Mikrobiologija hraneUvod

Thomas J.Monteville

i Karl R.MatthewsDepartman Nauke hrane, koledž za kuvare

Rutgers, Državni univerzitet New Jersey

New Brunswick, New Jersey

19 Organizmi kvarenja

Ciljevi učenja

Informacije u ovom poglavlju će omogućiti studentima da:

- Steknu znanja o mikroorganizmima koji su odgovorni za kvarenja širokog spektra prehrambrenih proizvoda

- Diskusiju o pojedinačnim mehanizmimam koji inhibiraju kvarenju hrane

- Da razumeju uticaj prerade hrane na mikrobiološko kvarenje

- Da indentifikuju izvore mikoroorganizama odgovornih za kvarenje specifičnih produkata

- Diskusiju o procedurama koje mogu da se implementiraju kako bi se smanjila kontaminacija sirovina

Uvod

Telefon zvoni, i tvoja prijateljica iz grada pita da li može da dođe u posetu. Ti ideš toliko daleko da predlažeš da spremiš večeru. Otvaraš frižider da bi uzeo sve neophodne sastojke kako bi napravio ukusan obrok. Nakon otvaranje tegle sosa od špageta ti primećuješ zelenkasto belu nejasnu masu na površini sosa. Meso od ručka koje si pripremio da napraviš predjelo ima zeleni sjaj i čudan miris, i izgleda ljigavo. Za salatu izvadio si zelenu salatu, ali je postala braon, a paprike imaju velike braon tačke. Da bi sabrao svoje misli ti odlučuješ da sedneš i popiješ čašu mleka, ali kada sipaš mleko ti primetiš da je gromoljičava i pomalo smrdljivo. Počinješ da shvataš da si trebao da obratiš više pažnje na kursu iz mikrobiologije hranje koji si pohađao kao student.

Proizvodi (meso, mlečni proizvodi, voće ili morski plodovi) se smatraju pokvarenim ukoliko ih senzorne promene učine neprihvatljivim za potrošača. Faktori koji se povezuju za kvarenje hrane uključuju promene u boji ili promene u teksturi, razvoj čudnih ukusa i mirisa, sluz, ili neke druge karakteristike koje čine hranu nepoželjnom za potrošnju. Dok enzimatska aktivnost u hrani doprinosi promenama za vreme skladištenja organoleptički detektovano (detektovano kroz promene u mirisu i boji) kvarenje je generalno rezultat dekompozicije i formiranja metaboličkih produkata kao rezultat mikrobiološkog rasta. U ovom poglavlju se diskutuje o kvarenju razne hrane, od mesa do mlečnih proizvoda. Tipovi mikroorganizama koji su uključeni u kvarenje, uslovi pogodni za kvarenje i nedostaci koji su povezani sa kvarenjem su pokriveni.

Meso, živina i proizvodi od morskih plodova

Poreklo mikroflore u mesu

Nivo bakterija u mišićnom tkivu zdravih životinja je ekstremno nizak. Veliki broj bakterija se nalazi na površini kože, dlakama i papcima životinja koje imaju crveno meso, kao i u gastrointestinalnom traktu. Mikrorganizmi na koži uključuju bakterije, kao što su Staphylococcus, Micrococus i Pseudomonas vrste, i gljive kao što su kvasci i plesni koji su normalno udruženi sa mikroflorom kože, kao i vrste koje potiču iz fekalija i sa tla. Na broj i sastav mikroflore utiču uslovi sredine.

Većina bakterija na polutkama crvenog mesa potiče sa kože. Za vreme skidanja kože bakterije mogu da pređu sa površine kože u unutrašnje organe sa početnim rezom. Za razliku od goveda i ovaca, koža svinja se obično ne ostranjuje, ali se šuri i ostavlja na polutkama. Do rekontaminacije može takođe doći za vreme ostranjivanja dlaka zbog prisustva ostataka dlaka u mašinama za odstranjivanje. Kontaminacija može doći ukoliko je intestinalni trakt probušen ili ukoliko su fekalije unete iz rektuma prilikom ostranjivanja crevnog sadržaja. Rukovanje može dovesti do unakrsne kontaminacije drugih polutki. Pored dlaka i utrobe, okruženje u kom se obrađuje meso kao što su podovi, zidovi, kontaktne površine, noževi, ruke radnika takođe mogu biti uzrok kontaminacije.

Poreklo mikroflore u peradi

Koža, perje i noge živine gaje mikroorganizme čije je prebivalište na koži kao i mikroorganizme koji potiču iz smeća i fecesa. Iako se nalaze na površini kože, psihotrofne bakterije, pre svega Acinetobacter i Moraxella su povezane sa perjem. Kontaminacija i unakrsna kontaminacija fekalijama se može pojaviti za vreme transporta ptica sa mesta na kojima se gaje do objekata za klanje kao i tokom prerade kada su ptice obešene i krvare. Nakon obrade, trupovi se brzo hlade da bi se ograničio rast mikroba. Led i neprekidno potapanje, sprej, vazduh, ugljen dioksid, sistem za hlađenje se koriste ili predlažu za ovu svrhu. Voda za piće bi trebalo da se koristi u ovim sistemima pošto bakterije u netretiranim vodama mogu da doprinesu kvarenju.

