Az élelmiszerek mikrobiális ökológiája. Mohácsiné dr. Farkas Csilla

Átírás

1 Az élelmiszerek mikrobiális ökológiája Mohácsiné dr. Farkas Csilla

2 Az élelmiszerek mikroökológiai tényezői Szennyeződés forrásai és közvetítői A mikroorganizmusok belső tulajdosnágai Belső tényezők (az élelmiszer tulajdosnágai) Külső tényezők Általános források: Tápanyagigény Kémiai összetétel: Tárolás körülményei: -talaj, víz, levegő Környezeti igény: -tápanyagok, vitaminok, ionok -hőmérséklet, ERP, légtérösszetétel Specifikus források: -Hőmérséklet, av, ph, stb. Fizikai-kémiai jellemzők: Feldolgozás körülményei: -Nyersanyagok (ép és romlott), szállító, feldolgozó eszközök Szaporodási sebesség -av, ph, -Előkészítő műveletek Közvetítők: Kölcsönhatás: Fizikai szerkezet -Tartósító műveletek -ember, állat (rovarok, madarak, rágcsálók) -szimbiózis, -antagonizmus Biológiai szerkezet

3 Környezeti tényezők hatása

4 1. Tápanyagok Mikroorganizmusok igénye: víz energia forrás nitrogén forrás vitaminok ásványi anyagok Penészek < Élesztők < Gram-negatív baktériumok < Grampozitív baktériumok

5 Energia forrás: cukrok ( - egyszerű és összetett szénhidrátok) alkoholok -szerves savak aminosavak (zsírok)... Nitrogén forrás: NO 3-, NH 4+, (N 2 ) aminosavak peptidek fehérjék

6 Vitaminok a szükségletek nagyon változók, de általában nagyon kis mennyiségben igénylik Ásványi anyagok K, Na, Ca, Mg, Mn, Cu, Zn, Fe Alegtöbb termékben nagy mennyiségben megtalálhatók.

7 Élsztők és penészek a szénhidrátban gazdag élelmiszereket kedvelik Baktériumok a fehérjében gazdag élelmiszereket kedvelik

8 2. Hőmérséklet Csoport Hőmérséklet ( C) Minimális Optimális Maximális Termofil Termotróf Mezofil Pszichrotróf Pszichrofil T növekedés anyagcsere

9 Adaptáció az extrém hőmérsékletekhez: membrán: több telítetlen zsírsav a pszichrofilekben több telített zsírsav termofilekben fehérjék: több α helix a hidegen működő enzimekben több fehérjék közti kötés (hidrofób vagy ionos) a termofilekben

10 A legtöbb mikroba mezofil (a kórokozók is) A penészek szélesebb hőmérsékleti tartományban nőnek, számos növekszik hűtési hőmérsékleten is Az élesztők pszichrofil és mezofil tartományban nőnek Pszichrotróf és pszichrofil baktériumok: Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Arthrobacter fajok Termofil baktériumok: Bacillus és Clostridium fajok Hőmérséklet csökkentése: szaporodás gátlás, pusztulás Hőmérséklet emelkedése: pusztulás (vegetatív sejtek C-on)

11 3. Vízaktivitás a v - hozzáférhető víz Nedvesség tartalom a mikroorganizmusok számára hasznosítható/hozzáférhető víz aránya az élelmiszerrel egyensúlyban lévő és a tiszta víz azonos hőmérsékleten mért gőznyomása hányadosa A legtöbb friss élelmiszer -a v > 0.99 a v = p/p Tiszta víz Víz nélkül ERP%= 100a v Víztartalom csökkentés (fagyasztás, szárítás) Oldott anyagok hozzáadása (sózás, cukrozás)

12 a v - Brix a v 25 C Oldott anyag koncentráció (szacharóz) Brix

13 a v -a mikroorganizmusok növekedése Optimális a v : Baktériumok > gombák a v minimum Gram-negatív baktériumok Gram-pozitív baktériumok Patogén baktériumok Élesztők Penészek (0.86) a v < min a v : a sejt elpusztul vagy dormans marad

14 Az a v hatása a szaporodásra a sejtnek pozitív turgor nyomást kell fenntartania Energia igényes Növekvő lag fázis Csökkenő toxin képződés Csökkenő sejthozam Változások a sejtmembrán összetételében Fehérje szintézis A citoplazmatikus a v beállítása

