kazící mikroflora biogenní aminyold-biomikro.vscht.cz/vyuka/mzp/2018-03-02_kazici... ·...
TRANSCRIPT
Kazící mikroflora
biogenní aminy
Bakterie a kvasinky
Mikroflora působící kažení potravin
• Co to je mikrobiální kažení potravin
• Faktory ovlivňující kažení potravin
• Projevy mikrobiálního kažení
• Přehled kazících mikroorganismů (KM)
• Potraviny napadané mikroby
• Bakterie vyvolávající měkkou hnilobu ovoce a zeleniny
• Monitorování a detekce KM
• Mikrobiální indikátory kvality potravin
• Prevence kažení potravin
Projevy kažení
• Zkažená potravina má odlišné sensorické vlastnosti –
vizuální, čichové, chuťové apod.
• Kažení se může vyskytovat v kterékoli části potravního
řetězce.
• Kažení může vznikat po mechanickém ataku hmyzu,
fyzikálním poškozením, otlak, zmrznutím,vysušením
apod.
• Aktivita enzymů z vlastní potraviny
• Chemické změny
• Kažení je komplex biologických, fyzikálních,
chemických a biochemických změn.
Mikroorganismy působící kažení potravin
Gram negativní
tyčinky
Pseudomonas
Alteromonas
Potraviny bohaté na
bílkoviny při chladicích
teplotách
Gram negativní
tyčinky
Acetobacter, Acetomonas,
Gluconobacter
Alkoholické nápoje
Limonády
Gram negativní
tyčinky
Fer.:Enterobacteriaceae:
Escherichia coli
Většina potravin.
bílkovinných surovin
Gram negativní
tyčinky
Nefer.:Acinetobacter,
Xanthomonas
Většina potravin.
bílkovinných surovin
Gram pozitivní
nesporulující tyčinky
Koryneformní bakterie
Corynebacterium
Nakládané maso a párky,
čerstvé maso vakuuově
balené,zelenina
Gram pozitivní koky Aer.: Micrococcus Fak.aer.:
Staphylococcus
Mléčné výrobky, solené
maso
Gram pozitivní
nesporulující tyčinky
Homoferm a heteroferm.
Lactobacillus sp.
Mléko, mléčné výrobky,
ferment. mléč. výrobky,
maso a zelenina balená ve
vakuu
Nejčastější kazící mikroorganismy
• Gram pozitivní Gram negativní
Sporotvorné nesporulující, BMK Koliformní Pseudomonas
Bacillus Micrococcus Lactobacillus Citrobacter Acinetobacter
Clostridium Brocotrix Streptococcus Serratia Aeromonas
Leuconostoc Proteus Alcaligenes
Pediococcus Escherichia Moraxella
Enterobacter Altermonas
Erwinia Flavobacterium
Klebsiella
Hafnia
Potraviny napadané mikroby
• Zdroje kazících organismů pocházejí z půdy a vody,
rostlin a jejich produktů, prachu, gastrointestinální trakt
zvířat a lidí,
• Zkáze nejrychleji podléhají chlazené čerstvé potraviny
bohaté na proteiny (červené maso, drůbež, ryby,
mléčné výrobky). Všechny jsou vysoce výživné, mají
velký obsah vody – aw , relativně neutrální pH.
• Z dalších čerstvých potravin, které jsou napadané je to
ovoce a zelenina
Mikroorganismy působící kažení potravin
• Mesofilní aerobní a fak. anerobní bakterie
• Kvasinky a plísně
• Sporotvorné bakterie:
• - aerobní a fak. anaerobní
• - mesofilní
• - termofilní, anaerobní
• Psychrofilní a psychrotrofní
• Kyselinotvorné
• Proteolytické
• Lipolytické
• Slizotvorné halofilní, osmolifní, osmotolerantní
Přehled kazících mikroorganismů
• Gram negativní tyčinky: nejčastěji napadají čerstvé
chlazené potraviny, min růst T 0-3 oC, při 5-10 oC rostou
rychle. Nejvíce se vyskytuje Pseudomonas, Moraxella,
Acinetobacter, Aeromonas, Alteromonas,
Flavobacterium
• Koliformní tyčinky: poněkud vyšší T optimum, 8-15 oC
Citrobacter, Enterobacter, Escherichia, Klebsiella,
Proteus. Serratia, Hafnia, Erwinia
Gram pozitivní tyčinky: sporulující Bacillus, Clostridium,
Alicyclobacillus
Přehled kazících mikroorganismů
• Bakterie mléčného kvašení: fermentují cukry za tvorbu
kys. mléčné, výsledkem je pokles pH. Vydrží až pH 3,6.
