Consideratii generale asupra microbiotei alimentelor.

Consideratii generale asupra microbiotei alimentelor.

Microbiota alimentelor in functie de natura microorganismelor componente , poate fi diferentiata in microbiota specifica si nespecifica.

Microbiota specifica

Este alcatuita din microoganisme cultivate denumite si culturi starter introduse dirijat in produs, in scopul obtinerii unor transformari dorite. In aceeasi categorie intra si microbiota care se formeaza in etape tehnologice detreminate (la murarea verzii si a altor legume, la fermentarea mustului s.a.) si care realizeaza insusiri senzoriale si de compozitii obligatorii, cu o influenta pozitiva asupra calitatii alimentelor . Microorganismele benefice introduse in mod dirijat sub forma de culturi pure pentru cresterea calitatii produselor alimentare nu sunt considerate contaminanti desi , in functie de conditiile de activitate si durata in care ele sunt active, acestea pot sa produca uneori defecte senzoriale.

Microorganismele necesare in fermentatia alimentelor pot fi adaugate sub forma de monoculturi/culturi mixte, sau in anumite cazuri nu se adauga culturi, daca microorganismele dorite, se cunoaste ca sunt prezente in numar mare in materia prima. De exemplu , la murarea verzii, a muraturilor, a maslinelor, la fermentarea boabelor de cafea, cacao, materia prima contine o cantitate suficienta de microorganisme dorite, care vor actiona intr-o succesiune proprie , daca vor fi pastrate conditiile adecvate pentru fermentare. In aceste conditii nu este necesara sau avantajoasa adaugarea de culturi pure. In schimb folosirea culturilor starter pentru desfasurarea unei fermentatii controlate se practicain multe biotehnologii alimentare la fabricarea produselor lactate acide, a branzeturilor, untului, painii, berii, spirtului, si bauturilor alcoolice, otetului s.a. (Larpent J., 2000)

Principii generale la prepararea si pastrarea culturilor starter

Culturile pentru fermentarea alimentelor sunt selectate dupa proprietatiile lor biotehnologice dorite si pe baza stanilitatii lor, respectiv, capacitatea de a produce constant schimbari eficiente si produse de calitate superioara. Selectionarea culturilor si imbunatatirea performantelor lor se realizeaza in institute de cercetari, invatamant, laboratoare, iar culturile valoroase sunt pastrate in colectii de microorganisme.

Pentru mentinerea puritatii si activitatii culturii pure se folosesc diferite ,metode, dintre care in practica se foloseste transferul periodic pe un mediu adecvat , incubarea pana cand cultura atinge un maximum al fazei stationare de crestere si apoi pastrarea la temperaturi suficient de scazute pentru a preveni cresterea in continuare a culturii. Se stie ca un transfer frecvent al unei culturi insuficient de stabile poate conduce la modificari nedorite in caracteristicile acesteia.

Se practica prepararea de culturi stoc atunci cand se urmareste pastrarea culturii un timp indelungat fara transfer pe mediu de cultura proaspat. Aceste culturi raman stabile si sunt folosite atunci cand s-a produs pierderea culturii sau a unor proprietati utile. Pentru obtinerea culturilor stoc frecvent se foloseste liofilizarea, pastrarea culturilor sub strat de ulei de parafina steril, bacteriile se pot pastra la temperatura camerei luni/ani pe slant agrar cu 1% NaCl, iar endosporii bacterieni si fungii in eprubete cu sol steril.

Prepararea culturilor de productie se realizeaza pornind de la cultura stoc sau de la o cultura activa la care se verifica in prealabil puritatea. Aceste culturi sunt destinate inocularii unor cantitatimari de mediu fermentativ, incat pentru demararea procesului fermentativ sunt necesare culturi de productie intermediare realizate prin pasaje, pana la obtinerea culturii starter finale.

Cultura starter trebuie sa contina numai microorganismele dorite, intr-o concentratie corespunzatoare de celule (maxima, uniforma) cu un raport optim intre celule in cazul culturilor mixte, sa cuprinda celule vii, active (la sfarsitul fazei exponentiale de crestere) in momentul utilizarii in calittae de inocul si daca este necesar, sa prezinte o rezistenta adecvata la unele conditii nefavorabile.

