Gıda Mühendisliği Bölümü

... konulu sunumlar: "Gıda Mühendisliği Bölümü"— Sunum transkripti:

1 Gıda Mühendisliği Bölümü
GDM203 Genel Mikrobiyoloji Prof. Dr. Kadir HALKMAN Ankara Üniversitesi, Gıda Mühendisliği Bölümü 2014/ 15 Güz Dönemi Ders notu 08

2 Sporlanma 01 Sporlanma, hem bir korunma hem de çoğalma şeklidir. Bakteri hücresi 1 spor oluşturduğu için bakterilerde sporlanma sadece olumsuz koşullara karşı bir korunma yöntemidir. Maya ve küflerde ise sporlanma asıl olarak çoğalma yöntemidir, 1 hücrede birden fazla spor oluşur. Ancak maya ve küflerde bazen bir hücre sadece 1 spor oluşturur ve bu durum sadece korunma amaçlıdır. Bakteri, maya ve küf sporları her koşulda vejetatif hücreye kıyasla yüksek sıcaklık, düşük sıcaklık, kimyasallar, ışınlama vb. olumsuz çevre koşullarına daha dirençlidir. Yetersiz besin maddesi varlığı sporlar için sorun değildir çünkü hiçbir metabolik etkinlik göstermezler.

3 Sporlanma 02 Sporlar, uygun ortam bulduklarında ya da koşullar normale döndüğünde çimlenerek normal vejetatif hücre haline gelirler ve yaşam standart şekilde devam eder. Maya ve küflere kıyasla bakterilerde spor oluşturabilen cins sayısı çok azdır. Bununla birlikte maya ve küfler arasında da spor oluşturmayan türler vardır. Gram (+) bakterilerden Bacillus, Clostridium, Geobacillus, Alicyclobacillus, Sporolactobacillus ve Sporosarcina ile Gram (–) Desulfotomaculum bazı türleri (nadir) spor oluşturabilir. Bunlardan Sporosarcina dışındakilerin tümü çubuk şeklindedir.

4 Sporlanma 03 Bakteriler, yaşamlarını tehdit eden bir çevresel sorun ile karşılaştıklarında spor oluştururlar. Spor oluşum süresi tür, besin maddelerinde azalma ve sıcaklığa bağlıdır ve karmaşık bir değişim sürecidir. Spor oluşumunun başlangıcında hücre protein içeriği giderek artar, depo maddeleri ise tamamen tüketilir. Sonra hücredeki proteinlerin büyük kısmı parçalanır ve spor protoplastına özgü ve sporda yoğunlaşacak olan dipikolonik asit sentezlenir. Buna paralel olarak Ca+2 iyonları derişimi de artar ve Ca-dipikolonat oluşur.

5 Sporlanma 04 Sporlanma ve jerminasyon

6 Sporlanma 05 Vejetatif hücre standart şekilde bölünür (1-3) Sporlanma başlamadan önce vejetatif hücredeki genetik materyal, bir eksen üzerinde filament formunu alır ve hücre bölünmesinde olduğu gibi protoplazma membranı içeriye doğru karşılıklı girinti yapar ve septum oluşur (4-5). Bu aşamaya kadar reaksiyon geri dönebilir yani hücre standart bölünme işlemine devam edebilir. Hücre DNA’sının bir kısmı bu yeni oluşum (ön spor) içinde kalır (6). Oluşan sporun membranı gelişmeye devam ederken hücre protoplazması ön sporu sararak içine alır ve ikinci membranı oluşturur (7). Devamında bakteri litik enzimleriyle parçalanarak spor dışarı çıkar (8).

7 Çimlenme 01 Çimlenme, bakterilere göre faklı şekillerde görülür. Eğer bakteride bir hasar varken sporlanma gerçekleşti ya da sporun kendisinde hasar varsa çimlenme işlemi daha uzun sürer. Bu gibi sporlar superdormant olarak tanımlanır ve standart mikrobiyolojik analizlerle belirlenemedikleri için ileride sorun yaratabilir. Bu özellik özellikle Bacillus ve Clostridium türlerinde görülür. Benzer durum vejetatif hücrelerde de görülür. Canlı fakat kültürlü yapılamayan bakteriler (Viable but non culturable; VBNC) stres altında ve hasar görmüş (sublethally injured) olup selektif besiyerlerinde gelişip koloni oluşturamazlar. Ancak zamanla hasarlarını onarıp standart vejetatif yaşama devam edebilirler.