• Další Gram pozitivní bakterie: Brocothrix
thermosphacta na čerstvém mase, Micrococcus spp.
roste i přítomnosti NaCl
• Kyselinotvorné : Bacillus, Clostridium, Streptococcus, Pediococcus, Leuconostoc, Staphylococcus, Lactobacillus, Propionibacterium, Bifidobacterium, čeleď Enterobacteriaceae, Acetobacter, plísně, kvasinky
• Lipolytické: Pseudomonas, Rhizopus, Geotrichum, Aspergillus, Penicillium, Debaryomyces, Rhodotorula, Hansenula, Candida, Yarrowia
• Proteolytické: Bacillus, Clostridium, Proteus, Serratia, Mucor, Thamnidium, Geotrichum, Aspergillus, Penicillium
Sporotvorné bakterie
Bacillus, Clostridium, Desulfotomaculum
Důležité : spory přežívají 100oC
při pH nižším než 4 spory neklíčí
Základ stanovení : kultivace po usmrcení
vegetativních buněk
Aerobní a fakultativně anaerobní
termofilní
Rod Bacillus
Mesofilní: inaktivace 30 min. při 800 C
Termotolerantní: B.coagulans 8min. při 88-900 C
Inkubace při 300 C, pH 4,0-7,0, rozmnož.15-200 C
Termofilní: B. stearotermophilus
Inkubace při 550 C, pH více než 5,3
Plynuprosté kysání nekyselých konzerv
Chladový šok
Mesofilní sporotvorné
anaeroby
Proteolytické druhy rodu Clostridium
Cl.sporogenes, Cl. putrefaciens,
Cl.bifermentans – rozklad bílkovin za tvorby
merkaptánů, indolu, skatolu, kadaverinu,
putrescinu, CO2 , H2 = bombáž konzerv
Sacharolytické druhy
• V sýrařství – Cl. tyrobutyricum zkvašuje
laktát na máselnou kyselinu za silného
vývoje plynu, působí nežádoucí duření
sýrů
• Toxinogenní druhy – Cl. botulinum, Cl.
perfringens
• Kultivační teploty 10-50 0C,
Cl.putrefaciens 0-30 0C
Termofilní sporotvorné anaeroby
Cl. thermosaccharolyticum působí bombáž kyselých
konzerv obsahujících sacharidy a uchovávaných nad
teplotu 300C, nemá proteolytické enzymy, netvoří toxiny
Opt. pH 6,2-6,7, ale i pH 4,1-4,6, neroste pod 37 0C
Škrob, obiloviny, koření, sušení houby, sušené mléko,
konzervovaná zelenina, rajčatové výrobky
Důvod rozvoje = pomalé chlazení konzerv
Termofilní sporotvorné anaeroby
Desulfotomaculum nigricans
G- tyčinky, netvoří bombáže, tvoří H2S
ze síranů a cysteinu
Roste při 45 – 70 0C může se
rozmnožovat i při 30 – 37 0C, opt. tep.
55 0C, pH 6,2-7,8, ale pomalý růst při
pH 5,6
Nekyselé konzervy
Alicyclobacillus sp.
