Współczesne Techniki ZamraŜania. Temat: Zmiany mikrobiologiczne w mroŝonej Ŝywności problem odporności drobnoustrojów na niskie temperatury

Transkrypt

1 Współczesne Techniki ZamraŜania Temat: Zmiany mikrobiologiczne w mroŝonej Ŝywności problem odporności drobnoustrojów na niskie temperatury Gliński Michał SD:mgr Sem.IX 2005/2006 SPIS TREŚCI 1. WSTĘP CO TO SĄ DROBNOUSTROJE PODZIAŁ DROBNOUSTROJÓW RODZAJE DROBNOUSTROJÓW ZE WZGLĘDU NA RÓśNE WYMAGANIA DOTYCZĄCE TEMPERATURY CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA PRZEMIANY MIKROBIOLOGICZNE TEMPERATURA: AKTYWNOŚĆ WODY A W ODCZYN PODŁOśA PH: DOSTĘPNOŚĆ TLENU: SZYBKOŚĆ ROZMNAśANIA MIKROORGANIZMÓW WPŁYW ZAMRAśANIA NA ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE W PRODUKTACH SPOśYWCZYCH ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE W RYBACH ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE W OWOCACH ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE W TRUSKAWKACH ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE W WARZYWACH ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE W WYROBACH MĄCZNYCH I ZIEMNIACZANYCH ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE W MLEKU ODPORNOŚĆ DROBNOUSTROJÓW NA NISKIE TEMPERATURY OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PRZETRWALNIKI BAKTERII KIEŁKOWANIE PRZETRWALNIKÓW WNIOSKI LITERATURA

2 1. Wstęp Co to są drobnoustroje? - Są to organizmy Ŝywe widoczne w powiększeniu od 100 do kilku tysięcy razy - Są organizmami zmiennocieplnymi o zróŝnicowanych wymaganiach temperaturowych i ich funkcje Ŝyciowe odbywać się mogą tylko w pewnych granicach temperatury. - Temperaturowe minimum rozwoju drobnoustrojów jest stosunkowo szerokie i kształtuje się w zakresie od nawet 10 do - 10 C, a dla niektórych gatunków pleśni jeszcze niŝej Podział drobnoustrojów: Wirusy - składają się wyłącznie z cząsteczki kwasu nukleinowego otoczonego powłoką białkową. Wirusy zalicza się do bezwzględnych pasoŝytów. Bakterie - posiadają bardziej niŝ wirusy skomplikowaną budowę, wyposaŝenie enzymatyczne. Bakterie powodują wiele przemian mikrobiologicznych takich jak: reakcje gnilne lub fermentacyjne. Grzyby mikroskopowe - zaliczane są do największych rozmiarami drobnoustrojów, zalicza się do nich droŝdŝe i pleśnie Rodzaje drobnoustrojów ze względu na róŝne wymagania dotyczące temperatury. Psychrofile (zimnolubne) rozmnaŝają się w niskich temperaturach, mogą powodować szkody podczas chłodniczego przechowywania Ŝywności. Mezofile optimum rozwoju mieści się w granicach od 20 do 37 C. Termofile drobnoustroje ciepłolubne, odznaczają się wysokim optimum i maksimum wzrostu. 1

3 2. Czynniki wpływające na przemiany mikrobiologiczne Temperatura: - warunki chłodnicze w większym stopniu hamują rozwój mikroflory mezofilnej przy zachowanej aktywności bakterii psychrofilnych, - obniŝenie temperatury o 10 C powoduje dwu- czterokrotny spadek szybkości reakcji procesów enzymatycznych, - jednakowe zmiany temperatury poniŝej 0 C działają od 3 do 5-krotnie silniej niŝ w wyŝszych temperaturach, - procesy przemiany materii w niskich temperaturach ustają wtedy, gdy plazma komórkowa ulega zamroŝeniu i transport substancji staje się niemoŝliwy Aktywność wody a w : - charakteryzuje zawartość wody w środowisku, dla czystej wody wynosi 1,0 dla środowiska bezwodnego wynosi 0,0 - największe znaczenie mają minimalne wartości, przy których moŝliwy jest rozwój i aktywność Ŝyciowa drobnoustrojów bakterie a w ~0,9; T~ od -5 do -8 C droŝdŝe a w ~0,88; T~ od -10 do -12 C pleśnie - a w ~0,75; T~ od -12 do -15 C 2.3. Odczyn podłoŝa ph: droŝdŝe i pleśnie lepiej rozwijają się w środowisku kwaśnym - bakterie w środowisku obojętnym 2.4. Dostępność tlenu: - drobnoustroje mogą rozwijać się w obecności tlenu lub w przypadku jego braku, przy czym róŝnica między nimi polega na sposobie wytwarzania energii. - Podział drobnoustrojów: Tlenowce Beztlenowce 2

