Παράγοντες που Επηρεάζουν την Αναπτυξη των Μικροοργανισμών στα Τρόφιμα

Transcript

1 Παράγοντες που Επηρεάζουν την Αναπτυξη των Μικροοργανισμών στα Τρόφιμα

2 Παράγοντες που Επηρεάζουν την Αναπτυξη των Μικροοργανισμών στα Τρόφιμα Χρόνος Θερμοκρασία Θρεπτικά Συστατικά Υγρασία και τιμή ενεργότητας νερού (aw) του τροφίμου ph Ανασταλτικές ουσίες Οξυγόνο και οξειδοαναγωγικό δυναμικό του τροφίμου Σχετική υγρασία περιβάλλοντος Συγκέντρωση αερίων στο περιβάλλον συντήρησης των τροφίμων Επίδραση πολλαπλών εμποδίων στην ανάπτυξη των μικροοργανισμών

3 Χρόνος Χρόνος αναπαραγωγής βακτηρίων min, ζυμών 2-4 h Καμπύλη ανάπτυξης βακτηρίων Αν οι συνθήκες δεν είναι απόλυτα ευνοϊκές η φάση προσαρμογής και ο χρόνος κυτταρικής διαίρεσης έχουν μεγαλύτερη διάρκεια Στη φάση θνησιμότητας τα βακτηριακά κύτταρα αν δεν μεταφερθούν βαθμιαία θα νεκρωθούν

4 Θερμοκρασία αύξηση θερμοκρασία επιβίωση Επηρεάζει: μέγεθος κυττάρων προϊόντα μεταβολισμού που παράγονται τις απαιτήσεις σε θρεπτικά συστατικά τις ενζυματικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στα κύτταρα των m/o τη χημική σύσταση των κυττάρων των m/o

5 Θερμοκρασία Κάθε m/o έχει μια ελάχιστη και μια μέγιστη θερμοκρασία ανάπτυξης Με βάση το εύρος των Τ ανάπτυξης, οι m/o διακρίνονται σε ψυχρόφιλους (12-18), ψυχρότροφους (20-30), μεσόφιλους (30-40) και θερμόφιλους (50-60) Η ελάχιστη T ανάπτυξης επηρεάζεται από το είδος και τη σύνθεση του τροφίμου. Γενικά, οι -10ᴼC είναι η οριακή T για ανάπτυξη των m/o Ελεύθερο νερό Μείωση πήξης του νερού λόγω διαλυτών

6 Θρεπτικά Συστατικά Απαιτήσεις m/o σε: ενέργεια, άνθρακα, άζωτο, βιταμίνες, ανόργανα στοιχεία και νερό Σαν πηγή άνθρακα οργανικές ενώσεις Κάποιοι m/o παράγουν α.α. από αζωτούχες Αμινοξέα ενώσεις (πρωτεϊνες, ένζυμα) Άλλοι τις απαιτούν Στο υπόστρωμα

7 Θρεπτικά Συστατικά Απαιτούνται: βιταμίνες και ανόργανα άλατα Na, K, Ca, P, S, Mg σε μεγαλύτερες ποσότητες Fe, Cu, Zn, Co, Mb σε μικρότερες ποσότητες Επιτάχυνση ενζυμικής δραστικότητας παρουσία μικροστοιχείων Οι βιταμίνες και ανόργανα άλατα που υπάρχουν στα τρόφιμα είναι αρκετά για την ανάπτυξη των m/o

8 Θρεπτικά Συστατικά Οι m/o παράγουν και εκκρίνουν ένζυμα στο άμεσο περιβάλλον τους Για να διασπάσουν τις σύμπλοκες αφομοιώσιμες απλές οργανικές ενώσεις οργανικές ενώσεις σε Με βάση τα ένζυμα διαφορετικές ουσίες που παράγουν αναπτύσσονται σε Λιπολυτικοί διασπούν λίπη Πρωτεολυτικοί διασπούν πρωτεϊνες Σακχαρολυτικοί διασπούν σάκχαρα Πηκτινολυτικοί Κυτταρινολυτικοί Αυτές οι ομάδες συμβάλλουν στην αλλοίωση των τροφίμων

