Az élelmiszerek mikrobiális ökológiája. Mohácsiné dr. Farkas Csilla

Az élelmiszerek mikrobiális ökológiája

Mohácsiné dr. Farkas Csilla

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

Környezeti tényezők hatása

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

Energia forrás: • cukrok ( - egyszerű és összetett szénhidrátok) • alkoholok - szerves savak • aminosavak • (zsírok) ...

Nitrogén forrás: • NO3-, NH4+, (N2) • aminosavak • peptidek • fehérjék

Vitaminok a szükségletek nagyon változók, de általában nagyon kis mennyiségben igénylik

Ásványi anyagok K, Na, Ca, Mg, Mn, Cu, Zn, Fe

A legtöbb termékben nagy mennyiségben megtalálhatók.

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

2. Hőmérséklet Csoport Termofil Termotróf Mezofil Pszichrotróf Pszichrofil

T

Hőmérséklet (°C) Minimális 40 20 5 -5 - 10

növekedés anyagcsere

Optimális 50 35 30 20 15

Maximális 80 50 45 35 20

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

• 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 70-80°C-on)

3. Vízaktivitás av hozzáférhető víz Nedvesség tartalom ¹ a mikroorganizmusok számára hasznosítható/hozzáférhető víz aránya – az élelmiszerrel egyensúlyban lévő és a tiszta víz azonos hőmérsékleten mért gőznyomása hányadosa av= p/p0 A legtöbb friss élelmiszer - av > 0.99

0

Víz nélkül

1

ERP%= 100av

Tiszta víz

Víztartalom csökkentés (fagyasztás, szárítás) Oldott anyagok hozzáadása (sózás, cukrozás)

av - °Brix av 25°C 1.000 0.990 0.980 0.960 0.940 0.920 0.900 0.880 0.860

Oldott anyag koncentráció (szacharóz) °Brix 0 15.45 26.07 39.66 48.22 54.36 58.45 62.77 65.63

av - a mikroorganizmusok növekedése Optimális av : 0.995-0.980 Baktériumok > gombák

av minimum Gram-negatív baktériumok Gram-pozitív baktériumok Patogén baktériumok Élesztők Penészek

0.95-.096 0.90-0.94 (0.86)-0.94-0.95 0.62-0.92 0.61-0.90

av < min av : a sejt elpusztul vagy dormans marad

Az av 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 av beállítása

Alacsony vízaktivitású környezetben ®Vízvesztés ozmózissal ® bekoncentrálódás ® ®sejt összezsugorodik, plazmolizál ® Cukrok: kisebb molekulasúlyú gátlóbb ® Sók: nagyobb molekulasúlyú gátlóbb Cukortűrés > sótűrés (max. 60-65% 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

Alacsony av -val szembeni rezisztencia

A legalcsonyabb vízaktivitás, ahol még patogén baktériumok nőnek: av 0.86 Staphylococcus aureus av ~ 0,75

av ~ 0,8

av~ 0,8 ozmotoleráns élesztők (60-65% cukortűrés)

av~ 0,6-0,65 xerofil penészek

• halofil baktériumok •Aspergillus spp. Penicillium spp.

• Debaryomyces hansenii Zygosaccharomyces bailii Zygosacch. rouxii Zygosacch. lentus • Aspergillus glaucus •Monascus bisporus

av • Minél több az oldott anyag (magas °Brix), annál szárazabb a termék • Élesztő- és penészgombák alacsony vízaktivitás értékek mellett is nőnek • Baktériumok több szabad vizet igényelnek

Élelmiszerek csoportjai av alapján 0,98 av 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 0,93 és 0,85 av között száraz és fermentált szalámi (magyar, olasz) szárított marhahús nyers sonka édesített sűrített tej csak Staph. aureus és néhány penész (mikotoxin képződés lehetséges)

0,98 és 0,93 av között fermentált, főzött kolbászok sajt konzerv gyümölcsök „sűrű” lében kenyér az összes élelmiszer patogén a felső tartományban

