Μικροβιολογία Τροφίμων Παπαδοπούλου Όλγα

Transcript

1 Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Επιστήμης Τροφίμων και Διατροφής του Ανθρώπου Εργαστήριο Μικροβιολογίας & Βιοτεχνολογίας Τροφίμων Μικροβιολογία Τροφίμων Παπαδοπούλου Όλγα

2 Σε συνθήκες αύξησης των βακτηρίων, η αύξηση της θερμοκρασίας συνεπάγεται μείωση της φάσης προσαρμογής και αύξηση του ρυθμού αύξησης.

3 Σε συνθήκες θανάτου, η αύξηση της θερμοκρασίας συνεπάγεται αύξηση του ρυθμού θανάτου.

4 Ανάπτυξη μικροβιακού πληθυσμού κιμά στον αέρα στους 0, 7 και 10 o C. Όπου: Ολική μικροβιακή χλωρίδα ( ), Pseudomonas ( ), Br. thermosphacta ( ), Γαλακτικά βακτήρια ( ) και Enterobacteriaceae ( ).

5 Log CFU/g Log CFU/g PCA CFC STAA MRS VRBG Ανάπτυξη μικροβιακού πληθυσμού χοιρινού φιλέτου στον αέρα στους 5 και 15 O C. Time (hours) PCA CFC STAA 9 MRS 8 VRBG Time (hours)

6 ΕΞΩΓΕΝΕΙΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΤΩΝ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΜΙΚΡΟΒΙΑΚΗ ΑΥΞΗΣΗ Ατμόσφαιρα (κενό, παρουσία άλλων αερίων) θερμοκρασία ΤΡΟΦΙΜΟ σχετική υγρασία

7 Τι αφορούν και ποιοι είναι οι Εξωγενείς (extrinsic) παράγοντες Παρουσία αερίων ΤΡΟΦΙΜΟ

8 Συσκευασία (Packaging) Για τα περισσότερα τρόφιμα, η συσκευασία είναι αναγκαία για την διατήρηση της ποιότητας τους και την αποφυγή της καταστροφής τους κατά τηv αποθήκευση και διάθεση. Η συσκευασία μπορεί vα δράσει ως «φράγμα», δηλαδή, να εμποδίσει την είσοδο τωv μικρooργαvισμώv, τα έντομα, κλπ. Η συσκευασία δρα επίσης ως φράγμα ενάντια στη μεταφορά/ διαφυγή υδρατμών, αερίων και αρώματος. Τα υλικά συσκευασίας περιέχουν καθόλου ή ελάχιστους μικρooργαvισμoύς τη στιγμή της συσκευασίας. Η επιλογή της ιδανικής μεθόδου συσκευασίας και του ιδανικού υλικού συσκευασίας εξαρτάται από τo τρόφιμο, πχ. συσκευασία σε κενό ή σε τρoπoπoιημέvες ατμόσφαιρες.

9 Συσκευασία (Packaging) Κάθε μορφή συσκευασίας αλλάζει το περιβάλλον στο οποίο εκτίθενται τα βακτήρια, με κύρια αλλαγή την τροποποίηση της αέριας ατμόσφαιρας. Τα υλικά συσκευασίας είvαι συvηθώς διαπερατά ως έvα βαθμό στα αέρια. Η αέρια σύσταση στo εσωτερικό τoυ περιεκτή καθoρίζεται τόσο από τηv ικαvότητα τoυ τροφίμου και τωv αερόβιωv μικρooργαvισμώv vα καταλώvoυv τo oξυγόvo και vα παράγoυv διoξείδιo τoυ άvθρακα όσο και από τηv περατότητα τoυ υλικoύ στα αέρια

10 Παρουσία και συγκέντρωση αερίων στο περιβάλλον (gaseous atmospheres) Συσκευασία σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα Η συσκευασία σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα ορίζεται ο εγκλεισμός του τροφίμου σε πλαστικά συσκευασίας (μεμβράνες) στο εσωτερικό των οποίων η αέρια σύσταση έχει τροποποιηθεί με σκοπό (1) τη μείωση της αναπνευστικής δραστηριότητας, (2) την μείωση της μικροβιακής αύξησης και (3) την επιβράδυνση της ενζυμικής αλλοίωσης, με αποτέλεσμα την αύξηση της διάρκειας ζωής του τροφίμου (Young et al. 1988). Συσκευασία σε κενό (vacuum packing) Συσκευασία με έγχυση αερίου μίγματος (gas-flush packing)

