CHARAKTERYSTYKA RÓŻNYCH GRUP DROBNOUSTROJÓW WAŻNYCH W TECHNOLOGII ŻYWNOŚCI I ŻYWIENIA. OCENA MIKROBIOGICZNA PROCESÓW PRODUKCYJNYCH I GOTOWEJ ŻYWNOŚCI.

Transkrypt

1 CHARAKTERYSTYKA RÓŻNYCH GRUP DROBNOUSTROJÓW WAŻNYCH W TECHNOLOGII ŻYWNOŚCI I ŻYWIENIA. OCENA MIKROBIOGICZNA PROCESÓW PRODUKCYJNYCH I GOTOWEJ ŻYWNOŚCI. mgr Dominika Lachowicz

2 Rodzaje oddychania fermentacja utlenianie związków organicznych bez udziału tlenu atmosferycznego, akceptorem wodoru są związki organiczne oddychanie tlenowe akceptorem wodoru i elektronów jest tlen atmosferyczny fermentacja tlenowa (utleniająca) stanowi pośredni typ oddychania pomiędzy fermentacją a oddychaniem tlenowym, tlen atmosferyczny bierze udział w procesie ale utlenianie produktów nie zachodzi do końca i nie jest całkowite, powstają związki organiczne * nazwy poszczególnych fermentacji pochodzą od nazw produktów, które są otrzymywane w wyniku działalności drobnoustrojów

3 w przemyśle pod uwagę brana jest jedynie fermentacja właściwa (szlachetna), która ma charakter jednolity i przeprowadzana jest przez określony gatunek drobnoustroju wprowadzony do środowiska w postaci czystej kultury w przemyśle czyste kultury określa się jako szczepionki brzeczka półprodukt stosowany w produkcji piwa, jest to klarowna ciecz otrzymywana po filtracji zacieru melasa uboczny produkt procesu otrzymywania sacharozy z buraków cukrowy bądź z trzciny cukrowej, stanowi odciek po końcowej krystalizacji cukru określenia używa się również w stosunku do innych produktów ubocznych o dużej zawartości sacharydów

4 Możliwości wykorzystania drobnoustrojów do produkcji: kwasów organicznych - kwasu octowego - kwasu mlekowego - kwasu glukonowego - kwasu propionowego - kwasu masłowego - kwasu jabłkowego - kwasu winoweg0 w procesach fermentacji mięsa w fermentacji surowców roślinnych serów w procesach fermentacji pieczywa żywności orientalnej preparatów probiotycznych enzymów aminokwasów

5 Bakterie kwasu octowego należą do rodziny Acetobacteriaceae praktyczne zastosowanie znalazły rodzaje: - Acetobacter (15 gatunków) - Gluconobacter (4 gatunki) - Gluconacetobacter (10 gatunków) Gram-ujemne, urzęsione pałeczki temp. optymalna C (-4-43 C) optymalne ph 5,4-6,2 (3,6-4,5) stanowią naturalną mikroflorę owoców i ich przetworów * bakterie octowe mogą powodować zakażenia napojów alkoholowych

6 Kwas octowy jako substraty w syntezie wykorzystywane są: - etanol - proste alkohole (n-propanol, n-butanol) - sacharydy (glukoza, fruktoza) - pochodne sacharydów np. mannitol metody produkcji: - metoda powierzchniowa samorzutne zafermentowanie wina umieszczonego w otwartych zbiornikach (Acetobacter orleanensis), powstaje tzw. ocet winny - metoda ociekowa (Acetobacter aceti) - metoda wgłębna

7 Kwas masłowy powstaje na drodze fermentacji masłowej zastosowanie: - nadaje potrawom lekko gorzki smak, ze słodką nutą - produkcja środków zapachowych - produkcja barwników bakterie fermentacji masłowej: - Clostridium butyricum - Clostridium pasteurianum - Clostridium tyrobutyricum - Clostridium pectinovorum * bakterie fermentacji masłowej mogą powodować psucie się żywności, gnicie ziemniaków, wzdęcia konserw

8 Kwas propionowy powstaje na drodze fermentacji propionowej jest stosowany w przemyśle spożywczym jako środek konserwujący o symbolu E280 bakterie fermentacji propionowj należą głównie do rodzaju Propionibacterium (Propionibacterium freudenreichii, Propionibacterium shermanii) - pałeczki Gram-dodatnie - względne beztlenowce - mezofile bakterie propionowe znajdują zastosowanie w formie zakwasów w produkcji dojrzewających serów podpuszczkowych twardych, wydzielający się podczas fermentacji propionowej dwutlenek węgla powoduje powstawanie prawidłowych oczek w serach, np. typu edamskiego.

