Ενότητα 5: Μικροβιολογία προιόντων που συντηρούνται σε χαμηλές θερμοκρασίες Μικροβιολογία Τροφίμων και Μικροβιολογική Ανάλυση Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής

Η θερμοκρασία είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την ανάπτυξη και τον μεταβολισμό των μικροοργανισμών Η θερμοκρασία αποθήκευσης ενός τροφίμου εξαρτάται από το είδος του και από οικονομικούς παράγοντες

Τα περισσότερα βακτήρια θανατώνονται αν εκτεθούν σε θερμοκρασία > 63 oC για ένα ικανό χρονικό διάστημα Μέγιστη θερμ. για ανάπτυξη μεσόφιλων και ψυχρότροτροφων (~50oC). Ελάχιστη θερμ. για ανάπτυξη μεσόφιλων (~10oC). Τα ψυχρότροτροφα αναπτύσσονται αργά στους 0-10 oC Σε θερμοκρασία <0 oC τα βακτήρια δεν μπορούν να πολλαπλασιαστούν. Ένα ποσοστό των βακτηρίων θανατώνεται αλλά

Η μείωση της θερμοκρασίας ως μέσο συντήρησης Ψύξη Ως «ψύξη» (cold storage) εννοείται η θερμοκρασία συντήρησης σε θερμοκρασίες -1 οC < θ < 8 οC Κατάψυξη Ως «κατάψυξη» (freeze) είναι η συντήρηση των τροφίμων σε θερμοκρασίες < -18 οC Ως «βαθειά κατάψυξη» (deep freeze) είναι η συντήρηση των τροφίμων σε θερμοκρασίες < -29 οC

Η ψύξη ως μέσο συντήρησης Γιατί χρησιμοποιείται η ψύξη ως μέσο συντήρησης ; επιβραδύνει ή σταματά την ανάπτυξη των μεγάλου αριθμού μικροοργανισμών (μ.ο.) θεωρείται ως μία από τις περισσότερο ήπιες μεθόδους συντήρησης

Συνεπώς η ψύξη σταματά την ανάπτυξη των μ.ο. ; Όχι όλων των μικροοργανισμών οι ψυχρότροφοι και οι ψυχρόφιλοι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται, έστω και με σχετικά χαμηλούς ρυθμούς, και σε συνθήκες ψύξης Μπορεί να προκληθούν αλλοιώσεις στο τρόφιμο Γιατί χρησιμοποιείται η κατάψυξη ως μέσο συντήρησης ; Μπορεί να συντηρήσει τα τρόφιμα για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα από ότι η ψύξη

Η ψύξη ως μέσο συντήρησης Στα οικιακά ψυγεία τι είδους χλωρίδα επικρατεί ; Εξαρτάται από το τρόφιμο (φυσική ενδογενής μικροχλωρίδα) αλλά και την μεταχείριση που έχει δεχθεί Σε ιχθυώδη που προέρχονται από ψυχρές θάλασσες (π.χ. σολομός) κυριαρχεί η ψυχρόφιλη χλωρίδα Γενικά όμως στα εψυγμένα τρόφιμα (π.χ. μπέικον, τυριά, κρέας) των οικιακών ψυγείων κυριαρχεί η ψυχρότροφη χλωρίδα

Ψυχρόφιλοι και ψυχρότροφοι μικροοργανισμοί Ποιά η διαφορά των ψυχρόφιλων από τα ψυχρότροφα; Τα ψυχρόφιλα αναπτύσσονται με άνεση στους 1-2 οC, η άριστη είναι στην περιοχή στους 12-18 οC ενώ δεν μπορούν να αναπτυχθούν σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες από τους 22 οC. Απαντώνται σε προιόντα που προέρχονται από νερό ωκεανών ή από ψυχρά κλίματα, πχ ψυχροφιλα είδη Pseudomonas Τα ψυχρότροφα αναπτύσσονται μεν στους 0-7οC, η άριστη όμως είναι στην περιοχή 20-30 οC ενώ δεν μπορούν να αναπτυχθούν σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες από τους 35 οC. Είναι οι βασικοί μικροοργανισμοί που προκαλούν αλλοιώσεις του κρέατος, πουλερικών, λαχανικών σε θερμοκρασίες ψυγείου, 0-5οC (πχ Pseudomonas, Enterococcus, Listeria, Clostridium botulinum τύπος Ε)

