charakterystyka różnych grup drobnoustrojów ważnych w
advertisement
CHARAKTERYSTYKA RÓŻNYCH GRUP DROBNOUSTROJÓW WAŻNYCH W TECHNOLOGII ŻYWNOŚCI I ŻYWIENIA. OCENA MIKROBIOGICZNA PROCESÓW PRODUKCYJNYCH I GOTOWEJ ŻYWNOŚCI. mgr Dominika Lachowicz Rodzaje oddychania • fermentacja – utlenianie związków organicznych bez udziału tlenu atmosferycznego, akceptorem wodoru są związki organiczne • oddychanie tlenowe – akceptorem wodoru i elektronów jest tlen atmosferyczny • fermentacja tlenowa (utleniająca) – stanowi pośredni typ oddychania pomiędzy fermentacją a oddychaniem tlenowym, tlen atmosferyczny bierze udział w procesie ale utlenianie produktów nie zachodzi do końca i nie jest całkowite, powstają związki organiczne * nazwy poszczególnych fermentacji pochodzą od nazw produktów, które są otrzymywane w wyniku działalności drobnoustrojów • w przemyśle pod uwagę brana jest jedynie fermentacja właściwa (szlachetna), która ma charakter jednolity i przeprowadzana jest przez określony gatunek drobnoustroju wprowadzony do środowiska w postaci czystej kultury • w przemyśle czyste kultury określa się jako „szczepionki” • brzeczka – półprodukt stosowany w produkcji piwa, jest to klarowna ciecz otrzymywana po filtracji zacieru • melasa – uboczny produkt procesu otrzymywania sacharozy z buraków cukrowy bądź z trzciny cukrowej, stanowi odciek po końcowej krystalizacji cukru – określenia używa się również w stosunku do innych produktów ubocznych o dużej zawartości sacharydów Możliwości wykorzystania drobnoustrojów do produkcji: • kwasów organicznych - kwasu octowego - kwasu mlekowego - kwasu glukonowego - kwasu propionowego - kwasu masłowego - kwasu jabłkowego - kwasu winoweg0 • • • • • • • • w procesach fermentacji mięsa w fermentacji surowców roślinnych serów w procesach fermentacji pieczywa żywności orientalnej preparatów probiotycznych enzymów aminokwasów Bakterie kwasu octowego • należą do rodziny Acetobacteriaceae • praktyczne zastosowanie znalazły rodzaje: - Acetobacter (15 gatunków) - Gluconobacter (4 gatunki) - Gluconacetobacter (10 gatunków) • Gram-ujemne, urzęsione pałeczki • temp. optymalna 25-30°C (-4-43°C) • optymalne pH 5,4-6,2 (3,6-4,5) • stanowią naturalną mikroflorę owoców i ich przetworów * bakterie octowe mogą powodować zakażenia napojów alkoholowych Kwas octowy • jako substraty w syntezie wykorzystywane są: - etanol - proste alkohole (n-propanol, n-butanol) - sacharydy (glukoza, fruktoza) - pochodne sacharydów np. mannitol • metody produkcji: - metoda powierzchniowa – samorzutne „zafermentowanie” wina umieszczonego w otwartych zbiornikach (Acetobacter orleanensis), powstaje tzw. ocet winny - metoda ociekowa (Acetobacter aceti) - metoda wgłębna Kwas masłowy • powstaje na drodze fermentacji masłowej • zastosowanie: - nadaje potrawom lekko gorzki smak, ze słodką nutą - produkcja środków zapachowych - produkcja barwników • bakterie fermentacji masłowej: - Clostridium butyricum - Clostridium pasteurianum - Clostridium tyrobutyricum - Clostridium pectinovorum * bakterie fermentacji masłowej mogą powodować psucie się żywności, gnicie ziemniaków, wzdęcia konserw Kwas propionowy • powstaje na drodze fermentacji propionowej • jest stosowany w przemyśle spożywczym jako środek konserwujący o symbolu E280 • bakterie fermentacji propionowj należą głównie do rodzaju Propionibacterium (Propionibacterium freudenreichii, Propionibacterium shermanii) - pałeczki Gram-dodatnie względne beztlenowce mezofile • bakterie propionowe znajdują zastosowanie w formie zakwasów w produkcji dojrzewających serów podpuszczkowych twardych, wydzielający się podczas fermentacji propionowej dwutlenek węgla powoduje powstawanie prawidłowych oczek w serach, np. typu edamskiego. Bakterie fermentacji mlekowej • prowadzą fermentację beztlenową, której