Kap 2 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel

Transkript

1 Kap 2 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 2.1 Förutsättningar för mikrobiellt angrepp Livsmedel består i stor utsträckning av celler från växt- eller djurriket (kött, fisk, ägg, frukt, grönsaker, mm) eller av biologiskt material som härstammar från dessa (mjölk, saft, fett, mm). Man måste se på dessa livsmedels hållbarhet från en ekologisk synvinkel. Allt biologiskt material i naturen bryts ned till enklare beståndsdelar, ofta ända ned till oorganiska föreningar vilket då kallas mineralisering och utgör en del av naturens kretslopp för kol och kväve (Fig 1.2). Detta är en förutsättning för allt liv på jorden. Om processen inte ägde rum, skulle snart alla näringsämnen för växtriket, utan vilket inga djur kan existera, vara bundet till dött biologiskt material. Det faktum att vissa delar av detta biologiska material väljs ut för att tjäna som livsmedel åt människan ändrar inte på dessa processer. Däremot innebär det att människans intresse, när det gäller lagring av livsmedel, kommer i konflikt med det naturliga förloppet. CO 2 + N 2 Ljus Djur Växter Organisk materia Archae Bakterier Svampar Alger Protozoer Döda organismer Fig 1. Mikroorganismer, framför allt bakterier och svampar, svarar för huvuddelen av recirkuleringen av kolet och kvävet till atmosfären. Att öka hållbarheten hos ett livsmedel innebär alltså att man måste motverka början av den naturliga process som leder till en fullständig nedbrytning av livsmedlet. Den absolut viktigaste mekanismen i denna process är den mikrobiella nedbrytningen. Vanligen betraktas ett livsmedel som förstört redan på ett tidigt stadium i den mikrobiella nedbrytningen. Denna process kallas mikrobiell förskämning (eng. food spoilage). Förruttnelse (eng.

2 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 5 putrification) är en viss typ av förskämning som normalt inträffar långt efter det att livsmedlet redan är förskämt. Normalt innebär förskämningen inte att livsmedlet blir hälsofarligt, utan snarare att det blir oacceptabelt p.g.a. obehaglig smak, lukt eller konsistens. Inte heller näringsvärdet av ett förskämt livsmedel behöver vara väsentligen försämrat. I vissa fall har dock patogena organismer vuxit i livsmedlet och gjort det hälsofarligt att äta. Denna process är ofta, men inte alltid, förenad med förskämning. Därför innebär konsumtion av en förskämd produkt större risk för förgiftning än vad konsumtion av en till synes oförstörd produkt medför. Förskämningen är alltså en viktig signal om att livsmedlet kan vara hälsofarligt. Man kan å andra sidan bli sjuk av mat som inte är förskämd. Förmågan att uppfatta och tolerera livsmedelsförskämningen kan också variera mycket mellan olika individer. Det är inte bara mikrobiell aktivitet som begränsar hållbarheten hos ett livsmedel, även om detta ofta är den helt dominerande orsaken. Fysikaliska förändringar som t ex uttorkning spelar en stor roll när det gäller frukt och grönsaker. Kemiska förändringar som endogen metabolism, t.ex. respiration baserad på lagrade kolhydrater, hos vegetabilier kan leda till övermognad och färgförändringar. Härskning är kanske den viktigaste typen av kemisk förskämning av livsmedel. Härskningsrekationer kan vara rent kemiska men de kan också vara biologiskt katalyserade. Det är omöjligt att kortfattat och heltäckande beskriva mikrobiell förskämning av livsmedel, därför att detta inte är en entydig process. De påståenden som görs i det följande måste tolkas som typiska förhållanden, men långt ifrån allenarådande. När det t ex sägs att Pseudomonas-arter begränsar hållbarheten hos färskt kyllagrat kött betyder detta att många, men inte alla, undersökningar visat att de flesta undersökta prover dominerats av Pseudomonas spp. då de blivit förskämda. Man kan i allmänhet inte säkert avgöra om den dominerande organismen i ett förskämt livsmedel också är den som verkligen orsakar förskämningen. Det finns exempel som visar att det kan krävas 10 gånger fler Achromobacter än Pseudomonas för att göra fisk oacceptabel ur smaksynpunkt. Mikrofloran på livsmedel De flesta livsmedelsråvaror har en primärflora av mikroorganismer som härrör från den ursprungliga miljön för växtens/djurets tillväxt. Under den fortsatta bearbetningen tillkommer en kontaminationsflora. Vid efterföljande lagring utvecklas en sekundärflora, som inte behöver likna primär- eller kontaminationsfloran. Det är livsmedlets egenskaper som substrat för mikrobiell tillväxt, samt lagringsbetingelserna, som avgör hur den sekundära floran, som sedan utvecklas till förskämningsflora, ser ut.

