Zanieczyszczanie mikrobiologiczne surowców

ZANIECZYSZCZENIA ŻYWNOŚCI

Zakres wykrywanych analiz mikrobiologicznych żywności zależy od:

• Specyfiki produktu (rodzaj i jakość surowców używanych do jego produkcji)

• Procesu technologicznego

• Sposobu przechowywania produktów

MIĘSO ZWIERZĄT RZEŹNYCH

Przy prawidłowym uboju, prowadzonym w dobrych warunkach higienicznych głębokie partie mięśni są jałowe lub wykazują obecność nielicznych ziarniaków z rodzaju Micrococcus.

N powierzchni tusz mikroflora jest liczniejsza, a stanowią ją bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne.

Przy bardzo dobrej higienie uboju i obróbki tusz liczebność bakterii waha się w granicach 100-900kom/g lub cm2.

Psucie mięsa powodują najczęściej tlenowe pałeczki Gram -ujemne, zwykle psychotropowe - przy zanieczyszczeniu rzędu 106kom/g lub cm2 występują już wyczuwalne zmiany zapachowe.

Mięso jako surowiec nie podlega ocenie mikrobiologicznej.

W przypadkach, gdy jakość surowca budzi wątpliwości, można przeprowadzić ocenę jego świeżości na podstawie obrazu mikroskopowego powierzchni.

Czyste szkiełko przedmiotowe przyłożyć do powierzchni badanego mięsa. Uzyskany preparat odciskowy wysuszyć, utrwalić, zabarwić metodą Grama.

Przeprowadzić obserwacje mikroskopowe w co najmniej 20 polach widzenia.

Ocena świeżości mięsa na podstawie obrazu mikroskopowego powierzchni:

• Brak bakterii lub obecne pojedyncze ziarniaki Gram-dodatnie -> mięso świeże pH 5,8-6,5

• W polu widzenia 20-30 ziarniaków, nieliczne pałeczki Gram-ujemne -> mięso o podejrzanej świeżości pH 6,6

• W polu widzenia liczne bakterie z przewagą pałeczek Gram-ujemnych -> mięso nieświeże ph >6,7

MLEKO

Charakteryzuje się bardzo różną mikroflorą stanowiącą jego zanieczyszczenie.

Istotny wpływ na mikroflorę rodzimą ma stan zdrowotny zwierząt, warunki pozyskiwania mleka, a następnie jego przechowywanie.

W mleku surowym dominować może mikroflora psychotropowa z rodzaju Pseudomonas.

Towarzyszą jej laseczki tlenowe przetrwalnikujące, a także pałeczki grupy coli.

W okresie zimowym wzrasta liczba bakterii przetrwalnikujących, co należy wiązać z wykorzystywaniem składowanych pasz.

Mleko jest stałym środowiskiem bytowania paciorkowców i pałeczek fermentacji mlekowej rozkładających laktozę (cukier mleczny) na kwas mlekowy, co działa ochronnie na składniki białkowe i hamuje procesy gnilne.

RYBY I PRZETWORY RYBNE

Ryby mogą być źródłem zróżnicowanej mikroflory saprofitycznej i chorobotwórczej.

Najczęściej izolowana jest mikroflora psychofilna z gatunków: Pseudomonas, Flavobacterium, Achromobacter, Micrococcus.

Do taknek ryb mogą przenikać i inicjować procesy rozkładu mezofile bakterie gnilne, np. Proteus sp. Serratia sp., Bacillus sp. Pochodzące ze środowiska, w którym umieszczono ryby po złowieniu.

W tkankach ryb mogą także być obecne drobnoustroje chorobotwórcze: Listeria monocytogenes, Salmonella sp., Clostridium botulinum, Staphylococcus aureus.

Zagrożeniem zdrowia konsumenta może być także nadmierna koncentracja histaminy w mięśniach ryb, np. makreli lub łososiowatych.

Histamina powstaje na skutek dekarboksylacji L-histydyny przeprowadzanej przez pałeczki Proteus sp, Hafnia sp., Ps. fluorescens, Micrococcus sp.

Histamina jest ciepłostablina i jej ogrzewanie podczas przygotowywania posiłków do konsumpcji nie powoduje jej inaktywacji.

Zatrucie pokarmowe spowodowane histaminą wywołuje gwałtowne rozszerzenie naczyń krwionośnych, spadek ciśnienia krwi, wymioty, bóle głowy, mdłości, wysoką gorączkę, wysypki skórne, trudności w oddychaniu.

SUROWCE ROŚLINNE

Liczebność i rodzaje mikroorganizmów występujących na surowcach roślinnych zależą m.in. od:

• Rodzaju surowca,

• Możliwości zanieczyszczenia glebą

• Otaczającego środowiska biologicznego (chwasty, owady, ptaki, gryzonie)

• Warunków atmosferycznych podczas zbioru, sposobu zbioru. 4

Na mikroflorę surowców roślinnych składają się mikroorganizmy:

1. Egzystujące na ich powierzchni w okresie wzrostu roślin

2. Pochodzące z zanieczyszczeń wtórnych.

Mikroflora warzyw zależna jest od ich rodzaju.

• Na warzywach zielonych (sałata, kapusta, szpinak) występują głównie bakterie fermentacji mlekowej oraz drożdże i pleśnie.

• Warzywa korzeniowe i bulwiaste są znacznie bardziej zanieczyszczone niż inne. Dominują bakterie z rodzajów Clostridium i Bacillus oraz Micrococcus i Flavobacterium.

• Przy intensywnym nawożeniu naturalnym mikroflorę zanieczyszczającą również bakterie pochodzeni jelitowego oraz chorobotwórcze: Listeria monocytygenes, Yersinia enterocolitica oraz patogenne szczepy Escherichia coli.