głównym produktem jest kwas mlekowy • substratem do reakcji są głównie mono- i disacharydy • względne beztlenowce mezofile (20-28°C): Lactococcus lactis, Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum, Leuconostoc termofile (40-45°C): Lactobacillus delbrueckii, Streptococcus thermophilus homofermentatywne: Lactococcus lactis, Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus heterofermentatywne: Leuconostoc, Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentum wykorzystanie w przemyśle dominujące gatunki bakterii fermentacji mlekowej Fermentowane produkty mleczarskie Lactococcus lactis ssp. lactis Lactococcus lactis ssp. cremoris Lactococcus lactis ssp. lactis biovar. diacetylactis Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris Streptococcus thermophilus Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus Lactobacillus helveticus Lactobacillus casei Fermentowane produkty owocowowarzywne Leuconostoc mesenteroides Lactobacillus plantarum Lactobacillus brevis Lactobacillus pentosus Fermentacja mięsa i ryb Lactobacillus plantarum Lactobacillus brevis Pedicoccus acidilactici Pedicoccus pentosaceus Lactobacillus curvatus Lactobacillus sakei Napoje: - alkoholowe - kawa, kakao Oenococcus oeni, Lactobacillus delbrueckii Różne gatunki bakterii mlekowych Zdzisław Libudzisz, Krystyna Kowal, Zofia Żakowska, Mikrobiologia techniczna tom 2, PWN, Warszawa 2008. wykorzystanie w przemyśle dominujące gatunki bakterii fermentacji mlekowej Sosy sojowe Lactobacillus delbrueckii Pedicoccus sp. Fermentowane pieczywo Lactobacillus plantarum Lacrobacillus fermentum Lactobacillus brevis Lactobacillus sanfranciscensis Produkcja kwasu mlekowego Lactobacillus delbrueckii ssp. delbrueckii Produkcja dekstranu Leuconostoc mesenteroides ssp. dextranicum Produkcja nizyny Lactococcus lactis ssp. lactis Produkty i preparaty probiotyczne Lactobacillus sp. Bifidobacterium sp. Zdzisław Libudzisz, Krystyna Kowal, Zofia Żakowska, Mikrobiologia techniczna tom 2, PWN, Warszawa 2008. * grzybki kefirowe – stosowane w produkcji kefiru, składają się z paciorkowców mlekowych homofermentatywnych, pałeczek mlekowych heterofermentatywnych oraz z drożdży Mikroorganizmy stosowane w produkcji wędlin fermentowanych i ich funkcja grupa gatunek bakterie fermentacji mlekowej Lactobacillus plantarum Lactobacillus sakei Lactobacillus curvatus Pedicoccus acidilactici Pedicoccus pentosaceus produkcja kwasu mlekowego katalazododatnie ziarenkowce Staphylococcus carnosus Staphylococcus xylosus Micrococcus varians redukcja azotanów(V), redukcja azotanów(III), wykorzystanie O2 tworzenie i stabilizacja barwy, usunięcie nadmiaru azotanów(III), opóźnienie jełczenia, stabilizacja koloru, tworzenie aromatu i smaku drożdże Debaryomyces hansenii Candida famata wykorzystanie O2 Opóźnienie jełczenia tłuszczu, stabilizacja barwy, tworzenie aromatu i smaku Penicillum nalgiovenes Penicillium chrysogenum porost powierzchni, wykorzystanie O2, utlenianie mleczanu, rozkład białek i aminokwasów pleśnie właściwości Zdzisław Libudzisz, Krystyna Kowal, Zofia Żakowska, Mikrobiologia techniczna tom 2, PWN, Warszawa 2008. korzyści hamowanie rozwoju mikroflory chorobotwórczej i technologicznie szkodliwej, wydłużenie okresu trwałości, przyspieszenie formowania barwy, przyspieszenie suszenia, tworzenie aromatu i smaku Hamowanie rozwoju niepożądanej mikroflory na powierzchni batonu, jednolite osuszenie batonów, opóźnienie jełczenia, stabilizacja barwy, tworzenie aromatu i smaku Produkty i preparaty probiotyczne • probiotyk – „pro bios” (dla życia) • są to szczepy mikroorganizmów które podawane człowiekowi lub zwierzętom wywierają korzystny wpływ na organizm, działanie polega głównie na zapewnieniu właściwej równowagi mikroflory organizmu • liczba żywych