WIRUSY

Wirusy to organizmy z pogranicza świata żywego i nieożywionego. Składają się z materiału genetycznego i otoczki białkowej. Nie należą do Prokaryota ani do Eukaryota, stanowią całkiem odrębną grupę organizmów. Wszystkie wirusy mogą funkcjonować jedynie w innych organizmach, a swoją obecnością i namnażaniem wywołują choroby roślin i zwierząt, atakują również bakterie i grzyby. Wirusy namnażające się w komórkach bakterii to bakteriofagi. Mogą one powodować szkody w kulturach hodowlanych, np. do wyrobu zakwasu do masła czy serów. Mykofagi, atakujące grzyby, wyrządzają szkody w hodowlach pieczarek oraz drożdży piekarniczych. Wirusy roślinne zwykle posiadają kwas RNA jako nośnik informacji genetycznej. U roślin zainfekowanych przez wirusy występuje zahamowanie wzrostu, pojawiają się różnego rodzaju plamy i przebarwienia, liście zwijają się i więdną. Najczęściej atakowanymi gatunkami są ziemniaki, pomidory, sałata, zboże i drzewa owocowe. Wirusy zwierzęce dostają się do organizmu wraz z żywnością, jeśli nie jest odpowiednio przestrzegana higiena. Najczęstsze choroby wirusowe zwierząt (i człowieka) to żółtaczka typu A i B, polio czy pryszczyca bydła wywoływana przez wirus Coxsackie. Pryszczycą może zarazić się człowiek po spożyciu mleka od chorego zwierzęcia. Wirus ECHO wywołuje stany zapalne jelit.

BAKTERIE

Budowa komórki bakteryjnej

Bakterie należą do Prokaryota. Główną różnicą między Prokaryota a Eukaryota jest brak właściwego jądra u tych pierwszych. Zamiast otoczonego podwójną błoną jądra, u Prokaryota występuje nukleoid (genofor) - nieobłoniona nić DNA leżąca w cytoplazmie. Poza tą zasadniczą różnicą, istnieją również inne cechy różniące obie grupy. Prokarionty nie posiadają mitochondriów - procesy energetyczne zachodzą w mezosomach, które są mało skomplikowanymi elementami komórkowymi. Również zamiast chloroplastów u bakterii prowadzących fotosyntezę, występują jedynie chromatofory z barwnikiem, W komórkach prokariotycznych nie ma organelli błoniastych, takich jak siateczka endoplazmatyczna, aparat Golgiego, lizosomy czy peroksysomy. Rybosomy prokariontów mają inną budowę niż u eukariontów. Podział komórkowy u Prokaryota zachodzi w sposób prostszy niż podziały u Eukaryota. Do organizmów prokariotycznych należą bakterie oraz sinice. Wszystkie pozostałe organizmy (z wyjątkiem wirusów) należą do Eukaryota.

Błona komórkowa. Błona komórkowa jest elementem obecnym w każdej komórce, zarówno prokariotycznej, jak i eukariotycznej. Składa się z białek i lipidów. Jest półprzepuszczalna i wybiórcza, umożliwia transport odpowiednich substancji odżywczych, pierwiastków oraz produktów metabolizmu do komórki i na zewnątrz. Transport substancji może zachodzić zgodnie z różnicą jej stężeń (dyfuzja) lub wbrew (transport aktywny). Dyfuzja może zachodzić w sposób prosty lub ułatwiony. Transport aktywny wymaga udziału energii, która w postaci ATP jest produkowana w obrębie błony.

Ściana komórkowa. Ściana komórkowa bakterii ma różną budowę i na tej podstawie wyróżnia się bakterie Gram dodatnie oraz Gram ujemne. Ściana bakterii Gram+ jest sztywna, składa się w większości z peptydoglikanu. Oprócz niego w skład ściany wchodzą też heteropolimery oraz kwasy tejchonowe i lipotejchonowe, które kontaktują się z błoną cytoplazmatyczną. Kwasy tejchonowe nadają immunologiczną swoistość, co jest wykorzystywane przy identyfikacji. Mogą też występować białka A, wystające częściowo na zewnątrz ściany (np. u Staphylococcus aureus) lub białka M (np. u Streptococcus pyogenes). Ściana komórkowa bakterii Gram- zawiera mniej peptydoglikanu niż Gram+. Jest on oddzielony od zewnętrznej warstwy lipidowej przestrzenią periplazmatyczną. Głównym składnikiem błony zewnętrznej jest lipopolisacharyd, który umożliwia identyfikację Gram-.

Podział na bakterie Gram+ i Gram- pochodzi od zachowania się barwnika wprowadzonego do ściany komórkowej. U Gram- fioletowy barwnik łatwo ulega wypłukaniu za pomocą alkoholu, w wyniku czego komórka odbarwia się do koloru jasnoróżowego. U Gram+ alkohol powoduje uszczelnienie ściany, w wyniku czego barwnik w niej pozostaje i komórka zachowuje intensywny fioletowy kolor.

Otoczka śluzowa. Niektóre bakterie wytwarzają na powierzchni ściany komórkowej śluzową otoczkę. Może ona mieć budowę polipeptydową lub lipidowo-cukrową. Nie jest to warstwa ściśle połączona ze ścianą, można ją łatwo usunąć. Często otoczka jest tak cienka, że nie jest widoczna pod mikroskopem. Escherichia coli z kolei wytwarza mikrootoczkę (antygen K). Otoczki śluzowe pełnią rolę ochronną (zapobiegają utracie wody), ułatwiają przytwierdzanie się do różnych powierzchni oraz zwiększają chorobotwórczość bakterii.

Protoplast. Protoplast to komórka Gram+ pozbawiona ściany komórkowej. Uzyskuje się go przez działanie w odpowiednich warunkach lizozymem, który rozpuszcza ścianę. Komórka pozostaje wówczas otoczona jedynie błoną cytoplazmatyczną i przyjmuje zawsze kształt kulisty. Jest bardzo podatna na zmiany ciśnienia osmotycznego.

