میکروبیولوژی مواد غذایی

میکروبیولوژی مواد غذایی

اسلاید 1: ميكروبيولوژي مواد غذايي

اسلاید 2: شرايط مؤثر روي رشد ميكروارگانيسمهاشرايط و فاكتورهاي موثر روي ميكروارگانيسم ها براي ميكروبيولوژيست های مواد غذايي داراي اهميت است . شرايط مساعد رشد براي شمارش و تشخيص ، تخمير و توليد پروتئين هاي تك سلولي (single cell protein) و شرايط نامساعد رشد براي حفظ و نگهداري مواد غذايي ضروريست . شرايط محيطي در محصولات غذايي در حال تغيير است . واكنشهاي حاصله توسط سيستم آنزيمي به طور طبيعي در بعضي مواد غذايي موجب ايجاد حرارت ، مصرف 2 Oايجاد گاز CO2 و ساير گازها مي شود.

اسلاید 3: اين تغييرات شرايط محيط را براي رشد ميكروارگانيسم ها تغيير مي دهد . در هر غذائي بعضي گونه هاي ميكروبي به بقاي خود ادامه داده و غالب مي شود و ارگانيسمهايي كه مراحل مختلف پروسس را تحمل نكنند از بين مي روند . با شرايط اپتيمم رشد بعضي باكتريها در هر 20-15 دقيقه تكثير مي يابند . اگر چه آنها ممكن است در شرايطي بالاتر يا پايين تر از شرايط اپتيمم رشد نمايند ولي تاخیر (lag phase) يا زمان توليد مثل ممكن است طولاني بشود

اسلاید 4:

اسلاید 5: اگر استرس هاي وارده شديد باشند ارگانيسمها ممكن است رشد ننموده يا نابود شوند .شرايط اپتيمم رشد ميكروبي تحت تأثير آنزيمها نیزمی باشد . آنزيمها كاتاليزورهاي آلي هستند كه شدت واكنشها را افزايش مي دهند . شرايط محيطي روي فعاليت آنزيمها و در نتيجه روي شدت واكنشهاي متابوليكي موثر مي باشد .شرايطي كه روي متابوليسم و تكثير ميكروبها موثر مي شود شامل مواد غذايي ، آب ، PH ، مواد ممانعت كننده ، اكسيژن ، نور ، درجه حرارت و زمان مي باشد . نظر به اينكه ميكروارگانيسم ها قسمتي از محيط هستند و مي توانند تغييراتي در آن به وجود آورند ، تاثير ميكروارگانيسم ها بر هم داراي اهميت فراواني است . استرسهاي وارده قبلي نیز مانند حرارت ، انجماد و اشعه در نحوه عمل ارگانيسم ها در محيط تاثير مي گذارد .

اسلاید 6: الف – عوامل دروني 1- مواد مغذي : كليه سيستم هاي حياتي براي بقاء و تكثير نياز به مواد شيميايي و واكنشهاي شيميايي دارند . ارگانيسم ها نياز به منبع كربن و ازت و فاكتورهاي رشد مانند ويتامين ها ، مواد معدني و آب دارند . توانايي ميكروارگانيسم براي مصرف مواد و سنتز تركيبات سلولي بستگي به سيستم آنزيمي كه ارگانيسم ها مي تواند بسازد و كد ژنتيكي آن دارد . چون كد ژنتيكي مي تواند تغيير يابد ( موتاسيون ) ممكن است اختلافاتي جزئي يا مهمي بين سوشهاي يك گونه ميكروارگانيسم باشد .

اسلاید 7: حضور آب براي رشد ميكروارگانيسم ها حياتي است . در بين ميكروارگانيسم ها كپكها كمترين نياز را به آب دارند ، بعد از آن مخمرها ، باكتري هاي گرم منفي و باكتري هاي گرم مثبت قرار دارند .به عنوان منبع انرژي ميكروارگانيسم هاي حاصله از مواد غذايي ممكن است قندها ، الكلها و اسيدهاي آمينه را مصرف كنند . تعداد كمي از ميكروارگانيسم ها قادر هستند كه كربوهيدرات هاي پيچيده مانند نشاسته و سلولز را به قندهاي ساده تجزيه كرده و به عنوان منبع انرژي مصرف نمايند . چربي ها نيز توسط تعداد نسبتا معدودي از ميكروارگانيسم ها به عنوان منبع انرژي مورد مصرف قرار مي گيرند .