bakterii w 1 gramie produktu spożywczego powinna wynosić co najmniej 108 komórek • szczepy bakterii probiotycznych: - muszą być zidentyfikowany na podstawie budowy genetycznej i cech fenotypowych - oporne na wysoką kwasowość soku żołądkowego - powinny adherować do błony śluzowej komórek nabłonka - wymagane jest przeprowadzenie testów bezpieczeństwa (profil antybiotykoopornosci, właściwości metaboliczne) Gatunki mikroorganizmów najczęściej wykorzystywane w preparatach i produktach probiotycznych Rodzaj Lactobacillus Rodzaj Bifidobacterium Inne bakterie fermentacji mlekowej Inne mikroorganizmya) Lb. acidophilus Lb. amylovorus Lb. casei Lb. crispatus Lb. gallinarium Lb. gasseri Lb. johnsonii Lb. paracasei Lb. plantarum Lb. reuteri Lb. rhamnosus B. adolescentis B. animalis B. bifidum B. breve B. infantis B. longum Enterococcus faecalisb) Enterococcus faeciumb) Sporolactobacillus inulinusb) Bacillus cereusb) Escherichia coli Nissle 1917 Propionibacterium freudenreichiib) Saccharomyces cerevisiae(boulardii) a) głównie jako preparaty farmaceutyczne b) głównie przeznaczone dla zwierząt Zdzisław Libudzisz, Krystyna Kowal, Zofia Żakowska, Mikrobiologia techniczna tom 2, PWN, Warszawa 2008. Żywność funkcjonalna • żywność funkcjonalna (Japonia lata 80.XXw) - produkty spożywcze wzbogacone w składniki dające określony, korzystny efekt zdrowotny - poza efektem odżywczym, korzystnie wpływa na określone funkcje organizmu, prowadząc do poprawy stanu zdrowia i dobrego samopoczucia człowieka lub zmniejszenia ryzyka zachorowania (np. produkty roślinne wzbogacone w bakterie probiotyczne, żywność probiotyczna) Bakterie z rodzaju Bacillus istotne w przemyśle spożywczym • najważniejsze przemysłowe szczepy B. subtilis, B. amyloliquefaciens i B. licheniformis mają status GRAS (Generally Recognized as Safe) produkt zastosowanie gatunek nukleotydy purynowe środki poprawiające smak żywności oraz komplementy leków B. subtilis ryboflawina suplement żywności i składnik leków B. subtilis, B. megaterium D-ryboza przyprawa poprawiająca smak żywności, dodatek do farmaceutyków i kosmetyków B. subtilis, B. pumilus taumatyna słodkie białko – spożywczy środek słodzący B. subtilis 2-acetylo-1-pirolina naturalne środki smakowe i zapachowe B. cereus Zdzisław Libudzisz, Krystyna Kowal, Zofia Żakowska, Mikrobiologia techniczna tom 2, PWN, Warszawa 2008. • główne enzymy: proteazy i enzymy amylolityczne Produkcja aminokwasów • aminokwasy stosowane są w przemyśle: - spożywczym - chemicznym - farmaceutycznym • w produkcji aminokwasów metodą biosyntezy biorą udział bakterie z gatunku Corynebacterium glutamicum aminokwas lub jego sól zastosowanie Glutaminian jednosodowy (sól sodowa kwasu glutaminowego) dodatek poprawiający smak potraw, składnik koncentratów spożywczych (zupy, sosy) L-lizyna dodatek wzbogacający pasze białkowe L-fenyloalanina składnik Aspartamu, sztucznego słodzika Zdzisław Libudzisz, Krystyna Kowal, Zofia Żakowska, Mikrobiologia techniczna tom 2, PWN, Warszawa 2008. Wykorzystanie drożdży w przemyśle spożywczym drożdże produkty Saccharomyces cerevisiae drożdże piekarskie, drożdże paszowe, etanol, wino, piwo, kefir Saccharomyces pasteurianus piwo Saccharomyces bayanus wino Candida kefyr kefir, kumys Candida flareri witaminy Cryptococcus sp. enzymy stosowane do koagulacji białek mleka * siła pędna drożdży piekarskich – zdolność drożdży do wytwarzania dwutlenku węgla z sacharydów, pomiar czasu podnoszenia ciasta Zanieczyszczenie mikrobiologiczne w drożdżownictwie grupa bakterie proteolityczne Bacillus sp. Pseudomonas sp. Proteus vulgaris fermentacji mlekowej Lactobacillus sp. Lactococcus sp. Leuconostoc sp. grupy coli Escherichia sp. Enterobacter sp. Citrobacter sp. Klebsiella sp. fermentujące i niefermentujące drożdże killerowe pleśnie