Η μικροβιολογία είναι ο επιστημονικός κλάδος που μελετά τους μικροοργανισμούς. Οι μικροοργανισμοί είναι ζωντανοί οργανισμοί, τους οποίους δε μπορούμε να δούμε με γυμνό μάτι, λόγω του πολύ μικρού μεγέθους τους, το οποίο είναι μικρότερο από 0,1mm. Η μελέτη τους γίνεται με τη βοήθεια των μικροσκοπίων. Οι μικροοργανισμοί βρίσκονται παντού: στον αέρα, στο έδαφος, στα φυτά, στις φλούδες των φρούτων. Υπάρχουν καταγεγραμμένα τουλάχιστον 1500 είδη μικροοργανισμών. Επίσης, βρίσκονται αδρανείς στο αλεύρι. Μπορεί επίσης να βρίσκονται και στο κουτάλι που ανακατεύουμε ένα φαγητό.
Στους μικροοργανισμούς (καθομιλουμένη μικρόβια) περιλαμβάνονται τα βακτήρια, οι ζύμες, και οι μύκητες. Στους μικροοργανισμούς κατατάσσονται επίσης και οι ιοί, οι οποίοι δε θεωρούνται ζωντανοί οργανισμοί. Η λέξη μικροοργανισμός προέρχεται από τους ελληνικούς όρους (μικρός και οργανισμός) λόγω του μεγέθους τους.
Η μικροβιολογία τροφίμων είναι κλάδος της βιολογίας που εξειδικεύεται στη μικροβιολογία και έχει ως αντικείμενο τους μικροοργανισμούς που αναπτύσσονται στα τρόφιμα. Κάποιοι από αυτούς τους μικροοργανισμούς είναι που προκαλούν την αλλοίωση των τροφίμων ή και τροφικές δηλητηριάσεις, άλλοι είναι αυτοί που είναι απαραίτητοι για τη δημιουργία τροφίμων όπως του ψωμιού, του γιαουρτιού ή και του κρασιού.
Οι μικροοργανισμοί στα τρόφιμα χωρίζονται σε δύο κατηγορίες
Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν οι μικροοργανισμοί που μπορεί να προκαλέσουν αλλοίωση και κατ’ επέκταση τροφική δηλητηρίαση από παθογόνα μικρόβια ή βακτήρια. Αυτά είτε χρησιμοποιούν τα τρόφιμα ως υπόστρωμα για να αναπτυχθούν, είτε υπάρχουν στο τρόφιμο και μεταφέρονται στον οργανισμό του ανθρώπου. Μερικά βακτήρια είναι η κύρια αιτία αλλοίωσης των τροφίμων (βακτήρια αλλοίωσης) και άλλα είναι υπεύθυνα για την πρόκληση τροφικών δηλητηριάσεων (παθογόνα βακτήρια). Παραδείγματα παθογόνων μικροοργανισμών στα τρόφιμα είναι η Salmonella, η Listeria, το Clostridium, ο Bacillus c. ο Staphylococcus aureus και η Escherichia coli.
Οι επιβλαβείς επιδράσεις των μικροβίων στα τρόφιμα
- Η αλλοίωση των τροφίμων οφείλεται συνήθως σε συγκεκριμένους μικροοργανισμούς. Αυτοί βρίσκουν «έδαφος», καταναλώνουν τα θρεπτικά συστατικά των τροφίμων και τα αποικοδομούν εκλύοντας ταυτόχρονα ουσίες, που προκαλούν δυσάρεστη οσμή και γεύση. Οι κύριες αιτίες αλλοίωσης των τροφίμων συχνά οφείλονται σε βακτήρια, ζύμες ή μύκητες.
- Τροφική δηλητηρίαση είναι όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράφει διαταραχές του ανθρώπινου οργανισμού ή ασθένειες που συνδέονται με την κατανάλωση τροφίμων που περιέχουν επιβλαβείς παράγοντες. Αυτές δημιουργούνται όταν ένα τρόφιμο έχει μολυνθεί από βακτήρια, έχει δηλαδή παραμείνει για αρκετό διάστημα σε συνθήκες που ευνοούν την ανάπτυξη των βακτηρίων ( θερμοκρασία, υγρασία) και έχει καταναλωθεί ικανή ποσότητα τροφίμου ώστε να υπάρχει ο απαιτούμενος αριθμός μικροβίων.
