Influenţa factorilor extrinseci asupra microorganismelor

Temperatura

Temperatura are o mare influenţă asupra proceselor fiziologice ale celulei microbiene deoarece stimulează sau inhibă activitatea echipamentului lor enzimatic.

În funcţie de temperaturile posibile ale mediului natural şi ca rezultat al adaptării, diferitele specii de microorganisme prezintă următoarele temperaturi:

• temperatura minimă – temperatura la care mai poate avea loc creşterea, în schimb dacă temperatura scade sub valoarea minimă, creşterea este oprită;
• temperatura optimă – temperatura la care rata specifică de creştere este maximă;
• temperatura maximă - temperatura la care creşterea este încă posibilă dar prin depăşirea acesteia efectul devine letal.
• În funcţie de domeniul specific de creştere, microorganismele se împart în patru categorii:
• microorganisme psihrofile – cuprinde specii care cresc bine la 0°C, au o temperatură optimă la 10-15°Cşi maximă la aproximativ 20°C. Se consideră că aproximativ 90% din microbiota apelor prezintă temperaturi optime la aproximativ 5°C. Din grupa bacteriilor psihrofile de putrefacţie fac parte genurile: Pseudomonas, Flavobacterium, Achromobacter, Alcaligenes. Microorganismele psihrofile prezintă sisteme enzimatice active la temperaturi scăzute, conţin în membrana plasmatică o concentraţie mai mare de acizi graşi nesaturaţi (acid linoleic), ceea ce explică menţinerea sa în stare semifluidă la rece şi degradarea la temperaturi mai mari de 30°C;
• microorganisme psihrotrofe – sunt facultativ psihrofile, au temperatura minimă de creştere la 0°C, cresc bine la 7°C şi produc prin păstrare la această temperatură, colonii vizibile sau turbiditate în medii lichide după 7-10 zile de păstrare. Au temperatura optimă între 20-30°C şi maximă la 35-40°C. În acest grup sunt incluse bacterii din genurile Enterobacter, Vibrio, Listeria etc., drojdii din genul Candida, genul Rhodotorula şi mucegaiuri, microorganisme ce pot da alterări ale alimentelor păstrate prin refrigerare;
• microorganisme mezofile – reprezintă grupul majoritar, cu temperaturi minime la 15-20°C, temperaturi optime în intervalul 30-40°C şi maximum la temperaturi peste 45°C. Cuprinde bacterii, drojdii, mucegaiuri, inclusiv microorganismele patogene pentru om/animale;
• microorganisme termofile – sunt microorganisme adaptate să crească la temperaturi mai mari de 45°C; majoritatea au temperaturi optime la 55-65°C şi temperaturi maxime 90°C. În cadrul grupului, se diferenţiază microorganisme:
• preferenţial termofile (T_m = 25-28°C; T_o = 45-55°C; T_M = 60-65°C) din care fac parte bacterii lactice ale genului Lactobacillus , unii fungi;
• obligat termofile (T_m = 37°C; T_o = 50-60°C; T_M = 65-70°C) din care fac parte specii ale genurilor Bacillus şi Clostridium, actinomicete.

Microorganismele termofile sunt folosite industrial pentru obţinerea de produse lactate acide, a enzimelor termostabile, pentru purificarea apelor reziduale, ca bioindicatori pentru anumite tratamente termice.

Umiditatea

Viaţa microbiană este posibilă numai când în mediul nutritiv există apă liberă care participă ca solvent, ca mediu de reacţie pentru enzimele celulare şi pentru transportul bidirecţional al produselor de metabolism. Dacă conţinutul de apă liberă intracelulară se reduce, celulele trec în stare de preanabioză, continuată cu anabioză, în care enzimele trec în stare inactivată iar metabolismul este mult redus.

În atmosferă există o umezeală relativă de 70-90% şi prin păstrarea alimentelor, în timp, în funcţie de temperatură şi compoziţia produsului are loc o absorbţie a vaporilor de apă din aer, instalându-se o stare de echilibru, cu creşterea cantităţii de apă liberă şi a indicelui de activitate al apei, a_w. Acesta se poate calcula cu relaţia:

a_w = P/P₀

în care:

P – presiunea de vapori a apei din produs;

P₀ – presiunea de vapori a apei pure.

