Influenta temperaturilor scazute asupra microorganismelor

Influenta temperaturilor scazute asupra microorganismelor

1. Aspecte generale

Microorganismele reprezinta una dintre cauzele principale care determina modificari importante, de cele mai multe ori nedorite, in produsele agroalimentare. Aceste modificari pot determina inrautatirea calitatilor nutritive, organoleptice, de conservabilitate, pot reduce valoarea comerciala si pot conduce in final la alterarea produsului alimentar. Microorganismele patogene pot transmite boli oamenilor, sau pot provoca toxiinfectii alimentare.

In anumite procese tehnologice din industraia alimentara actiunea microorganismelor este insa utila (in unele tehnologii de fabricare a salamurilor crude, la fabricarea cheagului microbian utilizat in tehnologiile de obtinere a unor produse lactate s.a.).

Cresterea si metabolismul microorganismelor care au la baza procese biochimice complexe sunt puternic influentate de conditiile de mediu, natura si compozitia produsului alimentar respectiv (mai ales in straturile limitrofe suprafetei), pH-ul, natura si concentratiile de saruri, prezenta substantelor bacteriostatice sau bactericide, structura microflorei la suprafata produsului, natura si stadiul fiziologic al microorganismului s.a.

Factorul de mediu cel mai important este temperatura.

Microorganismele au un grad ridicat de adaptare la temperatura, anumite specii fiind capabile sa se dezvolte si la sub -18°C, iar altele si la temperaturi de peste 70°C.

Dupa domeniile de temperaturi in care se inmultesc si se dezvolta, microorganismele pot fi in mod conventional impartite in termofile, mezofile, psihotrofe si psihrofile, asa cum rezulta din tabelul 7.6. In tabel  s-a notat prin temperatura sub care microorganismele nu se mai inmultesc, dar supravietuiesc cu un metabolism redus (stare de echilibru denumita hipobioza), prin temperatura optima de inmultire si dezvoltare, iar prin limita peste care ridicarea temperaturii are un efect letal.

Tabelul Clasificarea microorganismelor dupa domeniile de temperaturi

Cresterea microorganismelor este dependenta nu numai de nivelul temperaturilor ci si de umiditatea in si pe produs. Proportia in care apa din produs este disponibila pentru cresterea microorganismelor este data de activitatea a apei (raportul dintre presiunea (a vaporilor de apa in solutia continuta in produs in apropierea suprafetei acestuia si presiunea a vaporilor de apa distilata la aceeasi temperatura):

             (2.6)

Cu cat activitatea a apei este mai mica cu atat cresterea si inmultirea microorganismelor este mai redusa, asa cum se intampla de exemplu in cazul racirii unui produs alimentar cu ajutorul unui aer nesaturat fata de cazul racirii cu aer saturat la aceeasi temperatura (fig. 2.8.).

O buna cunoastere a comportarii microorganismelor, in special a celor psihrofile la temperaturi scazute este foarte importanta in microbiologia alimentelor si pentru

industria alimentara.

Trebuie mentionat faptul, cu valabilitate generala, ca temperaturile scazute au un efect bacteriostatic asupra microorganismelor. Acest efect constituie unul dintre elementele fundamentale care stau la baza conservarii prin frig a produselor.

2. Cazul microorganismelor mezofile

Marea majoritate a bacteriilor sunt microorganisme mezofile: toate bacteriile patogene, cele mai multe bacterii toxicogene si otravitoare, multe bacterii de origine fecala, aproape toate bacteriile anaerobe si aproape toate bacteriile sporulate. In general, temperatura maxima de inmultire a bacteriilor mezofile este cuprinsa intre 35°C si 50°C, iar temperatura optima este cuprinsa intre 30°C si 40°C. Multe bacterii mezofile, nu numai cele patogene, care sunt adaptate ca parazite sau simbiotice au temperatura optima de 37°C, temperatura multor animale cu sange cald.

