Gıdalarda Mikrobiyal Aktivite Doğada mikroorganizmalar, bitki ve hayvanlar arasında doğal ve sürekli bir etkileşim vardır. Mikroorganizmalar insan gıdasını oluşturan bitkisel ve hayvansal kaynaklı gıda maddelerini kullanarak varlıklarını sürdürür. Gıdaların içeriğini proteinler, yağlar, karbonhidratlar, vitamin ve mineraller ve su gibi değişik besin öğeleri oluşturur. Bu besin öğeleri nedeniyle gıdaların çoğu mikrobiyal gelişme için mükemmel bir ortam oluşturur. Mikroorganizmaların enzimatik faaliyetleri sonucu çeşitli besin maddelerinin yıkımı ve yeni metabolitlerin üretimi gıdalarda arzu edilmeyen tat ve koku oluşumuna neden olur.

Mikroorganizmaların asıl işlevi kendi nesillerini ve yaşamlarını devam ettirmektir. Bu amacı gerçekleştirmek için aşağıdaki temel reaksiyonu yürütürler.   Tüm organik bileşikler → Hücre yapıları+ Enerji + İnorganik bileşikler Gıdalarda bozulmaya neden olan saprofit mikroorganizmalar ile insanlarda gıda zehirlenmesi ve enfeksiyonlara neden olan patojen mikroorganizmaların dışında fermente et, süt, sebze-meyve ürünleri ile bira, şarap gibi alkollü içeceklerin üretiminde rol oynayan yararlı mikroorganizmalar da vardır. Herhangi bir gıdada patojen mikroorganizma bulunması halk sağlığı açısından risk oluşturur.

Gıdalarda Mikroorganizma Gelişmesini Etkileyen Faktörler   1-İç Faktörler 1. pH 2. Su aktivitesi (As) 3. Oksidasyon-Redüksiyon (O/R) Potansiyeli 4. Besin Maddeleri 5. Antimikrobiyel yapı ve bileşikler 6. Biyolojik yapılar 2-Dış Faktörler 1. Depolama sıcaklığı 2. Çevrenin bağıl nemi 3. Çevrede bulunan gazlar ve konsantrasyonları 3-İmplitik Faktörler 4-İşlemsel Faktörler

Gıdalarda Mikrobiyal Gelişmeyi Etkileyen Faktörler   Gıdalarda mikrobiyel gelişmeyi etkileyen faktörler; 1. İç Faktörler pH Mikroorganizmaların gelişimini ve aktivitesini belirleyen önemli faktörlerden biri pH’ dır. Mikroorganizmaların büyük kısmı pH 6.6 -7.5 arasında gelişmektedir. Nötrofil Asidofil Alkalofil

Mikroorganizmaların minimum ve maksimum pH değerleri ile ilgili olarak belirtilen rakamlar tabloda verilmiştir. Bakteriler pH bakımından küf ve mayalara göre daha seçicidir (Tablo). Gıdanın pH degeri ve bozulma arasındaki iliski?

Meyvelerde genel olarak mikrobiyal bozulmaya pH 3 Meyvelerde genel olarak mikrobiyal bozulmaya pH 3.5 altında gelişmeleri sonucunda maya ve küfler neden olur. Et ve deniz ürünlerinin pH’ı 5.6 ve daha yüksek olduğundan bu gıdalarda küf ve mayalar kadar bakteriler de bozulmaya neden olmaktadır. Sebzelerin de pH’sı meyvelerden daha yüksektir bu nedenle sebzelerde bakteriyel bozulma söz konusudur. Gıdaların asitliğinin yüksek olması durumunda hücre içeriğinin direkt asitlenmesi sonucu mikroorganizmalar canlılıklarını yitirebilmekte, organik asit konsantrasyonunun mikroorganizmaları öldürmek için yetersiz olduğu durumlarda ise metabolik düzeyde hasar meydana gelmektedir.

