Microbiologia alimentelor

Valoarea alimentară a unui produs este dată de valoarea nutritivă, senzorială şi de gradul de inocuitate, respectiv absenţa din alimente a microorganismelor patogene, a substanţelor toxice microbiene şi a organismelor care produc infestarea (ouă, larve, insecte).

Conţinutul în microorganisme patogene a unui aliment variază în limite largi şi acestea provin din materia primă supusă prelucrării la care se adaugă microorganisme provenite de la contactul cu utilajele, ambalajele, astfel încât produsul finit formează o anumită microfloră specifică produsului, dar în condiţiile păstrării normale şi respectării tehnologiei nu influenţează calităţile produsului până în momentul consumării sale. Distrugerea culturilor de microorganisme selecţionate care se introduc pentru a asigura calităţile produsului, duce la apariţia unei microflore de contaminare care determină o poluare a produsului finit.

Studiul microbiotei alimentelor a condus la stabilirea în diferite ţări a unei legislaţii privind gradul de contaminare cu microorganisme a alimentelor, formarea microbiotei în condiţiile proceselor tehnologice de prelucrare a alimentelor, rolul microorganismelor la creşterea valorii biologice şi alimentare, rolul etiologic al unor alimente în transmiterea microorganismelor patogene.

Consideraţii generale asupra microbiotei alimentelor

Microbiota alimentelor în funcţie de natura microorganismelor componente, poate fi diferenţiată în microbiotă specifică şi nespecifică.

Microbiota specifică

Este alcătuită din microorganisme cultivate denumite şi culturi starter introduse dirijat în produs, în scopul obţinerii unor transformări dorite. În aceeaşi categorie intră şi microbiota care se formează în etape tehnologice determinante şi care realizează însuşiri senzoriale şi de compoziţii obligatorii, cu o influenţă pozitivă asupra calităţii alimentelor. Microorganismele benefice introduse în mod dirijat sub formă de culturi pure pentru creşterea calităţii produselor alimentare nu sunt considerate contaminanţi deşi, în funcţie de condiţiile de activitate şi durata în care ele sunt active, acestea pot să producă uneori defecte senzoriale.

Microorganismele necesare în fermentaţia alimentelor pot fi adăugate sub formă de monoculturi/culturi mixte, sau în anumite cazuri nu se adaugă culturi, dacă microorganismele dorite, se cunoaşte că sunt prezente în număr mare în materia primă.

De exemplu, la murarea verzii, a murăturilor, a măslinelor, la fermentarea boabelor de cafea, cacao, materia primă conţine o cantitate suficientă de microorganisme dorite, care vor acţiona într-o succesiune proprie, dacă vor fi păstrate condiţiile adecvate pentru fermentare. În aceste condiţii nu este necesară sau avantajoasă adăugarea de culturi pure. În schimb folosirea culturilor starter pentru desfăşurarea unei fermentaţii controlate se practică în multe biotehnologii alimentare la fabricarea produselor lactate acide, a brânzeturilor, untului, pâinii, berii, spirtului şi băuturilor alcoolice, oţetului ş.a. (Larpent, J., 2000).

Microbiota nespecifică

Particularităţi ale microorganismelor contaminante, Microbiota nespecifică poate fi reprezentată de microorganisme organotrofe (saprofite) şi microorganisme patogene.

Microorganisme organotrofe (saprofite)

Sunt foarte răspândite în natură şi produc alterări ale alimentelor când se află în număr mare, ca rezultat al acţiunii lor asupra compuşilor organici din aliment. Microorganismele care produc alterarea produselor alimentare au mai ales activitate proteolitică şi lipolitică. Contaminarea produselor alimentare şi înmulţirea microorganismelor în produse este nedorită deoarece ele scad valoarea nutritivă şi biologică încât în unele cazuri fac imposibilă folosirea produsului în nutriţie. Alături de modificarea însuşirilor senzoriale, aceste microorganisme pot produce compuşi toxici.

Microorganismele saprofite prezente în produse pot condiţiona într-o serie de cazuri dezvoltarea unor procese biochimice obligatorii şi deci să condiţioneze calitatea alimentelor. În acest caz, ele devin specifice pentru microbiota dată a produsului, de exemplu – bacteriile lactice. Având însuşiri antagoniste în raport cu alte microorganisme, acestea, adesea, asigură conservarea produselor alimentare şi consumul este lipsit de pericol epidemiologic.