3 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 6 Tabell 1 Exempel på mikroflorans storlek i några produkter och stadier. Produkt Typiskt cellantal Enhet Inre frisk djurvävnad 0 Växtytor Fiskskinn Äggskal Mjölk Kött Fiskfiléer Inre växtdelar Förskämningsflora på de flesta livsmedel primärflora 10 3 cm -2 cm -2 cm -2 kontaminationsflora vid god hygien g -1 cm -2 cm -2 g -1 cm -2 eller g -1 Vid tidpunkten för förskämning överstiger mikrofloran vanligen 10 7 cm -2 (eller g -1 ). Fasta, obearbetade produkter som helt kött, fiskfiléer, hela frukter o.s.v., har huvudsakligen mikrobiell tillväxt på ytan (anges som antal celler per cm 2 ), medan bearbetade produkter som köttfärs, korv och mjöl samt vätskor, har en mer homogen fördelning av mikrofloran (anges som celler per g eller ml). Fysikalisk-kemiska egenskaper Livsmedlets förutsättning att tjäna som substrat för mikrobiell tillväxt beror främst på ett antal fysikaliska och kemiska parametrar: - Temperatur - Vattenaktivitet (aw) - ph och buffertkapacitet - Syrehalt och syretillförsel - Redoxpotential och redoxbuffrande kapacitet - Mekanisk struktur - Typ av metaboliserbar kol- och energikälla - Typ av metaboliserbar kvävekälla - Inhibitorer Temperaturen påverkar naturligtvis hastigheten med vilken mikroorganismerna växer till och därigenom hållbarheten av livsmedlet. den dramatiska effekten relativt små ändringar i temperaturen kan ha inom området vid och straxt över vanlig kylskåpstemperatur illustreras i Fig 2.

4 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 7 10 Log (cfu) C 10 C 8 C 4 C 0 C 0 0 t ( d ) 0 15 Fig 2. Inverkan av temperaturen på tillväxten av aeroba bakterier på kött. Temperaturen påverkar inte bara hastigheten för mikroflorans tillväxt utan även mikroflorans sammansättning. Man indelar mikroorganismerna enligt deras förhållande till temperatur i termofiler, mesofiler, psykrofiler och psykrotrofer. Fig 3 visar schematiskt hur de olika typernas tillväxthastighet varierar med temperaturen. Psykrotrofa organismer, som spelar en stor roll vid förskämning av kyllagrade livsmedel, har sitt temperaturoptimum ungefär som mesofila organismer, men de har förmågan att växa relativt snabbt ända ned till kylskåpstemperatur. Detta temperaturberoende innebär att en blandad mikroflora som lagras i kyla selekteras mot ett högt innehåll av psykrotrofa och ibland även psykrofila organismer. Rel. tillväxthastighet Psykrofi l Psykrotrof Mesofil Termofil C Fig 3. Klassificering av mikroorganismer enligt tillväxthastighetens temperaturberoende. Det finns inga allmänt accepterade exakta temperaturgränser mellan de olika grupperna.

5 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 8 Mikroorganismers tillväxthastighet anges antingen som generationstid (t g, h) eller som specifik tillväxthastighet (µ, h -1 ). Generationstiden är den tid det tar att fördubbla cellmängden. Den specifika tillväxthastigheten anger hastigheten för cellbildning per cellmängd. Sambandet mellan dessa parametrar är t g = 0.69 vilket kan härledas ur en enkel massbalans för celler: dn dt = N där N är antalet celler, µ (h -1 ) är den specifika tillväxthastigheten och t (h) är tiden. Efter integrering med N 0 celler vid t = 0 och N t celler vid tiden t, erhålls Enligt definitionen för generationstid, är antalet celler efter tiden t g lika med 2N 0. Sätt in detta i ovanstående formel så erhålls: vilket ger det sökta sambandet ln(n t ) ln(n 0 ) = t ln(2n 0 ) ln(n 0 ) = t g ln2 = t g Vattenaktiviteten (aw) är den enskilda faktor, vid sidan av temperaturen, som bestämmer hur snabbt och av vilken typ av organismer ett livsmedel förstörs. Vattenaktiviteten hos en substans kan bestämmas som vattenångtrycket i ett litet slutet rum där produkten innesluts ( p H2O ), i relation till vattenångtrycket för rent vatten ( p H2O* ): a w = p H 2 O p H2 O* För en vattenlösning av lågmolekylära föreningar som socker och salt gäller: där a w = n w n w + n s n w = antal moler vatten n s = antal moler lösta molekyler

