WYKŁAD 1:

JTK - jednostki tworzące kolonię

Deinococus radiohorans - bakterie wytrzymujące duże promieniowanie

Nazewnictwo mikroorganizmów - zapis Rząd(od dużej litery) i gatunek(z małej litery), np. Bacillus subtillis, Saccharomyces cerevisiae.

Ilość bakterii w przewodzie pokarmowym człowieka jest wielka, w sumie 3kg mikroorganizmów człowiek nosi na sobie.

bakterie kałowe - mogą być groźne, ale większość mikroorganizmów na ciele człowieka jest bardzo pożyteczna, bakterie mają dużą zdolność przylegania do powierzchni gładkich.

Liczba bakterii w jamie ustnej - 10¹⁰ (głównie z rodzaju Streptococcus), gronkowce, paciorkowce są niekorzystne, około 30% populacji żyje z gronkowcem złocistym, ale nie jest to dobre, miscella)

Na skórze - głównie gronkowce (Staphylococccus) - 10¹²

W jelitach - głównie pałeczki okrężnicy (E.Coli) - 10¹², w całym przewodzie pokarmowym 10¹⁴.

W narządach płciowych typowa bakteria to Mycoplasma genitalium (jedna z najmniejszych bakterii)

W kale - na 1kg kału przypada 1/4kg bakterii

Podział mikroorganizmów:

a). ze względu na temperaturę życia:

◄ psychrofile (organzimy zimnolubne) - optimum temperatur to 15-20° C, wytrzymują temperatury od 10°C do 30°C

◄mezofile - optymalna temperatura to 20-37°C, maksimum 40°C, a minimum 10-30°C, w tej grupie większość organizmów przemysłowych

◄termofile - optimum 50-60°C (np. bakterie kwasu mlekowego 45-50°C homofermentatywne), maksimum 60-95°C, minimum 25-50°C

◄ekstremofile - tzw. hipertermofile, optimum powyżej 80°C, wytrzymują temperatury maksymalne rzędu 150°C

b). ze względu na sposób odżywiania:

● autotrofy - organizmy samożywne (budują związki organiczne z substancji nieorganicznych)

● heterotrofy - organizmy cudzożywne (pobierają substancjie organiczne roślinne lub zwierzęce, niezdolne do syntezy związków organicznych z nieorganicznych)

c). ze względu na pH:

▪ acidofile - wytrzymują bardzo niskie pH (np. bakterie żołądkowe) 0-3, pH=2,5 graniczne, przy którym jeszcze zachodzi rozwój

▪ alkilofile - wytrzymują pH wysokie 10-12 większość mikroorganizmów, najlepiej rozwija się w pH obojętnym

Barofile - organizmy wytrzymyjące wysokie ciśnienia (jednostki przemysłowe ciśnienia: bary, MPa)

Drobnoustroje zimnolubne - ok 80% biosfery (w tym 90%wód morskich)

Rodzaje drobnoustrojów:

- archeony - prokariotyczne mikroorganizmy mające błonę cytoplazmatycznej o innej strukturze niż bakterie i eukarionty; należą do tej grupy mikroorganizmy żyjące w b. wysokich temperaturach i mikroorganizmy wytwarzające metan (najmniejsze)

- bakterie - prokariotyczne mikroorganizmy mające sztywną ścianę komórkową

glony - fotosyntetyzujące organizmy eukariotyczne, sztywna ściana komórkowa

- grzyby - eukariotyczne mikroorganizmy, sztywna ściana komórkowa, występują w formie: drożdży lub grzybni (strzępki)

- pierwotniaki - eukariotyczne mikroorganizmy bez sztywnej ściany komórkowej

- wirusy - mikroorganizmy niezdolne do samodzielnego życia, ale powielające się z wykorzystaniem biosyntetycznej maszynerii mikrooraganizmów wolno żyjących

eukarionty - organizmy mające komórki, w których genom z DNA jest otoczony błoną jądrową

prokarionty - organizmy pozbawione błony jądrowej

Wszystkie mikroorganizmów wielkości mikrometrów μm

Porównanie wielkości mikroorganizmów:

mikroorganizm	wielkość
cząsteczka białka	2,5x10 nm
wirusy (wielkość wirusów porównywalna z wielkością białka jaja kurzego)	10x520 lub 8x12 nm
bakteriofagi	65x95nm
bakterie (przetrwalnik)	0,5-1μm (0,5-1,5μm)
drożdże	3-10 x 4,5-15 μm
promieniowce	0,8-1,0 μm
pleśnie	2,5-5 μm
glony	4-8 μm
pierwotniaki	10 - 20μm

1J = 0,238 cal

1 nm = 10^-6 mm

1μm = 10^-3 mm

WYKŁAD 2: - komórka bakterii

Budowa komórki bakterii:

- warstwa śluzowa (biofilm) - kompleks białkowo - wielocukrowy - lipidowy, składa się z: mikrootoczki, otoczki właściwej - jest to śluz pozakomórkowy

- ściana komórkowa - grubość 10-20 nm, nadaje kształt, usztywnia, uodparnia na czynniki zewnętrzne, stanowi około 20% suchej masy komórki (b. dobre zabezpieczenie), bardzo skomplikowana budowa spolimeryzowane struktury białkowo - lipidowo - cukrowe

- błona komórkowa - grubość 5-10 nm, jest błoną półprzepuszczalną (czyli pobiera selektywnie)

- wolutyna (wodniczka) - miejsce występowanie soli (nieorganiczne polifosforany), buforuje komórkę

- rybosomy - miejsca syntezy białek (również tzw. szoku termicznego), w jednej komórce około 1000 rybosomów, składają się z RNA i białka, ścisłe połączenie z jądrem

- chromatofory - organelle garunków zdolnych do fotosyntezy (np.Rhodospirillum rubrum)

- ziarna substancji zapasowych (krople lipidów lub glikogenu - lub siarki dla bakterii siarkowych)

Zarówno błona jak i ściana komórkowa mogą być dodatkowo podzielone na warstwy.

Niektóre organizmy mają zdolność do tworzenia przetrwalników - które są trudne do zlikidowania.

Brobnoustroje kilerowe - wytwarzają toksyny, które niszczą inne mikroorganizmy (uniemożliwiają lub utrudniają zycie innych drobnoustrojów)

Barwienie Gramma:

Polega na wybarwianiu komórek fioletem krystalicznym, komórki Gramm(+) zatrzymują kompleks barwnika, a Gramm(-) nie zatrzymują trwale barwnika (barwi się je fuksyną).

Komórki te różnią się budową ściany komórkowej:

◄Bakterie Gramm(+):

W ścianie komórkowej kwasy teichowe, lipotejchowe, kwasy te nadają komórce ładunek ujemny i stanowią około 50% suchej masy ściany

◄Bakterie Gramm(-):

W ścianie dominuje błona zewnętrzna fosfolipidów, białek, lipoprotein i lipopolisacharydów, stanowiących łącznie 80% suchej masy ściany, występuje przestrzeń peryplazmatyczna, brak kwasów teichowych! Njważniejszy składnik to lipopolisacharyd, większość bakterii gramujemnych (w tym Enterobacteriaceae) tworzy lipid A - disacharyd glukozoaminylowy, stanowi on barierę dla detergentów i antybiotyków (ogólnie dla substancji hydrofobowych); błona zewnętrzna wykazuje zjawisko zmiany faz - tromzycja - w temperaturze optymalnej jest ciekła, w niżej jest ciałem stałym. W błonie zewnętrznej i przestrzeni peryplazmatycznej mogą występować białka funkcyjne np. unieczynniające antybiotyki, wiążące jony metali, degradujące różne polimery

Różnice fizjologiczne w bakteriach Gramm(+) Gramm(-):

cecha	Gramm (+)	Gramm(-)
wrażliwość na lizozym	ściana ulega rozpuszczeniu	ściana oporna
na penicylinę	na ogół duża	na ogół mała
na detergenty	duża	mała

Wymiary komórek bakterii:

od 1 - kilka μm

kuliste - od 0,5 do 1 μm

wydłużone (pałeczki, nitki) do 20μm

spirillum do μm

Stosunek powierzchni do objętości - wysoki (powierzchnia od 1-10μm², objętość od 0,01 do kilku μm³, masa komórki ok 10^-12g)

Bakterie mogą być urzęsione w różny sposób:

▪ rzęski (pilusy) - sztywne, białkowe wypustki (5-10μm)

▪ wici 10 - 20μm lub nawet 4-12μm

Typy urzęsienia:

• atrychalne (brak urzęsienia) np. Staphylococcus

• monotrychalne (jedna wić ) np. Vibrio, Teromonas

• Politrychalne:

- monoploarne np.Pseudomonas

- bipolarne np. Spirillum

- peritrychalne np. Clostridium, Bacillus, Proteus

Ruchy bakterii urzęsionych to taksje.

Kształty komórek bakterii:

ZIARNIAKI (coccus) micrococcus (1 komórka)

diplococcus (2 komórki)

tetracoccus (4 komórki)

streptococcus (bakterie ułożone liniowo)

staphylococcus (duże, groniaste zgrupowania)

sarcina (6 komórek - pakietowce)

WYDŁUŻONE (głównie Bacillus), mogą tworzyć palisady

SPIRALNE vibrio (przecinkowce) najczęściej groźne

spirillum

spirochaeta

Rozmnażanie bakterii:

Sposób rozmnażania również może być cechą diagnostyczną, większość bakterii rozmnaża się przez podział, który jest wynikiem przemian (w tym replikacja DNA, synteza białek, błony cytoplazmatycznej, ściany komórkowej). W nowej komórce materiał genetyczny jest identyczny.

W syntezie nowej nici DNA biorą udział polimerazy.

Podwojenie chromosomu u E. coli trwa 20 minut.

Niektóre prokarionty mogą rozmnażać się przez pączkowanie. Po każdym pączku na komórce zostaje blizna.

Może nastąpić również rozmnażanie płciowe - poprzez koniugację komórek zróżnicowanych genetycznie.

Przetrwalnik:

Budowa: 1 - błona cytoplazmatyczna

2 - osłony białkowe

3 - ściana komókowa

4 - pęczniejące peptydoglikan (kortex)

Od wewnątrz: - cytoplazma

- błona cytoplazmatyczna

- ściana komórkowa

- korteks

- wewnętrzny płaszcz spory

- zewnętrzny płaszcz spory

- egzisporium (głównie z DPA, jak korteks)

Budowa spory jest bardzo złożona, korteks i egzisporium jest zbudowany głównie z kwasu DPA - dipikolinianu wapnia, który powoduje dużą wytrzymałość.