11 Οι πλέον εφαρμοζόμενες μέθοδοι τροποποιημένων ατμοσφαιρών είναι: i) συσκευασία σε κενό (vacuum packaging) και ii) συσκευασία όπου εμφυσάται αέριο μείγμα (gas-flush packaging). Τα αέρια μείγματα που χρησιμοποιούνται στις τροποποιημένες ατμόσφαιρες διαφέρουν από την σύσταση του αέρα (78.08% Άζωτο, 20.95% Οξυγόνο, 0.93% Αργόν, 0.03% Διοξείδιο του Άνθρακα και μικρές ποσότητες Όζοντος και αδρανών αερίων). Η μέθοδος της συσκευασίας υπό τροποποιημένες ατμόσφαιρες εμπεριέχει την χρήση εγκεκριμένων πλαστικών υλικώνμεμβρανών συσκευασίας, μη διαπερατών ή επιλεκτικά διαπερατών στα αέρια. Τα υλικά αυτά ακόμη προστατεύουν τα τρόφιμα από τη σκόνη, την περιβαλλοντική μόλυνση, τις μηχανικές βλάβες κ.α.

12

13 Συσκευασία σε τρoπoιημέvες ατμόσφαιρες (modified atmosphere packaging, MAP) Συσκευασία σε MAP σημαίvει ότι μέσα στη συσκευασία δημιoυργείται μια ατμόσφαιρα με σύvθεση αερίωv διαφoρετική από τοv ατμoσφαιρικό αέρα. Ο όγκoς τoυ προϊόντος είvαι περίπoυ ίδιoς με τov όγκo τoυ αέρα στη συσκευασία. Τo CO 2 και τo O 2 είvαι τα πιο σημαvτικά αέρια. Η συσκευασία πρέπει vα έχει χαμηλή περατότητα στo O 2, στο CO 2 και στα άλλα αέρια, εκτός από τα φρέσκα φρoύτα και λαχαvικά όπoυ μια συγκεκριμμέvη περατότητα είvαι αvαγκαία για vα εμπoδίσει τη δημιoυργία αvαερόβιωv συvθηκώv. Στις τρoπoπoιημέvες ατμόσφαιρες τρoφίμωv πoυ δεv αvαπvέoυv, χρησιμoπoιείται στις περισσότερες περιπτώσεις υψηλό πoσoστό CO 2 (>20%) μαζί με χαμηλό πoσoστό O 2 (<0.5%). Για τρoπoπoιημέvες ατμόσφαιρες με υψηλή συγκέvτρωση διoξειδίoυ, η θερμoκρασία συvτήρησης πρέπει vα είvαι κάτω από 5 C καθώς η επίδραση τoυ CO 2 αυξάvει με χαμηλότερη θερμoκρασία. Σε πoλλές περιπτώσεις, όπως σε φρέσκo κρέας και ψάρι, συvιστάται oξυγόvo περισσότερo από 21%.

14 Συσκευασία σε τρoπoιημέvες ατμόσφαιρες (modified atmosphere packaging, MAP) Στις τρoπoπoιημέvες ατμόσφαιρες τρoφίμωv πoυ αvαπvέoυv, όπως φρέσκα φρoύτα και λαχαvικά, αφoύ η ατμόσφαιρα έχει τρoπoπoιηθεί στηv επιθυμητή σύσταση, o ρυθμός αvαπvoής τoυ προϊόντος πρέπει vα εξισώvει τη διαφυγή αερίωv από τo υλικό συσκευασίας ώστε vα επιτυγχάvεται μια ισoδύvαμη ατμόσφαιρα μέσα στo πακέτo. Η συγκέvτρωση O 2 πρέπει vα διατηρείται επαρκώς υψηλή ώστε vα απoκλείει την αvαερόβια αvαπvoή. Πoλύ υψηλές συγκεvτρώσεις CO 2 μπoρεί vα διαταράξoυv κάπoια προϊόντα. Πoλλά πλαστικά φίλμ δεv έχoυv τηv κατάλληλη περατότητα στηv αvαλoγία Ο 2 /CO 2. Καθώς o ρυθμός αvαπvoής και η περατότητα σε αέρια αλλάζει με τη θερμoκρασία, oι τρoπoπoιημέvες ατμόσφαιρες για τα προϊόντα πoυ αvαπvέoυv είvαι μάλλov πoλύπλoκη υπόθεση. Ως μovαδικό εμπόδιo: Η συσκευασία αυτή πάvτα χρησιμoπoιείται σε συvδυασμό με άλλα εμπόδια και κυρίως με ψύξη.

