Microbiologia Produselor Alimentare PDF [PDF]

Zitiervorschau

MICROBIOLOGIA PRODUSELOR ALIMENTARE Literarura recomandată 1. Dan Velentina “Microbiologia produselor alimentare” vol. 2, Ed.: Alma, Galaţi, 1999; 2. Bălănuţă M., Rubţova S., Bălănuţă E., Nistor I. “Miсrobiologia, sanitria şi egiena alimentară”, Ed. Ruxanda, Chişinău, 1999; 3. Мудрецова-Вис К. А. “Микробиология”, М.: Экономика, 1985.

MODULUL I Microbiota alimentelor şi incidenţa microorganismelor contaminante TEMA 1 Surse naturale de microorganisme Întrebări referitor la tema dată 1. Microbiota solului; 2. Microbiota apelor; 3. Microbiota aerului; 4. Surse biologice.

Microorganismele în cursul evoluţiei, datorită capacităţii lor uimitoare de adaptare sunt prezente oriunde există condiţii minimale pentru viaţă, fiind intâlnite în toate habitaturile naturale, în sol, ape, în/pe organisme vegetale şi animale, iar răspândirea lor nu este influenţată de factori geografici, geologici, istorici ş.a. 1. Microbiota solului Răspândirea microorganismelor în natură depinde de mulţi factori dintre care o mare importanţă revine prezenţei apei, substanţelor nutritive, temperaturii, reacţiei mediului ş.a. condiţii existente în sol, considerat rezervorul natural principal de microorganisme din care acestea se răspândesc în aer, ape. Modul de repartizare a microbiotei în sol este neuniform fiind mai numeroasă în straturile superficiale aerate, mai bogate în nutrienţi şi scad cantitativ în profunzime. Compoziţia microbiotei diferă în funcţie de tipul de sol. Cantitativ se apreciază că solurile argiloase pot conţine până la 2·108 cel/g, iar cele podzolice 2· 109 cel/g. În componenţa solului intră predominant bacterii şi actinomicete (bacterii care posedă capacitatea de a forma filamente şi miceliu), drojdii şi fungi filamentoşi (mucegaiuri). Straturile superioare ale solului constituie o lume în care diferitele specii se înmulţesc şi are loc o luptă continuă pentru existenţă, spaţiu, şi nutrienţi, încât în biotop (reprezintă un mediu de viață cu caracteristici ecologice relativ omogene pe care se dezvoltă 1

microorganismele) se stabileşte în timp, un echilibru condiţionat atât de factorii de mediu cât şi de interrelaţiile între microorganisme. Biomasa activă a solului alcătuită din microorganisme are un rol imens în formarea humusului, în asigurarea circuitului natural al principalelor elemente biogene (C, N, H, O). Prin intermediul curenţilor atmosferici şi prin intermediul factorilor biologici, microorganismele din sol sunt antrenate în aer unde au o existenţă temporară şi prin sedimentare contaminează şi produsele alimentare.

2. Microbiota apelor În cursul evoluţiei, numeroase microorganisme s-au adaptat la condiţiile existente în ape consumând cantităţile mici de substanţe organice şi anorganice dizolvate. Din punct de vedere cantitativ numărul de microorganisme variază în limite largi de la 10 celule/cm3 în apa de izvor până la concentraţii de 1011 celule/cm3 în ape fecalo-menajere, în funcţie de sursele ocazionale de contaminare, compoziţia chimică, tipul de apă, gradul de agitare/aerare şi alţi factori fizicochimici şi biologici. Microorganismele contaminante (patogene) ale apelor care pot proveni din sol, din materii de dejecţie (ale animalelor, păsărilor, cu o încărcare de aproximativ 109 celule/g) sau transmise prin aer, ajungând în ape pot să supravieţuiască un timp destul de îndelungat (de exemplu bacteriile coliforme ale genului Escherichia rezistă în apa de râu 283 de zile). O parte din microorganismele contaminante ale apelor naturale pot să fie distruse de către bacteriofagi, să fie consumate de protozoare sau în absenţa unor condiţii minime de existenţă celulele sedimentează şi intră în faza de autoliză. Dintre grupele de microorganisme componente ale biocenozelor acvatice şi care pot să producă degradarea substanţelor organice din ape, mai importante sunt bacteriile, în timp ce drojdiile şi fungii filamentoşi au un rol minor. Prin activitate de putrefacţie microorganismele cu habitatul în ape au un rol imens în mineralizarea şi circulaţia materiei organice nevii, în depoluarea naturală a apelor. Gradul de încărcare cu microorganisme al apelor este dependent de o serie de factori dintre care se evidenţiază prin importanţă următorii: • Sursele de poluare şi frecvenţa lor; • Natura microorganismelor contaminante; • Prezenţa de substanţe nutritive asimilabile; • Prezenţa în ape a unor substanţe nocive, de obicei aduse cu apele reziduale industriale; • Prezenţa bacteriofagilor (care produc liza bacteriilor sensibile), a protozoarelor; • Factori fizici, temperatură, grad de aerare/agitare. Apele de izvor şi apele din pânza freatică au un număr mai redus de microorganisme. Apele de izvor sunt considerate ape potabile, având un număr redus de microorganisme de 20300 bacterii/cm3. Apa potabilă este o apă naturală pură (limpede, incoloră, inodoră) care conţine un număr total cât mai mic de microorganisme şi este lipsită de microorganisme patogene.

2

Epidemiile datorate microorganismelor patogene de origine intestinală (febra tifoidă, holera, poliomelită, hepatita epidemică) sunt adesea de origine hidrică (adică din cauza consumului de apă contaminată cu microorganisme patogene).

3. Microbiota aerului Dispersarea microorganismelor în aer are loc din sol, ape, surse biologice şi datorită masei reduse a microorganismelor, acestea se pot menţine în aer sub forma unui „nor” invizibil de obicei ataşate de particole de praf, ce este purtat de curenţii de aer la distanţe mari în atmosferă sau în spaţiile interioare. Ploaia în general captează particolele şi microorganismele din aer, mai eficient dacă picăturile au diametrul de 2 mm. În absenţa curenţilor de aer poate avea loc sedimentarea gravitaţională şi în funcţie de dimensiune, viteza de depunere poate fi de 0,002-3 cm/sec. Prin intermediul aerului, de la indivizii bolnavi se pot transmite virusuri şi microorganisme patogene ce sunt expulzate prin strănut, tuse şi vorbit. Astfel, prin strănut se pot produce aproximativ un milion de picături de dimensiuni mai mici de 100 µm şi câteva mii de picături mai mari, formate din salivă şi mai rar din secreţii nazale, care favorizează transmiterea agenţiloi patogeni. Prin vorbit se pot elimina în jur de 250 de picături la 100 de cuvinte. Cele mai periculoase sunt picăturile cu dimensiuni mici ce pot conţine una sau mai multe bacterii şi care se usucă instantaneu şi se menţin în aer prelungind perioada de infecţiozitate. În afara virusulor şi a bacteriilor (Mycobacterium tuberculosis, Streptococcus pneumoniae etc.) care afectează sistemul respirator, aerul poate să conţină spori de mucegaiuri care pot genera unele stări alergice. Concentraţia de celule în aer variază în funcţie de zonă: •

Aerul este pur şi aproximativ nu conţine microorganisme în locurile acoperite veşnic cu zăpadă.

•

Aerul pădurilor de conifere conţine un număr redus de microorganisme datorită substanţelor fitoncide care sunt eliminate în aer.

•

În oraşe, parcurile pot avea aproximativ 200 microorganisme/m3, pe străzi 5·102 5·104 celule/m3.

•

În încăperi populate concentraţia microorganismelor poate fi până la 3·105 celule/m3, iar în grajduri pentru animale domestice chiar 2·106 celule/m3 aer.

În indusuia alimentară se consideră că aerul corespunde din punct de vedere microbiologic dacă numărul total de microorganisme determinat prin metoda depunerii nu depăşeşte valori de 900-1000 celule/m3.

4. Surse biologice Se consideră că în industria alimentară practic este imposibilă evitarea contactului uman direct sau indirect cu alimentul. Din acest motiv omul poate fi o sursă importantă de contaminare cu microorganisme dintre care un risc crescut îl dau microorganisme patogeni transmisibili de la indivizii bolnavi. 3

Microorganismele adaptate la condiţiile oferite de organismul uman/animal, alcătuiesc: • • •

microbiota rezidentă, formată din specii organotrofe care trăiesc în depozitele de materie organică din colon, spaţii interdentare, carii, sub unghi, capabile să trăiască şi în mediile externe; microbiota comensală compusă din specii incapabile să crească în mediu extern, care se dezvoltă pe mucoase, piele, foliculi piloşi, glande sebacee, etc. Se poate distinge şi o microbiota temporară reprezentată de specii colectate din mediul extern, cu un timp de persistenţă de zile-luni, fiind mai puţin adaptate la condiţiile de pe mucoase şi tegumente.

Microbiota intestinală este specifică, alcătuită din aproximativ 400 de tipuri de microorganisme aflate în interacţiune între ele şi concomitent cu gazda. Bacteriile din gură, din alimente şi din apă ajung în stomac unde are loc o selecţie condiţionată de aciditatea gastrică, încât duodenul şi jejunul superior sunt practic sterile, iar concentraţia de celule vii este sub 1000 celule/cm3. La naştere fătul este steril dar după faza de alăptare are loc popularea cu microbi în stomac şi intestinul subţire, în care predomină bacterii facultativ anaerobe. În colon sunt prezente bacteriile strict anaerobe care se elimină prin materii fecale. Din microbiota intestinală fac parte bifidobacterii, streptococi, coliformi ş.a. Microbiota intestinală este o sursă imensă de enzime ce transformă nutnenţii care trec prin tractul gastrointestinal şi are un rol important în sinteza de vitamine şi aminoacizi, în degradarea amidonului în glucide simple, în fermentarea poliglucidelor neamidonoase, în formarea de acizi graşi volatili, în degradarea proteinelor la: aminoacizi, amine, amoniac. Prin materii fecale odată cu microbiota saprofita se elimină şi microorganisme patogene de la om sau animale bolnave. De la acestea pot fi transmise omului aproximativ 160 de infecţii. În cazul nerespectării condiţiilor de igienă răspândirea microorganismelor contaminante poate fi datorată altor surse biologice, prin intermediul insectelor, rozătoarelor, care pot transfera microorganisme din zonele murdare în zone curate, inclusiv pe alimente.

4

MICROBIOLOGIA PRODUSELOR ALIMENTARE Literarura recomandată 1. Dan Velentina “Microbiologia produselor alimentare” vol. 2, Ed.: Alma, Galaţi, 1999; 2. Bălănuţă M., Rubţova S., Bălănuţă E., Nistor I. “Miсrobiologia, sanitria şi egiena alimentară”, Ed. Ruxanda, Chişinău, 1999; 3. Мудрецова-Вис К. А. “Микробиология”, М.: Экономика, 1985.

MODULUL I Microbiota alimentelor şi incidenţa microorganismelor contaminante TEMA 2 Consideraţii generale asupra microbiotei alimentelor Întrebări referitor la tema dată 1. Microbiota specifică; 2. Microbiota nespecifică.

Microbiota alimentelor în funcţie de natura microorganismelor componente, poate fi diferenţiata în microbiota specifică şi nespecifică.

1. Microbiota specifică 1.1. Noţiuni generale Microbiota specifică este alcătuită din microorganisme cultivate denumite şi culturi starter introduse dirijat în produs, în scopul obţinerii unor transformări dorite. În aceeaşi categorie intră şi microbiota care se formează în etape tehnologice determinate (la murarea verzii şi a altor legume, la fermentarea mustului ş.a) şi care realizează însuşiri senzoriale şi de compoziţii obligatorii, cu o influenţă pozitivă asupra calităţii alimentelor. Microorganismele benefice introduse în mod dirijat sub formă de culturi pure pentru creşterea calităţii produselor alimentare nu sunt considerate contaminanţi deşi, în funcţie de condiţiile de activitate şi durata în care ele sunt active, acestea pot sa producă uneori defecte senzoriale (ex. bere vie). Microorganismele necesare în fermentaţia alimentelor pot fi adăugate sub formă de monoculturi (ex. drojdia de panificaţie) sau culturi mixte (drojdiile şi bacterii lactice la fabricarea cvasului), sau în anumite cazuri culturi starter nu se adaugă dacă se cunoaşte că microorganismele dorite sunt prezente în număr mare în materia primă. De exemplu la murarea verzii, castraveţilor, măslinelor, la fermentarea boabelor de cafea, cacao, materia primă conţine o cantitate suficientă de microorganisme dorite, care vor acţiona intr-o succesiune proprie, dacă 1

vor fi păstrate condiţiile adecvate pentru fermentare. În aceste condiţii nu este necesară sau avantajoasă adăugarea de culturi pure. În schimb folosirea culturilor starter pentru desfăşurarea unei fermentaţii controlate se practică în multe biotehnologii alimentare la fabricarea produselor lactate acide, a brânzeturilor, untului, pâinii, berii, oţetului, spirtului şi băuturilor alcoolice. 1.2. Principii generale la prepararea şi păstrarea culturilor Culturile pentru fermentarea alimentelor sunt selectate după proprietăţile lor biotehnologice dorite şi pe baza stabilităţii lor, respectiv, capacitatea de a produce constant schimbări eficiente şi produse de calitate superioară. Selecţionarea culturilor şi îmbunătăţirea performanţelor lor se realizează în institute de cercetări şi laboratoare, iar culturile valoroase sunt păstrate în colecţii de microorganisme. Pentru menţinerea purităţii şi activităţii culturii pure se folosesc diferite metode, dintre care în practică se foloseşte transferul periodic pe un mediu adecvat, incubarea până când cultura atinge un maximum al fazei staţionare de creştere şi apoi păstrarea la temperaturi suficient de scăzute pentru a preveni creşterea în continuare a culturii. Se ştie că un transfer frecvent al unei culturi insuficient de stabile poate conduce la modificări nedorite în caracteristicile acesteia. Se practică prepararea de culturi stoc atunci când se urmăreşte păstrarea culturii un timp îndelungat fără transfer pe mediu de cultură proaspăt. Aceste culturi rămân stabile şi sunt folosite atunci când s-a produs pierderea culturii sau a unor proprietăţi utile. Pentru obţinerea culturilor stoc frecvent se foloseşte liofilizarea, păstrarea culturilor sub strat de ulei sau parafină steril. Prepararea culturilor de producţie se realizează pornind de la culmra stoc sau de la o cultură activă la care se verifică în prealabil puritatea. Culturi de producţie sunt destinate inoculării unor cantităţi mari de mediu fermentativ, încât pentru demararea procesului fermentativ sunt necesare culturi de producţie intermediare realizate prin pasaje până la obţinerea culturii starter finale. Cultura starter trebuie să conţină numai microorganismele dorite, într-o concentraţie corespunzătoare de celule (maximă, uniformă) cu un raport optim între celule în cazul culturilor mixte, să cuprindă celule vii, active (la sfârşitul fazei exponenţiale de creştere) în momentul utilizării în calitate de inocul şi dacă este necesar, să prezinte o rezistenţă adecvată la unele condiţii nefavorabile. În scopul menţinerii uniformităţii culturilor de producţie în practica industrială se folosesc metode standardizate de preparare şi sterilizare a mediului de cultură, la inoculare, menţinerea temperaturii şi duratei de termostatare. Regimul de cultivare este specific, dar de obicei temperatura este apropiată cu temperatura optimă pentru creştere, iar durata de cultivare este astfel stabilită încât cultura să fie gata, atunci când este necesară. (Dacă acest lucru nu este posibil se recomandă păstrarea la rece pentru a opri evoluţia culturii). Culturile mixte utilizate mai ales la fabricarea produselor lactate acide şi a brânzeturilor se obţin prin cultivarea concomitentă, dar în acest caz speciile trebuie să fie compatibile, sau aceste se cultivă separat şi se amestecă în momentul inoculării, când se menţine mai bine echilibrul numeric între speciile componente ale culturii mixte. În industria alimentară se folosesc următoarele tipuri de culturi starter 2


Culturi de bacterii - bacterii lactice, bacterii propionice, bacterii acetice;
Culturi de drojdii la fabricarea berii, a pâinii, spirtului, vinurilor;
Culturi de mucegaiuri la fabricarea brânzeturilor, a salamurilor crude. 1.3. Înmulţirea şi stadiile dezvoltării microorganismelor Studierea multilaterală a legităţilor de creştere şi de dezvoltare a microorganismelor este necesară pentru a le folosi în procesul de producere. Creşterea microorganismelor presupune mărirea biomasei lor. Dezvoltarea prevede modificarea proprietăţilor morfologice şi fiziologice ale microorganismelor în timpul parcurgerii ciclului vital. Formarea biomasei este rezultatul înmulţirii şi creşterii celulelor microorganismelor. În industria alimentară microorganismele se cultivă în scopul obţinerii maielei de microorganisme şi pentru realizarea anumitor procese microbiologice. Cultivarea microorganismelor poate fi: periodică, continuă şi semicontinuă. În timpul cultivării periodice microorganismele trec anumite stadii (faze) de dezvoltare. Caracterul acestor stadii este în funcţie de starea fiziologică a celulelor şi factorilor mediului. Există 5 stadii principale:


Stadiul iniţial – pe parcursul acestui stadiu are loc procesul adaptării microorganismelor la mediul şi condiţiile noi. Numărul microorganismelor în acest stadiu nu se schimbă. Durata fazei este în funcţie de condiţiile preliminare de cultivare şi de componenţa mediului nutritiv. Dacă mediul nutritiv nou diferă esenţial de cel precedent, procesul adaptării este condiţionat de necesitatea sintetizării noilor enzime. Durata acestui stadiu variază de la câteva minute până la câteva ore.




