Besin Güvenliği ve Hijyen Dersi 2. Ünite Özet

Mikroorganizmalar ve Genel Özellikleri

Mikroorganizmalar; genellikle çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük, bulundukları ortamda kendi başlarına yaşayabilen, canlıların evrim sürecine bakıldığında ise yeryüzünde oluşan ve yayılan ilk canlılardır. Ana mikroorganizma grupları olarak bakteriler Arkea ve Bakteria domainlerini oluşturmakta, protozoa, algler ve funguslar ise ökarya domaininde yer almaktadır. Canlı birer organizma olarak kabul edilemediğinden bu domainlerde yer alamayan virüsler, prionlar ve viroidler de mikroorganizma olarak kabul edilirler.

Hücre, yaşamın temel birimidir ve bir zarla dış ortamdan ayrılır. Hücrelerin iç yapıları dikkate alındığında ökaryot ve prokaryot olarak ikiye ayrılırlar. En önemli yapısal farklılıkları; ökaryotların oldukça gelişmiş organellere ve prokaryotlara göre daha büyük hücre yapısına sahip olmasıdır. Prokaryotlardan farklı olarak genetik materyal, zarla çevrili olarak nükleus adı verilen yapıda yer alır. Yine zarla çevrili çeşitli organeller ve hücre iskeleti yanında, oksijenli solunum ve fotosentezin gerçekleştiği mitokondri ve kloroplast gibi özelleşmiş yapılara sahiplerdir. Ökaryotik mikroorganizmalara funguslar, parazitler ve algler dâhildir. Daha basit ve ilkel yapıya sahip prokaryot hücre grubunda Bakteria ve Arkea üyeleri yer alır. Oldukça küçük olan bu hücrelerde zarla çevrili organeller yer almaz ve tek kopya olan genetik materyal hücre içinde dağınık hâlde bulunur.

Bakteriler, genetik materyalleri hücre içinde bir çekirdek zarı ile çevrilmediği için Prokaryot olarak kabul edilen basit yapılı ve tek hücreli olarak hayatlarını sürdürebilen organizmalardır. Büyüklükleri genellikle 0,2-50 µm aralığında değişir. Kullandıkları enerji kaynaklarına göre fototrof ve kemotrof; elektron ve organotrof; kullandıkları karbon kaynaklarına göre ise ototrof ve heterotrof olarak sınıflandırılırlar. Yapısında bulunan peptidoglikan adı verilen bir tabakanın kalın veya çok ince olmasına göre sınıflandırılan bakteri hücreleri, bir boyama tekniği esas alınarak Gram-pozitif ve Gram-negatif olarak ikiye ayrılırlar. Bazı bakteriler sporulasyon adı verilen bir süreç sonunda endospor adı verilen ısı, kuraklık, kimyasallar ve radyasyona dayanıklı yapılar üretirler. Bu yapılar ile bakteriler yüksek veya düşük sıcaklıklarda, kurak veya besin maddesi olmayan ortamlarda yaşamlarını devam ettirirler. Besinlerde bozulmaya yol açan önemli bakterilerden Bacillus ve Clostridium cinslerine ait endosporlar ile mücadele besin mikrobiyolojisinde önemli bir yere sahiptir.

Bakteriler, çevre koşullarına yüksek adaptasyon yetenekleri ve yetersiz sanitasyon uygulamaları sonucunda, gerek tarımsal alanlarda gerekse işlenmeleri ve saklanmaları sırasında besinler üzerinde kontrolsüz ve istenmeyen şekilde çoğalarak ürünlerin bozulmasına ve tüketilemez hale gelmesine sebep olurlar. Sanitasyon, besin mikrobiyolojisi açısından, besinlerin üretiminin her aşamasında hijyenik ve sağlıklı ortamların yaratılması ve bu durumun devam ettirilmesi için yapılan uygulamalar bütünüdür.