15

16 Σύνθεση τροποποιημένων ατμοσφαιρών που χρησιμοποιούνται ανάλογα με το τρόφιμο

17 Μεταβολή της ατμόσφαιρας κατά την αναπνευστική δραστηριότητα των μικροοργανισμών Αερόβια συσκευασία 20% CO 2 80% N 2 40% CO 2 30% O 2 30% N 2

18

19 K.P. Koutsoumanis et al. / Food Microbiology 25 (2008)

20 K.P. Koutsoumanis et al. / Food Microbiology 25 (2008)

21 Συσκευασία σε μείγματα αερίων Οξυγόνο (O 2 ) Ευνοεί την αύξηση των αερόβιων βακτηρίων και παρεμποδίζει την αύξηση των αναερόβιων βακτηρίων Η παρουσία οξυγόνου προκαλεί οξείδωση των λιπαρών ουσιών Διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) Επιφέρει χημικές αλλαγές στο μικροβιακό κύτταρο και στο περιβάλλον του Παρουσιάζει μεγάλη διαλυτότητα στο νερό και στα λιπίδια 25% CO 2 προτείνεται για τον έλεγχο της αύξησης βακτηρίων και μυκήτων Αποτελεσματικό στον έλεγχο της αύξησης των αερόβιων και των αρνητικών κατά Gram ψυχρότροφων βακτηρίων Υψηλές συγκεντρώσεις CO 2 δημιουργούν μεταλλική και όξινη γεύση και ανεπιθύμητες οσμές

22 Συσκευασία σε μείγματα αερίων

23 log 10 cfu/g Παραδείγματα από πειραματικά δεδομένα 10 9 AIR Storage time (h) Ανάπτυξη της OMX χοιρινού κιμά κατά τη συντήρησή του σε θερμοκρασίες 0, 5, 10, 15 και 20 C σε αερόβιες συνθήκες

24 log 10 cfu/g Παραδείγματα από πειραματικά δεδομένα 10 MAP Storage time Ανάπτυξη της OMX χοιρινού κιμά κατά τη συντήρησή του σε θερμοκρασίες 0, 5, 10, 15 και 20 C σε MAP

25

26 Μεταβολή της σύνθεσης της μικροβιακής χλωρίδας ιχθύων τσιπούρας μετά από συντήρηση σε διάφορες συνθήκες Αέρας 0 ο C MAP 12 Pseudomonas 12 Log 10 cfu.g Sh.putrefaciens Br.thermosphacta Sh.putrefaciens LAB Br.thermosphacta Ημέρες

27 Μεταβολή της σύνθεσης της μικροβιακής χλωρίδας ιχθύων γόπας μετά από συντήρηση σε διάφορες συνθήκες Αέρας 10 ο C MAP Pseudomonas Br.thermosphacta Sh.putrefaciens LAB Log 10 cfu.g Sh.putrefaciens Br.thermosphacta Ημέρες

28 Μεταβολή της σύνθεσης της μικροβιακής χλωρίδας ιχθύων τιλάπιας μετά από συντήρηση σε διάφορες συνθήκες Αέρας 20 ο C MAP 12 Pseudomonas 12 Enterobacteriaceae 10 Sh.putrefaciens 10 Sh.putrefaciens 8 Enterobacteriaceae 8 Pseudomonas Log 10 cfu.g Ημέρες

29 Παράγοντες που επηρεάζουν την αντιμικροβιακή δράση του CO 2 1.Είδος μικροοργανισμού Gram περισσότερο ευαίσθητα από Gram + Δεν επηρεάζει την αύξηση των γαλακτικών βακτηρίων και Brochothrix thermospacta 20% παρεμποδίζει την αύξηση Pseudomonas spp. και Acinetobacter/Moraxella στο κρέας 2. Χρόνος εφαρμογής Αυξάνει τη διάρκεια της φάσης προσαρμογής και μειώνει το ρυθμό αύξησης Η ανασταλτική δράση μειώνεται καθώς τα βακτήρια εισέρχονται στη εκθετική φάση αύξησης Η εφαρμογή του θα πρέπει να γίνεται όσο το δυνατό γρηγορότερα

30 Παράγοντες που επηρεάζουν την αντιμικροβιακή δράση του CO 2 3. Συγκέντρωση αερίων Η ανασταλτική δράση αυξάνει γραμμικά μέχρι την αύξηση της συγκέντρωσης σε 20% Υψηλές συγκεντρώσεις προκαλούν μείωση του ph και αποχρωματισμό στο κρέας 4. Θερμοκρασία συντήρησης Η ανασταλτική δράση αυξάνει με τη μείωση της θερμοκρασίας λόγω αυξημένης διαλυτότητας του αερίου στο τρόφιμο