9 Bakterie fermentacji mlekowej prowadzą fermentację beztlenową, której głównym produktem jest kwas mlekowy substratem do reakcji są głównie mono- i disacharydy względne beztlenowce mezofile (20-28 C): Lactococcus lactis, Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum, Leuconostoc termofile (40-45 C): Lactobacillus delbrueckii, Streptococcus thermophilus homofermentatywne: Lactococcus lactis, Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus heterofermentatywne: Leuconostoc, Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentum

10 wykorzystanie w przemyśle Fermentowane produkty mleczarskie Fermentowane produkty owocowowarzywne Fermentacja mięsa i ryb Napoje: - alkoholowe - kawa, kakao dominujące gatunki bakterii fermentacji mlekowej Lactococcus lactis ssp. lactis Lactococcus lactis ssp. cremoris Lactococcus lactis ssp. lactis biovar. diacetylactis Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris Streptococcus thermophilus Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus Lactobacillus helveticus Lactobacillus casei Leuconostoc mesenteroides Lactobacillus plantarum Lactobacillus brevis Lactobacillus pentosus Lactobacillus plantarum Lactobacillus brevis Pedicoccus acidilactici Pedicoccus pentosaceus Lactobacillus curvatus Lactobacillus sakei Oenococcus oeni, Lactobacillus delbrueckii Różne gatunki bakterii mlekowych Zdzisław Libudzisz, Krystyna Kowal, Zofia Żakowska, Mikrobiologia techniczna tom 2, PWN, Warszawa 2008.

11 wykorzystanie w przemyśle Sosy sojowe Fermentowane pieczywo Produkcja kwasu mlekowego Produkcja dekstranu Produkcja nizyny Produkty i preparaty probiotyczne dominujące gatunki bakterii fermentacji mlekowej Lactobacillus delbrueckii Pedicoccus sp. Lactobacillus plantarum Lacrobacillus fermentum Lactobacillus brevis Lactobacillus sanfranciscensis Lactobacillus delbrueckii ssp. delbrueckii Leuconostoc mesenteroides ssp. dextranicum Lactococcus lactis ssp. lactis Lactobacillus sp. Bifidobacterium sp. Zdzisław Libudzisz, Krystyna Kowal, Zofia Żakowska, Mikrobiologia techniczna tom 2, PWN, Warszawa * grzybki kefirowe stosowane w produkcji kefiru, składają się z paciorkowców mlekowych homofermentatywnych, pałeczek mlekowych heterofermentatywnych oraz z drożdży

12 Mikroorganizmy stosowane w produkcji wędlin fermentowanych i ich funkcja grupa gatunek właściwości korzyści bakterie fermentacji mlekowej Lactobacillus plantarum Lactobacillus sakei Lactobacillus curvatus Pedicoccus acidilactici Pedicoccus pentosaceus produkcja kwasu mlekowego hamowanie rozwoju mikroflory chorobotwórczej i technologicznie szkodliwej, wydłużenie okresu trwałości, przyspieszenie formowania barwy, przyspieszenie suszenia, tworzenie aromatu i smaku katalazododatnie ziarenkowce Staphylococcus carnosus Staphylococcus xylosus Micrococcus varians redukcja azotanów(v), redukcja azotanów(iii), wykorzystanie O 2 tworzenie i stabilizacja barwy, usunięcie nadmiaru azotanów(iii), opóźnienie jełczenia, stabilizacja koloru, tworzenie aromatu i smaku drożdże Debaryomyces hansenii Candida famata wykorzystanie O 2 Opóźnienie jełczenia tłuszczu, stabilizacja barwy, tworzenie aromatu i smaku pleśnie Penicillum nalgiovenes Penicillium chrysogenum porost powierzchni, wykorzystanie O 2, utlenianie mleczanu, rozkład białek i aminokwasów Hamowanie rozwoju niepożądanej mikroflory na powierzchni batonu, jednolite osuszenie batonów, opóźnienie jełczenia, stabilizacja barwy, tworzenie aromatu i smaku Zdzisław Libudzisz, Krystyna Kowal, Zofia Żakowska, Mikrobiologia techniczna tom 2, PWN, Warszawa 2008.

