Kap 2
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
2.1 Förutsättningar för mikrobiellt angrepp
Livsmedel består i stor utsträckning av celler från växt- eller djurriket (kött,
fisk, ägg, frukt, grönsaker, mm) eller av biologiskt material som härstammar
från dessa (mjölk, saft, fett, mm). Man måste se på dessa livsmedels
hållbarhet från en ekologisk synvinkel. Allt biologiskt material i naturen bryts
ned till enklare beståndsdelar, ofta ända ned till oorganiska föreningar vilket
då kallas mineralisering och utgör en del av naturens kretslopp för kol och
kväve (Fig 1.2). Detta är en förutsättning för allt liv på jorden. Om processen
inte ägde rum, skulle snart alla näringsämnen för växtriket, utan vilket inga
djur kan existera, vara bundet till dött biologiskt material. Det faktum att
vissa delar av detta biologiska material väljs ut för att tjäna som livsmedel åt
människan ändrar inte på dessa processer. Däremot innebär det att
människans intresse, när det gäller lagring av livsmedel, kommer i konflikt
med det naturliga förloppet.
CO2 + N2
Ljus
Djur
Växter
Archae
Organisk Bakterier
materia Svampar
Alger
Protozoer
Döda organismer
Fig 1. Mikroorganismer, framför allt bakterier och svampar, svarar för huvuddelen av
recirkuleringen av kolet och kvävet till atmosfären.
Att öka hållbarheten hos ett livsmedel innebär alltså att man måste motverka
början av den naturliga process som leder till en fullständig nedbrytning av
livsmedlet. Den absolut viktigaste mekanismen i denna process är den
mikrobiella nedbrytningen. Vanligen betraktas ett livsmedel som förstört
redan på ett tidigt stadium i den mikrobiella nedbrytningen. Denna process
kallas mikrobiell förskämning (eng. food spoilage). Förruttnelse (eng.
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
5
putrification) är en viss typ av förskämning som normalt inträffar långt efter
det att livsmedlet redan är förskämt.
Normalt innebär förskämningen inte att livsmedlet blir hälsofarligt, utan
snarare att det blir oacceptabelt p.g.a. obehaglig smak, lukt eller konsistens.
Inte heller näringsvärdet av ett förskämt livsmedel behöver vara väsentligen
försämrat. I vissa fall har dock patogena organismer vuxit i livsmedlet och
gjort det hälsofarligt att äta. Denna process är ofta, men inte alltid, förenad
med förskämning. Därför innebär konsumtion av en förskämd produkt större
risk för förgiftning än vad konsumtion av en till synes oförstörd produkt
medför. Förskämningen är alltså en viktig signal om att livsmedlet kan vara
hälsofarligt. Man kan å andra sidan bli sjuk av mat som inte är förskämd.
Förmågan att uppfatta och tolerera livsmedelsförskämningen kan också
variera mycket mellan olika individer.
Det är inte bara mikrobiell aktivitet som begränsar hållbarheten hos ett livsmedel, även om detta ofta är den helt dominerande orsaken. Fysikaliska
förändringar som t ex uttorkning spelar en stor roll när det gäller frukt och
grönsaker. Kemiska förändringar som endogen metabolism, t.ex. respiration
baserad på lagrade kolhydrater, hos vegetabilier kan leda till övermognad och
färgförändringar. Härskning är kanske den viktigaste typen av kemisk
förskämning av livsmedel. Härskningsrekationer kan vara rent kemiska men
de kan också vara biologiskt katalyserade.
Det är omöjligt att kortfattat och heltäckande beskriva mikrobiell förskämning
av livsmedel, därför att detta inte är en entydig process. De påståenden som
görs i det följande måste tolkas som typiska förhållanden, men långt ifrån
allenarådande. När det t ex sägs att Pseudomonas-arter begränsar hållbarheten
hos färskt kyllagrat kött betyder detta att många, men inte alla,
undersökningar visat att de flesta undersökta prover dominerats av
Pseudomonas spp. då de blivit förskämda. Man kan i allmänhet inte säkert
avgöra om den dominerande organismen i ett förskämt livsmedel också är den
som verkligen orsakar förskämningen. Det finns exempel som visar att det
kan krävas 10 gånger fler Achromobacter än Pseudomonas för att göra fisk
oacceptabel ur smaksynpunkt.