4 Względne beztlenowce - mikroaerofile 2.5. Szybkość rozmnaŝania mikroorganizmów. a faza letalna komórki zwiększają swoje wymiary i pojawiają się procesy przemiany materii, b faza przyspieszonego wzrostu, c faza logarytmiczna rozmnaŝanie komórek przebiega z największą szybkością i równomiernością, d faza zwolnionego wzrostu, e faza stacjonarna liczba drobnoustrojów pozostaje na stałym poziomie, przyrost komórek równowaŝony jest ich wymieraniem, f faza obumierania stopniowy spadek populacji mikroorganizmów 2.6. Wpływ zamraŝania na zmiany mikrobiologiczne. ZamraŜanie powoduje zmiany struktury i konsystencji, zmiany fizykochemiczne i straty masy, a takŝe: - powoduje spadek a w w środowisku i uszkodzeniom struktur drobnoustrojów przez powstające kryształki lodu. - komórki uszkodzone podczas zamraŝania mogą stanowić 90% liczby bakterii, które przeŝyły, - powoduje zmniejszenie przestrzeni rozpuszczalnej w tkankach, w wyniku tworzenia się kryształów lodu następuje wzrost stęŝenia substancji rozpuszczalnych, w temperaturze - 30 C faza płynna jest ograniczona do punktowych wzajemnie izolowanych skupisk roztworu, mniej szkodliwych dla mikroflory. 3

5 - powoduje zmianę czynników takich jak: odczyn ph, siła jonowa, lepkość, ciśnienie osmotyczne, napięcie powierzchniowe, potencjał utleniającoredukujący; które stanowią efekt niszczący komórki lub ich mutację, - wymroŝenie prawie całej ilości wolnej wody hamuje procesy mikrobiologiczne w zamroŝonych produktach i powoduje, Ŝe ich stan sanitarny jest na ogół lepszy niŝ produktów świeŝych lub schłodzonych, - następują zmiany morfologiczne komórek drobnoustrojów, bakterie mogą tworzyć nietypowe, nitkowate formy komórkowe zwane filamentami. 3. Zmiany mikrobiologiczne w produktach spoŝywczych Zmiany mikrobiologiczne w rybach. - Zmiany przechowalnicze zachodzą pod wpływem endogennych enzymów, biochemicznej działalności mikroflory i pasoŝytów oraz wskutek przemian fizycznych i reakcji chemicznych. - Surowce rybne wymagają ścisłego przestrzegania niskich temperatur przechowywania, aby wyeliminować ryzyko wzrostu przetrwalnikujących bakterii chorobotwórczych. Niskie temperatury w granicach -18 C do -20 C powodują zahamowanie wzrostu mikroflory, ale dopiero temperatura -30 C doprowadza do unieczynienia rozkładczych enzymów bakteryjnych. - Temperatura odgrywa bodajŝe najwaŝniejszą rolę. Od niej zaleŝy bowiem czas trwania l generacji bakteryjnej. W temperaturze ok. +20 C czas ten wynosi 10 do 20 minut. W chłodni wydłuŝa się natomiast do 8 godzin, a w mroźni, w temperaturze ok. -10 C, trwać moŝe nawet do 200 dni. Przestrzeganie odpowiednich parametrów chłodzenia umoŝliwia stąd dłuŝsze w czasie przechowalnictwo Zmiany mikrobiologiczne w owocach. - W owocach mroŝonych bez płukania (malinach, czarnych jagodach, czarnych porzeczkach) bezpośrednio po zamroŝeniu w temp. -30 C stwierdzono spadek liczby: - bakterii do 13-16%, - droŝdŝy do 2-18%. - Obróbka wstępna truskawek początkowo wpływa na spadek (po płukaniu), a następnie na nieznaczny wzrost wyjściowego zakaŝenia surowca zarówno bakteriami, jak i droŝdŝami. ZamraŜanie redukuje ogólną liczbę: - bakterii do 30%, - droŝdŝy do 27%. 4

