Ενότητα 8: Μικροβιολογία προϊόντων που υφίστανται ακτινοβόληση

Παρουσίαση με θέμα: "Ενότητα 8: Μικροβιολογία προϊόντων που υφίστανται ακτινοβόληση"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ενότητα 8: Μικροβιολογία προϊόντων που υφίστανται ακτινοβόληση
Μικροβιολογία Τροφίμων και Μικροβιολογική Ανάλυση Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής

2 ακτινοβολία ιονισμού: χρησιμοποιείται στην συντήρηση τροφίμων
Η ακτινοβολία ιονισμού μπορεί να παστεριώσει ή να αποστειρώσει τρόφιμα χωρίς απώλεια της ποιότητάς τους. Με την παρεμπόδιση της αναπαραγωγής των μικροοργανισμών, εντόμων και φυτών, η ακτινοβόληση σταθεροποιεί τα τρόφιμα

3

4 Εφαρμογές της ακτινοβολίας ιονισμού στη συντήρηση
Επίδραση Αποτελέσματα Παρεμποδίζει τη βλάστηση Αυξημένος χρόνος ζωής των βολβών Μειώνει τη «μεθωρίμανση» Αυξημένος χρόνος ζωής φρούτων και λαχανικών Σκοτώνει έντομα Απολύμανση των τροφίμων από έντομα Μειώνει τους μικροβιακούς πληθυσμούς Μειωμένη μόλυνση των τροφίμων, αυξημένος χρόνος ζωής των τροφίμων, πρόληψη τροφικών δηλητηριάσεων

5 Σημασία ακτινοβόλησης
Σε περιοχές όπου απουσιάζουν οι υποδομές μεταφοράς και ψύξης, η ακτινοβόληση μπορεί να αυξήσει την συντήρηση των τροφίμων. Επίσης, σε χώρες όπου η ψύξη είναι διαδεδομένη αλλά οργανισμοί όπως οι L. monocytogenes, Salmonella enteritidis και Escherichia coli O157:H7 είναι προβληματικοί, το ωμό κρέας μπορεί να παστεριωθεί μέσω ακτινοβόλησης.

6 Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

7 Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία
Για την ακτινοβόληση των τροφίμων χρησιμοποιείται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία υψηλής ενέργειας (ακτίνες γ από 60Co ή 137Cs ή ακτίνες Χ), με ενέργειες μέχρι 5 μεγαηλεκτρονιακά volt (MeV) ή ηλεκτρόνια από επιταχυντές ηλεκτρονίων με ενέργειες μέχρι 10 MeV. Αυτή η ακτινοβολία αυξάνει τη σταθερότητα του τροφίμου, δεν καθιστά το τρόφιμο ραδιενεργό και είναι εμπορικώς διαθέσιμη

8 Ακτινοβολία Ιονισμού (Ιονίζουσα ακτινοβολία)
Η ακτινοβολία ιονισμού δρα στα κύτταρα διασπώντας το DNA, που είναι ο πιο κρίσιμος στόχος. Χρησιμοποιείται κυρίως για να σκοτώνει τους μικροοργανισμούς. Η ακτινοβολία ιονισμού διαθέτει υψηλή ενέργεια και διεισδυτική δύναμη. Η θνησιμότητα προκαλείται μέσω της καταστροφής του DNA και της παραγωγής ελευθέρων ριζών. Οι ελεύθερες ρίζες καταστρέφουν τη μεμβράνη και άλλες κυτταρικές δομές. Οι πρωτεΐνες και η ενζυμική δραστικότητα δεν επηρεάζονται, έτσι τα ακτινοβολημένα τρόφιμα μπορούν να υποστούν ενζυμική αλλοίωση.

9 Ευαισθησία οργανισμών στην ακτινοβολία
Η ευαισθησία ενός οργανισμού στην ακτινοβολία είναι αντιστρόφως ανάλογη προς το μέγεθος και την πολυπλοκότητά του Οι μεγαλύτεροι οργανισμοί είναι περισσότερο ευαίσθητοι στην ακτινοβολία, επειδή είναι πολυπλοκότεροι και έχουν μεγαλύτερα DNA- στόχους σε σχέση με τους μικρότερους οργανισμούς. Οι ευαισθησίες στην ακτινοβολία παρόμοιων οργανισμών μπορεί να διαφέρουν λόγω διαφορών στις χημικές και φυσικές δομές τους, και στις ικανότητές τους να επιδιορθώνουν τις φθορές που προκαλούνται από την ακτινοβόληση.