Αρνητικά κατά gram Ψυχρότροφα Acinetobacter Aeromonas Alcaligenes Alteromonas Citrobacter Enterobacter Erwinia Escherichia Flavobacterium Hafnia Klebsiella Moraxella Pantoea Proteus Pseudomonas Psychrobacter Salmonella Serratia Shewanella Vibrio Yersinia

Θετικά κατά gram Ψυχρότροφα Bacillus Brochothrix Carnobacterium Clostridium Corynebacterium Deinococcus Enterococcus Lactococcus Lactobacillus Leuconostoc Listeria Micrococcus Pediococcus Propionibacterium Vagococcus

Το θερμοκρασιακό εύρος ανάπτυξης ενός οργανισμού εξαρτάται από το πόσο καλά αυτό ρυθμίζει τη ρευστότητα της μεμβράνης του. Οι ψυχρότροφοι έχουν περισσότερα υπολείμματα ακόρεστων λιπαρών οξέων στα λιπίδιά τους σε χαμηλές θερμοκρασίες. Αυτό οδηγεί σε μια μείωση του σημείου τήξεως των λιπιδίων. Η διαδικασία με την οποία τα κύτταρα μεταβάλλουν τις συνθέσεις τους σε λιπαρά οξέα για να διατηρήσουν τη μεμβρανική ρευστότητα ονομάζεται ομοιοϊξώδης προσαρμογή (homeoviscous adaptation). Η Η ρευστή κατάσταση επιτρέπει στις μεμβρανικές πρωτεΐνες να λειτουργούν.

Θερμοκρασίες ψύξης για την συντήρηση των τροφίμων Θερμοκρασίες ψύξης για την συντήρηση των τροφίμων Θερμοκρασίες οικιακών ψυγείων Η ιδανική τιμή είναι: 2-3 oC Όταν είναι 4 -5 oC η ψύξη είναι αρκετά ικανοποιητική Δυστυχώς συχνά είναι > 6-7 oC Οι θερμοκρασίες συντήρησης για την μεταφορά προϊόντων είναι: Νωπά κρέατα: 7 oC Προϊόντα κρέατος: 6 oC Πουλερικά, Γάλα, Γαλακτοκομικά: 4 oC Εντόσθια: 3 oC Ιχθυώδη: 2 oC

Βασικές αρχές για την διατήρηση της ποιότητας των εψυγμένων τροφίμων Προϊόν – Επεξεργασία – Συσκευασία (Product – Process – Package , PPP) Χρόνος – Θερμοκρασία – «Αντοχή» (Time – Temperature – Tolerance , TTT)

Βασικές αρχές για την διατήρηση της ποιότητας των εψυγμένων τροφίμων Προϊόν – Επεξεργασία – Συσκευασία (Product – Process – Package , PPP) Προϊόν Καλή ποιότητα α΄ ύλης Καλή ποιότητα προσθέτων Ταχύτητα και ρυθμός ψύξης όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα και ο ρυθμός ψύξης για τα τρόφιμα τόσο καλύτερα για την τελική ποιότητα των τροφίμων

Βασικές αρχές για την διατήρηση της ποιότητας των εψυγμένων τροφίμων Προϊόν – Επεξεργασία – Συσκευασία (Product – Process – Package , PPP) Επεξεργασία Συνήθως επιφέρει μείωση του μικροβιολογικού φορτίου Η επεξεργασία μπορεί να είναι θερμική, μπορεί και όχι Συσκευασία Συχνά μπορεί να περιορίσει την μικροβιολογική ανάπτυξη συγκεκριμένων μικροοργανισμών, ανάλογα με το είδος της («κενού», «τροποποιημένη»)

Βασικές αρχές για την διατήρηση της ποιότητας των εψυγμένων τροφίμων Χρόνος – Θερμοκρασία – «Αντοχή» (Time – Temperature – Tolerance , TTT) Χρόνος Όσο περνά ο χρόνος, τόσο υποβαθμίζεται η ποιότητα του προϊόντος Θερμοκρασία Πρέπει το προϊόν να διατηρείται σε θερμοκρασίες ψύξης (< 6 οC) συνεχώς «Ανθεκτικότητα» Με την «ανθεκτικότητα» εννοείται το πόσο εύκολα ή όχι αλλοιώνεται ένα προϊόν (π.χ. τα ιχθυώδη αλλοιώνονται πολύ εύκολα)

