Gıda mikrobiyolojisi

Mikrobiyoloji, mikroorganizmaları inceleyen biyolojinin alt dallarından biridir. Mikro; gözle görülemeyecek kadar küçük, -biyo; canlı ve -loji; bilim anlamına gelmektedir. Mikrobiyoloji; mikroorganizmaların yapısı, çeşitliliği ve bunların toprak, su, bitki, gıda, hayvan ve insan vücudundaki faaliyetleriyle ilgilenmektedir.
Gıda mikrobiyolojisi ise, gıdayı inhibe eden (gelişimini engelleyen), oluşturan veya kontamine (bulaşma) eden mikroorganizmaların incelenmesini esas almaktadır. Gıdaların doğal yapısında bulunan ve bir süre sonra bozulmaya neden olan mikroorganizmalar; uygun pişirme ve saklama sağlanamayan gıdalardaki hastalık yapıcı patojenler; peynir, yoğurt, ekmek, bira ve şarap gibi fermente gıdalar üretmek için kullanılan mikroplar ve probiyotik üretmek gibi diğer yararlı rollere sahip mikroplar gıda mikrobiyolojisi çatısı altında incelenmektedir.
Tarihçe
Mikroskobun bulunmadan önceki döneminde mikroorganizmalar ile ilgili bir bilgi mevcut değildir. Ancak farklı uygarlıkların yaşam koşulları nedeniyle elde etikleri ürünler olduğu bilinmektedir. Örneğin; bira yapımının ilk kez M. Ö. 5000 - 7000 yıllarında Babil' de uygulandığına dair farklı bulgular mevcuttur.
Sümerlilerin ise tereyağını elde eden ilk kavim oldukları saptanmıştır. Ayrıca Sümerlilerin etleri ve balıkları tuzladıkları da bilinmektedir. M. Ö. 3000 yılında ise Mısırlıların süt, tereyağı ve peyniri kullanmış oldukları bulunmuştur. M. Ö. 1000 civarında ise Romalılar deniz ürünlerinin muhafazasında kardan yararlandıkları bilinmektedir.
M. S. 943 yılında ise Fransa'da ilk gıda zehirlenmesi görülmüştür. Çavdar veya diğer hububatların tüketilmesi sonucu "Claviceps purpurea" ile bulaşmış ve 40.000 kişinin öldüğü belirlenmiştir. Ergotizm diye adlandırılan bu zehirlenmeye daha önceki dönemlerde de rastlanmaktadır. İsviçre'de ise ilk kez etlerin satılabilir veya satılamaz olarak nitelendirilmesi yapılmıştır. 13. yüzyılda etlerin kalitesi artmış olmakla beraber, bu kalite ile mikroorganizmalar arsındaki ilişkisi bilinmemektedir.
Mikroorganizmaları tanımaya yardımcı "mikroskop" kavramı ise ilk olarak 1625 yılında kullanılmıştır.
1632-1723 yıllarında Antony van Leeuwenhoek mikroskobik canlıları mikroskop altında gören ve çizen ilk kişidir.
1822- 1895 yıllarında Louis Pasteur şarap ve biranın bozulma nedenlerinin mikroorganizmalar olduğunu bunun da engellenmesi için ortamların mutlaka Pastörize edilmesi gerekliliğini ortaya koymuştur. Kuduz hastalığının mikrobunu izole etmiş ve kuduz aşısını bulmuştur.
1830 yılında Lister modern mikrobun prensiplerini ortaya koymuştur.
1843- 1910 yıllarında Robert Koch mikroorganizmaları saf halde üretebilmek için katı besiyeri geliştirmiş ve bunları katı besiyerinden izole etmiştir. Bakterileri boyama tekniklerini ve verem hastalığının nedeni olan mikrobun (Mycobacterium tuberculosis) özelliklerini bulmuştur.
1889 yılında Cohn tarafından süt teknolojisinde bugünkü anlamda starter olarak bakterilerin kullanımı gerçekleşmiş ve yararlı etkileri ortaya konmuştur.
1933 yılında ise ilk elektron mikroskobu yapılmıştır. Bu sayede bakteriyofajlar görüntülenmiş ve çalışmalar yapılmıştır.
Besinleri etkileyen bakteri alt grupları
Gıdalardaki bakterilerin incelenmesinde önemli gruplar belirli özelliklere göre alt gruplara ayrılmışlardır. Bu gruplandırmalar taksonomik (canlı sınıflandırmasındaki ) öneme sahip değildir:
◆ Laktik asit bakterileri, laktik asit üretmek için karbonhidratları kullanan bakterilerdir. Ana cinsler Lactococcus (laktakok), Leuconostoc (Lökonostok), Pediococcus (Pediokok), Lactobacillus (Laktobasil) ve Streptococcus thermophilus bakterileridir.
◆ Acetobacter aceti (Asetobakter) gibi asetik asit bakterileri alkolü, asetik asite çeviren bakteri türleridir.