Alterarea microbiană

Microorganismele de alterare sunt întotdeauna prezente pe alimente neprocesate şi includ bacterii, drojdii şi mucegaiuri care dau modificări nedorite ale calităţilor senzoriale şi nutritive ale alimentului (modificări de aromă, miros, gust, culoare, textură, consistenţă).

Alimentele perisabile sunt în primul rând cele cu compoziţie chimică complexă şi un conţinut ridicat de apă, ca de exemplu: carnea, peştele, produsele lactate, vegetale, fructe. Dintre acestea produsele de origine animală au un pH apropiat de neutru, conţin cantităţi mari de proteine şi lipide şi sunt conservate la temperaturi scăzute.

Aceste condiţii favorizează creşterea bacteriilor Gram negative cu specii ale genului Pseudomonas, Acinetobacter (Moraxella) care prin activitatea lor proteolitică şi lipolitică dau produşi de alterare cu miros şi gust putrid.

Din grupul alimentelor stabile în condiţii normale de păstrare fac parte alimentele conservate şi ambalate aseptic. În urma tratamentului termic se obţine o sterilizare comercială termen care semnifică distrugerea tuturor microorganismelor capabile de creştere în aliment.

În cazul în care rămân supravieţuitori aceştia în general nu prezintă un pericol. În alimentele cu aciditate redusă se aplică o formulă de sterilizare care să asigure reducerea numărului de spori de Clostridium botulinum cu un factor de 10^-12. Pentru alte alimente: cereale, orez, nuci/alune, a_w, compoziţia şi structura anatomică sunt importante pentru conservabilitatea produselor. În general creşterea microbiană nu poate avea loc la a_w mai mic sau egal cu 0,6, cu o stabilitate de 1 an la valori de 0,7 şi egală cu 6 luni la valori mai mari de 0,75, încât la valori peste 0,78 este probabilă alterarea rapidă.

Alterarea microbiană a alimentelor este un proces competitiv între bacterii, drojdii şi mucegaiuri printre care, drojdiile joacă un rol neînsemnat deoarece ele constituie un procent redus din populaţia iniţială

Microorganismele agenţi ai intoxicaţiilor alimentare

Îmbolnăvirea este cauzată prin consum de alimente în/pe care s-au dezvoltat microorganisme care elaborează metaboliţi cu efect toxic. Perioada de incubaţie şi simptomele evidenţiate prin investigaţii pot fi corelate cu alimentul ingerat (în special pentru bacterii).

Mucegaiurile toxicogene

Produc intoxicaţii denumite micotoxicoze cu o perioadă de incubare prelungită încât este dificilă asocierea îmbolnăvirii, cu alimentul incriminat. Mucegaiurile pot forma colonii la suprafaţa produsului şi în etapa de creştere colonială, o dată cu apariţia sporilor, pot să sintetizeze produşi secundari de metabolism de natură hidrocarbonată cu o toxicitate deosebit de ridicată.

Omul şi animalele pot să sufere intoxicaţii prin consum de alimente mucegăite, intoxicaţii care se manifestă prin îmbolnăviri ale diferitelor organe (ficat, rinichi etc.). Dintre bolile produse prin consum involuntar de micotoxine fac parte: ergotismul, aleucie toxică alimentară (ATA), hepatocarcinogeneza, nefrotoxicoze, sindromul hemoragic, poliurie ş.a. Produc micotoxine specii aparţinând următoarelor genuri:

Genul Aspergillus – reprezentanţii genului produc aflatoxine denumite astfel de la specia Aspergillus flavus. Se cunosc 12 aflatoxine dintre care cele mai toxice sunt: B₁, B₂, G₁, G₂. Iniţialele provin de la fluorescenţa pe care o dau aceste toxine prin expunerea plăcii cromatografice la radiaţii UV cu λ = 360 nm (blue = albastru, green = verde), în timp ce numerele se referă la ordinea de migrare pe cromatogramă.

Aflatoxinele M₁, M₂ cu toxicitate mai redusă, pot fi detectate în laptele provenit de la animalele hrănite cu furaje (mucegăite cu specii toxicogene). Mai produc aflatoxine unele tulpini ale speciilor Aspergillus niger, Aspergillus parasiticus, Aspergillus wenti. Aflatoxinele au efect toxicogen asupra animalelor şi produc ciroze în 3 săptămâni de la ingerarea acestora cu 1 mg/kg corp. Încălzirea la 120ºC, timp de 4 h, nu distruge în totalitate aceste micotoxine. Aflatoxinele nu sunt solubile în apă, ci în solvenţi organici, dar aceştia nu pot fi folosiţi pentru îndepărtarea micotoxinelor deoarece prin extracţie se pierde valoarea alimentară a produsului.