Termo-acidofilní bakterie, tvoří endospory,
aerobní, růst v rozmezí 30-60 0C, pH 3-6,
optimum 4 – 4,5
Některé rody jsou schopny produkovat spory při
pH nižším než 3,2 a je schopna produkovat
2,3-dibromfenol a 2,6 dichlorfenol, guajakol
A. pomorum, A.acidoterrestris, A. hesperidum,
A. cycloheptanicus, A. herbarius, A. sendaiensis
Psychrofilní mikroorganismy Psychrofilní - 0-10 0C, opt. teplota< 20 0C
Psychrotrofní – rostou ještě ve stejném rozmezí teplot, bez ohledu na jejich opt. Teplotu ( může být i 30 0C)
Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes některé druhy Bacillus, Clostridium, kvasinka Geotrichum, plísně Sporotrichum, Botrytis, Thamnidium, Mucor
Proteolytické, lipolytické vlastnosti
V pitné vodě patří mezi stanovené ukazatele, jejichž množství může být ze závažných důvodů překročeno
|Kyselinotvorné mikroorganismy
Kysání potravin
Bacillus, Clostridium, Streptococcus,
Pediococcus, Leuconostoc, Staphylococcus,
Lactobacillus, Propionibacterium,
Bifidobacterium, čeleď Enterobacteriaceae,
Acetobacter, plísně, kvasinky
Méčné bakterie - katalázový test
v mlékárenství, v pivovarství
Proteolytické mikroorganismy
Mikrobiální rozklad bílkovin vznik toxických
aminů a zápachu
Bacillus, Clostridium, Proteus, Serratia,
Mucor, Thamnidium, Geotrichum,
Aspergillus, Penicillium
Stanovení – půda s odstředěným mlékem,
kaseinem a CaCl2,
hydrolýza želatiny
Slizotvorné mikroorganismy
Leuconstoc (melasa, limonády, maso)
Bacillus (pečivo, strouhanka), Fusarium
Slizotvorná pouzdra na bázi polysacharidů a
polypeptidů
Stanovení: půda s 20% sacharosy (6-10
kolonií)
Slizotvorné mikroorganismy Bacillus subtilis a B. mesentericus jsou termofilní. Spory
těchto bakterií přečkávají teplotu pečení, která nepřekročí
100°C uvnitř chleba, za příznivých podmínek klíčí
Napadány bývají zejména výrobky vyšší hmotnosti a
z pšeničné mouky.
Nitkovitost je výsledkem tvorby slizovitých pouzder těchto
bakterií společně s enzymovou hydrolýzou lepku a škrobu,
který po zcukření podporuje tvorbu pouzder. Střída chleba
začne druhý až třetí den po upečení vlhnout, maže se, je
lepivá, zbarvuje se dožluta a odporně hnilobně páchne.
Při doteku se vytahuje do dlouhých nití, což je patrné
zejména při rozlomení bochníku.
Lipolytické mikroorganismy
Hydrolýza a oxidace tuků
Pseudomonas, Rhizopus, Geotrichum, Aspergillus, Penicillium, Debaryomyces, Rhodotorula, Hansenula, Candida, Yarrowia
Smetana, máslo, majonézy, sýry, ořechy, čokoláda apod.
Základ stanovení půda s tukem a se síranem nilské modři
Halofilní bakterie
• - slabé – 2-5% NaCl
• Pseudomonas, Moraxella, Acinetobacter,
Flavobacterium – ryby, korýši
• halotolerantní – rostou i bez NaCl, ale
pro rozmnožování potřebují více než 5%
Microccocacea (Staphylococcus aureus),
Některé bacily a klostridia (Cl. botulinum,
Cl. perfringens
Halofilní bakterie
• - mírné – 5-20% NaCl
(Bacillus, Clostridium, Mikrokoky, Vibrio costiola) půda s 10% NaCl
lák naloženého uzeného masa, slanečci
- extrémní- 20-30% NaCl
- Halobacterium, Haloccocus půda s 25% NaCl
- Karotenoidní barviva, proteolytické vlastnosti, aerobní, sliz na mase, rybách
Přehled kazících mikromycet a
kvasinek
Kvasinky:
Candida, Saccharomyces, Zygosaccharomyces,
Torulospora, Rhodotorula, Pichia
Plísně:
Aspergillus, Mucor, Penicillium, Rhizopus,
Geotrichum, Botrytis, Cladosporium, Byssochlamys
Kažení vína • Kvasinky
• Bakterie mléčného kvašení
• Octové bakterie
• Kyselost – čím je pH nižší, tím je pro mikrorganismy těžší přežít
• Alkohol – inhibuje většinu mikrobů, včetně kvasinek, hlavně 15 –18%.