6 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 9 Några faktorer som sänker vattenaktiviteten i livsmedel är - Joner (t ex salt) - Lösta molekyler (t ex socker) - Hydrofila kolloider (t.ex stärkelse) - Iskristaller Vattenaktiviteten kan säjas beskriva vattnets tillgänglighet för organismerna. Det är alltså inte bara vattenhalten utan även molariteten och arten av lösta substanser som avgör vattenaktviteten. Detta exemplifieras i Fig 4.2, som visar sorptionsisotermer för olika vattenbindande material. Cellulosa får en förhållandevis hög vattenaktivitet och stärkelse en låg vattenaktivitet vid samma vattenhalt. 30 Frukt Vattenhalt (%) 20 Stärkelse Kött 10 Cellulosa Vattenaktivitet Lipid oxidation Lipolys Proteolys Mögel Jäst Bakterie Vattenaktivitet Fig 4. Sorptionsisotermerna för olika material visar att vattenaktiviteten inte är direkt proportionell mot vattenhalten. Fig 5. Schematisk skiss av hur vattenaktiviteten påverkar hastigheten för enzymers reaktion och mikroorganismers tillväxt. Biokemiska reaktioners hastighet sjunker i allmänhet med sänkt vattenaktivitet. Olika typer av biokemiska reaktioner är dock olika känsliga för låg vattenaktivitet. Detta illustreras i Fig 5. Bland mikroorganismer är mögel och jäst mer resistenta mot en sänkning av vattenaktiviteten än bakterier i allmänhet, medan enskilda enzymer kan bibehålla sin aktivitet vid ännu lägre vattenaktivitet. Det finns dock många undantag från denna generalisering. Tre kategorier av mikroorganismer som föredrar låga vattenaktiviteter är: Osmofil (sockerföredragande) jäst, xerofila (torkföredragande) svampar samt halofila (saltföredragande) bakterier. Dessa

7 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 10 organismer inte bara tål låg vattenaktivitet men kan även kräva det för sin tillväxt. Tabell 3.2 Exempel på typisk minimivattenaktivitet för tillväxt samt några livsmedels vattenaktivitet. Organism min Livsmedel aw aw Mjölk, fisk, kött 0.99 Pseudomonas 0.97 E. coli 0.96 Korv, 7% salt 0.96 Clostridium 0.95 Brochothrix 0.94 thermosphacta Bacillus 0.93 Skinka, 12% salt 0.93 Lactobacillus 0.93 Streptococcus 0.93 Lactococcus 0.93 Micrococcus 0.93 Sylt, 50% socker 0.91 Ost, bröd Salt sill, 20% salt 0.87 Staphylococcus 0.86 Jäst, allmänt 0.85 Mögelsvamper, allmänt 0.80 Marmelad Halofila bakterier 0.75 Säd med 10% vatten 0.7 Xerofila mögelsvampar 0.65 Osmofil jäst 0.60 Torkad frukt, 15% 0.6 vatten Torrmjölk, pulvermat, < 0.5 hårt bröd Halofil = saltföredragande; xerofil = föredrar torka; osmofil = föredrar högt osmotiskt tryck. Vattenaktiviteten i livsmedel spelar en stor roll för såväl hastigheten för mikrobiell tillväxt som för selektionen av förskämningsflora på livsmedlet. Skälet till att vattenaktiviteten är så viktig för livsmedlets hållbarhet är att de flesta mikroorganismer, och speciellt de vanligaste livsmedelsförskämmarna, kräver relativt hög vattenaktivitet. Detta illustreras i Tabell 3.2, som visar approximativ minimivattenaktivitet för olika organismer. Redan innan denna vattenaktivitet nåtts har tillväxthastigheten sänkts avsevärt. De mer toleranta typerna växer sakta och tillhör inte de värsta livsmedelsförskämmarna. Man kan dra många slutsatser ur Tabell 2. Det framgår t.ex. att Pseudomonas, som dominerar förskämningen av färskt kött och fisk, inte utgör något problem i