• Zepsucia surowców roślinnych podczas składowania powodują zwykle grzyby strzępkowe (pleśnie).

MIKROFLORA OWOCÓW

Mikroflora owoców znajduje się zazwyczaj na ich powierzchni, gdzie przenoszona jest przez powietrze, a także przez bezpośredni kontakt z glebą w czasie zbiorów.

Dominującą mikroflorą owoców są grzyby, wśród których przeważają drożdże z rodzajów Saccharomyces, Candida i Pichia oraz pleśnie Penicillium, Mucor, Rhizopus.

Występują także bakterie z rodzajów Micrococcus, Bacillus oraz pałeczki z grupy coli.

MIKOTOKSYNY

Do niebezpiecznych substancji pochodzenia biologicznego spotykanych w żywności należą toksyny grzybów zwane mikotoksynami.

Termin „mikotoksyny” pochodzi od słów: greckiego „mycos”-grzyb oraz łacińskiego „toxicum” - trucizna.

Mikotoksyy są produktami wtórnego metabolizmu różnych rodzajów grzybów strzępkowych, zwanych „pleśniami”, należących do rodzajów Aspergillus, Penicillium i Fusarium.

Mikotoksyny są źródłem zanieczyszczenia żywności pochodzenia roślinnego.

Mikotoksyny charakteryzują się ostrym działaniem toksycznym o właściwościach:

• Mutagennych

• Teratogennych

• Onkogennych.

Mogą powstawać w szerokiej gamie artykułów spożywczych i w różnych warunkach środowiskowych, na całej kuli ziemskiej.

Ze względu na różnorodne efekty toksyczne i odporność na wysoką temp., obecność mikotoskyn w żywności i w paszach stanowi zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt.

Zgodnie z obecnie obowiązującymi uregulowaniami prawnymi obecność mikotoksyn w żywności eliminuje ją z obrotu zarówno w kraju jak i w handlu międzynarodowym.

Wprowadzenie mikotoksyn do organizmu człowieka i zwierząt

Wyróżnia się 2 drogi wnikania miko toksyn do organizmu człowieka.

1. Pierwotna - spożywanie żywności pochodzenia roślinnego, na której wcześniej rozwijała się pleśń i wytworzyła miko toksyny, np. zboże narażone na rozwój grzybów i przeznaczone na przemiał.
   Wówczas miko toksyny będą do organizmu człowieka wprowadzane wraz z różnymi rodzajami pieczywa, kaszą lub otrębami.

2. Droga wtórna prowadzi przez organizmy zwierzęce (żywność pochodzenia zwierzęcego, w którym toksyny dostarczone z paszą kumulują się w tkankach miękkich jak wątroba, nerki, a także w mięśniach.)

Obecnie poznanych jest ok. 400 metabolitów grzybów i ich pochodnych, które zaklasyfikowano do mikotoksyn.

Ze względu na zróżnicowany charakter toksycznego oddziaływania na organizmy wyższe podzielono mikotoksyny na 6 grup.

Są to:

1. Aflatoksyny

2. Ochratoksyna A

3. Patulina

4. Fumonizyny

5. Deoksyniwalenol

6. Zearalenon

Mikotoksyny są niebezpieczne, ale tylko w pewnych określonych ilościach.

Wdrążane systemy kontroli jakości produktów spożywczych pozwalają ograniczyć możliwość zatrucia tymi toksynami.

Dla bezpieczeństwa konsumentów od 2004 roku wprowadzony został system monitorowania artykułów żywnościowych w kierunku badania mikotoksyn.

SPEKTRUM DZIAŁANIA MIKOTOKSYN

Działanie zootoksyczne

• Człowiek i zwierzęta

Działanie fitotoksyczne

• Rośliny

Działanie antybiotyczne

• Drobnoustroje: grzyby i bakterie

Właściwości mikotoksyn:

• Zróżnicowane pod wzg. chemicznym

• Są stałocieplne, nie są niszczone podczas pasteryzacji

• Nieska temp środowiska nie hamuje produkcji miko toksyn, a w przypadku grzybów z rodzaju Fusarium nawet wzmaga ich tworzenie.

Grzyby wytwarzające najbardziej znaczące mikotoksyny z punktu widzenia toksykologicznego i ekonomicznego w skali światowej należą do rodzajów:

Fusarium sp.

Aspergillus sp.

Penicillium sp.

Produkty spożywcze zanieczyszczone mikotoksynami

• Toksynotwórcza pleśń rozwija się przede wszystkim na roślinach zbożowych.

• Większość mikotoksyn jest chemicznie trwała i odporna na zmiany temp., warunki przechowywania i procesy przetwórcze.

• Można je znaleźć w artykułach żywnościowych produkowanych ze zbóż, na przykład w chlebie lub w płatkach śniadaniowych, a nawet w winie czy piwie.

• Pleśnie produkują mikotoksyny rozwijają się również na innych magazynowanych produktach spożywczych, takich jak: lawa, kakao, owoce liofilizowane, owoce suszone, wino.

AFLATOKSYNY

Aflatoksyna jest pochodną difuranokumaryny, należy do najsilniejszych czynników rakotwórczych.

Aspergillus flavus syntetyzuje niebezpieczne aflatoksyny, od nazwy grzyba - producenta.

Obecnie znane są aflatoksyny (blue) - B1, B2, (milk)- M1, M2, (Green) - G1, G2.

Aflatoksyny są rozpuszczalne w wodzie i łatwo prznikają przez błony i tkanki roslin, zwierząt oraz przez skórę.

Są odporne na podwyższoną temp, wrażliwe na promieniowanie UV, nadtlenek wodoru i środowisko alkaliczne.