13 Produkty i preparaty probiotyczne probiotyk pro bios (dla życia) są to szczepy mikroorganizmów które podawane człowiekowi lub zwierzętom wywierają korzystny wpływ na organizm, działanie polega głównie na zapewnieniu właściwej równowagi mikroflory organizmu liczba żywych bakterii w 1 gramie produktu spożywczego powinna wynosić co najmniej 10 8 komórek szczepy bakterii probiotycznych: - muszą być zidentyfikowany na podstawie budowy genetycznej i cech fenotypowych - oporne na wysoką kwasowość soku żołądkowego - powinny adherować do błony śluzowej komórek nabłonka - wymagane jest przeprowadzenie testów bezpieczeństwa (profil antybiotykoopornosci, właściwości metaboliczne)

14 Gatunki mikroorganizmów najczęściej wykorzystywane w preparatach i produktach probiotycznych Rodzaj Lactobacillus Rodzaj Bifidobacterium Inne bakterie fermentacji mlekowej Inne mikroorganizmy a) Lb. acidophilus Lb. amylovorus Lb. casei Lb. crispatus Lb. gallinarium Lb. gasseri Lb. johnsonii Lb. paracasei Lb. plantarum Lb. reuteri Lb. rhamnosus B. adolescentis B. animalis B. bifidum B. breve B. infantis B. longum Enterococcus faecalis b) Enterococcus faecium b) Sporolactobacillus inulinus b) Bacillus cereus b) Escherichia coli Nissle 1917 Propionibacterium freudenreichii b) Saccharomyces cerevisiae(boulardii) a) głównie jako preparaty farmaceutyczne b) głównie przeznaczone dla zwierząt Zdzisław Libudzisz, Krystyna Kowal, Zofia Żakowska, Mikrobiologia techniczna tom 2, PWN, Warszawa 2008.

15 Żywność funkcjonalna żywność funkcjonalna (Japonia lata 80.XXw) - produkty spożywcze wzbogacone w składniki dające określony, korzystny efekt zdrowotny - poza efektem odżywczym, korzystnie wpływa na określone funkcje organizmu, prowadząc do poprawy stanu zdrowia i dobrego samopoczucia człowieka lub zmniejszenia ryzyka zachorowania (np. produkty roślinne wzbogacone w bakterie probiotyczne, żywność probiotyczna)

16 Bakterie z rodzaju Bacillus istotne w przemyśle spożywczym najważniejsze przemysłowe szczepy B. subtilis, B. amyloliquefaciens i B. licheniformis mają status GRAS (Generally Recognized as Safe) produkt zastosowanie gatunek nukleotydy purynowe środki poprawiające smak żywności oraz komplementy leków B. subtilis ryboflawina suplement żywności i składnik leków B. subtilis, B. megaterium D-ryboza taumatyna przyprawa poprawiająca smak żywności, dodatek do farmaceutyków i kosmetyków słodkie białko spożywczy środek słodzący B. subtilis, B. pumilus B. subtilis 2-acetylo-1-pirolina naturalne środki smakowe i zapachowe B. cereus Zdzisław Libudzisz, Krystyna Kowal, Zofia Żakowska, Mikrobiologia techniczna tom 2, PWN, Warszawa główne enzymy: proteazy i enzymy amylolityczne

17 Produkcja aminokwasów aminokwasy stosowane są w przemyśle: - spożywczym - chemicznym - farmaceutycznym w produkcji aminokwasów metodą biosyntezy biorą udział bakterie z gatunku Corynebacterium glutamicum aminokwas lub jego sól Glutaminian jednosodowy (sól sodowa kwasu glutaminowego) L-lizyna L-fenyloalanina zastosowanie dodatek poprawiający smak potraw, składnik koncentratów spożywczych (zupy, sosy) dodatek wzbogacający pasze białkowe składnik Aspartamu, sztucznego słodzika Zdzisław Libudzisz, Krystyna Kowal, Zofia Żakowska, Mikrobiologia techniczna tom 2, PWN, Warszawa 2008.

18 Wykorzystanie drożdży w przemyśle spożywczym drożdże Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces pasteurianus Saccharomyces bayanus Candida kefyr Candida flareri Cryptococcus sp. produkty drożdże piekarskie, drożdże paszowe, etanol, wino, piwo, kefir piwo wino kefir, kumys witaminy enzymy stosowane do koagulacji białek mleka * siła pędna drożdży piekarskich zdolność drożdży do wytwarzania dwutlenku węgla z sacharydów, pomiar czasu podnoszenia ciasta

19 Zanieczyszczenie mikrobiologiczne w drożdżownictwie grupa rodzaj lub gatunek bakterie drożdże pleśnie proteolityczne fermentacji mlekowej grupy coli fermentujące i niefermentujące killerowe Bacillus sp. Pseudomonas sp. Proteus vulgaris Lactobacillus sp. Lactococcus sp. Leuconostoc sp. Escherichia sp. Enterobacter sp. Citrobacter sp. Klebsiella sp. Candida sp., Pichia sp., Dekkera sp., Cryptococcus sp. Debaryomyces sp., Pichia sp., Kluyveromyces sp., Candida sp. Aspergillus sp., Penicillium sp., Geotrichum sp., Mucor sp.