10 Μονάδες ακτινοβολίας ιονισμού
Gray (Gy): η μονάδα ενέργειας που προσροφάται σε ένα τρόφιμο που έχει υποστεί την επίδραση ακτινοβολίας ιονισμού 1Gy=100 rad 1kGy=1000Gy=105 rad 1 rad ισοδυναμεί με 100 ergs απόλυτης ενέργειας που προσροφάται ανά g υλικού

11 Θανατηφόρες δόσεις ακτινοβολίας κατά προσέγγιση, για διάφορους οργανισμούς
Οργανισμός Δόση (kGy) Ανώτερα ζώα 0,1 Έντομα 1,0 Μη σπορογόνα βακτήρια 10 Βακτηριακά σπόρια 50 Ιοί 100

12 Τρόπος δράσης της ακτινοβολίας
Η ακτινοβολία ιονισμού σκοτώνει τα μικρόβια καταστρέφοντας το DNA. άμεση επίδραση: στο DNA μέσω της ακτίνας ιονισμού με διάσπαση του φωσφοδιεστερικού σκελετού στη μία ή, λιγότερο συχνά, και στις δύο αλυσίδες του DNA.

13 Έμμεση επίδραση: προκαλείται μέσω ραδιολυτικών προϊόντων άλλων μορίων και συγκεκριμένα ελευθέρων ριζών που σχηματίζονται από το νερό. μέσω των κύριων ριζών *Η, *ΟΗ και eaq- του νερού. Η σημαντικότερη από αυτές τις ρίζες είναι η ρίζα *ΟΗ.. Οι ρίζες *ΟΗ., οι οποίες σχηματίζονται στο στρώμα ενυδάτωσης γύρω από το μόριο του DNA, ευθύνονται για το 90% της φθοράς του DNA. Έτσι, τα έμμεσα αποτελέσματα της ακτινοβόλησης προκαλούν τη μεγαλύτερη φθορά στα ζωντανά κύτταρα.

14 Άμεση και έμμεση επίδραση της ακτινοβολίας ιοντισμού

15 Παράγοντες που επάγουν τον σχηματισμό ελεύθερων ριζών

16 Οι περισσότεροι μικροοργανισμοί μπορούν να επιδιορθώσουν τα ρήγματα στη μία αλυσίδα του DNA.
Οργανισμοί που είναι ευαίσθητοι στην ακτινοβολία, όπως η E. coli, δεν μπορούν να επιδιορθώσουν ρήγματα και στις δύο αλυσίδες.

17 Ανθεκτικότητα μικροοργανισμών σε ιοντίζουσα ακτινοβολία
Τα gram αρνητικά βακτήρια, συμπεριλαμβανομένων των αλλοιογόνων οργανισμών και των παθογόνων ειδών, είναι γενικώς πιο ευαίσθητα σε σχέση με τα βλαστικά gram θετικά βακτήρια. βακτηριακά σπόρια: είναι πιο ανθεκτικά από τις βλαστικές μορφές Η χαμηλή υδατοπεριεκτικότητα των βακτηριακών σπορίων είναι ένας βασικός παράγοντας για την ανθεκτικότητά τους στην ακτινοβολία. Κατά τη εκβλάστηση, η υδατοπεριεκτικότητα του σπορίου αυξάνει και η ανθεκτικότητα στην ακτινοβολία εξαφανίζεται. Τοξίνες: η σταφυλοκοκκική εντεροτοξίνη και η τοξίνη βοτουλισμού παρουσιάζουν μεγαλύτερη ανθεκτικότητα από τα σπόρια

18 ανθεκτικά είδη βλαστικών μορφών μικροοργανισμών
Οι πιο ανθεκτικές βλαστικές μορφές βακτηρίων είναι σπάνιες και αντιπροσωπεύονται από το: Deinobacter spp., Deinococcus spp (παλαιότερα Micrococcus) Deinococcus radiodurans ιδιαιτέρως ανθεκτικά είδη που μπορούν να επιδιορθώσουν ρήγματα στη αλυσίδα του DNA..

19 Η ευαισθησία πολλών νηματοειδών μυκήτων (μουχλών) στην ακτινοβολία είναι παρόμοια με εκείνη των βλαστικών βακτηρίων. Ωστόσο, μύκητες με χρωματιστές υφές παρουσιάζουν ανθεκτικότητα στην ακτινοβολία παρόμοια με εκείνη των βακτηριακών σπορίων. Οι ζύμες είναι ανθεκτικές όσο και τα ανθεκτικότερα βακτήρια. Επειδή οι ιοί είναι πολύ μικροί και απλοί, είναι εξαιρετικά ανθεκτικοί στην ακτινοβολία.