Sferoplast. Sferoplast powstaje po usunięciu błony z komórki bakterii Gram-. Jest to możliwe przy użyciu EDTA. Tak uzyskane sferoplasty zawierają pewną ilość składników ściany komórkowej.

Nukleoid. Nukleoid to odpowiednik jądra komórkowego. Zawiera DNA, będący nośnikiem informacji genetycznej komórki. DNA bakteryjny ma postać podwójnej nici, zwiniętej spiralnie. Zwykle jest ona przytwierdzona do ściany komórkowej. Nukleoid nie zawiera chromosomów i nie jest oddzielony od cytoplazmy błoną komórkową.

Plazmidy. Plazmidy to cząsteczki DNA leżące luźno w cytoplazmie, nie będące elementem genoforu, a więc nie dziedziczone podczas podziału komórkowego. Mogą natomiast być przekazywane do innej komórki w procesie koniugacji. W plazmidach zapisane są m.in. informacje o odporności na antybiotyki, zdolności fermentacji cukrów czy wytwarzania związków aromatycznych. Plazmidami koniugacyjnymi są np. plazmid F u Escherichia coli oraz plazmid K u Pseudomonas. Plazmidy niekoniugacyjne to np. col E I (receptor dla witaminy B12) i col E II (hamowanie syntezy DNA).

Rybosomy. Rybosomy to organella składające się z RNA (ok. 60%) i białek zasadowych (ok. 40%). Są rozsiane w cytoplazmie, na nich odbywa się synteza białek. Rybosomy bakteryjne są typu małego, w odróżnieniu od cytoplazmatycznych rybosomów u Eukaryota.

Rzęski. Rzęski stanowią bakteryjne organella ruchu. Są to długie, spiralnie skręcone wyrostki. Rzęska wyrasta z tzw. ciałka bazalnego, które tkwi w błonie komórkowej. Liczba rzęsek i ich rozmieszczenie na powierzchni komórki mogą być różne i na tej podstawie wyróżnia się komórki atrychalne (bezrzęse), monotrychalne (jednorzęse - np. Vibrio), ditrychalne (dwurzęse), cophotrychalne (czuborzęse - np. Pseudomonas, Thiospirillum, Chromatium), politrychalne (okołorzęse - np. Bacillus).

Fimbrie. Fimbrie to sztywne wyrostki na powierzchni komórki, znacznie krótsze niż rzęski (do 10 nm). Są zbudowane z białka globularnego, które otacza znajdujący się wewnątrz kanał. Wyróżnia się dwa typy fimbrii: zwykłe, mające m.in. zdolność zlepiania krwinek i wyznaczające patogenność bakterii oraz fimbrie płciowe, przez które przekazywane są plazmidy w procesie koniugacji - np. u Salmonella, Shigella, Proteus.

Przetrwalniki. Przetrwalniki są wytwarzane przez niektóre rodzaje bakterii (np. Bacillus i Clostridium). Są to twory, umożliwiające przetrwanie bakterii w niesprzyjających warunkach środowiska. Wytwarzanie przetrwalników to cecha uwarunkowana genetycznie. Położenie przetrwalnika w komórce może być centralne lub biegunowe i cecha ta jest jednym z kryteriów diagnostycznych. Przetrwalniki bakteryjne są dużym problemem dla przetwórstwa, ponieważ trudno je zniszczyć, są oporne na wysoką temperaturę, zamrożenie, skrajne wartości pH oraz na wysokie stężenie soli. Przetrwalnik zawierający cytoplazmę, błonę i ścianę komórkową, otoczony jest dodatkowo zewnętrzną osłonką, zapewniającą odporność na warunki środowiska.

Wpływ temperatury

Bakterie wykazują bardzo dużą tolerancję na temperaturę. Mogą żyć w bardzo niskich, jak i w bardzo wysokich temperaturach. Pod tym względem wyróżnia się grupy ekologiczne:

Psychrofile - żyją w niskich temperaturach, min. 0-4°C, optimum do 15°C, max. 20°C. Przykłady: Pseudomonas fluorescens, Serratia martescens, Flavobacterium.

Mezofile - żyją w temperaturach umiarkowanych, od 10°C (min.) do 50°C (max.). Temperatura optymalna to 20-37°C. W takich warunkach żyje większość bakterii, szczególnie bakterie chorobotwórcze, występujące w żywności oraz bytujące w przewodzie pokarmowym zwierząt, np. Bacillus, Clostridium.

Termofile - żyją w wysokich temperaturach, optymalnie 45-65°C. Zakres tolerancji od 25 do 90°C. Przykłady: Streptococcus thermophilus, Lactococcus bulgarious.

Temperatura może być również czynnikiem letalnym. Wysoka temperatura powoduje denaturację białek budulcowych i enzymatycznych, uszkadza błonę komórkową i kwasy nukleinowe. Niska temperatura powoduje zahamowanie podziałów komórkowych, a obniżenie jej poniżej 0°C wywołuje śmierć bakterii, ponieważ w komórce powstają kryształki lodu, uszkadzając ją od środka. Oczywiście są wyjątki, istnieje wiele bakterii odpornych na gorąco lub zamarzanie. Skuteczność zależy również od wartości działającej temperatury oraz od czasu jej działania.

Wpływ czynników fizycznych

Czynniki fizyczne stosuje się m.in. do wyjaławiania szkła laboratoryjnego. Metody są różne.