«Αλυσίδα ψύξης» Τί είναι η «αλυσίδα ψύξης» ; Ίσως ότι πιό σημαντικό στην Ποιοτική σταθερότητα των εψυγμένων προιόντων, κυρίως την μικροβιολογική Η διάρκεια ζωής (shelf – life) των εψυγμένων προιόντων εξαρτάται από αρκετές παραμέτους κυρίως όμως από: Την έκταση και την ένταση των διακυμάνσεων «θερμοκρασία / χρόνος» (time / temperature fluctuations)

Θερμοκρασιακές διακυμάνσεις Τί είναι οι «θερμοκρασιακές διακυμάνσεις» ; Η ιδανική κατάσταση είναι να μην «σπάει» η αλυσίδα ψύξης, δηλαδή η θερμοκρασία να παραμένει σταθερή σε συγκεκριμένα θερμοκρασιακά όρια, ανάλογα με το προϊόν Όμως είναι πολύ συνηθισμένο, τα προϊόντα να εκθέτονται σε θερμοκρασίες εκτός των ορίων «ψύξης». Ένταση των θερμοκρασιακών διακυμάνσεων: όσο υψηλότερα «ξεφεύγει» η θερμοκρασία από τα όρια της ψύξης τόσο μειώνεται η διάρκεια ζωής των εψυγμένων προϊόντων. Έκταση των θερμοκρασιακών διακυμάνσεων: όσο μεγαλύτερο είναι το χρονικό διάστημα για το οποίο «ξεφεύγει» η θερμοκρασία από τα όρια της ψύξης τόσο μειώνεται η διάρκεια ζωής των εψυγμένων προϊόντων.

Αρχικός Πληθυσμός βακτηρίων (cfu/g) Θερμοκρασιακές διακυμάνσεις Σημαντική μείωση της διάρκειας ζωής των προϊόντων Αλλοίωση του κρέατος Χρόνος (εβδομάδες) Αρχικός Πληθυσμός βακτηρίων (cfu/g)

Θερμοκρασιακές διακυμάνσεις Ορισμένα παραδείγματα «θερμοκρασιακών διακυμάνσεων»; Μεταφορά εντός ψυγείων όπου η θερμοκρασία δεν είναι μεταξύ των προβλεπομένων ορίων (π.χ. > 7 oC) Άφεση εψυγμένων προϊόντων (π.χ. παστεριωμένο γάλα) εκτός ψυγείου και καθυστερημένη εισαγωγή στα ψυγεία

Η θερμοκρασία επηρεάζει το είδος των μικροοργανισμών που αναπτύσσονται στο τρόφιμο Σε διαφορετικές θερμοκρασίες μπορεί να αλλάζει η μικροχλωρίδα ενός τροφίμου Στο νωπό γάλα στους 10οC κυριαρχούν βακτήρια του γαλακτικού οξέως Στο νωπό γάλα στους 0οC κυριαρχούν βακτήρια αρνητικά κατά gram ψυχρότροφα

Μια αύξηση της θερμοκρασίας μόνο κατά λίγους βαθμούς μπορεί να αυξήσει δραματικά τους ρυθμούς της μικροβιακής αύξησης. Τρόφιμα που βρίσκονται στο ψυγείο μπορούν να αλλοιωθούν πολύ γρήγορα εάν οι αρχικοί μικροβιακοί τους πληθυσμοί είναι υψηλοί. Καθώς οι θερμοκρασιακές απαιτήσεις διαφέρουν μεταξύ των διαφόρων μικροβίων, η ψύξη μπορεί να μεταβάλει τη σύνθεση του μικροβιακού πληθυσμού.