Microorganismele se pot dezvolta într-un domeniu larg de a_w situat între valori de 0,62-0,99 şi în funcţie de adaptare în raport cu limitele de a_w care le permit creşterea se pot împărţi în trei categorii:

• microorganisme xerofite – a_w = 0,62-0,75; din care fac parte mucegaiuri ale g. Xeromyces, g. Aspergillus, drojdii osmotolerante, bacterii halotolerante;
• microorganisme mezofite - a_w = 0,75-0,85; cuprind majoritatea fungilor, bacterii;
• microorganisme hidrofite - a_w = 0,85-0,99 sunt predominant bacteriile.

Cunoaşterea comportării celulelor în raport cu umiditatea ca factor extrinsec ce condiţionează cantitatea de apă liberă accesibilă pentru desfăşurarea proceselor vitale, se aplică la conservarea prin uscare a produselor alimentare. Dacă acestea se păstrează în condiţii în care creşte treptat umiditatea, primele microorganisme care se dezvoltă aparţin grupului xerofitelor.

Concentraţia în oxigen

Aerul atmosferic conţine aproximativ 20% oxigen. Microorganismele necesită oxigen pentru biosinteza compuşilor organici şi pentru desfăşurarea proceselor de oxidoreducere biologice.

În funcţie de necesarul în oxigen procurat din aer se disting 5 tipuri de comportare diferenţiată a microorganismelor şi anume:

• aerobe sunt dependente de oxigenul din aer, se dezvoltă la suprafaţa lichidelor, a mediilor solide. Oxigenul serveşte ca acceptor final de electroni transportaţi prin catena respiratorie. Celulele eucariote folosesc oxigenul în sinteza sterolilor şi a acizilor graşi nesaturaţi (drojdii, mucegaiuri);

• facultativ anaerobe , nu necesită oxigen pentru creştere dar cresc mai bine în prezenţa sa. Se dezvoltă bine în medii lichide în care solubilitatea oxigenului din aer este mai redusă (bacterii lactice etc.);

• anaerobe aerotolerante nu necesită oxigen pentru creştere şi cresc la fel de bine în prezenţa sau absenţa sa (Enterococcus faecalis, Lactobacillus plantarum);

• strict (obligat) anaerobe , nu tolerează oxigenul şi mor în prezenţa acestuia. Nu pot obţine energie prin respiraţie propriu-zisă şi folosesc fermentaţia sau respiraţia anaerobă în acest scop (bacterii butirice, metanobaceterii etc.);

• microaerofile – aparţin microorganismele aerobe care necesită concentraţii reduse de oxigen pentru creştere, respectiv 2-10%.

Energia radiantă

Lumea vie este bombardată de radiaţii electromagnetice cu lungimi de undă între 10^-4la 10⁶ nm; în acest domeniu microorganismele sunt influenţate de următoarele radiaţii:

Radiaţii ionizante (α, β, γ)

Au lungimi de undă mai mici de 12 nm, o energie radiantă intensă ce acţionează prin ionizare cu eliberarea de ioni,radicali liberi ce acţionează prin ruperea legăturilor de hidrogen, oxidarea şi formarea dublelor legături, modificări în structură, polimerizări. În prezenţa oxigenului, acţiunea radiaţiilor ionizante este amplificată prin generarea de radicali OH^- sunt intensificate procese de oxidare, denaturarea ADN-ului, ceea ce conduce la moartea celulei.

Eficienţa acestor radiaţii depinde de forma şi starea celulei; celulele cu forma coccus sunt mai rezistente decât formele bacilare, iar formele vegetative sunt mai sensibile decât în stare sporulată. Succesiunea în sensul creşterii rezistenţei la efectul distructiv al radiaţiilor este următoarea:

Bacterii Gram-negative > bacterii Gram – pozitive > fungi > virusuri

Deşi efectul radiaţiilor ionizante se manifestă asupra tuturor microorganismelor, acestea au o radiosensibilitate diferită care se poate aprecia prin determinarea valorii D₁₀ (adică doza absorbită care produce distrugerea a 90% din populaţia iniţială).