Funguslar, günlük hayatta çoğu kez karşımıza çıkan, bazı gruplarının gözle görülebildiği ökaryotik hücre yapısına sahip tek veya çok hücreli canlılardır. Funguslar; temel olarak küfler, mantarlar ve mayalar olarak üçe ayrılır. Birkaç istisna dışında fungusların çoğu karasal yaşam sürerler. İhtiyaçları olan karbon kaynaklarını toprak ve ölmüş bitkiler üzerinde saprofit yaşam sürerek sağlarlar. Saprofit, ölen canlıların yapısındaki organik maddeleri kullanarak yaşamlarını sürdüren çürükçül canlılara verilen genel addır. Küfler, filamentli funguslar olarak bilinir. Ekmek, limon ve peynir gibi besin maddeleri üzerinde sıklıkla karşılaşabileceğimiz küfler, genellikle oksijenli solunum yaparlar ve filament uçlarından büyürler. Her bir ipliksi yapıya hif adı verilir. Bazı hifler bölmeler (septa) ile ayrılmış bazıları ise bir bütün halde ve birden fazla nükleusa sahip yapıdadır. Bu dallanmış tübüler yapılar birleşerek pamuksu yapıda miselyumu oluşturur. Miseller üzerinde meydana gelen eşeysiz sporlar ile vejetatif olarak kolayca çevreye yayılarak çoğalırlar. Bu yapılara konidia adı verilir. Bazı küf gruplarında eşeyli sporlarla üreme gözlenir. Bu sporlar bakterilerin endosporları kadar dayanıklı olmasa da ısı, donma, kuraklık ve kimyasallara karşı dirençli yapıdadır. Filamentli funguslar uygun ortam bulduklarında çok hızlı biçimde yığın halde büyürler. Özellikle sebze ve meyvelerin yetiştirilmeleri sırasında canlı bitki üzerinde hastalık oluşturdukları gibi, hasat sonrası uygunsuz depolama koşulları ve yanlış yöntemlerle ambalajlama sonucunda hızla çoğalarak besinleri; görünüş, tat ve koku bakımından tüketilemez hale getirmekte ve ekonomik kayıplara sebep olmaktadırlar.

Mayalar; genellikle küre veya oval biçimli, tek hücreli, yukarıda adı geçen Ascomycetes sınıfına dâhil olan ve tomurcuklanarak çoğalan bir fungus grubudur. Doğada genellikle karbonhidrat yönünden zengin ortamlarda ve besinler üzerinde özellikle de meyvelerde aerobik ve fermentatif bir yaşam sürdürürler. aya türlerinin, besinlerin endüstriyel üretiminde büyük önemi vardır. İçki ve hamurlu gıda endüstrisinde kullanılan ticari birçok maya türü bulunmaktadır. Ekmek ve bira mayası olan Saccharomyces gibi mayalar ve mayalardan elde edilen enzimler, gıda biyoprosesleri ve gıda katkılarının elde edilmesinde yoğun biçimde kullanılmaktadır. Besinlerde bozulma sebebi olarak da mayalar önemlidir.

Mikrobiyal ökaryotlar Protista grubu olarak bilinirler. Besin güvenliği açısından bakteri, fungus ve mayalar kadar önem taşımazlar. Algler, sahip oldukları kloroplastlar sayesinde fotosentez ile toprak ve sucul ortamlarda yaşamlarını sürdüren ökaryotik mikroorganizmalardır. Çok hücreli algler makroskobik canlılar olup gözle görülebilirler. Algler genellikle besin çevriminin birincil üreticilerinden olup zararsız canlılar olsalar da bazı sucul türleri yetiştikleri alanlarda balıkları zehirlemekte, bu bölgelerde yetişen midyeleri tüketen insanlarda da zehirlenmelere sebep olmaktadırlar.

Protozoonlar; hücre duvarı taşımayan, çok hareketli, büyük ve genellikle renksiz tek hücreden oluşan ökaryotik mikroorganizmalardır. Toprak ve ağaçlar üzerinde yaşayanlar dışında çoğu tatlı su ve denizlerde yaşarlar. Ayrıca insan ve hayvanlarda da parazitik yaşam süren birçok grubu vardır. Genellikle fagositoz ile besin maddelerini hücre içine alırlar. Protozoon grupları sahip oldukları kamçı, silia veya amipsi hareket tarzlarına göre sınıflandırılırlar. Fagositoz, protozoa veya yüksek yapılı canlıların fagositik hücreleri tarafından dış ortamda bulunan partüküllerin hücre içine alınarak sindirmesidir. Cıvık küfler; morfolojik olarak fungus ve protozoonlara benzeyen, spor üretebilen ve zemin üzerinde hareket yeteneğine sahip ökaryotik canlılardır. Toprak, ağaç ve çürümekte olan bitkisel artıklar üzerinde yaşamlarını sürdürürler.