15 Alacsony vízaktivitású környezetben Vízvesztés ozmózissal bekoncentrálódás sejt összezsugorodik, plazmolizál Cukrok: kisebb molekulasúlyú gátlóbb Sók: nagyobb molekulasúlyú gátlóbb Cukortűrés > sótűrés (max % cukor, 20% só) Adaptáció az alacsony vízaktivitáshoz: baktériumok: aminosavakat és ionokat akkumulálnak penészgombák: több értékű alkoholokat akkumulálnak pl. glicerin, arbitol szerepük: ozmoregulátorok, védik az enzimeket, tartalék tápanyagok

16 Alacsony a v -val szembeni rezisztencia A legalcsonyabb vízaktivitás, ahol még patogén baktériumok nőnek: a v 0.86 Staphylococcus aureus a v ~ 0,75 a v ~ 0,8 halofil baktériumok Aspergillus spp. Penicillium spp. a v ~ 0,8 ozmotoleráns élesztők (60-65% cukortűrés) Debaryomyces hansenii Zygosaccharomyces bailii Zygosacch. rouxii Zygosacch. lentus a v ~ 0,6-0,65 xerofil penészek Aspergillus glaucus Monascus bisporus

17 a v Minél több az oldott anyag (magas Brix), annál szárazabb a termék Élesztő- és penészgombák alacsony vízaktivitás értékekmellettis nőnek Baktériumok több szabad vizet igényelnek

18 Élelmiszerek csoportjai a v alapján 0,98 a v és e felett friss hús és hal friss gyümölcsök és zöldségek tej és más italok konzerv zöldségek, konzerv gyümölcsök könnyű lében élelmiszer patogén baktériumok és a legtöbb romlást okozó az extrém xerofilek és halofilek kivételével 0,98 és 0,93 a v között fermentált, főzött kolbászok sajt konzerv gyümölcsök sűrű lében kenyér az összes élelmiszer patogén a felső tartományban 0,93 és 0,85 a v között száraz és fermentált szalámi (magyar, olasz) szárított marhahús nyers sonka édesített sűrített tej csak Staph. aureus és néhány penész (mikotoxin képződés lehetséges)

19 Élelmiszerek csoportjai a v alapján 0,85 és 0,6 a v között közepes vízaktivitású termékek szárított gyümölcsök liszt, cereáliák dzsemek mogyorók patogének nem, xerofil, ozmofil, halofil organizmusok 0,6 a v alatt cukorka félék, csokoládé méz kekszek, szárított tojás, zöldség mikrobák nem tudnak szaporodni, de életképesek maradnak hosszú ideig

20 4. ph ph befolyásolja: - enzim működés -tápanyagok transzportja a sejtbe

21 Optimum ph ph penészek élesztők baktériumok

22 Optimum ph Minimum/maximum ph ph penészek élesztők baktériumok

23 Optimum ph ph penészek élesztők baktériumok Bacillus coagulans Alicyclobacillus Tejsavbaktériumok Acetobacter Gluconobacter Escherichia coli Salmonella spp. Yersinia enterocolitica Staphylococcus aureus

24 Optimum ph Minimum/maximum ph ph penészek élesztők baktériumok Bacillus coagulans Alicyclobacillus Tejsavbaktériumok Acetobacter Gluconobacter Escherichia coli Salmonella spp. Yersinia enterocolitica Staphylococcus aureus

25 Alegtöbb kórokozó nem növeszik 4.6 ph alatt Clostridium botulinum

26 Pufferoló képesség Az alcsony fehérjetartalmú termékeknek nincs pufferkapacitása, nem állnak ellen a ph változásnak mikroorganizmusok növekedése befolyásolja a tartósítószerek hatékonyságát

27 ph Élesztő- és penészgombák jól növekednek ph 3-8 között A legtöbb patogén baktérium nem nőph 4.5 alatt, de túlélhetnek