8 Çimlenme 02 Çimlenme öncesi sporlar aktive edilerek makromoleküllerin oluşması sağlanabilir. Bu aktivasyon ılımlı ısıl işlem uygulaması, ılımlı radyasyon uygulaması vb. şekillerde yapılabilir. Ancak bu aktivasyon işlemleri sonunda eğer çevresel koşullar uygun değilse çimlenme gerçekleşmeyebilir. Sporun çimlenmesi de spor oluşumu gibi karmaşık bir işlemdir. Önce filizlenme olarak tanımlanan bir aşamada spor su ve besin maddelerini alarak şişer. RNA, proteinler, membran bileşenleri ve hücre duvarını onarır ve sentezler. Spor uzar ve DNA replikasyonu başlar. Uygun besin maddeleri, pH ve sıcaklık filizlenmeye etkili olan faktörlerdir.

9 Çimlenme 03 Sporların gıda mikrobiyolojisi açısından önemi toz ile her tarafa yayılarak gıdaları bulaştırmaları ve başta ısıl işlem olmak üzere mikroorganizma indirme yöntemlerine vejetatif hücrelere kıyasla daha dirençli olmalarıdır. Cl. botulinum, Cl. perfringens ve B. cereus, gıda kaynaklı hastalıklara yol açarken, Desulfotomaculum türleri saprofit olarak gıdalarda bozulmalara neden olurlar. Yine gıda mikrobiyolojisi açısından, sporların uyku halinde tutulması ve çimlenmelerinin önlenmesi üzerinde pek çok çalışma yapılmaktadır. Çimlenmenin önüne geçilmesi öncelikle gıda çeşidine bağlı olup, işlenmiş et ürünlerinde nitrit kullanılması, düşük pH, düşük su aktivitesi, soğutma, NaCl kullanılması en yaygın uygulamalardır.

10 Fungi 01 Funguslar (Fungi) âlemi 3 ana grupta incelenir. Şapkalı mantarlar, mayalar ve küfler. Âleme adını veren Fungi (Yunanca mykes  Mycota, Latince fungus) şapkalı mantar anlamındadır. Klinik ve veteriner mikrobiyolojide hastalık yapan funguslara mantar denilmesi buradan kaynaklanır (mantarlı peynir ☺ yani Rokfor peyniri). Gıda mikrobiyolojisine küf deyimini kullanıyoruz. Küf mantarı deyimi yanlıştır, maya mantarı diye bir kullanım yoktur.

11 Fungi 02 Bu kavram kargaşası başka lisanlarda da vardır.
-Makrofunguslar  Şapkalı mantarlar -Flamentli mikrofunguslar  Küfler -Flamentsiz mikrofunguslar  Mayalar Şapkalı mantarlar, gıda mikrobiyolojisini hiç ilgilendirmez.

12 Fungi 03 Funguslar; 1. Myxomycetes (akışkan mantarlar)
2. Phycomycetes (algimsi mantarlar) 3. Ascomycetes (asklı mantarlar) 4. Basidiomycetes (bazidili mantarlar) 5. Fungi imperfecti (gelişmemiş funguslar= Deuteromycetes) olmak üzere 5 sınıfta incelenir. Gıda mikrobiyolojisini ilgilendiren funguslar Ascomycetes ve Deuteromycetes sınıflarına girer. Basidiomycetes  Şapkalı mantarlar.