Porównanie składu chemicznego komórki wegetatywnej i przetrwalnika Bacillus megaterium

związek (w % s.m)	kom. wegetatywna	przetrwalnik
białka	39,4	68
węglowodany	18,2	4,84
β-hydroksymaślan	28,5	0
popiół	9,1	8
dipikolinian wapnia	brak	15

Cykl rozwoju przetrwalnika:

-aktywacja

-kiełkowanie

-faza wegetatywna - cykl życiowy

-formowanie sporu - sporulacja (w warunkach niekorzystnych)

Bakteria w formie przetwalnika jest w stanie przeżyć najbardziej niesprzyjające warunki. Najskutecznijszym sposobem usunięcia form przetrwalnych z powierzchni jest szorowanie.

Bakterie przetrwalnikujące:

→ tworzą: bakterie kwasu glutaminowego, kwasu mlekowego (Lactobacillus, Luconostoc, Streptococcus), kwasu octowego (Acetobacter, Gluconobacter), E.coli oraz drożdże z rodzaju Candidia

→ bakterie z rodziny Bacillus (syntetyzują liczne antybiotyki, insektycydy, enzymy - głównie amylazy, glukanazy, proteazy i pullulanalazy - rozkładają wiązania 1,6 w amylopektynie), Clostridium (wytwarzają pozakomórkowe eznymy rozkładające skrobię, celulozę, pektyny oraz wytwarzające duże ilości alkoholi i kwasów organicznych.

WYKŁAD 3:

O mikroskopie:

• pierwszy mikroskop Hooka - powiększenie 40x (17 wiek)

• drugi mikroskop Leeuwenhooka - powiększenie 270x

• maksymalne powiększenie mikroskopu optycznego - 120x obiektyw i 30x okular - 3600x, przy tak dużym powiększeniu obraz przeważnie zniekształcony, nawet najlepszy nie pozwala obejrzeć obiektów mniejszych od 0,3 μm (np. organelle)

• mikroskop elektronowy - powiększenie do miliona razy (prototyp w 1931 Knoll i Ruska, pierwszy użytkowy 1938) - pozwala obejrzeć najbardziej małe obiekty, zdolność rozdzielcza 0,2 - 1nm;

- transmisyjny - do 1mlnx (tzw. cienkie skrawki)

- skaningowy - do 100 tys.x

- jonowy - powiększenie do 10 mlnx

• mikroskop akustyczny - fale świetlne zastąpione dźwiękowym, zdolność rozdzielcza 1-2 nm.

Organizacje zajmujące się bezpieczeństwem pracy z mikroorganizmami:

-WHO

-JUMS - Międzynarodowa Unia Towarzystw Mikrobiologicznych

-EFB - Europejska Federacja Biotechnologów

-EWG

Obszarem ich zainteresowania jest patogenność drobnoustrojów.

Skutki działania drobnoustrojów są funkcją:

-gęstości populacji

-wrażliwości osób i stanu fizjologicznego organizmu

-warunków środowiskowych

Ryzyko mikrobiologiczne (podział laboratoriów pod względem bezpieczeństwa):

▪ laboratoria w obszarze gospodarki żywnościowej

▪ laboratoria mikrobiologiczne i biotechnologiczne szkół i instytutów badawczych

▪ laboratoria służby zdrowia, jednostek kontrolnych i wojskowych

Podział mikroorganizmów:

Grupa I - mikroorganizmy nie powodujące chorób u ludzi, ale stanowią potencjalne zagrożenie

Grupa II - chorobotwórcze, ale źle się rozprzestrzeniają w środowisku

Grupa III - powodują ciężkie schorzenia (wąglik, dżuma, bruceloza, pryszczyca)

Grupa IV - ciężkie schorzenia i zagrożenia życia (botulina, ebola, Lassa, Marburg) - trudne do leczenia)

Drobnoustroje III i IV grupy dobrze się rozprzestrzeniają.

Laboratoria dzieli się na III grupy:

I typ - I,II grupa drobnoustrojów - umiarkowane zagrożenia

II typ - III grupa drobnoustrojów

III typ - IV grupa drobnoustrojów

Dobra Technika Mikrobiologiczna - powinna być znana pracownikom laboratorium.

Drogi likwidowania materiału biologicznego:

spalanie jednostka rozdzielcza zbiornik odpadów śmieci

laboratorium pomieszczenie autoklaw przestrzeń

do przyjmowania wyjściowa

materiału

odzysk sterylizacja mycie

ponowne wydawanie (zmywalnia)

Rodziny bakterii:

Gramm(-)

Sekcja I: krętki

rodzina Spirochaetaceae

Sekcja II: tlenowe (lub mikroaerofilne), ugięte i spiralne, ruchliwe

rodzaj: Campylobacter gatunek:jejuni

Helicobacter pylori

Sekcja III: tlenowe pałeczki i ziarniaki

rodzaj: Pesudomonas gatunek: aeruginosa

Xantomonas campestris

Azotobacter

Rhizobium

Acetobacter aceti, xylinum

Gluconobacter oxydans (aktualny producent octu)

Alcaligenes faeccalis

Sekcja V: względne beztlenowce

rodzina Enteriobacteriaceae

rodzaj: Escherischia gatunek: coli

Schigella sonnei

Salmonella entretidis, typhi

Citrobacter

Klebisella pneumoniae

Enterobacter aerogenes, clocae

Aeromonas

Zymomonas mobilis

Gramm(+)

Sekcja XII: ziarniaki

rodzina: Micrococcus

rodzaj: Staphylococcus gatunek: aurens

inna rodzina (nie wiemy jaka)

Deinococcus radiodurans

Enterococcus faecalis

Streptococcus pneumoniae

Lactococcus lactis, siacetilactis, cremoris←↓bakterie przemysłu

Leuconostoc messontheroides cremoris mleczarskiego

messontheroides dextranicum, lactis

Pedicoccus, Sarcina - stosowane w piwowarstwie

Sekcja XIII: pałeczki, laseczki i ziarniaki wytwarzające przetrwalniki

rodzaj: Bacillus gatunek: subtilis, brevis, megaterium

Clostridium botulinum, perfingens

Sekcja XIV: pałeczki nieprzetrwalnikujące

rodzaj: Lactobacillus gatunek: acidophilus, brevis, sake, kefir, cassei

Listeria monocytogenes

Sekcja XV: bakterie nieprzetrwalnikujące

rodzaj: Bifidobacterium gatunek: bifidum, globosum (bakterie probiotyczne)

Propionobacterium (producent kwasu propionowego)

Sekcja XIV: mykobakterie

Sekcja XX: bakterie chemolitotroficzne

bakterie siarkowe - unieszkodliwiają toksyczne związki siarki - Thiobacillus thiooxidans

bakterie nitryfikacyjne: rodzina Nitrobacteriaceae rodzaj Nitrobacter.

Sekcja XXV: archebakterie

rodzaj: Methanobacterium - bakterie metanogenne

są to organizmy termo-kwasolubne, prawie ekstremalne

Sekcja XXVII: promieniowce tworzące sporangia

Acitonomycetes

Sekcja XXIX: Streptomycetes

rodzaj Streptomycetes

WYKŁAD 4

Promieniowce:

Żyją w glebie.

Są przeważnie tlenowcami (tylko z Actinomyces i Micromonospora są beztlenowe). Żyją w temperaturach od 15 - 37°, a temperatura optymalna to 25-30°C, rosną w środowiskach o różnych pH, ale lepiej się czują w obszarze pH alkalicznego i obojętnego. Są Gramm(+), niektóre są silnie kwasoodporne. Komórki zazwyczaj mają kształt pałeczki do 50μm długości.

Najbardziej charakterystyczna cecha to zdolność do wytwarzania pseudogrzybni (podobna do grzybni grzybów niktkowatych). Należą do chemoorganotrofów, wiele z nich wytwarza enzymy zewnątrzkomórkowe.

Spory są dość odporne na ogrzewanie, przypominają spory innych rodzajów bakterii.

Wytworzenie nowej generacji komórek rozpoczyna podział nukleoidu, wokół niego zagęszczenie cytoplazmy, otoczenie otoczką. Dojrzałe, nawet wysuszone spory mogą zachować żywotność do kilkunastu lat.

Najbardziej znane to:

• Actinomyces - część gatunków jest chorobotwórcza, a niektóre są tzw. komensalami, mają zdolności fermentacyjne

• Streptomyces - bakterie mają zdolność wytwarzania pigmentów oraz substancji o działaniu antybiotycznym, należą do bezwzględnych tlenowców, mezo- lub termofilne, pH zbliżone do obojętnego lub lekko alkaliczne, występują w zawilgoconym sianie, kompostach.

Wirusy:

Nazwa od łacińskiego virus - trucizna

1890 - odkrycie pierwszego wirusa (TMV- wirus mozaiki tytoniowej)

1900 - rozróżnienie wirusa od bakterii

Wirusy roślinne (RNA wirusy)

-mozaika tytoniowa

-mozaika pomidorowa

-karłowatość ziemniaka, pomidora

Wirusy zwierzęce (RNA lub DNA wirusy):

- wścieklizna

- pryszczyca

- trzęsawka owiec

- choroba woreczkowa pszczół

Wirusy ludzkie (RNA lub DNA wirusy)

- ospa wietrzna

-półpasiec

-opryszczka

-odra

-różyczka

-grypa

-świnka

-żółtaczka

-AIDS

Bakteriofagi (DNA wirusy)

Drogi zakażenia:

- występują przeważnie w kale i z nim się rozprzestrzeniają

- otwarte rany

- mocz, krew, śluz, nasienie, ślina, narzędzia chirurgiczne

Wirusowe zapalenie wątroby: ►1,4 mln zachorowań na typ A

► 400 mln zachorowań na typ B

► 300 mln zachorowań na typ C (ale nie wiadomo, bo stada początkowe są bezobjawowe)

co roku na świecie.

antybiotyki nie leczą wirusów !!!