اسلاید 8: منبع ازت : اسيدهاي آمينه براي توليد پروتئين هاي سلولي ( شامل آنزيمها ) ضروري مي باشند . تعدادي از ارگانيسم ها مانند E.coli مي توانند ازت را به صورت نيترات ها يا آمونياك مصرف و توليد اسيدهاي آمينه نمايد . به طور كلي قبل از اينكه تركيبات پيچيده مانند پروتئين هاي با وزن مولكولي بالا مورد حمله قرار گيرند ، تركيبات ساده توسط تقريبا كليه ارگانيسم ها مصرف مي شود . همين موضوع در مورد پلي ساكاريدها و چربيها نيز صادق است .ساير فاكتورهاي رشد : بعضي ارگانيسم ها نياز به فاكتورهاي رشد مانند ويتامين ها ، پورينها (purines) يا پريميدينها (pyrimidines) دارند . براي بعضي ارگانيسم هاي سخت گير (fastidious) متابوليت ها بايد به صورت مولكولهاي آماده باشند .

اسلاید 9: به طور كلي باكتريهاي گرم مثبت بيش از ساير ارگانيسم ها نياز به فاكتورهاي رشد آماده دارند.عناصر و مواد معدني : بعضي عناصر يا مواد معدني كه در تركيبات سلولي يافت مي شوند در مقادير جزئي (trace) مورد نياز ميكروارگانيسم ها هستند . در مقايسه با آهن ، مس ، منگنز ، روي ، كبالت و موليبدن تقريبا مقادير بيشتري از سديم ، پتاسيم ، و منيزيم مورد نياز است .فعاليت بعضي سيستم هاي آنزيمي توسط اين عناصر افزايش مي يابد و بعضي عناصر براي توليد سموم و ساير متابوليتهاي ثانوي مورد نياز است .

اسلاید 10: مواد غذايي : غذاها شامل كربوهيدراتها ، چربيها ، پروتئين ها ، ويتامينها ، مواد معدني ، آب و ساير فاكتورها هستند كه ميكروارگانيسم ها براي رشد نياز به آنها دارند . به طور كلي غذاها به سه دسته پروتئين ، كربوهيدرات و چربي تقسيم مي شود . غذاهاي پروتئيني اساسا از منشأ دامي هستند . غذاهاي كربوهيدرات اساسا منشأ گياهي و غذاهاي چربي از هر دو منشأ حيواني و گياهي مي باشند . گوشت تازه اساسا شامل كربوهيدرات نمي باشد ( كمتر از يك درصد ) و غالب آن توسط واكنش هاي گليكوليتيك به اسيد لاكتيك تبديل مي شوند . مقدار ويتامين و مواد معدني غالب غذاها براي رشد اكثر ارگانيسم ها كافيست .

اسلاید 11: 2- رطوبت : يكي از قديمي ترين راههاي حفاظت مواد غذايي خشك كردن يا گرفتن آب آن است . بعضي ميكروارگانيسم ها مي توانند در شرايط خشك زنده بمانند ولي نمي توانند بدون آب به فعاليتهاي طبيعي متابوليكي يا تكثير ادامه دهند .ميكروارگانيسم ها فقط در محلولهاي آبي مي توانند رشد نمايند و نمي توانند در آب خالص يا در غياب آب رشد كنند . آب ، مواد غذايي را به داخل سلول منتقل و همچنين مواد دفعي را از سلول خارج مي كند . آب همچنين در واكنشهاي شيميايي كه مولكولها را به تركيبات كوچكتر و قابل استفاده تقسيم مي كند ، شركت مي نمايد . اين واكنشها شامل هيدروليز باندهاي پپتيدي در پروتئين ، باندهاي استري در چربي ها و تبديل پلي ساكاريدها مي باشد . آب در غذا به دو صورت غير دسترس bound و آزاد free مي باشد . آب غير دسترس توسط نيروي فيزيكي به ماكرومولكولها متصل و به عنوان حلال يا براي شركت در واكنشهاي شيميايي در دسترس نمي باشد .

اسلاید 12: آب در دسترس يا awaw يا water activity يك فاكتور در دسترس بودن آب براي واكنشهاي شيميايي و رشد ميكروبي است . aw بنا به تعريف عبارت از نسبت فشار بخار آب (P) بالاي يك ماده و فشار بخار (P0) آب خالص در همان درجه حرارت مي باشد . آب خالص داراي aw برابر 1 است و محلول 22% نمك (w/v) برابر 86/0% و محلول اشباع Nacl داراي aw برابر 75/0% است .********aw و رشد ميكروبي:ميكروارگانيسم ها براي رشد داراي aw ماكزيمم ، اپتيمم و مينيمم هستند . حداكثر aw براي رشد ميكروبي كمتر از 00/1 مي باشد . جلوگيري از رشد ميكروبي براي ميكروبيولوژيست مواد غذايي داراي اهميت است . از اين رو aw مينيمم كه در آن رشد صورت ميگيرد داراي اهميت است .