rodzaj lub gatunek Candida sp., Pichia sp., Dekkera sp., Cryptococcus sp. Debaryomyces sp., Pichia sp., Kluyveromyces sp., Candida sp. Aspergillus sp., Penicillium sp., Geotrichum sp., Mucor sp. Wykorzystanie grzybów pleśniowych w przemyśle spożywczym produkcja kwasów organicznych: • kwas octowy - produkowany przez Aspergillus niger, Aspergillus wentii - w przemyśle spożywczym wykorzystywany do konserwacji produktów oraz do regulowania ich kwasowości, stabilizuje barwę, smak oraz zawartość witamin * kwas cytrynowy i niektóre jego sole są uznawane jako dozwolone dodatki do żywności o symbolach E330-E333, mogą być stosowane bez limitowania dziennego spożycia • kwas glukonowy - produkowany przez Aspergillus niger - w przemyśle spożywczym wykorzystywany do zakwaszania produktów, stosowany również w produkcji sztucznego miodu, przy wyrobie niektórych kiełbas i serów Wykorzystanie grzybów pleśniowych w przemyśle spożywczym • kwas winowy - produkowany przez Aspergillus griseus, Aspergillus niger - wykorzystywany jako środek zakwaszający oraz do produkcji związków aromatycznych • kwas jabłkowy - produkowany przez Aspergillus wentii - stosowany do zakwaszania żywności • kwas fumarowy - produkowany przez Rhizopus nigricaus - wykorzystywany do zakwaszania żywności Wykorzystanie grzybów pleśniowych w przemyśle spożywczym produkcja serów: • serów miękkich z porostem pleśniowym (typu camembert i brie) - przy zastosowaniu szczepów Penicillium camemberti, Penicillum candidum, Geotrichum candidum - wymienione szczepy wykazują silne zdolności poroteolityczne i słabsze lipolityczne • serów z przerostem pleśniowym (roquefort, stilton, gorgonzola, rokpol) - przy zastosowaniu szczepów Penicillium roqueforti - szczep wykazuje silne zdolności lipolityczne a słabsze proteolityczne Zapewnienie czystości mikrobiologicznej gotowych produktów • wysoka czystość aparatury i komór hodowlanych • wysoka czystość powietrza • czystość wody • odpowiednia sterylizacja pożywek hodowlanych • stabilność cech fizjologicznych i biochemicznych mikroorganizmów stosowanych w produkcji (gotowe kultury starterowe) • higiena personelu Ocena mikrobiologiczna procesów produkcyjnych i gotowej żywności W zakładach produkcyjnych oraz w gastronomii ważne jest stosowanie zasad: • GMP - Dobra Praktyka Wytwarzania (Good Manufacturing Practice) - zestaw standardów - standardy mają zapewnić wysoką jakość, czystość użytych surowców i komponentów gotowego produktu - zapewnienie kontroli nad jakością i pochodzeniem surowców - skuteczne połączenie procedur produkcyjnych oraz nadzorujących i kontrolnych, aby proces wytwarzania żywności przebiegał prawidłowo wedle wcześniej określonych instrukcji i procedur, które zapewnią całkowitą powtarzalność i jednorodność wyrobów • GHP - Dobra Praktyka Higieniczna (Good Hygienic Practice) - dotyczy wszelkich działań związanych z warunkami i środkami podejmowanymi w celu zapewnienia produkcji bezpiecznej żywności na wszystkich etapach łańcucha produkcji Występowanie mikroorganizmów chorobotwórczych w żywności: • obecność w surowcach: zarówno w skutek skażenia pierwotnego, jak i skażeń wtórnych będących wynikiem niewłaściwych warunków przechowywania i transportu • namnożenie: głównie podczas przechowywania w niewłaściwej temperaturze przez zbyt długi czas • przeżycie: zbyt niskiej temperatury i czasu obróbki • wtórne zakażenia: przeniesienia mikroorganizmów z surowców lub z zanieczyszczenia powierzchni przez pracowników oraz będące wynikiem obecności owadów i gryzoni Szkodliwe działanie bakterii mlekowych w przemyśle spożywczym • szkodliwe działanie w przemyśle opartym na fermentacji alkoholowej – produkty uboczne heterofermentacji mlekowej działają hamująco na drożdże (zmętnienie, kwaśnienie piwa) • odmiana paciorkowca