Faza exponenţială sau logaritmică – se caracterizează prin înmulţire intensivă. În timpul acestui stadiu celulele se înmulţesc cu viteză maximă. Viteza multiplicării celulelor variază în funcţie de specia microorganismelor, condiţiile de creştere. Dublarea numărului de celule variază de la 20-30 minute până la câteva ore. În faza exponenţială majoritatea celulelor sunt tinere din punct de vedere fiziologic şi active din punct de vedere biologic. Transferarea acestei culturi dintr-un vas în altul cu acelaşi mediu nutritiv şi aceleaşi condiţii ale mediului nu vor modifica viteza creşterii microorganismelor şi stadiul iniţial nu va mai fi.


Faza creşterii lente. Faza exponenţială evoluează treptat în cea a creşterii lente. În timpul acesteia concomitent cu creşterea generală a numărului de celule se măreşte lent durata generaţiei. Fenomenul dat se explică prin faptul că peste câteva ore după începutul fazei logaritmice în mediul nutritiv scade concentraţia substanţelor nutritive şi biologic active, se schimbă pH-ul, iar o parte din celule trec în starea de anabioză sau mor din diferite cauze. Viteza divizării celulelor scade, numărul celulelor moarte creşte, iar creşterea celor vii decurge tot mai lent.
Faza staţionară. Din momentul când numărul total al celulelor din populaţie încetează să mai crească, se începe faza staţionară. În această etapă numărul celulelor nou-apărute şi al celor moarte sau care trec în stare de anabioză este aproximativ acelaşi. Pe parcursul acestei etape numărul celulelor din mediu nu se schimbă, iar viteza de înmulţire este egală cu cea de mortificare. 3


Faza mortificării. În acest stadiu viteza de mortificare a celulelor depăşeşte substanţial viteza de înmulţire. Numărul celulelor vii scade treptat. Biomasa culturii scade din cauza începutului autolizei. Celulele suferă modificări morfologice, fiziologice şi de formă. În fig. 2.1. sunt reprezentate stadiile creşterii culturii de microorganisme. În scopul accelerării proceselor fermentative au fost elaborate metode continue de cultivare a microorganismelor, care fac posibilă eliminarea stadiului iniţial sau cel al mortificării.

Fig. 2.1. Stadiile creşterii culturii de microorganisme

2. Microbiota nespecifică 2.1. Noţiuni generale Microbiota nespecifică alimentelor include microorganismele care ajung în ţesuturi ale organismelor vii (plantelor şi animalelor), în cazul îmbolnăvirii sau distrugerii funcţiilor de barieră, in condiţii de traume, înfometare, supraîncălzire sau suprarăcire a acestora. De aseamenea, când nu se păstrează condiţiile sanitare în etapa de pregătire, prelucrare, transport şi păstrare a materiei prime, semifabricatelor şi produselor finite este posibilă o contaminare secundară, directă sau indirectă, cu microorganisme din diferitele habitaturi naturale ce reprezintă surse naturale de microorganisme (sol, ape, aer, omul, animale, insecte). Microbiota nespecifică poate fi reprezentată de:
microorganisme organotrofe (saprofite) de alterare;
microorganisme patogene (iniţiatori a intoxicaţiilor şi toxiinfecţiilor alimentare). 2.2. Microorganisme organotrofe (saprofite) de alterare Microorganismele saprofite de alterare sunt foarte răspândite în natură şi produc alterări ale alimentelor când se află în număr mare, ca rezultat al acţiunii lor asupra compuşilor organici din aliment. Microorganismele care produc alterarea produselor alimentare au mai ales activitate proteolitică şi lipolitică. Contaminarea produselor alimentare cu microorganisme saprofite şi înmulţirea lor în produse este nedorită deoarece ele scad valoarea nutritivă şi biologică încât în unele cazuri fac imposibilă folosirea produsului în nutriţie. Alături de modificarea însuşirilor senzoriale, aceste microorganisme pot produce compuşi toxici. Pentru ca alterarea microbiana să aibă loc este necesar ca să existe condiţii favorizante (nutritive şi ambientale), care să permită creşterea microorganismelor. Iniţierea alterării este dependentă atât de numărul cât şi de natura microorganismelor contaminante.

4

După contaminare, microorganismele îşi adaptează metabolismul la mediul oferit de aliment şi după faza creşterii lente, trec în faza exponenţială de creştere. Cunoaşterea acestor procese permite extinderea vieţii sigure a alimentului dacă contaminare iniţială este controlată prin asigurarea unei prelucrări corespunzătoare. Alimentele perisabile (care se strică, se alterează ușor) sunt în primul rând cele cu compoziţie chimică complexă şi un conţinut ridicat de apă, ca de exemplu: carnea, peştele, produsele lactate, vegetale, fructe. Dintre acestea produsele de origine animală au un pH apropiat de neutru, conţin cantităţi mari de proteine şi lipide şi sunt conservate la temperaturi scăzute. Aceste condiţii favorizează creşterea bacteriilor Gram negative cu specii ale genului Pseudomonas, Acinetobacter (Moraxella) care prin activitatea lor proteolitică şi lipolitică dau produşi de alterare cu miros şi gust putrid. Vegetale proaspete conţin o cantitate mare de glucide şi mai puţine proteine. Au un pH neutru sau acid şi se caracterizează prin capacitatea de protecţie dată de înveliş, faţă de activitatea microbiana. Din acest motiv alterarea predominantă constă în putrezirea umedă cu înmuierea ţesutului ca urmare a activităţii pectolitice a mucegaiurilor şi a unor drojdii. Alterarea fructelor coapte este dată de mucegaiuri. Prin păstrarea la rece a alimentelor (la 0...+4 °C) este intârziaţă creşterea majorităţii bacteriilor de alterare, producătoare de toxine (cu excepţia bacteriilor psihrofile din genul Listeria şi Yersinia), în schimb alterarea continuă cu o rată foarte redusă. La temperaturi sub – 8 °C creşterea microbiana este oprită şi alimentele păstrate prin congelare nu se alterează microbiologic. Dar enzimele microbiene pot rămâne active la aceste temperaturi şi alimentele congelate, care conţin un număr mare de microorganisme, dezvoltă în timp un miros neplăcut întâlnit mai ales la alimente, cu conţinut ridicat în lipide. În alimentele acide cu pH de aproximativ 4,5 sunt condiţii de dezvoltare mai ales pentru drojdii şi mucegaiuri, care sunt microorganisme osmotolerante, deci dau alterarea când concentraţia de zahăr sau sare în produsul alimentar este mare (dar prea mare pentru a permite creşterea bacteriilor). În alimentele tratate termic (pasteurizate la tempertauri 80...100 °C) majoritatea microorganismelor de alterare sunt distruşi şi pot supravieţui doar sporii bacterieni şi forme vegetative termodurice. Din grupul alimentelor stabile în condiţii normale de păstrare sunt alimentele conservate la temperaturi ridicate (temperaturi de sterilizare 120...140 °C) şi ambalate aseptic. În urma tratamentului termic se obţine o sterilizare comercială termen care semnifică distrugerea tuturor microorganismelor capabile să crească în aliment. În cazul în care rămân supravieţuitori aceştia în general nu prezintă un pericol. Pentru alte produse alimentare uscate (cereale, făina, nuci etc.) indice de activitatea apei – aw, compoziţia şi structura anatomică sunt importante pentru conservabilitatea acestor produse. În general creşterea microbiana nu poate avea loc la aw mai mic sau egal cu 0,6. Produse alimentare cu o stabilitate de 1 an la valori de aw egale cu 0,6...0,7. Produse alimentare sunt stabile timp de 6 luni la valori de aw mai mari de 0,75, încât la valori peste 0,78 este probabilă alterarea rapidă. Tehnologiile folosite în păstrarea alimentelor au drept scop inhibarea creşterii microorganismelor de alterare şi a celor care dau îmbolnăviri sau se caracterizează prin producerea de toxine. Astfel refrigerarea, congelarea, tratarea termică, sărarea, uscarea şi alte 5

medode de conservare a alimentelor reprezintă căi de inhibare a microbiotei naturale sau a unor contaminanţi introduşi prin manipulare şi procesare. Creşterea microorganismelor este afectată şi controlată prin anumiţi factori ecologici care pot fi divizaţi în trei grupe: •

Factori intrinseci;

•

Factori extrinseci;

•

Factroi impliciţi.

Factori intrinseci, uneori greu de controlat, sunt următorii : compoziţia chimică, indicele de activitate al apei sau umiditatea relativă de echilibru, pH-ul, potenţialul de oxido-reducere, structura biologică şi prezenţa unor constituienţi antimicrobieni. Factorii extrinseci mai uşor controlabili, includ temperatura de păstrare şi durata de păstrare, efectele unor procese asupra aw prin sărare, afumare sau uscare, tratarea cu radiaţii, adăugarea de CO2 (de exemplu la ambalarea în atmosferă controlată), sau adaos de conservanţi. Factorii impliciţi sunt factorii determinaţi de competiţia între microorganisme pentru nutrienţi în ecosistemul reprezentat de aliment şi de fiziologia lor. Supravieţuirea şi creşterea atât a agenţilor de alterare cât şi cea a patogenilor este influenţată de aceşti factori. Microorganismele de alterare făcând parte din microbiota normală sunt întotdeauna prezente pe alimente neprocesate, sau pot fi contaminanţi ai mediului ambiant, în orice stadiu, în timpul manipulării sau procesării. Această categorie de microorganisme include bacterii, drojdii şi mucegaiuri care dau modificări nedorite ale calităţilor senzoriale şi nutritive ale alimentului (modificări de aromă, miros, gust, culoare, textură, consistenţă). În funcţie de caracterele lor se pot distinge: Microorganisme psihrotrofe – sunt microoorganisme care cresc relativ rapid în domeniul temperaturilor comerciale de refrigerare, ca de ex. specii ale genurilor (Pseudomonas, Psychrobacter, Achromobacter ect). Când bacteriile psihrotrofe se află în număr mare produc deprecierea şi defecte fizico-chimice în alimente. Microorganismele termodurice – sunt microoorganisme care supraveţuiesc intr-o mare măsură, la tratamente la cald. Cele termofile pot să reziste la astfel de tratamente şi să crească la temperaturi ridicate. Bacteriile termodurice prezintă interes în industria laptelui deoarece pot supraveţui la pasteurizare. Cuprind specii din genurile: Micrococcus, Enterococcus, Lactobacillus, Bacillus şi Clostridium. Microorganisme lipolitice produc degradarea oxidativă şi hidrolitică a lipidelor din smântână, unt, margarina ş.a. Din acest grup fac parte bacterii din genul Pseudomonas şi Staphylococcus, mucegaiuri ale genului Rhizopus, Aspergillus şi Penicillium, dintre drojdii, genurile Candida, Rhodotorula şi Hansenula. Microorganisme proteolitice produc prin hidroliza proteinelor substanţe ce dau alterarea alimentelor. Speciile proteolitice aparţin genurilor: Bacillus, Clostridium, Pseudomonas şi Proteus. Bacteriile de putrefacţie degradează alimentele bogate în proteine din care, prin acest proces, se pot acumula substanţe toxice (amine biogene). Aminele produc şi modificări de gust şi miros, ceea ce avertizează consumatorul de prezenţa produşilor de putrefacţie. 6

Microorganisme halofile necesită pentru creştere cantităţi mici de sare: 2...5% (slab halofili), 5...20% (moderat halofili) şi 20...30% (extrem halofili). Sunt considerate microorganisme halotolerante cele care sunt capabile să crească în medii cu peste 5% sare şi dintre acestea unele pot fi implicate în alterare sau pot fi patogene ca de exemplu Staphylococcus aureus şi Clostridium perfringens. Microorganisme osmofile sunt întâlnite frecvent în grupul drojdiilor care pot creste în soluţii concentrate de zahăr şi pot cauza alterări ale mierii, gemurilor, melasei, siropurilor, sucurilor concentrate de fructe ş.a. şi aparţin genului Zygosaccharomyces. Microorganisme pectinolitice degradează substanţele pectice din fructe şi vegetale şi reduc capacitatea de gelificare sau cauzează înmuierea fructelor în timpul păstrării. Speciile pectinolitice includ bacterii din genurile: Achromobacter, Acromonas, Bacillus, Enterobacter, Erwinia, drojdii şi numeroase specii de mucegaiuri. Microorganisme acidogene sunt microorganisme care produc prin fermentare acizi şi dau alterare prin acrirea în exces a alimentelor. Cel mai important grup aparţine bacteriilor lactice cu specii aparţinând genurilor: Lactobacillus, Lactococcus, Pediococcus şi Leuconostoc. Bacteriile lactice heterofermentative produc prin fermentarea glucidelor pe lângă acid lactic şi acid acetic si alte produse secundare. Pot produce acizi, specii ale bacteriilor sporogene aparţinând genurilor Bacillus şi Clostridium. Alte bacterii care dau acrirea vinului, a berii, aparţin genului Acetobacter. Mai pot produce acizii citric, oxalic ş.a, unele specii de mucegaiuri şi drojdii. Bacterii sporogene agenţi de alterare a conservelor – specii ale genurilor Bacillus şi Clostridium. Dezvoltarea acestora este un indiciu al contaminării ingredientelor şi o stare igienică necorespunzătoare a echipamentului. Microorganismele saprofite prezente în produse pot condiţiona într-o serie de cazuri dezvoltarea unor procese biochimice (de exemplu fermentaţia etc.) şi deci să influenţeze benefic calitatea alimentelor. În acest caz, ele devin specifice pentru microbiota dată a produsului. Având însuşiri antagoniste în raport cu alte microorganisme, acestea, adesea, asigură conservarea produselor alimentare şi consumul este lipsit de pericol epidemiologie.

2.3. Microorganisme agenţi ai intoxicaţiilor alimentare Intoxicaţia alimentară este cauzată prin consum de alimente în/pe care s-au dezvoltat microorganisme care elaborează metaboliţi cu efect toxic. Microorganisme care se referă la agenţi ai intoxicaţiilor alimentare sunt:
Mucegaiuri toxicogene;
Bacterii toxicogene. 2.3.1. Mucegaiuri toxicogene Mucegaiurile toxicogene produc intoxicaţii denumite micotoxicoze cu o perioadă de incubare prelungită încât este dificilă asocierea îmbolnăvirii, cu alimentul incriminat. Mucegaiurile pot forma colonii la suprafaţa produsului şi în etapa de creştere colonială, o dată cu apariţia sporilor, pot să sintetizeze produşi secundari de metabolism de natură hidrocarbonată cu o toxicitate deosebit de ridicată. 7

Omul şi animalele pot să sufere intoxicaţii prin consum de alimente mucegăite, intoxicaţii care se manifestă prin îmbolnăviri ale diferitelor organe (ficat, rinichi ş.a). Dintre bolile produse prin consum de micotoxine: ergotism, hepatocarcinogeneza, ş.a. Micotoxicozele nu sunt transmisibile şi apariţia sau gravitatea lor este în funcţie de natura micotoxinei şi doza ingerată. Micotoxinele au o toxicitate ridicată şi concentraţia maximă admisă pentru produse alimentare, pentru a fi acceptate în consum, este foarte redusă (CMA = 5-30 µg/kg produs alimentar). Majoritatea micotoxinelor acţionează prin inhibarea acţiunii enzimelor implicate în sinteza de proteine, pot produce modificări în structura acizilor nucleici şi efectul se manifestă printr-o înmulţire anarhică a celulelor cu apariţia tumorilor maligne. Deoarece micotoxine nu conţin azot în moleculă, ele nu pot fi inactivate pe cale termică, fiind deosebit de termostabile. Sunt rezistente la acţiunea factorilor de mediu, se oxidează foarte greu şi efectul lor se poate manifesta ani de zile. Nu se cunosc metode eficiente pentru eliminarea totală a micotoxinelor din alimente. Calea unică pentru evitarea formării lor este prevenirea dezvoltării mucegaiurilor pe alimente. Deşi nu toate mucegaiurile produc micotoxine, este recomandat a nu se consuma produse mucegăite pentru eliminarea riscului de intoxicaţie. Acelaşi mucegai poate să producă mai multe tipuri de micotoxine şi aceeaşi micotoxină poate fi produsă de mai multe specii sau genuri. Produc micotoxine specii aparţinând următoarelor genuri: Aspergillus: Reprezentanţii genului produc aflatoxine denumite astfel de la specia Aspergillus flavus. Se cunosc 12 aflatoxine foarte toxice şi mai puţin toxice. Aflatoxinele cu toxicitate mai redusă, pot fi detectate în laptele provenit de la animalele hrănite cu furaje mucegăite (contaminate cu specii toxicogene). Mai produc aflatoxine unele tulpini ale speciilor: Aspergillus niger, Aspergillus parasiticus, Aspergillus wenti. Încălzirea la 120 °C, timp de 4 ore, nu distruge în totalitate aceste micotoxine. Aflatoxinele nu sunt solubile în apă, ci în solvenţi organici, dar aceştia nu pot fi folosiţi pentru îndepărtarea micotoxinelor deoarece prin extracţie se pierde valoarea alimentară a produsului. Alt grup de micotoxine care se numeşte ochratoxine sunt elaborate de Aspergillus ochraceus. Dau îmbolnăviri la nivelul rinichilor. Alte micotoxine produse de specii ale genului Aspergillus cu o toxicitate mai mică sunt: fumagilina, gliotoxina şi acidul helvolic produse A. fumigatus, candidulina (A.candidum) şi nidulina (A.nidulans), etc. Penicillium: Specii ale genului pot produce peste 60 de toxine mai ales când se dezvoltă pe cereale şi furaje. Dintre speciile producătoare de micotoxine fac parte: P. islandicum care se dezvoltă pe orez şi produce 2 micotoxine: islanditoxina şi luteoskirina. Pe fructe, se dezvoltă P.expansum care produce putrezirea albastră a merelor şi sintetizează patulina. Se poate dezvolta pe cereale şi produse de panificaţie. Patulina este rezistentă la temperaturi ridicate, la pH acid şi are efect cancerigen. Dacă sucul de fructe este supus fermentaţiei, o parte din toxină se elimină din lichidul fermentat.