20 Ανθεκτικότητα μικροοργανισμών σε γ-ακτινοβολία
Η καταστρεπτική δράση της ακτινοβολίας αναπαριστάται με το διάγραμμα του λογαρίθμου του αριθμού των οργανισμών που επιβίωσαν έναντι της δόσης ακτινοβολίας Το κύρτωμα μπορεί να εξηγηθεί από την ικανότητα των μικροβίων να επιδιορθώνουν φθορές από χαμηλές δόσεις.

21 Η ευαισθησία των μικροβιακών πληθυσμών στην ακτινοβολία εκφράζεται μέσω της δόσης δεκαδικής μείωσης (τιμή D10 δόση ακτινοβόλησης η οποία είναι ικανή να μειώσει τον πληθυσμό των μικροοργανισμών κατά 1 λογαριθμικό κύκλο δηλ κατά 90%). Αυτή είναι εννοιολογικά όμοια με τη μέτρηση της θερμοανθεκτικότητας. Όταν η καμπύλη δόσης-επιβίωσης είναι γραμμική, η D10 είναι το αντίστροφο της κλίσης της: D10 = δόση ακτινοβόλησης σε kGy / (log N0 – log N) όπου N0 είναι ο αρχικός αριθμός των οργανισμών και Ν είναι ο αριθμός των οργανισμών που επιβιώνουν της δόσης ακτινοβόλησης.

22 Βασικές Τεχνολογικές Αρχές
Η ακτινοβόληση χρειάζεται μια ελάχιστη δόση για να είναι αποτελεσματική. Σε ορισμένες περιπτώσεις, χρειάζεται να ακτινοβοληθεί μόνο η επιφάνεια του τροφίμου. Σε άλλες, πρέπει να δεχτεί την επεξεργασία ολόκληρο το τρόφιμο.

23 radurization (παστερίωση με ακτινοβολία)
Εξαφανίζει τα παθογόνα αλλά επίσης μειώνει τον αριθμό των αλλοιωγόνων μικροοργανισμών στα τρόφιμα, επεκτείνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής του. Σχετικά υψηλές δόσεις, οι οποίες φτάνουν τα 5 kilogray (kGy), μπορούν να εξαφανίσουν τους αλλοιωγόνους οργανισμούς. Τα ανθεκτικότερα και μεταβολικά λιγότερο ενεργητικά είδη, όπως η ανθεκτική Moraxella spp., τα γαλακτικά βακτήρια και οι ζύμες, παραμένουν ζωντανά. Κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης στο ψυγείο, οι επιβιώσαντες οργανισμοί αναπτύσσονται πιο αργά σε σχέση με τους φυσιολογικούς αλλοιωγόνους οργανισμούς, αυξάνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής κατά τρεις ή τέσσερις φορές.

24 radappertization (αποστείρωση με ακτινοβολία)
Είναι ανάλογη με την κονσερβοποίηση, παρόλο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οποιοδήποτε υλικό συσκευασίας.

25 Η δόση ακτινοβόλησης καθορίζεται από τον πλέον ανθεκτικό (στην ακτινοβόληση) μικροοργανισμό που μπορεί να σχετίζεται με το εκάστοτε τρόφιμο. Για τα μη όξινα, χαμηλής αλατότητας τρόφιμα, αυτό είναι τα σπόρια τύπου Α του C. botulinum. Σε αναλογία με την κονσερβοποίηση, η ασφάλεια της διαδικασίας radappertization βασίζεται σε μια μείωση της βιωσιμότητας των βοτουλινικών σπορίων κατά 12-D. Η απαιτούμενη δόση είναι ~45 έως 50 kGy για μη όξινα τρόφιμα, χαμηλής αλατότητας. Αφού αυτή βρίσκεται πάνω από τα γενικώς αποδεκτά για όλα τα τρόφιμα 10 kGy και μπορεί να παράγει άσχημη γεύση, η radappertization δεν είναι μια εμπορική διαδικασία.

26 ο χειρισμός με ακτινοβολία δεν σκοτώνει μέσω της θέρμανσης του προϊόντος.
Η μεγαλύτερη δόση που χρησιμοποιείται είναι τα 50 kGy. Αυτή η ποσότητα ενέργειας ισοδυναμεί με ~12 θερμίδες (50 joule [ J]).