Temperatura. Szkło poddaje się działaniu gorącego powietrza przez długi czas: 140°C przez 2,5 godziny, 160°C przez 2 godziny lub 180°C przez 1 godzinę. Ezę używaną przy posiewach bakterii na szalce opala się w płomieniu palnika każdorazowo przed i po użyciu. Opala się również brzegi probówek i kolb. Szkło można też traktować na mokro parą pod wysokim ciśnieniem (0,8-1,6 atm.) w autoklawie w temperaturze ok. 120°C.

Promieniowanie. Do sterylizacji stosuje się również promieniowanie elektromagnetyczne lub UV. Struktury komórkowe pochłaniają promieniowanie, przez co ulegają uszkodzeniu. Skutki promieniowania zależą od pochłoniętej dawki, czasu ekspozycji, długości fal (najsilniej działają fale 250-260 nm), wilgotności i zanieczyszczenia powietrza oraz formy drobnoustrojów (formy wegetatywne są bardziej wrażliwe niż przetrwalnikowe). Promieniowania używa się również do sterylizacji powietrza w pomieszczeniach.

Ciśnienie. W wyniku długiego działania wysokiego ciśnienia hydrostatycznego, dochodzi do zmian w cytoplazmie komórki wskutek zmiany składu chemicznego. Maleje zawartość polisacharydów i fosfolipidów. Formy przetrwalnikowe są dość odporne na wysokie ciśnienie, ale formy wegetatywne Gram- wytrzymują ciśnienie aż do 300 MPa. Szczególnie odporne są przetrwalniki Bacillus subtilis, które nawet po działaniu ciśnienia 900 MPa, wciąż są zdolne do ponownego wykiełkowania. Równie ważne jak ciśnienie hydrostatyczne, jest ciśnienie osmotyczne. Pod tym względem optymalne warunki dla rozwoju bakterii to ok. 0,85% NaCl. W normalnych warunkach stężenie soli na zewnątrz jest niższe niż wewnątrz komórki, co sprzyja napływowi wody do środka. W roztworze hipotonicznym komórka pęcznieje, natomiast w roztworze hipertonicznym dochodzi do plazmolizy. Istnieją bakterie osmofilne, zdolne do wzrostu w warunkach wysokiego stężenia cukru w podłożu. Organizmy halofilne to takie, które rosną na podłożu silnie zasolonym (powyżej 10% NaCl). Jeszcze wyższe stężenie nie jest dla nich zabójcze, a jedynie hamuje ich wzrost. Przykładem takiego organizmu jest Pseudomonas.

Wpływ czynników chemicznych

Zasady i kwasy - zarówno grupy hydroksylowe OH-, jak i jony wodorowe H+, działają bakteriobójczo na formy wegetatywne oraz przetrwalnikowe.

Utleniacze - ich działanie polega na uszkadzaniu struktury błony komórkowej, przez co zniszczeniu ulega cała komórka. Bakterie Gram- są bardziej podatne na działanie środków utleniających, np. z grupy chloramin i podchloryn.

Alkohole - powodują denaturację białek budulcowych i enzymatycznych w komórce.

Aldehydy - działają silnie bakteriobójczo zarówno na Gram-, jak i na Gram+.

Fenole i krezole - oddziaływają na ścianę komórkową i białka, przy czym przetrwalniki są bardziej odporne niż formy wegetatywne.

Substancje powierzchniowo czynne (detergenty) - ich działanie polega na zmianie przepuszczalności błony komórkowej, co skutkuje dużą skutecznością w zwalczaniu bakterii. Silniej działają na Gram+.

Sole metali ciężkich - np. sole rtęci czy srebra są zabójcze dla wegetatywnych form bakterii, przetrwalniki są odporne na ich działanie.

Szczególnym przypadkiem wykorzystania substancji chemicznych do niszczenia bakterii są konserwanty. Środki te działają niszcząco na ścianę lub błonę komórkową, zakłócają lub hamują procesy komórkowe poprzez niszczenie enzymów, mogę również mieć działanie mutagenne. Konserwanty dodawane są do żywności, aby mogła być ona przechowywana długo, bez obawy, że rozwiną się w niej bakterie. Przykładami stosowanych konserwantów mogą być: chlorek sodu (sól kuchenna - NaCl), który obniża rozpuszczalność tlenu w wodzie oraz kwas benzoesowy czy kwas sorbowy.

Wpływ pH. Każdy organizm ma pewien zakres wartości pH, w którym funkcjonuje. Zakres ten wyznaczany jest przez minimum, optimum i maximum. Bakterie, które najlepiej funkcjonują w pH obojętnym, to neutrofile. Te, którym sprzyja pH kwaśne, o niskich wartościach to acydofile (kwasolubne). Należą tu np. bakterie siarkowe czy prowadzące fermentację bakterie mlekowe. Bakterie rozwijające się najlepiej w środowisku zasadowym, o wysokim pH to alkalofile, np. Nitrosomonas i Nitrobacter Wrażliwość organizmów na pH zależy od składu podłoża - przykładowo niskie pH jest w pewnym stopniu niwelowane przez duże stężenie soli, co umożliwia wzrost bakteriom nie tolerującym kwaśnego środowiska. . 

Antybiotyki. Niektóre bakterie oraz grzyby wytwarzają substancje zabójcze dla innych drobnoustrojów. Niektóre laseczki Bacillus oraz promieniowce Streptomyces wydzielają antybiotyki peptydowe, które tworzą kanały w błonach bakterii. Tak uszkodzona komórka szybko traci swą zawartość i ginie. Inną grupę antybiotyków stanowią tetracykliny, wydzielane przez promieniowce. Niszczą one wiązania aminoacylo-tRNA, przez co zakłócana jest synteza białek na rybosomach. Tetracykliny działają w szerokim zakresie zarówno na bakterie Gram+, jak i na Gram-.

Odżywianie się i zdobywanie energii

Wszystkie organizmy żywe muszą się odżywiać, czyli pobierać pokarm. Głównym pierwiastkiem wchodzącym w skład pokarmu jest węgiel, jako podstawowy budulec organizmów żywych. Ze względu na źródło węgla organizmy dzieli się na autotrofy i heterotrofy.