8

Alte specii: P. citrinum – produce citrinina pe orez decorticat, cauzând afecţiuni renale. P. cyclopium – întâlnit pe cereale şi legume produce acidul ciclopiazonic care poate cauza moartea păsărilor ce au consumat porumb mucegăit. P. rubrum produce rubratoxina cu acţiune sinergică cu aflatoxinele. P. viridicatum se dezvoltă pe orz şi orez producând o micotoxină ce determină o degenerare a celulelor renale. Fusarium: produce micotoxine care pot fi sintetizate şi la temperaturi scăzute, deosebit de rezistente în timp (mucegaiurile pot să moară dar toxina rezistă ani de zile). Rhizopus: specii ale genului produc micotoxine ce dau stări de oboseală şi poliurie. Cladosporium: poate produce la temperaturi scăzute toxine de tipul acizilor tricarboxilici nesaturaţi.

2.3.2. Bacterii toxicogene Dintre agenţii bacterieni ai intoxicaţiilor prin alimente contaminate fac parte următoarele specii:
Clostridium botulinum;
Staphylococcus aureus. Clostridium botulinum este un microorganism capabil de a produce toxine prin creşterea în alimente, reprezintă o bacterie sporogenă cu habitatul în sol, Gram pozitivă, anaerobă, cu lungime de 3...8 µm şi lăţimea 0,5...0,8 µm cu capete rotunjite. Clostridium botulinum produce 8 toxine de natură proteică diferenţiate din punct de vedere reacției organismului față de agenții infecțioși. Tulpinile producătoare de neurotoxine A, B, şi E dau botulismul la om şi produc sindrom neuroparalitic cu efect letal. Manifestarea stării de boală are loc după 1-10 zile şi cazurile letale ajung până la 68 %. După ingerarea toxinei botulinice după 8...36 ore apar stări de vomă, dureri abdominale şi diaree, apoi starea de uscăciune în gură, dilatarea pupilelor, viziune dublată, dificultăţi respiratorii, paralizia muşchilor ce funcţionează reflex, iar moartea este datorată asfixierii, stopului cardiac. Toxinele botulinice au o toxicitate ridicată (o doză de 0,2 µg poate omorâ un om de 100 kg). Toxina E sub formă de pretoxine reprezintă un complex netoxic, care este protejat faţă de procesele digestive şi astfel intră în circuitul sangvin. Ingerate oral sunt absorbite în intestinul superior, sunt transportate în sistemul limfatic unde pretoxinele sunt hidrolizate în derivate proteice toxice, acestea sunt transportate prin sânge şi produc dereglări în funcţiile organismului. Toxinele de tip C şi D dau îmbolnăviri la păsări şi la mamifere. Prin studiul unui număr de 1700 cazuri în USA 17,8% s-au datorat consumului de vegetale (fasole verde, spanac, ciuperci), fructe 4,1%; peşte, 3,6%; condimente, 2,2%; preparate din carne 0,8%, produse lactate 0,5% şi pui 0,1%. Intoxicaţia se produce mai ales prin consum de peşte şi conserve de peşte, conserve vegetale, insuficient sterilizate. Aceasta se explică prin faptul că bacteriile sub formă de spori sunt inactivate la 120 °C după 4...10 min, în timp ce la fierbere (100 °C) sunt necesare 6 ore pentru inactivarea lor termică. Dacă sterilizarea nu este suficientă la pregătirea conservelor, 9

endosporii, supravieţuitori ai tratamentului termic, pot germina la păstrare şi în stare activă de creştere, produc toxine. Prin dezvoltarea lui C. botulinum, carnea şi alte alimente bogate în proteine, vegetalele cu aciditate scăzută, capătă un miros alterat sau se formează gaze prin procese de fermentaţie, aspect care însă nu poate fi sesizat în alimente cu aciditate mai ridicată sau cu un conţinut redus în proteine. Toxinele sunt produse în cantitate mai mare la temperaturi mai scăzute şi odată produse, persistă în alimente perioade lungi, prin păstrarea la temperaturi scăzute. Tulpini nonproteolitice au un minim de creştere la temperatura 3,3 °C când pot produce toxine lent, în 4...6 săptămâni şi prezintă risc la conservarea produselor refrigerate, mai ales a peştelui şi a moluştelor. Deoarece creşterea acestor bacterii şi formarea toxinelor poate avea loc la temperaturi scăzute, se iau măsuri stricte de precauţie pentru a preveni contaminarea şi creşterea în produs înainte de consum, în special la produsele care nu suferă în prealabil un tratament termic. Deşi C. botulinum este un anaerob, pentru creştere nu este obligatorie absenţa oxigenului. Toxinele pot rezista în mediu acid, la rece, în schimb sunt termolabile şi pot fi inactivate prin încălzire la 80°C, în timp de 5-60 de minute, sau prin fierbere câteva minute, încât încălzirea adecvată a alimentelor conservate, a mâncărurilor înainte de ingestie poate preveni botulismul. C. botulinum poate fi inhibat prin adăugarea de săruri, asociate cu păstrarea de temperaturi scăzute. În special sunt eficienţi nitriţii dar prezenţa acestora în alimente poate fi asociată cu producerea potenţială a nitrozaminelor cancerigene, încât orice reducere a conţinutului în nitriţi trebuie să fie echilibrată în raport cu creşterea riscului de botulism. Concentraţia necesară pentru inhibarea lui C. botulinum creşte cu mărirea temperaturii încât acest fapt reduce siguranţa în consum . Staphylococcus aureus prezintă bacterii de forma sferică cu diametrul celulei de 0,5...1,5 µm, Gram pozitiv, în perechi, tetrade sau ciorchini. Fermentează anaerob glucidele. Necesită pentru creştere acid nicotinic şi este favorizat de prezenţa tiaminei. Nu creşte în medii sintetice sau în alimente lipsite de aminoacizi şi proteine. În alimente bogate în proteine şi lipsite de glucide creşte aerob, iar prezenţa surselor de carbon favorizează creşterea anaerobă. S. aureus reduce iniţial nitraţii la nitriţi şi tolerează fără să aibă nevoie, NaCl în concentraţii de 10-15 %. Creşte în domeniul de temperaturi 6,6...45,5 °C, posedă catalază, fosfatază şi dezoxiribonuclează. Produce intoxicaţii alimentare prin elaborarea de enterotoxine foarte termostabile, cu rată redusă de letalitate şi cu o perioadă scurtă de incubare chiar după 30 minute de la ingerare, în general după 3...6 ore. Se transmite de la indivizii purtători de tulpini enterotoxice la care rezidă ca saprofit în fosa nazală şi se elimină prin secreţii nazale şi expectoraţie, fiind ejectat în picături, prin tuse şi strănut. Se mai transmite în timpul fumatului când degetele ating buzele sau nasul, în timpul mâncatului. Este rezident de tranzit al pielii şi părului şi permanent în tractul intestinal, încât contaminarea este categoric datorată unei manipulări şi procese neigienice a alimentelor. Bacteriile cresc în alimente, având un timp de generaţie de 40 minute şi produc toxine eliberate în aliment. Intoxicaţiile stafilococice sunt asociate cu consumul unor alimente gata preparate păstrate la temperatura camerei: creme, frişca, produse de patiserie, plăcintă de carne, ouă, şuncă, lapte de la animale bolnave, brânză, supe. 10

Cu excepţia laptelui şi a brânzeturilor care pot fi contaminate de la animale bolnave de mastită, celelalte sunt contaminate prin intermediul omului. Specia S. aureus se dezvoltă şi se înmulţeşte bine la 37 °C într-un domeniu larg de pH (4,2...9,3) şi în prezenţa unei concentraţii de până la 15 % sare. Toxinele sunt exogene, pot fi elaborate după 3-6 ore de creştere a stafilococilor în produsul alimentar, iar starea de boală se manifestă la scurt timp după ingerare, având ca simptome stări de greaţă, vomă, crampe abdominale şi durează câteva ore până la zile. Riscul de intoxicaţie creşte deoarece prin dezvoltarea acestor bacterii, nu apar în mod obligatoriu modificări de gust şi miros ale alimentului chiar când numărul lor este de sute de milioane per gram. S. aureus poate produce enterotoxine A, B, C, D, E, leucocidină, coagulaza. Dintre acestea, toxina A este un metabolit primar ce este produs în faza logaritmica de creştere într-un domeniu larg de pH. Este forma predominantă în înbolnăviri prin consum de alimente care sunt consumate atunci când stafilococii cresc activ. Toxinele B şi C sunt elaborate în faza logaritmica târzie, faza staţionară de creştere, la pH neutru. Toxinele se produc mai rapid la 37 °C, după aproximativ 3 zile la 20°C şi după o perioadă mai lungă prin păstrare la temperaturi mai scăzute.

2.4. Microorganisme agenţi ai toxiinfecţiilor alimentare Toxiinfecţia alimentară reprezintă proces patologic când alimentele sau apa acţionează ca vehiculant sau ca transmiţător de microorganisme patogene care se înmulţesc în organisme vii şi produc inflamaţii organelor a tractului gastrointestinal. În general, microorganismele agenţi ai toxiinfecţiilor alimentare sunt bacterii. Bacteriile care produc toxiinfecţii alimentare sunt patogene sau facultativ patogene. Ele se dezvoltă pe alimente fără a produce modificări senzoriale care să avertizeze consumatorul că produsul este contaminat şi produc îmbolnăviri la om atunci când gradul de contaminare al alimentului respectiv, este mare. Starea de boală apare în scurt timp de la ingerarea alimentului (2...12 ore) şi se caracterizează prin stări de vomă, diaree, dureri abdominale acute, care determină scăderea capacităţii de muncă a omului şi în funcţie de cantitatea de substanţă toxică ingerată şi de starea organismului, efectul poate fi letal. În general, starea de toxiinfecţie poate dura câteva zile după care are loc vindecarea. Dintre agenţii toxiinfecţiilor alimentare fac parte bacterii aparţinând următoarelor genuri/specii: Salmonella, cuprinde specii ce sunt agenţi importanţi ai toxiinfecţiilor alimentare: S. enteridis, S. dublin, S. typhymurium ş.a. Aproape toate alimentele pot fi contaminate cu bacterii genului Salmonella în condiţii neigienice de manipulare. Aceste bacterii se pot înmulţi pe alimente, dar nu produc modificări senzoriale. Sunt frecvent întâlnite în ouă proaspete, congelate sau sub formă de pulbere, în lapte nepasteurizat şi praf, carnea de pui, cârnaţi, homari ş.a. Cea mai frecvent întâlnită specie, S. enteridis este mai termorezistentă faţă de alte specii. în cazul fierberii ouălelor dacă gălbenuşul a rămas fluid salmonelele pot supravieţui. 11

La gastroenterite (inflamațiile a mucoasei stomacului și a intestinului subțire) bacteriile se multiplică în cavităţi intestinale şi sindromul (totalitatea semnelor și a simptomelor) de inflamaţie este evident după o perioadă de incubare – 7...72 ore după consum. Toxinele formate de bacteriile genului Salmonella sunt intracelulare, deci se formează şi rămân în celula bacteriei. După consumul produsului are loc, sub acţiunea acidului clorhidric din stomac, distrugerea celulei bacteriene şi eliminarea toxinei din celule. Controlul infecţiilor cu salmonele este dificil deoarece ele pot creşte la temperaturi scăzute de 6 °C, mor lent în timpul păstrării alimentelor prin congelare, dar rezistă în produse uscate şi pot fi eliminate din alimente numai prin tratament termic adecvat. Escherichia coli prezintă bacterii patogene care se transmit prin alimente şi produc infecţia chiar când numărul de celule este foarte redus. Se pot dezvolta pe epiteliul intestinal. Toxinele produse de E. coli sunt endotoxine legate ferm de peretele celular, pot fi proteine termolabile (sensibile la acțiunea căldurii) care se inactivează la 60 °C în 30 de minute şi se distrug complet la pH 3,5...5, dar sunt rezistente la acţiunea tripsinei. Enterotoxinele termostabile cu masă moleculară redusă nu îşi pierd activitatea la 100 °C, în timp de 2 minute şi sunt rezistente la pH în domeniul 1...9, fiind inactivate la pH > 11. Majoritatea tulpinilor, normal întâlnite în microbiota intestinală aparţinând speciei E. coli, sunt lipsite de risc şi pot fi folosite ca indicatori igienico-sanitari în controlul microbiologic al alimentelor. Bacteriile speciei E. coli nimiresc pe alimente prin intermediul apei contaminate cu materii fecale şi supravieţuiesc, indiferent dacă alimentul e conservat prin frig. Tulpinele patogene pot provoca gastroenterite, inflamațiele a sistemului urogenital, şi în unele cazuri, meningita (inflamarea membranelor din creier şi măduva spinării) la nou-nascuti. Shigella (Sh. dysenteriae, Sh. Sonnei ş.a.) sunt bacterii patogene de origine intestinală transmisibile prin apă, care nu cresc în alimente. Sunt cauza deziteriei. Contaminarea alimentelor poate fi accidentală cu excreţii ale indivizilor bolnavi de dezinterie. După ingestia unui număr de minimum 108 celule aparţinând speciei Sh. dysenteriae, şi după o perioadă de incubare de 4...7 zile, ca urmare a producerii de exotoxine proteice, au loc inflamaţii şi ulceraţii ale intestinului. Persoanele bolnave pot fi purtători ai bacteriilor parogene, timp de câteva săptămâni. Listeria monocytogenes produce listerioze (letalitate în 30...50 % din cazuri) cu o perioadă de incubaţie de câteva săptămâni. Recent s-a stabilit că aceste bacterii foarte răspândite în apă, sol, plante, pot fi vehiculate prin alimente. Este o bacterie psihrotrofă (se dezvoltă la temperaturi scăzute) şi creşte în alimente păstrate prin refrigerare (vegetale, lapte, brânză), alimente gata preparate, consumate după reîncălzire, în care produce toxină listeriolizină. Necesită concentraţii ridicate în săruri pentru inhibiţie şi creşte în domeniu larg de pH (5...9). Este sensibilă la temperaturi ridicate şi tratamentul la 70 °C, timp de 2 minute este suficient pentru a reduce nivelul la limite lipsite de risc. Bacterii din genul Listeria, au fost găsite în lapte nepasteurizat, peşte afumat la rece, în unele brânzeturi, în particular în Brie si Camembert. Pe vegetale pot creşte după ce acestea au fost tăiate, în contact cu sucul celular. Proteus cuprinde bacterii eliminate prin dejecţiile oamenilor şi animaleor. Observaţiile ecologice evidenţiază predominant specia Proteus mirabilis în fecale de bovine şi Proteus vulgaris în reziduri rezultate în industria cărnii. În număr mare pot produce prin ingerarea alimentului contaminat toxiinfecţii alimentare şi gastroenterite.