Poreklo mikroflore kod riba

Broj i sastav mikroflore riba zavisi od sredine iz koje su ribe uzete, sezone, uslova izlovljavanja, rukovanja i obrade. Temperatura vode ima veliki uticaj na početni broj i tip bakterija na površini riba. Veći broj bakterija je generalno prisutan na ribama iz toplih sutropskih i tropskih voda nego na ribama koje potiču iz hladnijih voda. Ribe izvađene iz umerenih voda sadrže uglavnom psihotrofne bakterije dok se mezofilne bakterije najviše nalaze na ribama iz tropskih područja. Bakterije iz rodova Acinetobacter, Aeromonas, Cytophaga, Flavobacterium, Moraxella, Pseudomonas, Shewanella i Vibrio dominiraju na ribama i ljuskarima iz umerenih voda dok Bacillus, korinobakterijei Micrococcus vrste češće dominiraju na ribama subtropskih i tropskih voda. Inicijalna mikroflora na ribama zavisi od toga kako su uhvaćene. Ribe uhvaćene mrežom imaju viši nivo mikroba nego one koje su upecane prilikom povlačenjem zamkom. Prilikom hvatanja mrežom povlačenje ribe u mreži i nečistoće na dnu okeana uzburkaju blato i zagade ribu. Takođe zbijenost ribe u mrežama takođe može dovesti do izlivanja crevnog sadržaja što

dovodi do naknadne kontaminacije ribe. Odlaganje hlađenja ribe takođe povećava mogućnost brzog rasta mikroba. Kod nekih vrsta riba (tuna, skuša i skipjack ) ovo može da dovede do povećanog nivoa toksičnog histamina koji proizvodi Morganella (proteus) morganii i povezanih gram negativnih bakterija koje proizvode histidin dekarboksilazu. Photobacterium phosphorum može da proizvede histamin za vrene skladištenja ovih riba na niskim temperaturama.

Poreklo mikroflore kod ljuskara

Za razliku od ostalih ljuskara (jastozi, krabe i rakovi) koji se drže živi dok se toplotno ne obrade, škampi umiru ubrzo nakon hvatanje. Dekompozicija počinje uskoro nakon smrti i uključuje bakterije sa površine škampa koje potiču iz morskog okruženja ili iz kontaminacije za vreme rukovanja i pranja. Školjke (ostrige,vongole,kapice i dagnje) predstavljaju filter hranilice, i zato, njihova mikroflora zavisi od kvaliteta vode u kojoj one obitavaju ili kvaliteta vode za pranje i ostalih faktora. Bakterije uključujući Pseudonomas spp, Shewanella putrefaciens, Acinetobacter i Moraxella koje uzrokuju kvarenje ribe, takođe uzrokuju i kvarenje ljuskara.

Bakterijska vezanost za površinu hrane

Kvarenje mesa, peradi i morskih plodova se generalno javlja kao rezultat rasta bakterija koje su naselile površinu mišića. Prva faza u naseljavanju i rast uključuju vezanost ćelija mikroorganizma za površinu mišića. Bakterijska vezanos za mišićnu površinu uključuje dve faze. Prva je labava revezibilna sorpcija koja može biti povezana sa van der Valsovim silama ili drugim fizičkohemiskim faktorima. Jedan od faktora koji utiče na vezanost u ovoj tački je populacija bakterija u filmu vode. Druga faza se sastoji od ireverzibilne vezanosti za površinu uključujući produkciju ekstraceluralnog saharidnog sloja poznato kao glikokaliks. Mnogi faktori mogu da utiču na bakterijsku vezanost uključujući površinske karateristike, temperaturu i pokretljivost bakterija.

Progresija mikroba za vreme skladištenja

Inicijalna mikroflora mišićne hrane je veoma varijabilna. Ona dolazi od mikroorganizama naseljenih u ili na živoj životinji; ekološki izvori kao što je vegetacija, voda i tlo; sastojci korišćeni u proizvodima od mesa, ruke radnika, i kontaktne površine u postrojenjima za obradu. Većina kvarljivog mesa, živine i morskih plodova se čuvaju na temperaturama hlađenja kako bi se produžio njihov rok trajanja. Kako se javlja mikrobiološki rast za vreme skladištenja, sastav mikroflore se menja tako da postaju dominantne nekoliko, vrlo često jedna mikrobna vrsta, obično rod Pseudomonas, Lactobacillus, Moraxella, i Acinetonebacter ili vrste Brochothrix thermosphacta. Pseudomonas vrste se mogu uspešno takmičiti na aerobnim uslovima hlađenja zbog toga što imaju konkurentnu stopu rasta, ali Moraxella i Acinetobacter vrste su manje sposobne za kompeticiju na temperaturama hlađenja i nižem pH. Rast mikroflore koja izaziva kvarenje pod aerobnim uslovima je potisnut za vreme skladištenja pod vakumom ili u modifikovanoj atmosferi. Pod ovim uslovima, mlečno kiselinske bakterije su favorizovane zbog njihove stope rasta, njihovog fermetativnog metabolizma i njihove sposobnosti da rastu na pH opsegu mesa. Na

višim pH, B.thermosphacta i C.putrefaciens mogu da rastu i doprinesu kvarenju. Aktivnost vode (aw) nekih vrsta prerađenih mesa je snižena dehidratacijom ili dodatkom rastvorenih materija, kao što su so i šećer. Kada nizak aw ograniči rast bakterija može doći do rasta gljiva. Rast mikroorganizama se ne javlja na proizvodima sa aw vrednostima manjim od 0,60.