Radiaţii ultraviolete (10-400 nm)

În condiţii normale pe Terra nu ajung radiaţii cu lungimi mai mici de 287 nm deoarece acestea sunt reţinute de stratul de ozon protector cu o grosime de aproximativ 40 km. Acest lucru are o semnificaţie deosebită deoarece radiaţiile ultraviolete cu λ între 254-260 nm au efect letal sau mutagen asupra celulelor vii.

Radiaţiile ultraviolete în funcţie de doză şi starea microorganismelor au efect letal maxim la λ =254 nm şi produc degradarea triptofanului cu formarea de compuşi toxici ce conduc la moartea fiziologică a celulei expuse.

Microorganismele pot să-şi refacă structura iniţială prin fotoreactivare când în prezenţa luminii sunt activate enzimele care desfac dimerii timinei, sau la întuneric când celula are capacitatea de a elimina porţiunea denaturată. În practică, radiaţiile se pot folosi pentru sterilizarea aerului şi pentru obţinerea de mutanţi valoroşi performanţi prin produşii lor de biosinteză.

Radiaţiile luminoase (1-10 ³ nm)

Sunt utile bacteriilor din diviziunea Photobacteria. Microorganismele chimiosintetizante preferă să se dezvolte în întuneric. Dintre acestea unele microorganisme pot produce pigmenţi cu rol protector ceea ce le permite dezvoltarea în prezenţa luminii.

Radiaţii infraroşii (λ>10 ³ nm)

Acţionează prin energie calorică şi induc transformări ireversibile ale protidelor.

Energia sonică

Bioefectul ultrasunetelor asupra celulei microbiene este specific şi complex depinzând de frecvenţă, intensitate, durată, densitate de celule etc. Ultrasunetele cu frecvenţă mare ( >>1000 KHz ) pot să acţioneze producând distrugerea fizică a celulei datorată fenomenului de cavitate ultrasonoră şi efectelor electrice/termice asociate. Datorită frecvenţei mari pot apare rupturi la nivelul structurilor, apar germeni de cavitaţie sub forma unor bule mici de gaz care în stadiu de comprimare rezistă la presiuni mari, în faza de expansiune produc implozie determinând distrugeri locale.

La frecvenţe mici se observă efectul de stimulare al ultrasunetelor ca urmare a unor deplasări sau deformări ale unor organite intracelulare (lizozomi, mitocondrii) şi modificări ale proprietăţilor plasmalemei cu influenţă asupra permeabilităţii şi vitezei de transport a nutrienţilor.

Ultrasunetele de joasă frecvenţă şi intensitate stimulează procesul de înmugurire al drojdiei Saccharomyces cerevisiae ca rezultat al activizării echipamentului enzimatic şi a unui contact mai bun al suprafeţelor celulelor cu nutrienţii mediului.

Ultrasunetele se pot folosi la sterilizarea apei, a saramurilor în industria preparatelor de carne sau pentru distrugerea pereţilor celulari în scopul extragerii unor compuşi valoroşi localizaţi intracelular.

Factori mecanici

Dintre operaţiile utilizate în tehnici de analiză microbiologică se aplică frecvent centrifugarea şi filtrarea, în scopul separării de celule din medii lichide.

Centrifugarea

Este folosită pentru separarea biomasei de drojdii din medii de cultură când se folosesc viteze de centrifugare de 4000- 6000 rot/min., iar pentru separarea celulelor bacteriene, viteze de 6000-12000 rot/min. Se mai aplică lichidelor ce conţin un număr redus de celule, în vederea concentrării lor în centrifugat şi controlul microbiologic.

Filtrarea

Realizează reţinerea mecanică a celulelor microbiene atunci când diametrele porilor materialului filtrant sunt mai mici decât dimensiunea acestora. Separarea prin filtrare se mai poate realiza prin adsorbţie electrostatică atunci când materialul filtrant cu sarcină pozitivă reţine bacteriile cu sarcină negativă. În practica de laborator se foloseşte sterilizarea prin filtrarea mediilor de cultură lichide ce conţin în compoziţie compuşi termolabili (de exemplu vitamine).