In scopul mentinerii uniformitatii culturilor de productie in practica industriala se folosesc metode standardizate de preparare si sterilizare a mediului de cultura, cu mentinerea temperaturii si duratei de termostatare la inoculare. Regimul de cultivare este specific, dar de obicei temperatura este apropiata temperatura optima pentru crestere, iar durata de cultivare este asfel stabilita incat cultura sa fie gata , atunci cand este necesara. (Daca acest lucru nu este posibil se recomanda pastrarea la rece pentru a opri evolutia culturii).

Culturile mixte utilizate mai ales la fabricarea produselor lactate acide si a branzeturilor se obtin prin cultivarea concomitenta , dar in acest caz speciile trebuie sa fie compatibile, sau aceste se cultiva separat si se amesteca in momentul inocularii, cand se mentine mai bine echilibrul numeric intre speciile componente ale culturii mixte.

In industria alimentara se folosesc urmatoarele tipuri de culturi starter :

- Culturi de bacterii - bacterii lactice, bacterii propionice, bacterii acetice;

Culturi de drojdii la fabricarea berii, a painii, spirtului, a salamurilor crude

Culturi de mucegaiuri la fabricarea branzeturilor, a salamurilor crude

Aspectele microbiologice privind calitatea culturilor starter vor fi discutate in cadrul proceselor biotehnologice specifice diverselor produse alimentare.

Microbiota nespecifica. Particularitati ale microorganismelor contaminate

Include microorganismele care ajung in organe si tesuturi ale organismelor vii, in cazul imbolnvirii sau distrugerii finctiilor de bariera, in conditii de traume, infometare, supraincalzire/supraracire a acestora. Cand nu se pastreaza conditiile sanitare in etapa de pregatire, prelucrare, transport si pastrare este posibila o contaminare secundara , directa sau indirecta, cu microorganisme din diferitele habitaturi naturale ce reprezinta surse naturale de microorganisme (sol, ape , aer , omul , animale, insecte).

Microbiota nespecifica poate fi reprezentata de microorganisme organotrofe (saprofite) si microorganisme patogene.

Microorganismele contaminate pot fi grupate , in functie de proprietatile si actiunea lor asupra alimentelor, astfel:

Microorganisme organotrofe (saprofite)
Sunt foarte raspandite in natura si produc alterari ale alimentelor cand se afla in numar mare , ca rezultat al actiunii lor asupra compusilor organici din alimentatie. Microorganismele care produc alterarea produselor alimentare au mai ales activitate proteolitica si lipolitica. Contaminarea produselor alimenatre si inmultirea microorganismelor in produse este nedorita - deoarece esle scad valaorea nutritiva si biologica incat in unele cazuri fac imposibila folosirea produsului in nutritie.

Microorganismele saprofite prezente in produse pot conditiona intr-o serie de cazuri dezvoltarea unor procese biochimice obligatorii si deci sa conditioneze calitatea alimentelor. Avand insusiri antagoniste in raport cu alte microorganisme, acestea, adesea, asigura conservarea produselor alimentare si consumul este lipsit de pericol epidemiologic.

Alterarea microbiana

Garantia microbiologica a alimentului este guvernata de un control riguros al echilibrului intre conditiile oferite de aliment si mediu, procesare si gradul de contaminare.

Pentru ca alterarea microbiana sa aiba loc este necesar ca in primul rand sa existe conditii favorizante, nutritive si ambientale , care sa permita cresterea microorganismelor si in al doilea rand , ca microorganismele vii aflate in/pe aliment sa creasca in conditiile oferite de acesta. Dupa contaminare , microorganismele isi adapteaza metabolismul la mediul oferit de aliment si dipa faza lag, trec in faza exponentiala de crestere.

Cresterea microorganismelor este afectata si controlata prin anumiti factori ecologici care pot fi divizati in grupul factorilor intrinseci uneori greu de controlat: compozitia chimica, indicele de activitate al apei sau umiditatea relativa de echilibru, pH-ul si capacitatea tampon, potentialul de oxido-reducere, structura biologica si prezenta unor constituienti antimicrobieni.