Επίδραση της ψύξης στους μικροοργανισμούς Όσο μειώνεται η θερμοκρασία από την άριστη, μειώνεται ο ρυθμός ανάπτυξης του μικροοργανισμού και επομένως αυξάνεται η φάση προσαρμογής (lag phase) στην καμπύλη ανάπτυξης. 20oC 12oC 4oC 8oC Επίδραση των διαφορετικών θερμοκρασιών αποθήκευσης στην ανάπτυξη της Listeria monocytogenes

Τα ψυχρότροφα μπορούν να αναπτυχθούν σε ψύξη αλλά με πιο αργούς ρυθμούς και επομένως καθυστερείται η αλλοίωση Παράδειγμα: Μία Pseudomonas που έχει απομονωθεί από ψάρι είχε χρόνο διπλασιασμού: 6,7 ώρες στους 5oC 26,6 ώρες στους 0oC

Τα κύτταρα μικροοργανισμών μπορεί να καταστραφούν ή να τραυματιστούν με την ταχεία ψύξη μίας καλλιέργειας στους 0οC Τα gram θετικά (πχ Bacillus, Clostridium) είναι πιο ανθεκτικά από τα gram αρνητικά (πχ Pseudomonas, Salmonella, Enterobacter) Τα ψυχρότροφα είναι πιο ανθεκτικά στην ψύξη

Ψυχρό σοκ (cold shock): η έκθεση ενός μικροοργανισμού σε ταχεία ψύξη στους 0oC θανατώνει και τραυματίζει ένα ποσοστό των μικροοργανισμών. Εξαρτάται από: Είδος μικροοργανισμού (τα gram θετικά είναι πιο ανθεκτικά από τα gram αρνητικά) Μικροβιακή συγκέντρωση Φάση ανάπτυξης (τα κύτταρα στην εκθετική φάση είναι πιο ευαίσθητα σε σχέση με εκείνα στην στατική φάση) Διαφορά θερμοκρασίας και ρυθμός ψύξης (όσο μεγαλύτερος τόσο μεγαλύτερος ο τραυματισμός Τον χρόνο παραμονής του μικροοργανισμού σε χαμηλές θερμοκρασίες το υπόστρωμα (όσο περισσότερα θρεπτικά συστατικά υπάρχουν τόσο περισσότερο μπορούν να αντέξουν τα κύτταρα)

«ψυχρό σοκ» Το ψυχρό σοκ οφείλεται στην καταστροφή της κυτταρικής μεμβράνης Τα λιπίδια της κυτταρικής μεμβράνης υφίστανται μία αλλαγή φάσης, από ρευστό μωσαϊκό σε συμπαγές πήκτωμα που περιορίζει την διέλευση συστατικών. Δημιουργούνται υδρόφιλοι πόροι από όπου διαρρέουν τα κυτταροπλασματικά συστατικά

Κατά την ψύξη των τροφίμων μπορεί να τραυματιστούν τα κύτταρα των ευαίσθητων στην ψύξη μικροργανισμών (πχ E.coli, Salmonella) σε βαθμό που να μην μπορούν να επαναδραστηριοποιηθούν όταν βρεθούν σε κατάλληλο εκλεκτικό θρεπτικό υπόστρωμα.

Παράγοντες που επηρεάζουν την ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης των μ.ο. Θρεπτικά συστατικά pH Ενεργότητα νερού Κατάσταση των κυττάρων του μ.ο.

Παράγοντες που επηρεάζουν την ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης των μ.ο. Θρεπτικά συστατικά Τα πλούσια υποστρώματα μειώνουν την ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης Ενεργότητα νερού Η μείωση της ενεργότητας νερού αυξάνει την ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης Πρακτικό παράδειγμα: Προσθήκη NaCl σε τρόφιμα όχι μόνο μειώνει το διαθέσιμο για τους μ.ο. νερό αλλά αυξάνει και την ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξής τους. Το αντίστροφο ισχύει για τους αλόφιλους μ.ο. (!)

Παράγοντες που επηρεάζουν την ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης των μ.ο. pH Η μείωση του pH, αυξάνει την ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης των μ.ο. Φυσιολογία των κυττάρων του μ.ο. Τα τραυματισμένα κύτταρα (π.χ. χαμηλό pH, συντηρητικά, θερμική επεξεργασία) έχουν υψηλότερη ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης

της ελάχιστης θερμοκρασίας ανάπτυξης Παράγοντες που επηρεάζουν την ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης των μ.ο. Συνδυασμός παραγόντων Μείωση ενεργότητας νερού (προσθήκη NaCl) Μείωση pH Θερμική επεξεργασία/ προσθήκη συντηρητικών Αύξηση της ελάχιστης θερμοκρασίας ανάπτυξης