Zdolność do tworzenia aflatoksyn rozpoznano u szczepów z rodzaju Aspergillus i Penicilllium.

Aflatoksyny są hepatokancerogenne, mogą wywoływać szereg chorób, w tym także raka wątroby, chroniczne zapalenie wątroby, żółtaczkę oraz marskość wątroby.

Niektóre aflatoksyny mogą również wywoływać mutacje genów w komórkach ludzkich i zwierzęcych.

W większości krajów stosuje się obecnie systematyczną kontrolę poziomu aflatoksyn w podstawowych produktach żywnościowych (zboża, owoce liofilizowane itp.).

Mleko oraz mięso również podlegają ostrej kontroli.

OCHRATOKSYNA A (OTA)
- notowana jest w pewnych regionach o umiarkowanym klimacie (Eur. Zach, Kanada, częściowo Ameryka Płd.).

Wytwarzana jest przez Penicillium verrucosum, pleśń rozwijającą się często podczas przechowywania zbóż.

Występuje również w regionach tropikalnych, gdzie wytwarzana jest przez inny gatunek grzyba, Aspergillus ochraceus.

OTA jest najważniejszą miko toksyną występującą w surowcach roślinnych w klimacie miarkowanym.

OTA wykazuje działanie neurotoksyczne i nefrokancerogenne. Odkłada się w nerkach, następnie w wątrobie, mięśniach i tkance tłuszczowej.

U świń karmionych paszą porażoną grzybami powodowała martwicę kanalików nerkowych, martwicę tkanki podstawowej nefronu co skutkowało poważnym uszkodzeniem nerek.

Nie stwierdzono dotychczas przechodzenia OTA z paszy do krwi, mleka i mięsa przeżuwaczy.

W przewodzie pok. przeżuwaczy znajduje się swoista mikroflora bakteryjna, która rozkłada ochratoksynę A.

Trzy inne mikotoksyny wytwarzane są przez pewne szczepy grzyba z rodzaju Fusarium, który rozwija się głównie na roślinach zbożowych.

Fumonizyny - jest to grupa około 15 mikotoksyn występujących często na kukurydzy, nierzadko razem z innymi mikotoksynami. Zidentyfikowano je dopiero w połowie lat 80., chociaż ich oddziaływanie znane było od ponad 150 lat.

Zearalenon (ZEA) - wytwarzany jest w warunkach niskich temperatur i dużej wilgotności w okresie wegetacji i zbioru zbóż.

Deoksyniwalenol (DON) - produkcja tej toksyny związana jest z warunkami klimatycznymi, dlatego też może być różna w zależności od regionu i roku uprawy.

Fumonizyny są ostatnio opisanymi miko toksynami produkowanymi przez ograniczną liczbę pleśni z rodzajów Fusarium, na całym świecie często infekują zbiory kukurydzy.

Fumonizydy występują niemal wszędzie tam, gdzie rośnie kukurydza, z wyjątkiem rejonów chłodniejszych tj. pólnocno-wschodnia Europa i Kanada.

Poza kukurydzą i produktami wytwarzanymi z kukurydzy niewielkie stężenia fuminizyn wykrywano w ryżu, makaronie pszennym, sorgu, piwie i przyprawach.

Potwierdzoni neurotoksyczne i hepatotoksyczne działanie.

Zearalenon jest mikotoksyną o działaniu estrogennym. Produkowany jest przez niektóre gatunki Fusarium.

Występuje w zbiorach zbóż na całym świecie.

Zearalenon wykazuje małą toksyczność ostrą. Mimo to, obecność zearelenonu w paszy, przez długi czas była poważnym problemem w rolnictwie, przede wszystkim dlatego, że powodował bezpłodność i inne choroby pokrewne, zwłaszcza świń i owiec.

Brak jest informacji o szkodliwym wpływie tej toksyny na organizm człowieka.

Deoksyniwalenol (DON) niemal zawsze jest wytwarzany na roślinach przed zbiorem.

Powstaje w czasie długotrwałych okresów chłodu, w czasie wegetacji i żniw przebiegających w warunkach dużej wilgotności.

DON jest odpowiedzialny za hamowanie biosyntezy białka, redukcję aktywności enzymów, zaburzenia w przepuszczalności błon cytoplazmatycznych oraz zaburzenia w podziałach komórkowych.

Występowanie: wykryto w pszenicy, jęczmieniu, kukurydzy i owsie.

Po spożyciu tej toksyny występują u ludzi biegunki, wymioty, anoreksja wywołana stanem zapalnym jelita cienkiego. DON jest toksyną o działaniu alergizującym.

Patulina jest toksycznym metabolitem wtórnym niektórych gatunków grzybów, zarówno z rodzaju Aspergillus i Penicillium.

Występowanie: w warunkach naturalnych znana jest przede wszystkim jako substancja skażająca jabłka i sok jabłkowy.

Patulina jest wykrywana nie tylko w jabłkach i produktach wytworzonych z jabłek, ale także w owocach dotkniętych brązową zgnilizną, takich jak banany, ananasy, winogrona, brzoskwinie, morele, pomidory oraz w spleśniałych kompotach i soku gruszkowym.

Patulina jak wykazały badania ma działanie mutagenne, ponadto charakteryzuje się wysoką toksycznością: zwiększa przepuszczalność naczyń krwionośnych, hamuje diurezę i uszkadza wątrobę.

Zabiegi zmierzające od ograniczenia mikotoksyn w środowisku:

• Hodowla i uprawa odmian odpornych na patogeny;

• Stosowanie chemicznej ochrony roślin z wykorzystanie inhibitorów syntezy miko toksyn;

• Wprowadzenie maksymalnego dopuszczalnego poziomu miko toksyn w żywności i paszach,

• Monitorowaniu jakości produktów żywnościowych.