Filtrarea se poate aplica pentru determinarea numărului de bacterii din apă sau alte medii lichide când se face filtrarea unui volum determinat din proba de analizat prin membrane filtrante din acetat de celuloză, care reţin celulele. După filtrare, membrana poate servi pentru numărarea directă a celulelor sau poate fi transferată pe suprafaţa unui mediu nutritiv solidificat repartizat în placă şi după termostatare se numără coloniile dezvoltate.

Agitarea

Se aplică la cultivarea microorganismelor în condiţii de laborator pentru obţinerea culturilor pe agitator sau la cultivarea submersă în condiţii industriale, deoarece asigură un mai bun contact între celule şi mediul de nutriţie şi avantajează concomitent aerarea culturii. Rata de agitare la cultivarea submersă în bioreactoare variază cu volumul de mediu şi natura microorganismului cultivat. Astfel pentru 1-20 m³ viteza de rotaţie este de 120-180 rpm, iar la volume de 450 m³ poate fi de 60-120 rpm.

Factorii chimici

Substanţele chimice cunoscute prezintă o mare diversitate de compoziţie şi se diferenţiază în funcţie de efectul pe care îl prezintă asupra celulelor microbiene şi anume:

• efect stimulator , benefic în concentraţii mici deoarece numeroase substanţe conţin elemente majore sau minore ce intră în componenţa compuşilor celulari;
• efect de stagnare a creşterii (microbiostatic) ca rezultat al acţiunii unor substanţe asupra enzimelor microbiene cu rol în metabolismul celulei vii;
• efect letal (microbicid) atunci când substanţa, în funcţie de doză, conduce la modificări ireversibile şi dau distrugerea fizică a celulei sau inactivarea enzimelor, asociată cu moartea fiziologică.

Toxicitatea este caracteristica rezultată din manifestarea biologică a organismului în care a pătruns o substanţă toxică şi este consecinţa a două reacţii şi anume acţiunea toxicului asupra celulei vii şi acţiunea celulei asupra toxicului. Din punct de vedere a toxicităţii şi a efectului produs de substanţele chimice cu efect antimicrobian acestea pot fi împărţite în patru grupe:

• substanţe chimioterapice – substanţe care au efect negativ asupra microorganismelor patogene şi nu sunt toxice pentru organismul uman la dozele la care sunt aplicate în terapeutică. Substanţe ca antibiotice, sulfamide etc. acţionează prin activarea enzimelor litice din lizozomi, inhibă sinteza peretelui celular, distrugerea permeabilităţii membranei plasmatice sau interferează dereglând biosinteza polimerazelor cu rol în sinteza acizilor nucleici;
• substanţe antiseptice cuprinde un grup mare de substanţe cu rol în combaterea infecţiei. În medicină, prin antiseptici se înţeleg substanţele toxice pe cale orală pentru organismul uman şi care sunt folosite pentru uz extern împotriva patogenilor de infecţie (stafilococi, streptococi patogeni etc.);
• substanţe conservante – sunt substanţe netoxice pentru organismul uman şi în concentraţii mici au efect microbiostatic, folosiţi în industria alimentară pentru conservarea prelungită a calităţii produselor alimentare. Numărul conservanţilor utilizaţi în industria alimentară este limitat de OMS şi FAO în funcţie de condiţiile pe care acestea trebuie să le îndeplinească şi anume: să prezinte un spectru larg de acţiune, să aibă putere microbiostatică la concentraţii mici, să fie stabil, solubil, netoxic, economic. Conservanţii determină o încetinire a creşterii microbiene acţionând prin inactivarea unor enzime specifice, blocarea unor căi metabolice, prelungind astfel intervalul de timp până se produce alterarea microbiană a produsului;
• substanţe dezinfectante – sunt substanţe cu efect microbicid, toxice pentru organismul animal şi sunt folosite în industria alimentară pentru dezinfecţia utilajelor, a spaţiilor de producţie, ambalajelor, pentru unele materii prime.