28 5. Oxidációs/Redukciós viszonyok (Eh) Erősen oxidáló közeg ~ Pozitív redoxpotencial Eh pl. gyümölcs juice-ok aerob mikroorganizmusok igénylik (+300 mv felett) Erősen redukáló közeg ~ Negatív redoxpotencial Eh pl. állati szövet SH csoportok növényi szövet aszkorbinsav, redukáló cukrok anaerob és aerotoleráns mikroorganizmusok igénylik (-300 mv alatt) Redox fékező kapacitás: az él. mennyire áll ellen az rh-t megváltoztató hatásoknak

29 Élelmiszerek redoxpotenciálja Élelmiszer ph Eh (mv) Búza (egész szem) Máj, nyers Nyers hús Nyers, darált hús Tej Citromlé Szőlőlé Körtelé

30 6. Kölcsönhatások Szimbiózis (az egyik mikroba kedvező hatást gyakorol a másikra) Tápanyag termelés ph, Eh-változtatás Antimikrobás hatású anyagok lebontása, semlegesítése Az élelmiszer fizikai vagy szerkezeti sajátságainak megváltoztatása

31 Antagonizmus 6. Kölcsönhatások Tápanyag kimerítés ph, Eh-változtatás Antimikrobás hatású anyagok termelése

32 Mikroorganizmusok közötti kölcsönhatások Típus Kölcsönhatás* Következmény Kompetíció - - Populációk nagysága mérsékelődik, mivel egyaránt az azonos korlátozó tápanyagtól függenek Amenzalizmus - 0 Az egyik populáció korlátozódik, a másik nem; az utóbbi dominánssá válik Parazitizmus + - Az egyik mikroorganizmus a másikon élősködik, azt károsítja Kommenzalizmus + 0 Az egyik populációra előnyös hatás a másikat nem érinti Mutualizmus + + A populációkra kölcsönösen előnyös hatás; a laza kapcsolattól a szoros szimbiózisig terjedhet * - káros, + előnyös, 0 közömbös kölcsönhatás

34 7. Antimikrobás anyagok Biológiai eredetű, kis koncentrációban is hatékony szerves vegyületek -Antibiotikumok -Bakteriocinek -Fitoncidok -Állati eredetű antimikrobás anyagok - Fűszerek, illóolajok

35 8. Biológiai szerkezet védelmet nyújt a mikroorganizmusok behatolása és a romlás ellen pl. gyümölcsök -kutikula dió félék -héj állatok bőre tojáshéj

37 Gázösszetétel Oxigén obligát aerob -O 2 függés pl. penészek, Bacillus spp., Pseudomonas spp. fakultatív anaerob -tolerálják az oxigén jelenlétét, de nem függnek tőle pl. Enterobacteriaceae,. aerotoleráns anaerob - tolerálja az oxigén jelenlétét ( bar) levegőben (0.2 bar) pl. tejsavbaktériumok obligát anaerob -oxigén toxikus pl. Clostridium spp.

38 MAP = módosított légterű csomagolás SZLT=Szabályozott Légterű Tárolás CO 2, N 2 -aerobok növekedését gátolja CO 2 késlelteti a gyümölcsök érését, romlását

39 Széndioxid Növekedésgátló hatás: kölcsönhatás a sejtmembránnal enzimreakciók és szintézisek gátlása oxigén eltávolítása gyenge savak a belső ph csökkentése Penészek Pseudomonas spp. Aerobok Ellenállás Élesztők Tejsavbaktériumok (Fakultatív) anaerobok

40 Relatív páratartalom Ha relative száraz élelmiszerek (alacsony a v -val) nedvességet vesznek fel a környezetből, hamarabb megromlanak. Ha magas vízaktivitású termékeket alacsony RP mellett tárolnak, felületük kiszárad. Ez növeliaz eltarthatóságot, de rontja a minőséget.

42 Az ökológiai tényezők kölcsönhatásai A mikrobák szaporodását-pusztulását több tényező együttesen határozza meg Az egyik tényező kedvezőtlenné válása megnöveli az igényt a másik tényező iránt A hőkezelés eredményességét befolyásolja a ph, a vízaktivitás stb.

43 Akadály elmélet Az külső és belső faktorok kombinálása a mikrobás növedés kontrollálására Kombinációban az egyedi kezelések kisebb dózisai is elegendők az azonos mértékű gátláshoz

44 Stabil termék Alacsony ph Alacsony tápany. Tart. szer CO 2 Alacsony ph Alacsony tápany.tart. szer CO 2 Romlás Extra akadály szükséges