Współczesne Techniki ZamraŜania Temat: Zmiany mikrobiologiczne
Transkrypt
Współczesne Techniki ZamraŜania Temat: Zmiany mikrobiologiczne
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.................................................................................................................................. 1 1.1. CO TO SĄ DROBNOUSTROJE. ............................................................................................. 1 1.2. PODZIAŁ DROBNOUSTROJÓW............................................................................................ 1 1.3. RODZAJE DROBNOUSTROJÓW ZE WZGLĘDU NA RÓśNE WYMAGANIA DOTYCZĄCE TEMPERATURY. ....................................................................................................................... 1 2. CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA PRZEMIANY MIKROBIOLOGICZNE. ............... 2 2.1. TEMPERATURA:................................................................................................................ 2 2.2. AKTYWNOŚĆ WODY AW .................................................................................................... 2 2.3. ODCZYN PODŁOśA – PH: .................................................................................................. 2 2.4. DOSTĘPNOŚĆ TLENU:........................................................................................................ 2 2.5. SZYBKOŚĆ ROZMNAśANIA MIKROORGANIZMÓW.............................................................. 3 2.6. WPŁYW ZAMRAśANIA NA ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE................................................... 3 3. ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE W PRODUKTACH SPOśYWCZYCH. .............. 4 3.1. ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE W RYBACH. ........................................................................ 4 3.2. ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE W OWOCACH. ..................................................................... 4 3.3. ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE W TRUSKAWKACH.............................................................. 5 3.4. ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE W WARZYWACH. ................................................................ 5 3.5. ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE W WYROBACH MĄCZNYCH I ZIEMNIACZANYCH.................. 6 3.6. ZMIANY MIKROBIOLOGICZNE W MLEKU. .......................................................................... 6 4. ODPORNOŚĆ DROBNOUSTROJÓW NA NISKIE TEMPERATURY....................... 7 4.1. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA. ......................................................................................... 7 4.2. PRZETRWALNIKI BAKTERII. .............................................................................................. 8 4.3. KIEŁKOWANIE PRZETRWALNIKÓW. .................................................................................. 9 5. WNIOSKI. .......................................................................................................................... 10 6. LITERATURA. .................................................................................................................. 11 1. Wstęp. 1.1. 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. 1.2. 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. 1.3. 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 2. Czynniki wpływające na przemiany mikrobiologiczne. 2.1. 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. 2.2. Aktywność wody aw : - 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 – aw~0,9; T~ od -5 do -8°C droŜdŜe – aw~0,88; T~ od -10 do -12°C pleśnie - aw~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 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 aw 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 - 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. 3.1. 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. 3.2. 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 3.3. Zmiany mikrobiologiczne w truskawkach. - ogólna liczba drobnoustrojów tlenowych mezofilnych w l g mieściła się w granicach od 1,0 x 102 do 4,1 x 103 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 102 j.t.k./g, a droŜdŜy wyniosła 7,l x 102 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. 3.4. 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 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. 3.5. Zmiany mikrobiologiczne w wyrobach mącznych i ziemniaczanych. W procesie zamraŜania wyrobów mącznych i ziemniaczanych ginie: - 67-87% tlenowych bakterii mezofilnych, - 14-32% 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. 3.6. Zmiany mikrobiologiczne w mleku. - wiele bakterii psychrotrofowych wyizolowanych z mleka, produkuje zewnątrzkomórkowe enzymy, które rozkładają białko i tłuszcz mleka, 6 - 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. 4.1. 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 • 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 - 191°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. 4.2. Przetrwalniki bakterii. Schemat tworzenia przetrwalników: a) Początek podziału protoplazmy b) Septa sporulacyjna zamknięta c) tworzenie otoczki protoplazmy przetrwalnika d) tworzenie ściany przetrwalnika 8 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 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 6. Literatura. 6.1. Postolski, Gruda – „ZamraŜenie Ŝywności” 6.2. Gunther Muller – „Podstawy mikrobiologii Ŝywności” 6.3. Czasopisma: - Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna: nr. 1/2004 - Chłodnictwo: nr. 9 i 12/2004; 3 i 5/2005 6.4. Internet: - www. w i z y t o w k a.p l/ [ MIKROBIOLOGIA śYWNOŚCI ] - www. wedlinydomowe.pl. 11