Virüsler en basit tanımı ile protein bir kılıf içinde (kapsid) DNA ve RNA moleküllerine sahip, tek başlarına yaşamlarını sürdüremeyen ve canlı bir hücreye bağımlı enfekte edici ajanlardır. Kapsid, bazı virüslerde tek bir proteinden meydana gelmiş olsa da genellikle birkaç alt birimden oluşur ve viral nükleik asit genelde bunu kodlamak için yetersiz kalır. Boyutları prokaryot hücrelerden oldukça küçük olup, genellikle 20 ile 300 nm arasındadır. Hücre dışında bulundukları safhada virion adı verilir ve bu yapılar solunum ve biyosentez yapamaz. Konak veya konakçı olarak isimlendirilen canlı bir hücreye girdiklerinde (enfeksiyon) virüs türlerine göre farklı yollarla genetik materyali kopyalayarak kapsidi oluşturan proteinleri sentezlerler. Girdikleri konağın metabolik fonksiyonlarını kendi yaşam döngüleri için yönlendirirler. Yeni virionların oluşmasının ardından konakçı hücre parçalanır (lizis) ve virionlar yeni hücreleri enfekte etmek üzere serbest hale geçer.

Büyük çeşitliliğe sahip virüsler kabaca enfekte ettikleri canlılara göre bakteri, hayvan ve bitki virüsleri olarak sınıflandırılır. Bakterileri enfekte eden virüslere bakteriyofaj adı verilir. Ayrıca taşıdıkları nükleik asitlere, kimyasal yapısına (zarflı/zarfsız) veya virüs morfolojik simetrilerine göre de sınıflandırılırlar. Virüsler DNA veya RNA moleküllerini çift veya tek iplikli olarak taşırlar. RNA virüsleri çoğunlukla tek ipliklidir ve gerekli bileşenleri sentezleyebilmek için RNA polimeraz enzimi kullanarak mRNA oluşturmak zorundadır. mRNA, Mesajcı RNA da denilen bu yapılar, protein sentezinde DNA’dan ribozomlara proteinleri kodlayan genleri iletirler.

Virüsler canlı hücreler olmadığından kendi başlarına besinler üzerinde gelişip çoğalamazlar. Besinler ve su, virüsler için genellikle taşıyıcı rolündedir. Besin kaynaklı önemli virüsler arasında Hepatit virüsleri (A, B, C, D ve E), Avian Influenza (Kuş gribi etkeni) ve genellikle çiğ deniz ürünleriyle bulaşan ve gastroenterite sebep olan Astrovirüs, Rotavirüs ve Adenovirüsler sayılabilir.

Besinlerde Bulunan Mikroorganizmaların Kaynakları

Popülasyonların yaşadıkları çevrelere habitat adı verilir. Yapılan hesaplamalar ile dünya üzerindeki habitatlarında yaşamakta olan prokaryot hücre olduğu tahmin edilmektedir. Mikroorganizmalar; sadece toprak, hava ve suda değil, olağanüstü koşullara sahip karasal yüzeylerin alt katmanları, jeotermal akıntılar, tuz gölleri ve buzullar gibi ortamlarda da yaşamlarını sürdürebilir. Bazı besinler hazırlanışları gereği kendi mikrobiyal floralarına sahip olsalar da genellikle gıdalarda istenmeyen etkilere sebep olan mikroorganizmalar farklı kaynaklardan bulaşmaktadır. Besinlerin tüketime hazır hale gelene kadar olan süreçlerdeki sanitasyon koşulları, bulaşan mikroorganizma tür ve yoğunluğunu etkiler. Mikroorganizmaların besinlere bulaşma kaynakları; toprak, hava, su, bitkiler, hayvanlar, insanlar, kullanılan alet ve ekipmanlar, gıda katkıları ve ambalaj malzemeleridir.