12

Yersinia enterocolitica produce enterite caracterizate prin diaree, febră şi dureri abdominale (manifestări similare apendicitei), în special la copii. A fost depistată în lapte, smântână, îngheţată, carne de porc, vită, pui şi legume. Răcirea rapidă a alimentelor şi congelarea la -18 °C exclude înmulţirea bacteriilor din g. Yersinia în carne. Vibrio cholerae poate produce holera cu efect letal în peste 40 % cazuri dacă nu se aplică un tratament adecvat. Poate creşte pe diferite alimente. Bacteriile speciei Vibrio cholerae nimiresc pe/în alimente prin apă poluată utilizată la fabricarea acestora. Streptococcus (Enterococcus): S. faecalis, S. bovis, S. durans, provoacă stări de toxiinfecţie când concentraţia bacteriilor în produs este de 106 – 107/g. Bacillus: B. cereus, Bacillus lichenformis şi Bacillus subtilis pot fi implicate în producerea de îmbolnăviri cu etiologie mixtă (intoxicaţie şi infecţie). Aceste bacterii pot produce greţuri, stări de vomă observate după 1...5 ore după consum, frecvent prin consum de orez fiert/prăjit, sau sindrom manifestat prin stări diareice după 8-16 ore, ca urmare a consumului de alimente reîncălzite, preparate cu boia de ardei sau alte condimente ce pot conţine un număr mare de spori. B. cereus poate creşte la temperaturi scăzute de 10 °C, dar se consideră că toxinele pot fi elaborate la temperaturi peste 15 °C. Clostridium perfringens se elimină prin materiile de dejecţie ale omului şi animalelor şi prin nerespectarea condiţiilor de igienă pot contamina alimentele, dar se poate transmite şi prin sol, praf, ape, condimente ş.a. Creşterea bacteriilor speciei Cl. perfringens pe produse (alimente cu carne gata preparate, insuficient tratate termic) este asociată cu formare de acid butiric şi gaze. Este cunoscut prin capacitatea sa de a supravieţui în mâncăruri gătite (de carne, pui), care nu au fost păstrate la rece în mod corespunzător, deoarece majoritatea tulpinilor nu cresc sub 15°C. Poate produce mai multe tipuri de exotoxine. Pentru producerea stării de toxiinfecţie este necesar un număr de celule mai mare de 106/g şi se manifestă după 1 oră de ingerare. Unii spori rămân viabili după fierbere şi prin păstrare la cald germinează şi prin activiteatea lor generează toxine. Timpul de generaţie în condiţii optime de viaţă este de 9,5 minute. Creşterea este iniţiată în timpul răcirii începând de la 43 °C şi continuă rapid până la răcirea completă. După ingestia alimentului contaminat are loc multiplicarea bacteriilor în intestinul subţire, producerea de enterotoxine şi eliberarea de toxine prin liza celulelor.

2.5. Microorganisme strict patogene Microorganisme strict patogene nu se pot înmulţi în alimente, dar pot fi transferate de la om şi animale bolnave, sau prin ingerare de produse alimentare ocazional contaminate la indivizii bolnavi (de exemplu virusurile iniţiatori ai hepatitei, bacteriile iniţiatori ai tuberculozei – Mycobacterium tuberculosis, antraxului – Bacillus anthracis, etc.). Răspândirea patogenilor poate fi oprită prin evitarea căilor de acces la aliment, fie prin tratamente care asigură distrugerea sau eliminarea lor.

3. Macrobiota nespecifică alimentelor Helminţi – viermi paraziţi, care provoacă helmintiaze. Nu sunt microorganisme! După ciclul de dezvoltare se împart în biohelminţi şi geohelminţi, bolile denumindu-se respectiv biohelmintiaze şi geohelmintiaze. 13

Biohelminţi se dezvoltă în organismul gazdei-intermediare (om sau animal) şi în cel al gazdei-definitive, unde ajung la maturitatea sexuală. Geohelminţii sunt viermi ale căror larve, de regulă, se află în sol sau apă şi sunt capabile de a parazita pe om. Infestarea omului are loc pe cale digestivă, când se consumă alimente infestate cu ouă mature sau larve de helminţi. Acţiunea patogenă a helminţilor se manifestă prin alergizarea organismului, apariţia stărilor toxice, uneori prin iritarea mecanică. Dintre geohelminţi sunt mai răspândiţi: •

Ascarizii;

•

Trichinelele.

Iar dintre biohelminţi: •

Tenia-boului;

•

Tenia-porcului.

De asemenea agenţii patogeni ai celor mai răspîndite helmintiaze se împart în trei clase: viermi cilindrici (nematodele), viermii-panglică (cestodele) şi trematodele. Ascarida este un helmint din clasa nematodelor. Lungimea ei e de 15...20 cm. Ea invadează îndeosebi intestinul subţire. Aici femela depune ouăle, care împreună cu masele fecale se elimină în mediu extern şi se maturizează pînă la starea de invazie. Maturizarea durează 24...25 de zile. În transmiterea oălor de ascaride participă solul, produsele alimentare, apa, muştele. Ouăle mature cu rămăşiţe de sol pot fi introduse pe alimente sau în cavitatea bucală cu mîinele murdare. Această cale de infecţie e caracteristică mai ales pentru copii. Deosebit de mare e pericolul invaziei prin consumarea legumelor şi fructelor crude nespălate. Pe produsele alimentare ouăle de ascaride pot nimeri cu praful. Muştele pot transporta pe lăbuţele şi suprafaţa corpului ouăle mature de ascaride la produsele alimentare. Astfel, omul se infectează cu ascaride, de obicei, după următoarele scheme: •

solul - legumele - cavitatea bucală;

•

solul - mâinile - cavitatea bucală.

Măsurile de profilaxie şi combatere. Combaterea ascaridiozelor se realizează prin dehelmentizarea sistematică, îmbinată cu măsurile sanitare (excluderea impurificării solului cu mase fecale). Atenţie deosebită necesită spălarea minuţioasă a mîinilor, legumelor, fructelor, apărarea de muşte a produselor alimentare (dezinsecţia). Trichinelele sunt paraziţi mărunţi care se desting greu cu ochiul neînarmat. Ele fac parte din clasa viermilor cilindrici. Se localizează în intenstinul subţire. Trichinelele tinere se transportă prin limfă din intestin în sistemul limfatic, pătrund în sânge şi prin el se răspândesc în întreg organism. Nimerind în muşchi se incapsulează. Trichineloza afectează omul şi unele specii de animale (porci, rozătoare, carnivore). Omul se infectează cu trichinele dacă mănîncă carnea de porc fiartă incomplet. 14

Profilaxia şi combaterea. Un rol important în profilaxia trichinelozei aparţine examenului sanitar-veterinar al porcilor care se prelucrează în abatoare. De asemenea trebuie respecte regulele de prelucrare a cărnii. Se ia în consideraţie, că trichinele îşi păstrează viabilitatea în carne la temperatură joasă. Tenia-boului este unul din cei mai mari viermi paraziţi. Lungimea lui este de la 4 pînă la 12 metri. În stadiul de maturizare (sub formă de panglică) tenia parazitează numai în intestinele omului. In stadiul de lavre trăieşte în organismul vitelor, în muşchii acestora Omul se contaminează cu tenie odată cu consumarea cărnii animalelor infectate de larvele teniei. Tenia-porcului este un vierme plat lung de 1,5...2 m. În faza maturării sexuale acest parazit trăieşte exclusiv în intestinul omului. În faza de lavre parazitează organismul porcului domestic. Omul se molipseşte de tenia-porcului prin carnea care conţine lavre ale parazitului şi care nu este suficient fiartă sau prăjită. Tenia-porcului este mult mai periculoasă decît teniaboului. Măsurile de combatere. Vitele şi porcii tăiaţi trebuie să fie supuse examenului sanitarveterinar. Nu se recomandă întrebuinţarea cărnii de taurine şi de porc în cazul cînd acestea n-au fost supuse examenului sanitar-veterinar, cât şi consumarea cărnii, care n-a fost bine fiartă sau prăjită. Carnea tocată de vită sau de porc nu se gustă în stare crudă.

15

MICROBIOLOGIA PRODUSELOR ALIMENTARE Literarura recomandată 1. Dan Velentina “Microbiologia produselor alimentare” vol. 2, Ed.: Alma, Galaţi, 1999; 2. Bălănuţă M., Rubţova S., Bălănuţă E., Nistor I. “Miсrobiologia, sanitria şi egiena alimentară”, Ed. Ruxanda, Chişinău, 1999; 3. Мудрецова-Вис К. А. “Микробиология”, М.: Экономика, 1985.

MODULUL II Microbiologia materiei prime, semifabricatelor şi produselor finite TEMA 3 Microbiologia cerealelor şi a făinii Întrebări referitor la tema dată 1. Microbiota cerealelor; 2. Microbiota făinii.

1. Microbiota cerealelor 1.1. Boli ale cerealelor produse de mucegaiuri Mucegaiurile fitopatogene pot provoca îmbolnăvirea plantelor cerealiere dând boli ca: rugina, malura, tăciunele, cornul secarei, fusariozele ş.a. Rugina este o boală întâlnită la grâu, secară, porumb, ovăz. Este produsă de mucegaiuri ce aparţin genului Puccinia. Efectul parazitar al ruginilor asupra cerealelor se manifestă printr-o pierdere însemnată a producţiei ca urmare a tulburărilor fiziologice şi de dezvoltare a plantei. Grânele ruginite „cad” uşor când sunt atacate în toamnă, rezistă mai greu la temperaturile scăzute din timpul iernii. Plantele infectate cu agenţii producători ai ruginii pierd excesiv apa prin transpiraţie. Astfel plantele moderat atacate transpiră cu 20...60% mai mult decât plantele sănătoase, iar cele puternic infectate cu 200...300% mai mult. Concomitent cu pierderea în apă, are loc o creştere a permeabilităţii celulare şi o scădere în intensitate a procesului de fotosinteză, incât este stânjenită acumularea de substanţe de rezervă în boabe. Aceste modificări fiziologice se reflectă negativ în dezvoltarea plantei: în general tulpinile şi spicele sunt mai scurte, iar numărul spiculeţelor în spic este mai mic. Aceste modificări conduc la o scădere în greutate a boabelor cu aproximativ 5...25%, datorată reducerii cantităţii de proteine glutenice, a poliglucidelor. Ca rezultat final boabele îşi pierd sticlozitatea, se sbârcesc, şi capătă o culoare galben-deschisă caracteristică. 1

Din grâu atacat de rugină se obţine prin măcinare o făină de calitate slabă, cu proprietăţi de panificaţie scăzute. Mălură este o boală întâlnită la grâu şi secară. Este produsă de către mucegaiuri din genul Tilletia. Cel mai reprezentativ este Tilletia tritici, agentul producător de mălură la grâu. Tiletia tritici se înmulţeşte prin chlamidospori sferici. Chlamidosporii răspândiţi prin intermediul vântului sau aduşi în sol odată cu boabele de grâu care se însămânţează, germinează concomitent cu seminţele. Dintr-un clamidospor ia naştere iniţial un tub germinativ pe care se dezvoltă o bazidie, care la maturitate eliberează 4-12 bazidiospori. Bazidiosporii de potenţe diferite (+/-) copulează, formând spori binucleaţi care prin germinare dau naştere la un filament de infecţie ce pătrunde în plantula de grâu şi se dezvoltă paralel cu planta, împânzind tulpina. În timp, ajungând în spic, poate pătrunde în ovar (partea inferioară a pistilului, care se transformă în fruct), unde se dezvoltă intens în timpul înfloritului. În cavitatea ovarului, miceliul se ramifică, hifele se divid în celule idependente care îşi măresc volumul, se rotunjesc şi se înconjoară cu o membrană groasă, formându-se chlamidospori. Astfel, mucegaiul stânjeneşte dezvoltarea normală a bobului şi există posibilitatea ca întreg bobul să fie plin cu spori. Deoarece pericarpul rămâne intact, boabele contaminate nu se diferenţiază de cele sănătoase şi se amestecă între ele. Prin strivirea unui bob mălurat, apare un praf negru format din chlamidospori (aproximativ 2-20 milioane/bob), care dau un miros neplăcut de „peşte stricat. În aceste condiţii, chlamidosporii se împrăştie şi aderă la suprafaţa boabelor sănătoase şi astfel ciclul de dezvoltare al mucegaiului, se reîncepe. Pentru separarea boabelor mălurate de cele sănătoase, se face o curăţire prin spălare, când boabele mălurate care au o masă specifică mai mică comparativ cu cea a boabelor sănătoase, vor pluti la suprafaţa apei. În cazul în care nu se realizează această separare, prin măcinare sporii de mălură ajung în făină şi îi imprimă o culoare închisă şi un miros specific. Pâinea preparată din aceste făinuri are o culoare cenuşie şi un gust neplăcut; prin ingerare, sporii de mălură por provoca dereglări gastrointestinale, de aceea pâinea nu este admisă în consum. Tăciunele este o boală produsă de mucegaiuri din genul Ustilago şi este întâlnită la cereale şi ierburi furajere. Tăciunele zburător este provocat de Ustilago tritici, care parazitează plantele de grâu, provocând pagube imense. Plantele infectate se dezvoltă greu, rămân mai mici şi înspică înaintea celor sănătoase. Imediat după înspicare, mucegaiul distruge în întregime ovarele, staminele (organ mascul de reproducere al florii), paleele (înveliș floral) şi glumelele spiculeţelor, în afară de axa principală a spicului de grâu, încât spicul plantelor bolnave prezintă forma unei mase negricioase, pulverulente, alcătuită din chlamidospori, de parcă ar fi „ars de foc”. Chlamidosporii luaţi de vânt, ajung pe florile din spiculeţele plantelor sănătoase. Ajunşi pe stigmatul florilor de grâu, chlamidosporii germinează formând miceliu care se dezvoltă un timp împreună cu embrionul şi endospermul, iar când cariopsa (fruct uscat, caracteristic cerealelor) a ajuns la maturitate, se localizează în scutelum şi devine un miceliu de rezistenţă. În continuare sămânţa se dezvoltă în mod normal, încât în momentul recoltării boabele infectate nu se deosebesc cu nimic de boabele sănătoase. 2

Aceste boabe în aparenţă sănătoase, când sunt însămânţate, germinează, dând naştere la plantula de grâu, dar în acelaşi timp cu planta se dezvoltă şi miceliul. Acesta străbate tulpina şi în perioda de înspicare ajunge în spic şi flori. În acest stadiu, miceliul se dezarticulează în celule care se trasnsformă în chlamidospori negri. Chlamidosporii sunt puşi în libertate şi infectează noi plante, iar ciclul de dezvotare continuă. Pentu oprirea răspândirii agentului fitopatogen, se poate distruge miceliul interior prin metoda de tratare termică a boabelor şi anume prin menţinerea lor la 28...32 °C timp de 4 ore şi apoi la 50...53 °C timp de 7 minute, urmată de răcirea în apă rece şi uscare. Prin acest tratament miceliul este distrus iar capacitatea de germinare a seminţelor nu este modificată. Cornul secarei este o boală produsă de Claviceps purpurea, micromicet care poate parazita secara şi alte graminee. În spicele infectate, în locul boabelor se formează nişte scleroţi (organe de rezistență format din îngrămădiri de hife întrețesute) de culoare neagră cu lungimea de 3...5 cm şi un diametru de 4...6 mm cu o secţiune triunghiulară. Scleroţii formează organul de rezistenţă al mucegaiului. Aceştia se scutură în timpul seceratului şi cad în sol unde rezistă în timpul iernii. Primăvara, scleroţii germinează şi produc 7-8 măciulii (capăt îngroșat și rotunjit) de culoare roz-purpuriu, fixate pe un peduncul lung până la 5 cm. În partea superioară a pedunculului se găsesc ascospori de formă filamentoasă. Prin eliberarea ascosporilor aceştia sunt luaţi de vânt şi ajung pe secară în momentul înfloririi. Când cad pe stigmat germinează producând un filament de infecţie care pătrunde în ovar şi se substituie embrionului. Prin creştere se ramifică mult şi formează conidiospori. În acest stadiu sunt secretate glucide cu gust dulce care, atrăgând insectele, favorizează astfel răspândirea sporilor de pe plantele infectate. Infecţia este favorizată de o climă umedă. Către sfârşitul perioadei de vegetaţie, se formează scleroţi, care se scutură şi ciclul de dezvoltare este din nou iniţiat. Boala produsă de Claviceps purpurea este dăunătoare pentru faptul că scleroţii înlocuiesc boabele, deci determină o scădere a recoltei şi pentru faptul că aceşti scleroţi conţin substanţe toxice, încât dacă aceştia ajung în alimente sau în nutreţul animalelor, produc îmbolnăviri. Folosirea în alimentaţie a pâinii obţinută din făina, în care la măcinare au pătruns scleroţi, provoacă boala numită ergotism. Fusariozele cerealelor sunt boli provocate de mucegaiuri din genul Fusarium şi sunt răspândite în regiunile cu climat umed, mai frecvent la grâu, secară şi porumb. Sub acţiunea mucegaiurilor fitopatogene se poate produce distrugerea capacităţii de germinare a seminţelor, putrezirea plantulelor abia ieşite din pământ, modificări ale tulpinii şi spicului în funcţie de gradul de infecţie şi stadiul de dezvoltare al plantei în momentul infecţiei. Sporii mucegaiului căzând pe diferite organe ale plantei formează un miceliu care prin intermediul hifelor pătrunde în ţesutul vegetal. Mucegaiul poate forma un miceliu şi în sol şi să infecteze sistemul radicular al plantei. Când umezeala relativă a aerului este mai mare de 75%, mucegaiul poate să se dezvolte şi pe tulpină care se îngălbeneşte şi adeseori se acoperă cu un miceliu de culoare roz, pe care se formează conidospori septaţi în formă de seceră. Dacă infectarea se face în stadiul de coacere, boabele infectate nu se diferenţiază de cele normale; după însămânţarea boabelor infectate, mucegaiul germinează şi se dezvoltă paralel cu noua plantă care nu rezistă mult timp şi se usucă. Fusariozele conduc la o scădere în masa boabelor şi înrăutăţesc calităţile de măciniş şi de panificaţie. Aceasta este datorată faptului că mucegaiul pătrunzând în bob determină modificări 3

în compoziţia chimică degradând parţial glucidele şi protidele. Unele specii pot elabora în boabele infectate, substanţe toxice de tipul glucozidelor, care ajungând în pâine, prin consum produc intoxicări caracteristice, însoţite de stări de vomă, ameţeli. Toxinele secretate de mucegaiurile de genul Fusarium, rezistă la tratamente termice.