Autotrofy pobierają ze środowiska węgiel nieorganiczny w postaci CO2 i asymilują go do związków organicznych.

Heterotrofy pobierają ze środowiska gotowe związki organiczne węgla w postaci tkanek innych organizmów. Tutaj wyróżnia się prototrofy, czyli takie organizmy, którym wystarczy jeden prosty związek w podłożu oraz auksotrofy, czyli takie, które wymagają bardziej złożonego podłoża i bogactwa substancji odżywczych.

Ważnym pierwiastkiem jest również azot. Może on być pobierany w postaci cząsteczkowej (z powietrza), w postaci mineralnej (jako jony rozpuszczone w wodzie) lub w postaci bardziej lub mniej złożonych związków organicznych.

Organizmy mogą w różny sposób otrzymywać energię, niezbędną do przebiegu procesów życiowych.

Fototrofy to takie organizmy, które wykorzystują energię świetlną i zamieniają ją na energię chemiczną, bezpośrednio wykorzystywaną w komórkach.

Chemotrofy to takie organizmy, które energię czerpią z przemian oksydo-redukcyjnych, jakim podlegają pobierane przez nie substancje pokarmowe.

W warunkach niesprzyjających, gdy w środowisku brakuje źródeł energii, może zachodzić tzw. oddychanie endogenne, czyli proces, w którym przemianom energetycznym podlegają substancje zapasowe lub nawet budulcowe, obecne w organizmie.

Oddychanie, będące źródłem energii zużywanej w komórkach może zachodzić tlenowo lub beztlenowo.

Oddychanie tlenowe (aerobowe) wykorzystuje tlen cząsteczkowy jako ostateczny akceptor protonów i elektronów w reakcjach biologicznego utleniania (łańcuch oddechowy). Źródłem (donorem) elektronów i protonów mogą być związki organiczne lub nieorganiczne. Z tego względu mówi się odpowiednio o chemoorganotrofach i chemolitotrofach.

Oddychanie beztlenowe(anaerobowe) przebiega bez udziału tlenu. Końcowym akceptorem elektronów jest związek nieorganiczny. Może to być tzw. dysymilacyjna redukcja siarczanów lub redukcja azotanów - do amoniaku lub azotu. Oddychanie azotanowe przeprowadzają m.in. E.coli, Pseudomonas, Micrococcus.

Szczególnym rodzajem oddychania beztlenowego jest fermentacja. Proces ten zachodzi bez udziału tlenu, lecz końcowym akceptorem elektronów i protonów jest związek organiczny. W zależności od końcowego produktu wyróżnia się różne rodzaje fermentacji, przeprowadzane przez bakterie i grzyby. Zdolność fermentacji jest wykorzystywana w przemyśle spożywczym i dla ostatecznej jakości produktów ważne są nie tylko produkty główne, ale i uboczne, nadające pożądane właściwości, takie jak smak, zapach czy konsystencja. Najszerzej wykorzystywane są:

Fermentacja alkoholowa. Zdolność fermentacji alkoholowej posiadają drożdże (grzyby z klasy workowców), Saccharomyces. Fermentacja alkoholowa polega na rozkładzie glukozy do alkoholu etylowego i CO2 bez udziału tlenu. Wydziela się niewielka ilość energii. Prosty zapis tego procesu: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 28,3 kcal. Naprawdę przebieg jest bardziej złożony. Aby fermentacja przebiegała prawidłowo, ważne są odpowiednie warunki, np. temperatura (10-50°C, optymalna 16-20°C) oraz pH (optimum 4-6). Obecność tlenu hamuje fermentacje, ponieważ wtedy drożdże przestawiają się na oddychanie tlenowe i nie powstaje etanol. Alkohol jako produkt fermentacji również hamuje jej przebieg, ponieważ ma szkodliwy wpływ na komórki drożdży. Maksymalne stężenie etanolu, jakie wytrzymują drożdże to 18%.

Fermentacja propionowa.Fermentację propionowa przeprowadzają bakterie z rodzaju Propionibacterium. Proces ten polega na przemianie cukrów lub kwasu mlekowego do kwasu propionowego, kwasu octowego i CO2. Zastosowanie znajduje ona przy produkcji serów podpuszczkowych, szczególnie serów twardych. Kwas propionowy i octowy nadają produktom odpowiedni smak, natomiast gazowy CO2 powoduje powstawanie oczek w dojrzewającym serze. Właśnie te "dziury" nadają serom jakość. Czasami kształtują się one nieprawidłowo w wyniku obecności innych bakterii beztlenowych lub pałeczek okrężnicy - takie sery są odrzucane z powodu niskiej jakości.

Fermentacja mlekowa. Fermentacja mlekowa polega na rozkładzie cukrów prostych i dwucukrów do kwasu mlekowego oraz produktów ubocznych. Zdolność tę posiadają bakterie mlekowe oraz tzw. bakterie pseudomlekowe (np. Micrococcus, Escherichia, Microbacterium) i pleśnie, jednak nie znajdują one zastosowania w przemyśle spożywczym, a produkty ich fermentacji mogą być szkodliwe. Bakterie mlekowe prowadzą dwa rodzaje fermentacji: homofermentację i heterofermentację. W homofermentacji prawie całość produktów stanowi kwas mlekowy. W heterofermentacji produkty uboczne stanowią dość dużą część wszystkich produktów.

Fermentacja masłowa. Fermentacja masłowa polega na przemianie cukrów i białek w kwas masłowy oraz inne kwasy organiczne jako produkty uboczne (np. octowy, mrówkowy). Zdolność tę mają bakterie z rodzaju Clostridium. Stosunek powstającego kwasu masłowego do produktów ubocznych zależy od warunków, w jakich przebiega proces - np. w obojętnym pH powstaje prawie wyłącznie kwas masłowy. Sam kwas masłowy nie znajduje zastosowania ze względu na odrażający zapach, ale jego aromatyczne estry są używane do produkcji perfum i zapachów do ciast.