Sub temperatura optima, gradul de inmultire si metabolismul scad odata cu scaderea temperaturii, iar inmultirea minima se atinge la aproximativ 10°C sau chiar mai jos; in final inmultirea inceteaza complet daca temperatura scade sub aceasta valoare. La temperaturi sub temperatura minima, bacteriile mezofile pot supravietui o perioada lunga de timp cu un metabolism foarte redus. Scaderea gradului de inmultire pana spre limita atingerii temperaturii minime, este deseori insotita de modificari morfologice ale celulelor, forme involuate si variatii de la formele normale de celule (forme sferice, filamentoase, scurtate s.a.).

Bacterii sporulate Aproape toate speciile de bacili, aerobe ca si speciile anaerobe de Clostridium cu exceptia numerosilor descendenti termofili ai acestora, sunt mezofile. Exista si descendenti psihrofili de Clostridium si de Bacillus

Temperaturile minime la care se produce germinatia sporilor celor mai multe specii de Bacillus sunt cu cca. 5°C mai scazute decat temperaturile de inmultire vegetativa. De exemplu sporii de Bacillus cereus si Bacillus subtilis pot germina intre +5°C si 0°C, in timp ce inmultirea vegetativa este complet inhibata la +8°C. Germinatii ale sporilor se pot produce chiar la temperaturi de congelare. Mai mult de jumatate dintre sporii descendentilor de Bacillus cereus de exemplu, germineaza la -6°C in trei zile in solutii de zaharoza si glicerol. Sporii germinati sunt foarte sensibili la conditii nefavorabile de mediu. Astfel la temperaturi scazute mult sub temperatura minima, cresterea nefiind posibila, sporii germinati mor relativ repede. Daca germinatia sporilor se produce la temperaturi scazute, intotdeauna aceasta este insotita de o puternica reducere a numarului de spori viabili.

In general temperaturile minime de inmultire vegetativa a bacteriilor sporulate mezofile sunt in jurul valorii de 10°C.

Bacteriile Clostridium botulinum tipurile A, B, C si D nu se mai inmultesc in produsele alimentare la temperaturile de sub 5,6°C si nu mai produc toxine. O depozitare a produselor alimentare perisabile la o temperatura de minimum 5°C asigura astfel incetarea inmultirii acestor bacterii si producerea de toxine. Tipul E de Clostridium botulinum se inmulteste si produce toxine in produse culinare de carne chiar la 5°C, in timp ce la temperatura limita de 3,3°C si sub aceasta valoare inmultirea si producerea de toxine inceteaza.

Staphylococi Dupa cum se stie, cele mai multe intoxicatii alimentare sunt determinate de enterotoxinele produse de staphylococi. Toxinele produse de descendenti ai bacteriilor Staphylococus aureus sunt prezente in conditiile in care produsele alimentare care le contin sunt depozitate perioade lungi de timp la temperaturi de 10°C50°C.

Enterococi Enterococii sunt caracterizati de un domeniu larg al temperaturilor de inmultire, cuprinse intre 10°C si 45°C.

Temperatura minima pentru enterococii bovinelor sau de origine umana, in lapte sau produse de lapte este de circa 10°C. Acelasi nivel al temperaturii minime o au si enterococii din ouale lichide.

Salmonella si alte Enterobacteriaceae Speciile de bacterii Salmonella au temperaturi minime de inmultire cuprinse intre 0°C 10°C: Salmonella cholera din carnea de vita (7°C), Salmonella typhimurium si Shighela din laptele nefiert (5°C); Salmonella pullorum din ouale sparte (10°C), Salmonella senftenberg, enteritidis si manhattan (4,4°C5,6°C) si altele.

In afara de Salmonella celelalte enterobacteriaceae au temperaturi minime de inmultire cuprinse intre 5°C si 10°C: Escherichia coli (10°C) s.a.

La temperaturi sub temperatura minima, dar deasupra punctului de congelare, bacteriile mezofile raman viabile. In aceste conditii, temperaturile scazute au un efect bacteriostatic si nu un efect bactericid total, dat fiind faptul ca, in general, temperatura minima pentru metabolism este mai scazuta decat cea pentru inmultire.