Μέσω της τροφής προσλαμβάνονται δηλητηριώδεις ουσίες, οι οποίες έχουν παραχθεί από μικροοργανισμούς, χωρίς να είναι υποχρεωτικό τα μικρόβια να έχουν εισαχθεί απευθείας στο σώμα. Ο όρος τροφική δηλητηρίαση χρησιμοποιείται συχνά για όλα τα είδη ασθενειών που προκαλούνται από την τροφή όπως π.χ. η προσβολή από σαλμονέλα. Πολλά βακτήρια και μύκητες προκαλούν τροφικές δηλητηριάσεις, λόγω του ότι σχηματίζουν δηλητηριώδεις ενώσεις (τοξίνες). Ακόμα και κάποια πρωτόζωα, τα οποία μπορούν να αναπτυχθούν στον οργανισμό από την κατανάλωση οστρακοειδών, σχηματίζουν τοξίνες, αποτελώντας την αιτία δηλητηριάσεων από όστρακα. - Οι τροφικές λοιμώξεις προκαλούνται με την κατανάλωση τροφών που περιέχουν παθογόνους μικροοργανισμούς. Τα ζωντανά μικρόβια, όπως π.χ. η σαλμονέλα, εισέρχονται στο ανθρώπινο σώμα και στο έντερο όπου πολλαπλασιάζονται, σχηματίζουν τοξίνες και μπορούν να προκαλέσουν μέχρι και απειλητικές, για τη ζωή, ασθένειες. Το σώμα αντιδρά έναντι των μικροβίων, επιστρατεύοντας το αμυντικό του σύστημα, το ανοσοποιητικό, με την εκδήλωση πυρετού. Πολλά βακτήρια και ιοί προκαλούν λοιμώξεις, γεγονός που συμβαίνει σπανιότερα με μύκητες.
- Η μεταφορά παθογόνων μικροβίων από μια μολυσμένη πηγή σε ένα μη μολυσμένο τρόφιμο χαρακτηρίζεται ως διασταυρούμενη επιμόλυνση. Η επιμόλυνση έτοιμων προς κατανάλωση τροφίμων αποτελεί μεγαλύτερο κίνδυνο για την ανθρώπινη υγεία σε σχέση με την επιμόλυνση ωμών τροφίμων, που πρόκειται να υποστούν θερμική επεξεργασία (μαγείρεμα, ψήσιμο, βράσιμο) σε θερμοκρασίες (και σε συνάρτηση με το χρόνο της θερμικής επεξεργασίας), στις οποίες θανατώνονται οι παθογόνοι μικροοργανισμοί που ευθύνονται για διάφορες τροφικές δηλητηριάσεις.
Η διασταυρούμενη επιμόλυνση διακρίνεται σε άμεση και έμμεση. Η άμεση επιμόλυνση μπορεί να προκληθεί από την επαφή ωμού και έτοιμου προς κατανάλωση τροφίμου ή από το στάξιμο υγρών (π.χ. αίμα, υγρά απόψυξης) από ωμό σε έτοιμο προς κατανάλωση τρόφιμο.
Η έμμεση επιμόλυνση προϋποθέτει την ύπαρξη ενός ενδιάμεσου φορέα για τη μεταφορά παθογόνων μικροβίων στα τρόφιμα. Τέτοια παραδείγματα είναι ο άνθρωπος, τα έντομα, τα τρωκτικά, τα σκεύη, ο εξοπλισμός επεξεργασίας τροφίμων, κ.τ.λ. Αν για παράδειγμα χρησιμοποιήσουμε ένα μαχαίρι για τον τεμαχισμό ωμού κρέατος και στη συνέχεια χρησιμοποιήσουμε το ίδιο μαχαίρι (χωρίς να το έχουμε πλύνει και απολυμάνει σωστά) για να κόψουμε μία σαλάτα ή ένα ψωμί, οι παθογόνοι μικροοργανισμοί (στη συγκεκριμένη περίπτωση βακτήρια) θα μεταφερθούν από το ωμό κρέας, μέσω του μαχαιριού, στη σαλάτα ή στο ψωμί.