9 Υγρασία και Τιμή Ενεργότητας Νερού του Τροφίμου Οι m/o δεν αναπτύσσονται στο καθαρό νερό ή απουσία νερού Κάποιοι επιβιώνουν σε ξηρό περιβάλλον, χωρίς να μπορούν να πολλαπλασιαστούν ή να εκτελέσουν μεταβολικές λειτουργίες Αναπτύσσονται μόνο παρουσία νερού

10 Υγρασία και Τιμή Ενεργότητας Νερού του Τροφίμου Το νερό παίρνει μέρος στις αντιδράσεις που συμβαίνουν μέσα στο κύτταρο Βρίσκεται στη μεγαλύτερη αναλογία διευκολύνει την είσοδο των διαλυτών θρεπτικών συστατικών Απαραίτητο να περιβάλλει το κύτταρο παρέχει τα θρεπτικά συστατικά μεταφέρει ανεπιθύμητα προϊόντα αποικοδόμησης Προστατεύει το κύτταρο από την αφυδάτωση

11 Υγρασία και Τιμή Ενεργότητας Νερού του Τροφίμου Η ποσότητα του νερού που είναι διαθέσιμη στους m/os χαρακτηρίζεται με τον όρο ενεργότητα νερού (aw) Νόμος Ραούλ Υπάρχουν όργανα που μετρούν ακριβώς την aw aw < 0.6 Δεν αναπτύσσονται m/o Η τιμή aw χρησιμοποιείται για πρόβλεψη της σταθερότητας του τροφίμου

12 Υγρασία και Τιμή Ενεργότητας Νερού του Τροφίμου Όταν εξωκυτταρικά αυξηθεί η συγκέντρωση των διαλυμένων ουσιών ή το τρόφιμο αφυδατωθεί τα κύτταρα των m/o αφυδατώνονται και η κυτταρική μεμβράνη συρρικώνεται Για να επιβιώσουν τα κύτταρα που έχουν υποστεί πλασμόλυση συσσωρεύουν ενδοκυτταρικά ιόντα Gram βακτήρια διαλυτές ουσίες σε υψηλότερες C που τις λαμβάνουν από το περιβάλλον, δεν τις συνθέτουν Συνήθως είναι αζωτούχες ενώσεις ή πολυόλες

13 Υγρασία και Τιμή Ενεργότητας Νερού του Τροφίμου aw ζύμες, μύκητες aw ξηροφιλικοί μύκητες aw < 0.60 κανένας μικροοργανισμός aw > 0.90 βακτήρια, ζύμες, μύκητες Συνεργιστική δράση μεταξύ θερμοκρασίας και ενεργότητας νερού Αύξηση διάρκειας συντήρησης αν aw και διατήρηση σε T ψύξης

14 ph Για κάθε m/o υπάρχει μια ελάχιστη, άριστη και μέγιστη τιμή ph Ζύμες, μύκητες ανθεκτικότερες σε όξινο περιβάλλον Τρόφιμα με ph < 4.5 δεν υφίστανται εύκολα αλλοιώσεις Χαμηλό ph οφείλεται: Φυσική οξύτητα Γαλακτικό οξύ σε προϊόντα ζύμωσης

15 ph Τα περισσότερα βακτήρια αναπτύσσονται σε ουδέτερο ph Οι ρυθμιστικές ενώσεις είναι σημαντικές στα τρόφιμα γιατί δεν επιτρέπουν την ταχεία πτώση του ph Σημαντικό όχι μόνο η αρχική τιμή ph αλλά και η μεταβολή της που μπορεί να οφείλεται στην ανάπτυξη m/o