Mikrofloran på livsmedel
De flesta livsmedelsråvaror har en primärflora av mikroorganismer som
härrör från den ursprungliga miljön för växtens/djurets tillväxt. Under den
fortsatta bearbetningen tillkommer en kontaminationsflora. Vid efterföljande
lagring utvecklas en sekundärflora, som inte behöver likna primär- eller
kontaminationsfloran. Det är livsmedlets egenskaper som substrat för
mikrobiell tillväxt, samt lagringsbetingelserna, som avgör hur den sekundära
floran, som sedan utvecklas till förskämningsflora, ser ut.
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
6
Tabell 1 Exempel på mikroflorans storlek i några produkter och stadier.
Produkt
Inre frisk djurvävnad
Typiskt cellantal
≈0
Växtytor
Fiskskinn
Äggskal
primärflora ≈ 10
Mjölk
Kött
Fiskfiléer
Inre växtdelar
Förskämningsflora på de
flesta livsmedel
3
kontaminationsflora
vid god hygien ≈ 10 3
≈ 10 7 - 108
Enhet
cm-2
cm-2
cm-2
g-1
cm-2
cm-2
g-1
cm-2 eller g-1
Vid tidpunkten för förskämning överstiger mikrofloran vanligen 107 cm -2
(eller g -1). Fasta, obearbetade produkter som helt kött, fiskfiléer, hela frukter
o.s.v., har huvudsakligen mikrobiell tillväxt på ytan (anges som antal celler
per cm2 ), medan bearbetade produkter som köttfärs, korv och mjöl samt
vätskor, har en mer homogen fördelning av mikrofloran (anges som celler per
g eller ml).
Fysikalisk-kemiska egenskaper
Livsmedlets förutsättning att tjäna som substrat för mikrobiell tillväxt beror
främst på ett antal fysikaliska och kemiska parametrar:
-
Temperatur
Vattenaktivitet (aw)
pH och buffertkapacitet
Syrehalt och syretillförsel
Redoxpotential och redoxbuffrande kapacitet
Mekanisk struktur
Typ av metaboliserbar kol- och energikälla
Typ av metaboliserbar kvävekälla
Inhibitorer
Temperaturen påverkar naturligtvis hastigheten med vilken mikroorganismerna växer till och därigenom hållbarheten av livsmedlet. den
dramatiska effekten relativt små ändringar i temperaturen kan ha inom
området vid och straxt över vanlig kylskåpstemperatur illustreras i Fig 2.
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
7
10
Log (cfu)
10
10°C
8°C
20°C
4°C
0°C
0
0
0
15
t(d)
Fig 2. Inverkan av temperaturen på tillväxten av aeroba bakterier på kött.
Temperaturen påverkar inte bara hastigheten för mikroflorans tillväxt utan
även mikroflorans sammansättning. Man indelar mikroorganismerna enligt
deras förhållande till temperatur i termofiler, mesofiler, psykrofiler och
psykrotrofer. Fig 3 visar schematiskt hur de olika typernas tillväxthastighet
varierar med temperaturen. Psykrotrofa organismer, som spelar en stor roll
vid förskämning av kyllagrade livsmedel, har sitt temperaturoptimum ungefär
som mesofila organismer, men de har förmågan att växa relativt snabbt ända
ned till kylskåpstemperatur. Detta temperaturberoende innebär att en blandad
mikroflora som lagras i kyla selekteras mot ett högt innehåll av psykrotrofa
och ibland även psykrofila organismer.
Rel. tillväxthastighet
Mesofil
Termofil
Psykrotrof
Psykrofi
l
0
10
20
30
40
50
60 °C
Fig 3. Klassificering av mikroorganismer enligt tillväxthastighetens temperaturberoende.