Alimentele perisabile sunt in primul rand cele cu compozitie chimica complexa si un continut ridicat de apa, ca de exemplu: carnea, pestele, produsele lactate, vegetale, fructe. Dintre acestea produsele de origine animala au un pH apropiat de neutru, contin cantitati mari de proteine si lipide si sunt conservate la temperaturi scazute. Aceste conditii favorizeaza cresterea bacteriilor Gram negative cu specii ale genului Pseudomonas, Acinetobacter (Moraxella) care prin activitatea lor proteolitica si lipolitica dau produsi de alterare cu miros si gust putred.
Prin pastrarea la rece a alimentelor este intarziata cresterea majoritatii bacteriilor producatoare de toxine cu exceptia celor din genul Listeria si Yersinia, in schimb alterarea continua cu o rata foarte redusa. Cea mai buna extindere a duratei de viata a alimentelor este realizata la ce amai scazuta temperatura la care nu se produc prejudicii in structura alimentului. La temperaturi sub -8 C cresterea microbiana este oprita si alimentele pastrate prin congelare nu se altereaza microbiologic. In alimentele acide cu pH de aproximativ 4,5 au conditii de dezvoltare mai ales drojdiile si mucegaiurile, ce dau alterarea cand concentratia de zahar sau sare este prea mare pentru a permite cresterea bacteriilor.

Din grupul alimentelor stabile in conditii normale de pastrare fac parte alimentele conservate si ambalate aseptic. In urma tratamentului termic se obtine o sterilizare comerciala termen care semnifica distrugerea tuturor microorganismelor capabile de crestere in aliment. In cazul in care raman supravietuitori acestia in general nu prezinta un pericol. In alimentele cu aciditate redusa se aplica o formula de sterilizare care sa asigure reducerea numarului de spori de Clostridium botulinum cu un factor de 10^-12 . pentru alte alimente : cereale , orez nuci/alune, a_w , compozitia si structura anatomica sunt importante pentru conservabilitatea produselor.

Mucegaiurile pot cauza alterarea cerealelor cand umiditatea migreaza datorita diferentelor de temperaturi si odata initiata germinarea sporilor si cresterea hifala, alterarea poate fi totala datorata cresterii stimulate prin marirea umiditatii boabelor rezultata din activitatea metabolica a mucegaiurilor.

Alterarea microbiana a alimentelor este un proces competitiv intre bacterii, drojdii si mucegaiuri printre care , drojdiile joaca un rol neinsemnat deoarece ele constituie un procent redus dinpopulatia initiala (cresc mai lent comparativ cu majoritatea bacteriilor iar cresterea lor poate fi limitata de substante rezultate din metabolisnul bacterian).

Microorganismele de alterare facand parte din microbiota nespecifica ocazional spontana sunt intotdeauna prezente pe alimente neprocesate; patogenii pot fi prezenti pe materii prime proaspat recoltate sau pot fi contaminanti ai mediului ambiant, in orice stadiu, in timpul manipularii sau procesarii. Supravietuirea patogenilor si cresterea sau producerea de toxine in aliment va depinde de factorii mentionati, de competitia pentru nutrienti in ecosistemul reprezentat de aliment si de fiziologia lor. (Zeuthen P. et. al., 1990)

- Microorganismele psihrotrofe care cresc relativ rapid in domeniul temperaturilor comerciale de refigerare, ca de ex. specii ale genurilor Pseudomonas, Psychrobacter, Achromobacter, Flavobacterium si Alcaligenes. Cand bacteriile psihrotrofe se afla in numar mare produc deprecierea si defecte fizice in alimente. Prezenta in umar mare in alimentele refrigerate cum ar fi produse lactate, carne s.a. reflecta ca a avut loc o crestere a populatiei initiale in timpul pastrarii sau o contaminare masiva inainte sau in timpul pastrarii la rece.
- Microorganismele termodurice, sunt organisme care supravietuiesc intr-o mare masura, la tratamente la cald. Cele termofile pot sa reziste la astfel de tratamente si sa creasca la temperaturi ridicate. Bacteriile termodurice prezinta interes in industria laptelui deoarece pot supravietui la pasteurizare. Cuprind specii din genurile: Micrococcus, Enterococcus, Lactobacillus, Bacillus si Clostridium.

Microorganisme lipolitice produc degradarea oxidativa si hidrolitica a lipidelor din smantana, unt, margarina s.a. Din acest grup fac parte bacterii din genurile Pseudomonas, Bacillus si Staphylococcus, mucegaiuri ale genurilor Rhizopus, Asperigillus si Penicilinium; dintre drojdii, genurile Candida, Rhodotorula si Hansenula contin multe specii cu activitate lipazica.