Su Aktivitesi Su aktivitesi; gıdadaki suyun buhar basıncının aynı sıcaklıktaki saf suyun buhar basıncına oranıdır. Gıdalardaki su, gıdanın yapısına bağlı olarak biyokimyasal ve mikrobiyolojik tepkimelerde rol almaktadır. Mikroorganizmalar metabolik faaliyetlerini sürdürebilmek için suya ihtiyaç duyarlar. • Suyun yetersiz olması halinde; – Lag faz uzar, gelişme yavaşlar – Madde transportu(taşınması) güçlesir. – Membran akışkanlığı azalır.

Gıdalarda bazı uygulamalarla su aktivitesinin degistirilmesi mümkündür: – Tuz veya seker gibi çözünür madde ilavesi – Kurutma veya pişirme ile suyun fiziksel olarak uzaklaştırılması – Suyun gıdada çeşitli makromoleküler bileşenlere bağlanması

• Halofil: Gelişmek için belirli miktarda tuza ihtiyaç duyan Halofiller ihtiyaç duydukları tuz konsantrasyonuna göre 3 gruba ayrılır: – %1-6 NaCl ortamında en iyi gelisenler “ılımlı halofiller”, – %6-15 NaCl “orta halofil”, – %15-30 NaCl “ekstrem halofil” • Halotolerant: Gelisme için tuza ihtiyaç duymayan ve orta derecedeki tuz konsantrasyonlarını (%6-15 NaCl) tolere edebilen. • Ozmofil: Gelisme için yüksek konsantrasyonlarda sekere ihtiyaç gösteren (ozmofil maya) • Ozmotolerant: Gelisme için yüksek konsantrasyonda sekere ihtiyaç duymadıgı halde yüksek seker konsantrasyonlarını tolere edebilen • Kserofil: Çok kuru ortamlarda yani çok düsük su aktivitesi degerlerinde gelisebilen küfler için kullanılır.

Su aktivitesi, sıcaklık, pH, oksijen ve besin ögeleri arasındaki iliski ? Herhangi bir sıcaklık derecesinde mikroorganizmaların gelisme yetenekleri su aktivitesi düstükçe azalır. Gelismenin görüldügü su aktivitesi sınırları mikroorganizmanın gelismesi için gereken sıcaklık derecesi optimum oldugunda en genis seklini alır. Ortamda besin maddelerinin miktarı arttıgında mikroorganizmaların yasayabilecegi su aktivitesi sınırları genisler. pH düstükçe mikroorganizmanın gelisebilecegi Aw sınırları daralır.   Aerobik mikroorganizmalar oksijen kaynagının bol oldugu kosullarda daha düsük su aktivitesi degerlerinde gelisebilirler. Oksijen miktarı azaldıkça Aw gereksinimi artar. Ortamda gelismeyi engelleyici maddelerin bulunması halinde mikroorganizmaların gelisebilecekleri Aw sınırları daralır.

Oksidasyon-redüksiyon potansiyeli Oksidasyon redüksiyon potansiyeli H kaybetme veya kazanımıdır. Bir element elektron (negatif yüklü) verirse yükseltgenir (oksidasyon),alırsa indirgenir (redüksiyon). Oksidasyon aşağıdaki gibi oksijen ilavesi ile de gerçekleşebilir. Mikroorganizmaların gelişme ortamlarındaki Oksidasyon- redüksiyon potansiyeline duyarlık gösterdiği bilinmektedir. Bu sistemin O/ R potansiyeli, Eh sembolü ile ifade edilir. Genel olarak aerop mikroorganizmalar, serbest oksijeni kullanabildiklerinden Eh+, anaeroplar serbest oksijeni kullanmadıklarından ise Eh-’tir. Oksidant, redüktant konsantrasyonu eşitse elektrik potansiyeli sıfırdır (Eh=0). Eh değeri gıdalarda +400 ile -400 mV arasındadır.