20 Wykorzystanie grzybów pleśniowych w przemyśle spożywczym produkcja kwasów organicznych: kwas octowy - produkowany przez Aspergillus niger, Aspergillus wentii - w przemyśle spożywczym wykorzystywany do konserwacji produktów oraz do regulowania ich kwasowości, stabilizuje barwę, smak oraz zawartość witamin * kwas cytrynowy i niektóre jego sole są uznawane jako dozwolone dodatki do żywności o symbolach E330-E333, mogą być stosowane bez limitowania dziennego spożycia kwas glukonowy - produkowany przez Aspergillus niger - w przemyśle spożywczym wykorzystywany do zakwaszania produktów, stosowany również w produkcji sztucznego miodu, przy wyrobie niektórych kiełbas i serów

21 Wykorzystanie grzybów pleśniowych w przemyśle spożywczym kwas winowy - produkowany przez Aspergillus griseus, Aspergillus niger - wykorzystywany jako środek zakwaszający oraz do produkcji związków aromatycznych kwas jabłkowy - produkowany przez Aspergillus wentii - stosowany do zakwaszania żywności kwas fumarowy - produkowany przez Rhizopus nigricaus - wykorzystywany do zakwaszania żywności

22 produkcja serów: Wykorzystanie grzybów pleśniowych w przemyśle spożywczym serów miękkich z porostem pleśniowym (typu camembert i brie) - przy zastosowaniu szczepów Penicillium camemberti, Penicillum candidum, Geotrichum candidum - wymienione szczepy wykazują silne zdolności poroteolityczne i słabsze lipolityczne serów z przerostem pleśniowym (roquefort, stilton, gorgonzola, rokpol) - przy zastosowaniu szczepów Penicillium roqueforti - szczep wykazuje silne zdolności lipolityczne a słabsze proteolityczne

23 Zapewnienie czystości mikrobiologicznej gotowych produktów wysoka czystość aparatury i komór hodowlanych wysoka czystość powietrza czystość wody odpowiednia sterylizacja pożywek hodowlanych stabilność cech fizjologicznych i biochemicznych mikroorganizmów stosowanych w produkcji (gotowe kultury starterowe) higiena personelu

24 Ocena mikrobiologiczna procesów produkcyjnych i gotowej żywności W zakładach produkcyjnych oraz w gastronomii ważne jest stosowanie zasad: GMP - Dobra Praktyka Wytwarzania (Good Manufacturing Practice) - zestaw standardów - standardy mają zapewnić wysoką jakość, czystość użytych surowców i komponentów gotowego produktu - zapewnienie kontroli nad jakością i pochodzeniem surowców - skuteczne połączenie procedur produkcyjnych oraz nadzorujących i kontrolnych, aby proces wytwarzania żywności przebiegał prawidłowo wedle wcześniej określonych instrukcji i procedur, które zapewnią całkowitą powtarzalność i jednorodność wyrobów GHP - Dobra Praktyka Higieniczna (Good Hygienic Practice) - dotyczy wszelkich działań związanych z warunkami i środkami podejmowanymi w celu zapewnienia produkcji bezpiecznej żywności na wszystkich etapach łańcucha produkcji

25 Występowanie mikroorganizmów chorobotwórczych w żywności: obecność w surowcach: zarówno w skutek skażenia pierwotnego, jak i skażeń wtórnych będących wynikiem niewłaściwych warunków przechowywania i transportu namnożenie: głównie podczas przechowywania w niewłaściwej temperaturze przez zbyt długi czas przeżycie: zbyt niskiej temperatury i czasu obróbki wtórne zakażenia: przeniesienia mikroorganizmów z surowców lub z zanieczyszczenia powierzchni przez pracowników oraz będące wynikiem obecności owadów i gryzoni