• Teplota – růst je obvykle nejrychlejší při 20-35°C a zpomalený při sklepních
teplotách (10-15°C)
• Oxid siřičitý – koncentrace od 20 mg/l inhibuje růst mikroorganismů
• Zbytkový cukr – přítomnost zkvasitelných cukrů zvyšuje riziko kažení –
obzvláště kvasinkami
• Růstové faktory – např. nutrienty jako aminokyseliny a vitaminy
• Vzduch (kyslík) – nezbytný pro růst aerobních octových bakterií
• Hygiena vinařství
Hlavní typy kazících kvasinek
Saccharomyces cerevisiae, Debaryomyces hansenii
Pichia anomala, Pichia membranifaciens, Pichia
fermentans, Pichia burtonii, Candida parapsilosis, Candida
zeylanoides subpelliculosa, Candida guilliermondii,
Candida albidus, Candida tropicalis, Torulaspora
delbrueckii, Issatchenkia orientalis, Zygosaccharomyces
bailii, Zygosaccharomyces bisporus, Cryptococcus spp.,
Zygosaccharomyces rouxii, Hansenula anomala,
Kluyveromyces marxianus,
Saccharomyces exiguus, Sporobolomyces roseus,
Trichosporon pullulans, Trichosporon cutaneum,
Hanseniapora uvarum
Vinařství Produkce 4-etylfenolu Brettanomyces/Dekkera spp. v
červených vínech je pokládaná za kažení pouze v
případě, že tento sekundární metabolit je přítomen v
množství větším než 620 μg/l.
• Méně než 400 μg/l, přispívá ke zlepšení komplexity vína
neboť podporuje aromatické znaky koření, kůže a další
aromata oceňovaná konsumenty.
• Nad 620 μg/l, vína jsou pro řadu konzumentů podřadná,
ale pro mnohé zůstavají příjemná.
•
Otázky spojené s kazícími kvasinkami
• (i) Co vlastně jsou kazící kvasinky?
• (ii) Má potravinářský průmysl dostatečné informace
aby mohl odpověďně řešit mikrobiologické problémy
potravin?
• (iii) Kde jsou zdroje kazících kvasinek v
potravinářském průmyslu?
• (iv) Má potravinářský průmysl vhodné zymologické
indikátory pro určení kvality potravin a pro zavedení
testů na kvalitu potravin a uzavírat čestné (fair) obchodní
smlouvy mezi maloobchody a velkoobchody?
Osmofilní kvasinky
Zygosacharomyces rouxii, Z. bailii
60% sacharozy, snáší EtOH a SO2 (víno),
odolná vůči konzervačním prostředkům
Wickerhamia fluorescens 50% sacharosy
Sirupy, med, čokoládové bonbony s
čokoládovou náplní – prýštění náplní
Osmofilní plísně
• Aspergillus glaucus, Penicillium
• Džemy, sušené ovoce a zelenina, obilí,
čokoládové bonbony, chléb, pečivo apod.
• Media s 8 event. 40% sacharozy
Faktory ovlivňující kazící
mikrofloru • 1. Počáteční množství všech mikrobů
• 2. Typ potraviny/vnitřní vlastnosti
• - pH
• - aw
• - Obsah živin
• - antimikrobiální látky
• - Eh Redox potenciál (oxidativně-redukční
• potenciál)
• - Biologické struktury
Procesní a skladovací podmínky
• - tepelné zákroky
• - okyselení (acidifikace)
• - snížení vodní aktivity
• - užití konservačních látek
• - skladování při nízkých teplotách
• - atmosféra skladování
• - kombinace shora uvedených
Projevy mikrobiálního kažení
Viditelný růst, pigmentové kolonie, hlavně plísně
Tvorba plynu
Sliz
Difuze pigmentů a enzymů
Zápach (off-odours)
Špatná chuť (off-flavors)
Produkce metabolitů: alkohol, estery,
ketony, sirné sloučeniny
fluoreskující pigmenty
organické kyseliny, diaminy
Projevy mikrobiálního kažení
• Kysnutí - mléčné výrobky, vakuově balené masné
výrobky, pivo, víno, ovocné šťávy
• Chem. příčina - kys. octová,mléčná, citronová,máselná
• Organismus – bakterie mléčného kvašení, Bacillus sp., Brochothrix thermosphacta,
- bakterie máselného kvašení, Acetobacter spp.,
příslušníci rodu Clostridium
, -
Projevy mikrobiálního kažení • Kvašení – ovocné šťávy, majonézy, saláty
• Chem. příčina – etanol
• Organismus – kvasinky
• Hnojový pach – zelenina
• Chem. příčina – p-kresol, indol, skatol
• Organismus – Erwinia sp. Clostridium sp.