Besin Maddeleri Mikroorganizmalar normal olarak gelişebilmek ve çoğalabilmek için su, enerji kaynağı, azot kaynağı, vitaminler ve minerallere gereksinim duyar. Gıdalar değişik miktar ve formda protein, lipid, karbonhidrat, mineral madde, vitamin ve su içerirler. Su istekleri en az olan küflerdir. Su isteğine göre sırasıyla mayaları, gram (-) bakteriler ve gram (+) bakteriler izler. Mikroorganizmalar enerji kaynağı olarak şekerler, alkoller ve aminoasitlerden yararlanır. Doğal gıdaların çoğunda bu maddeler mikroorganizmaların gereksinimini karşılayacak kadar bulunmaktadır. Mikroorganizmalar azot kaynağı olarak aminoasitleri kullanır. Düşük miktarda olsa da B vitaminlerine gereksinim duyar.

Gıdalardaki karbonhidratlar başlıca enerji sağlamak içi mikroorganizmalar tarafından kullanılır. Mikroorganizmalar karbonhidratları parçalayarak fermente ürünlerde istenen laktik asit oluşumunun yanı sıra, metabolik bozulma yan ürünlerinden CO2 gibi gazların oluşmasına da neden olurlar. Amino asitlerin metabolize edilmesi sonucunda yapısal bileşikler meydana gelirken, oluşan yan ürünlerden amonyak ve hidrojen sülfür gibi maddeler gıdalarda bozulmaya neden olur.

Antimikrobik bileşikler Gıda maddelerinde mikroorganizmalara karşı direnç, gıdada doğal olarak bulunan ve antimikrobiyel aktivite gösteren bazı bileşikler ile sağlanmaktadır. Bunlar arasında karanfildeki eugenol, sarımsak ve soğandaki allisin, tarçındaki sinnamik aldehit ve eugenol, hardaldaki allil izotiyosiyanat, adaçayındaki eugenol ve timol sayılabilir. İnek sütü, laktoferrin, konglutinin ve laktoperoksidaz sistem gibi çok sayıda antimikrobiyel madde içermektedir. Çiğ sütün, 106 cfu/ml' ye kadar inhibisyon etkisi gösteren bir rotavirüs inhibitörü içerdiği bildirilmiştir. Ancak bu inhibitör pastörizasyon ile zarar görmektedir. Yumurtada bulunan lizozim konalbümin ile birlikte inhibitör görevi yapar. Lizozime özellikle gram pozitif bakteriler duyarlıdır. Meyve, sebze, çay, melas ve diğer bitkisel kaynaklarda bulunan hidroksinnamik asit derivatlarının (p-cumaric, ferulic, caffeic ve klorojenik asitler) hepsi antibakteriyel etki göstermekle birlikte bazıları aynı zamanda antifungaldır.   Turunçgillerdeki uçucu yağlar (sitral vb.) meyve kabuğunda yer almaktadır. Limon ve portakaldaki uçucu yağların belirli konsantrasyonlarda bakterilerin ve Aspergillus parasiticus 'un gelişimini ve bu küfün toksin oluşturmasını engellediği belirlenmiştir.

 Biyolojik yapılar Bazı gıdalarda doğal olarak bulunan dış kabuk bozulmaya neden olan mikroorganizmaların gıdaya ulaşmasını engeller. Bunların arasında tohumların testa tabakası, meyvelerin dış kabuğu, fındık ve badem gibi meyvelerdeki kabuk, hayvanların postu ve yumurtanın kabuğu gibi yapılar yer alır. Ceviz gibi meyvelerde kabuk veya dış örtü tüm mikroorganizmaların girişini engellemeye yeterlidir. Kabuk kırıldığında veya çatladığında küfler tarafından bozulabilir. Yumurtanın dış kabuk ve membranları, yumurta sağlam ise ve uygun sıcaklık ve nem koşullarında saklanıyorsa hemen hemen tüm mikroorganizmaların girişini engeller. Kabukları zarar görmüş meyve ve sebzeler sağlam olanlara göre daha çabuk bozulur. Balık ve sığır etinin dış yüzeyi iç dokuya göre daha çabuk kuruma eğiliminde olduğundan mikroorganizma kontaminasyonunu ve bozulmayı kısmen engellemektedir.