6 3.3. Zmiany mikrobiologiczne w truskawkach. - ogólna liczba drobnoustrojów tlenowych mezofilnych w l g mieściła się w granicach od 1,0 x 10 2 do 4,1 x 10 3 j.t.k. - liczba pałeczek z grupy coli w l gramie truskawek była mniejsza od 3 j.t.k - wartość średnia liczby pleśni wyniosła 2,4 x 10 2 j.t.k./g, a droŝdŝy wyniosła 7,l x 10 2 j.t.k./g - oceniane truskawki spełniały przepisy krajowe i zagraniczne dotyczące maksymalnych poziomów bakterii w tym Escherichia coli, Salmonella, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, droŝdŝy i pleśni, laseczek beztlenowych Zmiany mikrobiologiczne w warzywach. Mikrobiologiczny obraz zakaŝeń marchwi w róŝnych fazach cyklu produkcyjnego przedstawiono na rysunku poniŝej I - surowiec, II - po ocieraczce, III - po blanszowniku, IV - za przenośnikiem, V - po krajalnicy. VI - po zamroŝeniu, VII - gotowy wyrób 5

7 Zawartość bakterii w fasolce w poszczególnych fazach przerobu: - po blanszowaniu i schłodzeniu. 8,5% - przed mroŝeniem 33,5% - po zamroŝeniu w temp. -28 C..10,5% - po 4 miesiącach przechowywania w temp.-20 C..2,5% Rys. Spadek populacji bakterii w fasolce podczas przechowywania. - duŝy spadek początkowego zakaŝenia podczas przechowywania przy znacznych wahaniach temperatury od -6,7 do -17,7 C Zmiany mikrobiologiczne w wyrobach mącznych i ziemniaczanych. W procesie zamraŝania wyrobów mącznych i ziemniaczanych ginie: % tlenowych bakterii mezofilnych, % bakterii psychrotrofowych - 4,4-11,8% bakterii tlenowych przetrwalnikujących Poziom zanieczyszczenia bakteriami z grupy Coli zmniejsza się 10- a nawet 100-krotnie. Natomiast liczba enterokoków na ogół nie zmienia się w stosunku do stanu przed zamroŝeniem Zmiany mikrobiologiczne w mleku. - wiele bakterii psychrotrofowych wyizolowanych z mleka, produkuje zewnątrzkomórkowe enzymy, które rozkładają białko i tłuszcz mleka, 6

8 - wszystkie badane gatunki posiadały pewien stopień aktywności degradacyjnej, a więc stanowiły znaczące zagroŝenie dla jakości mleka i produktów mleczarskich, - zazwyczaj źródłem zakaŝenia surowego mleka bakteriami coli jest przewód pokarmowy krowy w wyniku zakaŝenia odchodami z podłoŝa (ze ściółki) lub wymienia. 4. Odporność drobnoustrojów na niskie temperatury Ogólna charakterystyka. Odporność drobnoustrojów na niskie temperatury jest znacznie większa niŝ na temperatury wysokie. Przemiany mikroflory produktów podczas zamraŝania wyraŝają się w zaniku ich zdolności rozwojowych oraz w redukcji ogólnej liczby drobnoustrojów, głównie w wyniku przemiany fazowej wody w lód. Rozwój drobnoustrojów w niskich temperaturach jest wynikiem ich adaptacji do zmienionych warunków środowiska lub ich mutacji. Drobnoustroje odporne na zamraŝanie mają dwie wspólne cechy: aktywne systemy enzymatyczne, błony biologiczne nie zestalające się w tych warunkach. Komórki drobnoustrojów lepiej znoszą zamraŝanie szybkie od powolnego i reagują podobnie na odtajanie. Szczególnie krytyczne są temperatury bliskie punktu zamarzania soku komórkowego (od -4 do -10 C). 7