G enul Penicillium – specii ale genului pot produce peste 60 de toxine mai ales când se dezvoltă pe cereale şi furaje. Dintre speciile producătoare fac parte:

P. islandicum  – care se dezvoltă pe orez şi produce 2 micotoxine: islanditoxina şi luteoskirina. Pe fructe, se dezvoltă

P.expansum  – care produce putrezirea albastră şi sticloasă a merelor şi sintetizează patulina. Se poate dezvolta pe cereale şi produse de panificaţie. Patulina este rezistentă la temperaturi ridicate, la pH acid şi are efect cancerigen. Dacă sucul de fructe este supus fermentaţiei, o parte din toxină se elimină din lichidul fermentat. Alte specii:

P.citrinum  – produce citrinina pe orez decorticat, cauzând afecţiuni renale;

P. citreoviridae – citreoviridina, toxină ce produce la om dereglări nervoase, simptome cardiace similare cu cele întâlnite în boala beri-beri etc.

Genul Fusarium  – produce trichothecene care pot fi sintetizate şi la temperaturi scăzute, deosebit de rezistente în timp (mucegaiurile pot să moară dar toxina rezistă ani de zile). Specii toxicogene:

F. sporotrichoides  – produce sporofusariogenina producătoare de ATA ce se manifestă prin apariţia pe piele a unor pete specifice, anghină pectorală, diateze hemoragice, afecţiuni ale măduvii, dând simptome similare cu cele produse prin iradiere cu radiaţii ionizante sau otrăvirea cu benzen.

F.nivali  – se dezvoltă în special pe cereale şi produce trei tipuri de toxine: fusarenona, fusarenona X şi nivalenolul, toxine care determină în organismul animal o proliferare anarhică a celulelor, hematopoeză şi simptome similare ATA (aleukie toxică alimentară).

Genul Rhizopus – specii ale genului produc micotoxine ce dau stări de oboseală şi poliurie.

Genul Cladosporium – poate produce la temperaturi scăzute toxine de tipul acizilor tricarboxilici nesaturaţi care dau simptome caracteristice ATA.

Pe nutreţuri, cereale, porumb şi furaje se mai pot întâlni mucegaiuri toxicogene ca Ustilago, Stachybotris, Walemia, Dendrodochium toxicum ş.a. Consumul de furaje contaminate cu mucegaiuri toxicogene poate cauza moartea animalelor (cazuri mai frecvent întâlnite la oi şi cai), iar dacă animalul nu a ingerat doza letală, micotoxinele se acumulează în diverse ţesuturi/organe, sau se pot elimina prin lapte, iar în cazul păsărilor, prin ouă.

Bacterii toxicogene

Dintre agenţii bacterieni ai intoxicaţiilor prin alimente contaminate fac parte următoarele specii:

Clostridium botulinum este un saprofit care creşte rar în organisme vii, capabil de a produce toxine prin creşterea în alimente. Produce 8 toxine de natură proteică diferenţiate din punct de vedere imunologic. Tulpinile producătoare de neurotoxine A, B, E, dau botulismul la om şi produc sindrom neuroparalitic cu efect letal. Manifestarea stării de boală are loc după 1-10 zile şi cazurile letale ajung până la 68%.

După ingerarea toxinei botulinice după 8-36 ore apar stări de vomă, dureri abdominale şi diaree, apoi starea de uscăciune în gură, dilatarea pupilelor, viziune dublată, dificultăţi respiratorii, căderea muşchilor faciali, iar moartea este datorată asfixierii, stopului cardiac, infecţiilor pulmonare. Toxinele botulinice au o toxicitate ridicată (o doză de 0,2 μg poate omorî un om de 100 kg).

Prin dezvoltarea lui Clostridium botulinum, carnea şi alte alimente bogate în proteine, vegetalele cu aciditate scăzută, capătă un miros alterat sau se formează gaze prin procese de fermentaţie, aspect care însă nu poate fi sesizat în alimente cu aciditate mai ridicată sau cu un conţinut redus în proteine. Producerea toxinelor este oprită în alimente cu pH<4,5, iar în condiţii optime de cultură este inhibat la concentraţii de 8-10% NaCl.