Czynniki zakaźne:

▪ Wiroidy - koliste cząsteczki 1-wiciowego RNA (bez otoczki), około 10x mniejsze niż RNA infekcyjne najmniejszych poznanych wirusów, powodują wiele chorób roślin (zwłaszcza w cieplejszym klimacie)

▪ Priony - cząsteczki nieswoistego białka niepodatne na działanie proteaz, niszczą głównie komórki nerwowe (powodują: BSE, chorobę Creutzfeldta-Jacoba, trzęsawka owiec i kóz)

Grzyby:

drożdże - nie stanowią jednolitej grupy mikroorganizmów, są grzybami zdolnymi do rozmnażania generatywnego i wegetatywnego. Dzielą się na 3 podstawowe klasy:

► Ascomycetes - rozmnażają się generatywnie przez zarodniki (Aksospory) lub wegetatywnie: pączkowanie, w sprzyjających warunkach mogą tworzyć grzybnię, nie wytwarzają enzymu ureazy (wyjątek Schizosaccharomyces), ściana komórkowa trójwarstwowa, ze spolimeryzowanych struktur mannanowo-glukonowych, nie wytwarzają pigmentu, mogą być fermentujące i niefermentujące. Rodziny: Saccharomycetaceae, Enolomycetaceae, Schiziosaccharomycetaceae, Saccharomycodaceae, Lipomycetaceae.

►Basidiomycetes - wytwarzają zarodniki podstawkowe (bazydospory), formują dikariotyczną grzybnię podzieloną septami. Rozmnażanie wegetatywne [rzez pączkowanie biegunowe, wytwarzają ureazę, nie fermentują sacharydów, ściana ma budowę włóknistą, czasami ze śluzowatą powierzchnią, zbudowana głównie z chityny i mannanu. Czasem wytwarzają pigmenty.

► Deuteromycetes (Fungi imperfecti) - grzyby nie rozmnażające się płciowo, raczej niezarodnikujące, mogą posiadać cechy obydwu wcześniejszych grup, należą tu głównie drożdże paszowe z rodzajów: Candida, Brettanomyces, Cryptococcus, Klockera, Trichosporum.

Komórki drożdży nie zawierają chlorofilu, są chemoorganotrofami, są powszechne we wszystkich środowiskach gdzie są węglowodany i pH w okolichach 5-6.

Komórki mają wielkość długość 1 - 8 μm, szerokość 1 - 6 μm/

Występują w 6 podstawowych kształtach komórek:

- kulisty (Torula, Rodotorula np. utilis)

- eipsoidalny

- cytrynkowaty (Saccharomyces, Klackera)

- butelkowaty (Pityrosporium)

- cylindryczny (Schizosaccharomyces)

- nitkowaty

WYKŁAD 6:

Grzyby strzępkowe:

Grzyby strzępkowe powszechnie znane są jako pleśnie.

Są wielokomórkoweymi, chemoorganotroficznymi organizmami, należą do gormady Eumycota (grzyby właściwe).

Bezwzględna cudzożywność sprawia, że są saprofitami, rozwijają się w martwej materii organicznej.

Są bardzo rozpowszechnione, duża różnorodność zwłaszcza w glebie, świadczą o jej żyzności.

Negatywne oddziaływanie pleści wynika z ich rozwoju na różnych produktach, są wyposażone w enzymy, rozkładają związki organiczne, nawet drewno i tekstylia.

Wywołują różne alergie, a ich toksyczne matabolity - mikotoksynu mogą być trujące (bardzo niebezpieczne), często są rakotwórcze.

Ich pozytywne oddziaływanie to synteza wielu związków spożywczych i farmaceutycznych.

Fizjologia i romnażanie:

Mają małe wymagania pokarmowe, duże wymagania tlenowe, dużą zdolnosc akomodacji do warunków środowiska, wymagają obecności organicznych w podłożach, potrafią rozkładać wielkocząsteczkowe związki.

Ich przemiana materii jest szybka, w ciągu 24 godzin niektóre z nich są w stanie zwiększyć swoją masą 8-10 razy.

Pod względem warunków temperaturowych są głównie mezofilami, ale radzą sobie z dużym zakresem temperatur (-10 do +57°C), stąd mogą stanowić niebezpieczeństwo nawet w warunkach chłodniczych, są wrażliwe na temperatury wysokie.

Formy przetrwalne są mniej podatne na wpływ środowiska,

Aktywnośc wody 0,98 - 0,91, rozwijają się w podłożach o wysokiej zawartości wody. Niektóre szczepy są w stanie wytrzymywać wysuszenie do 10-14% wody.

W przeciwieństwie do bakterii rosną przy dość niskim pH (lub wysokim).

Morfologia - są przeważnie na wyższym stopniu rozwoju ewolucyjnego niż bakterie, są eukariontami, ściana komórkowa sztywna (bardziej niż u bakterii) zbudowana głównie z chityny.

Ich wzrost za pomocą części szczytowych (apikalne). Plecha grzybni rozgałęzionej stanowi mycelium. Niektóre strzępki podzielone są ścianami poprzecznymi - septami (grzyby bez ścian poprzecznych to komórczaki).

Wzrost grzybów - rozwój zaczyna się kiełkowaniem zarodników (ich wytworzenie jest rezultatem zróżnicowanego sposobu rozmnażania - w rozmnażaniu płciowym powstają aksospory - workowe, w rozmnażaniu wegetatywnym konidia).

Kiełkowanie zarodników jest przejściem do stanu aktywności życiowej, najpierw woda inicjuje procesy życiowe.

Ściana komórkowa na strzępkach wierzchołkowych jest cieńsza od tej na dole. Materiały niezbędne do syntezy ściany wytwarzane są w retikulum i przenoszone do części szczytowych. W miarę oddalania się od góry ściana pogrubia się. Strzępki boczne rosną wolniej i mają mniejszą średnicę.

Zawartość glukanu w ścianie od 30-60%, a chityny 10-30% suchej masy.

Im mniejsza zawartość chityny w ścianie komórkowej tym mniej sprężyste i odporne mechanicznie są strzępki.

Większość grzybów może egzystować po usunięciu ściany komórkowej.

[rys]

Rozmnażanie:

- bezpłciowe - za pośrednictwem zarodników tworzonych na grzybni powietrznej (konidiofory) - najczęściej u Aspergillus i Penicillum (np. P.notatum); lub powstałych na strzępkach - sporangioforach - Mukor, Rhizopus

- płciowe - w rozmnażaniu płciowym uczestniczą gamety, w wyniku czego powstaje zygota (po zlaniu jąder - kariogamii - następuje podział reduckcyjny - mejona, co prowadzi do haploidalnych zarodników, z których może powstać grzybnia).

Przedstawiciele:

Wyróżniamy 5 klas grzybów, ale tylko 3 mają znaczenie przemysłowe:

►Zygomycetes (Mucor, Rhizopus, Actinomucor), dawniej nazywane były glonowcami, tworzą wielojądrową grzybnię, nie zawierają sept, rozmnażają się wegetatywnie (przez zarodniki - sporangiofory). Niektóre mogą rozmnażać się płciowo. W klasie największe znaczenie technologiczne mają:

•Mucor - wywołują psucie owoców i chleba podczas przechowywania, rozprzestrzenione w glebie, powietrzu, dają tzw. mokrą zgniliznę owoców, osadzają się na zbożu. Wytwarzają różne substancje w tym antybiotyczne. Strzępki są luźne, przejrzyste, wielobarwne, dość szybko rozprzestrzeniają się na całym podłożu. Mucor recemosus - fermentuje cukry (drożdże rurkowe).

• Rhizopus (luźna struktura grzybni, boczne strzępki na całym podłożu, wytwarzają chwytniki. Pleśnie z tego rodzaju są rozpowszechnione, powodują wady serów, psują mięso przechowywane w chłodni - mogą wytwarzać mikotoksyny.

►Ascomycetes (Byssochlamys) - nazywane są powszechnie workowcami lub grzybami właściwymi, mają grzybnię septowaną, dość powszechne rozmnażanie płciowe (tworzą worki - aksum). Klasyczny przykład to rodzaj Chaetomium. Są niebezpieczne dla żywności: B.fulva są ciepłooporne (wytrzymują 30min. w 80-90°C), B.nivea pleśń truskawkowa

►Deyteromycetes (Aspergillus, Alternaria, Botrytis, Cladosporium, Fusarium, Geotrichum - chronią słody, Monilla, Penicillum) - rozmnażają się jedynie wegetatywnie przez zarodniki powstające w konidioforach, septowana grzybnia (u niektórych rozmnażanie paraseksualne - wymiana jądre), konidia tej klasy mogą być różnie zabarwine i mieć różne kształty. Często tworzą formy przetrwalne tzw. chlamydiospory. Najważniejsze z nich to:

• Aspergillus - bardzo rozpowszechnione, zwłaszcza w glebie, ale też na owocach - A. niger, A.flavus, A.glaukus; mają wyskoką aktywność enzymów hydrolitycznych - co wykorzystuje się w biotechnologii, ale też powoduje psucie się żywności. A.flavus - wytwarza aftaloksyny, zarodniki występują powszechnie w powietrzu, mogą powodować alergie

• Penicillum - tworzą specyficzne konidiofory z rozgałęzionymi strzępkami, niektóre tworzą tzw. owocniki - z zarodnikami w workach. Wiele gatunków wytwarza mikotoksyny. Dosć powszechnie zakażają produkty owocowe, cytusy (zielona zgnilizna) i produkty zbożowe. P.expansum - wilgotna pleśń jabłek tworzy patulinę;P.camemberti, P.raseforti -do produkcji serów.

• Fusarium - tworzy obfitą grzybnię jasną (od spodu wręcz do czerwono-fioletowych zabarwień), bardzo zróżnicowane konidia, liczne tworzą formy przetrwalne - w postaci chlamydospor. Powszechnie występują w glebie, są pasożytami roślin zbożowych i jarzyn, niszczą tkankę roślin (dzięki dużej ilości enzymów pektynolitycznych) - powodują zgniliznę buraka cukrowego i ziemniaka, a mogą atakować nawet cebulę. owoce, pomidory. Mogą wytwarzać formy żyjące w symbiozie z roślinami. Dają duże straty w rolnictwie. F.solari, F.oxysporum.

• Botrytis - grzybnia jasno-szara lub oliwkowa, konidiofory septowane, raczej proste, rozkładają celulozę i pektyny, są saprofitami (ale mogą być też patogenne); B.cinarea - szlachetna pleśń winogron, większość jest psychrofilna, więc stanowią zagrożenie w chłodnictwie.

• Alternaria - ciemnoszara (oliwkowa), aksamitna grzybnia, spetowana, saprofity i pasożyty zbóż, dają tzw. czarna zgniliznę owoców i warzyw. A.alternata - występuje powszechnie na płodach rolnych i w powietrzu.

WYKŁAD 7:

Pleśnie oprócz wielu korzyści stanowią poważne zagrożenie, tworzą niebezpieczne mykotoksyny jak paulina (ochratoksyny) i aflatoksyny.