1.2. Bacteriozele cerealelor Bacteriozele sunt boli infecţioase ale plantelor industriale ale căror agenţi patogeni sunt bacteriile. Bacteriile pot ataca toate organele plantei, dar spre deosebire dc mucegaiuri, acţiunea lor rămâne localizată pe organul infectat. La începutul infectării se produc modificări fiziologice la locul de infecţie, respiraţia este mai intensă, scade conţinutul în glucide şi se acumulează acizi organici, urmate de modificări morfologice concretizate prin hipertrofii, decolorări, ofilire, putrezirea rădăcinilor. Dintre bolile produse de către bacterii mai importante sunt: Vestejirea bacteriana a porumbului este produsă de Pseudomonas stewarti, o bacterie sub formă de bastonaş, nesporulată, imobilă, Gram negativă, aerobă. Infecţia se transmite prin seminţe, iar în timpul perioadei de vegetaţie cu ajutorul insectelor. Pe frunzele plantelor infectate apar dungi caracteristice. Plantele rămân pitice, se vestejesc, iar ştiuleţii sunt mici şi au boabe şistave. Pătarea bacteriana a porumbului este produsă de Pseudomonas halei. Prin infectarea plantei, a frunzelor sau a tulpinii, capacitatea de asimilare a plantei scade şi se produce o reducere importantă a recoltei. Bacterioza cenuşie a boabelor de porumb este produsă de specii ale genului Bacillus. Pe boabele bolnave se observă pete limitate, de culoare cenuşiu-mat sau cenuşiu-gălbui. Boabele sunt mai uşoare şi au o capacitate redusă de germinare. Bacterioza neagră este produsă de Pseudomonas translucens, o bacterie nesporulată, mobilă, Gram negativă, care poate infecta grâul, secara şi orzul. Boala se răspândeşte prin intermediul seminţelor care conţin bacteriile pe suprafaţa sau interiorul lor. Infecţia se produce în sol şi se transmite odată cu creşterea plantulei răspândindu-se în frunze şi spic. Transmiterea de la o plantă la alta, se poate face prin intermediul insectelor care prin înţepăturile pe care le produc, inoculează şi răspândesc bacteriile fitopatogene.

1.3. Virozele plantelor Sunt boli produse de virusuri şi se manifestă în forme foarte variate, pentru că acelaşi virus poate produce simptome diferite, după planta pe care o infectează. Virusurile sunt transmise de la plantele bolnave la cele sănătoase, prin intermediul insectelor, care odată cu sucul plantei preiau şi virusurile. Plantele virozate au un aspect degenerat, vegetează slab, rămân pitice, înfloresc puţin iar florile sunt în majoritatea lor sterile. La plantele cerealiere se întâlnesc aproximativ 25 de boli virale. În cazul cerealelor, virozele determină o reducere importantă a productivităţii, concomitent cu o scădere a calităţilor tehnologice a boabelor. 4

1.4. Microbiota cerealelor depozitate Păstrarea calităţii cerealelor depozitate este deosebit de importantă. Cerealele proaspăt recoltate nu sunt suficient de uscate şi pot fi considerate produse perisabile, deoarece pot fi degradate sub acţiunea microorganismelor sau a insectelor, în funcţie de prezenţa acestora şi a condiţiilor care le favorizează dezvoltarea. Numeroase cercetări subliniază rolul major al mucegaiurilor în degradarea cerealelor încât uscarea artificială după recoltare, la umidităţi mai mici de 13-14% este esenţială pentru a evita creşterea mucegaiurilor. 1.4.1. Surse de contaminare cu microorganisme Pe suprafaţa boabelor de cereale se află o microbiotă variată alcătuita din bacterii, actinomiecte, drojdii şi mucegaiuri, care diferă din punct de vedere cantitativ între valori cuprinse între 103...106 cel./g. Aceste microorganiseme provin din: •

microbiotă rizosferă – prezintă microorgamisme, care se dezvoltă în strat de pământ, în care se găsesc rădăcinile plantelor (de obicei până la 1 sau 2 m adâncime);

•

microbiotă epifita a plantelor – prezintă microorganisme care se dezvoltă pe suprafaţa plantelor;

•

microbiota de contaminare – prezintă microorganisme care ocazional nimiresc pe suprafaţa boabelor ca rezultat al contaminării în momentul recoltării, transportului şi depozitării.

Numărul şi calitatea microbiotei depind de condiţiile climatice din momentul recoltării şi de structura anatomică a boabelor. Microbiotă rizosferă În sol, microorganismele sunt răspândite pe zone, înmulţindu-se mai activ acolo unde solul este mai bogat în substanţe organice, respectiv în jurul rădăcinilor plantelor. Acest lucru se explica prin faptul că plantele eliberează prin rădăcini, în sol, mici cantităţi de substanţe organice ce pot servi pentru creşterea microorganismelor, care mai pot folosi şi stratul de celule moarte din stratul exterior al rădăcinilor. Microbiota rizosferă este specifică, în funcţie de natura substanţelor eliminate în sol. Astfel leguminoasele secretă aminoacizi şi substanţe azotate mai complexe, iar gramineele elimină mai ales glucide şi acizi organici. Microbiota rizosferă este alcătuită în majoritate din bacterii. În cantitate mare se află bacteiile nesporulate din genul Pseudomonas (Pseudomonas herbicola), bacterii sporulate din genul Bacillus (B. subtilis, B. cereus), genul Costridium şi bacterii lactice heterofermentative. Alături de bacterii în zona rădăcinilor se întâlnesc în cantitate redusă, mucegaiuri din genul Penicillium, Fusarium ş.a. Microbiota epifită S-a constatat că o parte a microbiotei din rizosferă în timpul perioadei de vegetaţie a plantelor, trece pe organele vegetative ale acestora, unde continuă să se multiplice lent sau pot să reziste un timp îndelungat într-o stare de anabioză. Microorganismele mai pot ajunge pe suprafaţa plantelor, prin intermediul insectelor şi a curenţilor de aer, dar se pot înmulţi activ doar speciile care se pot adapta la rezervele sărace de nutrienţi găsite la suprafaţa plantei, secretate în mod normal de către ţesuturile plantei. 5

Microbiota epifită este formată mai ales din mucegaiuri şi bacterii nesporulate, în timp ce bacteriile sporulate se află într-o proporţie redusă. Contaminarea boabelor de cereale cu componenţii microbiotei epifite, are loc în timpul coacerii, după desfacerea învelişurilor de acoperire a lor. Boabele în proces de formare, au o umiditate destul de ridicată şi pe suprafaţa lor sunt eliminate unele substanţe nutritive, ceea ce face posibilă dezvoltarea microorganismelor la suprafaţa învelişului. În momentul deplinei maturizări au loc însă anumite modificări. În primul rând în bob se micşorează cantitatea de glucide simple şi creşte rezerva de amidon şi hemiceluloze, substanţe mai greu accesibile microorganismelor. De asemenea scade energia de respiraţie a boabelor şi se reduce conţinutul în umiditate, care nu permite multiplicarea microorganismelor. În schimb, microorganismele ajunse în boabe, se pot menţine în stare viabilă, un timp variabil. Microbiota de contaminare O contaminare masivă a boabelor de cereale are loc la recoltare, datorată prafului care conţine o mare parte din microorganismele existente în sol, praf care se ataşează pe suprafaţa boabelor. Cantitatea de microorganisme reţinute de boabe depinde de condiţiile climatice de recoltare, de gradul de prăfuire al solului şi, în mare măsură, de caracteristicile morfologice ale boabelor. Existenţa şănţuleţului, suprafaţa rugoasă a învelişului, favorizează ataşarea microorganismelor. Cea mai mare cantitate de microorganisme se întâlneşte pe secară, orz, grâu şi mai mică, pe mei, porumb şi orez. Acumularea microorganismelor în masa de cereale este posibilă şi în timpul transportării lor la magazii sau silozuri, dacă transportul se realizează cu maşini, vagoane etc. cu o stare igienică necorespunzătoare. În aceste condiţii, în afară de microorganisme saprofite, se poate produce o contaminare cu microorganisme patogene pentru om şi animale.

1.4.2. Rolul microorganismelor în procesul de încingere a cerealelor Încingerea reprezintă procesul prin care în partidele de cereale are loc o creştere a temperaturii, ca rezultat al proceselor fiziologice şi microbiologice ce au loc cu eliberare de căldură. Datorită slabei termoconductibilităţi a masei de cereale, căldura degajată prin procesul de respiraţie al boabelor şi seminţelor străine, a microorganismelor şi uneori a insectelor, se elimină greu în mediul înconjurător, astfel în condiţiile când procesul de formarea căldurii în masa de cereale este mai intens decât procesul de transfer de căldură în mediul înconjurător, conduce la apariţia încingerii. Dacă procesul iniţial de incingere nu este oprit în fazele iniţiale se pot atinge, în cazul cerealelor, temperaturi de 60...70 °C şi se produc modificări importante ale calităţii cerealelor. Factorii care condiţionează dinamica procesului de încingere:
Activitatea fiziologică a partidei de cereale (intensitatea proceselor de respiraţie şi transpiraţie);
Compoziţia cantitativă şi calitativă a microbiotei (numărul diferitelor specii de microorganisme)
Umiditatea boabelor şi temperatura de depozitare.

6

Activitatea fiziologică a masei de cereale este condiţionată de gradul de maturitate al boabelor la recoltare, gradul de puritate şi de condiţiile de păstrare. Partidele de cereale proaspăt recoltate care au o energie intensă de respiraţie şi o microbiotă epifită activă, pot să sufere mai rapid procesul de încingere decât cele care au fost deja conservate un timp mai îndelungat. În stadiile iniţiale încingerea apare sub forma unor „focare” în diferite zone ale silozului sau sub forma încingerii „în straturi”. Încingerea sub formă de focare apare datorită introducerii în siloz a unor boabe mai umede sau cu un conţinut mai ridicat de seminţe străine mai higroscopice. Încingerea în straturi devine posibilă în urma difuziei umidităţii în funcţie de diferenţa de temperatură a mediului ambiant şi cea a partidelor de cereale, cu formarea unui strat umed, ca rezultat al formării apei de condens. Sub influenţa temperaturii, în special când au loc modificări brusce de temperatură, în exteriorul sau interiorul masei de boabe are loc un proces fizic de migrare a umidităţii spre straturile mai reci şi stratul umed se formează la o oarecare distanţă de zona care a suferit şocul termic. Indiferent de cauza care a generat apariţia unui strat cu o umiditate mai ridicată decât a celor alăturate, existenţa umidităţii de condens la suprafaţa boabelor crează condiţii pentru dezvoltarea activă a microorganismelor şi o intensificare a proceselor fiziologice în boabe. S-a pus în evidenţă rolul microorganismelor în declanşarea procesului de încingere, mai ales ca rezultat al dezvoltării active a mucegaiurilor. Pentru creştere mucegaiurile utilizează lipide, glucide şi produc CO2, apă şi căldură. Consecinţa acestei activităţi este creşterea în umiditate şi a temperaturii ceea ce permite succesiv creşterea altor specii de fungi cu necesităţi mai mari de apă. Rolul predominant jucat de mucegaiuri faţă de alte microorganisme în procesul încingerii este datorat nu numai capacităţii de a elibera o mare cantitate de căldură dar şi prin alte particularităţi şi anume:
Capacitatea de a se dezvolta la valori de umiditate ale boabelor de cereale scăzute;
Au valori optime de temperatură, în domeniul întâlnit în condiţiile de depozitare ale partidelor de cereale şi capacitatea de a se dezvolta şi la temperaturi scăzute;
Mucegaiurile se caracterizează printr-o compoziţie complexă şi variabilă a sistemelor enzimatice, care permit mucegaiurilor să acţioneze şi asupra componentelor de structură a ţesuturilor de protecţie a boabelor, să le degradeze şi să formeze astfel substanţe mai simple ce pot servi drept substanţe nutritive pentru dezvoltarea altor grupe de microorganisme. Datorită acestor particularităţi, mucegaiurile sunt considerate cele mai periculoase în tehnica conservării cerealelor. Etape ale încingerii În desfăşurarea procesului de încingere se disting mai multe etape, condiţionate de modificarea temperaturii partidelor de cereale, etape în care se constată modificări cantitative şi calitative ale microbiotei cerealelor.
Începutul procesului de încingere – în această etapă se observă o creştere a numărului de microorganisme, în special a bacteriilor epifite şi a mucegaiurilor. În cadrul acestei 7

etape are loc o creştere cantitativă a bacteriilor din genul Pseudomonas. La sfârşitul primei etape de încingere când temperatura cerealelor nu depăşeşte 25 °C.
Dezvoltarea procesului de încingere – în această etapă temperatura creşte până la 40°C, temperaturi care favorizează dezvoltarea intensă a mucegaiurilor, actinomicetelor şi a bacteriilor nesporulate sub formă de coci.
Etapa de vârf a încingerii – în această etapă are loc creşterea şi menţinerea temperaturii la valori maxime obţinute prin încingere, respectiv temperaturi de 55...65 °C. Ca rezultat al creşterii temperaturii are loc inactivarea microbiotei epifite şi reducerea numărului de microorganisme viabile din microbiota externă a boabelor. La temperaturi de 40...50 °C, numărul de mucegaiuri se reduce. Îşi mai menţin activitatea mucegaiuriie termofile (exemplu Asperţjillus fumigatus) şi actinomicetele. Creşterea temperaturii peste 50 °C inhibă dezvoltarea mucegaiurilor şi se dezvoltă bacterii termotolerante şi bacterii termofile.
Etapa finală – această etapă are loc după atingerea valorii maxime a temperaturii de încingere, când se observă o scădere în continuare a numărului de microorganisme, condiţionată nu numai de temperatură dar şi ca rezultat al scăderii umidităţii boabelor încinse, uscate, ca urmare a migrării umidităţii prin procesul de termodifuzie, spre straturile mai reci ale boabelor.