Mišićno tkivo kao sredina za rast

Sastav (procenat masti, nemasti, i ugljenih hidrata) mesa utiče na rast mikroba i tip kvarenja. Istraživanja ukazuju da kvarenje u mesu postaje evidentno kada broj bakterija koje uzrokuju kvarenje na površini dostigne 10⁷CFU/cm2. Za vreme anaerobnog kvarenja čudni mirisi se najpre detektuju kada se dostigne nivo od 10⁷CFU/cm2. Kada broj dostigne 10⁸CFU/cm2 površina mišićnog tkiva će početi da izgleda lepljivo što predstavlja prvu fazu u formiranju sluzi.

Sastav i kvarenje crvenog mesa

Aw crvenog mesa čistog mišićnog tkiva je 0,99 sa odgovarajućim sadržajem vode 74 do 80%. Sadržaj proteina može varirati od 15 do 22%, sadržaj lipida neobrađenog crvenog mesa varira od 2,5 do 37% i sastav ugljenih hidrata od 0 do 1,2%. Glukoza dovodi do akumulacije mlečne kiseline i kao rezultat dolazi do opadanja pH. Kvarenje mesa skladištenog na sobnoj temperaturi dovodi do rasta mezofila pre svega Clostridium perfringens i članova familije Enterobacteriaceae. Kvarenje duboko u mišićnom tkivu, poznatog kao „sours“ ili „bone taint“ nastaje usled sporog hlađenja polutki što rezultira u rastu anaerobnih mezofila, smatrajući da su već prisutni u mišićnom tkivu. Ako se površina polutki ili svežih delova mesa osuši, rast bakterija može biti ograničen i može se pojaviti kvar od strane gljiva. Thamnidium, Mucor i Rhizopus mogu dovesti do dlakavosti, vazdušastog ili paučinastog sivo-crnog rasta na govedini zbog prisustva micelije. Crne tačke nastaju kao rezultat rasta Cladosporidium, bele tačke se pripisuju rastu Sporotrichum i Chrysosporium i zelene fleke se prepisuju Penicillium. Plesni neće rasti na govedini koje se drže na temperaturama ispod -5c .

Sastav i kvarenje živinskog mišića

Mehanizam mikrobnog kvara živinskog mišića je sličan kao i kod crvenog mesa . Kvar je generalno ograničen na spoljnu površinu kože i rezova i karakteriše se čudnim mirisima i služavošću, i različitim tipovima diskororacije. Koža može da pruži zaštitu od ulaska mikroorganizma koji izazivaju kvarenje mišićnih tkiva ispod kože. Iako je pH grudnog mišića (pH 5,7 do 5,9) različit nego na nožnom mišiću (pH 6,4 do 6,7) organizmi koji uzrokuju kvarenje su slični i uključuju Pseudonomas, aeromonas i c.putrefaciens. Za živinske trupove pakovane u ambalažama nepropusnim za kiseonik kvarenje mogu da uzrokuju Shewanella, B.thermosphacta i netipični laktobacili. Sposobnost da proizvode sufildna jedinjenja kao što je hidrogen sulfid, dimetilsulfid i metilmerkatpan čine C.putrefaciens važnom komponentom mikroflore kvarenja.

Sastav i kvarenje riba

Unutrašnja mišićna tkiva zdrave žive ribe su generalno sterilna. Bakterije su prisutne na površini sluzavog sloja kože i na površini škrga, kao i u crevima u slučaju riba iz ribnjaka. Sastav ribljih mišića veoma varira među vrstama i zavisi od veličine, godišnjeg doba, ribolovnih područija i loše ishrane. Prosečan sastav kod nemasnih riba kao što je bakalar, iznosi 18% proteina i manje od 1% lipida, dok u masnim ribama kao što je haringa, sadržaj masti može da varira od 1 do 30% sa sadržajem vode koja varira, tako da masti i voda obuhvataju blizu 80% mišićnog tkiva. Kao i kod druge mišićne hrane mikroflora kvarenja sveže zaleđene ribe se sastoji većinom od Pseudomonas spp . C.putrefaciens, takođe može da doprinese kvarenju morske hrane i Acinetobacter i Moraxella mogu da obuhvate manji deo mikrobnog kvara. Karakteristike kvarenja sveže ribe se mogu podeliti u 4 faze. I faza dolazi do 6 dana nakon smrti i uključuje širenje bakteriske populacije bez mirisa. II faza se pojavljuje 7 do 10 dana nakon smrti i bakteriski rast postaje uočljiv i dolazi do razvoja neznatnog ribljeg mirisa. III faza se javlja od 11 do 14 dana nakon smrti i karakteriše se brzim bakteriskim rastom, kiselim i ribljim mirisom i dolazi do formiranja sluzi. IV faza se javlja nakon više od 14 dana nakon smrti na kojoj je broj bakterija konstatan, proteoliza počinje i koža je izuzetno sluzava i miris je neprijatan.

Sastav i kvarenje ljuskara

Ljuskari i školjke generalno sadrže veću količinu slobodnih aminokiselina nego ribe. Trimetilamin oksid je prisutan u ljuskarima, sa izuzetkom glavonožaca, kapica i srčanki i odsutan je u tkivu školjki. Ljuskari poseduju katepsin koji brzo razbija proteine dovodeći do omekšavanja tkiva i razvitka isparljivih čudnih mirisa. Uklanjanje glave nakon hvatanja može da produži život tako što se eliminiše organ koji otpušta degradativne enzime. Meso nekih ljuskara (pre svega škampi) pati od vizuelnog defekta poznatog kao melanoza crne tačke koji nastaje zbog aktivnosti polifenol oksidaze i nije uslovljeno mikrobiološkom akcijom.