• Sliz – maso, cukr,výrobky
• Chem. příčina – tvorba polysacharidů
• Organismus – Pseudomonas fragi, Leuconostoc
• mesenteroides, Bacillus subtilis
Projevy mikrobiálního kažení
• měknutí/hnití – ovoce a zelenina
• Chem. příčina – pektinasy, cellulasy, xylanasy
• Organismus – Erwinia, Clostridium, kvasinky, plísně
• Tvorba plynu - sýry, tvaroh, olivy,
• Chem. příčina – tvorba oxidu uhličitého
• Organismus - bakterie mléčného kvašení, kvasinky
• Tvorba biogenních aminů – ryby, sýry
Bakterie vyvolávající měkkou hnilobu
ovoce a zeleniny
• Erwinia carotovora subsp. atroseptica (většina ovoce a
• Erwinia carotovora subsp. carotovora zeleniny)
• Erwinia chrysanthemi (ananas)
• Pseudomonas marginalis zelenina
• Pseudomonas viridiflava Fazole
• Pseudomonas cichori čekanka, endive, zelí, salát
Monitorování a detekce KM
• Přímé mikrobiologické metody
• Chemické/ fyzikální/ fyzikálněchemické
metody
• Molekulárně biologické metody - PCR
• Kriteria „přijatelnosti“ potravin – sensorické
posouzení barvy, textury, vůně, chuti a
celkového vzhledu
POTRAVINY A SKUPINY POTRAVIN MIKROBIOLOGICKY NERIZIKOVÉ
• a) lihoviny (o obsahu etanolu nad 20% objemových)
• b) ocet
• c) potravinářská barviva a aromata
• d) přírodní a náhradní sladidla
• e) sůl kuchyňská a přípravky na bázi soli
• f) jedlé oleje
• g) tuky (s výjimkou směsných emulgovaných tuků)
• h) chléb a běžné pečivo
• i) trvanlivé pečivo
• j) nečokoládové cukrovinky
• k) káva pražená a kávoviny
POTRAVINY A SKUPINY POTRAVIN MIKROBIOLOGICKY NERIZIKOVÉ
• l) čaj pravý (fermentovaný, polofermentovaný, zelený)
• m) sušené náhrady mléka a smetany do teplých nápojů
• n) mouka, luštěniny, rýže a výrobky z nich (v suchém stavu)
• o) dehydrované sojové výrobky
• p) škrob, výrobky ze škrobu a výrobky z brambor (v suchém stavu)
• q) pivo, víno
• r) nealkoholické nápoje (včetně výrobků v prášku)
• s) hořčice
• t) sterilizované potraviny
• u) pasterované ovoce a zelenina, ovoce naložené v lihu, ovocné pomazánky
• v) doplňky stravy (bez složek rostlinného nebo živočišného původu
Biogenní aminy
• Biogenní aminy jsou přirozené antinutriční faktory a jsou významné z hygienického hlediska.
• Bývají spojovány s celou řadou případů otrav z potravin a jsou schopné iniciovat různé farmakologické reakce.
Histamin, putrescin, kadaverin, tyramin, tryptamin, β-fenyletylamin, spermin a spermidin jsou považovány za nejvýznamněší biogenní aminy vyskytující se v potravinách.
Engogenní a exogenní biogenní aminy
Endogenní aminy jsou tvořeny mnoha typy tkání (např.:
adrenalin v dřeni nadledvinek, histamin v mastocytech
(žírné buňky pojivové tkáně) a játrech. Aminy se šíří
místně nebo přes krevní systém.
Exogenní aminy se absorbují z jídla v zažívacím traktu.
Alkohol může zvýšit absorpční rychlost.
Monoaminoxidasa (MAO) rozkládá biogenní aminy a brání
přebytečné resorpci. MAO inhibitory (MAOI) se také
užívají jako medikace léčby depresí, aby zabránily MAO
v rozkladu aminů důležitých pro pozitivní účinky.