1.4.3. Influenţa microorganismelor asupra calităţii cerealelor depozitate În timpul depozitării partidelor de cereale, ca rezultat al activităţii fiziologice a microorganismelor, pot avea loc importante modificări cantitative şi calitative ale cerealelor. Modificări cantitative ale cerealelor datorate microorganismelor Ca rezultat al activităţii fiziologice a microorganismelor, în partidele de cereale conservate are loc în timp o reducere a masei lor în urma consumului substanţelor nutritive ale bobului de către microorganisme pentru dezvoltarea, creşterea şi multiplicarea lor. Valoarea acestor pierderi depinde de intensitatea şi durata de acţiune a microorganismelor asupra cerealelor. Modificări calitative ale cerealelor datorate microorganismelor Prin dezvoltarea activă a microorganismelor se pot produce modificări a proprietăţilor senzoriale, respectiv modificări ale culorii, mirosului, gustului şi aspectului general al boabelor, de asemenea se produc modificări a proprietăţilor tehnologice ale cerealelor. Modificări ale culoarii. Modificarea culorii sub acţiunea microorganismelor are loc în mod treptat. Astfel în prima fază boabele îşi pierd strălucirea, devin mate, apoi pe măsură ce se dezvoltă activ microorganismele, apar boabe pătate, se pot distinge uneori cu ochiul liber colonii de bacterii şi mucegaiuri, iar în cazul unui proces de încingere avansat, se întâlnesc boabe înegrite, denumite impropriu „boabe carbonizate”. De pe suprafaţa boabelor pătate şi înegrite, s-au izolat micrococi, bacterii şi mucegaiuri. Aceste microorganisme prin metabolismul lor, produc o hidroliză a protidelor din bob, cu formarea în cantitate mare a aminoacizilor. Aceşti aminoacizi în anumite condiţii se combină cu glucidele existente, prin reacţii Mailard, formând combinaţii melanoidinice de culoare închisă. 8

Frecvent se întâlneşte culoarea brun-negru în zona embrionară, asociată de obicei cu pierderea vitalităţii bobului. Pe boabele înegrite au predominat mucegaiurile din genurile Penicillium şi Aspergillus. Modificări ale mirosului. Sub acţiunea microorganismelor, boabele de cereale pot căpăta un miros de: „putrezit”, „încins”, „mucegai”, „stătut” şi „fermentat”. Mirosul de putrezit apare des, în condiţiile în care au loc modificări profunde în compoziţia chimică a boabelor la alterare. Mirosul de încins se întâlneşte în cazul cerealelor care au suferit încingerea şi este datorat substanţelor rezultate prin hidroliză enzimatică a lipidelor sub acţiunea catalitică a lipazelor fungice şi ale cerealelor. Mirosul de mucegai este produs de către mucegaiuri. Astfel în perioada de dezvoltare activă a mucegaiurilor, datorită substanţelor volatile elaborate de miceliul mucegaiului, cerealele pot capăta miros de mucegai. Mirosul depinde de specia predominantă, de gradul de absorbţie al substanţelor elaborate de mucegaiuri, a duratei de activitate şi a intensităţii acestora. Printre mucegaiurile capabile să imprime un puternic miros boabelor, fac parte specii ale genului Penicillium. Mirosul de mucegai se păstrează în făină şi în produsele de panificaţie, care devin improprii consumului. Mirosul de stătut este la fel produs de către mucegaiuri şi se constată mai frecvent. În cazul partidelor de cereale în care activitatea mucegaiurilor a fost limitată sau opriră prin uscare, ventilare sau prin alte mijloace, mirosul este apreciat ca „stătut”. Mirosul fermentat se constată în cazul păstrării un timp indelungat, fără amestecare, a partidelor de cereale. Se apreciază că acest miros apare ca rezultat al unor procese anaerobe în bob, sau datorită activităţii fiziologice a drojdiilor, componente ale microbiotei cerealelor proaspăt recoltate. Ca rezultat al acestor procese, se formează alcoolul etilic şi alţi compuşi intermediari, care sunt absorbiţi de boabe şi le imprimă acest miros specific. Mirosul de fermentat nu este persistent şi se poate îndepărta uşor prin ventilare. Modofocări ale calităţilor tehnologice Scăderea proprietăţilor senzoriale a boabelor sub acţiunea microorganismelor este asociată cu micşorarea calităţii tehnologice a cerealelor. Cele mai intense modificări se produc în timpul încingerii, când au loc schimbării ireversibile în compoziţia cerealelor, gradul de modificare fiind corelat cu valoarea temperaturii maxime atinsă la încingere. În cazul dezvoltării lente a procesului de încingere a cerealelor se produce o scădere cantitativă şi calitativă a glutenului grâului asociată cu o creştere a cantităţii de acizi graşi liberi. Făina rezultată din cereale încinse datorită înrăutăţirii calităţii glutenului, la folosirea în panificaţie, dă o pâine de calitate inferioară, cu un volum redus, cu miez lipicios, cu porozitate neuniformă şi mai închis la culoare. De asemenea scade valoarea cerealelor folosite ca materie primă, în scopul obţinerii malţului. Astfel în industria fermentativa, pentru obţinerea unui malţ de calitate superioară, destinat zaharificării enzimadce a plămezilor amidonoase, este necesar ca orzul, materie primă, să prezinte capacitate de germinare superioară. Dar, ca rezultat al activităţii microorganismelor asupra cerealelor, mai ales în timpul încingerii, se produce o reducere importantă a capacităţii de germinare. Pierderea capacităţii de germinare se observă în perioada dezvoltării active a mucegaiurilor în embrion, în urma distrugerii celulelor şi ţesutului embrionar, datorate pătrunderii hifelor. 9

2. Microbiota făinii 2.1. Provenienţa microorganismelor din făină Cercetările microbiologice efectuate pentru diferite făinuri şi crupe au dovedit prezenţa diferitelor grupe de microorganisme în număr ce variază de la 10 la 106 ufc/g. În partidele de făină proaspăt măcinată, microbiota are o compoziţie similară cu cea a cerealelor. Diferenţa între cantitatea de microorganisme conţinute pe cereale şi cea care trece în făină, va depinde de caracterul curăţirii cerealelor înainte de măcinare şi de gradul de extracţie al făinii. Cantitatea de microorgnisme din făinuri şi crupe mai depinde de condiţiile de transport şi depozitare, de calitatea ambalajului şi alţi factori. În făinurile normale, microbiota este formată în principal din bacterii şi în proporţie mai mică din drojdii şi mucegaiuri. Microbiota făinii poate fi împărţită în două grupe principale: microbiota utilă şi microbiota de contaminare. Microbiota utilă se referă la drojdiile şi bacteriile lactice, iar cea de contaminare se referă la microorganismele care reduc calitatea produselor de panificaţie, pot provoca diferite defecte şi alterarea acestora. Conţinutul de drojdii al făinurilor este de 0-103 celule/g şi cuprinde speciile: Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces minor, Candida utilis, Candida mycoderma. Aceste drojdii din microbiota proprie a făinii se pot dezvolta alături de drojdia Saccharomyces cerevisiae introdusă pentru afânarea aluatului, dar rolul lor în aluat este minor, unele dintre ele (ex. Candida) fiind lipsite de capacitate fermentativă. Bacteriile lactice prezente în făină joacă un rol important în fermentaţia lactică din aluat. Sunt prezente bacterii mezofile, care predomină, şi bacterii termofile, bacterii homofermentative şi heterofermentative. Microbiota de contaminare a făinii de grâu, în general, este reprezentată de bacteriile acidogene (genul Lactobacillus), care pot metaboliza gluciele cu formarea de acizi organici. Mai sunt prezente bacterii sporogene din genul Bacillus, care produc degradarea amidonului şi un număr redus de mucegaiuri, care pot provoca mucegăirea făinii. Speciile de mucegaiuri ce se dezvoltă preferenţial în făină şi grişuri fac parte din genurile: Penicillium, Aspergillus, Mucor şi Rhizopus. Unele dintre ele pot elabora în anumite condiţii, micotoxine. În microbiota normală a făinurilor şi crupelor trebuie să fie absente salmonelele, stafilococii coagulazo-pozitivi şi alte bacterii patogene pentru om. Prezenţa unor astfel de bacterii, dovedeşte un grad de igienă necorespunzător şi o contaminare a acestor produse prin intermediul rozătoarelor.

2.2. Variaţia microbiotei în procesul de măcinare Înainte de măcinare, cerealele sunt supuse unei operaţii de curăţire, pe cale umedă sau uscată. Curăţirea uscată – separarea diferitelor amestecuri (seminţe străine, materiale inerte, praf, spori de mucegaiuri) se realizează prin cernerea pe site separatoare, operaţii însoţite de o aspiraţie energică a aerului încărcat cu particole de praf şi microorganisme. Prin acest procedeu se îndepărtează o cantitate importantă din praful aderent la suprafaţa boabelor, dar numărul de microorganisme care rămân ataşate de înveliş este foarte mare. Curăţirea umedă – pe lângă operaţia de separare a amestecurilor străine, se face suplimentar spălarea cerealelor, operaţie care permite îndepărtarea atât a particolelor de praf cât

10

şi a sporilor de mălură şi a altor mucegaiuri. Eficienţa spălării din punct de vedere microbiologic creşte mult, când se utilizează apă potabilă sau apă cu adaos de dezinfectanţi. După spălarea cerealelor în aceste condiţii, în apele de spălare rămân majoritatea microorganismelor aflate pe boabe. După spălare, aceste ape trebuie purificate înainte de a fi deversate, pentru că pot reprezenta o sursă de poluare a mediului înconjurător. Asupra eficienţei spălării, o mare influenţă o are şi temperatura apei de spălare. S-a stabilit că mărirea temperaturii până la 40°C sau încălzirea cerealelor înainte de spălare determină o îndepărtare mai bună a microorganismelor. După o prealabilă curăţire, în practica măcinării se aplică o umectare a cerealelor, urmată de o perioadă de odihnă (condiţionare), care favorizează extracţia făinii. După condiţionare, în procesul propriu-zis de măcinare, o parte din microbiota cerealelor trece de pe suprafaţa boabelor, direct în făină. Studii microbiologice referitoare la modul de repartizare a microbiotei în produsele de măciniş, au stabilit că există o corelaţie între numărul de microorganisme din făină şi gradul de extracţie al făinii. Cu cât creşte randamentul în făină, cu atât aceasta va conţine un număr mai mare de particule din straturile periferice ale bobului şi, deci, un număr mai mare de microorganisme.

2.3. Rolul microorganismelor în conservarea făinii Comparativ cu cerealele, făina este un produs mai puţin stabil din punct de vedere microbiologic. Deoarece în făină lipsesc sistemele de apărare existente în bobul integru, reprezentanţii microbiotei cerealelor care ajung în făină vin în contact direct cu substanţele nutritive pe care aceasta le conţine şi, din acest motiv, odată cu apariţia condiţiilor favorabile de umiditate şi temperatură, se înmulţesc activ, producând alterări ale făinii. S-a stabilit că în făina care are o umiditate de 14% şi care este păstrată în condiţii normale în silozuri de făină, nu are loc o multiplicare a microorganismelor şi, treptat, are loc o reducere a numărului lor. Dar dacă în timpul păstrării făinii apar condiţii care favorizeză termohidrodifuzia şi umiditatea creşte cu 1-2% peste umiditatea de 14%, atunci făina devine un mediu favorabil dezvoltării microorganismelor. Fenomenul de termodrodifuzie se poate produce atunci când are loc înmagazinarea făinii calde, pe podeaua rece din beton, piatră etc., sau când, dintr-un anumit motiv, are loc încălzirea unuia din straturile fainii, condiţii care determină transferul umidităţii din făină spre straturile mai reci, care îşi vor mări astfel umiditatea. Termohidrodifuzia apare şi la transportul făinii în vagoane, când există diferenţe mari între temperatura făinii şi cea a mediului ambiant. Ca rezultat al creşterii umidităţii, se produce în timp o alterare a calităţii făinii.

2.4. Alterări microbiologice ale fainii Dintre toate tipurile de alterări microbiene ale făinurilor mai frecvent întâlnite sunt: – Mucegăirea; – Încingerea; – Acrirea. Mucegăirea este tipul de alterare cu frecvenţa cea mai mare de răspândire. Odată cu creşterea umidităţii peste valoarea umidităţii de conservare (maximum 15%), sporii de mucegaiuri germinează şi se răspândesc cu uşurinţă, prin intermediul hifelor, în interiorul 11

partidelor de făină. Ca rezultat al dezvoltării mucegaiurilor se produc modificări ale mirosului şi gustului care se transmit şi produselor de panificaţie. În făina mucegăită, au loc modificări ale calităţilor tehnologice, concretizate prin creşterea acidităţii, ca rezultat al hidrolizei lipidelor de către enzimele fungice şi formării acizilor organici, prin metabolizarea glucidelor. Glutenul capătă o culoare mai închisă, are o elasticitate mai redusă şi se reduce cantitativ. Speciile de mucegaiuri ce se dezvoltă preferenţial în făină fac parte din genurile: Penicillium (P. expansum), Aspergillus (A. repens, A. oryzae, A. flavus), Mucor (M. mucedo) şi Rhizopus (Rh. stolonifer). Unele dintre ele pot elabora micotoxine. Încingerea. Rolul negativ al microorganismelor în încingere este mult mai evident în cazul făinurilor şi al crupelor, decât la cereale. În făina proaspăt măcinată şi care a suferit procesul de încingere, au loc importante modificări fizice şi biochimice, cu o intensitate mai mare decât în cazul cerealelor. Încingerea făinii se datorează procesului de respiraţie a făinii, care constă în absorbţia oxigenului din aer şi eliminarea dioxodului de carbon, ceea ce conduce la creşterea umidităţii şi temperaturii făinii. Acest proces este consecinţa bio-oxidării monozaharidelor sub influenţa microorganismelor care sunt conţinute în făina. Procesul de respiraţie este cu atât mai intensiv cu cât este mai mare umiditatea şi temperatura de păstrare a făinii, respectiv gradul de contaminare cu microorganisme. Ca rezultat al mucegăirii şi încingerii se produce o pierdere a pulverulenţei făinii, a capacităţii de curgere şi făina se poate transforma într-o masă compactă. Acrirea este rar întâlnită la făină, atunci când umiditatea ei este mare şi sunt absenţi sporii de mucegai. Acrirea este caracterizată printr-o mărire accentuată a acidităţii, datorată dezvoltării bacteriilor acidifiante, care metabolizează glucidele cu formarea de acizi organici. Dezvoltarea bacteriilor acidifiante, (genul Lactobacillus), are loc concomitent cu cea a bacteriilor care produc degradarea amidonului până la glucide simple, din genul Bacillus. Între aceste grupe de bacterii se stabilesc astfel, relaţii de metabioză. Pentru a evita alterarea microbiologică a făinurilor şi crupelor, care conduce întotdeauna la o reducere a calităţii lor, depozitarea trebuie să se facă la temperaturi sub 12°C, în încăperi cu o umezeală relativă de 60-70%.

2.5. Defecte şi boli ale pâinii produse de microbiota nespecifică făinii Sub noţiunea de boala pâinii se subînţeleg deferite modificări în produse finite de panificaţie provocate de microorganisme în rezultatul activităţii metabolice a cărora, pâinea devine insalubră, inutilizabilă pentru consum. Boala întinderii este apreciată a fi cea mai importantă şi mai des întâlnită boală a pâinii provocată de bacterii. Agenţii microbieni producători ai bolii fac parte din genul Bacillus, evidenţiindu-se următoarele specii: B. subtlis subsp. mesentericus şi Bacillus licheniformis. Aceste bacterii fac parte din microbiota cerealelor şi trec în făină prin procesul de măcinare. În cazul partidelor de cereale care au suferit încingerea, numărul bacteriilor sporulate care trec în făină este mărit. Bacteriile sunt caracterizate prin formarea endosporilor de tip bacilus, termorezistenţi, care îşi păstrează viabilitatea în procesul de coacere al pâinii. Pentru sterilizarea unui mediu care conţine bacterii sporulate, la temperatura de 100°C, este necesar un timp de 5,5-6 ore. 12

Deoarece temperatura maximă care se obţine în timpul coacerii în interiorul pâinii este de 98°C pe o durată de câteva minute, sporii bacterieni nu sunt distruşi, iar după coacere pot trece în forma vegetativă şi se multiplică, producând alterarea pâinii. Bacteriile pot forma un pigment roz-cenuşiu. Au un echipament enzimatic bogat şi pot să producă o hidroliză avansată a proteinelor şi a amidonului. Modul de manifestare a bolii întinderii. Boala întinderii se întâlneşte mai frecvent la pâinea, în timpul verii. După păstrarea pâinii proaspete 24-48 ore (uneori chiar după câteva ore), prin ruperea pâinii se simte un miros caracteristic de fructe alterate. Miezul pâinii este lipicios şi la rupere se întinde în fire şi din acest motiv această alterare a primit denumirea de „boală a întinderii”. Pe măsura dezvoltării bolii, mirosul se intensifică, devine putrid, iar miezul este cleios, îşi pierde structura poroasă şi apar goluri şi rupturi. Toate aceste modificări sunt datorate activităţii metabolice a bacteriilor sporogene, care îşi procură astfel substanţele nutritive şi energia necesară creşterii şi multiplicării lor. Modificarea culorii miezului se explică prin formarea de pigmenţi şi ca rezultat al unor reacţii dintre aminoacizii şi glucidele reducătoare rezultate prin hidroliză, cu formarea combinaţiilor melanoidinice de culoare brun-închis. Degradarea structurii normale a miezului se poduce ca rezultat al capacităţii acestor bacterii de a hidroliza amidonul gelificat până la dextrine şi glucide fermentescibile. Cantitatea de amidon dintr-o pâine cu boala întinderii poate să scadă de la 63%, cât conţine o pâine normală, până la valori de 16%. Bacillus subtilis posedă enzime proteolitice, dipeptidaze şi polipeptidaze, care pot să producă o hidroliză avansată a proteinelor din miez, ceea ce determină formarea firelor, la ruperea pâinii. Consumul pâinii afectate de boala întinderii poate provoca dereglări în tractul gastrointestinal, de aceea ea nu poate fi comercializată şi se distruge. Factorii care favorizează dezvoltarea bolii întinderii. S-a stabilit că factorii de bază care conduc la apariţia bolii întinderii depind de: a) Gradul de încărcare al făinii cu bacterii sporogene ale genului Bacillus. Cu cât numărul de bacterii sporulate la un gram de faină este mai mare, cu atât sunt mai frecvente cazurile de apariţie a bolii. În cazul prelucrării partidelor de cereale care au suferit o încingere, la măcinare trebuie luate măsuri adecvate, care să determine o micşorare cantitativă a numărului de endospori. De obicei se face o spălare mai intensă a cerealelor sau se iau măsuri pentru alcătuirea unor partide de făină normală, prin „diluarea” făinii contaminate prin amestec cu făinuri corespunzătoare din punct de vedere microbiologic. b) Regimul de preparare şi fermentare a aluatului. În procesul tehnologic, pentru prevenirea multiplicării bacteriilor sporulate, trebuie ca aciditatea în aluat să corespundă unor valori de pH < 5. Acţiunea negativă a acidităţii asupra dezvoltării bacteriilor din acest grup se explică prin faptul că valoarea pH-ului optim pentru activitatea enzimelor proteolitice secretate este pH = 7. c) Condiţiile în care are loc răcirea şi păstrarea pâinii după coacere. Boala apare mai frecvent în timpul verii, când răcirea pâinii se face lent şi după scoaterea din cuptor se menţine un timp mai îndelungat la temperaturi mai mari de 25°C. Temperaturile optime de dezvoltare a agenţilor bolii întinderii se găsesc în limitele 37...44°C, de aceea răcirea rapidă a pâinii după coacere, la temperaturi de 18...20°C, exclud apariţia bolii. 13

În ultimul timp, din cauza creşterii gradului de poluare a mediului ambiant (apelor, aerului, solului), a utilizării neraţionale a îngrăşămintelor minerale, a tratării insuficiente a grâului înainte de măcinare, frecvenţa cazurilor de îmbolnăvire a pâinii de boala întinderii a crescut considerabil.

