Wpływ oddziaływania niskich temperatur na drobnoustroje.

Chłodzenie.

Przechowywanie żywności w temperaturze 0-4°C.

Drobnoustroje dzieli się na:

- termofilne (optimum 55-65°C);

- mezofilne (35-45°C);

- psychrofilne (10-15°C).

Temperatura minimalna, optymalna i maksymalna to temperatury kardynalne.

Bakterie psychotrofowe mogą też rosnąć w wyższych temperaturach (powyżej 20°C, do 30°C).

W warunkach chłodniczych rosną: Clostridium botulinum E, Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica, Escherichia coli O157:H7 (enterokrwotoczne zapalenie jelita grubego), pojedyncze szczepy Salmonella, Klebsiella, Enterobacter, Proteus, Bacillus thermosphacta; gnilne - Pseudomonas, Actinobacter; tlenowe - Flavobacterium, Moraxella.

W najniższych temperaturach rosną pleśnie z rodziny Penicillum - do -18°C.

Przetrwalniki przeżywają w 90% proces zamrażania i przetrzymywania w stanie zamrożenia. W ciekłym CO₂ przeżywa 75% zarodników Aspergillus.

Przy spadku temperatury ulega wydłużeniu faza adaptacji (lag faza), czas generacji bakterii (czas od podziału do podziału, czas podwojenia liczby komórek bakteryjnych), zmniejsza się aktywność enzymatyczna drobnoustrojów i ilość enzymów.

Bakterie produkują egzo i endopeptydazy, które dzielą białka na oligopeptydy i aminokwasy. Te mogą ulec dekarboksylacji (aktywne w pH 5,5-6) lub dezaminacji (pH > 6), i o tym, który proces zajdzie, decyduje pH środowiska (zazwyczaj bakterie mogą przeprowadzać oba te procesy). Po dekarboksylacji powstają aminy biogenne - putrescyna, kadaweryna, histamina i CO₂ (w serach dojrzewających, makrelach). Po dezaminacji - ketokwasy, hydroksykwasy, a z nich amoniak, CO₂, siarkowodór. Proces gnicia zachodzi pod wpływem enzymów wytwarzanych przez drobnoustroje.

Czynniki wpływające na długość przechowywania żywności w warunkach chłodniczych:

- stopień rozdrobnienie (im bardziej, tym krócej);

- wstępne zanieczyszczenie mikrobiologiczne surowca;

- czynniki zewnątrzśrodowiskowe (wilgotność względna powietrza, ruch powietrza, temperatura, skład gazów - dostępność tlenu, ciśnienie);

- czynniki wewnątrzśrodowiskowe - pH, aktywność wodna (a_w), potencjał elektrochemiczny;

- zastosowanie środków konserwujących (nitryt w postaci peklosoli).

Obniżenie wilgotności i temperatury powoduje wzrost ilosci dni przechowywania:

- ćwierćtusza wołowa w 2C - 3-4 tygodnie;

- półtusz wieprzowa w 2°C - 2 tygodnie;

- tuszki drobiowe w 2°C - 6-8 dni;

- mięso w 2°C - ok. 48h.

W warunkach tlenowych z flory dominują Pseudomonas, Moraxella, Actinobacter. W warunkach beztlenowych pożądane są homofermentatywne bakterie kwasu mlekowego.

Jak chłodzić:

- powietrzem (metoda owiewowa) - półtusze wieprzowe;

- immersyjna (wodna) - tuszki drobiowe; zanurzamy w basenach wypełnionych wodą - 2 baseny o różnej temperaturze - przesuwanie tuszek; nie zalecane, bo łatwo o zakażenia krzyżowe;

- powietrzno-immersyjna (natryskowa) - tuszki drobiowe wędrują taśmą, są schładzane powietrzem i natryskami wody; brak kontaminacji, zachowana wilgotność powierzchni.

Świnie chłodzi się jednostopniowym systemem schładzania - bezpośrednio do chłodni i w 24-30h schładzane są do temperatury chłodni - mięso ma wysoką jakość mikrobiologiczną, ale nie jest zakończony proces dojrzewania.

Trójstopniowy system schładzania - są trzy pomieszczenia - przewiewnia (temperatura otoczenia), przedchłodnia (ok.10°C) i chłodnia (4°C). W przewiewni dochodzi do nadmiernego zanieczyszczenia drobnoustrojami, dlatego nie ma jej w dwustopniowym systemie schładzania.