Det finns inga allmänt accepterade exakta temperaturgränser mellan de olika grupperna.
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
8
Mikroorganismers tillväxthastighet anges antingen som generationstid (tg, h)
eller som specifik tillväxthastighet (µ, h -1). Generationstiden är den tid det tar att
fördubbla cellmängden. Den specifika tillväxthastigheten anger hastigheten för
cellbildning per cellmängd. Sambandet mellan dessa parametrar är
tg = 0.69
vilket kan härledas ur en enkel massbalans för celler:
dN = N
dt
där N är antalet celler, µ (h -1) är den specifika tillväxthastigheten och t (h) är
tiden. Efter integrering med N0 celler vid t = 0 och Nt celler vid tiden t, erhålls
ln(Nt)
= t
ln(N0)
Enligt definitionen för generationstid, är antalet celler efter tiden tg lika med 2N0.
Sätt in detta i ovanstående formel så erhålls:
ln(2N0)
=
ln(N0)
tg
vilket ger det sökta sambandet
ln2 = t g
Vattenaktiviteten (aw) är den enskilda faktor, vid sidan av temperaturen, som
bestämmer hur snabbt och av vilken typ av organismer ett livsmedel förstörs.
Vattenaktiviteten hos en substans kan bestämmas som vattenångtrycket i ett
litet slutet rum där produkten innesluts ( pH2O), i relation till vattenångtrycket
för rent vatten ( pH2O*):
aw = pH2 O
pH2 O*
För en vattenlösning av lågmolekylära föreningar som socker och salt gäller:
där
aw = nw
nw + n s
nw = antal moler vatten
ns = antal moler lösta molekyler
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
9
Några faktorer som sänker vattenaktiviteten i livsmedel är
- Joner (t ex salt)
- Lösta molekyler (t ex socker)
- Hydrofila kolloider (t.ex stärkelse)
- Iskristaller
Vattenaktiviteten kan säjas beskriva vattnets tillgänglighet för organismerna.
Det är alltså inte bara vattenhalten utan även molariteten och arten av lösta
substanser som avgör vattenaktviteten. Detta exemplifieras i Fig 4.2, som
visar sorptionsisotermer för olika vattenbindande material. Cellulosa får en
förhållandevis hög vattenaktivitet och stärkelse en låg vattenaktivitet vid
samma vattenhalt.
Frukt
Vattenhalt (%)
30
Lipid
oxidation
20
Stärkelse
Kött
10
Lipolys
Proteolys
Cellulosa
Mögel
Jäst
Bakterie
0
0
0.3
0.6
0.9
Vattenaktivitet
Fig 4. Sorptionsisotermerna för olika
material visar att vattenaktiviteten inte är
direkt proportionell mot vattenhalten.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Vattenaktivitet
Fig 5. Schematisk skiss av hur vattenaktiviteten påverkar hastigheten för
enzymers reaktion och mikroorganismers tillväxt.
Biokemiska reaktioners hastighet sjunker i allmänhet med sänkt
vattenaktivitet. Olika typer av biokemiska reaktioner är dock olika känsliga
för låg vattenaktivitet. Detta illustreras i Fig 5. Bland mikroorganismer är
mögel och jäst mer resistenta mot en sänkning av vattenaktiviteten än
bakterier i allmänhet, medan enskilda enzymer kan bibehålla sin aktivitet vid
ännu lägre vattenaktivitet. Det finns dock många undantag från denna
generalisering. Tre kategorier av mikroorganismer som föredrar låga
vattenaktiviteter är: Osmofil (sockerföredragande) jäst, xerofila (torkföredragande) svampar samt halofila (saltföredragande) bakterier. Dessa
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
10
organismer inte bara tål låg vattenaktivitet men kan även kräva det för sin
tillväxt.
Tabell 3.2 Exempel på typisk minimivattenaktivitet för tillväxt samt
några livsmedels vattenaktivitet.