اسلاید 13: به طور كلي باكتريها براي رشد به aw بيشتري نياز دارند نسبت به مخمرها وبعد كپكها باكتريهاي گرم منفي در مقايسه با باكتريهاي گرم مثبت نياز بيشتري به aw دارند . غالب باكتريهاي عامل فساد در كمتر از aw 0/91 رشد نمي كنند ، در حالي كه كپكهاي عامل فساد در حد پائين تا 80/0 = aw مي توانند رشد كنند . از نظر باكتريهاي عامل مسموميت غذايي S.aureus مي توانند تا 86/0 رشد كند ، در حالي كه Cl.butulinum در كمتر از 94/0 رشد نمي كند. كمترين رقم گزارش شده براي باكتريها عبارت از75/0% براي باكتريهاي نمك دوست است ، در حاليكه كپكهاي گزروفيل ( خشكي دوست ) و مخمرهاي اسموفيل مي توانند به ترتيب در 65/0 و 61/0 رشد نمايند.كاهش aw به كمتر از اپتيمم موجب افزايش مرحله سكون (lag phase) ، كاهش رشد و كاهش جمعيت نهائي مي شود .

اسلاید 14: ماده اي كه براي كاهش aw به كار مي رود روي aw مينيمم اثر مي گذارد . براي مثال ساكاروميسس روكساي (Saccharomyces rouxii ) مقاوم به شكر است و مي تواند در محلول شكر در aw نزديك 62% رشد نمايد . ولي اگر محلول نمك باشد فقط بالاي 81% قادر به رشد خواهد بود . Aw مينيمم براي رشد باكتريها به جز S.aureus و باكتريهاي هالوفيل ، 91/0 – 90/0 است . براي هالوفيلها اين رقم 75/0 گزارش شده است كه برابر aw محلول اشباع نمك طعام است .رشد S.aureus در سطوح مختلف aw در شكل زير نمايان است

اسلاید 15: غالبا براي توليد اسپور در مقايسه با جوانه زدن و رشد ارگانيسم به aw بالاتري نياز است . معمولا توليد اسپور جنسي در مقايسه با توليد اسپور غير جنسي نياز به aw بالاتري دارد.درaw كمتر از مينيمم ارگانيسم رشد نمي كند . اين بدين معني است كه غذاهاي با aw كم را مي توان بدون اين كه فساد ميكروبي حاصل شود مدت طولاني تري نگهداشت . اين مي تواند به علت تاثير كاهش آب روي فعاليت هاي متابوليكي باشد چون كليه واكنش هاي شيميايي سلول ها نياز به يك محيط آبي دارد . aw خيلي بالا نيز ممكن است درجه رشد را محدود كند .

اسلاید 16: در aw پايين بعضي از سلول ها ممكن است به خوبي رشد نمايند ، در حالي كه بعضي محصولات خارج سلولي آنها توليد نمي شود . براي مثال در aw كاهش يافته ضمن اينكه استافيلوكوكوس اورئوس به مقدار قابل توجهي تكثير مي يابد ولي توليد آنتروتوكسين B متوقف مي شود . به طور كلي كاهش aw باعث افزايش مقاومت ارگانيسم به حرارت است مگر در ارقام فوق العاده پايين aw كه مقاومت ممكن است كاهش يابد.اسپورها در aw 0/2 تا 4/0 بيشترين مقاومت را دارند . aw همچنين در زمان بقاي ميكروارگانيسمها اثر مي گذارد . عموما هر چه aw پايين تر باشد ارگانيسمها بقاي بيشتري دارند .