Παράγοντες που επηρεάζουν την ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης των μ.ο. Τελικά ποιά είναι η ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης των μ.ο.; Τυπικά μπορεί να ορισθεί σαν την θερμοκρασία εκείνη στην οποία ο μικροοργανισμός αναπτύσσεται όταν όλοι οι άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη του είναι στο άριστό τους για τον συγκεκριμένο μικροοργανισμό. Διαφορετικά εξαρτάται από τις υπόλοιπες συνθήκες ανάπτυξης Παράδειγμα: ελάχιστη θερμοκρασίας ανάπτυξης Enterobacter aerogenes Όταν aw=0,97 (άριστη τιμή για τον E. aerogenes) τότε αναστέλλεται η ανάπτυξη του στους 5οC Όταν aw=0,955 τότε αναστέλλεται λίγο κάτω από τους 20οC Όταν aw=0,950 τότε αναστέλλεται λίγο κάτω από τους 30οC

Η μείωση της θερμοκρασίας ως μέσο συντήρησης Αυξάνει την φάση προσαρμογής των μ.ο. (lag phase) Πληθυσμός 22 οC 12 οC 4 οC lag phase Χρόνος 10 ημέρες 5 ημέρες

Η μείωση της θερμοκρασίας ως μέσο συντήρησης Επίδραση των χαμηλών θερμοκρασιών στη μορφολογία των μ.ο. Αύξηση του μεγέθους των κυττάρων των μ.ο Σχηματισμός μαστιγίων των μ.ο (πχ Escherichia coli, Salmonella) Διπλό κυτταρικό τοίχωμα (πχ Bacillus subtilis)

Η μείωση της θερμοκρασίας ως μέσο συντήρησης Επίδραση των χαμηλών θερμοκρασιών στη φυσιολογία των μ.ο. Αύξηση της παραγωγής χρωστικών Αύξηση της παραγωγής πολυσακχαριτών Διαφοροποιήσεις του μεταβολισμού (π.χ. παραγωγή αερίου σε χαμηλές θερμοκρασίες) Όσο μειώνεται η θερμοκρασία αυξάνεται το ποσοστό των ακόρεστων λιπαρών οξέων στα λιπίδια της κυτταρικής μεμβράνης

Η μείωση της θερμοκρασίας ως μέσο συντήρησης Επίδραση των χαμηλών θερμοκρασιών στη φυσιολογία των μ.ο. Σε χαμηλές θερμοκρασίες αυξάνεται η μεταβολική δραστηριότητα ορισμένων μ.ο. Χαρακτηριστικά παραδείγματα: 1] Η δράση πρωτεολυτικών βακτηρίων είναι εντονότερη στους 5οC πάρα στους 30οC 2] Οι ψευδομονάδες παράγουν πολύ μεγαλύτερες συγκεντρώσεις (ανεπιθύμητων) πρωτεολυτικών και λιπολυτικών ενζύμων σε θερμοκρασίες σημαντικά χαμηλότερες από την άριστη. Αποτέλεσμα: Χαμηλός πληθυσμός ΟΜΧ ή Ψυχρότροφων αλλά ΑΛΛΟΙΩΜΕΝΟ προϊόν

Βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής των εψυγμένων προϊόντων Αρχικό μικροβιακό φορτίο Όσο χαμηλότερο το αρχικό μικροβιακό φορτίο, τόσο περισσότερο μπορεί να επιμηκυνθεί η διάρκεια ζωής των προϊόντων αυτών Επεξεργασία, συσκευασία Η διάρκεια ζωής επιμηκύνεται αν εκτός από την ψύξη, υπάρχει και άλλο αντιμικροβιακό εμπόδιο (π.χ. pH, aw , συντηρητικά). Το είδος της συσκευασίας επηρεάζει σημαντικά το είδος της μικροχλωρίδας Αλυσίδα ψύξης Να διακόπτεται κατά το δυνατόν λιγότερο

Η ψύξη είναι το μοναδικό μέσο συντήρησης ; Μικροβιολογία τροφίμων που συντηρούνται υπό ψύξη Ποιές αλλοιώσεις θα πρέπει να αναμένονται στα τρόφιμα που συντηρούνται υπό ψύξη ; Η ψύξη είναι το μοναδικό μέσο συντήρησης ; Επεξεργασία Θέρμανση ΟΧΙ pH, aw, ΝΑΙ Eh, Ανταγωνιστικές Καλλιέργειες. Εύκολα αλλοιώσιμα τρόφιμα, πχ ιχθυώδη

