Další faktory ovlivňující přežívání mikroorganismů v potravinách
| Stránky: | Moodle Veterinární univerzita Brno |
| Kurz: | Mikrobiologie potravin a mikrobiologické laboratorní metody 1 |
| Kniha: | Další faktory ovlivňující přežívání mikroorganismů v potravinách |
| Vytiskl(a): | Nepřihlášený host |
| Datum: | pondělí, 13. května 2024, 07.16 |
Popis
Kapitola popisuje vliv dalších faktorů na přežívání mikroorganismů v potravinách.
Úvod
Vedle vnitřních a vnějších faktorů má na trvanlivost potravin z pohledu mikrobiologického vliv také počet a druhové zastoupení mikroflóry.
Čím méně je v potravině mikroorganismů a čím méně jsou aktivní, tím delší čas je potřeba k jejich pomnožení a vzniku senzorických změn (dlouhá lag fáze a delší generační čas).
Počáteční počet a druhové složení se uplatňují zejména při nízkých skladovacích teplotách. Při těchto teplotách se lag fáze a generační doby mikroorganismů různě prodlužují v závislosti na jejich druhu a počtu. Při optimálních podmínkách pro růst, rozmnožování a metabolismus mikroorganismů (především optimální teplota) je vliv počátečního počtu mikroorganismů malý.
Další faktory ovlivňující přežívání mikroorganismů:
- tlak
- záření
- ultrazvuk
- mikrovlnný ohřev
- mechanické vlivy
- působení antibakteriálních látek, dezinfekčních prostředků, atd.
Záření
Záření (radiace) je definováno jako emise energie materiálem. K ochraně potravin se používá elektromagnetické záření různých vlnových délek. Obecně platí, že čím kratší je vlnová délka, tím větší je poškození mikrobiální buňky.
Infračervené záření nemá přímé letální účinky na mikroorganismy, může je však poškozovat v důsledku vznikajícího tepla.
Viditelné světlo (380 – 760 nm) zřejmě ovlivňuje řadu aktivit mikroorganismů, jejich mechanismus však není znám, např. řada bakterií se rozmnožuje lépe za tmy, naopak pro dobrou sporulaci plísní nebo jejich vybarvení je třeba světlo, také tvorba karotenoidních barviv kvasinek a bakterií je indukována světlem.
Naopak významný vliv na mikroorganismy má ultrafialové a ionizační záření.
(zdroj: http://www.lighting.philips.com/main/subsites/special_lighting/purification/uv_technology.wpd)
Ultrafialové záření
Ultrafialové záření má baktericidní účinek, největší má UV o délce 265 nm, které je nejvíce absorbováno nukleovými kyselinami. Je absorbováno proteiny a nukleovými kyselinami, v kterých působí fotochemické změny. Tyto změny mohou vést až k uhynutí buňky, a to v důsledku produkce letálních mutant (důsledek působení UV na nukleové kyseliny).
UV záření má slabou penetrační kapacitu, což limituje jeho použití na povrchovou aplikaci (sterilace vzduchu, předměty, pracovní plochy, provozní zařízení, atd.). Může katalyzovat oxidativní změny a vést ke žluknutí, odbarvení nebo k jiným reakcím. Používá se k dekontaminaci ovoce, pečiva, kuřat, atd.
Poměrně odolné k UV jsou bakteriální spory, buňky bakterií a kvasinek obsahující karotenoidní barviva a černě zbarvené spory plísní.
Ionizační záření
Ionizační záření zahrnuje β-záření, γ-záření a Rtg záření. Nejúčinnější je γ-záření, jako zdroj se využívá 60Co nebo 137Cs. Je to nejlevnější způsob ochrany potravin, má velkou penetrační sílu. Antimikrobiální vliv ionizačního záření se projevuje produkcí oxidačních látek a indukcí zlomů chromozomu. Rtg záření proniká do buňky, rozkládá molekuly vody a tvoří peroxid vodíku a OH radikály. Tyto látky jsou pro buňku toxické – rozkládají dýchací a fermentační enzymy.