Fermentacja octowa. Fermentację octową przeprowadzają tlenowo pałeczki octowe z rodzaju Acetobacter. Proces ten polega na rozkładzie alkoholu etylowego do kwasu octowego i wody. Prosty zapis reakcji: C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O + 117 kcal. Produkty uboczne powstające podczas tego procesu nadają octowi charakterystyczny zapach i smak. Niektóre z bakterii octowych mają zdolność dalszego rozkładu kwasu octowego do CO2 i H20. Są one niepożądane w przemyśle spożywczym.

Fermentacja cytrynowa.Fermentację cytrynową przeprowadzają grzybowe pleśnie z rodzaju Aspergillus. W procesie tym cukry proste ulegają przemianie do kwasu cytrynowego i wody, wytwarza się też niewielka ilość energii. Ilość powstającego kwasu cytrynowego zależy m.in. od składu podłoża - największa wydajność jest na podłożu bogatym w związki azotowe.

Bakterie i ich znaczenie w przemyśle spożywczym

Pseudomonas - pałeczki żyjące w wodzie i glebie; często powodują psucie się produktów mrożonych i chłodzonych, rozkładając białka, cukry i tłuszcze.

Acetobacter - bakterie octowe, wykorzystywane przy produkcji octu w procesie fermentacji octowej, powodują również kwaśnienie produktów spożywczych, np. piwa czy wina, przetwarzając na kwas octowy zawarty w nich alkohol.

Escherichia - pałeczki okrężnicy; żyją w jelicie grubym człowieka i zwierząt, stanowiąc jego naturalną mikroflorę. Niektóre szczepy mogą wywoływać choroby. Stopień zakażenia produktów spożywczych tą bakterią jest wyznacznikiem stanu higienicznego. Może wywoływać np. wzdęcie serów.

Schigella - pałeczki chorobotwórcze, wywołują różnego rodzaju zatrucia pokarmowe.

Salmonella - pałeczki chorobotwórcze, wywołują zatrucia pokarmowe i ostre choroby zakaźne.

Serratia - saprofity, wywołują gnicie produktów, np. S.martescens powoduje tzw. krwistość pieczywa, wywołaną tworzeniem czerwonego barwnika na jego powierzchni.

Proteus - często powodują gnicie żywności z bardzo wyraźnymi zmianami organoleptycznymi, wywołują zatrucia pokarmowe.

Micrococcus - bakterie kuliste, oddychające tlenowo. Powodują szkody w mleczarstwie oraz psucie się kiszonek. Niektóre są wykorzystywane w procesie dojrzewania serów.

Staphylococcus - niektóre gatunki tych gronkowców, np. S.aureus, są chorobotwórcze. Wymieniony gatunek wywołuje zatrucia pokarmowe. Gronkowce rozkładają białka i cukry.

Streptococcus - paciorkowce posiadające zdolność homofermentacji laktozy, co wykorzystuje się przy produkcji kwaszonego mleka (S.lactis) i jogurtów (S.thermophilus). Do tego rodzaju należą też bakterie chorobotwórcze, np. S.agalactiae, S.faecalis.

Leuconostoc - prowadzą heterofermentację. Należą tu zarówno gatunki wykorzystywane w przemyśle do produkcji zakwasów mleczarskich, jak i gatunki powodujące psucie produktów spożywczych.

Sarcina - pakietowce powodujące m.in. psucie się piwa. Niektóre gatunki są chorobotwórcze.

Bacillus - laseczki wytwarzające przetrwalniki. Powodują gnicie produktów. Najbardziej znanym jest B.subtilis, powodujący śluzowacenie pieczywa. Miękisz staje się szary i mazisty, o nieprzyjemnym zapachu, a po przełamaniu widoczny jest nitkowaty śluz.

Lactobacillus - bakterie mlekowe, prowadzące homo- i heterofermentację. Są używane do produkcji kefirów, jogurtów, serów, kiszonej kapusty i ogórków, zacierów zbożowych i ziemniaczanych.

Propionibacterium - bakterie propionowe, biorące udział w dojrzewaniu serów podpuszczkowych oraz występujące w mleku i zakwasie chlebowym.

Bakterie chorobotwórcze w żywności

Escherichia coli - bakteria ta stanowi normalny składnik mikroflory jelita człowieka i zwierząt. Jest to bakteria Gram-, posiadająca na powierzchni komórki cztery antygeny: somatyczny (lipopolisacharyd o właściwościach endotoksyn), otoczkowy, rzęskowy i fimbriowy. Szczepy zjadliwe produkują dwa rodzaje toksyn: ciepłostałą i ciepłochwiejną. Ta pierwsza nie traci aktywności nawet w temp. 100°C, druga natomiast ulega aktywacji w 60°C. E.coli jest najczęściej przyczyną zatruć pokarmowych i biegunek, szczepy chorobotwórcze dostają się do organizmu wraz z zanieczyszczoną wodą lub żywnością.

Salmonella - Salmonella to pałeczka Gram-, występująca u ludzi i zwierząt. U ludzi występuje S.typhi i S.paratyphi. Zatrucie ta bakterią wywołuje ostre choroby zakaźne (dur brzuszny) i zakaźne zatrucia pokarmowe. Często spotyka się bezobjawowe nosicielstwo - nosiciele nie mają dolegliwości, ale są źródłem zakażenia żywności. Salmonella najczęściej spotykana jest w produktach pochodzenia zwierzęcego: mięsie, jajach oraz ciastkach z kremem czy deserach. Rozwija się w temp. 5-45°C.