Επίδραση της κατάψυξης στους μικροοργανισμούς Στα κατεψυγμένα τρόφιμα επιδιώκεται η καταστροφή του μέγιστου αριθμού κυττάρων των μικροοργανισμών χωρίς ταυτόχρονη μεταβολή των οργανοληπτικών και φυσικοχημικών χαρακτηριστικών των τροφίμων

Επίδραση της κατάψυξης στους μικροοργανισμούς

Επίδραση της κατάψυξης στους μικροοργανισμούς Τα τρόφιμα αρχίζουν και παγώνουν από -0,5οC ως -3οC (το σημείο πήξης είναι χαμηλότερο από του καθαρού νερού λόγω παρουσίας διαλυτών) Καθώς μετατρέπεται το νερό σε πάγο, η συγκέντρωση των διαλυμένων ουσιών αυξάνεται και επομένως μειώνεται ακόμη περισσότερο το σημείο τήξης, έτσι ακόμη και σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, πχ -60οC μπορεί να έχει παραμείνει νερό σε υγρή μορφή      

Παράγοντες που επηρεάζουν την ανθεκτικότητα των μικροοργανισμών στην κατάψυξη Ρυθμός κατάψυξης: Ο αργός ρυθμός συρρικνώνει και παραμορφώνει τα κύτταρα Με γρήγορο ρυθμό επιβιώνει ο μέγιστος αριθμός κυττάρων γρήγορος ρυθμός αργός ρυθμός

Κατάψυξη κυττάρων με αργό ρυθμό: οι παγοκρύσταλλοι σχηματίζονται εξωτερικά δημιουργώντας υπέρτονο περιβάλλον (υψηλότερη συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών έξω από το κύτταρο απ΄ότι μέσα στο κύτταρο) με αποτέλεσμα λόγω όσμωσης το νερό να μετακινηθεί από το εσωτερικό του κυττάρου προς τα έξω και το κύτταρο να συρρικνωθεί Θερμοκρασία 37οC Θερμοκρασία 0οC Κρύσταλλοι πάγου σχηματίζονται εξωκυτταρικά εξωκυτταρικό υγρό Το Η2Ο απομακρύνεται από το εξωκυττάριο υγρό δημιουργώντας υπέρτονο περιβάλλον και λόγω όσμωσης το Η2Ο μετακινείται από το κύτταρο προς τα έξω ενδοκυτταρικό υγρό Θερμοκρασία -10οC Θερμοκρασία -5οC Το εξωκυττάριο Η2Ο μειώνεται συνέχεια παγοκρύσταλλοι αυξάνονται Η συνεχής απώλεια νερού από το κύτταρο προκαλεί συρρίκνωση του κυττάρου και καταστροφή της κυτταρικής μεμβράνης

Η αργή κατάψυξη προκαλεί μεγαλύτερη θανάτωση των μικροοργανισμών γιατί εκτίθενται σε υψηλή συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών (υπέρτονο περιβάλλον) για μακρύτερο χρονικό διάστημα. Δηλαδή οι μικροοργανισμοί εκτίθενται σε ωσμωτικά φαινόμενα που προκαλούν φθορά για σχετικά μακρύ χρονικό διάστημα. Αντίθετα, οι αυξημένοι ρυθμοί κατάψυξης (ταχεία κατάψυξη) μειώνουν τη διάρκεια των ωσμωτικών φαινομένων. Έτσι αυξάνεται η μικροβιακή επιβίωση Δηλαδή οι μικροοργανισμοί επιβιώνουν καλύτερα όταν ένα τρόφιμο καταψύχεται γρήγορα

Στην βιομηχανία: Η ταχύτερη κατάψυξη οδηγεί σε υψηλότερη ποιότητα επομένως επιλέγεται η γρήγορη κατάψυξη για να διατηρηθούν καλύτερα τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του τροφίμου παρόλο που οι μικροοργανισμοί μπορεί να επιβιώσουν καλύτερα

Η κατάψυξη χρησιμοποιείται και ως μέθοδος συντήρησης πρότυπων καλλιεργειών μικροοργανισμών για ερευνητικούς ή βιομηχανικούς σκοπούς