◆ Propiyonik asit üreten Propionibacterium freudenreichii gibi bakteriler, süt ürünlerini fermente etmek için kullanılmaktadır.
◆Clostridium butyricum gibi bazı Clostridium türleri bütirik asit üretmektedir.
◆Proteolitik bakteriler (mikroorganizmalar), ekstraselüler proteinazları (proteazları) üreterek proteinleri hidrolize etmektedir. Bu grup, Micrococcus, Staphylococcus (Stafilokok), Bacillus, Clostridium, Pseudomonas, Alteromonas, Flavobacterium (Flavo bakterisi) ve Alcaligenes cinslerini içermektedir. Daha sınırlı olarak da Entereobacteriaceae ve Brevibacterium bakteri türlerini içermektedir.
◆Lipolitik bakteriler (yağ parçalıyıcı bakteriler), hücre dışı lipazlar üreterek trigliseritleri hidrolize etmektedir. Bu grup, Micrococcus, Staphylococcus, Pseudomonas, Alteromonas ve Flavobacterium cinslerinden bakteri türlerini içermektedir.
◆Sakkarolitik bakteriler kompleks karbonhidratları hidrolize eder. Bu grup, Bacillus, Clostridium, Aeromonas, Pseudomonas ve Enterobacter cinslerinden bakteri türlerini içermektedir.
◆Termofilik bakteriler (yüksek sıcaklıklarda gelişen bakteriler ), Bacillus, Clostridium, Pediococcus, Streptococcus ve Lactobacillus cinsleri de dahil olmak üzere 50 santigrat derecenin üzerindeki yüksek sıcaklıklarda gelişebilmektedir.
Sporlar da dahil olmak üzere termodurik bakteriler pastörizasyonda hayatta kalabilmektedir.
◆5 santigrat derecenin altındaki soğuk havalarda üreyen bakteriler psikotropik olarak adlandırılmaktadır. Alcaligenes, Serratia, Leuconostoc, Carnobacterium, Brochothrix, Listeria ve Yersinia dahil olmak üzere birçok türden bakteri türlerini içermektedir.
◆Halotolerant bakteriler (Halofiller), %10'dan fazla yüksek tuz konsantrasyonlarında hayatta kalabilmektedir. Vibrio ve Corynebacterium'dan bazı türleri içermektedir. Asidürik bakteriler düşük pH'da hayatta kalmaktadır.
◆Ozmofilik bakteriler, maya ve küflerden daha az ozmofilik olmakla birlikte, nispeten daha yüksek ozmotik ortamı tolere edebilmektedirler.
◆Aeroblar oksijene ihtiyaç duyarken, anaeroblar oksijen tarafından inhibe edilmektedir (engellenmektedir). Fakültatif (seçmeli) anaeroblar oksijenli ve oksijensiz olarak 2 şekilde büyüyebilmektedir.
◆Bazı bakteriler besinlerin metabolizması sırasında gaz üretebilir, bazıları ise polisakkaritleri sentezleyerek balçık üretmektedir.
◆Spor üreten bakteriler ayrıca aerobik, anaerobik, yassı ekşi, termofilik ve sülfür üreten alt gruplara ayrılmaktadır.
◆ Fekal koliformlar dahil olmak üzere koliformlar, sanitasyon (hijyen) ölçüsü olarak kullanılmaktadır. Enterik patojenler gastrointestinal enfeksiyona neden olabilir ve bu gruba dahil edilebilmektedir.
Gıdalarda mikroorganizma üremesini etkileyen faktörler
Gıdaları etkileyen farklı değişkenler, faktörler mikroorganizma üremesini etkilemektedir. Bu faktörler:
▶ Gıdaların yapısında doğal olarak bulunan ve bu nedenle üremeyi arttırıp azaltan maddeler
▶Gıdalarda, gıda koruyucusu olarak eklenen maddeler
▶Gıdanın oksidasyon (yükseltgeme) - redüksiyon (indirgeme) potansiyeli
▶Gıdada bulunan su aktivitesi
▶Gıdada bulunan "hidrojen iyonu aktivitesi" (pH)
▶Ortam sıcaklığı
▶Ortamda bulunan gazların bileşimi ve yoğunluğu olarak sıralanabilmektedir.
Gıda güvenliği
Gıda güvenliği, gıda mikrobiyolojisinin ana odak noktasıdır. Çok sayıda hastalık ve patojenler, bakteri ve virüsleri içeren gıdalar yoluyla kolayca bulaşabilmektedir.
Mikrobiyal toksinler bakteriler ve mantarlar dahil olmak üzere mikroorganizmalar tarafından üretilmektedir. Mikrobiyal toksinler, doğrudan konak dokulara zarar vererek ve bağışıklık sistemini devre dışı bırakarak enfeksiyonu ve hastalığı teşvik etmektedir.