13 Mayalar 01 Mayalar da bakteriler gibi tek hücreli canlılardır. Doğada bağ toprakları başta olmak üzere üzüm ve meyveler üzerinde yaygın olarak bulunmaktadır. Mayaların doğadaki yayılmaları üzerine böcekler ve rüzgâr etkili olmaktadır. Mayalar birçok ürünün elde edilmesinde kullanılır. Örneğin Saccharomyces cinsine ait maya türleri ekmek, bira ve şarap gibi gıda maddelerinin endüstriyel alkol elde edilmesinde kullanılır. Diğer yandan bazı maya türleri hoş kokulu aroma maddeleri meydana getirerek gıdaların daha kolay tüketilmelerini sağlarlarken bazı türleri de hoşa gitmeyen aroma maddeleri oluşturarak gıdaların beğenisini azaltır.

14 Mayalar 02 Sindirim yolu ile vücuda giren mayalar arasında insanlarda hastalık oluşturan maya yoktur ancak, çeşitli kadın hastalıklarına yol açan mayalar vardır. Ozmofilik/ ozmotolerant mayalar [Saccharomyces rouxii, Saccharomyces rouxii vd) reçel, marmelat, pekmez ve bal gibi yüksek şekerli ürünlerde gelişerek bozulmalara neden olurlar. Gıda sanayisinde genel olarak istenmeyen/ saprofit mikroorganizmalar olarak değerlendirilirler. Bazı gıdalarda belirli sayılarda bulunmalarına izin verilir (genellikle maya+küf sayısı).

15 Mayalar 03 Mayalar aerobik koşullarda alkol oluşturmak yerine çoğalarak ortamdaki hücre sayısını artırır. Bu nedenle alkol elde edilmesinde önce ortam havalandırılarak hücre sayısı artırılır, daha sonra hava girişi kesilerek mayaların alkol üretmelerine olanak sağlanır. Büyüklükleri cinslerine göre değişir. 2-8 µm çapında ve 3-15 µm uzunluğundadır. Bazı türlerde bu uzunluk 100 µm’yi geçer. Hücreler özellikle aktif üreme devresinde düz veya dallı zincirler yapar. Bazı türleri farklı koşullar altında flamentler oluşturur. Ancak bunları normal şekillerin dışında kabul etmek gerekir. Çünkü mayaların flament oluşturmaları üzerine çevresel faktörler ile besiyerinin ve diğer kimyasal maddelerin etkisi bulunmaktadır.

16 Mayalar 04 Mayalarda çoğalma 4 şekilde olur. - Bölünme ile çoğalma
- Tomurcuklanma ile çoğalma - Sporla çoğalma Cinsel çoğalma Bölünme ile çoğalmada, bakterilerde olduğu gibi hücre uzar ve ikiye bölünür. Schizosaccharomyces türlerinde görülen bir çoğalma şeklidir.

17 Mayalar 05 Tomurcuklanma Suretiyle Çoğalma, vejatatif çoğalma da denilir. Saccharomyces cinsi mayalar tomurcuklanma ile çoğaldıkları gibi sporla da çoğalabilmektedirler. Bunun içinde ana hücrenin uç tarafında önce bir şişkinlik oluşmakta ve bu şişkinlik büyüyerek bir tomurcuk halini almaktadır. Bu sırada tomurcuk (yavru hücre) ile ana hücre arasında bir kanal mevcut bulunmaktadır. Yavru hücre, ana hücre büyüklüğünü aldığı zaman bu kanal bir duvarla kaplanmakta ve böylece yeni bir hücre meydana gelmektedir.

18 Mayalar 06 Tomurcuklanma ana hücrenin bir ucunda olduğu gibi her iki ucunda da oluşabilmekte ve buna bipolar tomurcuklanma adı verilmektedir. Yavru hücre bundan sonra aynı şekilde tomurcuk yapmakta ve böylece de ana hücre haline gelmektedir. Sporla çoğalmada önce maya hücresi çekirdeğinde bölünmeler meydana gelir ve sonra bölünen çekirdeklerin etrafındaki protoplazma yoğunlaşarak spora dönüşür. Oluşan sporlar hücre içinde kalır. Sonra maya hücresi parçalanır ve sporlar dışarı çıkar.