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

4. pH pH befolyásolja: - enzim működés - tápanyagok transzportja a sejtbe

Optimum pH pH 0

1

2

3

4

5

6

7

8

penészek élesztők baktériumok

9

10

11

12

13

14

Optimum pH Minimum/maximum pH pH 0

1

2

3

4

5

6

7

8


9

10

11

12

13

14

Optimum pH pH 0

1

2

3

4

5

6

7

8


Bacillus coagulans Alicyclobacillus Tejsavbaktériumok

Acetobacter Gluconobacter Escherichia coli Salmonella spp. Yersinia enterocolitica Staphylococcus aureus

9

10

11

12

13

14

Optimum pH Minimum/maximum pH pH 0

1

2

3

4

5

6

7

8


Bacillus coagulans Alicyclobacillus Tejsavbaktériumok

Acetobacter Gluconobacter Escherichia coli Salmonella spp. Yersinia enterocolitica Staphylococcus aureus

9

10

11

12

13

14

• A legtöbb kórokozó nem növeszik 4.6 pH alatt – Clostridium botulinum

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

pH • Élesztő- és penészgombák jól növekednek pH 3-8 között • A legtöbb patogén baktérium nem nő pH 4.5 alatt, de túlélhetnek

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

•

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

pH 6.0 7.0 5.7 5.9 6.9 2.2 3.9 4.2

Eh (mV) -320 - -360 -220 -60 - -150 +225 +200 - +340 +383 +409 +436

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

6. Kölcsönhatások • Antagonizmus – Tápanyag kimerítés – pH, Eh-változtatás – Antimikrobás hatású anyagok termelése

Mikroorganizmusok közötti kölcsönhatások Típus

Kölcsönhatás*

Kompetíció

-

-

Amenzalizmus

-

0

Parazitizmus

+

-

Kommenzalizmus

+

0

Mutualizmus

+

+

Következmény Populációk nagysága mérsékelődik, mivel egyaránt az azonos korlátozó tápanyagtól függenek Az egyik populáció korlátozódik, a másik nem; az utóbbi dominánssá válik Az egyik mikroorganizmus a másikon élősködik, azt károsítja Az egyik populációra előnyös hatás a másikat nem érinti A populációkra kölcsönösen előnyös hatás; a laza kapcsolattól a szoros szimbiózisig terjedhet

* - káros, + előnyös, 0 közömbös kölcsönhatás




Külső tényezők


Tápanyagigény




Környezeti igény:









- av, pH,


Közvetítők:

Kölcsönhatás:

Fizikai szerkezet





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

8. Biológiai szerkezet védelmet nyújt a mikroorganizmusok behatolása és a romlás ellen pl. • • • •

gyümölcsök - kutikula dió félék - héj állatok bőre tojáshéj




Külső tényezők


Tápanyagigény




Környezeti igény:









- av, pH,


Közvetítők:

Kölcsönhatás:

Fizikai szerkezet





Gázösszetétel Oxigén ¨obligát aerob - O2 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 (0.01-0.03 bar) levegőben (0.2 bar) pl. tejsavbaktériumok ¨ obligát anaerob - oxigén toxikus pl. Clostridium spp.

• MAP = módosított légterű csomagolás • SZLT=Szabályozott Légterű Tárolás • CO2, N2 - aerobok növekedését gátolja • CO2 késlelteti a gyümölcsök érését, romlását

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

Relatív páratartalom • Ha relative száraz élelmiszerek (alacsony av-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.




Külső tényezők


Tápanyagigény




Környezeti igény:









- av, pH,


Közvetítők:

Kölcsönhatás:

Fizikai szerkezet





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.

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

Stabil termék Alacsony pH Alacsony tápany. Tart. szer

Alacsony pH Alacsony tápany. Tart. szer

CO2

Romlás Extra akadály szükséges

CO2

Az élelmiszerek mikrobiális ökológiája. Mohácsiné dr. Farkas Csilla

Recommend Documents