2. Dış Faktörler Dış faktörleri, gıdaların depolandığı veya saklandığı çevrenin koşulları oluşturur. Bu faktörler mikroorganizmaların yanısıra gıdanın doğal yapısının korunması açısından da önem taşır. Bu faktörler depolama sıcaklığı, çevrenin bağıl nemi, çevrede bulunan gazlar ve konsantrasyonlarıdır.   Depolama Sıcaklığı Mikroorganizmaların gelişebildikleri sıcaklık derecelerinin bilinmesi gıdaların depolanması sırasında seçilecek depo sıcaklıkları hakkında bilgi verir. Genellikle, mikroorganizmalar kendi türlerine özel sıcaklık limitleri (minimal ve maksimal) içinde gelişebilir ve üreyebilirler. Optimum sıcaklıktan minimal veya maksimal sınırlara doğru üremenin yavaşladığı ve bu sınırları geçince üremenin durduğu görülür.

Mikroorganizmalar, üreme sıcaklığı derecelerine göre başlıca 3 bölüme ayrılırlar: a) Soğuk seven (psikrofil) mikroorganizmalar: (optimum 12-15oC, min -5,+5oC, max 15-20oC), psikrotroflar (optimum 25-30oC, min 0-5oC, max 30-35oC) b) Ilık seven (mezofil) mikroorganizmalar: Genellikle 20-45°C’ ler arasında gelişme ve üreme kabiliyetlerine sahiptirler. c) Sıcak seven (termofil) mikroorganizmalar: (50-60°C).

Gıdalada bulunan mikroorganizmalar içerisinde mezofil ve psikrotrof özellikte olanlar daha büyük önem taşımaktadır. Mezofillerin optimum üreme sıcaklığı 37 ºC civarıdır. Bu grup mikroorganizmalar, insan ve hayvan kaynaklı olup, sıklıkla infeksiyon ve intoksikasyonların oluşumuna neden olur.(Salmonella, S. aureus ve C. perfiringens) Gıdalarda görülen psikrofil bakteri cinsleri (Pseudomanas, Alcaligenes, Lactobacillus, ve Micrococcus) buzdolabı sıcaklığında gelişir, bu sıcaklıkta saklanan et, balık, kanatlı etleri, yumurta, süt ve süt ürünlerinin bozulmasına neden olur. Düşük sıcaklık, gıdalarda bulunan mikroorganizmaların gelişmesi ile gıda enzimleri ve diğer kimyasal reaksiyonların geciktirilmesini sağlamak için kullanılır.

Küfler, bakterilerden daha geniş sıcaklık aralıklarında gelişebilir Küfler, bakterilerden daha geniş sıcaklık aralıklarında gelişebilir. Aspergillus, Cladosporium gibi pek çok küf buzdolabı sıcaklığında yumurta, et ve meyvelerin yüzeyinde gelişebilme yeteneğindedir. Mayalar ise psikrofil ve mezofilik sıcaklıklarda gelişebildikleri halde termofilik sıcaklıklarda genellikle gelişme gösteremezler. Gıdalara uygulanan yüksek sıcaklıklar ise mikroorganizmaların ve oluşturdukları enzimlerin inaktive edilmesinde kullanılır. Tablo2. Bazı mikroorganizmaların minimal, optimal ve maksimal üreme sıcaklıkları ile termal ölüm noktaları Mikroorganizma Minimum oC Optimum oC Maksimum oC Psikrofiller -5-5 15-30 19-35 Mezofiller 10-15 30-45 35-47 Termofiller 40-45 55-75 60-80 E. coli 8 37 47 B. subtilis 28-40 50-55 C. tetani 14 43 N. gonorhoae 30 40 B. stearothermophilus 33-37 50-65 70