اسلاید 17: aw مواد غذايي :aw مواد غذايي را مي توان با خروج آب آن ، با افزودن مواد مختلف ( مانند شكر و نمك ) يا با انجماد كاهش داد . غذاهاي تازه مانند ميوه جات ، سبزيجات ، گوشت ، طيور و ماهي داراي aw 0/89 تا 99/0 هستند كه به غالب ميكروارگانيسمها اجازه رشد مي دهند .در غذاهاي با aw بالا باكتريها بيشتر از قارچ ها رشد مي كنند و باعث فساد مي شوند . در حاليكه در aw پايين تر باكتريها محدود يا مانع مي شود و قارچ ها رشد و غالب مي شوند . علاوه بر اين مسئله كلي ، در ميوه جات به علت وجود اسيديته بالا ، قارچ ها باعث فساد شده و رشد باكتريها محدود مي شود .محصولاتي كه به علت شكر محتوي داراي aw پايين هستند ( مربا ، ژله ، عسل ) توسط مخمرهاي اسموفيل مورد حمله واقع مي شوند ، در حاليكه محصولاتي كه داراي نمك بالايي هستند توسط باكتريهاي مقاوم به نمك فاسد مي شوند . غذاهاي خشك عموما داراي aw زير 75/0 هستند . يك aw مناسب براي نگهداري مواد غذايي معمولا 70/0 يا كمتر است . در غذاهاي با aw پايين ممكن است آنزيمها به طور هر چند محدود فعاليت داشته باشند .

اسلاید 18: 3- اسيديته : امروزه اندازه گيري و تثبيت PH در كنترل كيفي و پروسس مواد غذايي داراي اهميت است . بنا به تعريف ، PH عبارت از لگاريتم منفي فعاليت يون هيدروژن مي باشد .ميكروارگانيسمها براي رشد داراي PH ماكزيمم ، اپتيمم و مينيمم هستند . غالب باكتريها داراي PH اپتيمم رشد نزديك 7 هستند و در حاليكه تعدادي ، شايد به دليل عمل ممانعت كنندگي اسيدي روي ساير ارگانيسمها و حذف ميكروب هاي رقيب محيط اسيدي را ترجيح مي دهند . ميكروارگانيسمهاي مولد اسيد ( لاكتوباسيلوسها و استرپتوكوكها ) مي توانند اسيديته ملايم را تحمل نمايند در حاليكه تيپهاي پروتئوليتيك ( مانند پزودوموناس ) مي توانند در مواد با PH قليايي ملايم رشد نمايند . به طور كلي كپكها مي توانند در PH كمتري در مقايسه با مخمرها رشد نمايند و مخمرها در مقايسه با باكتريها مقاومت بيشتري به اسيديته پايين دارند . باكتريها معمولا در يك ماده خنثي يا مختصري اسيد سريعتر از مخمرها رشد مي كنند ولي در PH برابر پنج يا پايين تر مخمرها رقابت كرده يا فائق مي آيند

اسلاید 19: باكتريها در مقايسه با كپكها و مخمرها نسبت به PH سخت گيرترند و باكتريهاي بيماريزا سخت گير ترين هستند . PH مينيمم بعضي از لاكتوباسيل ها بستگي به نوع اسيديته مورد استفاده دارد يعني باكتري در حضور اسيد سيتريك ، اسيد هيدرو كلريك ، اسيد فسفريك و اسيد تارتاريك در PH پايين تري قادر به رشد است ولي در حضور اسيد استيك و اسيد لاكتيك اين موضوع صادق نيست . آلكاليژنس فكاليس در حضور 2/0 مول كلرور سديم مي تواند دامنه وسيعتري از PH را تحمل نمايد ولي در غياب كلرور سديم يا در حضور 2/0 مول سيترات سديم فاقد اين توانايي است

اسلاید 20: اثرات PH : تغييرات PH ماده غذايي ممكن است به طور غير مستقيم روي رشد ارگانيسمها اثر نمايد . براي مثال در دسترس بودن يونهاي فلزي تغيير مي كند . منيزيم و فسفر در PH بالا ايجاد كمپلكس غير محلول مي كنند و در يك محيط قليايي يونهاي آهن ، روي و كلسيم غير محلول مي شوند .PH ماده غذايي ممكن است روي نفوذپذيري ديواره سلولي تأثير بگذارد . غشاي سيستوپلاستيك ميكروارگانيسمها به طور نسبي به يونهاي H+ و OH- غير قابل نفوذ است . لذا علي رغم تغييرات وسيع PH كه ممكن است در محيط اطرافي سلول صورت پذيرد غلظت يونها در داخل سيتوپلاسم نسبتا ثابت باقي مي ماند . براي مثال PH داخلي يك مخمر معروف به resting bakers yeast در حدود 8/5 مي باشد ، در حالي كه هنگام تخميرات گلوكز ، خارج سلول اسيدي تر مي شود ولي PH بالاتر باقي مي ماند .