19 Mayalar 07 Sporların içinde bulunduğu bu hücreye Ask (Ascus) ve sporlara da askospor adı verilir ve askus içinde 1-8 adet spor bulunabilir. Maya sporları da tıpkı bakterilerin yaptığı endosporlar gibi fiziksel ve kimyasal etkilere karşı daha dayanıklıdır. Sporlar uygun bir ortama düştüklerinde çimlenir ve vejetatif hücre haline geçip yaşamlarına devam ederler. Cinsel çoğalma; kopülasyon ile çoğalma adı da verilir. Bu şekil çoğalmada iki hücre yan yana gelip birbirleriyle temas ettikten sonra arada bir kanal meydana gelir, gamet oluşur, gamet daha sonra askus halini alır.

20 Küfler 01 Küfler saprofit veya parazit olarak yaşayan flamentli mikrofunguslardır. Doğada çok yayılmış olup hemen her yerde bulunmaktadırlar. Çok hücreli organizmalardır. Ancak bu hücreler birbirlerine ekli kalarak hücre iplikçikleri oluştururlar, bunlara "hif" adı verilmektedir. Bu hifler dallanıp budaklanmakta ve karmakarışık bir yapı oluşturarak miselyumları meydana getirmektedirler. Genel olarak vejetatif ve förtil hif denilen iki tip hif bulunmaktadır.

21 Küfler 02 Vejetatif hifler substratın yüzeyinde gelişip yayılmakta ve böylece de küfün substrat üzerinde tutunmasını, yaşama ve üremesi için gerekli besin maddelerini almasını sağlamaktadır. Buna karşın förtil hifler havaya doğru uzamakta ve çoğalma organlarını veya sporları taşımaktadır. Sporlar rüzgâr ile her yere taşınır. Hifler bölmeli (septalı) ya da bölmesiz (septasız) olurlar ve septasız hifleri oluşturan hücreler daha uzundurlar. Bu gibi hücrelerde bir veya birkaç tane çekirdek (nükleus) bulunur. Çok zengin enzim sistemleri bulunur, buna bağlı olarak çok farklı ortamlarda gelişirler (0,01 N NaOH).

22 Küfler 03 Endüstriyel mikrobiyolojide çok yaygın kullanım alanları vardır. Pek çok endüstriyel enzim (amilaz, rennin vb.) küfler ile üretilir. Çoğalmaları bakteri ve mayalar göre daha yavaştır. Çevre bilimcilere göre eğer küfler, bakteri ve mayalar kadar hızlı çoğalsalardı bugün çok farklı bir ekolojide yaşıyor olacaktık. Hifler ya bölmeli (septalı) veya bölmesiz (septasız) olurlar ve septasız hifleri oluşturan hücreler daha uzundurlar. Bu gibi hücrelerde bir veya birkaç tane çekirdek (nükleus) bulunmaktadır.

23 Küfler 04 Küflerde çoğalma vejetatif (eşeysiz/ cinsel olmayan) ve cinsel (eşeyli) olmak üzere 2 şekilde meydana gelir. Eşeysiz çoğalmanın en basit şekli miselyumların uygun koşullarda çoğalmaları ile olur ve bu tarz çoğalma koşullar uygun olduğunda çok hızlı gerçekleşir. Ancak vejetatif çoğalma daha çok sporlarla olmaktadır. Sporlar da cinsel veya cinsel olmayan şekillerde meydana gelir. Phycomycetes ve Ascomycetes sınıfındaki küfler cinsel ve cinsel olmayan sporlar meydana getirdikleri halde Deuteromycetes sınıfındaki funguslar yalnız cinsel olmayan spor yapmaktadır.

24 Küfler 05 Gıda mikrobiyolojisi açısından belirli gıdalarda belirli sayılarda küf (maya ve küf) bulunmasına izin verilir. Küflerin oluşturduğu mikotoksinlere de bebek mamaları dâhil belirli gıdalarda belirli derişimlerde izin verilir. Yasal gıda kontrollerinde Rokfor ve Kamambert peynirlerinde küf sayımı yapılmaz. Mikotoksinlere en tipik örnek aflatoksindir. Aspergillus flavus adlı küf tarafından oluşturulur.