Staphylococcus aureus este agentul specific responsabil pentru enterointoxicaţii. Produce intoxicaţii alimentare prin elaborarea de enterotoxine foarte termostabile, cu rată redusă de letalitate şi cu o perioadă scurtă de incubare chiar după 30 minute de la îngerare, în general după 3-6 ore. Se transmite de la indivizii purtători de tulpini enterotoxice la care rezidă ca saprofit în fosa nazală şi se elimină prin secreţii nazale şi expectoraţie, fiind ejectat în picături, prin tuse şi strănut.

Se mai transmite în timpul fumatului când degetele ating buzele sau nasul, în timpul mâncatului, prin intermediul tacâmurilor. Este rezident de tranzit al pielii şi părului şi permanent în tractul intestinal, încât contaminarea este categoric datorată unei manipulări şi procesări neigienice a alimentelor.

Intoxicaţiile stafilococice sunt asociate cu consumul unor alimente gata preparate păstrate la temperatura camerei: creme, frişcă, produse de patiserie, plăcintă de carne, ouă, şuncă, lapte de la animale bolnave. Cu excepţia laptelui şi a brânzeturilor care pot fi contaminate de la animale bolnave de mastită, celelalte sunt contaminate prin intermediul omului. Riscul de intoxicaţie creşte deoarece prin dezvoltarea acestor bacterii, nu apar în mod obligatoriu modificări de gust şi miros ale alimentului, chiar când numărul lor este de sute de milioane per gram.

Microorganisme patogene transmisibile prin alimente

Dintre agenţii toxiinfecţiilor alimentare, fac parte bacterii aparţinând următoarelor genuri/specii:

Salmonella cuprinde specii ce sunt agenţi importanţi ai toxiinfecţiilor alimentare: Salmonella enteridis, S.dublin, S.typhymurium ş.a. Aproape toate alimentele pot fi contaminate în condiţii neigienice de manipulare. Aceste bacterii se pot înmulţi pe alimente, dar nu produc modificări senzoriale; sunt frecvent întâlnite în ouă proaspete, congelate sau sub formă de pulbere, în lapte praf, pe carnea de pui, cârnaţi, homari, scoici etc. Peste 40% din puii tăiaţi şi comercializaţi pot fi contaminaţi cu bacterii.

De la aceştia, indirect se pot contamina alte alimente în timpul păstrării sau preparării, încât este o cale majoră pentru Salmonella de a pătrunde în hrană. Toxinele sunt intracelulare, deci se formează şi rămân în celula bacteriei. În cazul fierberii ouălelor dacă gălbenuşul a rămas fluid salmonelele pot supravieţui. Controlul infecţiilor cu salmonele este dificil deoarece ele pot creşte la temperaturi scăzute de 6ºC, mor lent în timpul păstrării alimentelor prin congelare, dar rezistă în produse uscate şi pot fi eliminate din alimente numai prin tratament termic adecvat.

Shigella (Shigella dysenteriae, Shigella flexneri, Shigella sonnei) sunt bacterii patogene de origine intestinală transmisibile prin apă, care nu cresc în alimente. Contaminarea accidentală a alimentelor (cu excreţii ale indivizilor bolnavi de dezinterie) şi ingestia unui număr de minimum 10⁸ celule aparţinând lui Sh.dysenteriae, după o incubare de 4-7 zile, ca urmare a producerii de exotoxine proteice cu activităţi citotoxice, neurotoxice şi enterotoxice, au loc inflamaţii şi ulceraţii ale intestinului. Persoanele bolnave pot fi purtători ai bacteriilor patogene, timp de câteva săptămâni.

Listeria monocytogenes produce rar listerioze (letalitate în 20-50% din cazuri) cu o perioadă de incubaţie de câteva săptămâni. Recent s-a stabilit că aceste bacterii foarte răspândite în apă, sol, plante, pot fi vehiculate prin alimente. Detectarea bacteriilor în alimente este dificilă şi cele mai rapide metode durează minimum 4 zile. Bacterii din genul Listeria au fost găsite în lapte nepasteurizat, peşte afumat la rece, în unele brânzeturi, în particular în Brie şi Camembert. Pe vegetale pot creşte după ce acestea au fost tăiate, în contact cu sucul celular. Se apreciază că 25% din cele aproximativ 1600 de cazuri depistate anual, pot avea efect letal.