8 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 11 korv eller sillinläggningar. Dessa får en förskämningsflora av mer torkresistenta arter. Tabellen visar också varför det främst är mögel som angriper vanligt bröd, medan hårt bröd inte möglar alls, om det förvaras torrt. Vidare kan man förstå varför förgiftningar vid julbordet ofta orsakas av Staphylococcus. Observera att dessa siffror, som hämtas från olika källor, bara anger tendensen! T ex beror resistensen mot låg vattenaktivitet av många andra faktorer, såsom tillväxtmedium och ph, varför några exakta siffor aldrig kan anges. Dessutom har mikroorganismer ofta förmåga att genom mutation och selektion utveckla avvikande stammar. ph är en annan faktor som spelar stor roll för vilken typ av förskämningsflora som utvecklas och för hastigheten för förskämningen. Tabell 3. Generaliserad bild av mikroorganismers ph-beroende Förekommer främst vid ph Typiskt ph optimum Bakterier 4-9 7±1 Mögel ±1 Jäst Bland bakterier är det framför allt mjölksyrabakterier som växer i phintervallet 4-5. Livsmedel har i allmänhet ett relativt surt ph (Tabell 4) Tabell 4. Typiska ph-värden i vanliga livsmedel Räkor 7 Kål 5.5 Fisk 6.7 Potatis 5.5 Majs 6-7 Fil 4.5 Mjölk 6.5 Tomater 4.2 Melon 6.5 Apelsinjuice 4 Smör 6.2 Yoghurt 3.5 Kött Äpple 3 Ost 5.9 Citron 2 Ostron 5-6 Redoxpotential och tillgång till syre påverkar inte hastigheten för mikrobiell tillväxt nämnvärt, men väl typen av förskämningsflora och därmed arten av de förskämmande reaktionerna. Allmänt sett ger anaerob metabolism mer illaluktande substanser och de bidrar därför till en tidigare förskämning än aerob metabolism. Ett undantag är dock mjölksyrabakterierna (se avsnittet om vacuumförpackning). Vid anaeroba förhållanden och låg redoxpotential ökar också risken för tillväxt av Clostridium med toxinbildning.

9 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 12 Den mekaniska strukturen är viktig för livsmedlens hållbarhet. På helt kött växer bakterierna i första hand på exudatet, d.v.s. den glukos- och aminosyrarika vätska som läcker ut ur skadade celler och kärlsystem. Om köttet bearbetas så att denna vätskemängd ökar leder detta till snabbare tillväxt och tillväxt djupare under ytan. Frukt och grönsaksvävnaden skyddas dels av det yttre skalet och dels av pektiner som omger cellerna. Detta gör det svårt för mikrofloran att ta sig in i produkten. På den oskalade ytan av dessa produkter är näringstillgången (framför allt vattentillgången) så låg att endast få organismer kan växa och då med låg hastighet. Skadas detta skydd genom mekanisk åverkan eller av pektinaser från speciella organismer, främst mögel, underlättas mikroflorans invasion och därmed förskämningen. Många livsmedel, speciellt frukt och grönsaker, innehåller antimikrobiella substanser som försvårar det mikrobiella angreppet. Några exempel på sådana substanser ges i tabellerna nedan. Tabell 5. Exempel på naturliga mikrobiella inhibitorer i livsmedel. Livsmedel Inibitor Pepparrot Allylisothiocyanat Lök och vitlök Allicin Diallyltiosulfinsyra Tomat Tomatin Rädisor Raphanin Lingon Bensoesyra Oregano m.fl Eteriska oljor Tabell 6. Exempel på vanliga antibiotiska substanser som bildas i livsmedel vid tillväxt av mjölksyrabakterier. Antimikrobiell produkt Organism Nisin (i mjölk) Lactococcus lactis Salvaricin Lactococcus. salvaricus Acidocin B Lactobacillus acidophilus Reuterin Lactobacillus reuterii