K záření jsou více rezistentní grampozitivní bakterie (u některých druhů až 2x více, nejvíce rezistentní sporotvorné bakterie) než bakterie gramnegativní. Plísně a kvasinky jsou více rezistentní k záření než bakterie.
Odolnost mikroorganismů ovlivňuje:
- obsah kyslíku (ubýváním O2 v prostředí rezistence stoupá),
- vlhko (zvyšuje citlivost buněk),
- mražení (zvyšuje rezistenci),
- stáří buňky (největší rezistence v lag-fázi, nejmenší v exponenciální fázi růstu)
- a počet buněk (podobně jako u vlivu tepla).
Radiopasterace – potlačení klíčivosti skladovaných brambor a cibule, prodloužení skladovatelnosti jahod.
Vyhláška 133/2004 Sb., o podmínkách ozařování potravin a surovin, o nejvyšší přípustné dávce záření a o způsobu označení ozáření na obalu.
Mikrovlnný ohřev
Mikrovlnný ohřev je založen na tepelném účinku energie elektromagnetického záření o vysoké frekvenci.
Princip působení: mikrovlny působí rotaci molekul vody, „molekulárním třením“ se vytváří teplo. Migrací kladných a záporných iontů solí rozpuštěných v potravině se vytváří další přídavné teplo. Teplo prostupuje výrobkem běžným prouděním.
Hloubka průniku mikrovln je určena jeho elektrickými a fyzikálními vlastnostmi – mění se s chemickým složením a teplotou výrobku. Část energie se odráží od povrchu výrobku, což působí nepravidelný přestup tepla. Rovněž nehomogennost výrobku způsobuje rozdílný prostup tepla, takže vznikají teplá a chladná místa s velkým teplotním rozdílem. Přestup tepla je účinný hlavně u vlhkých výrobků.
Mikrovlnná energie inaktivuje mikroorganismy podobně jako běžný tepelný proces, účinnost je nižší – kratší doba působení a vznik teplých a chladných míst ve výrobku. Ve srovnání s konvenčním vařením jsou při mikrovlnném ohřevu nálezy mikroorganismů vyšší.
(zdroj: http://viscojis.cz/teens/index.php?option=com_content&view=article&id=128%3A106&catid=112%3Akulinarni-upravy-potravin&Itemid=161)
Povrchové napětí
Některé mikroorganismy se špatnou smáčitelností buněk (zejména plísně a R-formy bakterií a kvasinek) rostou v tekutinách ve formě povrchové blanky (křísu).
Povrchové napětí snižujeme přídavkem povrchově aktivních látek (tenzidů). Jsou to sloučeniny, jež obsahují hydrofobní část molekuly a hydrofilní část. Podle toho, zda je hydrofobní část součástí aniontu nebo kationtu rozeznáváme tenzidy anionaktivní (mýdla), kationaktivní a neionogenní.
Povrchově aktivní látky se hromadí na rozhraní dvou fází a tedy na povrchu buněk mikroorganismů v kapalném prostředí. Přispívají k lepšímu rozptýlení buněk, zlepšují příjem živin i exkreci produktů metabolismu.
Neionogenní tenzidy (např. Tween) se používají ke zrychlení růstu velmi pomalu rostoucích mikroorganismů (rody Mycobacterium, Propionibacterium).
Anionaktivní tenzidy ve vyšších koncentracích poškozují cytoplazmatickou membránu a tím usmrcují buňky. Jejich vyšší koncentrace také rozdělují bílkoviny na jednotlivé podjednotky a denaturují je. Jsou také intenzivní smáčedla a zvyšují účinnost roztoků dezinfekčních prostředků (využití v sanitaci v potravinářském průmyslu).
Kationaktivní tenzidy mají již ve velmi nízkých koncentracích baktericidní účinky, jejich smáčivost je malá. Nejčastěji se používají kvartérní amoniové nebo pyridiniové soli.
Hydrostatický tlak
Většina mikroorganismů se rozmnožuje za normálního atmosférického tlaku.
Zvýšení tlaku na 10-20 MPa rozmnožování zpomaluje a 30-40 MPa zcela zastavuje.