DROBNOUSTROJE WYKORZYSTYWANE W PRODUKCJI ŻYWNOŚCI ORAZ BIOTECHNOLOGII

DROBNOUSTOJE:

• Fermentujące cukry (bakterie mlekowe, propionowe, masłowe, octowe oraz drożdże)

• Zdolne do rozkładu biopolimerów (sacharolityczne, amylolityczne, pektyno lityczne, celulolityczne, proteolityczne i lipolityczne).

• Ekstremofilne (halofilne, osmofile, kserofile, psychofile, psychotropy, termofile)

• Inne grupy - produkują substancje śluzowe, gazy, barwniki, metabolity o nieprzyjemnym smaku i zapachu.

• Patogeniczne i toksynotwórcze.

Drobnoustroje są odpowiedzialne za rozkład substancji organicznych.

Reakcje rozkładu można podzielić na 3 typy:

1. Fermentację

2. Gnicie

3. Mineralizację.

FERMENTACJA - jest całkowitym rozkładem związków organicznych złożonych głownie z węgla, wodoru i tlenu - cukrów, alkoholi i związków pokrewnych.

W wyniki fermentacji powstają takie związki jak:

Dwutlenek węgla
wodór
kwasy organiczne (np. mlekowy, masłowy)
alkohole (np. etylowy).

GNICIE jest rozkładem głównie białek lub innych związków organicznych zawierających azot, bez udziału tlenu atmosferycznego, w wyniku czego powstają amoniak, siarkowodór, CO2 i inne związki.

MINERALIZACJA - jest całkowitym rozkładem związków organicznych aż do najprostszych substancji nieorganicznych, takich jak: CO2, H2O, mineralne związki azotu, fosforu, sodu, potasu, wapnia, siarki.

Rola bakterii w przemyśle spożywczym

Korzystna rola - do otrzymanie niektórych produktów spożywczych.

Bakterie ze względu na ich zastosowanie w przemyśle podzielono na 4 podstawowe grupy:

Bakterie fermentacji mlekowej
Bakterie fermentacji octowej
Bakterie fermentacji propionowej
Bakterie fermentacji masłowej.

Fermentacja mlekowa

• Stanowi formę oddychania beztlenowego, jest to mikrobiologiczny, beztlenowy proces przekształcania węglowodanów do kwasu mlekowego.

• Odbywa się w mleku, warzywach, mięsie przy udziale LAB (Lactic Acid Bacteria) - bakterii fermentacji mlekowej

• Substratem dla tej fermentacji jest glukoza i inne heksozy oraz laktoza jako główny węglowodan mleka

Bakterie fermentacji mlekowej

• Niejednorodna diagnostycznie grupa mikroorganizmów - cecha wspólna beztlenowa fermentacja mlekowa

G+ ziarniaki - rodzaje Streptococcus, Lactococcus, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus

G+ nie przetrwalnikujące pałeczki, regularne - rodzaj Lactobacillus

G+ nie przetrwalnikujące pełeczki, nieregularne - rodzaj Bifidobacterium

• Produkują zależnie od gatunku od 0,6 do 3% kwasu mlekowego

• Różnią się tolerancją na niskie pH środowiska, optymalną temperaturą rozwoju, sposobem metabolizowania cukrów oraz środowiskiem bytowanie.

• Środowisko bytowania - mleko, rośliny, błony śluzowe oraz przewód pokarmowy człowieka i zwierząt.

BAKTERIE FERMENTACJI MLEKOWEJ - PODZIAŁ
Ze względu na optymalne temp. Rozwoju oraz intensywność kwaszenia.

MEZOFILE
20-28 st.C
1,5% kwasu mlekowego
Lactobacillus lactis
L. casei
Leukonostoc

TERMOFILE
40-45st. C
do 3% kwasu mlekowego
Lactobacillus delbrueckii
Streptococcus thermophilus

Fermentacja mlekowa - podział ze względu na szklaki przemian cukrów.

Bakterie właściwej fermentacji mlekowej - homofermentacja.
Wykorzystują cukry proste i dwucukry.
Produkują prawie wyłącznie (ponad 95%) kwas mlekowy jako końcowy produkt przemiany materii.

Przedstawicielami tej grupy są:

• Lactococcus lactis subsp. lactis - występuje w mleku surowym

• Lactococcus lactis subsp. Cremoris - występuje w ukwaszonej śmietanie

• Lactobacillus casei - obecny w mleku i dojrzewających serach

• Lactobacillus plantarum - czynny podczas zakiszania kapusty i ogórków.

Bakterie właściwej fermentacji mlekowej - heterofermentacja
Oprócz heksoz, przeprowadzają fermentacje pentoz.

Heterofermentacja, w której wyniku powstaje ok. % kwasu mlekowego i znaczna ilość CO2, kwasu octowego i (lub) etanolu, glicerolu, mannitolu.

HETEROFERMENTACJA - przykłady drobnoustrojów:

Są to bakterie głównie z rodzaju Leuconostoc:

• Leuconostoc mesenteroides - powoduje śluzowacenie słodkich napojów i fermentujących warzyw

• Leuconostoc cremoris - wytwarza kwas octowy i CO2, stosowany do kwaszania śmietany.

Dodatkowo występują także:

• Lactobacillus brevis - występuje w mleku, serach, kiszonkach

• L. fermenti - występuje w zalewie kiszonych ogórków, kapusty

• Bifidobacterium bifidum - ściśle beztlenowa bakteria, stanowi większość mikroflory jelita grubego niemowląt karmionych mlekiem matki oraz do 50% tej mikroflory u dzieci i dorosłych.

