LIVSMEDELS MIKROBIOLOGI Sven-Olof Enfors Institutionen för Bioteknologi KTH Stockholm 2003
Innehåll Kap 1 Introduktion...1 Kap 2. Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel...4 2.1 Förutsättningar för mikrobiellt angrepp...4 2.2 De kemiska reaktionerna... 13 Kap 3. Förskämning av olika typer av livsmedel... Kap 4. Patogena organismer i livsmedel... 3.1 Mikrobiell livsmedelsintoxikation... 3.2 Livsmedelsburna infektioner... 3.3 Hygienregler för livsmedelshantering... Kap 5 Sterilisering... Kap 6. Konservering... 4.1 Värme... 4.2 Strålning... 4.3 Högtryckskonservering.... 4.4 Djupfrysning... 4.5 Sänkning av vattenaktiviteten... 4.6 Kemisk konservering... 4.7 Fermentering... Kap 7 Kontroll och lagstiftning...
1 Kap 1 Introduktion Vanligen indelas de levande organismerna i djur, växter, svampar, alger, protozoer och bakterier. Till mikroorganismerna räknas alla bakterier och protozoer samt de encelliga algerna och vissa svampar s.k. mikrosvampar. Dessutom räknas också virus till mikroorganismerna, men virus skiljer sig från de levande organismerna genom att de inte kan föröka sig själva utan kräver andra cellers metabolism samt protein- och nukleinsyrasyntes för sin förökning. Mikrosvamparna kan vidare delas in i jäst och mögel, en klassificering som är baserad på cellens morfologi. Under de senaste årtiondena har man dessutom, på basis av DNA-analyser, funnit att den grupp som kallas bakterier bör delas upp i eubakterier och archae. Archae utgörs av de utvecklingsmässigt mest primitiva av de levande organismerna. De flesta organismer vi kommer i kontakt med under beteckningen bakterier, t.ex. de bakterier som nämns i denna bok, hör enligt denna nomenklatur till eubakterierna, medan archae innefattar bl.a. de organismer som tidigare kallats blågröna alger eller blågröna bakterier. Många extremofila bakterier ingår i gruppen archae. I denna bok används genomgående ordet bakterie, men i de flesta fall är det frågan om eubakterier. Denna diskussion belyser ett problem som i högsta grad berör livsmedelsmikrobiologin, nämligen att namnen på mikroorganismerna är årgångsberoende på grund av att nomenklaturreglerna gradvis modifieras. Ett exempel på detta är de mjölksyrabakterier som tidigare kallades Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, m.fl. Dessa mjölkstreptokocker kallas nu Lactococcus lactis, Lactococcus cremoris, etc. När det gäller de patogena mikroorganismerna tillkommer ett annat problem, nämligen att underlaget för klassificering i arter ofta är diffust. Många gånger kan en art delas upp i patogena och apatogena stammar. I denna bok är det framför allt bakterier (eubakterier) som behandlas, och i viss mån jäst och mögelsvampar, då det är dessa mikroorganismer som svarar för huvuddelen av de hygieniska problemen i livsmedelshanteringen. När det gäller livsmedelsburna sjukdomar tillkommer i viss mån virus, protozoer och archae som via förorenat vatten kan ge upphov livsmedelsburna sjukdomar. Ett artnamn består alltid av två delar: släktnamnet (eng. genus) plus artbeteckningen (eng. species). I vissa fall är släktena grupperade i familjer. Detta illustreras i Tabell 1.1. Observera att släktnamnet skrivs med stor första bokstav medan artnamnstillägget skrivs med liten första bokstav. Båda orden skall skrivas med kursiva bokstäver: Escherichia coli, Penicillium chrysogenum. Ofta är en organism endast specificerad till släkte men ej till art. Man skriver då t.ex. Bacillus sp. (en ospecificerad Bacillus-art). Salmonella spp. betyder ospecificerade Salmonella-arter i pluralis.
Introduktion 2 Tabell 1.1. Exempel på familjenamn, släktnamn och artnamn Familj Släkte (eng. genus) Artnamn (eng. species) Enterobacteriacae Escherichia Escherichia coli Salmonella Salmonella typhimurium Salmonella enteritis Bacillacae Bacillus Bacillus subtilis Bacillus cereus Bacillus anthrax Bergey s Manual of Determinative Bacteriology delar in bakterierna i 35 grupper. De grupper och ingående släkten eller arter som är mest relevanta för livsmedelsmikrobiologin listas i Tabell 2.1. Inom bakteriesystematiken spelar cellens form, syreberoende och Gramfärgning stor roll. Gram-reaktionen hänför sig till hur cellen reagerar på en s.k. Gram-färgning. Gram-negativa celler har ett yttre cellmembran (outer membrane) utanför cellväggen, vilket gör att Gram-färgningen inte färgar cellen. De Gram-positiva cellerna saknar detta yttre membran och reagerar positivt på färgningen. Obligat aeroba celler kräver syre för sin energimetabolism (aerob respiration). Anaeroba celler har energimetabolism som inte kräver syre (t.ex fermentation eller sulfatrespiration). Syre är ofta toxiskt för dessa celler. Ett undantag är mjölksyrabakterierna, som har anaerob metabolism men ändå tål syre. Detta spelar stor roll för den mikrobiella ekologin i livsmedel. Fakultativt anaeroba celler använder syre om det finns tillgängligt men kan annars använda sig av anaerob energimetabolism (t.ex fermentation eller nitratrespiration). Mikroaerofila celler kräver syre i låga koncentrationer för sin tillväxt men hämmas av normal luftsyrehalt. De vanligaste morfologiska typerna är stavar, kocker (sfäriska celler) samt vibrioformer (korta krökta stavar).
Introduktion 3 Tabell 2.1. Några grupper av bakterier (enl. nomenklaturen i Bergey s Manual of Determinative Bacteriology) som är aktuella inom livsmedelmikrobiologin. Grupp Beskrivning 2 Gram-neg., aeroba, rörliga, skruv/vibrio-formade Exempel Campylobacter 4 Gran-neg., aeroba stavar/kocker Pseudomonas, Shewanella, Legionella 5 Gram-neg., fak. anaeroba stavar Familjen Enterobacteriacae (med bl.a. Escherichia, Enterobacter, Salmonella, Shigella, Yersinia, Erwinia) Vibrio 17 Gram-pos. kocker Staphylococcus, Streptococcus, Lactococcus, Enterococcus, Micrococcus, Leuconostoc 18 Gram-pos sporbildare aeroba eller fak. anaeroba: obligat anaeroba: 19 Gram-pos, icke-sporbildande stavar Bacillus Clostridium Lactobacillus Brochothrix Listeria Det finns vanliga namn på grupper av mikroorganismer som inte är entydiga med ovanstående nomenklatur. Några livsmedelsrelevanta exempel är: Gram-negativa psykrotrofa stavar : Hit hör bl.a. Pseudomonas, Achromobacter Alcaligenes, Acinetobacter och Flavobacterium. Mjölksyrabakterier : Här ingår många livsmedelsrelaterade organismer: Lactobacillus, Lactococcus, Pediococcus och Leuconostoc. Koliforma bakterier ; Escherichia coli, Enterobacter.