26 Szkodliwe działanie bakterii mlekowych w przemyśle spożywczym szkodliwe działanie w przemyśle opartym na fermentacji alkoholowej produkty uboczne heterofermentacji mlekowej działają hamująco na drożdże (zmętnienie, kwaśnienie piwa) odmiana paciorkowca mlekowego który produkuje dużo śluzu powoduje ciągliwość mleka szkodliwe działanie w przemyśle drożdżowym powodują obniżenie siły pędnej drożdży Szkodliwe działanie bakterii octowych w przemyśle spożywczym powodują wady w gotowym piwie lub winie zmętnienie, kwaśnienie, zapach octu psucie marynat owocowych i warzywnych obniżenie wydajności w produkcji drożdży piekarniczych

27 Szkodliwe działanie bakterii masłowych w przemyśle spożywczym szkody w mleczarstwie i przetwórstwie owocowym bombaże konserw pod wpływem wytwarzania gazów w dużej ilości hamują działanie drożdży Szkodliwe działanie bakterii powodujące rozkład tłuszczów przy udziale enzymów (lipaza) powstają wolne kwasy tłuszczowe, które gromadząc się nadają produktowi zjełczały zapach i smak szczególnie silnie lipolitycznie działają bakterie z rodzaju Pseudomonas

28 Szkodliwe działanie bakterii powodujące przemiany białek zmiana smaku, zapachu i konsystencji produktów zawierających białka (gnicie) bakterie gnilne: pałeczki tlenowe lub względnie beztlenowe np.: Pseudomonas fluorescens, Serratia marcescens, Proteus vulgaris laseczki przetrwalnikujące tlenowe: Bacillus subtilis, Bacillus cereus laseczki przetrwalnikujące beztlenowe: Clostridium sporogenes, Clostridium butyricum

29 Dominujące rodzaje drobnoustrojów powodujących psucie się żywności produkty żywnościowe najważniejsze rodzaje bakterii chleb warzywa owoce i soki ryby, skorupiaki świeże mięso wędliny drób jajka mleko i produkty mleczne produkty zawierające węglowodany Bacillus Achromobacter,Pseudomonas, Bacillus, Flavobacterium, Lactobacillus Acetobacter, Lactobacillus produkty zawierające białko produkty zawierające białko i tłuszcze Achromobacter,Pseudomonas, Flavobacterium, Micrococcus, Vibrio Micrococcus, Achromobacter, Pseudomonas, Flavobacterium Micrococcus, Lactobacillus, Streptococcus Achromobacter,Pseudomonas, Flavobacterium, Micrococcus, Salmonella Pseudomonas produkty zawierające białka, węglowodany i tłuszcze Lactococcus, Escherichia, Lactobacillus, Microbacterium, Pseudomonas, Flavobacterium, Bacillus

30 Nanotechnologia w produkcji żywności nanotechnologia wszelkie metody oraz techniki prowadzące do otrzymania materiałów, elementów oraz urządeń, w których chociaż jeden z analizowanych wymiarów występuje w skali nano narastająca konkurencyjność na rynku produktów spożywczych skłania technologów do poszukiwania innowacyjnych technik i rozwiązań dających możliwość wytwarzania produktów o nowych, korzystnych cechach funkcjonalnych lub ulepszenia już istniejących przykłady: - nanocząsteczki metali stosowane w detekcji patogenów i pestycydów w żywności oraz w celu monitorowania stanu mikrobiologicznego żywności (nanocząsteczki złota, srebra, miedzi) - opakowania aktywne wprowadzone składniki modyfikują środowisko zapakowanej żywności, wydłużając jej przydatność do spożycia - mikrokapsułkowanie substancji o ważnym znaczeniu biologicznym (wprowadzanie oleju z tuńczyka, bogatego w kwasy tłuszczowe omega-3 do pieczywa)

31 Użytkowe polimery bakteryjne (1) alginian emulgatory, lepiszcze, środki zwiększające lepkość dekstran preparaty krwiozastępcze gellan substancja stabilizujaca, zagęszczająca oraz żelująca kefiran substancja zwiększająca lepkość i lepoksprężystość produktów mlecznych ksantan stabilizator, zagęszczacz

32 kurdlan stabilizator, substancja wiążąca wodę welan substancja zwiększająca lepkość Użytkowe polimery bakteryjne (2) lewan prebiotyk, nietrawiony składnik żywności, który selektywnie pobudza wzrost sprzyjających organizmowi człowieka mikroorganizmów (stanowi dla nich źródło węgla), może być też stosowany jako stabilizator, nośnik smaku i zapachu oraz zagęszczacz

33 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