Školjke mogu da sadrže niži nivo koncetracije azota u njihovom mesu nego ribe i ljuskari i mnogo više ugljenih hidrata, većinom u formi glikogena. Kao rezultat, obrazac kvarenja školjki se razlikuje od ostalih morskih plodova i generalno je fermentativan, sa pH tkivom koje opada kako kvarenje napreduje, donoseći dominaciju laktobacila i streptokoka.

Faktori koji utiču na kvarenje

Protelitička i lipolitička aktivnost

Iako Pseudomonas i druge bakterije koje izazivaju kvarenje mogu da proizvedu protelitičke enzime, njihova produkcija je odložena do kasne logaritamske faze rasta. Proteoliza se javlja jedino kada je broj populacije veći od 10⁸ CFU/cm², kada je kvarenje uznapredovalo i bakterije su se približile njihovoj maksimalnoj gustini.

Oksidativna užeglost masti se javlja kada nezasićene masne kiseline reaguju sa kiseonikom iz sredine skladišta. Stabilna jedinjenja, kao što su aldehidi, ketoni, masne kiseline kraćih lanaca se proizvode, sa

eventualnom pojavom kiselog mirisa i ukusa. Autooksidacija, koja zavisi od mikrobiološke aktivnosti, se javlja u mišićnoj hrani skladištenoj u aerobnim uslovima. Stopa rasta zavisi od prisustva nezasićenih masnih kiselina u mastima. Generalno, produkcija lipaze je ograničena dok se ugljeni hidrati u mišićnom tkivu ne potroše; neverovatno je da mikrobiološka lipolitička aktivnost dolazi tek nakon što se glukoza sa površine mišića ne potroši. Na ovoj tački, aminokiseline će takođe biti razorene, i karakteristike kvarenja mogu da zamaskiraju efekte užeglosti.

Kvar masnog tkiva

Masno tkivo se sastoji pretežno od nerastvorljivih masti koje ne mogu da služe za rast mikroorganizama dok se ne razbiju i emulguju. Dok su procesi kvarenja i stopa rasta bakterija koje izazivaju kvarenje slične za masna i mišićna tkiva, nizak nivo ugljenih hidrata u masnom tkivu znači da će se mirisi kvarenja detektovati kada je prisutan manji broj bakterija i većina, ako ne i sva glukoza utrošena. Ovo se javlja kada populacija dostigne 10⁶ CFU/cm². Stopa rasta nekih psihotrofnih mikroorganizama, kao što su Hafnia alvei, Serratia liquefaciens i Lactobacillus plantarum, je viša u masnom nego u nemasnom mesu govedine i svinjskog tkiva. Bakterije koje izazivaju kvarenje, kao što je C.putrefaciens, takođe mogu da rastu. U praksi, kvarenje mastog pre nemasnog tkiva je malo verovatno, s obzirom na prisustvo tečnosti u mišićnom tkivu u vakum pakovanim komadima i ograničenju bakterijskog rasta zbog sušenja površine polutke.

Kvarenje pod anaerobnim uslovima

Mlečno kiselinske bakterije dominiraju u mikroflori kvarenja mišićne hrane kada je kiseonik isključen iz skladišta. Ukoliko je pH mišićnog tkiva visok ili su prisutne preostale količine kiseonika, drugi mikroorganizmi, kao što je B. thermosphacta i C. putrefaciens mogu da uzrokuju kvarenje. Stopa rasta bakterija pod anaerobnim uslovima je znatno redukovana u poređenju sa stopom rasta pod aerobnim uslovima. Maksimalna gustina ćelija koja se dostiže pod anaerobnim uslima (približno 10⁸ CFU/ cm²) je znatno manja nego ona koja se dostigne pri aerobnim uslovima (>10⁹ CFU/cm²). Kiseo, sirast miris i sirast mlečni ukus koji se razvijaju u mišićnom tkivu pod anaerobnim uslovima se pripisuje, barem delom, akumulaciji masnih kiselina kratkih lanaca i aminima. Prisustvo B.thermosphacta u znatnom broju uzrokuje mnogo brže kvarenje nego prisustvo mlečnokiselinskih bakterija.

Ostale karakteristike mesa povezane sa kvarenjem

Životinje koje su izložene stresu ili izmorene pre klanja mogu da imaju istrošen nivo mišićnog glikogena. U ovim uslovima se kao rezultat javlja tamno, čvrto i suvo meso. Kvar tamnog, čvrstog i suvog mesa se javlja mnogo brže nego kvar mesa pri normalnom pH. Brzi kvar je uzrokovan odsustvom glukoze, i samim tim mlečne kiseline u tkivu. Bledo, meko, vodnjikavo mišićno tkivo se javlja u svinjetini i ćuretini, i u manjoj meri u govedini, u kojima potrošnja šećera smanjuje mišićni pH do njegovog krajnjeg nivoa dok je temperatura mišića još uvek visoka. Postoji debata da li se bledo, meko, vodnjikavo meso kvari mnogo sporije nego meso sa normalnim pH.

