glebie, liściach drzew, owocach

-rośnie w pH 2,2-6,0, w temp.23-70st.C

-wytwarza gwajakol i 2,6-dibromofenol (zapach dezynfekcyjny)

-szczególne zagrożenie w: surowych owocach, świeżych nie pasteryzowanych sokach, pasteryzowanych sokach i przecierach

-mikroflora patogenna stanowi problem tylko w sokach i napojach świeżych i niepasteryzowanych

-zakażenia pochodzą głównie z kontaktu roślin z odchodami zwierząt

-Escherichia coli, -Salmonella ssp., -Bacillus cereus

Produkty roślinne minimalnie przetworzone

-otrzymanie produktu o świeżym wyglądzie, wygodnego, bez dodatków chemicznych, o podwyższonej wartości żywieniowej, przydatnego do spożycia nie krócej niż 4-7dni

*rozdrobnione owoce do deserów, ciast, sałatek owocowych, warzywnych

*obrane i pokrojone warzywa jako przekąski

*zestawy warzyw do obróbki cieplnej lub podgrzania

Etapy produkcji

1. sortowanie surowców

2. czyszczenie, mycie połączone z dezynfekcją

3. osuszanie

4. obieranie

5. cięcie, nadawanie kształtu, rozdrabnianie

6. mieszanie składników, tworzenie zestawów

7. utrwalenie, pakowanie, przechowywanie

Zapobieganie zepsucia

-technologia „płotków”

sumaryczne działanie wielu czynników, z których każdy oddzielnie nie jest w pełni skuteczny

-powłoki i filmy jadalne

utworzone na bazie sacharydów, białek i tłuszczów, chronią przed dostępem tlenu

-biologiczna metoda utrwalania żywności

zastosowanie kultur bakteryjnych o działaniu bakteriobójczym lub bakteriostatycznym

Mikroflora żywności minimalnie przetworzonej

-saprofity: G(-)bakterie pochodzące z wody i środowiska

-patogeny: Escherichia coli, Clostridium botulinum, Salmonella, Listeria monocytogenes, Aeromonas ssp., Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus

Wpływ warunków przechowywania

-warzywa i owoce zimolubne: (0-4st.C): szparagi, buraki, marchew

-ciepłolubne (>7st.C): pomidory, papryka, owoce cytrusowe

w temp. –18st.C rozwija się Fusarium i Penicillium

w temp. +5st.C rozwija się: Salmonella, Staphylococcus aureus, Micrococcus

Mrożonki owocowe i warzywne

-zamrażanie- oziębienie produktu do –30st.C,a następnie przechowywanie go w komorach chłodniczych w –20st.C

-temp. wewnątrz produktu min.-15st.C

-blanszowanie hamuje działanie enzymów zapobiegając niekorzystnym zmianom barwy, a także powoduje zniszczenie drobnoustrojów

-tzw. żywność wygodna

-stosowanie niskich temp. nie gwarantuje pełnego bezpieczeństwa produktu, a jedynie wydłużenie trwałości mikrobiologicznej

Mikroflora mrożonek

-drobnoustroje chorobotwórcze i saprofityczne

*odpowiadające za jakość zdrowotną żywności

*rozkładające podstawowe składniki żywności

*odpowiedzialne za jakość organoleptyczną oraz powstawanie toksycznych produktów przemiany materii

-Penicillium expansum, Listeria monocytogenes, Eschericha coli, Salmonella, Staphylococcus aureus, pleśnie, drożdże, bakterie kwasu mlekowego, octowego, enterokoki, bakterie grupy coli, beztlenowce przetrwalnikujące

Żywność przetworzona

-konserwy owocowe i warzywne

-technologia typu:

cook-chill

cook-freeze

sous vide

Technologia sous vide-system pakowania i utrwalania stosowany przy produkcji gotowych potraw

*gotową potrawę zamyka się w hermetycznych opakowaniach próżniowych

*utrwala przez sterylizację lub pasteryzację w systemie HTST(high temperature, short time