Starea relativa de stabilitate cu o activitate metabolica foarte redusa (starea de hipobioza) se poate instala pentru microorganismele capabile sa supravietuiasca in conditii nefavorabile de temperatura. Procesele erizimatice si vitezele de reactie sunt mai mult sau mai putin perturbate de starea de hipobioza. Se pot produce, in aceste conditii, acumulari de produse toxice intermediare, perturbari in sinteza proteinelor, in producerea energiei si in final moartea multor celule.

Daca racirea produselor care contin bacterii mezofile se face rapid, atunci se poate produce distrugerea totala a acestora.

Influenta temperaturilor scazute asupra substantelor bactericide se manifesta prin diminuarea efectului bactericid. Rezistenta bacteriilor mezofile la saruri sau in conditii defavorabile de pH este mai mare la temperaturi scazute.

In sens invers influenteaza temperaturile scazute efectul substantelor bacteriostatice, antibiotice, sulfamide s.a. In consecinta, la temperaturi mai scazute, concentratia necesara pentru completa inhibare a inmultirii bacteriilor mezofile este mult mai mica decat la temperaturi mai ridicate.

Speciile de bacterii tipic mezofile deseori au descendenti de o mare rezistenta la frig. Acesti descendenti sunt capabili sa se inmulteasca usor la temperaturi de sub 5°C sau mai putin adica la temperaturi sub temperatura minima normala a bacteriilor mezofile. Bacteriile din aceasta categorie sunt denumite psihotrofe.

Printre bacteriile psihotrofe se numara descendenti din grupul bacteriaceae ai bacteriilor mezofile, lactobacilii si micrococii. In lapte si produse din lapte se pot inmulti specii de lactobacili sau streptococi la temperaturi intre 0°C si 5°C. In carnea de mamifere si pasare, descendenti lactobacili se pot dezvolta si inmulti la temperaturi 0°C2°C. Pe suprafata carnii proaspete de vita s-au pus in evidenta numerosi micrococi care se pot dezvolta si la temperaturi de -1°C.

3. Cazul microorganismelor psihrofile

Microorganismelor psihrofile cuprind bacterii, mucegaiuri si drojdii. In produsele alimentare de origine animala microorganismele psihrofile sunt constituite in principal din bacterii psihrofile si mucegaiuri pshirofile.

Caracteristica esentiala a microorganismelor psihrofile este capacitatea lor de a se inmulti relativ rapid la temperaturi scazute, apropiate de punctul de congelare al apei. Ele au temperaturi minime de inmultire cuprinse in general in domeniul -7°C+5°C, temperaturi optime de inmultire cuprinse in general in domeniul 15°C+20°C, iar temperaturi de 25°C30°C au in cele mai multe cazuri efect letal asupra marii majoritati a microorganismelor psihrofile (fig. 2.9.).

Speciile predominante de bacterii psihrofile care se pot gasi in produsele alimentare racite sunt Pseudomona, Achromobacter, Flavobacterium, Aeromonas si alte cateva. Aceste bacterii sunt predominant aerobe si in consecinta orice metoda de micsorare sau eliminare a oxigenului din compozitia mediului in care se gasesc produsele alimentare (ambalarea in vid de exemplu), conduce la prelungirea duratei admisibile de depozitare.

Cele mai intalnite tipuri de mucegaiuri psihrofile sunt Penicillium, Aspergillus, Cladosporum herbarum, Thaminidium, Mucor, Sporotrichum. Petele negre care pot apare pe carnea racita sunt provocate de Cladosporum herbarum Modificarea culorii untului este provocata de mucegaiuri din speciile Alternanta, Hormodendron, Phoma si Stemphylum

Multe dintre microorganismele psihrofile au temperaturi minime de inmultire si sub 0°C, adica in domeniul de temperaturi ale produselor congelate. Bacterii, cum ar fi cele din speciile Pseudomona, Proteus, Bacillus, intalnite in lapte, pot sa se inmulteasca rapid la -1°C iar bacterii din specia Achromobacter in peste pot sa se inmulteasca la temperaturi de -5°C.