10 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 13 Några definitioner på antimikrobiella substanser: Antibiotika: Mikrobiellt producerade antimikrobiella (bactericida/ fungicida eller bakteriostatiska/fungistatiska) substanser som har låg humantoxicitet och som normalt används för humaneller veterinärbruk. Dessa används, med få undantag, inte i livsmedel (Se Kap 3.5***). Probiotika Bakteriociner Mikrobiella kulturer (främst mjölksyrabakterier) som äts för att stabilisera tarmfloran. Verkar genom att mikroorganismerna etablerar sig på tarmslemhinnan och motverka, eventuellt genom bildning av bacteriociner, tillväxt av andra (olämpliga) organismer. Bakteriellt producerade proteiner (peptider) med baktericid effekt på främst närbesläktade arter eller stammar. bactericid = bakteriedödande; fungicid = svampdödande; bakteriostatisk = bakteriehämmande De kemiska reaktionerna De viktigaste förändringarna i ett livsmedel i anslutning till mirkobiell förskämning ( eng. spoilage ) kan indelas i: - Nedbrytning av N-föreningar - Nedbrytning av fett - Nedbrytning av kolhydrater - Pektinnedbrytning - Polysackaridbildning Nedbrytning av N-föreningar Den vanligaste och den första förskämningsreaktionen är oxidativ deaminering: aminosyra + O 2 deaminas NH 3 + organisk syra Detta anses vara den dominerande förskämningsreaktionen på kyllagrat färskt kött och fisk. Aminosyror fungerar här som energikälla efter att aminogruppen spjälkats av av aeroba oxidativa deaminaser. Proteolys leder till bildning av peptider och aminosyror: proteinas peptidas Protein peptider aminosyror

11 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 14 Peptider kan ge en söt eller bitter smak (t ex i mjölk) men proteolysen uppträder vanligen inte förrän den oxidativa deamineringen redan förstört livsmedlet. Proteolysen anses därför inte bidra väsentligt till förskämningen av kyllagrade livsmedel. I allmänhet producerar proteolytiska mikroorganismer inte så mycket proteaser så länge de har tillgång till fria aminosyror. Förruttnelse (eng. putrification) är anaeroba reaktioner som leder till bildning av aminer (cadaverin, putrescin, histamin m fl), organiska syror och svavel-föreningar (H2S, merkaptan mm). aminosyror Anaerob metabolism Aminer Organiska syror S-föreningar Indol Flera av dessa har ytterst stark lukt, t.ex. cadaverin som bildas från lysin (Fig 6) och putrecin från ornetin. Histamin bildas på liknande sätt, och kan ge allergisk chock hos överkänsliga personer. Förruttnelse är typisk vid förskämning under högre temperatur (över 15oC) då Bacillus och Clostridium växer snabbt, men spelar inte så stor roll då kyllagringen fungerar. Innan dessa förruttnelsereaktioner får större omfattning är livsmedlet i allmänhet förskämt genom den oxidativa deamineringen. Lysin H N - CH - COOH 2 (CH 2 ) 4 NH2 Cadaverin lysindecarboxylas CO NH - (CH ) - NH 2 Histidin H N - CH - COOH 2 CH 2 H N N histidindecarboxylas Histamin NH - (CH 2 ) 2 2 H N N Fig 6. Histamin, cadaverin och andra aminer bildas genom anaerob dekarboxylering av aminosyror.

12 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 15 Reduktion av trimetylaminoxid (TMAO) Fisk, speciellt fisk från saltvatten, innehåller mycket trimetylaminoxid (TMAO) som kan fungera som oxidationsmedel (elektronacceptor) för mikrobiell anaerob respiration. Därvid bildas trimetylamin (TMA) som anses ge upphov till "typisk fisklukt". TMA kan också bildas genom enzymatisk hydrolys av lecitin. CH 3 H 3 C - N = O CH 3 TMAO TMAOreduktas CH 3 H 3 C - N CH 3 TMA Nedbrytning av fett När fett förändras kemiskt så att det smakar illa kallas det härskning (eng. rancid = härsken). Härskning utgör ett komplex av reaktioner som inte är helt kända. En klassificering av härskningsreaktioner ges i Fig 7. Den hydrolytiska härskningen resulterar i fria fettsyror (FFA) och glycerol. Hur mycket fria fettsyror som toleraras i ett livsmedel beror av typen (vanligen kolkedjelängden) av syran. Exempelvis kan 15 % FFA accepteras i oxkött med långa fettsyror, medan endast 2 % FFA accepteras i olivolja. När korta fettsyror som t.ex. smörsyra bildas är toleransgränsen mycket låg. Den hydrolytiska härskningen påverkas inte av syre. Autohydrolys kan dessutom ske vid frånvaro av vatten (exempelvis i kokosfett), men den går mycket långsamt, vilket förklarar den relativa hållbarheten av kokosfett. Hydrolytisk härskning Autohydrolytisk Enzymatisk Illasmakande produkter: Lipolys Fria fettsyror (FFA) Mikrobiell Autooxidativ Oxidativ härskning Lipoxydaskatalyserad ß-oxidation Aldehyder, ketoner, speciellt metylketoner Fig 7. Olika typer av härskning.