Usitnjeni proizvodi

Ograničen rok trajanja usitnjene (mlevene i mešane) mišićne hrane se pripisuje višem inicijalnom broju mikroba, zbog korišćenja proizvoda manjeg kvaliteta za mlevenje, kontaminaciji za vreme obrade mesa i efektima usitnjavanja mišićnog tkiva. Na površini usitnjenih proizvoda u aerobnim uslovima čuvanja, Pseudomonas, Acinetobacter i Moraxella predstavljaju glavni deo mikroflore, dok su u unutrašnjosti gde je ograničen dovod kiseonika, mlečnokiselinske bakterije dominantne. Povremeni kontaminenti, kao što je Aeromonas spp ili članovi familije Enterobacteriaceae, se javljaju mnogo češće na usitnjenim proizvodima nego na netaknutom tkivu.

Kuvani proizvodi

Kuvanje mišićne hrane uništava vegetativne oblike bakterija, iako endospore mogu da prežive. Za kvarljivo, kuvano, nedimljeno meso, kvarenje je izazvano od strane bakterija koje preživljavaju toplotnu obradu ili naknadno,kontaminacijom nakon obrade. Mikroorganizmi koji su odgovorni za kvarenje ovih proizvoda uključuju psihrotrofne mikrokoke, streptokoke, laktobacile i B. thermosphacta.

Prerađeni proizvodi

Mikrobiološko kvarenje prerađenih proizvoda zavisi od prirode proizvoda i od sastojaka koji se koriste. Kvarenje prerađenog mesa može se okarakterisati kao sluzavo kvarenje, ukiseljavanje, ili ozelenjavanje. Sluzavo kvarenje koje je obično ograničeno na spoljašnjim površinama omotača proizvoda, dovodi do rasta određenih kvasaca, dva roda mlečnokiselinskih bakterija, Lactobacillus i Enterococcus; i B.thermosphacta. Ukiseljavanje se tipično javlja, ispod omotača kada bakterije, kao što su laktobacili, enterokoke, i B.thermosphacta, potroše laktozu i druge šećere za proizvodnju kiselina. Dok zeleno kvarenje svežeg mesa može da bude rezultat produkcije hidrogensulfida od strane određenih bakterija, zeleni kvar suhomesnatih proizvoda može takođe da se javlja u prisustvu vodonik peroksida, koji može da se formira na površini vakum ili modifikovana-atmosfera pakovanja kada se oni izlože vazduhu. Lactobacilus viridescens je najčešći uzrok ovog tipa zelenog kvara, ali vrste kao što su Streptococcus i Leuconostoc, takođe mogu da dovedu do ovog defekta. Prisustvo ovih bakterija je često rezultat loših sanitarnih mera.

Suhomesnati proizvodi se kvare od strane mikroorganizama koji tolerišu nizak aw kao što su laktobacili i mikrokoke. Ako se saharoza doda u suhomesnati proizvod, sluzav sloj od ekstrana može da nastane kao rezultat aktivnosti Leuconostoc spp ili drugih bakterija kao što su L. viridescens. B.thermosphacta takođe može da bude uključena u kvarenje ovih proizvoda. Ako je meso osušeno ispravno i ispravno skladišteno, nizak aw obezbeđuje im mikrobiološku stabilnost. Da bi se ograničio rast određenih vrsta mikroorganizama koji mogu da rastu na niskom aw, sadržaj vode u sušenim proizvodima se mora značajno smanjiti. Mikrobiološko kvarenje ovih proizvoda se neće pojaviti ukoliko se ne izlože visokoj relativnoj vlažnosti ili drugim uslovima visoke vlažnosti, što dovodi do upijanja vlage. Dodatak antigljivičnih agenasa može usporiti rast mikroba na ovim proizvodima.

Kontrola kvarenja mišićnih namirnica

Modifikovanje unutrašnjih karakteristika proizvoda ili spoljašnjih karakteristika uslova skladištenja mogu da kontrolišu rast mikroorganizama koji izazivaju kvarenje mišićne hrane. Rok trajanja obrađenog mesa može biti produžen prerađivačkim procesima i sastojcima koji ili sprečavaju rast mikroorganizama kvarenja ili deluju selektivno i utiču na pojavu manje ofanzivnih mikroorganizama kvarenja. Za sveže meso produženje roka trajanja je postalo posebno bitno kako prehrambena industrija sve više ide ka centralizaciji procesa prerade sa distrubucijom proizvoda u sve udaljenija strana i domaća tržišta. Specifične metode za sprečavanje kvarenja i produženje roka trajanja mišićne hrane uključuju dobru proizvođačku praksu na nižim nivoima za proizvode koji se skladište i distribuiraju; ispiranje vodom, potapanje i prskanje da bi se uklonili fizički i mikrobiološki kontaminenti sa trupova; i uključivanje antimikrobnih komponenti kao što su hlor i oraganske kiseline, u vodi za pranje. Upotreba mlečne kiseline, sirćetne kiseline, propionske, i limunske je istraživana, iako su mlečna i sirćetna kiselina češće korišćene za redukciju nivoa mikroba na površini trupova. Veća efektivnost organskih kiselina zavisi od faktora kao što su vrsta kiseline, koncentracija, temperatura, i tačka njihove aplikacije u toku obrade. Temperatura je najvažniji parametar sredine koji utiče na rast mikroorganizama u mišićnoj hrani. Ukoliko temperatura opadne ispod optimalnog nivoa za rast mikroorganizama, generacijsko vreme i lag faza su produženi i samim tim rast je usporen (slika 19, tačka 1). Pod aerobnim uslovima skladištenja visoka stopa rasta Pseudomonas spp. omogućava uspešnu kompeticiju sa mezofilima i drugim psihrotrofima na temperaturama ispod 20⁰C. Takođe, pod anaerobnim uslovima na temperaturama ispod 20⁰C brza stopa rasta psihrotrofnih laktobacila omogućava uspešnu kompeticiju sa ostalim psihrotrofnim mikroorganizmima koji izazivaju kvarenje. Skladištenje hrane na temperaturama na kojima mogu rasti mezofili omogućava i ovim mikroorganizmima da doprinesu kvarenju. Više temperature skladištenja takođe omogućavaju rast psihrotrofnim mikroorganizmima čiji bi rast inače bio zaustavljen od strane pH ili koncentracije mlečne kiseline u mišićnom tkivu na smanjenim temperaturama. Takođe, minimalne temperature za rast psihrotrofnih mikroorganizama kvarenja mogu biti povećane od strane ostalih faktora koji utiču na rast, npr. pH, aw, ili oksidoredukcioni potencijal, ili od strane inhibitornih agenasa, kao što su aditivi ili povećan nivo ugljendioksida.

