curs 1 microbiologie alimentara

Microbiologie alimentară

Mihai Mareș, DVM PhD Departamentul de Sănătate Publică Facultatea de Medicină Veterinară Iași

Conținut:

n  Definirea microorganismelor n  Clasificare n  Factori care influențează dezvoltarea

microorganismelor în alimente n  Efecte benefice și detrimentale n  Alimente obținute prin fermentație n  Degradarea alimentelor

Ce sunt microorganismele ?

n  Organisme microscopice, cu diferite grade de complexitate structurală, ubicuitare, extrem de adaptabile

n  Cele mai vechi forme de viață de pe Terra n  Majoritatea nu sunt dăunătoare omului și

animalelor n  Implicate în digestie și menținerea

echilibrului în diferite ecosisteme

Clasificarea microorganismelor n  Formele de viață pot fi clasificate în

procariote, respectiv eucariote, pe baza caracteristicilor structurale și fiziologice

Procariote

n  Nucleu absent n  Membrană nucleară absentă n  ADN inclus într-un singur

cromozom circular n  Fără proteine în cromozom n  Absența organitelor celulare n  Ribozomi mai mici n  Reproducere fără mitoze

Eucariote

n  Nucleu prezent n  Membrană nucleară prezentă n  ADN inclus în mai mulți

cromozomi n  Proteine în cromozomi n  Prezența organitelor celulare n  Ribozomi mai mari n  Reproducerea presupune

mitoze

Microorganismele pot fi grupate în virusuri (forme acelulare), bacterii,

levuri (drojdii), fungi filamentoși (mucegaiuri), alge, protozoare, paraziți (±), pe baza diferitelor

caracteristici morfologice, fiziologice/culturale

Virusuri n  20-200 nm (ME necesar pentru

vizualizare) n  Forme acelulare de viață (nici

procariote, nici eucariote n  Conțin un genom format din ADN

sau ARN, înglobat într-un înveliș proteic numit capsidă (împreună formează nucleocapsida); unele posedă o membrană suplimentară – pericapsida sau anvelopa

n  Se multiplică numai în celulele gazdă; virusul distruge de obicei celula în timpul procesului de multiplicare

Virusuri

n  Unele virusuri prezente în alimente pot cauza boli ale aparatului digestiv la consumatori (HVA, norovirus)

n  Bacteriofagii prezenți în alimente pot transmite prin transducție, material genetic între două sușe bacteriene

n  De asemenea, bacteriofagii pot infecta și distruge culturile starter utilizate la fabricarea produselor lactate acide (au fost descriși bacteriofagi cu electivitate pentru bacterii din genurile Lactococcus, Streptococcus, Lactobacillus și Leuconostoc

Bacterii

n  0,5-1 um diametru, până la 20 um lungime (MO necesar pentru vizualizare)

n  Unicelulare, au perete, citoplasmă, dar nucleul nu este bine conturat (procariote)

n  Formă variată datorată rigidității peretului

n  Pot fi motile sau imotile n  Se multiplică prin fisiune binară

Bacterii

n  Gram negative aerobe (Campylobacter, Pseudomonas, Xanthomonas, Acetobacter, Acinetobacter, Gluconobacter, Morexella, Alteromonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Brucella, Psychrobacter)

n  Gram negative facultativ anaerobe (Citrobacter, Escherichia, Enterobacter, Edwardsiella, Erwinia, Hafnia, Klebsiella, Morganella, Proteus, Salmonella, Shigella, Serratia, Yersinia, Vibrio, Aeromonas, Plesiomonas)

n  Rickettii (Coxiella)

Bacterii

n  Coci Gram pozitivi (Micrococcus, Staphylococcus, Enterococcus, Lactococcus, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Sarcina )

n  Bacili Gram pozitivi sporulați (Bacillus, Sporolactobacillus, Clostridium )

n  Bacili Gram negativi sporulați (Desulfotomaculum) n  Bacili Gram pozitivi nesporulați (Lactobacillus,

Carnobacterium, Brochothrix, Listeria, Corynebacterium, Brevibacterium, Propionibacterium, Bifidobacterium)

n  Noi genuri descrise (Tetragenococcus, Vagococcus, Weissella, Oenococcus, Kocuria, Shewanella, Alicyclobacillus)

Fungi - Levuri

n  Organisme unicelulare, eucariote, imotile

n  Dimensiuni: 1-5 x 5-30 um n  Formă variată datorită peretelui

celular rigid (ovoidală, elongată, sferică)

n  Se multiplică prin burjeonare n  Unele specii sunt pigmentate

Fungi - Levuri n  Unele specii implicate în

bioprocesarea alimentelor și băuturilor (fermentație)

n  Alte specii sunt capabile să producă substanțe folosite ca aditivi alimentari

n  Majoritatea speciilor implicate în degradarea alimentelor (spolierea substanțelor nutritive cu modificarea însușirilor organoleptice, fizice și chimice)

n  Cele mai întâlnite în alimente: genurile Saccharomyces, Pichia, Rhodotorula, Torulopsis, Candida, Zygosaccharomyces

Fungi - Mucegaiuri

n  Organisme pluricelulare, filamentoase

n  Talul format din hife septate sau neseptate și corpi fructificanți unde se formează sporii

n  Se înmulțesc asexuat (toate speciile) și sexuat (unele)

n  Unele specii sunt pigmentate

Fungi - Mucegaiuri n  Se pot dezvolta în alimente,

chiar în condiții care sunt nefavorabile bacteriilor (pH scăzut, aw redusă, osmolaritate ridicată)

n  Implicate în degradarea alimentelor și producerea de toxine (micotoxine)

n  Unele specii implicate în bioprocesarea alimentelor

n  Specii frecvent întâlnite: Aspergillus, Alternaria, Fusarium, Geotrichum, Mucor, Penicillium, Rhizopus, Aureobasidium