16 Ανασταλτικές ουσίες Είτε υπάρχουν στα τρόφιμα είτε παράγονται από m/o Γάλα λακτανίνες, λακτοπεροξειδάση, λακτοφερίνη και ορισμένα λιπαρά οξέα Ασπράδι αυγού λυσοζύμη, αβιδίνη, ωοαλβουμίνη Ζωϊκής προέλευσης λυσοζύμη, ορμόνες (προγεστερόνη, κορτικοστερόνη), ελεύθερα FA Φυτικής προέλευσης γκοσιπόλη (βαμβακόσπορο), βενζοϊκό οξύ και τα άλατα του (σαρκώδεις καρποί), ανθοκυανίνες (φρούτα), φυτοαλεξίνες, καφεϊνη (μύκητες). Όλες οι φυτικής προέλευσης αναστέλλουν καλύτερα τα Gram +

17 Ανασταλτικές ουσίες Παράγονται από m/o: Οξέα (προπιονικό οξύ) Αλκοόλες (ζύμη) Υπεροξείδια Αντιβιοτικά Αποικοδομούνται από m/o: Ορισμένοι μύκητες και βακτήρια καταστρέφουν φαινολικές ενώσεις που δημιουργούνται στο κρέας ή ψάρια με το κάπνισμα, ή το βενζοϊκό οξύ που προστίθεται σαν συντηρητικό Το SO 2 αποικοδομήται από τις ανθεκτικές σ αυτό ζύμες

18 Οξυγόνο και Οξειδοαναγωγικό Δυναμικό του Τροφίμου Το οξυγόνο και οξειδοαναγωγικό δυναμικό του τροφίμου επηρεάζουν το είδος των m/o που αναπτύσσονται σ αυτό Προμηθεύονται ενέργεια από τις χημικές αντιδράσεις αποικοδόμησης Αναγωγικές ενώσεις: σουλφυδριλικές ομάδες στο κρέας, ασκορβικό και ανάγοντα σάκχαρα στα φρούτα και λαχανικά

19 Οξυγόνο και Οξειδοαναγωγικό Δυναμικό του Τροφίμου Κατά την αποθήκευση τροφίμου η πτώση του οξειδοαναγωγικού δυναμικού του οφείλεται στη παραγωγή υδρογόνου και αναγωγικών μεταβολιτών από τα ένζυμα του τροφίμου ή τους m/o Το οξειδοαναγωγικό δυναμικό σε συνδυασμό με το ph και τα αέρια που υπάρχουν στο μικροπεριβάλλον του τροφίμου καθορίζουν: το είδος της μικροχλωρίδας που αλλοιώνει το τρόφιμο τη δημιουργία επιθυμητών ή ανεπιθύμητων ουσιών

20 Οξυγόνο και Οξειδοαναγωγικό Δυναμικό του Τροφίμου Τα αυστηρά αερόβια βακτήρια (Pseudomonas Acinetobacter, Psychrobacter, Bacillus) χρησιμοποιούν το O 2 σαν τελικό δέκτη ηλεκτρονίων κατά την αναπνοή Τα προαιρετικά αναερόβια (Lactobacillus, Corynebacterium, Enterobacter) μπορεί να χρησιμοποιούν το O 2 σαν τελικό δέκτη ηλεκτρονίων, αλλά όταν δεν υπάρχει διαθέσιμο χρησιμοποιούν μεγάλο αριθμό ιόντων NO 3, SO 4 Τα αυστηρά αναερόβια (στα τρόφιμα συνήθως Clostridium) αναπτύσσονται μόνο απουσία οξυγόνου

21 Οξυγόνο και Οξειδοαναγωγικό Δυναμικό του Τροφίμου Τα περισσότερα φυτικά και ζωϊκά τρόφιμα έχουν χαμηλό και καλά ισορροπημένο οξειδοαναγωγικό δυναμικό στο εσωτερικό τους Σε ένα κομμάτι φρέσκου κρέατος ή φρέσκου καρπού επικρατούν αερόβιες συνθήκες μόνο ή κοντα στην επιφάνεια τους αλλοίωση της επιφάνειας από αερόβιους m/o αλλοίωση εσωτερικού από αναερόβιους m/o

22 Οξυγόνο και Οξειδοαναγωγικό Δυναμικό του Τροφίμου Κατά την επεξεργασία του τροφίμου αλλοιώνεται το οξειδοαναγωγικό του τροφίμου Απομακρύνονται ή καταστρέφονται οι οξειδωτικές ή αναγωγικές ουσίες Παρουσία μειωμένης συγκέντρωσης οξυγόνου τα αερόβια ή προαιρετικά αναερόβια βακτήρια παράγουν κατά τη ζύμωση των σακχάρων οργανικά οξέα, ενώ παρουσία περίσσειας οξυγόνου οξειδώνονται πλήρως σε CO 2 και νερό

23 Σχετική Υγρασία Περιβάλλοντος Σημαντική αφού επηρεάζει τη aw και άρα την ανάπτυξη m/o στην επιφάνεια του Όταν η aw ρυθμίζεται στο 0.60 είναι σημαντικό το τρόφιμο να αποθηκεύεται σε συνθήκες ώστε να μην απορροφά υγρασία Τρόφιμα με aw αν αποθηκευτούν σε σχετική υγρασία απορροφούν υγρασία από το περιβάλλον Τρόφιμα με aw αν αποθηκευτούν σε σχετική υγρασία χάνουν υγρασία

24 Σχετική Υγρασία Περιβάλλοντος Τρόφιμα που υφίστανται επιφανειακή αλλοίωση από μύκητες, ζύμες και ορισμένα βακτήρια αποθηκεόνται σε περιβάλλον με χαμηλή σχετική υγρασία. Τότε: αναστέλλεται η ανάπτυξη των m/o επέρχεται απώλεια υγρασίας του τροφίμου Λαμβάνεται υπόψη τόσο η μείωση ανάπτυξης m/o, όσο και η μείωση απώλειας υγρασίας του

25 Συγκέντρωση Αερίων στο Περιβάλλον Συντήρησης των Τροφίμων Αποθήκευση σε ατμόσφαιρα με CO 2 <10% αναφέρεται σαν τροποποιημένη ατμόσφαιρα ή ελέγχόμενη ατμόσφαιρα χρησιμοποιείται για συντήρηση φρούτων αναστέλλει ανάπτυξη μυκήτων Για το κρέας CO 2 <30% αυξημένη διαλυτότητα CO 2 σε χαμηλή Τ Gram πιο ευαίσθητα στο CO 2, Lactobacillus ανθεκτικά

26 Συγκέντρωση Αερίων στο Περιβάλλον Συντήρησης των Τροφίμων Αλιεύματα: 50% CO % O 2 αύξηση συντήρησης κατά ένα μήνα

27 Επίδραση Πολλαπλών Εμποδίων στην Ανάπτυξη των m/o Εμπειρικά, καλή συντήρηση οργανοληπτικά, θρεπτικά και μικροβιολογικά είναι αποτέλεσμα της συνδυασμένης δράσης διαφόρων μεθόδων Μικρή μείωση του aw σε συνδυασμό με κάποια άλλη επεξεργασία παραγωγή μικροβιολογικά σταθερού τροφίμου Εφαρμογή στα τρόφιμα ελάχιστης επεξεργασίας, προμαγειρευμένα, διαιτητικά με ελάχιστο αλάτι, χαμηλά λιπαρά ή λιγότερα συντηρητικά

28 Ρόλος των m/o στη Συντήρηση των Τροφίμων Οι συνήθεις μέθοδοι συντήρησης τροφίμων στηρίζονται: αναστολή ανάπτυξης m/o καταστροφή m/o επιτάχυνση ανάπτυξης επιθυμητών m/o αποτροπή επιμόλυνσης τροφίμων απαλλαγμένων από m/o