Çevrenin bağıl nemi Gıdaların depolandığı çevrenin bağıl nemi hem gıdanın su aktivitesi hem de yüzeyde mikroorganizma gelişimi açısından önemlidir. Herhangi bir gıdanın As değerini bilmek ve korumak, mikroorganizmaların gelişmesini engelleyecek şekilde depolanmalarını sağlamak açısından önemlidir. Deponun bağıl nemi havalandırma sistemleriyle kontrol edilir. Bağıl nem ve sıcaklık arasındaki ilişki uygun depolama ortamının seçiminde göz önünde bulundurulmalıdır. Genelde, sıcaklık ne kadar yüksekse bağıl nem azalır veya sıcaklık azaldığında bağıl nem yükselir.

As değeri düşük olan gıdalar bağıl nemi yüksek bir çevrede depolandığı takdirde gıda ile çevre arasında denge kurulana kadar gıda maddesi çevreden nem alır. As değeri yüksek olan gıdalar da bağıl nemi düşük ortamda depolanırsa su kaybeder ve kurumaya başlar. Gıda maddelerinin ambalajlanarak depolanması hem gıdanın hem de çevrenin bağıl nemini etkileyen önemli faktördür. Ayrıca mikroorganizmaların gelişimini de etkiler. Bağıl nemin değiştirilmesinin mümkün olmadığı durumlarda gıdayı çevreleyen atmosferin gaz bileşimi değiştirilerek mikroorganizmaların yüzeyde gelişmesini engellemek mümkündür.

Çevrede bulunan gazlar ve yoğunluğu Gıda maddelerinin yaklaşık olarak %10 oranında CO2 içeren atmosferde depolama tekniğine kontrollü atmosfer (K.A.) veya modifiye atmosfer (M.A.) depolaması adı verilir. Kontrollü atmosfer bitkisel yapıların muhafazasında uzun yıllardan beri kullanılmaktadır.   Karbondioksitin meyvelerde çeşitli fungusların (maya ve küfler) neden olduğu fungal çürümeyi geciktirdiği bilinmektedir. Depolama ortamına ozon ilavesinin gıdalarda koruyucu etki yaptığı bilinmektedir. Ozon gazının birkaç ppm düzeyde kullanımı bozulma etmeni mikroorganizmalara karşı etkili olduğu belirlenmiştir. Hem CO2 hem de ozon uzun süreli depolanan karkasların yüzeysel bozulmasını geciktirir.

3. İmplitik Faktörler   Mikroorganizmalar Arası İlişki Mikroorganizmalar doğada veya canlıların vücutlarında, genellikle, tek olarak değil, iki bazen de fazla etken türü ile birlikte oluşturduğu populasyon halinde bulunur, yaşar ve ürerler. Birden fazla ve farklı organizmanın birlikte yaşamalarına, genel olarak, simbiyozis (symbiosis) adı verilmektedir. Organizmalar, doğada veya canlılarda birkaç şekilde simbiyotik bir yaşantı içinde bulunurlar. 1- Mutualizim: Bu tür bir simbiyotik yaşantı içinde bulunan organizmalar birbirlerine karşılıklı yararlar sağlarlar. Konakçı ve mutualist organizmalar birbirlerinin metabolitlerine gereksinim duyarlar yaşamaları ve üremeleri de bu tür karşılıklı ilişkiye bağımlıdır. Diğer bir ifade ile, biri olmazsa diğeri de olamaz. Mantarlar (solunum yoluyla su ve CO2 üretir) ve alglerin (fotosentez yoluyla besin(glikoz) ve O2 üretir) oluşturdukları liken birlikleri bunun en bilinen örneğidir. Mantarlar ve algler bir arada bulunurlar ve mantarın gereksinim duyduğu glikoz sağlanırken, algin glikoz sentezlemede ihtiyaç duyduğu karbondioksit sağlamış olur.