Modyfikacja - schładzanie przez 3-4 h powietrzem o temperaturze 5°C (aż dojdą do 18°C) i do 24h powietrzem o temperaturze 1°C.

Mrożenie.

Przedłuża znacznie trwałość produktu. Przechowywanie żywności w temperaturze poniżej °C, mięso w -12°C.

Metody:

- ultraszybka - 10cm/h - nie ma zastosowania (ciekły azot);

- szybka - w zamrażarkach płytowych, 1-10cm/h;

- normalne - 0,3-1cm/h; w tunelach zamrażalniczych nadmuch powietrzem -30°C;

- powolna - 0,1-0,3cm/h; w kartonach w tunelach zamrażalniczych;

- bardzo powolna - mniej niż 0,1cm/h - bardzo duże kawałki.

Bardziej korzystne jest szybkie - przy wolnym są duże kryształy lodu (sprzyja im temperatura -6 - -8°C) - uszkodzenie sarkolemy i sarkoplazmy przy rozmrażaniu, gorsza jakość mikrobiologiczna. Przy szybkim powstają drobne kryształki lodu i nie ma nadmiernego odpłynięcia wody. najlepiej zamrażać szybko, a rozmrażać powoli.

Wrażliwość na zamrażanie i przechowywanie w stanie zamrożonym:

A - mikroorganizmy przezywające wszystkie rodzaje zamrażania i rozmrażania:

- przetrwalniki bakteryjne - 90% jest w stanie przeżyć (duże odwodnienie, budowa ściany);

- przetrwalniki grzybów;

- niektóre formy wegetatywne G+ gronkowców, paciorkowców, mikrokoków (dużo związków wielocukrowych, są to naturalne substancje chroniące przed zamrażaniem);

- najbardziej niekorzystna grupa;

B - wytrzymują zmrażanie, ale giną w czasie przechowywania w stanie zamrożonym;

- G+ - Bacillus, Staphylococcus, Enterococcus, Micrococcus, Lactobacillus;

C - wrażliwe na zamrażanie i przechowywanie w stanie zamrożonym;

- G- - Enterobacteriaceae, gnilne bakterie tlenowe - Pseudomonas, Vibrio; mogą przetrwać zamrażanie, jeżeli mają substancje ochronne;

D - ginie w czasie zamrażania, niezależnie od warunków środowiska;

- pierwotniaki.

Śmierć w czasie zamrażani - bezpośrednia, w czasie przechowywania - pośrednia.

Mrożenie szybki - 70% ginie bezpośrednio, 20% śmierć opóźniona.

Mrożenie wolne - 70% śmierć opóźniona, 20% bezpośrednia.

Czynniki wpływające na długość przechowywania mięsa w stanie zamrożonym:

- zawartość tłuszczu (jełczenie pod wpływem enzymów własnych) - zależy od rodzaju mięsa:

- ćwierćtusze wołowe - 2 lata;

- półtusze wieprzowe - 1 rok;

- tuszki drobiowe - 1-1,5 roku

- temperatura w czasie przechowywania, wilgotność względna, ruch powietrza;

- stopień rozdrobnienia;

- wstępne zanieczyszczenie mikrobiologiczne.

W czasie zmrażani spada aktywność wodna (a_w) - surowe - 0,99, w -5°C = 0,95, -10°C = 0,90, -30°C = 0,764. Też obniżenia aktywności wodnej przez suszenie, środki chemiczne (sole, cukry).

Termobakteriologia.

Nauka zajmująca się wpływem temperatury na aktywność życiową drobnoustrojów. Wykorzystanie danych w procesach technologicznych produkcji żywności dla zapewnienia jej właściwego poziomu bezpieczeństwa.

Temperatura optymalna - największa aktywność bakterii, najkrótszy czas podziału. Chorobotwórcze szybko osiągają dawkę infekcyjną, enzymy termofilnych powodują rozkład produktów spożywczych i obniżają wartosć odżywczą, psują żywność.

Czas śmierci cieplnej (TDT) - funkcja oddziaływania temperatury i czasu; zależy od temperatury. Im wyższa temperatura, tym krótszy czas.

F - czas śmierci cieplnej w minutach.

z - współczynnik termooporności drobnoustrojów, termooporność względna, w °C.