Mikrobiyal toksinler ayrıca gıdaların olası kirleticileridir. Ancak mikroorganizmalar ve ürünleri de bu patojenik mikroplarla savaşmak için kullanılabilmektedir.
Bakteriyosin üretenler de dahil olmak üzere probiyotik bakteriler patojenleri öldürebilir ve inhibe edebilmektedir. Alternatif olarak, nisin (E234) gibi saflaştırılmış bakteriyosinler doğrudan gıda ürünlerine eklenebilmektedir. Son olarak bakteriyofajlar, sadece bakterileri bulaştıran virüsler, bakteriyel patojenleri öldürmek için kullanılabilmektedir.
Doğru pişirme de dahil olmak üzere, yiyeceklerin kapsamlı bir şekilde hazırlanması çoğu bakteri ve virüsü ortadan kaldırmaktadır. Bununla birlikte, kontaminantlar tarafından üretilen toksinler, diğer güvenlik koşulları nedeniyle kontamine gıdanın ısıtılması veya pişirilmesiyle toksik olmayan formlara dönüşmeye meyilli olmayabilmektedir.
Fermantasyon
Fermantasyon, gıdaları koruma ve kalitesini değiştirme yöntemlerinden biri olma özelliğini taşımaktadır. Maya, özellikle Saccharomyces cerevisiae, ekmek mayalamak, bira yapmak ve şarap yapmak için kullanılmaktadır. Laktik asit bakterileri de dahil olmak üzere belirli bakteriler, yoğurt, peynir, acı sos, turşu, fermente sosis ve kimchi (kimçi) gibi yemekler yapmak için kullanılmaktadır. Bu fermantasyonların ortak bir etkisi, gıda ürününün patojenler ve bozulmaya neden olan mikroorganizmalar dahil olmak üzere diğer mikroorganizmalara karşı daha az konuksever olması ve böylece gıdanın raf ömrünün uzamasıdır. Bazı peynir çeşitlerinin olgunlaşması ve karakteristik lezzetlerini geliştirmesi için küflere ihtiyaç duymaktadır.
Mikrobiyal polimerler
Gıda endüstrisinde mikrobiyal olarak üretilen birkaç biyopolimer kullanılmaktadır.
Aljinat
Aljinatlar koyulaştırıcı ajanlar olarak kullanılabilir. Burada 'Mikrobiyal polisakkaritler' kategorisi altında listelenmesine rağmen, ticari alginatlar şu anda sadece Laminaria hyperborea veya L. japonica gibi kahverengi deniz yosunlarından ekstraksiyon yoluyla üretilmektedir.
Poliglutamik asit
Bacillus'un çeşitli suşları tarafından üretilen poliglutamik asit, gıda endüstrisinde koyulaştırıcı olarak potansiyel uygulamalara sahiptir.
Gıda testi
Gıda ürünlerinin güvenliğini sağlamak için patojenler ve bozulma organizmaları gibi mikroorganizmalar için mikrobiyolojik testler gereklidir. Bu sayede normal kullanım koşullarında kontaminasyon riski incelenebilir ve gıda zehirlenmesi salgınları önlenebilmektedir. Ürünlerin olası kusurları üretimin her aşamasında meydana gelebileceğinden, gıda ürünlerinin ve bileşenlerinin test edilmesi tüm tedarik zinciri boyunca önemlidir. Bu ihtiyacı karşılamak için, çoğu büyük ticari gıda üreticisi, ürünlerinin patojenler için düzenli olarak test edilmesi için kendi gıda test laboratuvarlarına sahiptir. Bozulmayı tespit etmenin yanı sıra, mikrobiyolojik testler ayrıca mikrop içeriğini belirleyebilir, maya ve küfleri ve salmonellayı tanımlayabilir. Bilim adamları ayrıca Salmonella için benzersiz Salmonella varyantlarını tanımlayabilen hızlı ve taşınabilir teknolojiler geliştirmektedirler..
Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PCR), DNA'nın belirli bir parçasının tüp içinde çoğaltılması işlemidir. Ayrıca hızlı ve ucuz bir yöntemdir. Bu nedenle bilim adamları, benzersiz DNA modellerine dayalı olarak HIV ve şarbon gibi hastalıklara neden olan farklı virüs veya bakteri türlerini tespit etmek için PCR kullanılmaktadır. Gıda patojeni nükleik asitlerin ekstraksiyonu, PCR tespiti ve farklılaşmasına yardımcı olmak için ticari olarak çeşitli kitler mevcuttur. Gıda ürünlerindeki bakteri zincirlerinin tespiti, gıda kaynaklı hastalıkların oluşmasını önlemeye yardımcı olduğu için dünyadaki herkes için çok önemlidir. Bu nedenle, PCR, farklı işlenmiş gıdalardaki patojenik bakterilerin varlığını yükseltmek ve izlemek için bir DNA dedektörü olarak tanınmaktadır.