13 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 16 Många mikroorganismer bildar lipaser som spjälkar fett till fria fettsyror och glycerol. Om mikroorganismerna är aktiva metaboliseras fettsyrorna dessutom vidare och ett komplex av bismaker kan bildas. Om organismerna har inaktiverats slutar lipolysen vid de fria fettsyrorna. Den oxidativa härskningen kräver tillgång till syre. Autooxidativ härskning katalyseras av metaller och accelereras av ljus. Processen innebär att hydroperoxider (R-OOH) bildas via peroxidradikaler (R-OO*). Hydroperoxiderna ger i sig ingen stark smak, men de sönderfaller i aldehyder och ketoner som ger upphov till härskningssmaken. Fig 8 visar principen för autooxidativ härskning. Aldehyder + Ketoner ROOH RH R* ljus Me++ O 2 ROO* Fig 8. Autooxidation av fettsyra (RH) resulterar i aldehyder och ketoner. Den initieras av att en radikal (R*) bildas från fettsyran, vilket katalyseras av bl.a. Fe2+ och ljus. Radikalen reagerar lätt med syre och bildar en peroxidradikal (ROO*). Anti-oxidanter i livsmedel används för att fånga upp peroxidradikalen för att förhindra den kedjereaktion som uppstår då radikalen istället reagerar med en annan fettsyra som bildar en ny radikal. ß-oxidation är den vanliga mekanismen för mikrobiell nedbrytning av fettsyror varvid bildas acetyl-coa och ny fettsyra-coa med 2C kortare kolkedja. Vissa mikroorganismer har en sidoreaktion vid sista steget i ß- oxidationscykeln. Genom denna bildas ytterst aromatiska metylketoner som ger bismak i fettet (Fig 9). Lipoxydaser är enzymer som kan bildas av mögel eller kan finnas i djur/växtvävnaden. Enzymet oxiderar fettsyror med cis-cis 1-4 pentadien konfiguration (ex. linolsyra och linolensyra) varvid det också bildas hydroperoxider som sönderfaller i starkt smakande aldehyder och ketoner. Dessa reaktioner är inte alltid av ondo i livsmedel. De utgör bl.a. viktiga komponenter i ädelostar som Brie och grönmögelost. Lipoxydaser finns också i många växtceller, vilket är en av orsakerna till att grönsaker ofta värmebehandlas (blancheras) före infrysning, för att enzymer skall inaktiveras.

14 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 17 R - CH 2CH 2COOH CoA R - CH 2CH 2CO-CoA ß-oxidation R-CO - CH 2- CO - CoA CoA H 2 O R - CO - CoA + CH 3CO - CoA CO + CoA 2 + R - CO - CH3 Metylketon Fig 5:1. Metylketonbildning som biprodukt vid ß-oxidation av fettsyror. Nedbrytning av kolhydrater Mikroorganismer som växer i livsmedel får i allmänhet sin kol-och energikälla från någon sockerart. Under aeroba förhållanden förbränns energikällan främst till koldioxid och vatten, men under syrebristförhållande kan många arter utvinna energi genom fermentation (jäsning), vilket ger upphov till en rad fermentationsprodukter. De viktigaste mikrobiella kolhydratjäsningstyperna och dessas huvudprodukter sammanfattas i Tabell 7. Tabell 7. De viktigaste mikrobiella fermentationstyperna Fermentationstyp Produkter Alkoholjäsning Etanol, CO 2 Homofermentativ mjölksyrajäsning Mjölksyra Heterofermentativ mjölksyrajäsning Mjölksyra, Ättiksyra, Etanol,CO 2 Propionsyrajäsning Propionsyra, Ättiksyra, CO 2 Smörsyrajäsning Smörsyra, Ättiksyra, CO 2, H 2 Blandad syrajäsning Mjölksyra, Ättiksyra, CO 2, H 2, Etanol 2,3-butandioljäsning CO 2, Etanol, Butandiol, Myrsyra Av dessa är det främst smörsyrajäsning, blandad-syra-jäsning och butandioljäsning som förskämmer livsmedel. De båda sistnämnda jäsningarna är typiska för bakterier tillhörande familjen Enterobacteriaceae. Smörsyrajäsning åstadkoms av sackarolytiska Clostridium. Mjölksyrajäsning