Schigella - bakterie te mogą żyć w wodzie, rozwijają się w takich produktach jak mleko, masło, ser, śmietana, ale rozmnażają się jedynie w organizmie człowieka. Objawy choroby - czerwonki - pojawiają się około 12 godzin po zatruciu i mają postać silnych biegunek.

Yersinia enterolithica - bakteria Gram-, występuje w wodzie i glebie. Optymalna temp. Do rozwoju to 22-30°C. Zarazić się można po spożyciu surowego mięsa lub mleka. Może rozwijać się z produktów przechowywanych w chłodniach. Objawami zatrucia są wymioty i biegunki.

Staphylococcus aureus - gronkowiec Gram+. Występuje na powierzchni skóry człowieka oraz na śluzówkach gardła i migdałkach. Poza organizmem człowieka również dobrze się rozwija (w temp. 0,5-45°C), np. w mięsie mielonym, roztopionych lodach czy twarogu. Zakażenie może objąć wszystkie narządy, wywołując ropne stany zapalne: opon mózgowych, płuc, kości oraz anginy.

Listeria monocytogenes - pałeczka Gram+, bez otoczek i nie tworząca przetrwalników. Występuje w przewodzie pokarmowym ludzi i zwierząt oraz w glebie i na szczątkach roślinnych. Optymalne do rozwoju pH to 7,4, choć są szczepy rozwijające się w pH 5,6. Ginie po zadziałaniu temp. 60°C przez 30 minut. Zakażenie ta bakterią wywołuje zaburzenia przewodu pokarmowego, co u ciężarnych kobiet może prowadzić do poronienia.

Fazy wzrostu kolonii bakteryjnej

Każda kolonia bakteryjna przechodzi przez te same fazy w ciągu swojego wzrostu. Bakterie namnażają się w sposób geometryczny, jednak ich liczebność jest ograniczana przez zagęszczenie.

Faza adaptacyjna - zwana też fazą zastoju lub fazą przygotowawczą. Od momentu zaszczepienia kolonii na pożywce, komórki przystosowują się do nowego typu podłoża, przestawiają procesy metaboliczne i zwiększają swoje wymiary, jednak jeszcze nie dochodzi do podziałów. Okres ten nie ma wpływu na dalszy rozwój kolonii.

Faza wzrostu logarytmicznego - komórki dzielą się intensywnie, przyrost liczby komórek na jednostkę czasu jest stały. Komórki są młode i żywotne. Faza ta trwa od 16 do 20 godzin.

Faza równowagi - podziały komórkowe zachodzą wolniej, liczebność komórek żywych i martwych jest mniej więcej równa, całościowo liczebność kolonii wzrasta jedynie nieznacznie lub wcale.

Faza wymierania - liczba komórek martwych szybko wzrasta kosztem komórek żywych. Pojawiają się również komórki inwolucyjne, czyli o zdeformowanych kształtach.

Faza śmierci - szybkie wymieranie komórek żywych w wyniku nagromadzenia szkodliwych metabolitów. Spadek liczby komórek w jednostce czasu jest stały. Czas trwania wymierania zależy od stopnia wrażliwości bakterii. Kolonie gatunków bardzo wrażliwych mogą nawet ulec samowyjałowieniu.

Wzajemne oddziaływania drobnoustrojów

Organizmy żywe oddziaływają na siebie wzajemnie. Są to oddziaływania zarówno bezpośrednie, jak i pośrednie.

Oddziaływania bezpośrednie to drapieżnictwo i pasożytnictwo. Pasożytami są np. bakterie stylikowe, przytwierdzające się do powierzchni innych bakterii i żerujące na nich.

Oddziaływania pośrednie zachodzą przez podłoże i mogą mieć charakter współżycia lub konkurencji. Do oddziaływań pośrednich zalicza się: symbiozę, synergizm, metabiozę, antagonizm, antybiozę.

  • symbioza - współżycie, które obu stronom przynosi korzyści
  • synergizm - wspólne działanie różnych organizmów, które zmienia środowisko tak,

jak nie mógłby dokonać żaden z nich osobno (np. fermentacja cukrów do kwasów i

gazów w mieszanych hodowlach bakterii)

  • metabioza - jeden organizm zmienia środowisko w taki sposób, że czyni je przystępne

dla innego organizmu (np. w stogu siana najpierw rozwijają się najpierw mezofile, ich 

działalność powoduje wzrost temperatury i następnie rozwijają się termofile)

  • antagonizm - jeden organizm zmienia środowisko w taki sposób, że utrudnia lub

wręcz uniemożliwia życie innego organizmu (np. Thiobacillus thiooxidans)

(antybiotyków), wpływających hamująco lub zabójczo na rozwój innych

drobnoustrojów; szczególne znaczenie ma to w warunkach glebowych, gdyż wiele

żyjących tam gatunków wytwarza antybiotyki

GRZYBY

Grzyby to organizmy eukariotyczne, stanowiące odrębne królestwo. Posiadają one chitynową ścianę komórkową i są całkowicie heterotroficzne. Występują w różnorodnych formach - od mikroskopijnych, pojedynczych komórek po wielokomórkowe grzybnie, tworzące duże owocniki. Poniżej krótka charakterystyka najważniejszych klas grzybów:

Zygomycetes (sprzężniaki). Posiadają grzybnię wielokomórkową, bez poprzecznych sept lub podzieloną septami w sposób nieregularny. Rozmnażają się za pomocą spor (bezpłciowo) lub płciowo, przez zlanie zawartości różnoimiennych gametangiów. W wyniku tego powstaje zygota, a z niej rozwija się zygospora. Największe znaczenie dla przemysłu spożywczego ma rząd Mucorales. Jego przedstawiciele mają luźną, słabo rozgałęzioną grzybnię i tworzą kuliste zarodnie. Rozmnażają się również w sposób płciowy przez połączenie gametangiów. Najbardziej znani przedstawiciele to Mucor sp. i Rhizopus nigricans - powodują psucie się żywności podczas przechowywania.