Rzekoma fermentacja mlekowa (fermentacja pseudomlekowa)- kwas mlekowy może powstawać jako jeden z produktów metabolizmu niektórych bakterii z rodziny Enterobacteriaceae np. E. coli lub grzybów z klasy Zygomycetes np. Mucor, Rhizopus.

BAKTERIE PSEUDOMLEKOWE- są to także bakterie zanieczyszczające różne produkty (wino, piwo).

Mogą powodować np. obniżenie zawartości kwasu jabłkowego w winach, zamieniając go w kwas mlekowy z wydzieleniem CO2 (tzw. Odkwaszanie win).

Należą tu m.in. Bacterium gracile i Bacterium mannitopem.

Escherichia coli - pałeczki okrężnicy (wywołują różne wady mleka, wczesne wzdęcie sera, wady masła).

Fermentacja pseudomlekowa - kwas mlekowy jest tylko jednym z produktów, a ponadto powstaje dwutlenek węgla, kwas octowy, alkohol etylowy i inne.

Fermentacja pseudomlekowa występuje w mleku skażonym bakteriami pseudomlekowymi łącznie z właściwą fermentacją mlekową, obniżając końcową wartość produktu.

Fermentacja mlekowa
Dzieli się na 2 typy:
f. właściwa - wywołana przez bakterie mlekowe

f. niewłaściwa (pseudomlekowa) - wywołana przez różne rodzaje bakterii, np. Escherichia, Micrococcus;

Przebieg fermentacji mlekowej:

C₆H₁₂O₆ -> 2 CH₃CHOHCOOH + 95 kJ

Fermentacja mlekowa:

Homofermentacja

• Glukoza - 2 cz mleczanu

Hetero fermentacja

• Glukoza - mleczan + etanol +CO2

Szlak bifidum

• 2 glukoza- 3 cz octanu +2 cz mleczanu

BAKTERIE MLEKOWE

Wytwarzają wiele związków lotnych, które nadają fermentowanym produktom charakterystyczny aromat.

• Diacetyl - nadaje orzechowy zapach masła, śmietany, kefiru, serów twarogowych.

• Aldehyd octowy - czynnik smakowo- zapachowy jogurtu.

• Kwas octowy

• Alkohol etylowy

Bakterie właściwej fermentacji mlekowej

Cechy charakterystyczne:

Fermentują cukry, wytwarzając głównie kwas mlekowy;
nie tworzą przetrwalników;
są nieruchome;
są Gram- dodatnie,
są to ziarniaki i pałeczki, dzielące się tylko w jednej płaszczyźnie;
są względnymi beztlenowcami;
są mezofilami lub termofilami
mają wysokie wymagania odżywcze, potrzebują do swojego rozwoju określonych aminokwasów i witamin.

Zastosowanie bakterii mlekowych w mleczarstwie:

• Napoje mleczne

• Zsiadłe mleko zawiera 0,8-2% kwasu mlekowego, stosuje się bakterie kwaszące i aromatyzujące: L. lactis, L. cremoris;

• Jogurt - szczepionka jogurtowa zawierające w proporcji 1:1 lub 1:2 Lactobacillus bulgaricus i Streptococcus termophilus.

• Kefir - napój lekko musujący zawierający 0,1-0,8% alkoholu. Do jego otrzymania stosuje się „grzybki kefirowe”, w skład wchodzą liczne bakterie: L. lactis, L. diacetilactis, L. brevis, L. casei oraz Candida kefir, Saccharomyces florentinum, Torula kefir.

W produkcji masła i serów.

• Masło - Lactococcus diacetylactis, Leuconostoc cremoris

• Sery

Roquefort - L. lactis, L. cremoris, Penicillium roqueforti

Camambert - L. lactis, L. cremoris, Penicillium camamberti,

Gouda - L. lactis, L. cremoris, L. diacetylactis

Ementaler - S. thermophilus, L. lactis, Propionibacterium shermani, L. helveticus, P. freudenreichii

Bakterie mlekowe biorą udział w kwaszeniu warzyw

Kwaszenie polega głównie na fermentacji mlekowej.

Celem tego zabiegu jest:

• Przetwarzanie surowców roślinnych,

• Konserwowanie tych produktów.

W przetwórstwie warzywnym nie stosuje się czystych kultur bakterii fermentacji mlekowej.

W przemyśle mięsnym bakterie mlekowe biorą udział w przemianach mikrobiologicznych zachodzących w wędlinach surowych (metka, salami) podczas ich produkcji i przechowywania.

Bakterie te współuczestniczą w kształtowaniu barwy, konsystencji, smaku i zapachu wędlin surowych.

W wędlinach rozwijają się pałeczki homo- i heterofermentatywne.

Bakterie mlekowe w produktach żywnościowych - podsumowanie:

• Przyczyniają się do kształtowania cech sensorycznych produktów.

• Wpływają na przedłużenie trwałości i poprawę mikrobiologicznego bezpieczeństwa.

• Poprawiają wartość odżywczą (zwiększenie strawności białek i przyswajalności składników mineralnych - zwłaszcza wapnia i żelaza)

• Działają probiotycznie.

Szkodliwe działanie bakterii mlekowych

• Lactobacillus salivarius, Pediococcus viscosus - ciągliwość piw i win.

• Pałeczki okrężnicy (E.coli) - wywołujące różne wady mleka (nieprzyjemny smak I zapach), wczesne wzdęcia serów, wady masła (gorzki smak, nieprzyjemny zapach)

• Mikrokoki wywołujące ciągliwość mleka, gęstnienie i serowacenie mleka zagęszczonego oraz goryczkę serów.