Alge

n  Organisme autotrofe, uni- sau pluricelulare

n  Eucariote n  Se înmulțesc asexuat și sexuat n  Unele specii sunt patogene

pentru organismele imunocompromise

Protozoare

n  Organisme unicelulare, eucariote, motile

n  Dimensiune 10-50 um n  Ciclul vital este o alternanță a

stadiilor proliferative (trofozoiții) cu cele latente metabolic (chiștii)

Clasificarea microorganismelor (temperatura de creștere)

n  Mezofile: min. 5-15°C, optim 35-37°C, max. 40-45°C

n  Termofile: min. 40-45°C, optim 55-75°C, max. 60-90°C

n  Psichrofile: min. -5-5°C, optim 12-15°C, max. 15-20°C

n  Psichrotrope: min. -5-5°C, optim 25-30°C, max. 30-35°C

Clasificarea microorganismelor (activitatea apei - aw)

Fiecare microorganism are cerinte diferite fata de

continutul de apa al mediului in care traieste !

Se considera ca activitatea apei reprezinta apa la dispozitia microorganismelor. Activitatea apei (aw) da indicatii asupra cantitatii de apa libera care determina

presiunea de vapori de apa deasupra produsului: aw = p / po = Nw / (Nw + Ns)

unde: p – presiunea vaporilor de apa din produs la temperatura T; po – presiunea vaporilor de apa din atmosfera la temperatura;

To – temperatura de echilibru a sistemului; Nw - numarul de moli de apa;

Ns - numarul de moli de substanta.

Clasificarea microorganismelor (activitatea apei - aw)

•  Valorile numerice ale activitatii apei variaza intre 0 (la

produse complet deshidratate) si 1 (la apa pura), toate produsele alimentare incadrandu-se in acest interval

•  Viteza reactiilor enzimatice in produsele alimentare depinde de activitatea apei: la activitati mari ale apei reactiile enzimatice se declanseaza si au loc cu viteze mari, in timp ce la activitati mici ale apei reactiile enzimatice sunt mult incetinite sau inexistente

Clasificarea microorganismelor (activitatea apei - aw)

GRUPUL DE MICROORGANISME aw minimă

Bacterii 0,91 Drojdii 0,88 Mucegaiuri 0,80 Bacterii halofile 0,75 Fungi xerofili 0,65 Drojdii osmofile 0,60

n  Compoziția (conținutul de apă, zaharuri, săruri, lipide, pH, conservanți – tradiționali/naturali sau artificiali)

n  Interacțiunile microbiene (microbiota alimentului, producția de bacteriocine, prezența bacteriofagilor, enzime)

n  Procesul tehnologic (tratamentul termic, igienizarea n  / sanitația, presiunea, afumarea) n  Condițiile de stocare și transport(temperatura,

umiditatea, compoziția gazelor, permeabilitatea ambalajului etc.)

Factori ce influențează dezvoltarea microorgansimelor în alimente

n  Produs, în principal de origine animală sau vegetală, care conține sau constă în nutrienți esențiali organismului – carbohidrați, lipide, proteine, vitamine sau minerale, și care este ingerat / asimilat de către organism pentru a produce energie, a stimula creșterea și a menține viața.

n  Datorită compoziției complexe, alimentul permite și dezvoltarea unei mari varietăți de microorganisme

Alimentul - definiție

“The GOOD, the BAD, the UGLY”

n  Good – microorganisme importante pentru obținerea alimentelor, implicate în producerea unei texturi și a unui gust specific

n  Bad – cauzează toxiinfecții alimentare (microorganisme patogene ce se multiplică în alimente, toxine ale acestora)

n  Ugly – microorganisme degradative, spoliază alimentele de substanțe nutritive și le induc modificări organoleptice, fizico-chimice, făcându-le improprii consumului

Metabolizarea glucidelor –fermentația

n  Utilizată pe scară industrială în industria produselor lactate și alcoolice

n  Produsă de anumite specii bacteriene și levurice, în mediu anaerob sau microaerofil

n  Fermentația lactică transformă lactoza în piruvat, apoi în lactat

n  Fermentația alcoolica transformă glucidele în piruvat, apoi în alcool etilic (acetaldehida si dioxid de carbon – produși intermediari)

Metabolizarea glucidelor –fermentația

Metabolizarea proteinelor (mediu aerob)

•  Unele bacterii aerobe sau facultativ anaerobe pot degrada proteinele prin oxidarea aminoacizilor (dezaminare oxidativa) cu obținere de ceto-acizi

Metabolizarea proteinelor (mediu anaerob) – putrefacția

•  Unele bacterii anaerobe sau facultativ anaerobe pot degrada proteinele prin decarboxilarea, dezaminarea sau hidroliza aminoacizilor cu obținere de compuși urât mirositori (amine biogene)

Metabolizarea lipidelor •  Diversitatea surselor lipidice în alimente: mono-, di- și

trigliceride, acizi grași saturați și nesaturați, steroli, fosfolipide, ceruri

•  Hidrofobicitatea le face greu degradabile de către microorganisme (în masă compactă)

•  Sunt mai ușor atacate în emulsii, la interfața apă-lipide

•  Lipazele determină eliberarea de acizi grași și glicerol, apoi AG se transformă prin intervenția oxidazelor în aldehide și cetone