Biogenní aminy
• Histamin – látka odvozená z aminokyseliny histidinu, působí jako neurotransmiter zprostředkovájící přenos signálu, dále je signálem zánětlivých onemocnění.
• Histamin je také významným stimulantem sekrece HCl v žaludku, pomocí histamin H2 receptoů.
• Tyramin - látka nacházená v mnoha běžných potravinách, je spojován se zvýšným krevním tlakem a bolestmi hlavy.
histamin
Jako mediátor se uplatňuje i v patofyziologických procesech, zejména
při alergické reakci 1. typu a zánětlivé reakci. Dále má podíl při
některých mechanismech nauzey a zvracení. Při alergických reakcích
zastává histamin roli antigenu, který je uvolňován z mastocytů a
bazofilních granulocytů. Síťuje molekuly protilátek IgE na povrchu
mastocytů, čímž dochází k jeho exocytóze z buněk. Histamin uvolněný
do kůže způsobí zvýšení permeability kapilár, zčervenání kůže a
přispívá k tvorbě podlitin.
Serotonin
• Serotonin - neurotransmiter centrálního
nervového systému, odvozený z
aminokyseliny tryptofan – účastní se
regulace pochodů jako spánek, chuť k
jídlu a sexualita.
• Tryptamin - monoamin alkaloid nalezený
ve stopových množstvích v mozku savců,
a zdá se, že má roli jako neuromodulátor
nebo neurotransmitter.
Tři katecholaminové neuropřenašeče:
Norepinefrin (noradrenaline) - neurotransmiter
regulace spánku, únavy, nespavosti,
pozornosti a příjmu potravy, právě tak stresový
hormon uvolňovaný nadledvinkami, reguluje
nervovou dráhu sympatiku.
Epinefrin (adrenaline) - stresový hormon
nadledvinek, právě tak neurotransmiter
přítomný v nízké koncentraci v mozku.
Dopamin - neurotransmiter řídící motivaci,
závislosti, posilování chování a koordinaci
pohybů těla.
Detekce producentů biogenních aminů
• Detekce BA-produkujících bakterií pomocí
kultivačních technik je pomalá a nejistými
výsledky. Mnoho studií popsalo ztrátu
schopnosti tvorby BA u LAB po delším
skladování nebo po kultivaci izolovaných kmenů
na syntetických mediích.
• Metody založené na molekulární biologii jsou
rychlé, spolehlivé a nezávislé na kultivaci.
• Tyto metody dávají informace o potenciálním
riziku tvorby těchto látek.
Proč jsou nebezpečné
• Toxicita histaminu se zdá být zesilovaná přítomností ostatních aminů, jako je kadaverin, putrescin a tyramin.
Biogenní aminy mohou být také považované za karcinogeny, neboť mají schopnost reagovat s nitrity za tvorby potenciálně karcinogenních nitrosaminů.
Obsah biogenních aminů v různých potravinách a krmivech byl sledován a byly nalezeny v sýrech, rybách a masných výrobcích, vejcích a houbách.
Vznik biogenních aminů
• Potraviny připravené fermentačními procesy, nebo ty, které byly vystaveny mikrobiální kontaminaci během vyzrávání a skladování pravděpodobně obsahují aminy.
• Alkoholické nápoje jako pivo mohou obsahovat biogenní aminy, jako další fermentované potraviny např. kyselé zelí a potraviny ze soji.
• Aminy jsou také považované za endogenní rostlinné látky, některé druhy ovoce a zeleniny obsahují vysoké koncentrace různých aminů.
Limity obsahu biogenních aminů • Histamin- rybí výrobky z druhů spojovaných s
vysokým obsahem histidinu.
• To jsou čeledi: Scombridae, Clupeidae, Coryfenidae,
Pomatomidae, Scombresosidae
• Vzorkovací plán : n (9), c(2), m 100mg/kg,
M 200mg/kg
• Dále rybí výrobky které prošly enzymovým zracím
ošetřením v nálevu a nejsou vyrobené z druhů
spojovaných s vysokým obsahem histidinu.
• Vzorkovací plán : n (9), c(2), m 200mg/kg,
M 400mg/kg
• Analytická metoda - HPLC