- Microorganisme proteolitice produc prin hidroliza protidelor substante ce dau alterarea alimentelor. Speciile proteolitice apartin genurilor : Bacillus, Clostridium, Pseudomonas si Proteus s.a. Dintre bacteriile de putrefactie Enterococcus faecalis poate produce dupa proteoliza o fermentatie acida. Bacteriile de putrefactie degradeaza alimentele bogate in proteine din care , prin acest proces, se pot acumula substante toxice (amine biogene). Histamina insa este lipsita de gust si miros, astfel incat este posibila consumarea produselor si imbolnavirea. Bacterii din genul Proteus pot sa produca nitrozamine si alti compusi ca metilmercaptan, dimeltisulfuri, cu efect toxic.

- Microorganisme halofile necesita pentru crestere cantitati mici de sare : 2-5% (slab halofili), 5-20% (moderat halofili) si 20-30% (extrem de halofili). Sunt considerate microorganisme halotolerante cele care sunt capabile sa creasca in medii cu peste 5% sare si dintre acestea unele pot fi implicate in alterare sau pot fi patogene ca de exemplu Staphylococcis aureus si Clostridium perfringens. Bacteriile slab halofile au biotopul in apa marilor si oceanelor. Extrem halofilii cresc greu si pot produce pigmentarea in rosu a pestelui sarat , a baconului si apartin genurilor Halobacterium si Halococcus. Dintre drojdii sunt halotolerante specii ale genului Debaryomyces.

- Microorganisme osmofile sunt intalnite frecvent in grupul drojdiilor care pot creste in solutii concentrate de zahar si pot cauza alterari ale mierii, gemurilor, melasei, siropurilor, sucurilor concentrate de fructe s.a. si apartin genului Zygosaccharomyces.

- Microorganisme pectinolitice degradeaza substantele pectice din fructe, legume si reduc capacitatea de gelificare sau cauzeaza inmuierea fructelor in timpul pastrarii. Speciile pectinolitice includ bacterii din genurile: Achromobacter, Aeromonas, Arthrobacter, Bacillus, Enterobacter, Erwinia, drojdii si numeroase specii de mucegaiuri.

- Microorganisme acidogene sunt microorganisme care produc prin fermentare acizi si dau alterare prin acrirea in exces a alimentelor. Cel mai important grup apartine bacteriilor lactice cu specii apartinand genurilor: Lactobacillus, Lactococcus, Pediococcus si Leuconostoc.

- Bacterii sporogene agenti de alterare a conservelor La controlul microbiologic al conservelor sunt determinate urmatoarele grupe de bacterii:

- Aerobi mezofili, specii ale genului Bacillus care cresc la 35^oC , iar cresterea este absenta la 55^oC. Dau alterarea plat acida a conservelor cu pH>

- Anaerobi mezofili sunt bacterii anaerobe de putrefactie care pot descompune protide, peptide, aminoacizi, cu formarea produsilor finali: hidrogen sulfurat , metil si etil sulfurat, mercaptani, amoniac, indol. Cresc intr-un domeniu de temperaturi intre 10^o . 50^oC, cresc rapid in conserve cu aciditate redusa (pH=6 . 7).

- Bacterii sporogene, agenti ai acririi conservelor fara bombaj, cu specia Bacillus coagulans izolat din pasta si suc de rosii, de asemenea din smantana, lapte concentrat .

- Bacterii sporogene termofile facultativ aerobe care se dezvolta in alimente conervate cu aciditate mica fermentand glucidele, produc acizi care dau acrirea si cantitati mici de gaze care nu dau baombajul evident al recipientului. Se dezvolta numai daca produsele conservate sunt mentinute in domeniul optim pentru termofile.

- Bacteriile termofile strict anaerobe produc fermentarea glucidelor cu eliberarea unor cantitati mari de gaze si acizi prin fermentarea glucidelor. Nu produc hidrogen sulfurat au temperatura optima pentru cresterea la 55^oC. Produc alterarea cu bombaj a conservelor (Clostridium thermosaccharolyticum)

- Bacterii sporogene de alterare cu innegrirea produsului. Alterarea este datorata cresterii bacteriilor din genul Clostridium, cu specia Clostridium nigrificans, ca urmare a reactiei intre sulfuri si fierul solubilizat din ambalajul metalic (Refai M.K. 1979)

In concluzie, microorganismele componente ale microbiotei nespecifice, contaminante, pot fi grupate, in functie de activitatea lor metabolica si efectul lor asupra calitatii nutritive si sanitare a alimentului (Tab. 1.2)

(Tab. 1.2)