Επίδραση των αλάτων Παρουσία NaCl και άλλων αλάτων μειώνεται το σημείο πήξης και τα κύτταρα παθαίνουν μεγαλύτερο ωσμωτικό στρες γιατί βρίσκονται σε διάλυμα υψηλής συγκέντρωσης (υπέρτονο) Κάποιοι μικροοργανισμοί είναι πιο ευαίσθητοι στην κατάψυξη παρουσία αλάτων (E.coli, Salmonella, Enterobacter, Lactobacillus) και άλλοι πιο ανθεκτικοί (Staphylococcus, Saccharomyces cerevisiae)

Προστατευτικές ουσίες Ενώσεις όπως Γλουταμινικό νάτριο Σακχαρόζη Γλυκερόλη Ζελατίνη Τρεαλόζη Προστατεύουν τους μικροοργανισμούς κατά την κατάψυξη (κρυοπροστατευτικές ουσίες)

Κάθε είδος μικροοργανισμού παρουσιάζει διαφορετική ανθεκτικότητα Σειρά ανθεκτικότητας στην κατάψυξη Ζύμες Μύκητες gram θετικά gram αρνητικά Πιο ανθεκτικά Λιγότερο ανθεκτικά

Επίδραση του pH στην ανθεκτικότητα:

Δράση ενζύμων στην κατάψυξη Σε θερμοκρασίες κατάψυξης δεν είναι δυνατή η μικροβιακή ανάπτυξη (<-10οC) Μπορεί όμως να υπάρχει υπολειμματική δράση από μικροβιακά ένζυμα ή ένζυμα ενδογενή (δηλ που υπάρχουν στο τρόφιμο), πχ. λιπάσες ή πρωτεάσες, τα οποία μπορεί να προκαλέσουν αλλοίωση του τροφίμου

Η απενεργοποίηση των ενζύμων μειώνει την υπολειμματική τους δράση Για παράδειγμα, σε φρούτα και λαχανικά πριν την κατάψυξη εφαρμόζεται ζεμάτισμα για την απενεργοποίηση των ενδογενών ενζύμων (πολυφαινολική οξειδάση) που προκαλούν αποχρωματισμό των προιόντων Οι πολυφαινολικές οξειδάσες (PPO= polyphenol oxidases) είναι ένζυμα που βρίσκονται στους χλωροπλάστες και τα μιτοχόνδρια των κυττάρων των φυτών. Παρουσία οξυγόνου καταλύουν την μετατροπή των φαινολών σε έγχρωμα προιόντα που ονομάζονται κινόνες Τα ένζυμα αυτά είναι υπεύθυνα για την ενζυμική αμαύρωση (μαύρισμα) των φρούτων και λαχανικών

Freezer burn Μία μη μικροβιολογική αλλοίωση που μπορεί να προκύψει σε κατεψυγμένα τρόφιμα όπως κρέας οφείλεται στην εξάχνωση του νερού από το τρόφιμο (όταν οι κρύσταλλοι του πάγου μετατρέπονται σε αέριο και μεταφέρονται στις ψυχρές επιφάνειες του καταψύκτη) Η εξάχνωση του νερού αφήνει πίσω της στο τρόφιμο μικρές κοιλότητες, αυξάνοντας την διαθέσιμη επιφάνεια που έρχεται σε επαφή με το οξυγόνο και επιταχύνοντας την οξείδωση των λιπών δημιουργώντας αποχρωματισμό της επιφάνειας και άλλες αλλοιώσεις

Μείωση της ενεργότητας νερού στα κατεψυγμένα τρόφιμα Η χαμηλή θερμοκρασία δεν είναι ο μόνος ανασταλτικός παράγοντας για την ανάπτυξη των μικροοργανισμών στα κατεψυγμένα τρόφιμα Ένας ακόμη ανασταλτικός (παρεμποδιστικός) παράγοντας είναι η μείωση της ενεργότητας του νερού λόγω της απομάκρυνσης του νερού σε μορφή πάγου