2.6. Metode clasice de prevenire a bolii îninderii Aşa cum a fost menţionat, bacteriile sporogene ale genului Bacillus sunt sensibile la mediul acid, de aceea, pentru inhibarea activităţii acestor microorganisme, în practica de producţie se utilizează, ca metodă principală, mărirea acidităţii semifabricatelor (maielei şi aluatului). Mărirea acidităţii semifabricatelor se poate de realizat prin: – Metode chimice; – Metode biologice. Metode chimice. Datorită sensibilităţii bacteriilor din grupul subtillis-mesentericus la valori acide ale pH-ului, s-a studiat posibilitatea introducerii unor substanţe care să le inhibe dezvoltarea. Cele mai eficiente sunt acidul propionic, propionatul de calciu, propionatul de sodiu, acidul acetic, fosfatul acid de calciu care, în doze de 1-5 g/kg făină, determină o întârziere a apariţiei bolii întinderii cu 3 până la 21 zile. Aceste substanţe acidifiante se utilizează sub formă de soluţii apoase şi se adaugă în timpul frământării aluatului, sau intră în compoziţia complexă a ameilioratorilor de panificaţie. Pentru mărirea acidităţii aluatului se mai poate utiliza maia fermentată: baş sau prospătură. Metode biologice. Boala întinderii poate fi prevenită prin utilizarea de culturi starter de bacterii propionice antagoniste faţă de bacteriile sporogene ale genului Bacillus, ca urmare a formării de acid propionic şi a unor substanţe cu efect antibiotic. În pâinea preparată cu culturi de bacterii propionice (10% / masa făinii), apariţia primelor semne de îmbolnăvire are loc după 96 de ore, faţă de martor la care îmbolnăvirea apare după 24 ore. Se mai utilizează prospătură acidolactică concentrată preparată pe baza culturilor acidolactice de Lactobacillus plantarum, L. brevis, L. fеrmenti şi altele. Apariţia primelor semne de îmbolnăvire are loc după 36 de ore.

14

MICROBIOLOGIA PRODUSELOR ALIMENTARE Literarura recomandată 1. Dan Velentina “Microbiologia produselor alimentare” vol. 2, Ed.: Alma, Galaţi, 1999; 2. Bălănuţă M., Rubţova S., Bălănuţă E., Nistor I. “Miсrobiologia, sanitria şi egiena alimentară”, Ed. Ruxanda, Chişinău, 1999; 3. Мудрецова-Вис К. А. “Микробиология”, М.: Экономика, 1985.

MODULUL II Microbiologia materiei prime, semifabricatelor şi produselor finite TEMA 8 Microbiologia laptelui şi produselor derivate Întrebări referitor la tema dată 1. Microbiota laptelui; 2. Microbiota laptelui pasteurizat; 3. Defecte de natura microbiană ale laptelui crud şi pasteurizat; 4. Microbiota laptelui praf; 5. Microbiota produselor derivate din lapte.

1. Microbiota laptelui 1.1. Provenienţa microorganismelor în lapte Laptele este un produs foarte valoros din punct de vedere nutritiv deoarece conţine în cantităţi corespunzătoare surse de carbon, azot, săruri minerale şi factori de creştere (vitamine). Concentraţia în substanţa uscată este de 13-14 %. Conţine în cantităţi importante: •

Lactoză – 4,5 % (principala sursă de carbon);

•

Substanţe proteice: proteine totale – 3,5...4 % (cazeină 2,7 %, albumine şi alte proteine), peptide, aminoacizi;

•

lipide – 3,5...4 %;

•

acid citric – 0,1 %;

•

substanţe minerale 0,8...1 %, din care P şi Ca cu rol important în metabolismul celular;

•

enzime, vitamine - factori de creştere necesari pentru bacterii lactice.

Laptele are un pH de 6,5 (laptele de vacă) şi rH = 12...18, (domeniu favorabil activităţii microorganismelor facultativ anaerobe). Dacă laptele se păstrează, la suprafaţa lui se 1

acumulează un strat de grăsime astfel încât accesul aerului este oprit, are loc reducerea potenţialului redox şi se pot dezvolta astfel bacteriile anaerobe. Datorită compoziţiei sale, laptele este un mediu excelent pentru dezvoltarea numeroaselor microorganisme, dar bacteriile lactice au condiţii favorizante.

1.1.1. Contaminarea internă a laptelui Contaminarea internă a laptelui are loc în timpul producerii laptelui, ca urmare a pătrunderii în lapte a unor microorganisme patogene, sau substanţe transmisibile de la animalul bolnav. Alte microorganisme pot ajunge de pe canalele galactofore (canale ce transportă secreţia lactată) ale animalului, unde formează o microbiotă naturală, antrenabilă la mulgere. Dintre microorganismele ce provin din surse interne fac parte: •

Microorganisme patogene;

•

Microorganisme nepatogene.

Microorganisme patogene Genul Mycobacterium conţine 50 de specii. De la animalele bolnave de tuberculoză se poate transmite prin lapte Mycobacterium bovis (Mycobacterium tuberculosis tip bovis). Genul Brucella cu speciile B. abortus, B. melitens, se pot transmite prin lapte de vacă, ovine, caprine şi pot produce îmbolnăviri prin infecţie, manifestată prin avort spontan şi septicemie. Bacteriile din genul Brucella sunt inactivate rapid la temperaturi de peste 60...65°C, în schimb în laptele crud pot rezista mult timp. Brucella abortus transmisibil prin lapte de la animale bolnave supravieţuieşte în lapte păstrat la 0 °C timp de 40 zile. Streptococii patogeni: Streptococcus pyogenes produce inflamaţii ale ţesuturilor, este distrus la pasteurizare. Staphylococcus aureus se înmulţeşte în lapte dacă nu se produce o răcire corespunzătoare a acestuia şi poate produce enterotoxine. O pasteurizare corectă va distruge stafilococii dar enterotoxinele sunt termostabile şi în lapte se poate acumula o cantitate suficientă pentru a se produce starea de intoxicaţie. În general producerea de enterotoxină în lapte crud nu este o problemă deoarece stafilococii pierd în competiţie cu alte bacterii predominante în lapte. Corynebacterium diphteriae se distruge la pasteurizare şi este cel mai sensibil la căldură dintre patogenii transmisibili prin lapte. Genul Salmonella. Prin lapte contminat se pot transmite S. typhi, S. dublin, etc., care au fost izolate din lapte colectat de la vite cu febră şi enterită (boală care constă în inflamarea acută sau cronică a intestinului subțire). Se pot înmulţi în lapte proaspăt, dar odată cu acumularea de acid lactic şi scăderea pH-ului la 5...4,3 înmulţirea este oprită, în schimb acestea pot supravieţui 2...9 săptămâni. Listeria monocytogenes poate cauza mastita şi avortul la vaci şi poate da contaminarea internă a laptelui. Prin lapte se mai pot transmite şi virusuri, agenţi ai bolilor virale: poliomelită, hepatită ş.a.

2

Microorganisme nepatogene Bacterii lactice: genul Lactococcus - prezenţa lor este normală în lapte; bacterii ale genului Lactobacillus sunt mai rar întâlnite. Numărul microorganismelor ce ajung în lapte din surse interne poate varia între 1000…1500 celule/cm3. Când are loc recoltarea primelor porţiuni din lapte, valorile pot fi mai mari până la 3000 celule/cm3 (microorganisme prezente indiferent de condiţiile igienicosanitare aplicate).

1.1.2. Contaminare externă Contaminare externă este datorată microorganismelor şi/sau a substanţelor produse prin activitate microbiană, din surse contaminante ale mediului ambiant (ex. aer) şi are loc în timpul mulgerii, la transport/păstrare de la punctul de colectare la fabrică până în momentul prelucrării laptelui, prin contact cu vasele, aparatele de colectare şi transport. Principalele surse de contaminare cu microorganisme (inofensive, periculoase pentru sănătate, sau care dau alterarea calităţii), sunt: •

Contaminarea poate avea loc frecvent prin intermediul ugerului. Ugerul spălat şi zvântat reduce contaminarea externă a laptelui.

•

O sursă importantă o prezintă părul şi pielea (108...109 celule/g de păr).

•

Fecale sunt surse de coliformi, bacterii patogene de origine intestinală. Prin intermediul materiilor fecale de la om şi animale bolnave se pot transmite următoarele microorganisme patogene: Bacillus anthracis (produce antraxul); Bacillus cereus – agent al gastroenteritelor; Salmonella – agenţi ai toxiinfecţiilor alimentare; Shigella – agenţi ai dezinteriei; specii patogene al genurilor: Proteus, Pseudomonas, etc.

•

Sol poate fi o sursă de contaminare cu bacterii Streptomyces, Clostridium, Bacillus, spori de mucegai.

•

Aer şi apă sunt sursa de contaminare cu microorgasnisme diverse. Contaminarea prin intemediul aerului din grajd (106 celule/dm3 aer) e mai abundentă dacă s-a făcut furajarea, datorată prafului care se ridică în timpul hrănirii animalului, motiv pentru care mulgerea se face înainte de hrănirea animalelor.

•

Echipamentele de la colectare şi păstrare pot fi o sursă importantă de contaminare a laptelui cu bacterii lactice, micrococi, Clostridium, Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Acinetobacter, drojdii. Contaminarea poate avea loc şi prin intermediul vaselor de colectare.

•

Personal, purtător de stafilococi (în condiţii neigienice).

•

Insecte (o muscă poate introduce în lapte aprox. 106 microorganisme).

Contaminarea externă este ocazional dată de numeroase alte grupe de microorganisme care prin activitatea lor poate fi în marea lor majoritate, agenţi de alterare.

1.1.3. Grupe de microorganisme din lapte Dintre grupele de microorganisme ce alcătuiesc microbiota laptelui şi pot fi active în lapte, fac parte: 3

Bacterii: •

Bacterii lactice – prezenţa lor e obligatorie şi de neevitat; dintre acestea fac parte streptococii lactici din genurile Lactococcus, Streptococcus şi reprezentanţii genului Lactobacillus.

•

Bacterii propionice – provin din sursă externă, se dezvoltă lent în lapte (produc coagularea în 5...7 zile şi o aciditate de până la 170°T).

•

Bacterii coliforme – au habitatul în colon şi în condiţii neigienice de recoltare a laptelui pot ajunge şi în lapte. Au proprietatea comună de a fermenta lactoza cu formare de acid lactic, dioxid de carbon şi hidrogen şi sunt folosite în controlul microbiologic, ca indicator al gradului de igienă la recoltarea şi păstrarea laptelui. Prezenţa lor în cantităţi mari în lapte denotă o stare de neigienă. Formele nepatogene ale lui Escherichia coli se înmulţesc în lapte produc fermentaţie lactică şi nu descompun cazeina.

•

Bacterii de putrefacţie, acţionează asupra proteinelor laptelui şi provin din surse externe; pot produce numeroase defecte la păstrare si prelucrare: − Genurile Pseudomonas se pot dezvolta într-o gamă largă de temperaturi (inclusiv refrigerare). Au şi acţiune lipolitică şi pot da laptelui un miros de „încins”, neplăcut. − Genul Bacillus cu specia B.cereus care se poate înmulţi în lapte, poate produce o coagulare neacidă şi un gust amar, iar în număr mare produc starea de toxiinfecţie alimentară. − Genul Proteus cu speciile P. vulgaris, P. mirabilis.

• •

Bacterii butirice – sunt bacterii ale genul Clostridium şi provin din furaje însilozate, pământ, bălegar şi rezistă sub forma de endospori în lapte pasteurizat. Bacterii peptonizante - pot produce degradări ale proteinelor cu formare de peptone şi peptide amare, dau coagulare neacidă (enzimaucă). Fac parte din genul Microbacterium sunt bacterii termorezistente la încălzirea laptelui la 80...85 °C, timp de 10 minute se regăsesc în lapte pasteurizat având un domeniu al temperaturilor de dezvoltare între 15...35 °C, Enterococcus (streptococi fecali). Fermentează lactoza şi dau o aciditate de până la 45°T.

Drojdii – apar ocazional, fac parte din genurile: Torulopsis, ş.a. Activitatea lor în lapte este redusă, deoarece lactoza este fermentată de către bacterii care se înmulţesc mai rapid. Mucegaiurile – apar ocazional din aer. Pot fi contaminanţi ai utilajelor, spaţiilor de depozitare din întreprinderi şi pot produce mucegăirea brânzeturilor. În lapte mucegaiurile sunt distruse la pasteurizare, dar prin contaminarea secundară pot fi agenţi de mucegăire, deoarece creşterea lor este posibilă în limite largi de pH, la temperaturi de până la 11 °C (în lapte praf la umidităţi de 10-15%). Frecvent se întâlneşte specia Geotrichum candidum. Bacteriofagii pot distruge bacteriile sensibile ale genului Lactococcus şi Lactobacillus şi pot rezista la încălzire la 75 °C, timp de 15 secunde. Se transmit prin intermediul aerului, a utilajelor, fiind rezistenţi la dezinfecţie şi îşi pot păstra viabilitatea ani de zile la temperaturi de 4...5 °C.

4

1.1.4. Faze de dezvoltare succesivă a microorganismelor în lapte crud Datorită compoziţiei sale, laptele este un mediu excelent pentru dezvoltarea numeroaselor microorganisme, condiţii mai favorabile avându-le bacteriile lactice. Dacă după mulgere laptele e păstrat fără tratament termic, din punct de vedere microbiologic se constată o anumită succesiune a fazelor determinată de factorii intrinseci, de natura şi concentraţia microorganismelor prezente: 1. Faza bacteriostatică – se constată o stagnare a creşterii numărului de celule, ca urmare a prezenţei substanţelor antimicrobiene (lactoferine, lactenine, lizozim). Poate dura 1...6 ore la 20°C, sau 24...48 ore la 1...4 °C. 2. Faza microbiotei eterogene este evidentă după 1...2 zile de păstrare în care microorganismele prezente în lapte încep să se înmulţească şi numărul creşte de la mii la sute de milioane, în funcţie de temperatura de păstrare şi viteza de înmulţire. Se pot dezvolta bacterii din genul Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium prin păstrarea în condiţii de refrigerare 0...8 °C, alcătuind microbiota criofilă. Dezvoltarea lor este lentă după o etapă lag de adaptare şi este asociată cu producerea de proteaze şi lipaze. 3. Faza de dezvoltare a bacteriilor lactice (de acidulare) se observă după 2...7 zile prin păstrarea laptelui la temperaturi > de 10 °C. Lactococii se dezvoltă până când pH-ul scade de la 6,5 la 4,5 (120°T), după care activitatea lor este inhibată. Lactobacilii au şi activitate peptidazică şi produc peptide ce servesc drept sursă de azot pentru streptococi. 4. Prin eliberarea de enzime şi substanţe cu azot din unele celule bacteriene ce au suferit în timp autoliza este favorizată dezvoltarea drojdiilor şi mucegaiurilor ce consumă acid lactic, sursele de azot şi are loc o creştere a pH-uliu până la 6-7. 5. Faza de putrefacţie – în condiţii când pH-ul laptelui devine neutru sau uşor alcalin, încep să se dezvoltă bacteriile de putrefacţie, ce folosesc ca substrat nutritiv proteinele din lapte. Între toate aceste microorganisme se stabilesc interrelaţii, ce pot fi folosite în biotehnologia obţinerii diferitelor produse din lapte: metabioză (simbioză de tip particular, în care unul dintre microorganisme transformă mediul nutritiv pentru a fi utilizat mai târziu de celălalt), sau antagonism (se manifestă sub forma unor corelaţii complexe între grupe de microorganisme în care una din specii se comportă ca agresor şi profită de pe urma asociaţiei cu celelalte specii care sunt prejudiciate). Pentru a preveni înmulţirea în exces a microorganismelor se recomanda răcirea rapidă a laptelui de la 37° la 5°C. Dacă laptele este păstrat la temperaturi scăzute, în lapte se vor dezvolta predominant bacteriile psihrotrofe care pot produce enzime termostabile ce pot rămâne active după pasteurizare şi pot da defecte în produsele finite. Dacă laptele nu este răcit în câteva ore de la colectare, numărul de microorganisme ajunge la valori de ordinul 106 când răcirea are o eficienţă redusă. Standardele tipice pentru diferite calităţi ale laptelui crud admit un număr de bacterii mezofile aerobe (metoda de numărare în plăci), între 5·104...3·105 ufc/cm3, bacterii termodurice 3·103...3·104 ufc/cm3.

5

2.