In carnea de vita congelata s-au evidentiat bacterii din specia Pseudomona ai carei descendenti se pot inmulti la temperaturi de -6°C si chiar de -7,5°C

La temperaturi de -1°C-2°C s-au evidentiat inmultiri rapide ale mucegaiurilor din speciile Mucor, Penicillium pe carne Mucor mucedo si Penicillium glaucom Inmultiri relativ rapide de Penicillium Chrysogeum s-au evidentiat pe carne la temperaturi de -5°C.

Fructele pot fi contaminate cu o mare varietate de microorganisme. Sursele posibile de contaminare pot fi aerul, insectele, animale si pasari salbatice, animale domestice, omul, solul si apa. Datorita structurii compozitiei chimice, fructele sunt un mediu propice pentru cresterea si inmultirea, in special, a drojdiilor, mucegaiurilor si mai putin a bacteriilor. Dintre bacterii, cele rezistente la pH-uri scazute se pot dezvolta si in fructe.

Dintre speciile de mucegaiuri care determina reducerea duratei de conservabilitate a fructelor si produselor din fructe pot fi amintite: Cladosporium, Alternaria, Penicillium, Phomopsis, Diplodia, Phytophthera, Sclerotinia, Fusarium, Gleosporium, Aspergillus, iar dintre speciile de drojdii: Saccharomyces, Zugosccharomyces, Hanseniaspora, Torulopsis, Torula, Mycoderma, Candida, Pichia, Kloeckera, Hansenula, Debaromyces

Dintre bacteriile care se pot gasi in fructe (Bacillus, Staphylococus, Enterobacter, Escherichia si Lactobacillus), cel mai frecvent se intalnesc lactobacilii datorita tolerantei lor la pH-uri scazute.

Pentru a micsora cat mai mult inflentele negative pe care le pot avea microorganismele fructelor este necesar ca prin aplicarea tehnologiilor frigorifice, sa se ia masuri, daca nu de reducere a numarului de microorganisme, cel putin de micsorare a posibilitatilor de inmultire a acestora. Din acest punct de vedere, tratamentele preliminare (de exemplu spalarea cu apa clorinata) si eliminarea surselor de contaminare au o importanta deosebita. De asemenea este esentiala preracirea, mai ales atunci cand fructele urmeaza a fi congelate in ambalaje de dimensiuni mari. Adaugarea de zahar reprezinta o cale de a se reduce actiunea microorganismelor in timpul congelarii si depozitarii unor fructe.

Ca temperaturi minime de crestere, citate in literatura de specialitate, sunt de -12°C-18°C in cazul mucegaiurilor, -10°C-15°C in cazul drojdiilor si -5°C-12°C in cazul bacteriilor. In fructele congelate se pot gasi totusi spori de mucegaiuri, drojdii si unele bacterii rezistente in medii acide. Dupa decongelare, acestea pot influenta negativ calitatea fructelor daca nu are loc o depozitare in mod corespunzator pana la utilizare.

Microorganismele patogene, in afara de unele mucegaiuri, nu sunt semnalate in fructele congelate.

Legumele, ca si fructele pot fi contaminate cu o mare diversitate de microorganisme, avand aproximativ aceleasi surse de contaminare. Dintre microorganismele prezente pe si in legume pot fi amintite: bacterii ca micrococi, staphilococi, Achromobacter, Pseudomonas, Alcaligenes, Xanthomonas bacterii lactice, Streptococcus, Leuconostoc mucegaiuri ca Botrytis, Rhizopus, Alternaria, Penicillium, Sclerotinia, Fusarium, Aspergillus, Trichothecium, Cladosporium

Pentru inactivarea microorganismelor, operatia de blansare are o mare importanta in tehnologia de congelare a legumelor. Racirea cat mai rapida dupa blansare, precum si eliminarea surselor de recontaminare cu microorganisme sunt elemente tehnologice de mare importanta.

Tratamentul termic de fierbere cu o durata de cel putin cateva minute la care sunt supuse legumele congelate, inainte de a fi consumate, distruge aproape toate microorganismele ramase in stare vegetativa dupa congelare.