Některé mikroorganismy se dobře rozmnožují i při tlaku 60 MPa, jedná se o barofilní nebo barotolerantní mikroorganismy (žijí obvykle v hlubinách moří).
Předpokládá se, že vysoký tlak působí nepříznivě především na syntézu buněčné stěny. Může docházet také k anomáliím v dělení buněk (dlouhá vlákna), protože se zastaví replikace DNA. Zvýšení tlaku prodlužuje lag-fázi růstu. K usmrcení mikroorganismů je zapotřebí obrovského tlaku (600 – 700 MPa) s dobou působení několik minut až hodin.
Elektrický proud
Střídavý elektrický proud o malé intenzitě (30 – 100 mA) nemá na MO nepříznivý vliv, může mírně stimulovat jejich metabolismus a růst.
Stejnosměrný elektrický proud může MO nepříznivě ovlivňovat elektrolytickými účinky – vznik mikrobicidních sloučenin při elektrolýze v prostředí.
Ultrazvuk
Zvukové vlny o frekvenci vyšší než 20 kHz působí na mikroorganismy letálně tehdy, mají-li poměrně velkou intenzitu a nízký kmitočet. Jedná se o tzv. kavitační ultrazvuk, který působí na živé organismy tím, že v důsledku kmitání vzniká prudká pulsace buněčných membrán a plazmy. Tím se místy opakovaně silně snižuje nebo zvyšuje tlak. V místech o nízkém tlaku se tvoří trhliny, kam difundují plyny rozpuštěné v kapalině. Při náhlém stlačení kavitačních bublin vzniká obrovský tlak, který porušuje buňky a usmrcuje je. Některé chemické sloučeniny se vlivem intenzivního ultrazvuku rozkládají (např. z chloridů vzniká volný chlor).
Letální účinek ultrazvuku není 100%. Slouží hlavně v laboratorních podmínkách k rozbití mikrobiálních buněk za účelem získání enzymů nebo jiných složek buněčné hmoty.
Citlivé k ultrazvuku jsou především tyčinky a vlákna, koky jsou odolnější.
Nekavitační ultrazvuk, tj. ultrazvuk o velmi vysoké frekvenci a nízkém kmitočtu nemá nepříznivý vliv na biologický materiál a používá se k lékařským diagnostickým účelům.
Mechanické vlivy
Vysoká odolnost mikroorganismů je způsobena pevnou buněčnou stěnou a malými rozměry.
třepáním s abrazivním materiálem - opakovaným pomalým zamrazováním a roztáváním (odolnost enzymů)
- zmrazením suspenze buněk a následným protlačením úzkou štěrbinou za pomocí vysokého tlaku
Mechanického rozrušení buněk se využívá při získávání jednotlivých buněčných struktur nebo vnitrobuněčných enzymů.
Antimikrobiální látky
Některé látky přítomné v prostředí mají na mikroorganismy nepříznivý vliv v důsledku svého specifického složení (antimikrobiální látky).
Působí-li látky pouze na bakterie, nazývají se látky bakteriostatické nebo bakteriocidní, ovlivňují-li kvasinky a plísně jde o látky fungistatické a fungicidní.
Některé antimikrobiální látky působí v nižších koncentracích mikrobistaticky a ve vyšších mikrobicidně, kdežto jiné i ve velmi vysokých koncentracích pouze zastavují růst a jejich účinek je vratný.
Většina antimikrobiálních látek má ve velmi nízkých koncentracích účinek stimulační, neboť zrychluje metabolismus mikroorganismů a zvyšuje rychlost jejich množení.
Dělení dle mechanismu účinku
Podle mechanismu účinku rozlišujeme následující skupiny antimikrobiálních látek:
- látky poškozující strukturu buňky nebo její funkci (např. buněčná stěna, cytoplazmatická membrána, ribozomy)
- látky působící na mikrobiální enzymy (oxidační činidla, chelatační látky, těžké kovy, antimetabolity)
- látky reagující s DNA (např. chemické mutageny –alkylační nebo dezaminační činidla, cytostatika)
Většina antimikrobiálních látek ovšem nepůsobí úzce specificky, takže je nelze zařadit pouze do jedné z uvedených skupin (např. sloučeniny denaturující bílkoviny poškozují jak bílkoviny cytoplazmatické membrány, tak i bílkovinnou složku enzymů). Přesto však můžeme u většiny látek zjistit, který účinek je hlavní nebo primární.