► Cladosporium - biała grzybnia, w końcowych stadiach rozwoju czarno - oliwkowe zabarwienie, rozgałęziony łańcuch; jedno lub wielokomórkowe, cylindryczne, oliwkowe konidia. Są rozpowszechnione jako saprofity żywności, roślin i np. gum oraz patogeny roślin jak Cladosporium herbarium (silne własności lipolityczne, dobrze się rozwija w warunkach chłodniczych, uwidacznia się czarnymi plamami na żywności), Cladosporium fulvum (pasożyt żywności np. pomidorów w szklarniach, głównie atakuje liście ale może też owoce).

Cladosporium może okresowo występować w powietrzu, głównie jako zarodniki powodujące alergię.

► Geotrichum - tworzy grzybnię bardziej płaską, niską, gładką, białą. Końcówki strzępków być elipsoidalne lub cylindryczne. Najczęściej występują w obszarze gospodarki żywnościowej. Geotrichum candidum jest szczególnie uciążliwa dla przemysłu mleczarskiego i kiszonek - rozkłada kwas mlekowy i psuje produkty fermentowane. Może wydzielać do środowiska enzymy proteolityczne i lipolityczne. Zazwyczaj jest saprofitem, ale może też atakować jamę ustną i układ oddechowy.

Warunki wzrostu drobnoustrojów:

- czynniki wpływające na wzrost

Krzywa wzrostu drobnoustrojów:

1 - faza inkubacyjna (przystosowawcza, lagfaza)

2 - faza zapoczątkowanego wzrostu

3 - faza logarytmicznego wzrostu

4 - faza zahamowanego wzrostu

5 - faza stacjonarna

6 - faza letalna

hodowla ciągła - staramy się utrzymać wzrost w fazie logarytmicznej, poprzez dostarczanie substancji pokarmowych i odbieranie metabolitów

czas generacji - okres oderwania się nowej komórki od macierzystej, dla bakterii liczony w minutach, dla drożdży w godzinach.

Czas generacji dla Saccharomyces cerevisae - wzór Fuchsa:

gdzie: g- czas generacji

t- czas hodowli

b -ilość komórek (lub sucha masa biomasy) po czasie hodowli t

a - ilość komórek użyta do zaszczepienia hodowli

Przeżywalność - szybkość wzrostu oraz aktywności metabolicznej drobnoustrojów, uwarunkowana jest ich fizjologią oraz zróżnicowanymi czynnikami środowiskowymi - chemicznymi i fizycznymi.

Do zasadniczych czynników wpływających na wzrost, rozmnażanie, przeżywalność oraz aktywność metaboliczną drobnoustrojów można zaliczyć:

- temperatura

- stężenie jonów H⁺ (pH)

- potencjał oksydoredukcyjny

- aktywność wody w środowisku

TEMPERATURA:

funkcje życiowe mogą przebiegać w zakresie temperatur od -23 do +113ºC, ale prawie żaden organizm nie jest zdolny do wzrostu w tych warunkach

w temperaturze -23ºC stwierdzono wzrost bakterii Corynebacterium sp. oraz grzybów z rodzaju Sporobolomyces?? w silnie zasolonych zbiornikach wodnych Antarktydy.

Temperaturę +113ºC jest maksymalną temperaturą wzrostu bakterii Pyrodictium.

	minimum [ºC]	optimum [ºC]	maksimum [ºC]
psychrofile	-23 do 0	ok 15	poniżej 20
mezofile	10-25	20-37	35-50
termofile	25-45	45-65	60-90

mezofile: większość drożdży Saccharomyces cerevisiae, bakterie kwasu mlekowego, octowego, pleśnie z rodzaju Aspergillus, oraz wiele gatunków patogennych; mezofile są najbardziej rozpowszechnione wśród mikroorganizmów wykorzystywanych w przemyśle

u temofili występuje oporność białek na denaturację, są wyspecjalizowane do przetrwania w wyskokiej temperaturze, większy udział lipidów w komórce; głównie bakterie Gramm(+) przetrwalnikujące, promieniowce - bakterie zielone, Themomonospora i grzyby: Abidia ramosa, Aspergillus fumigaius??

psychrofile są to organizmy zimnolubne, dzielą się na dwie grupy:

- psychrofile optimum w temp. 15ºC

- psychrotrofy optimum w temperaturze 20-40ºC

są najliczniejszą grupą we wszystkich ekosystemach, stanowią duże zagrożenie w żywności:

▪ w produktach mleczarskich - Pseudomonas, Actinetobacter, Alcaligenes, Corynebacterium

▪ w produktach mięsnych - Pseudomonas, Lactobacillum, Actinetobacter, Moraxella, Alcaligenes, Corynebacterium

▪ inne patogenne psychrofile: bakterie - Bacillus psychrophylis, Micrococcus, Bacillus, Arthrobacter

drożdże: Candida, Rhodotorula,

pleśnie: Aureobasidium pullulans, Botrytis cinerea, Geotrichum

candidum

glony: Chlamydomonas nivalis

pH:

Najważniejszy czynnik wzrostu obok temperatury.

Mikroorganizmy dzielimy na:

- neutrofile pH 6,5 - 7,5

- acidofile pH 2,0 -5,0

- alkaliofile pH 8,0 - 11,0

większość drobnoustrojów najlepiej wzrasta przy pH bliskim obojętnemu, wyjątek stanowią na przykład bakterie fermentacji octowej, mlekowej, z rodziny Thiobacillus, Sulfolobus.

organizmy kwasolubna: Saccharomyces, Aspergillus, Penicillum

organizmy zasadolubne: Nitrosomonas, Azotobacter, Vibrio chlorae, Streptococcus pneumoniae, enterokoki

bakterie Thiobacillus thiooxidans żyje przy pH nawet poniżej 0,5

pH w komórce bliskie jest obojętnemu nawet pomimo, że w środowisku wzrostu pH jest znacznie wyższe lub znacznie niższe. Nadmierne stężenie jonów H⁺ lub OH^- w komórce hamuje szereg przemian metabolitycznych. Formy niezdysocjowane kwasów łatwiej wnikają do komórki i są bardziej toksyczne (np. lotne kwasy organiczne hamują wzrost konidiów Aspergillus niger)

W miarę obniżania pH zwiększa się wrażliwość na ogrzewanie

dla pH poniżej 4 - pasteryzacja

dla pH powyżej 4 - sterylizacja

POTENCJAŁ OKSYDO-REDUKCYJNY:

Potencjał oksydo-redukcyjny środowiska to zdolność do oddawania lub przyjmowania elektronów. Jego wartosć jest czynnikiem hamującym lub wzmagającym wzrost.

Swobodny dostęp tlenu do środowiska warunkuje wysoką wartość potencjału redoks. Przy ograniczonym dostępie tlenu jego wartość maleje. Drobnoustroje zużywające tlen w procesach metabolicznych obniżają wartość potencjału redoks.

Bezwzględne beztlenowce - (E_h≤ -0,2V), nie posiadają enzymu katalazy, peroksydazy, dysmutazy - rozkładających toksyczne połączenia tlenu

Względne beztlenowce - (E_h dodatnie lub ujemne) - rosną w obecności tlenu i przy jego braku: bakterie kwasu mlekowego, Saccharomyces cerevisiae, E.coli, Shigelle, Salmonella

Tlenowce - (E_h 0,2-0,4V) wiele gatunków drożdży i bakterii oraz większość pleśni

WYKŁAD 8:

AKTYWNOŚĆ WODY:

Aktywność wody może być od 0-1, a w większości produktów spożywczych jej wartość waha się od 0,3-0,6. Jest duża przy dużej zawartości wody.

ekstrakt - wszystkie składniki rozpuszczalne w danych warunkach, w danym rozpuszczalniku, które mają ciężar właściwy większy od 1 (bo składniki lotne fałszują wynik)

aerometr - urządzenie do oznaczania ekstraktu

1°Blg(Balinga) = 1°Bx (Brixa) = 1% wagowy ekstraktu

Grzyby strzępkowe mogą rozwijać się przy niskiej aktywności wody, większości z nich jest hamowany przy aktywności mniejszej niż 0,80 (ale niektóre mogą rozwijać się przy mniejszej a_w np. Aspergillus glaukus rozwija się w roztworach 80% sacharozy i na melasie (tzw.pleśnie osmofilne).

Minimum a_w dla rozwoju większości drożdży wynosi 0,88. Drożdże osmofilne mogą jednak wzrastać na miodzie, melasie i syropach cukrowych: Saccharomyces rouxii, Saccharomyces bisporus.

Bakterie są bardzie wrażliwe na zawartość wody, potymalna a_w 0,99-0,96, bardziej odporne to gronkowce (0,85) i bakterie halofilne (0,75).

Bakterie halofilne wykazują zapotrzebowanie na NaCl, a właściwe stężenie NaCl je st niezbędne do stabilizacji ich błony cytoplazmatycznej i aktywności niektórych enzymów. Wyróżniamy: halofile słabe (1-6% NaCl), średnie (6-15%NaCl) oraz ekstremalne (15-30%NaCl). W produktach solonych występują rodzaje: Pseudomonas, Spirillum. Thiobacterium. Halofile średnie i ekstremalne mogą wytwarzać barwniki (karotenoidy), które stanowią ochronę przed działaniem światła.

Bardziej narażone na infekcję są produkty o dużej zawartości wody.

CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE:

Drobnoustroje są mało wrażliwe na wysokie ciśnienia hydrostatyczne (hiperbaria). Szczególną wytrzymałość wykazują formy przetrwalne (barofile) jak przetrwalniki Bacillus subtilis do 900 (1200)MPa i konidia Aspergillus niger do 1000MPa.

Wzrost większości bakterii jest zahamowany przy ciśnieniu 60 MPa, ale są też takie dla których wysokie ciśnienie inicjuje wzrost.

Drożdż są mniej odporne, wzrost hamowany już przy ciśnieniu ok. 1MPa.

Obniżone ciśnienie hydrostatyczne (hipobaria) a nawet próżnia nie stanowią większego zagrożenia dla większości bakterii.

PROMIENIOWANIE ŚWIETLNE:

Zdolnością wykorzystywania światła jako źródła energii do wzrostu (fotosynteza) charakteryzują się przede wszystkim glony i niektóre bakterie fotosyntetyzujące:

- purpurowe bakterie siarkowe z rodziny Chromatieceae

- purpurowe bakterie bezsiarkowe z rodziny Rhodosporium

- bakterie zielone z rodziny Chlorobium i sinice.

W naszym klimacie wzrost nie ulega zahamowaniu pod wpływem promieniowania świetlnego.