*do pakowania stosuje się tworzywa odporne na temp (np.PET)

Konserwy

-zepsucie konserw może być skutkiem:

*niewystarczającego zniszczenia mikroflory

*zakażenia w czasie chłodzenia (woda lub powietrze)

*nieszczelności opakowania

*niewłaściwych warunków przechowywania

-podział konserw opiera się na możliwości wytwarzania toksyn przez Clostridium botulinum

*pH>4,5

*pH<4,5

Konserwy o pH>4,5

-utrwalane przez sterylizację (wymagane zniszczenie form przetrwalnikujących, które dobrze rozwijają się przy tej wartości pH)

-groszek zielony, fasola szparagowa, kukurydza, szpinak, szparagi, buraki

-posiadają tzw. trwałość handlową

-zepsucia wywołane przez 3 grupy bakterii termofilnych

grupa 1

*bakterie względnie beztlenowe rozkładające węglowodany (skrobię) z wydzieleniem kwasów: mlekowego, octowego, mrówkowego

*powodują zepsucia płasko-kwaśne

*Bacillus stearothemophilus, B. Thermoacidurans, B.subtilis, B.megaterium, B.coagulans, B.pumilus

grupa 2

*bezwzględne beztlenowce sacharolityczne nie rozkładające białek

*wytwarzają duże ilości CO2 i H2, powodując silny bombaż

*nie mają znaczenia w naszym klimacie

*Clostridium thermosaccharolyticum ( w temp.55st.C powoduje silny bombaż w wyniku tworzenia dużych ilości kwasów i gazów)

grupa 3

*beztlenowce przetrwalnikujące rozkłdające białka z wydzieleniem H2S, który może reagować z żelazem opakowań

*nie zawsze obserwuje się bombaż

*Clostridium nigrificans, C.butyricum, C.sporogenes, C.pasteurianum, C.botulinum

konserwy o pH<4,5

-podział: *koncentraty pomidorowe, *kompoty, *soki owocowe, *marynaty

-zepsucia powodują:

*drożdże Pichia, Kloeckera, Hanseniaspora, Candida, Saccharomyces

*pleśnie Penicillium, Aspergillus, Geotrichum

*bakterie fermentacji mlekowej: Lb.plantarum, Lb.brevis, Lb.fermentum, Leuconostoc

*bakterie fermentacji octowej Acetobacter

*Bacillus thermoacidurans

<JESZCZE dwa wykłady +SYSTEMATYKA BAKTERII>

Wszystkie tematy wykładów:

1. Mikrobiologia jako nauka. Podział mikrobiologii i jej twórcy. Osobliwe cechy drobnoustrojów.

2. Taksonomia i klasyfikacja drobnoustrojów. Podobieństwa i różnice w budowie komórek pro- i eukariotycznych.

3. Ściana komórkowa bakterii jako jedno z podstawowych kryteriów diagnostycznych prokariontów.

4. Fizjologia drobnoustrojów - metabolizm komórkowy.

5. Źródła drobnoustrojów w żywności. Wpływ czynników zewnętrznych na drobnoustroje.

6. Wzajemne zależności między organizmami. Wpływ drobnoustrojów na środowisko.

7. Systematyka grzybów.

8. Systematyka bakterii.

9. Wirusy.

10. Pozytywna i negatywna rola drobnoustrojów w procesach technologicznych. Fermentacje tlenowe i beztlenowe.

11. Woda, powietrze i gleba jako środowiska bytowania drobnoustrojów.

12. Mikrobiologia żywności. Surowce i żywność pochodzenia roślinnego jako źródło zagrożeń mikrobiologicznych.

13. Surowce i żywność pochodzenia zwierzęcego jako źródło zagrożeń mikrobiologicznych.

14. Zatrucia pokarmowe. Nowe patogeny w żywności.

15. System HACCAP jako gwarancja bezpieczeństwa mikrobiologicznego żyw