Bakterie mlekowe są również niepożądane w dziedzinach przemysłu spożywczego opartych na fermentacji alkoholowej, a więc w przemyśle:

• Gorzelniczym

• Piwowarskim

• Winiarskim

Bakterie mlekowe heterofermenatatywne

• Wytwarzają różne produkty uboczne, które wpływają hamująco na drożdże,

• Wywołują wiele wad piwa, takich jak: zmętnienie, kwaśnienie i inne.

Bakterie mlekowe

• Mogą rozwinąć się w leżakującym winie, szczególnie przy podwyższonej temperaturze;

• Zmieniają kwas jabłkowy i cytrynowy na kwas mlekowy i CO2

• Rozwojowi bakterii mlekowych zapobiega się przez siarkowanie i filtrowanie wina.

• Heterofermentatywne paciorkowce (Leuconostoc mesenteroides) są przyczyną śluzowacenia soków w cukrownictwie.

• Bakterie mlekowe są także szkodnikami w przemyśle drożdżowym.

• Jeżeli bakterie mlekowe namnożą się w znacznym stopniu w czasie produkcji drożdży, to powodują zahamowanie ich rozwoju.

Bakterie fermentacji octowej:

• Są to pałeczki występujące pojedynczo, po dwie lub w łańcuszkach;

• Wiele gatunków wytwarza otoczki śluzowe

• Nie tworzą przetrwalników

• Są nieruchome lub mają zdolność ruchu

• Są to małe pałeczki Gram - ujemne

• Są typowymi tlenowcami

• Są mezofilami, a optimum wzrostu wynosi 25-35st. C

• Najkorzystniejsze pH dla ich rozwoju wynosi 4,0-6,5

• Nie mają wysokich wymagań odżywczych, źródłem azotu mogą być nawet sole amonowe, a także aminokwasy lub peptony, a źródłem węgla - alkohol etylowy;

• Mają zdolność utleniania alkoholu etylowego do kw. octowego.

Bakterie fermentacji octowej Acetobacter i Glaconobacter

Cechy wspólne bakterii octowych:

• Tworzenie kwasów na drodze częściowego utleniania alkoholi i cukrów

• Acetobacter są zdolne do dalszego utleniania kw. octowego do CO2 i H2O - nadoksydacja (Gluconobacter nie)

• Gluconobacter utleniają cukry do ketokwasów.

• Rodzaj ten jest zwykle katalazo dodatni, nie metabolizują laktozy i skrobi.

• Gluconobacter preferuje źródła bogate w cukier, kwiaty, owoce, warzywa, piwo, wino.

Fermentacja octowa - Acetobacter i Gluconobacter

Fermentacja octowa to utlenianie alkoholu etylowego do kwasu octowego.

Chemizm tej fermentacji można przedstawić za pomocą sumarycznego równania:

CH3CH2OH + O2 -> CH3COOH +H2O +490kJ

Fermentacja octowa jest wykorzystywana na skalę przemysłową do produkcji octu, czyli wodnego r-ru kwasu octowego.

Szkodliwe działanie bakterii octowych

• Szkodliwe działania bakterii octowych jest widoczne w dziedzinach przemysłu opartych na fermentacji alkoholowej.

• Ochrona przed nimi polega przede wszystkim na odcięciu dostępu powietrza do płynów fermentacyjnych i produktów gotowych.

• W gorzelnictwie, gdzie fermentacja jest krótkotrwała, naturalną ochroną jest wydzielanie się CO2, który jako gaz ciężki skupia się na powierzchni płynu.

• W browarnictwie ochroną jest niska temp. Fermentacji i szczelne zamknięcie piwa nasyconego CO2.

Bakterie octowe

Mogą powodować wiele wad w gotowym piwie lub winie, wywołując:
zmętnienie
kwaśnienie
zapach octu
kożuch na powierzchni;

Mogą powodować psucie się marynat owocowych i warzywnych, tworząc kożuch na powierzchni.

Bakterie propionowe należą do rodzaju

Charakteryzują się następującymi cechami:

W war. Beztlenowych są to krótkie, drobne pałeczki podobne do paciorkowców mlekowych;
w war. Tlenowych lub w środowisku zakwaszonym przybierają kształt bardziej wydłużony;
są względnymi beztlenowcami,
są mezofilami o optymalnej temp, rozwoju w granicach 30-35 st.C
nie tworzą przetrwalników
są nieruchome
są Gram-dodatnie
syntetyzują wit. B12
tworzą z mleczanów albo cukrów prostych kwas propionowy, octowy, CO2 i H20.

BAKTERIE PROPIONOWE

W żywności występują saprofityczne gatunki tych bakterii w świeżym mleku i produktach mleczarskich.

Są wykorzystywane w produkcji serów, zwłaszcza typu szwajcarskiego (np. Ementaler), którym nadają charakterystyczne oczkowanie i specyficzny słodkawy posmak.

Znajdują zastosowanie w przemysłowej produkcji kwasu propionowego i wit. B12.

Ponadto bakterie propionowe towarzyszą bakteriom mlekowym w zakwasach chlebowych, a niekiedy też w kiszonkach.

FERMENTACJIA PROPIONOWA

Bakterie z rodzaju Propionibacterium,

Fermentacja ta jest beztlenowym rozkładem kwasu mlekowego (lub cukru) na kwas propionowy i kwas octowy z wydzieleniem dwutlenku węgla i wody.

Przebieg fermentacji:

3CH3CHOH *COOH -> 2CH3CH2COOH + CH3COOH + kwas mlekowy+ kw. propionowy+ kw. octowy +CO2 +H2O+ energia

Bakterie masłowe

Bakterie masłowe należą do rodzaju Clostridium i charakteryzują się następującymi cechami:

Są to laseczki
tworzą przetrwalniki
Gram- dodatnie
są beztlenowcami
są mezofilami
fermentują cukry z wytworzeniem kwasów, CO2, wodoru

Bakterie te są szkodnikami. Powodują tzw. Późne wzdęcia serów podpuszczkowych dojrzewających, psucie się konserw warzywnych i owocowych oraz kiszonych pasz.