2- Komensalizm: Bu tür birlikte yaşantıda, mikroorganizmanın biri faydalanır, diğeri ise ne yarar ne de zarar görür. Bir kısım mikroorganizmalar besi yerinde bulunan gıdaların bazılarını ayrıştıracak enzimlere sahip değildirler. Bu nedenle bu maddelerden yararlanamazlar. Böyle bir ortamda birinci mikroorganizmanın ayrıştıramadığı maddeyi parçalayabilen ikinci bir mikroorganizma bulunursa bu takdirde, gıda maddesi ikinci mikroorganizma tarafından ayrıştırılır. Oluşan ara maddelerden birinci mikroorganizma da yararlanır. Böylece her iki mikrop da yaşantısını sürdürür. Ancak ikincisi, birinciden bir yarar sağlamaz. Av hayvanlarının avladıkları etlerin arta kalanlarını akbaba gibi leş yiyicilerin yemesi de ortaklardan birini etkilemez. 3- Sinerjizm: Sinerjizm iki veya daha fazla mikroorganizmanın, birbirinin etkisini destekleyerek, birlikte oluşturdukları bir olguyu, infeksiyonu veya durumu ifade eder. Bu etkenlerin hiç biri tek başına aynı sonucu meydana getiremezler. Yani, iki veya daha fazla mikroorganizma birlikte çalışarak hastalığı meydana getirirler. Tipik örneği yoğurt oluşumudur, Yoğurt bakterileri ayrı ayrı olmak üzere sütü 10 ; 12 saatte pıhtılaştırırken, yoğurt oluşumu 3, 4 saat sürer, ayrıca beraber olduklarında daha fazla aroma maddesi vb. ürün üretirler.  

4- Antagonizm: Bazı mikroorganizmalar, üredikleri ortama saldıkları bir takım eriyebilir maddelerin ya direkt (toksik maddeler, antibiyotikler, antifungal maddeler, bakteriosin, pyocyanin, v.s.) veya indirekt etkileri (ortamın pH ’sının, ozmotik basıncının, yüzey geriliminin değişmesi, vs.) ile diğer mikroorganizmaların üremelerine, gelişmelerine engel olabilir veya öldürebilirler.   5- Parazitizm: Bazı mikroorganizmalar üzerinde veya içinde yaşadığı konakçıdan yararlanırlar. Konakçıya hiç bir faydaları yoktur ve hatta direkt veya indirekt zararlı etki yaparlar. İnsanlar ve hayvanlarda hastalık yapan etkenleri bu yönlerden (bakteri, virus, mantar, helmint, v.s.) parazit olarak kabul edebiliriz. Bunlar konakçısının zararına, yaşantılarını sürdürürler. Bazı bakteriler (klamidia), bakteriyofajlar ve viruslar da birer hücre parazitidirler.

6- Oportunizm: İnsan ve hayvanların çeşitli sistemlerinde (sindirim, solunum, urogenital, v.s.) veya çeşitli yerlerinde normal olarak yaşayan, fakat hastalık oluşturamayan etkenler, konakçının sıhhatinin bozulması veya çevre koşullarının değişmesi sonucu hastalık oluşturabilirler. 7- Kompetisyon (rekabet): Aynı gıda, reseptör, substrat, vs için iki etkenin karşılıklı rekabete girmesi, birinin yerini diğerinin alması tarzında ortaya çıkan bir yaşam tarzıdır. Karışık kültürlerde patojen bakteriler ile diğer bakteriler arasında bir rekabet olabilir. Bunun sonucunda rekabet gücü zayıf olan bakterilerin üremesi ve gelişmesi baskılanır.

4. İşlemsel Faktörler İşlemsel faktörler gıdaların hazırlanması yada depolanması süresince bilinçli olarak uygulanan işlemlerdir. ( ısı uygulamaları, radyasyon, kimyasal koruyucular vb.) Bunun sonucunda mikroorganizma sayısında ve mikroflorasında değişimler meydana gelir.