Επίδραση της κατάψυξης στην ενεργότητα νερού Επίδραση της κατάψυξης στην ενεργότητα νερού Μικροβιολογική ανάπτυξη είναι δυνατή σε θερμοκρασία πάνω από -10οC Η μικροχλωρίδα των κατεψυγμένων τροφίμων αποτελείται από τους πιο ανθεκτικούς μικροοργανισμούς της αρχικής τους μικροχλωρίδας Είναι κυρίως ψυχρότροφοι και ανθεκτικοί σε χαμηλές aw Θερμοκρασία (οC) Ενεργότητα νερού aw 1 -5 0,953 -10 0,907 -15 0,864 -20 0,823 -40 0,68

Μικροοργανισμοί που επιβιώνουν κατά την διατήρηση των τροφίμων στην κατάψυξη Τα σπόρια είναι πολύ ανθεκτικά στην κατάψυξη και επιβιώνουν Οι τοξίνες του Staphylococcus aureus και Clostridium botulinum δεν επηρεάζονται από την κατάψυξη

Οι θετικοί κατά gram που μπορεί να επιβιώσουν στην κατάψυξη είναι: Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Staphylococcus, Micrococcus, Enterococcus, Οι θετικοί κατά gram μπορεί να επιβιώσουν στην κατάψυξη και είναι πιο ανθεκτικοί από τους αρνητικούς κατά gram

Οι αρνητικοί κατά gram που μπορεί να επιβιώσουν είναι Escherichia, Pseudomonas, Vibrio, Salmonella ειδικά αν ο πληθυσμός τους είναι υψηλός πριν την κατάψυξη του τροφίμου

Παρόλο που η κατάψυξη και η συντήρηση σε κατάψυξη μειώνουν τη μικροβιακή βιωσιμότητα, η κατάψυξη δεν θεωρείται ότι είναι μια διαδικασία καταστροφής μκροοργανισμών. Υπό ορισμένες συνθήκες, οι επιζήσαντες οργανισμοί μπορούν να αναπτυχθούν κατά τη διάρκεια της απόψυξης. Τα επίπεδά τους τότε μπορεί να φτάσουν ή να ξεπεράσουν τα επίπεδα που είχαν πριν την κατάψυξη

Επομένως η κατάψυξη δεν καθιστά ένα μη ασφαλές τρόφιμο (που περιέχει πχ υψηλό αριθμό παθογόνων μικροοργανισμών) ασφαλές. Παράδειγμα: Τα κατεψυγμένα κοτόπουλα μπορεί να αποτελέσουν σημαντική πηγή Salmonella

απόψυξη Η απόψυξη απελευθερώνει ένα διάλυμα πλούσιο σε θρεπτικά συστατικά από τα κύτταρα του τροφίμου. Κατά την απόψυξη, τα μικρόβια μπορούν να διαπεράσουν τον φθαρμένο ιστό του τροφίμου με μεγαλύτερη ευκολία ενώ η υγρασία συμπυκνώνεται πάνω στην επιφάνεια του τροφίμου. Αυτές οι συνθήκες ευνοούν τη μικροβιακή ανάπτυξη. Τα αποψυγμένα προϊόντα είναι ιδιαίτερα ευάλωτα στην ταχεία μικροβιακή αλλοίωση. Η εκ νέου κατάψυξη αποψυγμένων προϊόντων μπορεί να είναι επικίνδυνη.

Ανάπτυξη των μικροοργανισμών κατά την απόψυξη των τροφίμων Εξαρτάται από τον αριθμό και είδος των μικροοργανισμών που έχουν επιβιώσει κατά την κατάψυξη το είδος τροφίμου Η θερμοκρασία των 10oC θεωρείται η πιο κατάλληλη για την απόψυξη Υψηλότερες θερμοκρασίες μπορεί να ευνοήσουν την ανάπτυξη παθογόνων ή αλλοιωγόνων μικροοργανισμών

Η συμπύκνωση υδρατμών στο τρόφιμο κατά την απόψυξη συγκεντρώνει υγρασία στο συσκευασμένο τρόφιμο, δημιουργώντας πιο ευνοϊκό περιβάλλον για ανάπτυξη μικροοργανισμών Κατά την κατάψυξη έχουν καταστραφεί οι περισσότεροι μεσόφιλοι και θερμοφιλοι μικροοργανισμοί και έχουν απομείνει περισσότεροι ψυχρότροφοι και επομένως μετά την απόψυξη το τρόφιμο μπορεί να είναι πιο ευαλλοίωτο (επειδή οι περισσότεροι μικροοργανισμοί που προκαλούν αλλοιώσεις είναι ψυχρότροφοι)