Cílová místa působení
Na následujícím obrázku jsou uvedena cílová místa působení antimikrobiálních látek na bakteriální buňku.
Dezinfekční látky
Dezinfekční látky působí především na enzymatický systém buněk, a to jak v buněčné stěně, tak i v cytoplazmatické membráně a v cytoplazmě buněk.
Buněčná stěna je prvním terčem působení dezinfekčních látek, která má velkou reaktivní schopnost. Dezinfekční látky poškozují stěnu, což vede k nekontrolované činnosti lytických enzymů, k vyloučení rozpustných látek z buňky a k uhynutí buňky. Takovým způsobem působí např. povrchově aktivní látky.
V cytoplazmatické membráně způsobují dezinfekční prostředky 3 základní poškození:
- indukce difúze nízkomolekulárních látek z buňky (aminokyseliny, puriny, pyrimidiny, kationty);
- inhibice membránových enzymů (zvl. adenosintrifosfatázy);
- oslabení membránové elektrochemické potenciálové struktury vypuzením H iontů během metabolismu.
V cytoplazmě jsou důležité struktury jako ribozomy, DNA, RNA a enzymy. Tento systém může být vysokými koncentracemi dezinfekčních látek irreverzibilně koagulován. Poškození oxidačních a hydrolytických enzymů vede k porušení oxidativních procesů v buňce a k jejímu uhynutí.
Dezinfekční mechanismus
V dezinfekčním mechanismu se uplatňují různé chemické reakce:
- oxidace – u chloru a chlorových preparátů
- hydrolýza – silné kyseliny a alkalie
- tvorba solí s bílkovinami – soli těžkých kovů
- koagulace bílkovin v buňce – alkoholy
- změny permeability
- poškození enzymatického systému
- mechanická disrupce.
Skupiny dezinfekčních látek
Kyseliny účinkují: 1) vlivem pH a 2) činností nedisociovaných molekul. Baktericidní vlastnosti vysoce disociovaných kyselin jsou v přímé korelaci s pH. Silné kyseliny v dostatečné koncentraci jsou schopné rychle zničit veškeré formy života. Mají však nepříznivé vlastnosti – korozivnost, dráždivost. Z organických kyselin jsou známé perkyseliny – vysoké baktericidní vlastnosti (kyselina peroctová – Persteril).
Alkalie – v účinku je nejdůležitějším faktorem v destrukci mikroorganismů aktivita hydroxylových iontů. Podle stupně disociace je nejúčinnější KOH, NaOH a NH4OH.
Oxidační činidla – účinek založen na poznatku, že kyslík ve stavu zrodu je schopný rychle oxidovat organické látky. Nejpoužívanější je chlor a jeho sloučeniny (hypochloridy, chloraminy).
Účinek chlorových preparátů je dvojí: 1) oxidace – kyslík a chlor reagují s nenasycenými složkami bakteriální plazmy; 2) přímá chlorace plazmy. Podobný účinek mají i ostatní halogeny jako jod (jodofory, jodonaly). Z dalších látek jsou to manganistan draselný, peroxid vodíku – pozor na smyslové ovlivnění potravin.
Povrchově aktivní látky – zvlhčovadla, detergencie, emulgátory, kvartérní amonné báze (Ajatin, Septonex). Působí ztrátu osmotické rovnováhy mezi buňkou a prostředím což vede k poklesu koncentrace složek buňky jež jsou důležité pro metabolismus).
Alkoholy koagulují ve vyšší koncentraci protoplazmu a odvodňují buňku. Jejich dezinfekční účinek je malý, k jeho zajištění je potřeba přítomnost vody, proto etylalkohol je nejúčinnější v 50 – 70% koncentraci. 100% alkohol nemá dezinfekční účinky!