27 Απαιτούμενες δόσεις σε εφαρμογές της ακτινοβόλησης τροφίμων
Εφαρμογή Απαιτούμενες δόσεις (kGy) Παρεμπόδιση της βλάστησης (π.χ. σε βολβούς) 0,03-0,12 Εντομολογική απολύμανση σπόρων, αλεύρων, φρέσκων και αποξηραμένων φρούτων, κλπ. 0,2-0,8 Παρασιτολογική απολύμανση κρεάτων 0,1-3,0 Παστερίωση με ακτινοβολία ευπαθών τροφίμων 0,5-10 Παστερίωση με ακτινοβολία κατεψυγμένου κρέατος, πουλερικών, αυγών και άλλων τροφίμων και τροφών 3,0-10 Μείωση ή εξαφάνιση των μικροβιακών πληθυσμών σε συστατικά ξηρών τροφίμων 3,0-20 Αποστείρωση με ακτινοβολία κρεάτων, πουλερικών και ψαριών 25-60

28 Νομοθεσία για τα ακτινοβολημένα τρόφιμα στην ΕΕ

29 Εγκεκριμένα ακτινοβολημένα τρόφιμα (στις ΗΠΑ)
Έτος Εφαρμογή Δόση (kGy) 1963 Εντομολογικός έλεγχος, σιτάρι 0,5 1964 Εκβλάστηση, πατάτες 0,1 1983 Μπαχαρικά 30 1986 Εντομολογικός έλεγχος, ωρίμανση φρούτων και θανάτωση τριχινών στο χοιρινό κρέας 1,0 1990 Έλεγχος παθογόνων σε πουλερικά 1,5-3,0 1997 (FDA) Έλεγχος παθογόνων σε κόκκινα κρέατα 4,5 (φρέσκο) 1999 (USDAβ) 7,0 (κατεψυγμένο) 2000 Αυγά με κέλυφος 3

30 Άλλες Μη Θερμικές Διαδικασίες
Οι μη θερμικές μέθοδοι συντήρησης των τροφίμων έχουν τη δυνατότητα να παράγουν προϊόντα ανώτερης ποιότητας. Όλες λειτουργούν εφαρμόζοντας διαφορετικές μορφές ενέργειας στο τρόφιμο.

31 Μη θερμικές μέθοδοι μικροβιακής απενεργοποίησης στα τρόφιμα
Μέθοδος Αρχή Ενέργεια Εφαρμογές Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Φως UV Διασυνδέει τα μόρια του DNA μέσω διμερών θυμίνης J/cm2 Απολύμανση επιφανείας και αέρα, χυμοί Ξηρή επεξεργασία, δεν εμφανίζει ποιοτικά χαρακτηριστικά θερμικώς επεξεργασμένου τροφίμου Μεταβολές στη δοσολογία ανάλογα με την ηλικία της λάμπας, περιορισμένη διείσδυση Φως υψηλής έντασης Περιέχει ενέργεια UV και επίσης προκαλεί φωτοχημικές αντιδράσεις 0,01-50 J/cm2 Επιφάνειες Ξηρή επεξεργασία, χωρίς υπολείμματα, δεν προκαλεί θέρμανση Περιορισμένη διείσδυση Παλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο Δημιουργεί πόρους και καταστρέφει την ακεραιότητα της μεμβάνης 20-80 kWα/cm Υγρά, αυγά, γάλα Δεν προκαλεί μετουσίωση πρωτεϊνών, αν και είναι θερμαινόμενα προϊόντα Περιορίζεται από τις ηλεκτρικές ιδιότητες του προϊόντος Υδροστατική πίεση Ακαριαία μετάδοση ενέργειας σε ολόκληρο το τρόφιμο προκαλεί δομική φθορά MPaβ Υγρά, μαρμελάδες, χυμοί, σάλτσα γουακαμόλε (αβοκάντο) Κανένα ελάττωμα θέρμανσης, φρέσκο προϊόν υψηλής ποιότητας Καταστρέφει τη δομή του τροφίμου, ασυνεχής διαδικασία

32 Επιφυλάξεις καταναλωτών
Αρχικά υπήρχε επιφυλακτικότητα των καταναλωτών έναντι των ακτινοβολημένων τροφίμων, ίσως επειδή οι καταναλωτές είδαν έναν πιθανό κίνδυνο χωρίς εξισορροπητικό όφελος γι’ αυτούς. Καθώς οι καταναλωτές καταλαβαίνουν σιγά-σιγά το πραγματικό όφελος της ακτινοβόλησης για τη μικροβιακή ασφάλεια, οι υποθετικοί κίνδυνοι γίνονται λιγότερο σημαντικοί και τα ακτινοβολημένα τρόφιμα γίνονται πιο διαδεδομένα στην αγορά.