Rok trajanja mišićne hrane može biti produžen skladištenjem pod vakumom ili u modifikovanoj atmosferi. Pakovanje u modifikovanoj atmosferi uključuje skladištenje proizvoda u ambalaži sa visokom barijerom kiseonika sa drugačijim sastavom gasa u vazduhu. Ovakav sastav vazduha sadrži povećane koncentracije ugljendioksida, i može takođe da sadrži azot i kiseonik u raznim proporcijama. Produženje roka trajanja ovakvih proizvoda rezultira u modifikaciji mikroflore kvarenja od aerobnih psihrotrofnih populacija, kao što su Pseudomonas, Moraxella i Acinetobacter, do jedne koja se sastoji pretežno od mlečnokiselinskih bakterija i B. thermosphacta (slika 19, tačka 2). Ugljendioksid se najčešće koristi u modifikovanoj atmosferi zbog svoje bakteriostatičke aktivnosti. Ugljendioksid produžava lag fazu i generacijsko vreme mnogih mikroorganizama. Kiseonik povremeno ulazi u sastav modifikone atmosfere jer se koristi za pakovanje svežeg crvenog mesa da bi se održao oksimioglobina koji je odgovoran za svežu crvenu boju mesa poželjnu od strane kupaca. Međutim, ukoliko su prisutne značajne količine kiseonika, i aerobni mikroorganizmi i B.thermosphacta mogu rasti dovesti do kvarenja. Azot takođe

može da bude uključen, da zameni kiseonik i odloži oksidativnu užeglost i da inhibira rast aerobnih mikroorganizama.

Zračenje mesa povećava mikrobiološku sigurnost i kvalitet tako što značajno redukuje populacije patogenih i bakterija kvarenja. Relativno niske doze zračenja, <5 kGy, dobijaju najviše interesovanja. Doze radijacije koje su potrebne da inaktiviraju 90% vegetativnih ćelija i patogenih bakterija, varira od uslova obrade (temperatura i prisustvo ili odsustvo vazduha) ali tipični opseg se kreće od niskih <0,2 kGy za Aeromonas i Campylobacter pa do visokih 0,77 kGy za Listeria i Salmonella. Iako postoje određene varijacije među vrstama, doze radijacije koje su potrebne da inaktiviraju 90% vegetativnih ćelija bakterija kvarenja obično se nalaze u opsegu od 0,2 do 0,8 kGy. Nasuprot tome, doze potrebne za inaktivaciju Clostridium spora su visoke i iznose 3,5 kGy. Niske doze radijacije <5 kGy su efektivne i produžavaju rok trajanja svežem mesu. Zbog značajne redukcije patogenih i bakterija kvarenja, niske doze zračenja su preporučene kao pasterizacioni proces za sveže meso. Jedan od najvećih nedostataka zračenja je oklevanje potrošača da konzumiraju ozračenu hranu.

Mleko i mlečni proizvodi

Ovaj deo se fokusira na kvarenje mlečnih proizvoda koje nastaje kao rezultat mikrobiološkog rasta. U savremenoj preradi mlečnih proizvoda koristi se pasterizacija, sterilizacija, fermentacija, dehidratacija, hlađenje, i smrzavanje kao metodi konzervisanja. Kombinacija metoda konzervisanja sa separacionim procesima (kao što su bućkanje, filtracija, centrifugiranje i koagulacija) rezultira u različitom asortimanu mlečnih proizvoda sa različitim ukusima i teksturom, i raznovrsnom mikroflorom kvarenja. Kvarenje mlečnih proizvoda je manifestovano čudnim mirisima i ukusima, i promenama u teksturi i izgledu. Određeni nedostaci mleka i sira uzrokovani od strane mikroorganizama su dati u tabelama 19.1 i 19.2

Tabela 19.1 Neki defekti mleka kao rezultat mikrobnog rasta

Defekti Udruženi mikroorganizmi Vrsta enzima Metabolički produktiGorak ukus Psychrotrophic bacteria,B.cereus Proteaze, Peptidaze Gorki peptidiUžegao ukus Psychrotrophic bacteria Lipaze Slobodne masne kiselineVoćni ukus Psychrotrophic bacteria Esteraze Etil estriKoagulacija Bacillus spp. Proteaze Kazein destabilizacijaKiseo ukus Mlečno kiselinske bakterije Glikolitički Mlečne i sirćetne kiselineSlatki ukus Mlečno kiselinske bakterije Oksidaze 3-metil butanTegljiv Mlečno kiselinske bakterije Polimeraze Ekopolisaharidi*preuzet iz J.F.Frank,p.111-126, u M.P.Doyle, L.R.Beuchat, i T.J.Monteville, Mikrobiologija hrane: Osnove i granice(ASM press,Washington, 2001

Mleko i mlečni proizvodi kao sredina za rast

Mleko

Mleko je pogodna sredina za rast mnogih mikroorganizme zbog visokog nivoa vode, pH blizu neutralnom i različitim dostupnim nutritijentima. Iako je mleko dobra sredina za rast, dodatak ekstrakta kvasca ili hidroliza proteina često povećavaju stopu rasta sugerišući da mleko nije......