Mikroflora środowisk naturalnych:

1). Powietrze:

Nie jest to środowisko odpowiednie dla wzrostu mikroorganizmów, ale medium ich okresowego przemieszczania. Za jego pomocą mogą rozprzestrzeniać się na bardzo duże odległości.

Dostają się do niego ze wszystkich powierzchni.

Bioaerozole - układy 2 lub 3 fazowe, gdzie fazą rozporaszającą jest powietrze, a faza rozproszona zawiera mikroorganizmy.

Im więcej pyłów czyli zanieczyszczeń fizycznych, tym więcej mokroorganizmów, bo na powierzchni pyłów tworzy się biofilm.

bioaerozol
biofilm

Drogi rozprzestrzeniania bioaerozoli:

1) dynamiczna projekcja kropel (np. kaszel, kichanie) - przekazywanie do powietrza kropel z mikroorganizmami

2) za pomocą kanałów wentylacyjno - klimatyzacyjnych

3) prądy konwekcyjne powietrza - na najdalsze odległości

W pomieszczeniach zamkniętych więcej drobnoustrojów niż w pomieszczeniach wietrzonych. Największe skażenie kilkanaście centymetrów nad ziemią, im wyżej tym mniejsze.

Rodzaje zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego:

→ naturalne → biozanieczyszczenia

→ ziemskie (np. wybucy wulkanów)

→ kosmiczne

→ sztuczne → bytowo-gospodarcze (ścieki)

→ przemysł (np. procesy jądrowe)

→ eksperymenty naukowe

Bioaerozole można podzielić na:

a). → aerofitoplankton: wirusy, bakterie, grzyby, glony

→ aerozooplankton: jajeczka robaków (pasożytnicze, wolnożyjące), jajeczka owadów, przetrwalniki.

b). → saprofityczne

→ mieszane

→ patogenne

Przeżycie drobnoustrojów w powietrzu zależy od:

• ich odporności na wysuszanie i działanie promieniowania UV

• osłonięcia komórki warstwą śluzu lub innej substancji organicznej

• zdolność do wytwarzania barwników karotenoidowych, które chronią przed promieniowaniem UV

• obecność składników odżywczych

Ogólna charakterystyka mikroflory powietrza:

▪ saprofity: ziarniaki z Micrococcus, Sarcina, gronkowce, pałeczki Alcaligenes

▪ chorobotwórcze (ich ilość zależy od ilości osób w pomieszczeniach): gronkowiec złocisty, paciorkowce Enterococcus, Streptococcus, Salmonella, Shigella, Clostridium

▪ mieszane

Wskaźniki bakteriologicznego zanieczyszczenia powietrza:

- bioaerozolem ludzi i zwierząt są gronkowce i paciorkowce hemolizujące - Staphylococcus albus, Streptococcus salivarius

- cząsteczami gleby (promieniowce)

- bioaerozolem z wód powierzchniowych - Pseudomonas fluorescens

Metody badania stanu mikrobiologicznego powietrza opierają się na zasadzie osiadania powietrza.

►metoda sedymentacyjna Kocha - osiadanie pod wpływem sił grawitacji. Wyniki zależą od czasu ekspozycji, przyjmujemy pewne ilości powietrza

►metoda zderzeniowa - przepuszczanie powietrza przez wirujący cylinder (osiadanie pod wpływem energii kinetycznej) lub zderzenie zassanego powietrza z warstwą pożywki na płytce Petriego

►metoda elektroprecypitacji - opadanie opiera się na wykorzystaniu sił elektrostatycznych Płytka z pożywką podłączona do źródła prądu

► metoda syfonizacji - zassana próbka powietrza rozpyla ciecz zawartą w zbiorniku (wychwytywanie mikroorganizmów z powietrza), filtracja powietrza i cieczy w zbiorniku, próbki płynu i powitrza posiewa się.

Powietrze musi być wyjaławiane, można to robić następującymi metodami:

1). Mechaniczne (filtracja):

- roztwory kwasów i ługów

- filtry z sypkich materiałów porowatych

- filtry z włókien bawełnianych lub szklanych

- mikro i ultrafiltracja - pory filtra mniejsze od mikroorganizmów ( tzw. pasteryzacja na zimno)

2). Fizyczne:

- ogrzewanie powietrza lub stosowanie ultradźwięków

- sprężanie do wysokich ciśnień

! - działanie promieni UV, pola elektrycznego i magnetycznego

- działanie promieni katodowych, promieniowania gamma

3). Chemiczne (stosowanie substancji bakteriobójczych):

- roztwory kwasu nadoctowego

- H₂O₂, NaClO (podchloryn sodu)

- kwas mlekowy, propionowy, glikol propylenowy i inne

Skuteczność chemicznej dezynfekcji powietrza zależy od:

- stopnia rozproszenia substancji bakteriobójczych

- stężenia środka dezynfekcyjnego (oraz czasu działania)

- wilgotność powietrza (nie mniejsza niż 40-60%)

Wykład 9:

Wybrane wymagania mikrobilogiczne powietrza:

- poniżej 1000jtk/m³ - powietrze niezanieczyszczone

- powyżej 3000jtk/m³ - powietrze bardzo zanieczyszczone

Na dużych wysokościach czyste powietrze. W lecie najwięcej bakterii i pleśni, w zimie najmniejsze skażenie powietrza. Dopuszczalna liczba drobnoustrojów w m³ w przemyśle spożywczym: pomieszczenia produkcyjne 600, hale produkcyjne 3000.

2).Woda:

Woda jako środowisko naturalne jest roztworem różnych soli, związków organicznych i nieorganicznych. Woda w przyrodzie nie występuje w stanie czystym. Na biocenozę wody mają wpływ czynniki fizyczne, chemiczne i biologiczne (biotyczne).

Wpływ na zasiedlanie mikroorganizmów mają:

- promieniowanie słoneczne (fotolitotrofy - promieniowanie słoneczne jest żródłem ich energii, wpływa na procesy metaboliczne), dla ichrony przed nim mikroorganizmy wytwarzają pigmenty

- temperatura - (gęstość wody jest maksymalna w temperaturze 4°C, powyżej i poniżej maleje) zależy od niej natlenienue wody (nadmiar substancji fosforowych i azotowych w zbiornikach martwych), optymalna temperatura 20-28°C, ale rozwój następuje nawet w temperaturach ujemnych (zwłaszcza organizmy beztlenowe), przy mocno skażonych zbiornikach ze wzrostem temperatury wzrasta toksyczność (w lecie wysoka toksyczność).

Woda jest substancją bez której nie ma życia!!

Mikroflora wody:

W biocenozie wody wyróżniamy:

- plankton roślinny (fitoplankton)

- plankton zwierzęcy (zooplankton)

- plankton bakteryjny (bakterioplankton)

Czynniki abiotyczne wpływające na ekosystem wody:

- światło słoneczne (ze wzrostem jego ilości wzrasta zdolność do samooczyszczania się wody)

- energia cieplna wody

- ruch wody

- skład chemiczny

Czynniki biotyczne - wzajemne oddziaływanie organizmów:

- destruenci - organizmy rozkładające martwą materię organiczną na związki proste

- producenci - organizmy foto- i chemolityczne, które syntetyzują materię organiczną ze związków nieorganicznych

- konsumenci - organotrofy wykorzystujące żywą i martwą materię organiczną, utrzymują równowagę biologiczną

- symbioza - partnerskie współżycie dwóch gatunków np. glonów i bakterii, glonów i zwierząt

- pasożytnictwo - jeden organizm żyje kosztem drugiego np. glony bytujące na porostach, bakterie i wirusy

- konkurencja - organizmy konkurują o pokarm, miejsce, światło

Mikroflora autochtoniczna wody (głównie psychrofile do 20°C):

Najbardziej typowe: Pseudomonas, Aeromonas, Vibrio, Spirillum, bakterie nitryfikacyjna Nitromonas, Nitrococcus, Nitrobacter oraz siarkowe Beggiatoa alba, Thiotrix nivea, Thiovulum maius i żelazowe Leptotrix ochracea, Thiobecillus ferooksidans.

Mikroflora allochtoniczna wody:

Przedostają się do wody z powietrza, gleby, ścieków przemysłowych i komunalnych.

Bakterie ściekowe: Proteus vulgaris, Pseudomonas fluorescens, Clostridium sporogenes, mikroflora jelitowa: E. coli, paciorkowce kałowe Enterococcus faecalis, oraz Clostridium perfigenes i drobnoustrije chorobotwórcze: pałeczki duru Salmonella, pałeczki czerwonki Shigella, Vibrio cholerae - pałeczki cholery i wirusy jelitowe.

Poważne ryzyko wywołania chorób stanowią bakterie z rodzaju Salmonella, Shigella, Vibrio.

W wodzie występują ponadto: prątki gruźlicy (Mycobacterium sp), gronkowce (Staphylococcus sp), beztlenowce chorobotwórcze (Clostridium sp), pałeczki z rodzaju Legianella pneumophila (ciężkie zapalenie płuc) oraz wirusym jaja pasożywtów, cysty pierwotniaków.

Oczyszczanie wody:

• dezynfekcja wody:

- chlorowanie, ozonowanie - polega na utlenieniu całej masy mikroorganizmów (jon hydroksylowy, jon hydroksynadlnekowy..............................)

- napromieniowanie UV

- dezynfekcja membranowa (mikrofiltracja)

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

Usuwanie gazu przez mieszanie, podgrzewanie, przedmuchiwanie innym gazem. Przy ozonowaniu dochodzi do reakcji wolnorodnikowej.

Strefa	biologiczny wskażnik zanieczyszczenia
polisaprobowa	bakterie, grzyby
α- mezosaprobowa	bakterie, grzyby, wiciowce, sinice
β- mezosaprobowa	bakterie, sinice, okrzemki, zielenice, wymoczki

Charakterystyka etapowości życia w wodzie:

sprzężnice i zielenice: roślinne

cyjanobakterie

wiciowce roślinne

okrzemki (Biatomeae)

zwierzęta - formy wyższe:

wirki, wrotki, nicienie, roztocza, skąposzczęty, pierwotniaki (orzęski, wiciowce)

Mikroorganizmy wskaźnikowe wody:

Bakterie grupy coli jako wskaźnik sanitarny:

1885 - odkrycie w odchodach ludzkich pałeczek E.coli

1935 - pierwsze standardy określające czystość wód na podstawie miana E.coli w USA.

Znaczenie w przewodzie pokarmowym człowieka i zwierząt to synteza związków egozgennych.

