Gıda Mühendisliği Bölümü GDM203 Genel Mikrobiyoloji Prof. Dr. Kadir HALKMAN Ankara Üniversitesi, Gıda Mühendisliği Bölümü 2014/ 15 Güz Dönemi Ders notu 10 http://food.eng.ankara.edu.tr/index.php?p=622&l=1

Gelişme Kinetiği 01 (Gelişmenin Matematiksel İfadesi) Bakterilerin gelişmesi, genellikle, hücre kitlesi veya hücre sayısının iki katına ulaşması için gerekli zamanla karakterize edilir. Kitlenin ikilenme süresi hücre sayısının ikilenme süresinden farklı olabilir. Çünkü hücre kitlesi hücre sayısında bir artış olmaksızın artabilir. Buna karşın, eğer belirli bir çevre koşulunda hücre kitlesi ve sayısının ikilenmesi arasında geçen süre sabit ise, organizma üs cinsinden (eksponensiyel hızda) çoğalıyordur.

Gelişme Kinetiği 02 Log fazı (eksponansiyel gelişme evresi), mikroorganizmaların bir bölünme için gerekli jenerasyon süresinin (g), bölünme hızının (n = 1/g) kütleyi iki katına çıkarma süresinin (td) ve kütlesel gelişme hızının (n = 1/td) belirlenmesinde yararlanılan evredir. Bu fazda mikroorganizmalar sabit zaman aralıklarıyla ikiye bölünürler veya sabit gelişme hızıyla kütlelerini iki katına çıkarırlar. Bakteriler ikiye bölünerek çoğalırlar. Log fazının başında N0 olan hücre sayısı geometrik bir dizi ile çoğalır:

Gelişme Kinetiği 03 20 → 21 → 22 → 23 → 24 → 25 …… 2n ve hücre sayısı artarak N sayısına ulaşır. Hücreler eşit zaman aralıklarıyla önce 1 kez, sonra sırasıyla 2., 3., 4., 5. kez 2’ye bölünürler. N sayısına ulaştıklarında n kez 2’ye bölünmüşlerdir. N = N0 x 2n Bu ifadenin logaritması alındığında; logN = logN0 + n x log2 eşitliği elde edilir. Buradan hücre bölünme sayısı; n = [(logN - logN0) / log2] bulunur.

Gelişme Kinetiği 04 Örnek: Başlangıçta 1 hücre 15 jenerasyon sonra kaç hücre olur? N= 1 x 215 LogN= Log N0 + 15 x Log2 LogN= 0 + 15 x 0,301 LogN= 4,515 [ 4,515449935] N= 32768 Başlangıçta 1 değil 20 hücre olsa idi 10 jenerasyon sonunda; LogN= Log 20 + 10 x Log2 LogN= 4,311 N= 20480

Gelişme Kinetiği 05 Bölünme hızı (v), kültürdeki popülasyonun 1 saatte kaç kez ikiye bölündüğünü gösterir. v= n / t = [(logN - logN0) / (log2 x (t - t0)] Örnek: E. coli sayısı log fazının 1. saatinde 200 KOB/mL, 8 saat sonra sayısı 109/ mL ise; v= n / t = [(log109 – log200) / (log2 x (7)] v= n / t = [(9-2,301) / (0,301 x 7)] v= n / t = [(6,70) / (2,11)] v= 3,17; E. coli 1 saat içinde 3,17 kez bölünmüştür.

Gelişme Kinetiği 06 Jenerasyon süresi ise bir bölünme için geçen süredir ya da bir popülasyondaki hücre sayısının iki katına çıkma süresi olarak da tanımlanabilir. g = t / n =1 / v Yukarıdaki örnekte v= 3,17 olarak bulunmuştu. Buna göre jenerasyon süresi: 0,315 saat= 18,9 dk.

Gelişme Kinetiği 07 Bakteri kütlesinin (x) gelişme hızı, gelişme hızı katsayısına (µ) bağlı olarak artar. x büyüklüğündeki değişim hızı, x’in her anındaki büyüklüğü ile orantılıdır. µx= (dx/dt) Bir mikroorganizma cinsi/ türü için verilen µx değeri ne kadar yüksek ise o cins/ tür belirli bir süre içinde kütlesini o denli yüksek olarak artırıyor (hızlı çoğalıyor) anlamındadır. Bakteriler için µx 0,69-3,00 iken küflerde bu değer 0,1-0,3 arasında olarak verilir.

Gelişme Kinetiği 08 Logaritmik (Üs cinsinden) çoğalma evresinde mikroorganizmanın canlı, genç ve dinç olduğu kabul edilir. Hücreler en yüksek hızla bölünme yeteneğindedir. Ortamda besin fazla olup, gelişmeyi engelleyici maddeler yoktur. Bu durumda özgül gelişme hızı maksimumdur (= sabit= max). Mikroorganizmaların ölümü yok sayılabileceğinden kinetik hesaplamalarda bu etmen göz önüne alınmaz. , bir anlamda ivmedir, gelişme kurvesinde en hızlı olan noktada = max olarak tanımlanır.

Gelişme Kinetiği 09 Yavaşlama evresinde Mikroorganizmalar hızla çoğalarak en yüksek sayıya (genellikle 109 hücre/mL) ulaştıklarından, kültür ortamında besinler giderek azalmaktadır. Aynı zamanda ortamda toksik etkenler olabilecek metabolik ürünler birikmektedir. Sonuç olarak, çevre koşulları mikroorganizma aleyhine değişmektedir. Hücre popülasyonu hâlâ artmaktadır (çoğalma hızı > ölüm hızı), fakat özgül gelişme hızı giderek küçülmekte ( <max), gelişme gerçekten yavaşlamaktadır. Bu evrede, hücrelerin biyokimyasal ve morfolojik yapıları farklılaşmaktadır. Yeni oğul hücrelerin oluşumu azalır ve giderek sıfıra yaklaşır.

Gelişme Kinetiği 10 Azalma ve ölüm evresinde mikroorganizmaların ölüm hızları arttığı için zamanla sayılarında bir azalma görülür. Otoliz ürünleri ortamda birikmektedir. Özgül gelişme hızı negatif olup ( < 0), tüm hücreler öldükten sonra sıfır olur. Çok uzun süre inkübasyonda kalmış kültürlerde bu nedenle canlı hücre alınamaz ve bu durum otosterilizasyon olarak tanımlanır.