Με βάση τα όσα αναφέρθηκαν παραπάνω καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι τα τρόφιμα είναι ιδιαίτερα ευάλωτα σε παθογόνους μικροοργανισμούς, οι οποίοι αναπτύσσονται κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες.
Γι’ αυτό είναι απαραίτητο να λαμβάνονται όλα τα απαραίτητα μέτρα που έχουν να κάνουν με την υγιεινή, τις συνθήκες αποθήκευσης και τις συνθήκες προετοιμασίας και επεξεργασίας των τροφίμων ώστε να μπορούμε να τα καταναλώνουμε με ασφάλεια, χωρίς να εγκυμονούν κίνδυνοι για την ανθρώπινη υγεία.
Για να προστατεύσει τους καταναλωτές από τους μικροβιολογικούς κινδύνους στα τρόφιμα, η κοινοτική νομοθεσία καθορίζει τα πολυάριθμα μέτρα υγιεινής (οι βασισμένες στο HACCP αρχές, ο συστηματικός έλεγχος κρέατος κ.τ.λ.) με τα αποκαλούμενα «μικροβιολογικά κριτήρια». Τα μικροβιολογικά κριτήρια είναι εργαλεία που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην αξιολόγηση της ασφάλειας και της ποιότητας των τροφίμων
Στη δεύτερη κατηγορία οι «χρήσιμοι μικροοργανισμοί» είναι αυτοί, οι οποίοι μπορούν να διαδραματίσουν θετικό ρόλο στα τρόφιμα, αλλάζοντας τις ιδιότητές τους με έναν «ευεργετικό» τρόπο. Η διαδικασία αυτή καλείται ζύμωση τροφίμων ή βιοχημική ζύμωση.
Με τον όρο ζύμωση, στη Χημεία, εννοείται η διαδικασία παραγωγής ενέργειας κατά τη μετατροπή μίας ή περισσοτέρων οργανικών ενώσεων, όπως είναι οι υδατάνθρακες, σε ένα οξύ ή μια αλκοόλη. Ειδικότερα, ο όρος ζύμωση αναφέρεται στη χρήση μιας ειδικής κατηγορίας μυκήτων (τους λεγόμενους «ζυμομύκητες») για τη μετατροπή ενός σακχάρου (είδος υδατάνθρακα) σε αλκοόλη ή στη χρήση βακτηρίων για την παραγωγή γαλακτικού οξέος σε μερικά τρόφιμα.
Κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες, η ζύμωση πραγματοποιείται αυθόρμητα σε πολλές τροφές. Πρόκειται για μια διαδικασία που εδώ και χιλιάδες χρόνια οι άνθρωποι εκμεταλλεύτηκαν, φτιάχνοντας κρασί, τουρσί κ.ά.
Αλκοολική ζύμωση
Η ζύμωση σε χυμό φρούτων (σταφυλιών, μήλων κλπ), κατά την οποία τα σάκχαρα μετατρέπονται σε αλκοόλη.
Η χημική εξίσωση που περιγράφει την αλκοολική ζύμωση της γλυκόζης είναι η εξής:
C6H12O6 —-> 2CH3CH2OH + 2 CO2
(παραγόμενη ενέργεια:118 kJ/mol)
όπου C6H12O6 η γλυκόζη, CH3CH2OH η αιθανόλη (είδος αλκοόλης) και CO2 το διοξείδιο του άνθρακα).