Ascomycetes (workowce). Tworzą owocniki, w których znajdują się worki sporonośne, a w nich zarodniki (spory) w liczbie 4 lub 8. Septowane strzępki mogą tworzyć wegetatywne ciałka, będące formą rozmnażania. Tworzą się również konidiofory z dużą ilością konidiów. Należą tu np. Byssochlamys sp. i Monillia sp.

Deuteromycetes. Grzybnia jest haploidalna. Grzyby z tej klasy nie tworzą owocników i nie rozmnażają się płciowo. Jedynym sposobem rozmnażania są konidia, wytwarzane w dużych ilościach. Do tej klasy należą m.in. Penicillium, Aspergillus, Fusarium, Botrytis, Geotrichum.

Drożdże w przemyśle spożywczym

Drożdże wykorzystywane są w wielu gałęziach przemysłu spożywczego: piekarniczym (ciasta i zakwasy chlebowe), piwowarskim, winiarskim i gorzelniczym do produkcji piwa, wina i spirytusu oraz w mleczarstwie do produkcji kefirów. Stosuje się je również w przemyśle mięsnym, w celu neutralizacji kwasu mlekowego, dzięki czemu polepsza się smak produktów. Drożdże piekarskie w procesie fermentacji wytwarzają m.in. CO2, który spulchnia rosnące ciasto. Ilość wytwarzanego CO2 zależy od ilości cukrów zawartych w mące, należy również zapewnić odpowiednie do przebiegu fermentacji warunki, czyli temperaturę 25-30°C, lekko kwaśne pH (4,5-6,5) oraz dostęp tlenu w początkowej fazie przygotowywania ciasta. Ogólnie warunki do rozwoju drożdży to optymalna temperatura 25°C, choć zakres tolerowany wynosi 5-37°C, wilgotność ok. 30%, należy dostarczyć źródło węgla w postaci cukrów prostych oraz źródło azotu (pepton). Produkcja alkoholu opiera się na fermentacji prowadzonej przez drożdże, w wyniku której powstaje etanol i CO2. Przy produkcji piwa używa się jako substratów słodu jęczmiennego i szyszek chmielowych. Stosuje się drożdże Saccharomyces carisbergensis, które po fermentacji opadają na dno kadzi (drożdże fermentacji dolnej) oraz Saccharomyces cerevisiae, które wypływają na powierzchnię (drożdże fermentacji górnej). Jedne i drugie łatwo jest zebrać.

Drożdże, choć tak szeroko wykorzystywane, często działają również w sposób niepożądany. Najbardziej szkodliwe są gatunki osmofilne, czyli znoszące duże ciśnienie osmotyczne. Mogą one rozwijać się w przetworach owocowych i warzywnych, takich jak dżemy, galaretki, syropy owocowe czy miód. Produkty słodkie fermentacja drożdżowa pozbawia cukru, w miejsce którego powstaje alkohol. W kiszonkach drożdże rozkładają kwas mlekowy, przez co środowisko traci kwaśny odczyn, co sprzyja rozwojowi bakterii gnilnych. Powodują też psucie się octu. Na powierzchniach zalew w kiszonkach oraz np. na kwaśnej śmietanie rozwijają się również drożdże w formie kożucha - one również przetwarzają kwas mlekowy. Kożuchy tworzą się też na piwie i winie. W mleku i jego przetworach są przyczyną gazowania (CO2 powstający w fermentacji kwasu mlekowego). Na maśle mogą powodować powstawanie czerwonych i pomarańczowych plam oraz jego gorzki smak. Na powierzchni mięsa w wyniku rozwoju drożdży może tworzyć się białawy, bezwonny nalot, tzw. oszronienie. Dzikie drożdże mogą tworzyć na miękiszu chleba - jednak łatwo dają się one rozkruszyć, a pieczywo nadaje się potem do spożycia. Generalnie jednak rozwój dzikich szczepów drożdży obniża jakość produktów, w których wykorzystywane są drożdże hodowlane.

Jest wiele gatunków i szczepów drożdży. Poniżej przegląd kilku najważniejszych:

Saccharomyces - do tego rodzaju należą drożdże szlachetne, które są wykorzystywane w przemyśle. Gatunki dzikie powodują psucie się piwa, masła, mleka i innych produktów oraz słodkich przetworów owocowych (gatunki osmofilne).

Pichia - drożdże tlenowe, tworzące kożuch na powierzchni napojów alkoholowych.

Hansesula - tworzą kożuchy, bardzo szkodliwe dla przemysłu

Saccharomycodes - spotykane w przetworach owocowych, gdyż znoszą wysokie stężenie kwasu siarkowego, używanego do konserwowania niektórych z nich.

Candida - niektóre gatunki to gatunki wybitnie tlenowe, tworzą więc kożuchy na powierzchni wina, piwa, kiszonek czy prasowanych drożdży.

Rhodotorula - nie prowadzą fermentacji cukrów, ale powodują psucie serów, masła, śmietany i drożdży piekarskich.

Jeśli chodzi o rozmnażanie się drożdży to najbardziej powszechnym sposobem jest pączkowanie. Jest to typ rozmnażania bezpłciowego, które polega na tym, że komórka tworzy uwypuklenie, które stopniowo się powiększa. Jądro komórkowe dzieli się i jedno z potomnych jąder przechodzi do uwypuklenia, które ostatecznie odrywa się od komórki macierzystej, stając się odrębną komórką. Bezpłciowym sposobem rozmnażania jest również poprzeczny podział komórki. Drożdże mogą też wytwarzać zarodniki. U większości gatunków powstają one w sposób bezpłciowy - ze skupień cytoplazmy, które otaczają się własnymi błonami. Może również zachodzić kopulacja. Wówczas dwie komórki łączą się ze sobą za pomocą wyrostków - ich jądra ulegają zlaniu, a następnie kilkakrotnemu podziałowi. Każde jądro potomne otacza się cytoplazmą i własną błoną, tworząc zarodnik.