9 Podczas zamraŝania kultur drobnoustrojów tylko część komórek zamiera, podczas gdy większość pozostaje przy Ŝyciu. Komórki Str. lactis zawieszone w wodzie lub w Ŝelatynie przeŝywały 111-dniowe zanurzenie w ciekłym powietrzu przy C. Przetrwalniki bakterii i zarodniki pleśni zatopione pod próŝnią w fiolkach szklanych, po zanurzeniu w ciekłym helu w temp. od -269 do -271 C, częściowo jeszcze kiełkowały po przeszczepieniu do odpowiedniej poŝywki. Oporność na niskie temperatury zwiększa się ze wzrostem stęŝenia substancji rozpuszczalnych. Na przykład Aspergillus niger w l % roztworze glukozy obumiera w temp. -2 C, podczas gdy w 40% roztworze dopiero w temp. -20 C. Część drobnoustrojów ginie podczas przechowywania w stanie zamroŝonym. Nie ma jednak takiej niskiej temperatury, która byłaby śmiertelna dla całej populacji drobnoustrojów. Wynika to z procesu powstawania przetrwalników bakterii Przetrwalniki bakterii. Schemat tworzenia przetrwalników: a) Początek podziału protoplazmy b) Septa sporulacyjna zamknięta c) tworzenie otoczki protoplazmy przetrwalnika d) tworzenie ściany przetrwalnika 8

10 e) dojrzały przetrwalnik 1- zewnętrzna otoczka przetrwalnika 2- cortex 3- ścianka komórkowa przetrwalnika 4- protoplazma 4.3. Kiełkowanie przetrwalników. 1 przetrwalnik w stadium spoczynku 2 przetrwalnik spęczniały wskutek wchłoniącia wody 3 pęknięta otoczka przetrwalnika 9

11 4 pęknięta otoczka przetrwalnika ulega przełamaniu przez wyrastającą komórkę bakteryjną 5 komórka wegetatywna po pierwszym podziale 5. Wnioski. Ogólnie moŝna stwierdzić, Ŝe jakość zamroŝonych produktów Ŝywnościowych w aspekcie mikrobiologicznym zaleŝy od czterech podstawowych czynników: ilości i składu mikroflory produktu w momencie jego zamroŝenia, efektów letalnych obróbki zamraŝalniczej, rozmnaŝania się drobnoustrojów skrajnie odpornych przy wzroście temperatury produktów podczas przechowywania powyŝej -10 C, rozmnaŝania się nie uśmierconej mikroflory produktów po ich rozmroŝeniu Zmiany jakościowe w mroŝonej Ŝywności są wypadkową szczątkowych przemian biochemicznych i chemicznych oraz specyficznych przemian czysto fizycznych, zachodzących pod wpływem niskich temperatur, głównie na powierzchni produktów. Stosunkowo nieznaczne rozmiary tych zmian pozwalają uzyskiwać wielomiesięczną trwałość zamroŝonych produktów, z maksymalnym zachowaniem ich naturalnych cech wyjściowych. Przyjmuje się, Ŝe produkty zamroŝone, przechowywane w temperaturze poniŝej -12 C, są w pełni zabezpieczone przed formami mikrobiologicznego psucia się. Właściwie wyprodukowane, zamroŝone, przechowywane i rozmroŝone produkty nie stwarzają zagroŝeń zdrowotnych. W praktyce światowej mroŝona Ŝywność bywa tylko sporadycznie powodem zatruć pokarmowych toksynami wytworzonymi przez drobnoustroje w produkcie przed zamroŝeniem 10

12 6. Literatura Postolski, Gruda ZamraŜenie Ŝywności 6.2. Gunther Muller Podstawy mikrobiologii Ŝywności 6.3. Czasopisma: - Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna: nr. 1/ Chłodnictwo: nr. 9 i 12/2004; 3 i 5/ Internet: - www. w i z y t o w k a.p l/ [ MIKROBIOLOGIA śywności ] - www. wedlinydomowe.pl. 11