Operaţia de dezinfecţie are loc în mai multe etape:

• curăţirea cu îndepărtarea materiei organice de pe suprafaţa ce trebuie dezinfectată;
• aplicarea soluţiei dezinfectante ce realizează decontaminarea şi sanitizarea. Prin decontaminare are loc distrugerea microorganismelor patogene, iar prin sanitizare, reducerea microorganismelor organotrofe la limite la care activitatea lor nu prezintă risc;
• clătirea cu apă potabilă pentru îndepărtarea substanţei toxice.

Modul de acţiune a substanţelor chimice folosite în industria alimentară

În funcţie de natura substanţei şi a microorganismelor, efectul substanţelor chimice poate fi:

• efect microbiostatic ce se manifestă prin reducerea vitezei de desfăşurare a metabolismului şi oprirea înmulţirii celulelor;

• efect microbicid (germicid) ce este produs de către dezinfectanţi ce pot acţiona, în general, prin: denaturarea ireversibilă a proteinelor şi enzimelor produse de acizi anorganici, baze, săruri; blocarea grupărilor amino din structura protidelor, aminoacizilor cu formarea de punţi metilenice şi inactivarea de enzime – aldehida formică; permeabilizarea învelişurilor celulare, cu pierderea compuşilor intracelulari şi pătrunderea substanţei toxice – în cazul folosirii de săpunuri, detergenţi, săruri cuaternare de amoniu etc.

Factori care influenţează efectul antimicrobian al substanţelor chimice

Efectul unei substanţe chimice este condiţionat de numeroşi factori, biologici, dependenţi de substanţa chimică şi de mediul în care aceasta acţionează.

Factori biologici. Efectul unei substanţe chimice este dependent de natura microorganismelor, starea în care se află şi numărul de microorganisme prezente în mediul ce urmează a fi conservat. Microorganismele sunt mai sensibile la acţiunea substanţei chimice atunci când se află în stare vegetativă şi mai rezistente în starea lor sporulată.

Celulele tinere, cu un conţinut mai mare de apă liberă sunt mai sensibile decât celulele mature. Eficienţa este dependentă de numărul de microorganisme în momentul utilizării, deoarece fiecare celulă absoarbe şi reţine o cantitate din doza existentă. Astfel prin adăugarea unei doze constante, eficienţa acesteia se reduce când încărcarea microbiană este mare.

Un factor biologic cu implicaţii practice este fenomenul de adaptare al microorganismelor la adaosul de substanţe chimice. În practică se utilizează culturi starter adaptate la doze crescute din substanţa la care alte microorganisme sunt sensibile.

Un exemplu ar fi folosirea de dioxid de sulf în fermentarea mustului de struguri cu drojdii de cultură sulfitorezistente. Pentru a evita adaptarea microorganismelor în practică se recomandă alternarea substanţelor dezinfectante atunci când se constată o reducere a eficienţei.

Factori fizico-chimici

Fiecare substanţă chimică acceptată în industria alimentară se caracterizează prin:

• spectrul de acţiune – reflectă efectul specific sau generalizat. Astfel pentru conservanţi acesta poate fi general (fungistatic) sau specific: levuristatic, bacteriostatic, în timp ce pentru dezinfectanţi efectul poate fi: microbicid (general), bactericid, virulicid, fungicid;

• puterea antiseptică – apreciază efectul substanţei chimice în raport cu o substanţă etalon stabilindu-se astfel o scară de apreciere. Ca substanţă etalon se foloseşte fenolul, cu stabilirea coeficientului fenolic. Puterea antiseptică este dependentă de acţiunea temperaturii şi anume cu creşterea temperaturii cu 10 grade a soluţiei dezinfectante puterea creşte de 20 ori; de aceea în industria alimentară dezinfecţia se face cu soluţii la temperaturi de 60-70°C când eficienţa este maximă.