15 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 18 görs främst av mjölksyrabakterier och den sker även i närvaro av syre, då mjölksyra-bakterierna är relativt indifferenta gentemot syre. Mjölksyrajäsningen används i stor utsträckning för att fermentera livsmedel, som ost, yoghurt, korv och grönsaker (saltgurka och surkål) men speciellt den heterofermentativa mjölksyrajäsningen kan också vara involverad i livsmedelsförskämning. Nedbrytning av pektiner Pektiner finns i alla frukt och grönsaker. Pektinet fungerar som "kitt" mellan cellerna och ger därigenom stadga åt vävnaden. Vid mognad av frukt och bär bildas pektinaser som delvis upplöser pektinet och gör frukten mjukare. Pektinas är ett begrepp som sammanfattar en varierande blandning av enzymer. Pektinaser bildas också av vissa mikroorganismer (speciellt av vissa mögel och av Erwinia ). Mikrobiella pektinaser underlättar den mikrobiella invasionen av växtmaterial (Mjukröta, eng. "soft rot"). Slembildning Mikrobiell förskämning av kött och fisk karaktäriseras ofta av slembildning på ytan. Slembildning förekommer också vid mikrobiella angrepp på vegetabilier, vin och vinäger samt vid Bacillus subtilis infektion i färskt bröd. Slemmet består av mikrobiella extracellulära polysackarider. Denna produktion stimuleras vanligen av kvävebrist. Vid framställning av filmjölksprodukter utnyttjas viss polysackaridbildning av mjölksyrabakterierna för att ge önskad konsistens åt produkten. Denna polysackaridbildning är speciellt kraftig i långmjölk. Den tjocka konsistensen hos filmjölk beror dock främst av ph-sänkningen som fäller ut proteiner Mjölksyrabakterierna indelas i homo- och heterofermentativa mjölksyra bakterier. Homofermentativa mjölksyrabakterier bildar huvud-sakligen mjölksyra vid fermentering av socker. Hit hör alla Streptococcus alla Lactococcus, alla Pediococcus vissa Lactobacillus. Heterofermentativa mjölksyrabakterier bildar förutom mjölksyra även ättiksyra, etanol och koldioxid. Hit hör alla Leuconostoc och de flesta Lactobacillus.

16 Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel 19 Streptococcus är ett genus som innehåller arter med mycket olika karaktär. Tidigare räknades vissa av dagens Lactococcus och Enterococcus som streptokocker. De hänfördes då till lactic-gruppen respektive entero- gruppen av Streptococcus. En indelning av de organismer som i äldre litterur hänförs till släktet Streptococcus är: 1. Laktokocker (Lactococcus lacits, L. cremoris m fl). Dessa används ofta vid fermentering av livsmedel. Dessa organismer kallas i äldre litteratur Streptococcus eller mjölkstreptokocker. 2. Enterokocker (Enterococcus faecalis, E. faecium m fl) anses vanligtvis inte patogena, även om vissa stammar har rapporterats som toxinbildare. En av de svåraste antibiotikaresistenta infektionerna som drabbar sjukhus kan hänföras till Enterococcus faecium. De flesta E. faecium-stammarna är dock normalt förekommande i tarmfloran och anses ofarliga. Motsättningen i ovanstående iaktagelser är snarast att hänföra till svårigheten att klassificera mikrooorganismer enligt det vedertagna art-begreppet. Förekomst av enterokocker i livsmedel kan (men måste ej) tyda på dålig hygien vid hanteringen. De kallas därför indikatorbakterier. 3. Hämolytiska streptokocker. Det finns två typer av hämolytiska streptococker: α- hämolytiska och ß-hämolytiska. Arter i den förra s.k. viridans-gruppen är vanliga på våra slemhinnor och förorsakar normalt ingen skada. Bland de ß-hämolytiska streptokockerna (pyogenes-gruppen) finns mycket patogena arter och de kan lätt förvärva bred antibiotika resistens och ge upphov till s.k. sjukhusinfektioner.