Jelitową pałeczkę okrężnicy traktuje się jako wskaźnik sanitarny tylko wtedy, gdy nie jest chorobotwórcza po wniknięciu do przewodu pokarmowego (różne typy serologiczne). W wodzie o temp. 4°C pałeczki giną po 48 dniach, w 20° po około 20 dniach.

Bakterie z grupy E.coli oraz rodzaj Klebisiella, Enterobacter i Citrobacter są Gramm(-), zdolne do wzrostu w warunkach tlenowych i beztlenowych.

Pałeczki E.coli traktuje się jako jedyny wskaźnik typu fekalnego.

Miano coli jest to najmniejsza ilość wody wyrażona w cm³, w której stwierdza się obecność pałeczek z grupy coli, 1 pałeczka w 100 cm³ wody to miano coli wynosi 100.

Inne bakterie wskaźnikowe:

- paciorkowce kałowe Enterococcus faecalis

- przetrwalnikujące beztlenowce Clostridium perfingens

- pałeczki ropy błękitnej Pseudomonas aeruginosa

Oprócz nich wskaźniki alternatywne.

Analizy mikrobiologiczne wody na różne organizmy chorobotwórcze byłyby kosztowne. Uniwersalnym wskaźnikiem byłby drobnoustrój, który jednocześnie wskazywałby na obecność lub brak wszystkich orgranizmów chorobotwórczych, łącznie z wirusami i pasożytami zwierzęcymi. Brak jest uniwersalnego wskaźnika.

Brak jest uniwersalnego wskaźnika!!

Paciorkowce kałowe - w kale zwierząt i ludzi, Clostridium perfingens - odporne na środki dezynfekcyjne, wskaźnik oceny wód studziennych. Pałeczki ropy błęktnej mogą rozwijać się w wodzie niezanieczyszczonej i destylowanej.

Oznaczanie bakterii z grupy coli:

1. metoda filtrów membranowych lub bibuły filtracyjnej

woda → filtr membranowy → podłoże agarowe Endo (37°C, 24-48h) → wyniki (wskaźnik coli w 100cm³ wody.

2. Metoda filtracji posiewowej: woda → posiew na płynną pożywkę

3. Dalsze potwierdzanie i różnicowanie bakterii z grupy coli na pożywkach z laktozą, podłożach Endo

Nowe definicje (nowe normy)

- grupa coli - Gramm(-) katalizujące laktozę i wytwarzające gaz w 37°C

- bakterie E.coli - wytwarzają enzym β-D-.........................................................

Liczba kolonii bakterii na agarze odżywczym po 72h, hodowli w temp. 20°C w 1cm³ wody nie więcej niż: woda dezynfekowana 50, 100

woda niedezynfekowana

Wymagania mikrobiologiczne dla wody w przemyśle spożywczym:

-zużycie wody i jej wpływ na jakość peoduktu

- woda produkcyjna (technologiczna)

- woda do mycia opakowań

- do użytku technologicznego (chłodzenie, wytwarzanie pary)

- woda do celów socjalnych

Wykład 10:

3). Gleba:

Gleba powstaje z wietrzenia skał. Jest dobrym siedliskiem dla drobnoustrojów. Skład gleby:

- 50% gleby to substancje mineralne i organiczne

- 35% powietrze glebowe, im bardziej ścisła gleba (iły, gliny, torfy) tym mniej powietrza, w glebach luźnych (piasek, żwir) zawartość powietrza duża; poza powitrzem mogą występować gazy będące produktami przemiany materii organicznej: CO₂ (jego duża zawartość może być stymulatorem do rozwoju bakterii litotroficznych i glonów), N₂, NH₃, H₂S, CH₄.

- 15% roztwór glebowy: woda i substancje w niej rozpuszczone

W glebie występuje najwięcej mikroorganizmów ze wszystkich środowisk. Najbardziej licznie występują promieniowce.

Na glebach przesuszonych występują kserofile (bakterie o małym zapotrzebowaniu na wodę, znoszące duże ciśnienie osmotyczne): bakterie nitryfikacyjne, Pseudomonas, Azotobacter.

Gleby wapnowane o odczynie alkalicznym są lepszym środowiskiem do rozwoju mokroorganizmów.

Liczba drobnoustrojów zmniejsza się w glebie ze wzrostem odległości od powierzchni, a na głębokości 1,5-2m spada do zera. Najwięcej drobnoustrojów znajduje się kilkanaście cm od powierzchni. Bardzo dużo (zwłaszcza bakterii) występuje w sferze przykorzeniowej roślin (ryzosfera).

Mikroflora gleby:

• autochtoniczna (stale czynna):

- autotroficzne (glony, bakterie zielone - Chlorobium i bakterie purpurowe - Thiobacillus)

- chemoorganotroficzne (grzyby: Ascomycetes, Deuteromycetes oraz drożdże: Saccharomyces, Cryptococcus, Rhodotorula, Candida)

- bakterie azotowe

• zymogenna (pojawiająca się okresowo) jak organizmy patogenne: Salmonella, Shigella, Escherichia, Clostridium, jaja pasożytów.

Z bakerii organotroficznych występują w glebie bakterie ( w dolnej strefie roślin): Alcaligenes, Bacillus, Enterobacter, Flavobacterium, Micrococcus; a poza tym wirusy.

Bardzo ważne są bakterie wiążące azot atmosferyczny: Azotobacter, Nitrozomonas, Pseudomonas, Nitrobacter, Artrobacter, Serratia, Clostridium.

Rhizobium - występuje w symbiozie z roślinami motylkowymi.

Bakterie patogenne występują zazwyczaj przy zanieczyszczeniu fekaliami.

Drobnoustroje glebowe odpowiadają za obieg takich pierwiastków jak: N, P, C, S.

Ilość i różnorodność mikroflory gleby zależy od:

- struktury gleby i wilgotności

- zawartość składników odżywczych

- kwasowość

- temperatura i strefa geograficzna.

Liczba drobnoustrojów w 1g gleby:

bakterie 50 000 000

promieniowce 6 000 000 (ale w glebach wietrzonych ich jest najwięcej)

grzyby 85 000

glony 2000 (w mokrych glebach więcej)

pierwotniaki 15 000

Mikroorganizmy wytwarzające antybiotyki:

• 90% promieniowce: Streptomyces, Nocardia, Actinomyces

• grzyby (prdukują antybiotyki β-laktamowe)

- Penicillum chrysogenium (penicylina)

- Cephalosporium, Trichoderma (cefalosporyny)

Oddziaływania drobnoustrojów środowiskowych

1). symbioza - zależność dwóch lub więcej gatunków ściśle od siebie zależnych, które bez obecności partnera rozwijają się bardzo słabo lub wcale; występuje zaróno wśród mikroorganizmów jak i pomiędzy mikroorganizmami a organizmami wyższymi

Najczęstsze wzajemne korzyści to:

- wzajemna wymiana składników pokarmowych

- przekształcanie przez mikroorganizmy symbiotyczne składników nieprzyswajalnych dla organizmów wyższych

- dostarczanie substancji wzrostowych

- transport substancji mineralnych i usuwanie toksycznych produktów przemiany materii.

Przykład: 1 1cm³ treści pokarmowej w żołądku roślinożerców znajduje się 10¹¹ mikroorganizmów, bakterie przewodu pokarmowego człowieka zajęłyby powierzchnię 400m² - Helicobacter pylori (powoduje wrzody żołądka) - u ludzi zdrowych jest symbiontem.

2). pasożytnictwo - współzależniość, w której jeden partner - pasożyt osiąga korzyści a drugi - gospodarz odnosi lub nie odnosi szkody.

Jest szeroko rozpowszechniony w przyrodzie, saprofityzm również jest rodzajem pasożytnictwa (na organizmach martwych).

W przypadku mikroorganizmów jest mało zbadane, np. bakterifagi, Gramm(-), bardzo ruchliwe bakterie przecinkowca w wielu bakteriach Gramm(-) jak Oseudomonas, Salmonella, Escherischa.

3). drapieżnictwo - system zrozumiany jako odżywianie się jednych organizmów innymi. Wśród mikroorganizmów należy do żadkości np. odżywianie się pierwotniaków bakteriami

4). Oddziaływanie pośrednie:

- protokooperacja (pośrednia symbioza) - wszystkie powiązane ze sobą organizmy odnoszą korzyść

- komensalizm - współzależność w wyniku której jeden partner odnosi korzyści a drugi nie podlega wpływowi, jest to dla niego obojętne (np. zmienianie składników nieprzyswajalnych w przyswajalne)

- konkurencja - forma współzawodniczenia o deficytowy składnik pokarmowy, przestrzeń życiową, światło, wodę (np. sinice, glony - konkurencja o światło, pleśnie - konkurencja o składniki pokarmowe)

- amensalizm (antagonizm) - forma współzależności, w której rozwój jednej populacji jest hamowany przez substancje wytwarzane przez partnera (np. mikroorganizmy killerowe)

Zagrożenia mikrobiologiczne w przemyśle spożywczym

Mogą być epifityczne lub wtórne.

Produkty spożywcze są dobrze uwodnione więc stanowią dobre środowisko do rozwoju mikroorganizmów, w produktach o jej wyższe zawartości - bakterie i drożdże, a w mniej uwodnionych pleśnie (mąki, zboża).

Mikroflora pierwotna i wtórna:

- mikroorganizmy saprofityczne: - rodzime (epifityczne)

- wprowadzone (obce)

- mikroorganizmy patogenne:

ludzie

↕

owoce i warzywa ← woda mleko, mięso

↕ odchody

pasza ← gleba

↕

zwierzęta

Zagrożenia saprofityczne: zmiana smaku, zapachu, konsystemcji, obniżenie wartości odżywczej

Zagrożenia patogenne: dla zdrowia i życia.

Produkty końcowe degradacji mikrobilogicznej składników żywności:

węglowodany białka lipidy

↓ ↓ ↓

CO₂ CO₂ wolne kwasy tłuszczowe

kwasy organiczne H₂S, H₂, NH₃ aldehydy

(cytrynowy, mlekowy merkaptany ketony

octowy) merkaptyle

etanol aminy

diacetyl putrescyna

dekstran

lewany

pH niektórych składników żywności:

jabłko 3,5

żurawiny 2,8

pomidory 4,0

marchew 6,0

ziemniaki 6,0

szpinak 7,0

groszek 6,5

żyto 6,2

mleko 6,5

mięso 6,0

Niskie pH jest naturalnym mechanizmem chroniącym przed infekcją drobnoustrojami, a więc przed psuciem. pH poniżej 4,5-pasteryzacja, powyżej - sterylizacja.