Temperatura odniesienia - standartowa temperatura określająca aktywność letalną w procesach sterylizacji, pasteryzacji. Uznano, że taką standartową temperaturą, która niszczy po jakimś czasie wszystkie drobnoustroje i przetrwalniki, jest 121,1°C (250°F); 65,6°C (150°F) wystarczy do zabicia wszystkich form wegetatywnych

Równanie semilogarytmiczne wyznaczania krzywej TDT.

r 121,1°C (65,6°C) - T

log ─ = ──────────────

F z

r - czas śmierci cieplnej drobnoustroju w temperaturze T

T - założona temperatura obróbki cieplnej

Wyznaczanie parametrów obróbki cieplnej.

P₁

F = ── R

P₂

P1 - standartowa oporność spor Clostridium botulinum w buforze fosforanowym

P2 - ciepłooporność spor Clostridium botulinum wyznaczona w własnym teście TDT

R - ciepłooporność spor Clostridium botulinum w środowisku badanego produktu, wyznaczona we własnym teście TDT

A - pełna sterylność produktu

t

A = ──

r

gdy czas ogrzewani t w żądanej temperaturze T odpowiada czasowi śmierci cieplnej r dla danej populacji.

L - stopień letalności wyznacza stosunek czasu śmierci cieplnej F¹²¹ do czasu śmierci cieplnej r, w założonej temperaturze T. Jest to wielkość określająca, jakiemu czasowi F w temperaturze odniesienia, odpowiada 1 minuta działania innej temperatury.

Stopień sterylności/pasteryzacji - jest odwrotnością czasu śmierci cieplnej w temperaturach odniesienia - 1/r^F i jest wyrażany w minutach.

Jednostka sterylności/pasteryzacji - odpowiada ogrzewaniu produktu przez 1 minutę w temperaturze sterylizacji lub pasteryzacji.

Poziom 12D - obróbka, która zapewni bezpieczeństwo produktu na tym poziomie. Bezpieczeństwo bezwzględne.

Sterylizacja konserw:

- dogrzewanie - najdłuższa faza; aż 100% opakowań w swoim centrum termicznym (najchłodniejszy punkt) osiągnie temperaturę sterylizacji;

- sterylizacja właściwa - krótka;

- schładzania - też powinno trwać krótko.

Niekonwencjonalne technologie stosowane do redukcji drobnoustrojów.

Konwencjonalne metody utrwalania żywności:

- procesy termiczne;

- wędzenie;

- marynowanie;

- solenie;

- środki konserwujące;

- pakowanie próżniowe i w zmodyfikowanej atmosferze.

Metody niekonwencjonalne:

• Fale elektromagnetyczne.

Promieniowanie gamma (poniżej 10^-2 nm).

Najkrótsza fala, przenosi najwięcej energii - rozkład cząsteczki wody do aktywnej grupy hyroksylowej i wodorowej - wchodzą one w reakcje z innymi związkami i powodują zmiany w składzie chemicznym żywności (w właściwościach organoleptycznych). Takie działanie mają dawki powyżej 30kGy. Należy stosować dawki do 5kGy, co zabezpiecza przed zmianami organoleptycznymi.

Można utrwalać skutecznie warzywa i owoce (sposób sterylizacji musi być zaznaczony na opakowaniu). Nie pozostawia śladu po swoim przejściu, jedynie zmiany składu chemicznego po zadziałaniu grup aktywnych.

Ze względu na napromieniowanie:

- raduryzacja - dawki do 5kGy - najczęściej; gł. Formy wegetatywne G-;

- radycydacja - 3-10kGy; G- i G+;

- radapertzacja - sterylność radiacyjna - produkt jałowy; 30-60kGy; bez form przetrwalnikowych.

Apertzacja - proces produkowania konserw, hermetycznego zamykania żywności i utrwalania.

Stopień oporności: najmniej G-, G+, pleśnie, przetrwalniki.

DL_E.coli = 50Gy, DL_{przetrwalników Cl.botulinum} = 1200Gy, DL_ssaki = 5Gy

Promieniowanie ultrafioletowe (10-100 nm).

Sztuczne promienniki UV - do wyjaławiania powierzchniowego gładkich i równych obszarów (lepsza skuteczność). Działają tylko na bakterie G-; G+ i przetrwalniki są oporne, pleśnie bardzo oporne.

DL_E.coli = 3 jedn. (mWs/cm²), DL_Aspergillus = 300 jedn.

Uszkadzają materiał genetyczny - inicjują reakcję między dwoma cząsteczkami tyminy - dimer tyminy; duża dawka powoduje śmierć, a u organizmów wyższych - nowotworzenie.

Mikrofale (1mm - 10cm).