29 Ρόλος των m/o στη Συντήρηση των Τροφίμων Η φυσική μικροχλωρίδα του τροφίμο εξαρτάται: m/o των επιμέρους συστατικών συνθήκες επεξεργασίας συνθήκες μεταφοράς συνθήκες αποθήκευσης

30 Μέθοδοι Συντήρησης Τροφίμων Σκοπός Αναστολή ανάπτυξης m/o ή μείωση ρυθμού ανάπτυξης Καταστροφή m/o Επιτάχυνση ανάπτυξης επιθυμητών m/o Αποτροπή επιμόλυνσης τροφίμου απαλλαγμένου m/o Μείωση φορτίου υλικών συσκευασίας ή συστατικών του τροφίμου Επιτυγχάνεται με Χαμηλή θερμοκρασία (ψύξη, κατάψυξη) Μείωση του aw Οξίνιση Τροποποιημένη ατμόσφαιρα συσκευασίας Προσθήκη χημικών συντηρητικών Παστερίωση Κονσερβοποίηση Ακτινοβόληση Εφαρμογή υψηλών υδροστατικών πιέσεων Οξυγαλακτική ζύμωση Αλκοολική ζύμωση Ασηπτική επεξεργασία Θερμική επεξεργασία Ακτινοβόληση Επίδραση χημικών συντηρητικών

31 Μέθοδοι Συντήρησης Τροφίμων ποιυ Στηρίζονται στη Μείωση του Ρυθμού Ανάπτυξης ή Πλήρη Αναστολή Ανάπτυξης Επεξεργασία Ψύξη Κατάψυξη Αφυδάτωση Συσκευασία κενού Τροποποιημένη ατμόσφαιρα συσκευασίας Οξίνιση Προσθήκη χημικών συντηρητικών Παράγοντας που επηρεάζει την ανάπτυξη των μικροοργανισμών Χαμηλή Τ για τη μείωση του ρυθμού ανάπτυξης Χαμηλή Τ και μείωση τιμής aw για την αναστολή της ανάπτυξης Μείωση της τιμής aw για τη μείωση του ρυθμού ανάπτυξης ή την αναστολή των m/o Χαμηλή τάση οξυγόνου για την αναστολή των αερόβιων και τη μείωση του ρυθμού ανάπτυξης των προαιρετικά αναερόβιων m/o CO2 σε συνδυασμό με άλλα αέρια για αναστολή ανάπτυξης m/o Μείωση ph και αναστολή ορισμένων ομάδων m/o Αναστολή ορισμένων ομάδων m/o

32 Μικροοργανισμοί που Αναπτύσσονται σε Τρόφιμα όπου Επικρατούν Ακραίες Συνθήκες και Προκαλούν την Αλλοίωσή τους Το «ακραίο» περιβάλλον οφείλεται σε: Χαρακτηριστικό Τρόφιμο Μικροοργανισμός Υψηλή [NaCl] Αλατισμένα ψάρια Halobacterium Υψηλή [σακχάρων] Υψηλή [οξέος] Χαμηλά τιμή aw Μέλι Συμπυκνωμένοι χυμοί φρούτων Σακχαρούχο συμπυκωμένο γάλα Τάρτα φρούτων Χυμοί φρούτων Πίκλες Στερεά τρόφιμα Αφυδατωμένα φρούτα Ψωμί Zygosaccharomyces rouxii Zygosaccharomyces rouxii Candida lactis-condensii Xeromyces bisporus Leuconostoc Lactobacillus Ζύμες Acetobacter Acetomonas Μύκητες Zygosaccharomyces bailii Zygosaccharomyces rouxii Pichia burtonni Υψηλή [CO2] Ανθρακούχα αναψυκτικά Brettanomyces intermedius