Tabela 19.2 Neki defekti sira kao rezultat mikrobnog rasta

Defekti Udruženi mikroorganizmi Metabolički produktiOtvorena tekstura,pukotine Heterofermentativni laktobacili Ugljen dioksidRani gas Koliformne bakterije, kvasci Ugljen dioksid, vodonikKasni gas Clostridium spp. Ugljen dioksid, vodonikUžeglost Psihrotrofne bakterije Slobodne masne kiselineVoćni miris Mlečno kiselinske bakterije Etil estriBela kristalna površina Lactobacillus spp. Previše D-laktataRoze diskoloracije L.delbrueckii subsp.bulgaricus Visok redoks potencijal*preuzet iz J.F.Frank,p.111-126, u M.P.Doyle, L.R.Beuchat, i T.J.Monteville, Mikrobiologija hrane: Osnove i granice(ASM press,Washington, 2001

Fizičke metode konzervisanja namirnica

Ciljevi učenja

informacije u ovom poglavlju će pomoći studentu da:

- iskoriste koncept aktivnosti vode

- da naprave razliku između slobodne vode i vode koja je nedostupna za rast mikroorganizama

- za razumevanje efekta aw na rast mikroorganizama i mikrobiološku ekologiju

- da uvažavaju ulogu temperature, kontrolisane atmosfere, i zamrzavanja u mikrobiološkom rastu

- da razlikuju različite tipove toplotne obrade, njihove ciljeve, i njihovu industrijsku primenu

- kvantitativno utvrđivanje, koristeći Diz vrednosti, primenjenog toplotnog procesa na organizme

- da naprave tehničku i socijalnu presudu o upotrebi zračenja kao metoda konzervisanja namirnica

- steknu znanje o novim netermičkim metodama konzervisanja hrane

Uvod

uslovi koji su previše stresni za rast mikroorganizama mogu da oštete bakterijske ćelije. Niži stres inhibira ćelijski rast; veći stres ubija ćelije. Tako, sa hranljivom sredinom se može manipulisati za inhibiranje ili ubijanje mikroba. Fizička manipulacija hrane može da inhibira mikrobiološki rast, uništi ćelije, ili mehanički ukloni mikrobe iz hrane. Dehidratacija, hlađenje, i zamrzavanje inhibiraju rast mikroorganizama. Mikrobi mogu biti uništeni toplotom ili UV zracima ili jonizujućim zračenjem. Netermalna energija je takođe letalna, i membranska filtracija uklanja mikrobe iz tečne hrane. U ovom poglavlju se diskutuje o fizičkim metodama konzervisanja namirnica, osim filtracije.

Proces dehidratacije

Voda je glavni faktor u kontrolisanju kvarenja hrane. Međutim, raspoloživost vode, ne celokupna voda, je ta koja utiče na inhibiranje. Voda je hemijski vezana za molekule hrane. (Voda je vezana jonskim interakcijama, vodoničnim vezama, itd, sa hemijskim konsituentima hrane,) Vezana voda nije dostupna za hemijske reakcije ili mikrobiološki rast. Količina nevezane vode, ili dostupne određuje da li će mikroorganizmi rasti.

Mera za raspoloživost vode u namirnicama naziva se aktivnost vode (aw), definiše se kao odnos pritiska pare rastvora vode u hrani, P, i pritiska pare čiste vode, Po, na istoj temperaturi:

aw=P/Po

Kretanje vodene pare iz hrane u vazduh zavisi od sadržaja vlage, sastava namirnice, temperature, i vlažnosti. Na konstantnoj temperaturi voda u namirnici se nalazi u ravnoteži sa vodenom parom u atmosferi. Ovo se naziva ravnotežni sadržaj vlage. Na ravnotežnom sadržaju vlage, namirnica ni ne prima

ni ne gubi vodu u atmosferi. Relativna vlažnost sredine je tako u ravnoteži sa relativnom vlažnošću vazduha ( ERH %). ERH se definiše na sledeći način:

ERH(%)=aw*100

Namirnice na istoj aw vrednosti mogu da imaju različit sadržaj vlage u zavisnosti od njihovog hemijskog sastava i različit kapacitet vezivanja vode (tabela 24.1.).

Dehidratacija čuva hranu tako što uklanja slobodnu vodu iz namirnice tj. smanjuje aw vrednost. Topao vazduh uklanja vodu isparavanjem. Sušenje zamrzavanjem uklanja vodu sublimacijom nakon smrzavanja. Ovi procesi redukuju aw vrednost hrane na nivo koji inhibira rast.