Γαλακτική ζύμωση
Ζύμωση πραγματοποιείται και στους μύες αρκετών θηλαστικών ζώων, συμπεριλαμβανομένου και του ανθρώπου. Κάτι τέτοιο γίνεται όταν οι μύες αυτοί καταπονούνται ιδιαίτερα, οπότε το παρεχόμενο από το αίμα οξυγόνο δεν επαρκεί για την παραγωγή της απαιτούμενης ενέργειας. Έτσι, τα μυϊκά κύτταρα διασπούν τη γλυκόζη χωρίς την ύπαρξη οξυγόνου (αναερόβια αναπνοή), παράγοντας γαλακτικό οξύ. Το γαλακτικό οξύ συμπεριφέρεται ως δηλητήριο ή τοξίνη, με αποτέλεσμα η συσσώρευσή του στους μυς να εμποδίζει, από ένα σημείο και έπειτα, τη λειτουργία των μυών, προκαλώντας παράλληλα έντονους πόνους (κράμπα).
Η παρασκευή ζυμωμένων γαλακτοκομικών προϊόντων αντιπροσωπεύει τη δεύτερη πιο σημαντική βιομηχανία προϊόντων ζύμωσης (μετά από την παραγωγή οινοπνευματωδών ποτών). Για παράδειγμα, τυριά φτιάχνονται σχεδόν σε κάθε χώρα. Σε αυτή τη ζύμωση γίνεται η μετατροπή του σακχάρου του γάλακτος, της λακτόζης, σε γαλακτικό οξύ από τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος. Αυτή η διαδικασία συμβάλλει στη δημιουργία της γεύσης και έχει σημαντικό ρόλο στην παρεμπόδιση της αλλοίωσης και της αύξησης παθογόνων οργανισμών. Και σε αυτήν την περίπτωση, ο ρόλος των μικροβίων στην παραγωγή των γαλακτοκομικών προϊόντων έχει εξελιχθεί από μια τυχαία ανακάλυψη σε μια ιδιαιτέρως αναλυτική διαδικασία, η οποία περιλαμβάνει την παραγωγή εξειδικευμένων «μητρικών καλλιεργειών». Σήμερα, μια σημαντική πρόκληση για τη βιομηχανία ζύμωσης γαλακτοκομικών προϊόντων είναι να παρέχει σταθερά στελέχη βακτηρίων που θα λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο στις βιομηχανικές ζυμώσεις μεγάλης κλίμακας.
Υπάρχουν πολλές δυνατότητες για τη χρήση των βακτηρίων του γαλακτικού οξέος σε σχέση με τα τρόφιμα. Αυτές περιλαμβάνουν τη χρήση τους ως ευεργετικά βακτήρια στις προβιοτικές καλλιέργειες, οι οποίες συμπληρώνουν και βοηθούν τα φυσιολογικά βακτήρια του εντέρου μας, να λειτουργήσουν πιο αποδοτικά. Η παγκόσμια αγορά για αυτά τα προϊόντα συνεχίζει να επεκτείνεται ως απάντηση στις απαιτήσεις ενός κοινού ολοένα και πιο συνειδητοποιημένου σε θέματα υγείας.
Οι μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία τροφίμων, στη συντριπτική πλειοψηφία τους είναι οι ζύμες και τα βακτήρια, σε μία πληθώρα διαδικασιών στην αλυσίδα παραγωγής τροφίμων. Σε αυτά λοιπόν τα τρόφιμα που έχουν υποστεί ζύμωση, έχουν προκύψει επιθυμητές αλλαγές από τη δράση των μικροοργανισμών.
Πρόκειται για μια επεξεργασία κατά την οποία αναπτύσσονται ωφέλιμοι μικροοργανισμοί σε ένα τρόφιμο. Οι μικροοργανισμοί αυτοί χρησιμοποιούν ως τροφή τους τα ίδια τα συστατικά του τροφίμου και παράγουν ουσίες που αυξάνουν την οξύτητά του, ενώ παράλληλα μειώνεται η υγρασία του. Επομένως, η ζύμωση είναι και μία μέθοδος συντήρησης τροφίμων, αφού τα προϊόντα που προκύπτουν έχουν διάρκεια ζωής πολύ μεγαλύτερη από τις πρώτες ύλες, από τις οποίες προήλθαν. Παράλληλα, η διαδικασία της ζύμωσης δίνει νέο άρωμα και γεύση στο προϊόν.