31 log cfu / g Άσκηση Στον παρακάτω πίνακα δίνονται οι μετρήσεις της ΟΜΧ ενός τροφίμου που έχει συντηρηθεί σε θερμοκρασία 0 C σε συσκευασία (1) αέρα, (2) ΤΑ, (3) ΤΑ με προσθήκη αιθερίου ελαίου. Να συσχετίσετε τις μετρήσεις με τις διάφορες συσκευασίες. Χρόνος 0 5,4 5,4 5,4 24 5,6 5,4 5,4 48 5,3 5,6 5,6 90 6,1 4,9 4, PCA 0 o C time (h) 114 6,0 5,3 5, ,5 5,4 5, ,1 5,8 5, ,3 6,5 5, ,8 6,2 5, ,4 6,9 6, ,7 7,6 6, ,0 8,1 7,3

32 Συσκευασία σε κενό 1) Χρησιμοποιούνται μεμβράνες χαμηλής περατότητας σε Ο 2 (< 5 cm 3 m -2 day -1 atm -1 ) 2) Απομακρύνεται ο αέρας με συσκευή κενού και στη συνέχεια σφραγίζεται 3) Σε συνθήκες ισορροπίας το ποσοστό του ελεύθερου χώρου αποτελείται από <1% Ο 2 και 10-20% CO 2 4) Η σύνθεση των αερίων μπορεί να μεταβληθεί ανάλογα με την αναπνευστική δραστηριότητα των μικροοργανισμών και του τροφίμου 5) Η συσκευασία υπό κενό αποτελεί περίπτωση συσκευασίας σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα 6) Σε συνδυασμό με ψύξη έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως (i) μείωση της αφυδάτωσης, (ii) αποφυγή εξωτερικής επιμόλυνσης, (iii) σε περίπτωση συσκευασμένου κρέατος έχουμε μείωση της οξείδωσης των λιπαρών οξέων

33 1. Λαμβάνοντας υπόψη σας τη μεταβολή της μικροχλωρίδας και τους μικροοργανισμούς που τελικά επικρατούν κατά τη διάρκεια συντήρησης του τροφίμου να εκτιμήσετε το είδος της συσκευασίας του προϊόντος (αερόβια συσκευασία, κενό, τροποποιημένη ατμόσφαιρα) 2. Πως θα μπορούσε η ατμόσφαιρα της συσκευασίας να καθορίσει διαφορετικά το είδος των μικροοργανισμών που θα αποτελούσαν την επικρατούσα μικροχλωρίδα;

34 Συσκευασία σε μείγματα αερίων Άζωτο (N 2 ) Αδρανές και άοσμο αέριο με χαμηλή διαλυτότητα στο νερό και στα λιπίδια Καθυστερεί την οξείδωση των λιπαρών ουσιών και την αύξηση των αερόβιων μικροοργανισμών Αποτρέπει την κατάρρευση της συσκευασίας όταν χρησιμοποιείται μεγάλη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) Τοξικό αέριο η χρήση του οποίου δεν επιτρέπεται σε πολλές χώρες Μειώνει το φαινόμενο της τάγγισης των λιπιδίων Συνδέεται με τη μυοσφαιρίνη και σχηματίζει καρβοξυμυοσφαιρίνη που είναι σταθερή στην οξείδωση (περισσότερο από την οξυμυοσφαιρίνη) και προσδίδει λαμπερό ερυθρό χρώμα στο κρέας

35 Μυοσφαιρίνη + O 2 δίνει Οξυ-μυοσφαιρίνη (ιώδες) (κόκκινο)

36 Η οξείδωση οδηγεί στη μεταμυοσφαιρίνη Η μυοσφαιρίνη και οξυμυοσφαιρίνη οξειδώνωνται (απώλεια ηλεκτρονίων) για να σχηματίσουν μεταμυοσφαιρίνη (purple) (red) (oxidized brown)

37

38 log cfu/g C 5C 10C 15C 20C storage time MAP , Pseudomonas spp, minced pork

39 4 C AIR log cfu/cm PCA CFC STAA MRS 5.7 time (h) 4 C MAP Πείραμα αλλοίωσης βόειου φιλέτου σε αερόβιες συνθήκες και σε ΜΑΡ (40% CO 2 30% O 2 and 30% N 2 ). log cfu/cm PCA CFC STAA MRS time (h)

40 log cfu/g log cfu/g Εξέλιξη της μικροβιακής χλωρίδας κιμά σε αερόβιες συνθήκες στους 0 και 10 o C OMX Pseudomonads Γαλακτικά βακτήρια Br. thermosphacta Enterobacteriaceae Ημέρες Ημέρες

41 log cfu/g log cfu/g Εξέλιξη της μικροβιακής χλωρίδας κιμά στους 7 o C % CO % CO 2 /50% αέρας Ημέρες OMX Pseudomonads Γαλακτικά βακτήρια Br. thermosphacta Enterobacteriaceae Ημέρες

42

43 Trond Møretrø and Solveig Langsrud, Residential Bacteria on Surfaces in the Food Industry and Their Implications for Food Safety and Quality

44