Fermentacja masłowa

Bakterie masłowe należące do rodzaju Clostridium.

Bakterie te mają zdolność fermentowania:

• Cukrów prostych,

• Dwucukrów

• Wielocukrów (skrobia, dekstryny, pektyny, celuloza, hemiceluloza)

Fermentacja masłowa polega na beztlenowym rozkładzie cukrów na kwas masłowy, CO2 i wodór zgodnie z równaniem:

C6H12O6 -> CH3CH2CH2COOH + 2CO2 +2H2 +energia

Oprócz kw. masłowego powstają również liczne produkty uboczne, np. kwas octowy, alkohol metylowy, metan, aceton, alkohol butylowy.

Najważniejszymi przedstawicielami są gatunki: Cl. butyricum, Cl. pastrianum, Cl. acetobutylicum.

Bakterie masłowe:

Duże znaczenie w biotechnologii.

Są producentami rozpuszczalników organicznych, kwasu masłowego, etanolu z celulozy.

Pektynolityczne gatunki wykorzystuje się w przemyśle włókienniczym do rozluźniania struktury lnu, konopi celem oddzielenia włókien celulozowych.

Wykazują także właściwości proteolityczne i cechuje je zdolność do wiązania azotu atmosferycznego.

Wiele gatunków chorobotwórczych - wytwarzają toksyny: Cl. botulinum, Cl. perfringens, Cl tetani.

Szkodliwa rola bakterii masłowych

Bakterie masłowe są szkodnikami w przemyśle spożywczym:

• W mleczarstwie

• W przetwórstwie owocowo-warzywnym

• Wywołują bombaże konserw pod wpływem wytwarzanych gazów (CO2 i H2)

• Produkty takie mają bardzo nieprzyjemny zapach zjełczałego masła i nie nadają się do spożycia.

• W przemyśle fermentacyjnym - rozwój ich w zacierze gorzelniczym hamuje działalność drożdży.

Charakterystyka drożdży szlachetnych

• Drożdże, które mają zastosowanie w przemyśle, określa się nazwą drożdży szlachetnych.

• Drożdże nie mające praktycznego zastosowania i działające szkodliwie na przebieg procesów produkcyjnych - nazwą drożdży dzikich.

Drożdże szlachetne należą do rodzaju Saccharomyces I dzieli się je na:

• Piekarskie (S. cerevisiae)

• Piwowarskie (S. carlsbergensis)

• Winiarskie (S. ellipsoideus)

• Gorzelnicze (S. cerevisiae)

Wywołują one fermentację alkoholową, czyli przetwarzają cukier na alkohol etylowy i CO2.

Drożdże charakteryzują się następującymi cechami:

• fermentują cukry proste z wytworzeniem najczęściej do 12% alkoholu

• optymalne stężenie cukru w pożywce wynosi do 20%

• optymalna temp. Przebiegu fermentacji alk. Wynosi 28-32st. C

• optymalna kwasowość podłoża powinna być w granicach ph 3-6

Drożdże piekarskie - są to razy drożdży szybko namnażających się, charakteryzujące się dużą siłą podnoszenia ciasta i dużą trwałością przy przechowywaniu.
Są to drożdże fermentacji górnej.

Drożdże piwowarskie - są to razy drożdży fermentacji dolnej, które fermentują w temp. 5-10st.C oraz drożdże fermentacji górnej - fermentujące w temp. 10-25st. C.

Drożdże winiarskie - są to rasy różniące się między sobą zdolnościami fermentacyjnymi i ilością wytwarzanego alkoholu, kwasów oraz estrów. „Bukiet” wina zależnie nie tylko od rodzaju surowca, ale i od rasy drożdży. Są to drożdże fermentacji dolnej.

Drożdże gorzelnicze - są to zwykle te same razy drożdży co piekarskie. Drożdże te wytwarzają w ciągu 2-3 dni duże ilości alkoholu (do 11%).

Szybkość przebiegu fermentacji zależy m.in. od:

• składu chemicznego podłoża - fermentacji ulegają: glukoza, mannoza, fruktoza, galaktoza;

• temperatury prowadzenia procesu - optymalna 16-20 st C; odczyn środowiska - optymalne pH 4-6

• silne zakwaszenie hamuje przebieg fermentacji;

• w środowisku alkalicznym, oprócz alkoholu etylowego i CO2, tworzą się również inne produkty końcowe, jak np. kwas octowy;

• dostęp powietrza - przy dużym dostępie tlenu obniża się wydajnośc alkoholu (nawet do 30%), ponieważ wtedy drożdże oddychają tlenowo, czyli utleniają cukier do CO2 i H2O (hamowanie fermentacji alkoholowej w obecności tlenu cząsteczkowego w środowisku nosi nazwę efektu Pasteura).

• Stężenia powstającego alkoholu - najodporniejsze rasy drożdży szlachetnych znoszą stężenie do 18%.

Korzystna rola drożdży w przemyśle spożywczym.

Drożdże są wykorzystywane w następujących przemysłach:

• Piekarskim - rośnięcia ciasta pszennego oraz w zakwasach chlebowych,

• Piwowarskim - do produkcji piwa

• Winowarskim -do prod. Wina

• Gorzelniczy - do produkcji spirytusu

• Mleczarskim - do produkcji kefiru.

Drożdże w przemyśle mają ponadto zastosowanie do produkcji:

Drożdży piekarskich,

Drożdży paszowych - stanowiących cenną paszę dla bydła,

Drożdży spożywczych - będących źródłem białka, wit. z gr B oraz mających zastosowanie w lecznictwie.