Παραδείγματα προϊόντων που έχουν προκύψει από ζύμωση είναι το τυρί και το γιαούρτι (ζύμωση γάλακτος), το σαλάμι αέρος (ζύμωση κρέατος), το κρασί (ζύμωση σταφυλιού), η μπίρα (ζύμωση κριθαριού) και το ψωμί (ζύμωση αλευριού).
Υπάρχουν παγκοσμίως πάνω από 3.500 παραδοσιακά τρόφιμα ζύμωσης. Αυτά περιλαμβάνουν τα ψωμιά, τα γιαούρτια και τα τυριά. Λίγο πολύ γνωστά τρόφιμα στην Ευρώπη ή στην Αμερική. Στην Αφρική ορισμένα τρόφιμα γίνονται από τη ζύμωση αμυλούχων καλλιεργειών (όπως το γιαμ ή η κασσάβα) και αποτελούν ένα σημαντικό μέρος της τοπικής διατροφής. Στην Ασία καταναλώνονται καθημερινά προϊόντα που παράγονται από τη ζύμωση σόγιας ή ψαριών. Τα ζυμωμένα ποτά περιλαμβάνουν όχι μόνο τα οινοπνευματώδη, αλλά και το τσάι, τον καφέ και το κακάο, στα οποία τα φύλλα ή οι σπόροι ζυμώνονται μετά τη συγκομιδή, αναπτύσσοντας τις χαρακτηριστικές τους γεύσεις.
Η ζύμωση μπορεί να καταστήσει τα τρόφιμα πιο θρεπτικά, πιο νόστιμα ή πιο εύπεπτα. Μπορεί, επίσης, να ενισχύσει την ασφάλεια των τροφίμων, επειδή συμβάλλει στη συντήρηση αυτών και στην αύξηση της διάρκειας ζωής τους, γεγονός που μειώνει την ανάγκη για ψύξη ή άλλες μεθόδους συντήρησης που απαιτούν πολύ ενέργεια. Χαρακτηριστικό παράδειγμα το τουρσί και οι ελιές.
Οι ζύμες (μαγιά) είναι ο πιο γνωστός μικροοργανισμός που συνδέεται με τα τρόφιμα και τα ποτά. Χρησιμοποιούνται στην παρασκευή του ψωμιού, όπου παίζουν σημαντικό ρόλο στη δημιουργία της σπογγώδους σύστασής τους, καθώς και στην παρασκευή του αλκοόλ, το οποίο παράγεται με ζύμωση από τα σάκχαρα. Η χρήση τους, τόσο σε αυτές όσο και σε άλλες διαδικασίες, άρχισε αναμφίβολα τυχαία. Σήμερα οι καλλιέργειες ζυμών προετοιμάζονται και προστίθενται με ελεγχόμενο τρόπο στις διαδικασίες παραγωγής τροφίμων. Η τεράστια βιομηχανική σημασία τους οδήγησε περισσότερους από 600 επιστήμονες, από 96 εργαστήρια σε όλο τον κόσμο, να συνεργαστούν στο Γονιδιακό Πρόγραμμα, που σχετίζεται με τις ζύμες. Από το πρόγραμμα αυτό προέκυψε, το 1997, η δημοσίευση της πλήρους γενετικής ακολουθίας του Saccharomyces cerevisiae (ζύμη αρτοποιίας).
Αναγνωρίστηκε το 1857 από τον χημικό Louis Pasteur ως ο κύριος παράγοντας αλκοολικής ζύμωσης. Ο Saccharomyces cerevisiae μετατρέπει τα σάκχαρα των δημητριακών ή των φρούτων σε αλκοόλ και διοξείδιο του άνθρακα σε αναερόβιες συνθήκες, δηλαδή σε ένα περιβάλλον που στερείται αέρα. Αυτή η μεταμόρφωση είχε εντοπιστεί στο δεύτερο μέρος του 18ου αιώνα από τον Adamo Fabbroni, έναν Ιταλό γεωπόνο, ο οποίος υποπτευόταν ότι μια ζωντανή ουσία, φυσικά παρούσα στο σταφύλι, ήταν η αρχή της ζύμωσης του κρασιού.