Aws različitih namirnica je upoređena u tabeli 24.2.. Namiirnice sa velikom količinom vlage, kao što su voće, povrće, meso, riba, imaju aws >0.98. Hrana sa srednjom količinom vlage (džemovi, kobasice itd) imaju aw vrednosti od 0.7 do 0.85. Dodatni konzervišući faktori (redukcija pH, konzervansi, i pasterizacija) su obavezni za mikrobiološku stabilnost. Veza između aw vrednosti, rasta, i skladištenja je prikazana na slici 24.1.

Različiti mikrobi imaju različite aw zahteve. Opadanje aw vrednosti produžava se lag faza rasta, snižava se stopa rasta, i smanjuje se broj ćelija u stacionarnoj fazi. Mikroorganizmi izazivači alimentarnih oboljenja su grupisani na osnovu njihovih minimalnih aw vrednosti u tabeli 24.3. Gram negativne vrste obično zahtevaju više aw vrednosti. Gram negativne bakterije, kao što je Pseudomonas i većina Enterobacteriace, obično rastu na aw vrednostima 0.96 i 0.93. Gram pozitivne bakterije koje ne formiraju spore su manje osetljive na redukciju aw vrednosti. Mnoge Lactobacilace imaju minimum aws blizu 0.94.

Neke mikrokoke rastu ispod aw 0.90. Stafilokoke su jedinstvene među alimentarnim pategenima zbog toga što mogu da rastu pri minimalnim aw vrednostima od 0.86. Međutim, oni ne stvaraju toksine ispod aw 0.93. Većina bakterija koje formiraju spore ne rastu ispod aw vrednosti 0.93. Klijanje spora i isklijavanje Bacillus Cereus je sprečeno na aw vrednostima 0.97 do 0.93. Minimalne aw vrednosti za isklijavanje spora i rast Clostridium Perfrigens je između aw vrednosti 0.97 do 0.95. Nekoliko vrsta kvasaca raste na aw vrednostima nižim od onih kod bakterija. Halotolerantne vrste, kao što su Debariomices Hanseni, Hansenula anomala, i Candida pseudotropicalis dobro rastu na suhomesnatim proizvodima i kiselim krastavcima pri koncentraciji NaCl od 11% (aw=0.93). Neke kserotolerantne vrste (kao što su zigosacharomices rouhi, zigosacharomices baili, i zigosacharomices bisporus) rastu i kvare namirnice, kao što su džemovi, med, sirupi, koji imaju visok sadržaj šećera (i samim tim nizak aw).

Plesni generalno rastu na nižim aw vrednostima nego bakterije. Najčešće kserotolerantne plesni pripadaju rodu Eurotioum. Njihov minimalni aw za rast je od 0.71 do 0.77, dok su optimalne aw vrednosti 0.96. Prave kserofilne plesni, kao što su Monascus (Heromices) bisporus ne rastu pri aw vrednostima većim od 0.97 do 0.99. Povezanost između aw vrednosti i rasta plesni i formiranja toksina je kompleksna. Plesni mogu da rastu, ali da ne produkuju toksine, pod mnogim uslovima. Različite granice aw vrednosti za rast bakterija i gljiva održava mehanizme koji im pomažu da rastu pri niskim aw vrednostima. Bakterije štite same sebe od osmotskog pritiska akumulirajući rastvorene materije

intracelularno. Kompatibilne rastvorene materije dovode u ravnotežu ćelijsku intracelularnu aw sa onom u okruženju ali se ne mešaju sa ćelijskim metabolizmom. Neke bakterije akumuliraju K-jone i aminokiseline, kao što je prolin. Halotolerantne i kserotolerantne gljive kontentrišu poliole kao što su glicerol, eritriol, i arabitol.

Sušenje

Kada se hrana suši, topao vazduh dovodi do isparavanja vode i odnosi je dalje. Temperatura sušenja i opadanja aw vrednosti utiču na mikrobe. Faktori kao što su veličina i sastav hrane i kombinacija vremena i temperature utiču na mikrobiološki efekat sušenja.

Tokom početnog perioda sušenja, temperatura je još uvek niska i relativna vlažnost visoka. Veličina čestica hrane određuje trajanje ove faze. Ukoliko faza dugo traje , mikrobi mogu da rastu. Za vreme kasnije faze sušenja, temperatura je još uvek visoka ali je relativna vlažnost niska. Ovde ne postoji šansa za rast, ali nema ni mnogo letalnog efekta. Više temperature dovodi do smanjenog sadržaja vlage, i suva toplota je manje letalna nego vlažna toplota. Ukoliko sušenje traje dovoljno dugo (najmanje 30 minuta), kombinacija vremena i temperature je ta koja uništava ćelije mikroorganizama. Distribucija temperature i vlage u hrani određuju letalnost. Sa određenim metodama sušenja, temperatura na površini može da dostigne 10 ⁰, dok unutrašnja temperatura ostaje niža. Kda se mikrobi uglavnom nalaze na površini,0̊̊ 0̊̊�� njihova inaktivacija je povećana. Letalna kombinacija visoke temperature i visoke vlažnosti je retka za vreme sušenja. U stvari, većina mikroorganizama se uništava pri uslovima visoke temperature i niske vlažnosti, koji traju dugo nakon pravog sušenja. Populacija ćelija se smanjuje za vreme skladištenja zbog oštećenih ćelija koje ne mogu da se oporave na niskom aw i postepeno umiru.

aw vrednost sušenih namirnica je ustvari mnogo niža nego minimum rasta mikroba. Zbog toga su sušeni proizvodi mikrobološki stabilni. Ukoliko ERH poraste ili temperatura opadne kondenzacija vlage na površini proizvoda dozvoljava rast plesnima.