Factori dependenţi de mediu. Eficienţa substanţei chimice depinde de solubilitate şi de factorii care o influenţează. Substanţele chimice nu trebuie să reacţioneze cu componentele mediului. Multe substanţe cu efect antimicrobian nu pot fi folosite ca urmare a faptului că reacţionează cu protidele. De exemplu, clorul şi hipocloriţii îşi reduc efectul antiseptic dacă se introduc în ape cu grad ridicat de impurificare.

Eficienţa substanţelor conservante poate creşte ca urmare a unui efect de sinergism, efect cooperant ce permite utilizarea în amestec a mai multor substanţe în concentraţii mai mici decât cele necesare pentru a avea aceeaşi eficienţă, la folosirea lor separată.

Influenţa factorilor intrinseci asupra microorganismelor

Factorii intrinseci se referă la diferite componente şi structură a produselor alimentare care influenţează activitatea microorganismelor prezente pe/în produs. În funcţie de prezenţa concomitentă a mai multor factori, din totalul microorganismelor ce pot contamina produsul este favorizată activitatea unui număr restrâns, de obicei 1-4 specii care vor produce şi alterarea sa specifică.

Produsele alimentare au o compoziţie chimică foarte diversificată şi un grad de încărcare cu microorganisme foarte diferit, ce depinde de acela al materiilor prime şi auxiliare, de factorii extrinseci ce intervin la prelucrare şi păstrare.

Dintre factorii intrinseci, dependenţi de alimentul care va reprezenta substratul pentru activitatea microorganismelor (adăugate prin culturile starter sau ocazional contaminante), mai importanţi sunt:

Compoziţia chimică a alimentelor

Reprezintă un factor important deoarece microorganismele necesită pentru creştere surse de carbon, azot, substanţe minerale, factori de creştere şi apă disponibilă. Cu cât alimentul este mai complex cu atât asigură condiţii favorabile pentru creşterea mai rapidă, a unui număr mare de microorganisme şi este mai alterabil. Produsele alimentare lichide se alterează mai rapid decât cele solide pentru că celulele microbiene vin în contact direct cu nutrienţii solubili.

Produsele vegetale (fructe, legume) cu un pH acid şi lipsite de vitamine din grupul B sunt alterate preferenţial de către mucegaiuri care nu necesită factori de creştere şi care produc enzime ce pot hidroliza poliglucidele din învelişul lor protector. Produsele bogate în glucide simple sunt de obicei fermentate cu formare de alcooli, acizi, încât prin scăderea de pH este inhibată activitatea bacteriilor de putrefacţie care necesită pentru dezvoltare pH neutru.

Carnea ce conţine cantităţi importante de substanţe azotate având un pH apropiat de neutru va favoriza dezvoltarea bacteriilor de putrefacţie ce pot folosi protide ca sursă de azot. Alimentele ce conţin lipide vor fi alterate preferenţial de microorganisme producătoare de lipaze: Pseudomonas, Bacillus, Candida, Geotrichum, Aspergillus, Rhizopus etc.

Structura anatomică

Influenţează activitatea microbiană ca urmare a menţinerii la distanţă a microorganismelor de nutrienţi accesibili. Astfel oul se alterează greu, deoarece coaja poroasă şi membrana împiedică pătrunderea unor microorganisme. Seminţele oleaginoase sau ale cerealelor prezintă un înveliş celulozic protector ce nu poate fi degradat decât de microorganisme celulozolitice.

Prin absorbţia de apă, acestea suferă mucegăirea deoarece mucegaiurile au condiţii favorizante. La fructele cu înveliş ceros, greu penetrabil, alterarea intervine în zone unde se produc leziuni mecanice, înţepături de insecte etc.

Valoarea de pH

Este o proprietate inerentă a unor produse naturale ce conţin cantităţi ridicate de acizi organici sau dobândesc aciditate prin procese fermentative dirijate (produse conservate prin murare). Microorganismele se dezvoltă în limite largi de pH (între 1,5-11). În acest interval microorganismele acidotolerante – drojdii, mucegaiuri, bacterii lactice şi acetice preferă pH 2,5-5,5 şi se vor dezvolta în produse acide care pot suferi fermentaţia şi mucegăirea. Bacteriile de putrefacţie care preferă un pH = 7 nu se pot dezvolta în medii acide care sunt astfel protejate.