Niekorzystna rola drożdży w przemyśle spożywczym

• Drożdże jako mikroflora szkodliwa SA bardzo rozpowszechnione w przyrodzie,

• Znajdują się na surowcach, w powietrzu, na urządzeniach, aparatach i sprzęcie.

• Łatwo przenikają do produktów, wywołując ich wady lub też zakłócenia w toku produkcji.

Drożdże osmofilne (rosną w roztworach cukru i produkatach słodzonych) mogą rozwijać się w :

• Produktach owocowo-warzywnych, takich jak: dżemy, galaretki, syropy owocowe, miód

• Wywołują fermentację cukru, powodując wady tych produktów

• Przecierach pomidorowych;

• Są główną przyczyną psucia się kompotów i soków owocowych, obecność ich w kompotach i sokach świadczy o wtórnym skażeniu lub też o złej pasteryzacji.

• Przyczyną psucia się kwaszonej kapusty i ogórków są drożdże kożuchujące, które roskładają kwas mlekowy, powodując odkwaszenie środowiska, co umozliwia następnie rozwój bakterii gnilnych.

• Drożdże w mleku i śmietanie wywołują gazowanie i zapach alkoholowy.

• W maśle są przyczyną występowanie lekko kwaśnego, gorzkiewfo i serowego oraz typowo drożdżowego smaku.

• W przemyśle mięsnym mogą być powodem wytworzenia się na powierzchni mięsa bezwonnego, białego nalotu (tzw. Oszronienie mięsa).

Wykorzystanie pleśni w przemyśle spożywczym

Pleśnie mają różnorodne zastosowanie praktyczne, są wykorzystywane do otrzymywania:

• Kwasu cytrynowego,

• Wielu preparatów enzymatycznych

• Antybiotyku penicyliny

• Biorą udział w dojrzewaniu niektórych serów.

Kwas cytrynowy produkuje się na skalę przemysłową w procesie fermentacji cytrynowej, przy użyciu czystych kultur pleśni.

Wykorzystuje się do tego celu gatunek Aspergillus Niger - kropidlak czarny.

Fermanetacja cytrynowa polega na utlenianiu cukrów (glukozy, fruktozy, sacharozy) do kwasu cytrynowego.

Proces fermentacji przebiega z udziałem tlenu i jest bardzo złożony.

Pleśnie wytwarzają wiele enzymów.

Właściwości te wykorzystuje się do otrzymywania z nich różnych preparatów enzymatycznych.

W przemyśle spożywczym znalazły zastosowanie m.in.:

• Preparaty amylolityczne

• Pektyno lityczne

• Proteolityczne

Preparaty amylolityczne

• Hydrolizują skrobię (podstawowy materiał zapasowy roślin) dzięki amylazom, mają największe zastosowanie praktyczne.

• Enzymy te są wytwarzane przez wiele pleśni, przede wszystkim z rodzaju Aspergillus i Mucor oraz przetrwalnikujące bakterie tlenowe i beztlenowe, np. Bacillus subtilis.

Preparaty amylolityczne stosuje się:

• W przemyśle ziemniaczanym - do produkcji glukozy ze skrobi i syropu skrobiowego

• W przemyśle piekarskim - do fermentacji ciasta

• W przemyśle gorzelniczym - do scukrzania skrobi

• W produkcji odżywek dla dzieci z surowców zbożowych,

• W przemyśle paszowym - jako dodatek do pasz, co zwiększa stopień wykorzystania składników paszy.

Preparaty pektynolityczne

• Właściwości pektynolityczne wykazują bakterie (Erwinia, Pseudomonas marginalia, Bacillus macerans) i pleśnie (Aspergillus, Trichoderma), natomiast nie mają ich drożdże.

• Drobnoustroje pektynolityczne są najczęściej przyczyną mięknięcia surowych warzyw (ogórków, papryki, pomidorów).

• W przemyśle enzymy pektynolityczne stosowane są do pektynizacji soków owocowych - proces niezbędny przed ich zagęszczaniem.

• Pektynizacja to hydroliza związków pektynowych stanowiących materiał podporowy tkanek roślinnych (pektyny są składnikiem blaszek środkowych w ścianach komórkowych roślin).

Drobnoustroje proteolityczne

• Drobnoustoje protelotityczne -wydzielają produkty - enzymy proteolityczne - hydrolazy - do środowiska.

• Rozkładają aminokwasy z wytworzeniem produktów o nieprzyjemnym zapachu i smaku.

• Proces gnicia - obejmuje przemiany deaminacji aminokwasów (powstaje amoniak i keto kwasy), dekarboksylacji aminokwasów (powstaje CO2 i aminy biogenne - tzw. Jady trupie, np. histamina) oraz siarkowodór, fenol i indol.

• Pełeczki Gram -ujemne,
  nieprzetrwalnikujące, psychotropowe z rodzaju Pseudomonas, Proteus, Alcaligenes,
  przetrwalnikujące - B. subtilis, B. cereus, Clostriudium.

Preparaty proteolityczne - hydrolizujące białko stosuje się:

• W przemyśle mięsnym i rybnym - do przyspieszania dojrzewania mięsa,

• W przemyśle piwowarskim - do stabilizacji klarowności piwa,

• W dojrzewaniu serów

• W przemyśle paszowym - jako dodatek do pasz.

Liczne gatunki pleśni z rodzaju Penicillum:
wykorzystuje się w serowarstwie w dojrzewaniu serów pleśniowych.

W serach miękkich z porostem pleśni (brie, camembert) dojrzewanie przebiega przy udziale gatunków:

Penicillium candidum i P. camembert,

A w serach miękkich z przerostem pleśni (rokpol) - z udziałem P. roquerforti.

21

---