Toprak anakara üzerinde özellikle bitki ve hayvan kalıntılarından oluşan, mineral ve su yoğunluğu çok fazla olan organik bir örtüdür. Bu karışım, bitkilerin yetişmesi için uygun bir ortam olduğu kadar, mikroorganizmaların da yaşadığı ve barındığı yerlerdir. Özellikle organik materyalin ve nemin en yoğun olduğu üst katmanlardan alınan 1 gram toprakta çevre koşullarına göre değişmekle birlikte milyonlarca sayıda mikrobiyal hücre mevcuttur. İklim koşulları, özellikle su aktivitesi değiştiğinde mikoorganizmalar spor oluşturarak metabolizmalarını minimuma indirir ve canlılıklarını sürdürürler. Toprakta, Bacillus ve Clostridium bakterilerine ait sporlara oldukça fazla rastlanır.

Özellikle tarım ve hayvancılığın yoğun olduğu bölgelerde topraktaki mikroorganizma yükü fazladır. Küflerin vejetatif sporları da toprağa yayılmış durumdadır. Uygun sıcaklık ve nem koşulları sağlandığında toprakla bulaşmış besinlerde hızla gelişerek bozulmaya sebep olurlar.

Sucul ortamlar, mikroorganizmaların gelişip çoğaldığı ve etrafa taşındığı başlıca kaynaktır. Göller, su birikintileri ve nehirler gibi tatlı su kaynakları organik materyallere yakınlığından dolayı mikroorganizma sayı ve çeşitliliği bakımından tuzlu sulara göre daha zengindir. Ancak okyanusların tatlı sulara göre büyüklüğü düşünüldüğünde mikrobiyal hücre sayısı çok daha fazladır ve denizlerde bulunan bu fotosentetik mikroorganizmalar ekosistemin karbon döngüsünde başrolde olan canlılardır. Artan dünya nüfusunun ihtiyaçlarını karşılayacak oranda büyüyen sanayileşme ile birlikte ortaya çıkan organik atıkların giderimi de zorlaşmıştır. Arıtım tesisleri olmayan işletmeler, atıklarını akarsulara bırakmaktadır.

Derin deniz çevrelerinde; sıcaklık düşük, basınç yüksek ve organik maddeler minimum düzeydedir. Normalde bağırsak florasının üyeleri olan Escherichia coli ve diğer fekal koliform bakterilerin içme veya kullanma suyunda görülmesi lağım karışmasının belirteci olarak kullanılır. Patojen bakteriler yanında Enterovirüsler de içme sularında görülebilir.

Sebze ve meyve yetiştiriciliğinde lağım suyu karışmış sulama suyu kullanılması diğer önemli bir bulaşma kaynağıdır. Patojenler toprağa, ardından da besinlere bulaşır.

İçerik bakımından uygun olmadığı için, havada asılı halde doğal olarak yaşamını sürdüren mikroorganizma bulunmaz. Ancak havanın içeriğinde, hava akımları ve rüzgârlar sonucu su ve toprak yüzeyinden taşınan başta küf sporları olmak üzere, mayalar, bakteriler, virüsler, algler, protozoa ve çiçek polenlerine rastlanır. Hava sıcaklığı ve nem miktarı da havadaki mikrobiyal hücre sayısını etkiler. Kış mevsiminde, toprak üzerindeki mikrobiyal faaliyetin azalması, toprağın yağmur ve kar ile yıkanması havadaki hücre sayısını azaltır. Kapalı alanların havasındaki bakteri ve virüslerin ana kaynağı insanlar ve hayvanlardır.

Gıdaların üretildiği veya depolandığı alanlarda çalışanların, maske takması bu anlamda önemlidir. Ayrıca dışarıdan hava girişi çeşitli yollarla azaltılabilir veya içeriye süzülmüş ve koşullandırılmış havanın girişi sağlanarak havadaki mikrobiyal yük azaltılabilir. Bu tip ortamlarda pozitif basınçlı havalandırma sistemleri kullanılır. Bu şekilde kapılar açıldığında dışa doğru sürekli bir akım olacağından, kontamine hava içeriye giremez. Kontaminasyon, istenmeyen yabancı maddelerin veya mikroorganizmaların bulaşması veya enfekte etmesi durumudur. Funguslar, bakteriler ve virüsler hatta az sayıda olsa da alg ve bazı protozoa üyeleri bitkiler üzerinde veya bitki dokuları arasında gelişerek çeşitli toksinler veya dokularda deformasyonlara sebebiyet veren proteinler üretirler.