Acţiunea pH-ului asupra creşterii se poate observa în mediu, deoarece disponibilitatea unor nutrienţi este modificată de echilibrul ionic. Astfel la pH acid ionii de magneziu formează complexe insolubile, în timp ce la pH bazic sunt complexaţi ionii de calciu, zinc şi ionii ferici, elemente cu rol de cofactori ai enzimelor microbiene.

Valori extreme de pH influenţează permeabilitatea membranelor celulare. În mediu acid permeazele cationice sunt saturate de ioni de H⁺ care limitează sau anulează transportul cationilor indispensabili pentru celule; în mediu alcalin membrana este saturată cu OH ^- şi este împiedicat transferul de anioni necesari.

La modificări de pH se modifică şi cinetica reacţiilor enzimatice care se desfăşoară optim la anumite valori specifice. Microorganismele patogene, de exemplu Clostridium sunt mai sensibile decât cele din genulEscherichia, Salmonella, Staphylococcus. Clostridium botulinum are pH-ul minim pentru producerea de neurotoxine egal cu 4,8, iar la Staphylococcus aureus pH minim pentru creştere este de 4,2.

Valoarea de rH

Este dependentă de prezenţa în aliment a substanţelor cu caracter oxidant sau reducător.

Alimentele cu potenţial de oxidoreducere scăzut (rH = 0-12),de exemplu laptele, favorizează dezvoltarea substanţelor anaerobe, în timp ce fructele cu rH ridicat (18,5 -28) favorizează dezvoltarea microorganismelor aerobe. Diverse lichide cu valori medii de rH (12-18,5) permit activitatea fermentativă a drojdiilor, bacteriilor lactice.

Indicele de activitate al apei (a _w )

Reflectă conţinutul de apă liberă din produsele alimentare pusă la dispoziţia microorganismelor pentru reacţii chimice, biochimice, transfer de metaboliţi prin învelişurile celulare.

Domeniul general de a_w pentru dezvoltarea microorganismelor este 0,62-0,99; cele mai pretenţioase sunt bacteriile care necesită cantităţi mari de apă liberă, în timp ce drojdiile osmotolerante şi mucegaiurile xerofite se dezvoltă la valorile minime ale domeniului. Între conţinutul de umiditate al produselor alimentare determinat prin uscare la etuvă la temperaturi de 105°C până la masă constantă şi indicele de a_w nu se pot stabili relaţii de dependenţă. Este important de precizat că:

• indiferent de temperatură, capacitatea microorganismelor de a creşte este redusă, când a_w este scăzut;
• domeniul de a_w la care creşterea are loc este cel mai extins la temperatura optimă de creştere;
• prezenţa nutrienţilor necesari în aliment creşte domeniul de a_w în care microorganismele pot supravieţui.

Substanţe naturale cu efect antimicrobian . Unele produse vegetale folosite în alimentaţie conţin substanţe denumite fitoncide. Astfel ceapa conţine alicina, usturoiul – alil sulfonatul, de asemenea conţin fitoncide: hreanul, muştarul, cuişoarele, scorţişoara etc. Unele fructe pot conţine benzoat, salicilat (este cazul fructelor de pădure). În produse de origine animală, în ouă este prezent lizozimul, în lapte proaspăt este prezent pe lângă lizozim, lactenine, lactoperoxidază. Desigur că aceste substanţe au un spectru specific şi pot influenţa numai activitatea microorganismelor sensibile.

Influenţa factorilor impliciţi

Inter-relaţiile ce pot apărea în condiţii naturale între microorganisme care trăiesc în acelaşi mediu, sau pe acelaşi aliment sunt foarte complexe. Din cauza proprietăţilor variate ale diferitelor specii şi a intensităţii cu care decurg procesele lor metabolice, aceste relaţii au un rol important asupra vieţii microorganismelor şi indirect asupra modificărilor pe care le suferă alimentele.