Pleśnie w przemyśle spożywczym

Grzyby tworzące pleśnie są stosowane w przemyśle spożywczym głównie do wyroby serów pleśniowych oraz w przemyśle mięsnym - jako dodatek do produktów mięsnych poprawiają ich smak i aromat, utrzymują odpowiednią wilgotność oraz nie pozwalają na rozwinięcie się niepożądanej mikroflory.

Wiele pleśni jednak powoduje psucie się produktów spożywczych, co powoduje zarówno straty w magazynach z żywnością, jak i zatrucia pokarmowe po spożyciu. Podobnie jak drożdże, pleśnie odkwaszają środowisko, fermentując kwas mlekowy. Często pojawiają się na przetworach mleczarskich: maśle, śmietanie, serach, powodując jełczenie, gnicie i gorzki posmak oraz pojawianie się kolorowych plam. Pospolitym szkodnikiem mleczarskim jest Geotrichum candidum, tworzący białawy nalot na powierzchni śmietany, zsiadłego mleka i twarogów oraz psujący kiszonki. Pleśnie powodują też psucie się piwa i wina (pleśnienie, śluzowacenie). Częste są również pleśnie Aspergillus, Penicillium i Mucor, powodujące pleśnienie mięsa. Pleśnieje również pieczywo w warunkach wysokiej temperatury i dużej wilgotności. Sprzyjające warunki do rozwoju pleśni to temperatura optymalna 20-25°C i kwaśne pH (ok. 3,5).

Poniżej przegląd najpospolitszych pleśni występujących na produktach spożywczych:

Mucor - rozkłada cukry i żelatynę, występuje m.in. na owocach

Rhizopus - rozkłada żelatynę, produkuje kwas fumarowy i szczawiowy; występuje m.in. na chlebie, owocach i innych produktach

Byssochlamys fulva - powoduje rozpad owoców, ponieważ rozkłada pektyny (składniki ścian komórkowych); powoduje także psucie się owocowych konserw

Geotrichum - tworzy biały, puszysty nalot na mleku i jego przetworach oraz kwaszonkach

Botrytis - powoduje psucie się winogron

Monillia - wywołuje psucie się masła, serów, chleba, soków owocowych, wina i mięsa

Aspergillus - najpowszechniejszym gatunkiem jest A.glaucus, występujący na wielu produktach. A.niger często występuje na owocach, pleśń tą stosuje się do produkcji kwasu cytrynowego

Penicillium - dość częsta pleśń występująca na produktach spożywczych, niektóre gatunki z tego rodzaju wykorzystywane są przy dojrzewaniu serów

Cladosporium - często powoduje psucie się mięsa, które jest przechowywane w chłodni (C.herbarum)

Wiele pleśni wytwarza toksyny, które są szkodliwe i powodują zatrucia pokarmowe po spożyciu zepsutego produktu. Toksyny produkowane przez grzyby to mykotoksyny. Gatunki wytwarzające mykotoksyny to m.in. Aspergillus, Penicillium, Mucor, Fusarium, Alternaria, Rhizopus, Geotrichum, Monillia. Ich wytwarzanie zachodzi jedynie w odpowiednich (optymalnych) warunkach, które są różne dla różnych gatunków i szczepów pleśni. Ważna jest obecność wody, odpowiednia temperatura i skład podłoża. Przykładowo Aspergillus flavus produkuje najwięcej toksyn w temp. 20°C, a już w 18°C produkcja całkowicie ustaje. Gatunkowi temu sprzyja również podłoże z ziaren zbóż, a np. suszone owoce już nie dają tak dużej wydajności. W zależności od podłoża, może być syntetyzowane kilka rodzajów toksyn.

Jedną z grup toksyn grzybowych są aflavotoksyny. Są to niewielkie cząsteczki, łatwo rozpuszczalne w wodzie i łatwo dyfundujące do podłoża. Nie ulegają rozkładowi ani pod wpływem wysokiej temperatury (nawet 100°C), ani po działaniu innych czynników fizycznych czy chemicznych. Mają właściwości rakotwórcze. Są za to dobrze wchłaniane w jelitach i akumulowane w wątrobie i nerkach. Nie da się ich usunąć z organizmu.

Rozmnażanie się pleśni może zachodzić bezpłciowo lub płciowo. Sposób bezpłciowy to podział poprzeczny strzępek lub pączkowanie. Pleśnie tworzą również różnego rodzaju zarodniki: konidia, endospory, artrospory, chlamydospory, sklerocja, gemmy. Konidia tworzą się zewnętrznie na szczytach konidioforów, które mogą być rozgałęzione (jak u Penicillium) lub pojedyncze (jak u Aspergillus). Endospory powstają wewnątrz zarodni (np. u Mucor), na trzonkach zarodnikonośnych, wyrastających z grzybni. Artrospory to komórki oderwane od strzępki grzybni, które w ten sposób stają się zarodnikami. Grzyby pleśniowe mogą również rozmnażać się płciowo, przez połączenie się komórek haploidalnej liczbie chromosomów. W wyniku tego powstaje diploidalna zygota, która dzieli się mejotycznie. W ten sposób powstaje grzybnia dikariotyczna, która tworzy następnie worki (u Ascomycetes) lub podstawki (u Basidiomycetes) z zarodnikami. U Mucor przy rozmnażaniu płciowym ze strzępki wyrastają wypustki, które łączą się ze sobą tworząc zygosporę, otoczoną grubą otoczką. Zygospora zawiera haploidalne komórki, które wykiełkują w nową grzybnię.