Escherichia coli poate prezenta tulpini patogene, agenţi ai enteritei infantile, enteropatogene, care se pot dezvolta pe epiteliul intestinal, verocytoxice, produc colite hemoragice. Enterotoxinele produse de E.coli sunt endotoxine legate ferm de peretele celular, pot fi proteine termolabile care se inactivează la 60ºC în 30 de minute şi se distrug complet la pH = 3,5-5, rezistente la acţiunea tripsinei. Majoritatea tulpinilor normal întâlnite în microbiota intestinală aparţinând lui E.coli sunt lipsite de risc şi pot fi folosite ca indicatori igienico-sanitari în controlul microbiologic al alimentelor. Pot contamina alimentele prin intermediul apei poluate cu materii fecale şi supravieţuiesc, indiferent dacă alimentul e conservat prin frig.

Vibrio cholerae poate produce holera şi o diaree explozivă, cu efect letal în peste 40% cazuri dacă nu se aplică un tratament adecvat. Poate creşte pe diferite alimente şi se consideră că holera demarează ca o toxiinfecţie alimentară.

Streptococcus (Enterococcus) : S.faecalis, S.bovis, S.durans, provoacă posibile stări de toxiinfecţie când concentraţia bacteriilor în produs este de 10⁶-10 ⁷/g.

Bacillus cereus şi în ultimii ani, Bacillus licheniformis şi Bacillus subtilis pot fi implicate în producerea de îmbolnăviri cu etiologie mixtă (intoxicaţie şi infecţie). Aceste bacterii pot produce sindrom emetic (greţuri, stări de vomă) observat după 1-5 ore după consum, frecvent prin consum de orez fiert/prăjit sau sindrom manifestat prin stări diareice după 8-16 ore, ca urmare a consumului de alimente reîncălzite, preparate cu boia de ardei sau alte condimente ce pot conţine un număr mare de spori. B.cereus poate creşte la temperaturi scăzute de 10ºC, dar se consideră că toxinele pot fi elaborate la temperaturi peste 15ºC.

Clostridium perfringens se elimină prin materiile de dejecţie ale omului şi animalelor şi prin nerespectarea condiţiilor de igienă pot contamina alimentele, dar se poate transmite şi prin sol, praf, ape, condimente etc. Creşterea lui pe produse (alimente cu carne gata preparate, insuficient tratate termic) este asociată cu formare de acid butiric şi gaze.

Din cele 8 tipuri de toxine tipul A şi C sunt implicate în intoxicaţii alimentare şi infecţie. Este cunoscut prin capacitatea sa de a supravieţui în mâncăruri gătite care nu au fost păstrate la rece în mod corespunzător, deoarece majoritatea tulpinilor nu cresc sub 15ºC şi un număr redus de izolate au crescut la 6ºC. După ingestia alimentului contaminat are loc multiplicarea bacteriilor în intestinul subţire, producerea de enterotoxine şi eliberarea de toxine prin liza celulelor.

În calitate de agenţi ai toxiinfecţiilor alimentare sunt vizate şi genuri mai puţin studiate ca: Enterobacter, Citrobacter, Hafnia, Klebsiela, şi altele, cărora în ultimii ani li se acordă o mare importanţă. Mai sunt denumite şi bacterii nonfecale fiind prezente pe produse vegetale, în ape, fiind constituenţi normali ai microbiotei aerului, pe suprafeţe, ambalaje, mâini, de pe care pot fi transferate la manipularea alimentelor.

Microorganismele patogene transmisibile prin alimente dau anual zeci de milioane de cazuri de îmbolnăviri intestinale. Pentru oamenii sănătoşi disconfortul produs de diversele simptome (starea de vomă, crampe abdominale şi diaree) poate fi de scurtă durată, în schimb la oamenii cu imunitate slabă (cum ar fi cei bolnavi de SIDA) simptomele sunt mai severe, infecţia este greu de tratat şi poate avea efect letal.

Trebuie subliniat că, termenul general pentru îmbolnăviri ale omului, cauzate prin ingerarea de alimente contaminate, întâlnit în literatura de specialitate prin traducere din limba engleză (Food poisoning) este cel de toxiinfecţie alimentară sau intoxicaţie alimentară.

Pentru acurateţea exprimării se recomandă folosirea termenului de contaminare atunci când microorganismele ajung din diferite surse, de exemplu: pe produse alimentare procesate. Termenul de infestare exprimă în mod corect contaminarea cu: insecte, larve, ouă, nematozi etc.