Bitkiler, mikroorganizmaları üzerinde barındıran önemli kaynaklardır. Genellikle su, toprak, hayvanlar, insanlar ve kullanılan organik gübre, bitkiler üzerindeki mikrobiyal yükün kaynağıdır. Bitkinin türüne göre üzerinde yaşayan mikroorganizma popülasyonları da değişiklik gösterir. Sebze, meyve ve tarımı yapılan her türlü besin maddesinde belli miktarlarda mikroorganizma bulunur. Bu canlıların bir kısmı bitki için zararlı olmakla birlikte, bir kısmı da köklerine yerleşerek konakçısıyla ortak yaşam sürdürür.

Hayvanlarda bulunan mikroflora genellikle hayvanların yaşadıkları ortamla ilişkilidir. Dışkılama ile açığa çıkan mikroorganizmalar besinlerde bozulma ve insanlarda enfeksiyonlara sebebiyet verebilecek türleri içerir. Bakteriler genellikle etrafa; hayvanların tüyleri, sindirim, solunum ve boşaltım sistemleri, derileri ve sağım hayvanlarının memeleri aracılığıyla bulaşır. İki milyon üyesi olduğu tahmin edilen böceklerin bilinen 600 türü besinler için zararlıdır. Hayvansal kaynaklı en önemli gıda patojenlerinden olan E. coli O157-H7, özellikle çocuklarda şiddetli seyreden kanlı ishal (hemolitik kolit) ve böbrek yetmezliğine sebep olur. Süt sığırlarının memeleri, hayvan sağlıklı olduğunda az miktarda bakteri taşır. Tavuk etleri ve yumurtalar da önemli hayvansal mikroorganizma kaynaklarıdır. Sağlıklı bir yumurtanın içi sterildir.

İnsan vücudunun çeşitli kısımlarında doğumdan itibaren mikoorganizmalar bulunur. İnsan sindirim sistemi, özellikle ağız, ince ve kalın bağırsaklar bol miktarda mikroorganizma taşır.

Besin endüstrisinde kullanılan alet ve ekipmanlar genellikle metal veya plastik malzemeden üretilmişlerdir. Bu tip malzemeler normalde mikroorganizmaların gelişmesi için uygun ortamlar oluşturmaz, ancak besin üretim ve işleme tesislerinde kullanılan her türlü alet ve ekipmana gıda bulaşması kaçınılmazdır. Bu durumda bu aletler de birer mikroorganizma kaynağı hâline dönüşmektedir. Her ne kadar temizlik ve dezenfeksiyon yapılmış da olsa pürüzlü yüzeyler, köşeler, küçük aralıklar ve mikro deliklerde mikroorganizmalar canlılığını sürdürür.

İşlenmiş bir besin maddesine son aşamada; üretim süreci gereği çeşitli baharatlar, şeker türevleri, çikolata, kabuklu yemişler, unlu türevler, nişasta ve tat maddeleri eklemesi yapılmaktadır. Sonradan katılan bu maddeler taşıdıkları mikroorganizmalar veya toksinleriyle besinlerde ve tüketen kişilerde olumsuzluklara sebep olmaktadır. Mikotoksin, mantarların uygun koşullar sağlandığında doğal olarak ürettikleri ve toksik etkilere sahip sekonder metabolitlerdir. Bir mantar, birkaç çeşit mikotoksin üretebilir. Baharat veya kuruyemişler üzerinde küfe ait misellerin temizlenmesi mikotoksinleri ortamdan uzaklaştırmaya yetmez.

Türk Gıda Kodeksine göre tüm gıda maddelerinin ambalajlanması zorunludur. Besinler ve baharatlar gibi katkı maddeleri taşınma ve depolanma sırasında birtakım fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik unsurlardan olumsuz yönde etkilenmektedir. Koruyucu bir ambalaj; besin maddesinin işlenmesi, depolanması veya taşınması sırasında bir bariyer görevi yaparak, materyalin bozulmasını engellediği gibi kalitesinin de uzun süre korunmasını sağlar. Ambalajlamaya uygun olmayan materyaller veya et taşınan kaplarda sebze-meyve taşınması ile ambalajlama yarardan çok zarar getirebilir.