Organism
min
Livsmedel
aw
aw
Mjölk, fisk, kött
0.99
Pseudomonas
0.97
E. coli
0.96
Korv, 7% salt
0.96
Clostridium
0.95
Brochothrix
0.94
thermosphacta
Bacillus
0.93
Skinka, 12% salt
0.93
Lactobacillus
0.93
Streptococcus
0.93
Lactococcus
0.93
Micrococcus
0.93
Sylt, 50% socker
0.91
Ost, bröd
Salt sill, 20% salt
0.87
Staphylococcus
0.86
Jäst, allmänt
0.85
Mögelsvamper,
0.80
allmänt
Marmelad
Halofila bakterier
0.75
Säd med 10% vatten
0.7
Xerofila mögelsvampar
0.65
Osmofil jäst
0.60
Torkad frukt, 15%
0.6
vatten
Torrmjölk, pulvermat,
< 0.5
hårt bröd
Halofil = saltföredragande; xerofil = föredrar torka; osmofil = föredrar högt osmotiskt tryck.
Vattenaktiviteten i livsmedel spelar en stor roll för såväl hastigheten för
mikrobiell tillväxt som för selektionen av förskämningsflora på livsmedlet.
Skälet till att vattenaktiviteten är så viktig för livsmedlets hållbarhet är att de
flesta mikroorganismer, och speciellt de vanligaste livsmedelsförskämmarna,
kräver relativt hög vattenaktivitet. Detta illustreras i Tabell 3.2, som visar
approximativ minimivattenaktivitet för olika organismer. Redan innan denna
vattenaktivitet nåtts har tillväxthastigheten sänkts avsevärt. De mer toleranta
typerna växer sakta och tillhör inte de värsta livsmedelsförskämmarna. Man
kan dra många slutsatser ur Tabell 2. Det framgår t.ex. att Pseudomonas, som
dominerar förskämningen av färskt kött och fisk, inte utgör något problem i
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
11
korv eller sillinläggningar. Dessa får en förskämningsflora av mer
torkresistenta arter. Tabellen visar också varför det främst är mögel som
angriper vanligt bröd, medan hårt bröd inte möglar alls, om det förvaras torrt.
Vidare kan man förstå varför förgiftningar vid julbordet ofta orsakas av
Staphylococcus.
Observera att dessa siffror, som hämtas från olika källor, bara anger
tendensen! T ex beror resistensen mot låg vattenaktivitet av många andra
faktorer, såsom tillväxtmedium och pH, varför några exakta siffor aldrig kan
anges. Dessutom har mikroorganismer ofta förmåga att genom mutation och
selektion utveckla avvikande stammar.
pH är en annan faktor som spelar stor roll för vilken typ av förskämningsflora som utvecklas och för hastigheten för förskämningen.
Tabell 3. Generaliserad bild av mikroorganismers pH-beroende
Förekommer främst vid pH
Typiskt pH optimum
Bakterier
4-9
7±1
Mögel
2 - 11
5±1
Jäst
2.5 - 7
4-5
Bland bakterier är det framför allt mjölksyrabakterier som växer i pHintervallet 4-5. Livsmedel har i allmänhet ett relativt surt pH (Tabell 4)
Tabell 4. Typiska pH-värden i vanliga livsmedel
Räkor
7
Kål
5.5
Fisk
6.7
Potatis
5.5
Majs
6-7
Fil
4.5
Mjölk
6.5
Tomater
4.2
Melon
6.5
Apelsinjuice
4
Smör
6.2
Yoghurt
3.5
Kött
5.1-6.4
Äpple
≈3
Ost
5.9
Citron
≈2
Ostron
5-6
Redoxpotential och tillgång till syre påverkar inte hastigheten för mikrobiell
tillväxt nämnvärt, men väl typen av förskämningsflora och därmed arten av
de förskämmande reaktionerna. Allmänt sett ger anaerob metabolism mer
illaluktande substanser och de bidrar därför till en tidigare förskämning än
aerob metabolism. Ett undantag är dock mjölksyrabakterierna (se avsnittet om
vacuumförpackning). Vid anaeroba förhållanden och låg redoxpotential ökar
också risken för tillväxt av Clostridium med toxinbildning.