Microbiota laptelui pasteurizat

Prin pasteurizarea laptelui se urmăreşte distrugerea eventualelor bacterii patogene transmisibile prin lapte, ca şi reducerea numărului de bacterii care dau alterări ale laptelui. Pentru a asigura calitatea sanitară a laptelui în industria laptelui se folosesc următoarele regimuri de tratare termică: •

Pasteurizare joasa la 63 °C timp de 30 minute;

•

Pasteurizare la 75 °C timp de 15-20 secunde;

•

Steirlizare la 132°...138°C, timp de 1-2 secunde.

În industria laptelui se realizează, cel mai des, o pasteurizare la 72...75 °C, timp de 15-20 secunde, astfel încât laptele pasteurizat livrat populaţiei să nu conţină bacterii patogene. Acest regim este stabilit ţinând cont că Mycobacterium tuberculosis tip bovis este distrus la 61,6 °C timp de 28,5 minute şi la 71,6 °C în 14 secunde, la care este prevăzută în plus, o limită de siguranţă. Laptele pasteurizat nu conţine microorganisme patogene deoarece prin respectarea regimurilor de T/t sunt inactivate toate bacteriile patogene ocazional transmisibile prin lapte. Dacă recepţia şi răcirea laptelui crud nu s-a făcut corespunzător are loc o creştere a numărului de bacterii. La operaţia de curăţire se separă o parte din microorganisme care aderă la impurităţile grosiere. În timpul normalizării şi omogenizării este posibilă o contaminare secundară mai ales când acestea se fac după pasteurizare. Prin pasteurizare la 75 °C sunt distruse microorganismele patogene şi majoritatea microorganismelor aflate în stare vegetativă dar rezistă endosporii bacterieni. Urmează răcirea la 6°C când este oprită înmulţirea microbiotei reziduale dar este posibilă contaminarea secundară de pe utilaje, păstrarea timp de 6 ore, turnarea şi păstrarea la 4...8 °C timp de 36 ore. Se consideră că un lapte bine pasteurizat poate avea o conscrvabilitate de 15...30 zile la 4°C. Laptele pasteurizat mai conţine o termorezistente în care predomină enterococii.

microbiotă

alcătuită

din

microorganisme

Din microbiotă laptelui pasteurizat au fost izolate bacterii din genul Micrococcus (M. luteum), Microbacterium lacticum, bacterii ale genului Alcaligenes. Dintre toate acestea Microbacterium lacticum este cea mai rezistentă bacterie nesporulată, nu este patogenă şi creşterea este posibilă numai dacă laptele se păstrează la temperaturi mai mari de 10 °C. Bacteriile coliforme şi majoritatea bacteriilor nesporulate care produc alterarea laptelui: Aeromonas, E. coli, Proteus, Citrobacter sunt distruse la pasteurizare, de aceea existenţa lor în lapte arată o contaminare după pasteurizare.

3.

Defecte de natură microbiana ale laptelui crud şi pasteurizat

În timpul păstrării laptelui crud sau laptelui pasteurizat apar anumite defecte datorate activităţii microorganismelor care au ajuns în lapte şi nu au fost inactivate prin pasteurizare. Dintre defecte pot fi întâlnite: 6

Acidifierea şi coagularea – prin acumularea de acid lactic, proteinele din lapte pot să precipite şi are loc coagularea acidă a laptelui la pH 4,6 şi separarea de zer. Laptele se acreşte când numărul de bacterii lactice aparţinând genului Lactococcus este de 106 – 107 celule/cm3. Laptele pasteurizat se acreşte dacă se menţine la temperatura camerei datorită activităţii unor tulpini termodurice Lactococcus lactis ssp. lactis, Lactococcus lactis ssp. cremoris, Streptococcus salivarius themiophillus, care au supravieţuit la pasteurizare. Când are loc acest proces, laptele este dirijat spre fabricarea brânzeturilor. Proteoliză şi lipoliză – sunt procese enzimatice ce au loc prin menţinerea laptelui la temperaturi scăzute şi sunt produse de bacterii coliforme, bacterii ale genului Pseudomonas şi de către alte bacterii lipolitice din genurile: Bacillus, Acinobacter si Achromobacter. Lipoliza decurge la graniţa între lipide (substrat insolubil) şi apă unde sunt activate lipazele solubile. Lipoliza poate fi spontană, (datorată enzimelor native ale laptelui), indusă, (prin distrugerea mecanică a globulelor de grăsime) şi de natură microbiana, produsă de microbiota psihrofilă. Colorarea – apare la laptele crud în timpul verii în urma dezvoltării unor microorganisme producătoare de pigmenţi astfel: Chromobacterium cianogenum şi Pseudomonas syncyanea produc pigmenţi albaştri; Brevibacterium prodigiosus şi Brevibacterium erytropeus dau pigmenţi roşii. Gustul amar poate fi întâlnit în laptele proaspăt atunci când încărcătura microbiana este foarte mare înainte de pasteurizare şi este dat de bacterii peptonizante din genul Microbacterium, genul Enterobacter, genul Enterococcus. Produc peptide amare prin hidroliza proteinelor laptelui. Gustul amar poate proveni şi prin activitatea de oxidare a lactozei la acid lactobionic (genul Pseudomonas). Alcalinizarea laptelui datorată eliberării de amoniac prin activitatea lui Pseudomonas fluorescens, Alcaligenes faecalis. Gustul de caramel la dezvoltarea în lapte a lui Lactococcus lactis ssp. maltigenes. Defecte de consistenţă – coagularea cazeinei sub acţiunea bacteriilor lactice, sau mărirea vâscozităţii laptelui datorată dezvoltării unor microorganisme ce produc substanţe de natură poliglucidică dând lapte filant (care curge fără a se diviza în picături) ca de exemplu: Alcaligenes viscolactis, (favorizată de păstrarea la temperaturi de refrigerare), g.Micrococcus, g.Enterobacter.

4.

Microbiota laptelui praf

La obţinerea laptelui praf se foloseşte un lapte degresat de calitate microbiologică foarte bună. Temperatura de uscare este astfel dirijată încât să atingă 72 °C pentru a inactiva eventualele bacterii patogene. Laptele praf are o umiditate de 3...3,5% care nu permite înmulţirea microorganismelor. Bacteriile se află în stare de xeroanabioză şi nu influenţează calitatea dacă umiditatea este mai mică de 3,5%. Ocazional în microbiota laptelui praf pot fi întâlnite bacterii sporogcne B. subtilis, B. licheniformis, micrococi, Enterococcus faecalis, Enterococcus bovis şi alte bacterii termorezistente. 7

Laptele praf este un produs higroscopic încât dacă după deschiderea ambalajului umiditatea creşte peste 11% şi se produce mucegăirea, râncezirea şi modificarea gustului. Din punct de vedere microbiologic se admit 5·104...7·104 celule/g (până la 2000 de microorganisme per cm3 lapte reconstituit 1/10), iar Escherichia coli să fie absent la 1 g.

5.

Microbiota produselor derivate din lapte Produsele lactate fermentate pot fi împărţite în trei grupe: •

produse lichide care includ laptele bătut, chefir;

•

semi-solide, produse care cuprind smântână şi iaurtul;

•

produse solide care includ brânzeturi şi untul.

Pentru obţinerea acestora se folosesc culturi pure de bacterii şi culturi fungice sub formă de monoculturi sau culturi mixte. 5.1. Bacterii lactice Fermentaţia cu bacterii lactice este folosită de mii de ani ca urmare a faptului că bacteriile lactice sunt răspândite pe numeroase materii prime iar fermentaţia lactică se declanşează spontan. În prezent se foloseşte inocularea dirijată cu culturi starter care au fost introduse în practica industrială din 1930 în industria laptelui şi din 1956 în industria cărnii. Principalele calităţi ale bacteriilor lactice care se recomandă pentru obţinerea produselor fermentate se referă la: •

proprietăţile lor de a produce inhibarea creşterii sau a activităţii unor microorganisme contaminante şi fără ca bacteriile lactice să prezinte risc, ele asigură conservarea produsului;

•

efecte favorabile pentru organismul uman (consumul de produse lactate acide este benefic pentru longevitate, previne cancerul de colon şi dezvoltarea tumorilor, arterioscleroza, boli de inimă, disfuncţii intestinale; din punct de vedere nutritiv bacteriile lacdce pot fi surse de vitamine);

•

produc modificări de consistenţă şi aromă favorabile, dacă sunt induse şi controlate în alimente până la limita de acceptabilitate.

În grupul de bacterii lactice sunt incluse următoarele genuri şi specii: Genul Streptococcus: Speciile S. lactis şi S. cremoris generează aciditatea spontană şi naturală a laptelui (până la 120-150 °T). Se dezvoltă la +10...+40 °C (max. de activitate la +30...+35 °C); Specia S. thermophylus prezentă în iaurt. Se dezvoltă începând cu +20 °C (temperatura optimă: +40....+50 °C); S. faecalis şi S. liquefaciens se utilizează în tehnologia brânzeturilor. Brânzeturile obţinute din lapte care conţine cele 2 specii vor avea gustul de amar. Genul Leuconostoc: Speciile L. citrovorum şi L. Paracitrovorum asigură aroma untului şi smântânii (prin formarea de diacetil). 8

Genul Lactobacillus, cu 3 subgenuri: Subgenul Thermobacterium sunt bacterii care se dezvoltă la +37...+60 °C. Speciile T. lactis şi T. Helveticum se găsesc în brânzeturi; Lactobacillus bulgaricus – în microbiota iaurtului; Lactobacillus acidophyllus – prezent în laptele acidofil. Subgenul Streptobacterium sunt bacterii care se dezvoltă optim la +28....+32 °C. Cea mai răspândită este S. Casei – în brânzeturile. Subgenul Betabacterium cu specia Lactobacillus fermenti, întâlnită în cheag, în brânzeturile nematurate şi în cele maturate.

5.2. Bacterii propionice Se folosesc în culturi pure la fabricarea brânzeturilor cu pastă tare, deoarece fermentează lactoza cu formarea de acid propionic, CO2 care se degajă lent şi formează alveole caracteristice şi măresc valoarea brânzeturilor prin producerea de vitamină B12 cu rol important la maturizarea brânzeturilor. Se foloseşte sub formă de cultură pură, specia Propionibacterium freudenreichi var. shermanii.

5.3. Bifidobacterii Ca urmare a rolului benefic al bifidobacteriilor în intestinul uman s-au dezvoltat biotehnologii de obţinere a produselor fermentate din lapte cu culturi starter de bifidobacterii. Bifidobacteriile reprezintă 90% din microbiotă sugarilor alimentaţi natural şi pot fi utilizate pentru obţinerea de concentrate bacteriene sau produse lactate folosite în terapeutică sau diete. Dacă alimentaţia este bogată în bacterii lactice şi bifidobacterii, ele se pot adapta în organismul uman şi să frâneze activitatea bacteriilor de putrefacţie din colon, cu efecte benefice asupra organismului. Rolul potenţial benefic al bifidobacteriilor în intestin include: •

antagonismul competitiv faţă de patogeni;

•

producerea de acid acetic şi acid lactic;

•

îmbunătăţirea retenţiei de azot şi câştig în greutate;

•

protecţie faţă de infecţia enterică sau a efectelor secundare nedorite în terapia cu antibiotice.

Din cele 24 de specii de bifidobacterii 9 sunt din surse umane, mai importante fiind Bifidobacterium bifidum biovar a (denumirea anterioară Lactobacillus bifidi, Bifidobacterium longum biovar a şi b, Bifidobacterium breve şi Bifidobacterium infantis. Prin ingerarea de produse fermentate cu bifidobacterii, acestea pot fi active în organism la nivelul tractului intestinal, motiv pentru care cercetările din ultimii ani se axează pe stabilirea unor medii care să permită înmulţirea acestora în lapte şi produse lactate. În fabricarea produselor lactate se folosesc monoculturi de bifidobacterii sau în combinaţie cu bacterii lactice datorită faptului că la bifidobacterii viteza de fermentare a glucidelor cu formare de acizi este lentă. Fermentaţia acidă poate fi accelerată prin adăugarea în mediu a unor factori de creştere prin adaos de extract de drojdie, produse din zer, extract de porumb, cisteină sau lapte hidrolizat cu pepsină. 9

5.4. Bacterii corineforme (alcalinizante) Reprezintă o microbiotă bacteriana nelactică şi sunt asociate la fabricarea unor brânzeturi cu culturile fungice. Sunt active la pH 6,5...8,5, produc un pigment roşu (22% din tulpini) şi se dezvoltă sub forma unor colonii pigmentate la suprafaţa brânzeturilor cu pastă moale (Brie, Camemberti). Dintre bacterii se folosesc speciile Brevibacterium linens şi Arthrobacter globiformis. 5.5. Mucegaiuri Penicillium camemberti folosit la fabricarea brânzeturilor de tip Brie, Camemmberti. Este un mucegai alb, caracterizat prin acidotoleranţă şi se dezvoltă cu o rată redusă la valori de pH=4,5 (3,5…6) şi la temperaturi de 5...20 °C. Are activitate proteolitică şi se dezvoltă la suprafaţa brânzeturilor cu pastă moale folosind ca sursă de carbon acidul lactic şi formează un un strat alb fin şi dens caracteristic. Cultura de mucegai se introduce în lapte înainte de coagulare, sub formă de suspensie de spori (103…105 spori/cm3), sau se distribuie prin pulverizarea la suprafaţă a formelor de brânză. Penicillium roquefortii folosit la fabricarea brânzeturilor tari (brânză Roquefort, Gorgonzola, Stilton, brânză cu pastă albastră tip Bucegi) cu dezvoltarea internă a miceliului. Sporii sub formă de pulbere se folosesc înainte de presare, în cantitate de 50 mg la 100 dm3 lapte. P. roquefortii este un mucegai acidotolerant şi se dezvoltă pe medii cu 5% acid lactic, cu un domeniu de pH între 3...10,5. Este tolerant la sare şi este stimulat de prezenţa unor cantităţi adecvate de alcool. Este microaerofil şi se dezvoltă în atmosferă cu 20...40% CO2. Brânzeturile de tip Roquefort au un grad ridicat de maturare şi o aromă specifică, ca urmare a produşilor rezultaţi prin activitatea enzimatică (proteolitică şi lipolitică) a culturii. Acizii graşi eliberaţi pot fi oxidaţi în metil cetone sau pot fi transformaţi în alcooli secundari ce dau aroma caracteristică.

5.6. Particularităţile utilizării culturilor starter în tehnologia produselor derivate din lapte Culturile pure de bacterii lactice se obţin în laboratoarele de cercetări specializate în care se menţine puritatea culturilor şi se fac studii de selecţionare şi conservare a proprietăţilor optime pentru utilizarea industrială. Modul de comercializare/livrare a culturilor starter: Culturi lichide – se face pasteurizarea laptelui, inocularea cu cultură pură, se aplică un regim de termostare optim şi după ce are loc coagularea laptelui, etapă ce coincide cu numărul maxim de celule rezultate prin înmulţire în lapte, se face repartizarea în flacoane de 100 ml, în condiţii aseptice. Aceste culturi trebuie folosite repede, deoarece, dacă aciditatea creşte, are loc inactivarea bacteriilor lactice. Culturi uscate – se obţin din culturi lichide. Pentru a avantaja uscarea se recomandă să se lucreze cu lapte cu 16% substanţă uscată. După inoculare se face termostatarea şi uscarea mediului. Prin uscare are loc o reducere a numărului de celule vii, iar viabilitatea streptococilor este de aproximativ 40%.

10

Concentrate bacteriene – se obţin din culturi lichide după coagularea laptelui, prin centrifugarea mediului la viteza de rotaţie > 15.000 rot/min, când se elimină zerul şi are loc o concentrare a celulelor la valori de 5·109 celule/g. Pot fi livrate ca atare sau se pot congela. Culturi liofilizate – după pasteurizarea laptelui, inoculare şi termostatare, cultura se repartizează în fiole de sticlă, astfel încât prin liofilizare (metoda de conservare, care constâ în sublimarea apei cu ajutorul vidului din produsele în prealabil congelate) să rămână o cantitate de 1-5 g. În prima etapă are loc o congelare lentă cu viteza de l°C/min, până la -17°C, se continuă congelarea rapidă până la -50...-70°C, apoi are loc uscarea în vid. Flacoanele sunt închise ermetic şi se obţine o pulbere în care bacteriile sunt adsorbite pe substanţă uscată a laptelui, iar procentul de viabilitate a celulelor este 60%. Tehnologiile de preparare a acestor produselor derivate din lapte au la bază utilizarea de culturi de bacterii lactice selecţionate ce se folosesc sub formă de monoculturi sau culturi mixte cu proprietăţi biotehnologice corespunzătoare pentru obţinerea unor produse de calitate superioară. La obţinerea produselor lactate acide, în prima etapă se realizează în laboratorul uzinal activarea culturilor pure pentru obţinerea cantităţii de inocul necesar în declanşarea fermentaţiei lactice. Pentru activarea culturii pure de bacterii lactice, în fabrică se executa (2-4) pasaje sau inoculări succesive, inoculări care se fac la intervale în care se asigură timpul şi temperatura optimă pentru creşterea şi activitatea celulelor inoculate. În aşa mod se obţine inocuiul de producţie (maia).

11