În biotehnologii alimentare în care se folosesc culturi mixte de microorganisme aflate într-un anumit raport cantitativ, procesul tehnologic este astfel dirijat încât să fie favorizată multiplicarea sau formarea anumitor produse de metabolism. Calitatea produselor finite şi conservabilitatea lor este dependentă de corelaţii care se stabilesc între microorganismele existente la un moment dat pe alimentul care le asigură necesităţile nutritive.

Dintre relaţiile ce se pot stabili între diferite grupe de microorganisme mai importante sunt următoarele:

Neutralismul

Corespunde unor relaţii de indiferenţă între două sau mai multe specii de microorganisme atunci când acestea se deosebesc mult prin exigenţele nutritive. Foarte puţine specii sunt strict neutrale, de obicei se formează asocieri care au caracter temporar sau accidental, reacţionând unele faţă de altele în mod favorabil şi sinergic sau dimpotrivă, antagonic.

Mutualismul (simbioza)

Reprezintă un tip de relaţie care permite dezvoltarea simultană pe un substrat comun a unor specii diferite care exercită una asupra alteia o influenţă bilateral favorabilă. Un exemplu îl oferă bacteriile lactice şi drojdiile folosite în culturi mixte la fabricarea produselor lactate acide, la prepararea maielelor în panificaţie. Drojdiile produc vitamine ale grupului B care sunt factori de creştere pentru bacteriile lactice iar acestea produc acid lactic care le asigură un pH optim pentru activitatea lor.

Comensalismul (metabioza)

Este caracterizat prin creşterea împreună a două sau mai multor specii de microorganisme aflate într-o relaţie în care una profită de asociere iar cealaltă în aparenţă nici nu profită nici nu este influenţată negativ.

Comensalismul se realizează fie prin elaborarea de către unul din parteneri a unor substanţe care favorizează dezvoltarea celorlalţi, fie prin modificarea mediului care devine mai favorabil pentru speciile asociate. Se întâlnesc frecvent la păstrarea laptelui, la fermentarea lactică a produselor vegetale, la fabricarea vinului, a brânzeturilor etc.

Sinergismul

Este o relaţie de tip cooperant în care două sau mai multe specii produc împreună un efect pe care în mod izolat nu îl pot realiza. De exemplu, putrezirea lemnului este posibilă numai prin asocierea cooperantă a mucegaiurilor şi a bacteriilor celulozolitice.

Antagonismul

Se manifestă sub forma unor corelaţii complexe între grupe de microorganisme în care una din specii se comportă ca agresor şi profită de pe urma asociaţiei cu celelalte specii care sunt prejudiciate. Se consideră că nu există microbi fără antagonişti.

Fenomenul de antagonism microbian poate fi datorat mai multor cauze:

• viteză diferită de creştere şi multiplicare a speciilor antagonice. Atunci când mediul conţine substanţe accesibile tuturor microorganismelor de obicei predomină bacteriile care au un timp de generaţie mai mic decât cel al fungilor;
• insuficienţa în mediu a substanţelor nutritive. În medii cu un conţinut redus într-o substanţă utilă aceasta este consumată de specia cea mai adaptată la mediu;
• acţiunea unor substanţe de metabolism ce pot produce un antagonism nespecific atunci când efectul se exercită asupra tuturor asociaţiilor, de exemplu acidul lactic format prin fermentaţie inhibă prin reducerea de pH activitatea tuturor bacteriilor de putrefacţie, sau un antagonism specific când substanţa produsă (de exemplu, antibiotice) au efect selectiv asupra unui grup restrâns.

În tabelul de mai jos se dau grupe de microorganisme aflate în relaţii de antagonism:

Tabelul nr.1.Relaţii antagonice între microorganisme

Parazitismul reprezintă un tip de relaţie antagonică în care un microorganism se dezvoltă pe seama celuilalt. Se manifestă prin liza celulelor microbiene ca rezultat al acţiunii fagilor (bacteriofagi, micofagi).

Cunoaşterea factorilor impliciţi care determină creşterea şi multiplicarea microorganismelor aflate în produse alimentare permite alegerea condiţiilor optime la utilizarea culturilor mixte şi dirijarea relaţiilor microbiene în scopul asigurării calităţii alimentelor.