Bardzo odporna na ataki jest czarna porzeczka: 30g kwasu/1dm³, a ponadto garbniki i barwniki.

WYKŁAD 11:

Bardzo niebezpieczne są mikotoksyny, a zakażenia nimi to mikotoksykozy.

Można je podzielic na pierwotne (ze spożycia pleśni z mikotoksyną np. Aspergillus) lub wtórne (ze spożycia produktów, głównie zwierzęcych) wcześniej zainfekowanych jak mięso i mleko zwierząt jedzących spleśniałe pokarmy).

Rodzaje grzybów patogennych:

Mucor, Rhizopus - środowiska roślinne, sporadycznie toksynogenne

Ustilago - śnieć zbożowa

Aspergillus, Penicillum, Fusarium, Alternaria - bardzo liczne są toksynogenne, stanowią powszechne zanieczyszczenie roślin (w tym zbóż)

Najniższe temperatury wzrostu: Clostridium botulinum -3,3

Listeria monocytogenes -1,7

sałata - bardzo zanieczyszczona

Częstotliwość zanieczyszczeń patogenami żywności surowej:

bakteria	surowiec	częstotliwość
Aeromonas hydrophilia	sałata, seler, kapusta włoska	95-100%
Bacillus cereus	ryż, mąka, zboże, kukurydza	100%
Listeria	ziemniaki, rzodkiew, zboża, soja, kukurydza	26% 30%
Salmonella, Shigella, E.coli	sałata	32%

choroba pieczywa po wypieku - tlenowe bakterie przetrwalnikujące

Mikroflora surowców roślinnych:

• warstwa powierzchniowa gleby ma dominujący wpływ na skażenie surowców roślinnych przez tlenowce i beztlenowce, formy wegetatywne i przetrwalne, ogółem 10⁵-10⁶ komórek/g

• skażenie owoców:

drożdże: Saccharomyces, Kloeckera, Piecha??, Candida

pleśnie: Penicillum, Aspergillus, Botrytis, Rhizopus, Mucor, Fusarium, Cladosporium, Geotrichum (np. Geotrichum candidum - ochrona przed infekcjami)

bakterie fermentacji mlekowej, octowej, oraz z rodzajów Bacillus, Pseudomonas, Proteus (proteolityczne)

• skażenia warzyw: Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Streptococcus, Micrococcus, Enterobacter oraz drożdże i pleśnie

• skażenia ziarna zbóż (mniejsza aktywność wodna) mikroflora przetrwalnikująca oraz pleśnie i mykotoksyny

• w surowcach roślinnych mogą występować formy patogenne, między innymi liczne psychrotrofy: Listeria monocytogenes, Clostrisium botulinum, Yersinia, Aeromonas.

drobnoustroje w cukrze (powierzchniowo):

- względne tlenowce: Bacillus cereus, subtilis

- beztlenowce: Clostridium sporogenes, perfingens, butyricum.

wymagania mikrobiologiczne cukru (w USA): przetrwalniki bakterii beztlenowych [jtk/10g cukru) 0-2 na 6 prób

bakterie kwasu mlekowego - wysokie optimum temperaturowe: 45-55°C

Mikroflora surowców zwierzęcych:

powierzchnia skóry

przewód pokarmowy - najbardziej skażony

woda

maszyny i urządzenia

pomieszczenia i przewody

• głównym siedliskiem drobnoustrojów w tkankach zwierzęcych są narządy wewnętrzne, np.uszkodzony przewód pokarmowy

• drobnoustroje skażające tusze zwierzęce po uboju należą do różnych grup fizjologicznych: Pseudomonas, E.coli, Micrococcus, Proteus, Bacillus, Clostridium; oraz różne pleśnie: Penicillum, Aspergillus, Candida

• częstotliwość występowania drobnoustrojów chorobotwórczych jest głównie funkcją higieny odżywiania zwierząt, hodowli oraz uboju i produkcji w zakładach mięsnych

• najczęściej stwierdza się: Salmonella

Clostridium perfingens

patogenne odmiany E.coli

Listeria monocytogenes

Podstawowe zakażenia mikrobiologiczne:

• drobiu: Salmonella, Campylobacter jejuni, Staphylococcus, E.coli, Clostridium perfingens

• jaj:

- mikroflora powierzchniowa: Aeromonas, Pseudomonas, Alcaligenes, E.coli, Salmonella

- wewnętrzna i zewnętrzna chorobotwórcza: Campylobacter, Yersinia, Shigella, Staphylococcus, Salmonella

• ryby: w 1cm³ śluzu 10²-10⁷ bakterii: Pseudomonas, Vibrio, Actinobacter i inne; w przewodzie pokarmowym 10³-10⁸ w 1g treści; zakażenia bakteryjne: Clostridium botulinum typu E i A, Salmonella oraz bekterie gnilne: Pseudomonas, Aeromonas, Vibrio

• mleko - jest mniej groźne mikrobiologicznie"

- mikroflora psychrotrofowa z rodzaju Pseudomonas

- laseczki tlenowe i pałeczki grupy coli - acrogenes

- paciorkowce i pałeczki fermentacji mlekowej

- w mleku pasteryzowanym: bakterie przetrwalnikujące, entrokoki, mikrokoki rozkładające białko mleka

- ogólna liczba bakterii dla mleka surowego klasy extra max 10⁵ bakterii w 1cm³ (UE i Polska od 1998roku)

bakterii chorobotwórczych w mleku jest bardzo niewiele

Bariera ograniczająca zasiedlanie środowisk przez mikroorganizmy:

- jaja: skorupka, błona podskorupkowa, lizizym

- mleko: system laktoperosydazy, aglutaniny

- krew: fagocyty, przeciwciała

- przewód pokarmowy człowieka: śluz, niskie pH, sole żółci

- błony śluzowe człowieka: śluz

- tkanki mięści; skóra, kwasy tłuszczowe

- rośliny i owoce: związki fenolowe, glikozydy, skóra, kwasy organiczne, fitoncydy

gęstość optyczna = liczebność bakterii

Utrwalanie żywności:

Konwencjonalne metody utrwalania żywności:

1. Fizyczne z wykorzystaniem wysokich temperatur:

- pasteryzacja

- sterylizacja

- tyndalizacja (3 krotna pasteryzacja w 24h odstępach)

z wykorzystaniem niskich temperatur:

- chłodzenie (3-7°)

- zamrażanie (-20 do -25°C)

- mrożenie (-33°C) w tunelach chłodniczych typu fluidyzacyjnego (ruch zimnego powietrza)

chłód otrzymuje suę z układu absorpcyjnego, układ zamknięty (medium - czynnik chłodniczy: amoniak -33°C ) na skalę przemysłową układ sprężarkowy, suchy lód -78°C, kurtyna chłodnicza - zabezpiecza przed zmianą temperatur, ujemne kalorie - figokalorie zimna

np. mrożone truskawki -30 do -32°C

w komorach chłodniczych można przechowywać do kilku miesięcy

mrożenie

od 30 do 0°C	zmiany wiązań hydrofobowych w membranach, zmiany przepuszczalności membran, zmiany stanu fizjologicznego lipidów, agregacja białek, hamowanie aktywności enzymów, zakłócanie aktywnego transportu i procesów dyfuzyjnych
od 0 do -30°C	zakłócanie przepuszczalności kationów, zahamowanie biosyntezy białek i kwasów nukleinowych, modyfikacja przestrzennej struktury enzymów, kriouszkodzenia membran, szok osmotyczny
od -40 do -120°C	mechaniczne uszkodzenie membran i struktur komórkowych
od -120 do -196°C	głębokie zakłócenie procesów metabolicznych, niszczenie struktur cytoplazmy, jądra, rozrywanie membran

-196°C - ciekły azot

2. Chemiczne metody utrwalania żywności:

- cukrzenie

- solenie

- peklowanie

- marynowanie

- środki konserujące

WYKŁAD 12:

Chemiczne metody utrwalania żywności:

- dżem - 65% cukru, a w niskosłodzonym 30-35%

- peklowanie - azotany i azotyny, w wątrobie metabolizowane do rakotwórczego diazometanu

Środki konserwujące:

SO2 działa w pH niższym niż 4, właściwości konserwujące tylko wolny (wiązać go mogą związki z wiązaniami podwójnymi np. aldehydy), można go wprowadzać jako kwas siarkawy (6%), stężenie konserwujące to 500 (tygodnie) - 1200 (miesiące) mg/ dm^3 moszczu, jego stężenie zmniejsza się w wysokiej temperaturze (wygazowywanie)	bakterie (bakteriostatyczny), grzyby
kwas benzoesowy pH 2-4,5	grzyby (pleśnie, drożdże), słabo bakterie
estry kwasu benzoesowego pH do 9,5	grzyby, pleśnie, drożdże, bakterie
kwas mrówkowy pH 3, służy do powierzchniowej dezynfekcji	grzyby, w wyższym stężeniu bakterie
kwas propionowy pH 2,5-4,5	pleśnie, bakterie laseczki, słabo drożdże
kwas sorbowy pH 3	grzyby (drożdże, pleśnie), bakterie katalazododatnie, inne słabo
azotany - reducja mikroorganizmów (peklowanie) azotany + NaCl	bakterie, laseczki beztlenowe fermentacji masłowej Clostridium botulinum
antbiotyki - nizyna	bakterie Gramm(+) - laseczki saprofityczne i chorobotwórcze, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens

Nawet stosując konserwanty należy zachować sterylne warunki (np. pod poduszką gazów obojętnych - argon)

Biologiczne utrwalanie kwasu mlekowego:

• większość fermentowanych produktów spożywczych jest otrzymywana z dominującym udziałem bakterii fermentacji mlekowej

• fermentacja spontaniczna - rodzima mikroflora surowców (kiszenie kapusty) lub kierowana (przemysł mleczarski, produkcja wędlin), gdzie stosuje się gotowe startery - szczepionki (=zakwasy), zawierają ok 10¹⁰ komórek/g i są utworzone poprzez zamrażanie lub liofilizację

• bakterie fermentacji mlekowej gromadzą od 0,5-1,5% kwasu mlekowego (mezofile 20-28°C) np. Lactococcus lactis, Lactobacillus casei, oraz do 3% kwasu bakterie termofilne (40-45°C)

• oprócz kwasu mlekowego niektóre bekterie mogą heterofermentować, z wytworzeniem kwasu octowego, związków białkowych, nizyny, kwasów organicznych, enzymów, aldehydu octowego

