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