Najdłuższe ze stosowanych, przenoszą bardzo mało energii - nie ma zmian składu chemicznego żywności. Dochodzi do polaryzacji cząsteczek wody, wprawiają je w drgania, duże siły tarcia i wytwarza się energia cieplna. Służą gł. Do podgrzewania. Energia cieplna jest wytwarzana od wewnątrz i rozchodzi się równomiernie na zewnątrz. Szybkie ogrzewanie - mniejsze straty witamin, aminokwasów. Przy wysokich temperaturach może dojść do rozkładu białek i tłuszczów.

• Zastosowanie wysokich ciśnień (technologia wysokociśnieniowa - HPT).

Wysokie ciśnienie hydrostatyczne - umieszczamy produkt w opakowaniu jednostkowym w komorze ciśnieniowej, wypełniamy wodą i ustalamy wysokie ciśnienie przez docisk tłoka, ok. 1000-10000 atmosfer. Praktycznie stosowane w Japonii (jogurty, soki, wina, żele rybne) i Francji (szynka), ale w większości do produktów płynnych i półpłynnych.

Zalety:

- produkt surowy ma dalej charakter produktu surowego, zawiera dużo aminokwasów, witamin, nie zachodzą reakcje Maillarda; żywność ma charakter produktu świeżego i można ją długo przechowywać (jak jest dużo tłuszczu, to szybciej ulega jełczeniu);

- tańsza w eksploatacji niż inne metody - stosuje się tą samą ilość energii, bez względu ile jest produktów.

Inaktywacja drobnoustrojów: G- (DL_E.coli = 300MPa), drożdże (DL = 400MPa), pleśnie, przetrwalniki (DL = 600MPa).

Zmiana grubości ściany komórkowej drobnoustroju, staje się coraz cieńsza i oddziela od błony cytoplazmatycznej - rozerwanie komórki. Powyżej 400MPa dochodzi do trwałej denaturacji białek.

Niektóre bakterie potrafią się przystosować. W normalnym ciśnieniu mają 1-2μm, przy 40MPa wydłużają się do 100μm, wracają do normy przy ciśnieniu atmosferycznym.

Pasteryzacja ciśnieniowa - niska pasteryzacja (50-60°C), potem ciśnienie ok. 400MPa przez około 10 minut.

• Ultradźwięki - sonifikacja.

Skutecznie niszczy drobnoustroje powyżej 100tys. Hz - kawitacja (w roztworach wytwarzane są pęcherzyki powietrza, które rozrywają strukturę roztworu - u bakterii tworzą się w cytoplazmie). Dezintegrator ultradźwiękowy (zamiast autoklawu w laboratoriach). W przemyśle spożywczym - zlepianie, wytrącanie cząsteczek białka i innych - nie są wykorzystywane.

Ultradźwięki 20tys. Hz i wysoka temperatura - termosonifikacja; ultradźwięki, temperatura i ciśnienie -manotermosonifikacja.

Ultradźwięki o częstotliwości 100tys. Hz wytwarza się za pomocą płytki kwarcu umieszczonej w zmiennym polu elektrycznym.

• Biokonserwacja.

Dodatek szczepu kultur bakteryjnych, by uzyskać pożądane cechy organoleptyczne i wydłużyć trwałość. Sery, jogurty, kiełbasy dojrzewające (na etapie pozyskiwania farszu dodaje się homofermentatywne bakterie kwasu mlekowego, które wydłużają okres trwałości - kwas mlekowy zakwasza środowisko, stanowią mikroflorę antagonistyczną dla innych, mają zdolność wytwarzania bakteriocyn).

Bakteriocyny - kilkupeptydowe związki, w dużej mierze termostabilne, mogące hamować rozwój Listeria monocytogenes i Staphylococcus aureus. Jest wiele kultur startowych - indywidualny wybór producenta.

L.ssacei - sakacyna, L.curvatus - kurwacyna - jedne z bardziej termostabilnych (nawet do produkcji kiełbas parzonych jako czyste bakteriocyny).

Potrzeba 10⁶ bakterii/g, żeby było dobrze zabezpieczone (w kiełbasach dojrzewających).

• Alkoholizacja.

Dodatek alkoholu. Nie jest stosowana w przetwórstwie mięsnym. Do soków, a przed sprzedażą się oddestylowuje. Wina mają normalnie 11% alkoholu, a dodaje się do 20% żeby utrwali. Wino powyżej 12% zawartości alkoholu - mistela.

• Metoda oligodynamiczna.

Obecnie nie stosowana. Śladowe dodatki srebra (katadynizacja) i złota - napoje, piwo, soki. Niska skuteczność.

---