• skuteczność biokonserwacji żywności jest wynikiem skojarzonego działania bakteriostatycznego różnych metabolitów (kwasy organiczne w formie zdysocjowanej lepiej przenikają przez błony i utrwalają środowisko)

w celu zaczęcia fermentacji (żeby uniknąć natychmiastowych zakażeń) dodaje się sól

Produktu mleczarskie:

- szczepionki mezofilne

a). paciorkowce kwaszące (Lactobacillus lactis), nie tworzą diacetylu

b). paciorkowce aromatyzujące, słabokwaszące (Leuconostoc)

- szczepy termofilne - np. do produkcji jogurtu, śmietany, serów twarogowych

- szczepy mieszane - kwaszące + jelitowe (Lactobacillus, Bifidobacterium) + pleśnie (Penicillum camemberti, Geotrichum candidum - do produkcji serów pleśniowych)

Kapusta kiszona:

stężenie soli 1,8-2,2% , jest to heterofermentacja, Lactobacillus brevis

Kiszone ogórki:

stężenie soli 406%, Lactobacillus brevis, Pedicoccus

Fermentacja pieczywa:

skład szczepionek piekarskich: Lactobacillus plantarum, brevis, fermentum, leichmani + drożdże w ostatnim etapie fermentacji; bakterie:drożdże - 100:1

Fermentacja mięsa:

dodatek 0,4-0,8% sacharydów (żeby mikroorg. miały się na czym rozwijać), tworzą kwas mlekowy zapewniający pH 4,8-5,0

(dla Salmonelli krytyczne pH to 5,5)

Konserwacja wysokimi temperaturami:

Mechanizmy śmierci cieplnej mikroorganizmów nie są poznane (hipotezy: denaturacja białek, uszkadzanie błony komórkowej)

Efekt letalny ogrzewania zależy od:

• specyficznej ciepłooporności

• stanu fizjologicznego

• chemicznych i fizycznych właściwości środowiska

•temperatury i czasu działania

w fazie logarytmicznego wzrostu największa wrażliwość na stres

Ciepłooporność drobnoustrojów termofilnych determinowana jest obecnością białek o strukturze II i III rzędowej oraz lipidów

Do najbardziej ciepłoopornych należą przetrwalniki termofilnego szczepu Bacillus stearothermophilus

Ciepłooporność przetrwalników uwarunkowana jest kwasem dipikolinowym ok 15% sm oraz ciepłoopornymi enzymami.

Białka szoku termicznego - uodparniają na wysoką temperaturę

Czynniki wpływające na ciepłooporność drobnoustrojów:

- temperatura inkubacji (im wyższa, tym lepiej organizmy znoszą wysoką temperaturę)

- wiek i stadium rozwoju

- skład chemiczny podłoża hodowlanego

Korzystnie na oporność cieplną wpływają:

- jony Mg i P

- niska zawartość wody (maksymalna ciepłooporność przy a_w 0,2-0,3)

- tłuszcze, białka, cukry (protektory)

- pH środowiska (najwyższa ciepłooporność przy pH 6-7)

Metody termiczne utrwalania żywności:

• pasteryzacja (65 - 100°C), jest to zniszczenie form wegetatywnych oraz przedłużenie trwałości, pasteryzacja zapewnia trwałość mikrobiologiczną środowiska o pH niższym od 4,5, powyżej należy stosować sterylizację

pasteryzacja niska 63-65°C przez 20-30 minut

pasteryzacja wysoka 85-100°C przez 15s (do kilku minut)

pasteryzacja błyskawiczna (momentalna) 85-95°C kilka, kilkanaście sekund, natychmiastowe schładzanie

Wzrost temperatury w pasteryzacji o 7°C powoduje dziesięciokrotne przyspieszenie zniszczania biologicznego drożdży i bakterii lub każde 7°C zmniejsza 10-krotnie czas działania temperatury:

53°C → 56 min

60°C → 5,6 min

67°C → 0,56min

JP = SBZ ∙ t [w minutach]

JP - jednostka pasteryzacji. SBZ- szybkość biologicznego zniszczenia, t- czas działania

1JP = SBZ w temp. 60°C ∙ 1 minuta

stosuje się w pasteryzacji płynów (zwłaszcza piwa)

• sterylizacja (powyżej 100 → 150°C), zniszczenie przetrwalników w temperaturze 120°C przez 15-20 minut, 121,1°C, kilka minut (15-30) ale cały proces przemysłowy może trwać do kilku godzin

zbyt wysoka temperatura i wydłużony czas działania powoduje obniżenie wartości odżywczej i sensorycznej produktu

sterylizacja ciągła np. 140°C przez 2-3 minut

UHT - ultra high temperature UHTST - ultra high temperature - short time (140°C)

WYKŁAD 13:

Krzywa przeżycia (krzywa śmierci cieplnej):

- śmierć komórek jednorodnej populacji opisana jest jako reakcja I-rzędu, w stałej temperaturze obniżanie liczby drobnoustrojów jest wykładniczą funkcją czasu, z krzywej przeżycia w skali półlogarytmicznej odczytuje się liczbę przeżywających komórek w określonym czasie działania temperatury

- krzywa przeżycia ma przebieg prostoliniowy przy założeniu, że każda komórka w populacji jest jednakowo wrażliwa na temperaturę, w praktyce występują odchylenia od prostoliniowego charakteru krzywej przeżycia

- założenie: drobnoustroje giną w porządku logarytmicznym

- wprowadza się termin: czas decymalnej redukcji "D" jest on miarą ciepłooporności drobnoustrojów i wyznacza czas potrzebny w danej temperaturze do redukcji komórek o 90%

krzywa przeżycia jednorodnej populacji drobnoustrojów przy temperaturze letalnej

im wyższe D tym większa ciepłoorność

- wprowadza się współczynnik ciepłooporności Z - określa wpływ temperatury na czas niszczenia komórek, określa ona wzrost temperatury potrzebny do obniżenia czasu decymalnej redukcji o 90%, a więc 1 cykl logarytmiczny:

Z =

gdy logD₂-logD₁=1 to: Z=T₁+T₂

D₁ - czas decymalnej redukcji w temperaturze T₁

D₂ - czas decymalnej redukcji w temperaturze T₂

wysokie Z - wysoka ciepłooporność

letalne działanie wysokich temperatur ma znaczenie w procesach biotechnologicznych (jałowienie pożywek) oraz w utrwalaniu żywności

- czas potrzebny do pełnego zniszczenia w danej temparaturze określonej populacji drobnoustrojów:

F = D ∙ logN ← poziom mikrobiologicznego zanieczyszczenia środowiska

↑ - czas decymalnej redukcji (liczba komórek)

Wyjaławianie w temperaturze 121°C

wartość F zależy od pH produktów

niskie pH produktów utrudnia kiełkowanie przetrwalników, zbędne stosowanie wysokich temperatur

wartość F: produkt czas

mięso 15-30

(strefa tropikalna)

mięso 3,9-4,8 (8,0)

warzywa i soki 4,0-6,0

wpływa wartości pH na czas decymalnej redukcji liczby przetrwalników w sokach warzywnych 1,5∙10⁵/ml, czas w minutach

temperatura	czas
		pH 4,5	4,7	5,0	5,3	6,1
110		35	40	160	190
115	10,5	10	15	48	63
120	5	7	7	13	18

węglowodany, gliceryna, wyższe alkohole - protektory (podywższają ciepłooporność)

Skrajne przystosowanie bakterii:

- niska temperatura: Pseudomonas sp. rozwój do -10°C

- wysoka temperatura - niektóre rosną do 110°C, a niektóre endospory przeżywają do kilku sekund w 180°C

- wysokie ciśnienie - Bacillus subtilis może przeżyć 2000barów (2 miliardy Pa)

- wysokie zasolenie - Halobacterium sp. przy zasoleniu 20-30% wykazują optimum wzrostu

- środowisko kwaśne: Thiobacillus thiooxidans sp. znoszą nawet pH 0-1 (kilkuprocentowy kwas siarkowy)

- środowisko zasadowe - sinice przy pH=12

- promieniowanie: Deinococcus radiodurans (tysiąc razy bardziej odporne od kręgowców)

- czas - bakterie podobne do Bacillus (ich endospory) ożywiono po 250mln lat anabiozy

- warunki kosmiczne - Streptococcus ?? 50-1000 bakterii przeżyło 2,5 roczny pobyt na księżycu.

Maszyny do ogrzewania:

• ogrzewanie przeponowe (np. płaszcz grzewczy) - wydłużony czas ogrzewania, system ciągły (np. pasteryzator płytowy), system z podwójnym wykorzystaniem energii

• czynnik, który ma się chłodzić ogrzewa wstępnie czynnik do pasteryzacji lub sterylizacji

• bezpośrednie wstrzyknięcie pary do produktu (produkty płynne) - pozwala na sterylizację błyskawiczną, przepływ z utrzymaniem temperatury, rozprężacz (skąd można odzyskać ciepło) - metoda najnowocześniejsza

Niekonwencjonalne metody utrwalania:

• promieniowanie jonizujące: działanie bakteriobójcze wykazują promienie Gamma, Roentgenowskie, dawka promieniowania wynosi 1 grej (Gy), gdy 1 kilogram materiału pochłonie energię 1 dżula

1Gy = 1J/kg

dawka 0,5 - 10 kGy działa podobnie jak pasteryzacja

- raduryzacja (do 2,5 kGy)

- radycydacja (do 10kGy)

- radapertyzacja (powyżej 30kGy) - proces równoważny sterylizacji

• cieśnienie hydrostatyczne 400- 1000 MPa, 15 minut = presuryzacja

• promieniowanie mikrofalowe w zakresie 2450 MHz o mocy 320 do 650W, 5 minut niszczy formy wegetatywne

• oscylacyjne pole magnetyczne do 500 kHz

• impulsy światła o dużej gęstości optycznej go 50J/cm³ do nm 10^-6 do 10^-1 sek (intensywność impulsów ok 20 tysięcy razy większa od intensywności światła słonecznego)

• zmienne pole elektrostatyczne o wysokim napięciu (20kV) - nieprzyszłościowe, inaktywuje formy wegetatywne

Chorobotwórcze właściwości drobnoustrojów:

cechy droboustrojów decysująca o wywołaniu choroby zakaźnej:

-patogenność (chorobotwórczość - groźność choroby)

- wirulencja (zjadliwość)

- inwazyjność

- toksyczność

toksyny bakteryjne: endospopry, egzospory

1/10 000 wody w rzekach

3% wody słodkiej

---