mlekowego który produkuje dużo śluzu powoduje ciągliwość mleka • szkodliwe działanie w przemyśle drożdżowym – powodują obniżenie siły pędnej drożdży Szkodliwe działanie bakterii octowych w przemyśle spożywczym • powodują wady w gotowym piwie lub winie – zmętnienie, kwaśnienie, zapach octu • psucie marynat owocowych i warzywnych • obniżenie wydajności w produkcji drożdży piekarniczych Szkodliwe działanie bakterii masłowych w przemyśle spożywczym • szkody w mleczarstwie i przetwórstwie owocowym • bombaże konserw pod wpływem wytwarzania gazów • w dużej ilości hamują działanie drożdży Szkodliwe działanie bakterii powodujące rozkład tłuszczów • przy udziale enzymów (lipaza) • powstają wolne kwasy tłuszczowe, które gromadząc się nadają produktowi zjełczały zapach i smak • szczególnie silnie lipolitycznie działają bakterie z rodzaju Pseudomonas Szkodliwe działanie bakterii powodujące przemiany białek • zmiana smaku, zapachu i konsystencji produktów zawierających białka (gnicie) bakterie gnilne: • pałeczki tlenowe lub względnie beztlenowe np.: Pseudomonas fluorescens, Serratia marcescens, Proteus vulgaris • laseczki przetrwalnikujące tlenowe: Bacillus subtilis, Bacillus cereus • laseczki przetrwalnikujące beztlenowe: Clostridium sporogenes, Clostridium butyricum Dominujące rodzaje drobnoustrojów powodujących psucie się żywności produkty żywnościowe najważniejsze rodzaje bakterii produkty zawierające węglowodany chleb Bacillus warzywa Achromobacter,Pseudomonas, Bacillus, Flavobacterium, Lactobacillus owoce i soki Acetobacter, Lactobacillus produkty zawierające białko ryby, skorupiaki Achromobacter,Pseudomonas, Flavobacterium, Micrococcus, Vibrio produkty zawierające białko i tłuszcze świeże mięso Micrococcus, Achromobacter, Pseudomonas, Flavobacterium wędliny Micrococcus, Lactobacillus, Streptococcus drób Achromobacter,Pseudomonas, Flavobacterium, Micrococcus, Salmonella jajka Pseudomonas produkty zawierające białka, węglowodany i tłuszcze mleko i produkty mleczne Lactococcus, Escherichia, Lactobacillus, Microbacterium, Pseudomonas, Flavobacterium, Bacillus Nanotechnologia w produkcji żywności • nanotechnologia – wszelkie metody oraz techniki prowadzące do otrzymania materiałów, elementów oraz urządeń, w których chociaż jeden z analizowanych wymiarów występuje w skali nano • narastająca konkurencyjność na rynku produktów spożywczych skłania technologów do poszukiwania innowacyjnych technik i rozwiązań dających możliwość wytwarzania produktów o nowych, korzystnych cechach funkcjonalnych lub ulepszenia już istniejących • przykłady: - nanocząsteczki metali stosowane w detekcji patogenów i pestycydów w żywności oraz w celu monitorowania stanu mikrobiologicznego żywności (nanocząsteczki złota, srebra, miedzi) - opakowania aktywne – wprowadzone składniki modyfikują środowisko zapakowanej żywności, wydłużając jej przydatność do spożycia - mikrokapsułkowanie substancji o ważnym znaczeniu biologicznym (wprowadzanie oleju z tuńczyka, bogatego w kwasy tłuszczowe omega-3 do pieczywa) Użytkowe polimery bakteryjne (1) • alginian – emulgatory, lepiszcze, środki zwiększające lepkość • dekstran – preparaty krwiozastępcze • gellan – substancja stabilizujaca, zagęszczająca oraz żelująca • kefiran – substancja zwiększająca lepkość i lepoksprężystość produktów mlecznych • ksantan – stabilizator, zagęszczacz Użytkowe polimery bakteryjne (2) • kurdlan – stabilizator, substancja wiążąca wodę • welan – substancja zwiększająca lepkość • lewan – prebiotyk, nietrawiony składnik żywności, który selektywnie pobudza wzrost sprzyjających organizmowi człowieka mikroorganizmów (stanowi dla nich źródło węgla), może być też stosowany jako stabilizator, nośnik smaku i zapachu oraz zagęszczacz DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ