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
12
Den mekaniska strukturen är viktig för livsmedlens hållbarhet. På helt kött
växer bakterierna i första hand på exudatet, d.v.s. den glukos- och
aminosyrarika vätska som läcker ut ur skadade celler och kärlsystem. Om
köttet bearbetas så att denna vätskemängd ökar leder detta till snabbare
tillväxt och tillväxt djupare under ytan. Frukt och grönsaksvävnaden skyddas
dels av det yttre skalet och dels av pektiner som omger cellerna. Detta gör det
svårt för mikrofloran att ta sig in i produkten. På den oskalade ytan av dessa
produkter är näringstillgången (framför allt vattentillgången) så låg att endast
få organismer kan växa och då med låg hastighet. Skadas detta skydd genom
mekanisk åverkan eller av pektinaser från speciella organismer, främst mögel,
underlättas mikroflorans invasion och därmed förskämningen.
Många livsmedel, speciellt frukt och grönsaker, innehåller antimikrobiella
substanser som försvårar det mikrobiella angreppet. Några exempel på sådana
substanser ges i tabellerna nedan.
Tabell 5. Exempel på naturliga mikrobiella inhibitorer i livsmedel.
Livsmedel
Inibitor
Pepparrot
Allylisothiocyanat
Lök och vitlök
Allicin
Diallyltiosulfinsyra
Tomat
Tomatin
Rädisor
Raphanin
Lingon
Bensoesyra
Oregano m.fl
Eteriska oljor
Tabell 6. Exempel på vanliga antibiotiska substanser som bildas i livsmedel
vid tillväxt av mjölksyrabakterier.
Antimikrobiell produkt
Organism
Nisin (i mjölk)
Lactococcus lactis
Salvaricin
Lactococcus. salvaricus
Acidocin B
Lactobacillus acidophilus
Reuterin
Lactobacillus reuterii
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
13
Några definitioner på antimikrobiella substanser:
Antibiotika:
Mikrobiellt producerade antimikrobiella (bactericida/
fungicida eller bakteriostatiska/fungistatiska) substanser som
har låg humantoxicitet och som normalt används för humaneller veterinärbruk. Dessa används, med få undantag, inte i
livsmedel (Se Kap 3.5***).
Probiotika
Mikrobiella kulturer (främst mjölksyrabakterier) som äts för
att
stabilisera
tarmfloran.
Verkar
genom
att
mikroorganismerna etablerar sig på tarmslemhinnan och
motverka, eventuellt genom bildning av bacteriociner,
tillväxt av andra (olämpliga) organismer.
Bakteriociner
Bakteriellt producerade proteiner (peptider) med baktericid
effekt på främst närbesläktade arter eller stammar.
bactericid = bakteriedödande; fungicid = svampdödande;
bakteriostatisk = bakteriehämmande.
2. 2 De kemiska reaktionerna
De viktigaste förändringarna i ett livsmedel i anslutning till mirkobiell
förskämning ( eng. spoilage ) kan indelas i:
- Nedbrytning av N-föreningar
- Nedbrytning av fett
- Nedbrytning av kolhydrater
- Pektinnedbrytning
- Polysackaridbildning
Nedbrytning av N-föreningar
Den vanligaste och den första förskämningsreaktionen är oxidativ deaminering:
aminosyra + O2
deaminas
NH3 + organisk syra
Detta anses vara den dominerande förskämningsreaktionen på kyllagrat färskt
kött och fisk. Aminosyror fungerar här som energikälla efter att aminogruppen
spjälkats av av aeroba oxidativa deaminaser.
Proteolys leder till bildning av peptider och aminosyror:
Protein
proteinas
peptider
peptidas
aminosyror
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
14
Peptider kan ge en söt eller bitter smak (t ex i mjölk) men proteolysen
uppträder vanligen inte förrän den oxidativa deamineringen redan förstört
livsmedlet. Proteolysen anses därför inte bidra väsentligt till förskämningen
av kyllagrade livsmedel. I allmänhet producerar proteolytiska
mikroorganismer inte så mycket proteaser så länge de har tillgång till fria
aminosyror.
Förruttnelse (eng. putrification) är anaeroba reaktioner som leder till
bildning av aminer (cadaverin, putrescin, histamin m fl), organiska syror och
svavel-föreningar (H2S, merkaptan mm).
Anaerob
aminosyror
metabolism
Aminer
Organiska syror
S-föreningar
Indol
Flera av dessa har ytterst stark lukt, t.ex. cadaverin som bildas från lysin (Fig
6) och putrecin från ornetin. Histamin bildas på liknande sätt, och kan ge
allergisk chock hos överkänsliga personer. Förruttnelse är typisk vid
förskämning under högre temperatur (över 15oC) då Bacillus och Clostridium
växer snabbt, men spelar inte så stor roll då kyllagringen fungerar. Innan dessa
förruttnelsereaktioner får större omfattning är livsmedlet i allmänhet förskämt
genom den oxidativa deamineringen.
Lysin
Cadaverin
H 2N - CH - COOH
lysindecarboxylas
NH - (CH2 )5 - NH 2 + CO 2
2
(CH2 )4
NH 2
Histidin
H 2N - CH - COOH
Histamin
histidindecarboxylas
NH2- (CH2 ) 2
CH
2
HN
HN
N
N
Fig 6. Histamin, cadaverin och andra aminer bildas genom anaerob
dekarboxylering av aminosyror.
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
15
Reduktion av trimetylaminoxid (TMAO)
Fisk, speciellt fisk från saltvatten, innehåller mycket trimetylaminoxid
(TMAO) som kan fungera som oxidationsmedel (elektronacceptor) för
mikrobiell anaerob respiration. Därvid bildas trimetylamin (TMA) som anses
ge upphov till "typisk fisklukt". TMA kan också bildas genom enzymatisk
hydrolys av lecitin.
CH3
CH3
TMAO-
H3C - N = O
H3C - N
reduktas
CH3
CH3
TMAO
TMA
Nedbrytning av fett
När fett förändras kemiskt så att det smakar illa kallas det härskning (eng.
rancid = härsken). Härskning utgör ett komplex av reaktioner som inte är helt
kända. En klassificering av härskningsreaktioner ges i Fig 7. Den hydrolytiska
härskningen resulterar i fria fettsyror (FFA) och glycerol. Hur mycket fria
fettsyror som toleraras i ett livsmedel beror av typen (vanligen kolkedjelängden) av syran. Exempelvis kan 15 % FFA accepteras i oxkött med långa
fettsyror, medan endast 2 % FFA accepteras i olivolja. När korta fettsyror
som t.ex. smörsyra bildas är toleransgränsen mycket låg. Den hydrolytiska
härskningen påverkas inte av syre. Autohydrolys kan dessutom ske vid
frånvaro av vatten (exempelvis i kokosfett), men den går mycket långsamt,
vilket förklarar den relativa hållbarheten av kokosfett.
Autohydrolytisk
Hydrolytisk
härskning
Illasmakande
produkter:
Enzymatisk
Fria fettsyror (FFA)
Lipolys
Mikrobiell
Autooxidativ
Oxidativ
härskning
Lipoxydaskatalyserad
ß-oxidation
Fig 7. Olika typer av härskning.
Aldehyder, ketoner,
speciellt metylketoner
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
16
Många mikroorganismer bildar lipaser som spjälkar fett till fria fettsyror och
glycerol. Om mikroorganismerna är aktiva metaboliseras fettsyrorna
dessutom vidare och ett komplex av bismaker kan bildas. Om
organismerna har inaktiverats slutar lipolysen vid de fria fettsyrorna.
Den oxidativa härskningen kräver tillgång till syre. Autooxidativ härskning
katalyseras av metaller och accelereras av ljus. Processen innebär att hydroperoxider (R-OOH) bildas via peroxidradikaler (R-OO*). Hydroperoxiderna
ger i sig ingen stark smak, men de sönderfaller i aldehyder och ketoner som
ger upphov till härskningssmaken. Fig 8 visar principen för autooxidativ
härskning.
Aldehyder
+
Ketoner
R*
O2
ROOH
RH
ljus
Me++
ROO*
Fig 8. Autooxidation av fettsyra (RH) resulterar i aldehyder och ketoner. Den initieras av
att en radikal (R*) bildas från fettsyran, vilket katalyseras av bl.a. Fe2+ och ljus. Radikalen
reagerar lätt med syre och bildar en peroxidradikal (ROO*). Anti-oxidanter i livsmedel
används för att fånga upp peroxidradikalen för att förhindra den kedjereaktion som uppstår
då radikalen istället reagerar med en annan fettsyra som bildar en ny radikal.
ß-oxidation är den vanliga mekanismen för mikrobiell nedbrytning av fettsyror varvid bildas acetyl-CoA och ny fettsyra-CoA med 2C kortare kolkedja.
Vissa mikroorganismer har en sidoreaktion vid sista steget i ßoxidationscykeln. Genom denna bildas ytterst aromatiska metylketoner som
ger bismak i fettet (Fig 9).
Lipoxydaser är enzymer som kan bildas av mögel eller kan finnas i
djur/växtvävnaden. Enzymet oxiderar fettsyror med cis-cis 1-4 pentadien
konfiguration (ex. linolsyra och linolensyra) varvid det också bildas
hydroperoxider som sönderfaller i starkt smakande aldehyder och ketoner.
Dessa reaktioner är inte alltid av ondo i livsmedel. De utgör bl.a. viktiga
komponenter i ädelostar som Brie och grönmögelost. Lipoxydaser finns också
i många växtceller, vilket är en av orsakerna till att grönsaker ofta värmebehandlas (blancheras) före infrysning, för att enzymer skall inaktiveras.
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
17
R - CH 2CH 2COOH
CoA
R - CH 2CH 2CO-CoA
ß-oxidation
R-CO - CH 2- CO - CoA
CoA
R - CO - CoA
+
CH 3CO - CoA
H2 O
CO2 + CoA
+ R - CO - CH 3
Metylketon
Fig 5:1. Metylketonbildning som biprodukt vid ß-oxidation av fettsyror.
Nedbrytning av kolhydrater
Mikroorganismer som växer i livsmedel får i allmänhet sin kol-och
energikälla från någon sockerart. Under aeroba förhållanden förbränns
energikällan främst till koldioxid och vatten, men under syrebristförhållande
kan många arter utvinna energi genom fermentation (jäsning), vilket ger
upphov till en rad fermentationsprodukter. De viktigaste mikrobiella
kolhydratjäsningstyperna och dessas huvudprodukter sammanfattas i Tabell 7.
Tabell 7. De viktigaste mikrobiella fermentationstyperna
Fermentationstyp
Produkter
Alkoholjäsning
Etanol, CO2
Homofermentativ mjölksyrajäsning
Mjölksyra
Heterofermentativ mjölksyrajäsning
Mjölksyra, Ättiksyra, Etanol,CO2
Propionsyrajäsning
Propionsyra, Ättiksyra, CO2
Smörsyrajäsning
Smörsyra, Ättiksyra, CO2, H2
Blandad syrajäsning
Mjölksyra, Ättiksyra, CO2, H2, Etanol
2,3-butandioljäsning
CO2, Etanol, Butandiol, Myrsyra
Av dessa är det främst smörsyrajäsning, blandad-syra-jäsning och butandioljäsning som förskämmer livsmedel. De båda sistnämnda jäsningarna är
typiska
för
bakterier
tillhörande
familjen
Enterobacteriaceae.
Smörsyrajäsning åstadkoms av sackarolytiska Clostridium. Mjölksyrajäsning
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
18
görs främst av mjölksyrabakterier och den sker även i närvaro av syre, då
mjölksyra-bakterierna är relativt indifferenta gentemot syre.
Mjölksyrajäsningen används i stor utsträckning för att fermentera livsmedel,
som ost, yoghurt, korv och grönsaker (saltgurka och surkål) men speciellt den
heterofermentativa mjölksyrajäsningen kan också vara involverad i
livsmedelsförskämning.
Nedbrytning av pektiner
Pektiner finns i alla frukt och grönsaker. Pektinet fungerar som "kitt" mellan
cellerna och ger därigenom stadga åt vävnaden. Vid mognad av frukt och bär
bildas pektinaser som delvis upplöser pektinet och gör frukten mjukare.
Pektinas är ett begrepp som sammanfattar en varierande blandning av
enzymer. Pektinaser bildas också av vissa mikroorganismer (speciellt av vissa
mögel och av Erwinia ). Mikrobiella pektinaser underlättar den mikrobiella
invasionen av växtmaterial (Mjukröta, eng. "soft rot") .
Slembildning
Mikrobiell förskämning av kött och fisk karaktäriseras ofta av slembildning på ytan. Slembildning förekommer också vid mikrobiella angrepp på
vegetabilier, vin och vinäger samt vid Bacillus subtilis infektion i färskt bröd.
Slemmet består av mikrobiella extracellulära polysackarider. Denna
produktion stimuleras vanligen av kvävebrist. Vid framställning av
filmjölksprodukter utnyttjas viss polysackaridbildning av mjölksyrabakterierna för att ge önskad konsistens åt produkten. Denna
polysackaridbildning är speciellt kraftig i långmjölk. Den tjocka konsistensen
hos filmjölk beror dock främst av pH-sänkningen som fäller ut proteiner.
---------------------Mjölksyrabakterierna indelas i homo- och heterofermentativa
mjölksyra bakterier. Homofermentativa mjölksyrabakterier
bildar huvud-sakligen mjölksyra vid fermentering av socker.
Hit hör
alla Streptococcus
alla Lactococcus,
alla Pediococcus
vissa Lactobacillus.
Heterofermentativa mjölksyrabakterier bildar förutom
mjölksyra även ättiksyra, etanol och koldioxid.
Hit hör alla Leuconostoc och de flesta Lactobacillus.
Kemiska reaktioner vid förskämning av livsmedel
19
Streptococcus är ett genus som innehåller arter med mycket olika karaktär. Tidigare
räknades vissa av dagens Lactococcus och Enterococcus som streptokocker. De
hänfördes då till lactic-gruppen respektive entero- gruppen av Streptococcus. En
indelning av de organismer som i äldre litterur hänförs till släktet Streptococcus är:
1. Laktokocker (Lactococcus lacits, L. cremoris m fl). Dessa används ofta vid
fermentering av livsmedel. Dessa organismer kallas i äldre litteratur Streptococcus eller
mjölkstreptokocker.
2. Enterokocker (Enterococcus faecalis, E. faecium m fl) anses vanligtvis inte
patogena, även om vissa stammar har rapporterats som toxinbildare. En av de svåraste
antibiotikaresistenta infektionerna som drabbar sjukhus kan hänföras till Enterococcus
faecium. De flesta E. faecium-stammarna är dock normalt förekommande i tarmfloran
och anses ofarliga. Motsättningen i ovanstående iaktagelser är snarast att hänföra till
svårigheten att klassificera mikrooorganismer enligt det vedertagna art-begreppet.
Förekomst av enterokocker i livsmedel kan (men måste ej) tyda på dålig hygien vid
hanteringen. De kallas därför indikatorbakterier.
3. Hämolytiska streptokocker. Det finns två typer av hämolytiska streptococker: αhämolytiska och ß-hämolytiska. Arter i den förra s.k. viridans-gruppen är vanliga på våra
slemhinnor och förorsakar normalt ingen skada. Bland de ß-hämolytiska streptokockerna
(pyogenes-gruppen) finns mycket patogena arter och de kan lätt förvärva bred antibiotika
resistens och ge upphov till s.k. sjukhusinfektioner.