Ωστόσο, ο έλεγχος της καλλιέργειας του Saccharomyces cerevisiae σε ένα δεδομένο περιβάλλον δε θα γινόταν παρά τα τέλη του 19ου αιώνα, χάρη στο έργο του Robert Koch και του Julius Richard Petri, που έδωσε το όνομά του στο διάσημο πιάτο Petri. «Από εκείνο το σημείο, η ανάπτυξη της σύγχρονης βιομηχανίας ζύμωσης έγινε δυνατή, χάρη στην απομόνωση και την επιλογή μικροοργανισμών ενδιαφέροντος, οι οποίοι μπορούν να χαρακτηριστούν σύμφωνα με τις διατροφικές ανάγκες και λειτουργίες», εξηγεί ο Gilles Stien, διευθυντής στη Lesaffre.
Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα συνδυασμού αλκοολικής και γαλακτικής ζύμωσης είναι το προζύμι. Αυτή είναι μία συμβιωτική καλλιέργεια μικροοργανισμών. Οι κυριότεροι μικροοργανισμοί που βρίσκονται στο προζύμι είναι ο σακχαρομύκητας (saccharomyces) και τα βακτήρια (lactid acid και acetic acid bacteria). Ο σακχαρομύκητας είναι υπεύθυνος για την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και αιθανόλης (αλκοόλ), ενώ τα βακτήρια για την παραγωγή των οξέων.
Τα πολύπλοκα όξινα και γλυκά αρώματα, που αγαπάμε σε ένα ψωμί φτιαγμένο με προζύμι, είναι υποπροϊόντα ζύμωσης. Οι μικροοργανισμοί, κατά τη ζύμωση, θρέφονται από τα συστατικά του αλευριού και καθώς μάχονται για να επιβιώσουν, μετατρέπουν τα απλά σάκχαρα σε διοξείδιο του άνθρακα (το οποίο φουσκώνει το ψωμί) και διάφορα οξέα, δημιουργώντας ένα πολύπλοκο μικροσκοπικό και τεράστιας θρεπτικής αξίας οικοσύστημα. Και η δημιουργία αυτού του οικοσυστήματος απαιτεί ώρες ή και μέρες ζύμωσης προκειμένου να υλοποιηθεί. Ο χρόνος είναι απαραίτητος προκειμένου να λάβουν χώρα όλες οι απαραίτητες βιοχημικές διεργασίες που καταλήγουν στα πολύπλοκα αρώματα ενός σωστά ωριμασμένου προζυμένιου ψωμιού. Πολλά ψωμιά έχουν γευστικό προφίλ που γέρνει προς τη μία ή την άλλη πλευρά και αυτό είναι κάτι που ελέγχεται και ξεκινά από το είδος του προζυμιού και τους μικροοργανισμούς που θα το ζυμώσουν βιοχημικά.
Βιβλιογραφία.
1.Keweloh Heribert Dr – (2013) Μικροβιολογία και υγιεινή τροφίμων θεωρία και πράξη εκδ ΙΩΝ
2. «Pain au Levain Production». Baking Update (Lallemand Inc.) 2 (11). Ανακτήθηκε στις Dec 9, 2011.
3.. Jeffrey Hamelman (2004). Bread: a baker’s book of techniques and recipes. New York: John Wiley.
4. Lorenz, Klaus J.· Kulp, Karel (2003). Handbook of dough fermentations. New York: Marcel Dekker, Inc.
5. Marion Bennion – (1980 ) THE SCIENCE OF FOOD -WILEY N. Y
6. P. J. Fellows .- (1990) FOOD PROCESSING TECHNOLOGY (principles and practice) Ellis Horwood Limited
7. Don Dubois-( January 1984) WHAT IS FERMENTATION It’s essential to bread quality. BAKERS DIGEST