Mikroorganizmalarda Gelişme

Mikroorganizmalarda gelişme dendiğinde, hücredeki hacimsel büyüme ölçülemeyecek kadar küçük olduğundan, hücre sayısındaki artış kastedilir. İkiye bölünerek iki kardeş hücrenin oluşum süresi türden türe değişmekle birlikte, bu süre sonunda popülasyon sayısı iki katına çıkar. Mikroorganizmalarda gelişmenin ölçümü sayısal artışın ifadesidir. Ölçüm, toplam hücre sayımı ve canlı hücre sayımından ibarettir.

Mikroorganizmalarda Gelişmeyi Etkileyen Faktörler

Mikroorganizmaların yeryüzünde adapte oldukları ve yaşamlarını sürdürdükleri alanlardaki çevre koşullarının çeşitliliği son derece fazladır. Mikroorganizmanın herhangi bir ortamda gelişebilmesi için; yeterli besin kaynakları (karbon ve azot gibi), uygun sıcaklık, pH, osmotik basınç ve nem koşulları ile optimum oksijen miktarı gibi fiziksel ve kimyasal faktörlerin tümünün aynı anda gereken oranda olması gerekir. Aynı zamanda besinlerin saklandığı ortamdaki nem, sıcaklık ve atmosferik koşullar da mikroorganizmaların gelişimi üzerinde etkilidir. Bu parametrelerin iyi bilinerek, yapılacak küçük değişikliklerle besinlerde mikroorganizmaların gelişmesi kontrol altına alınabilir. Ortamdaki hidrojen iyonu derişiminin eksi logaritması olarak bilinen pH değeri, mikroorganizmaların aktivitesi ve gelişimi için önemli bir faktördür. Hücrenin bulunduğu sıvı ortamdaki serbest ya da tuz hâlindeki hidrojen iyonları limitleri aştığında, hücre içine girerek veya membrana bağlı protein yapılı enzimlerin çalışmasını engelleyerek metabolik faaliyetleri durdurur. pH değeri; mikroorganizmaların ısıya olan duyarlılıklarını arttırdığı gibi, aynı zamanda gelişmek için ihtiyaç duydukları minimum su miktarının da artmasına sebep olur. Besin maddeleri, mikroorganizmaların gelişimi için gerekli kaynakları sağlayan ortamlardır. Besinler genellikle protein, karbonhidrat türevleri ve yağ yönünden zengin olanlar biçiminde ayrılabilir. Tüm canlılarda olduğu gibi mikroorganizmaların tüm metabolik faaliyetleri için su en önemli kaynaktır. Su içeriğinin azaltılması, gıdaların korunmasında eski çağlardan beri kullanılan bir yöntemdir. Mikroorganizmaların yaşadıkları minimum ve maksimum sıcaklıklar birbirinden oldukça farklılık gösterse de insanların ve diğer canlıların yaşamlarını sürdürdükleri sıcaklık aralığı mikroorganizmaların da çoğalması için uygundur. Düşük sıcaklıklarda metabolizma hızı azalarak dururken, sıcaklık yükseldikçe genellikle hızlanır ve çoğalma oranı artar, ancak sıcaklık maksimum değeri geçtiğinde proteinler geri dönüşümsüz olarak denatüre olduğundan çoğalma gerçekleşmez.

Besin maddelerinin üretim süreçlerinde raf ömrünü uzatmak ve mikroorganizmaların zararlı etkilerinden korunmak için besin maddelerine, doğal veya sentetik kökenli çeşitli katkı maddeleri eklenir. Bu maddeler kanun ve yönetmeliklerin izin verdiği özellikte ve dozda eklenerek, besin maddesini yükseltgenmeden ve mikrobiyal gelişimden korur. Bazen de besin maddesinin kendisi bazı inhibitör maddeler içerebilir. Özellikle fotosentetik bakteriler ve mavi-yeşil algler, gelişimleri için ışığa ihtiyaç duyar.

Işık, basınç ve ortamdaki tuz oranı mikroorganizmaların gelişimini etkileyen diğer faktörler arasındadır. Derin okyanus diplerinde yaşayanlar (barofilik) dışındaki mikroorganizmalar, normal atmosfer basıncı altında yaşamlarını sürdürürler. Bir diğer faktör olan tuz, besin maddelerindeki serbest suyu tutarak ve osmotik basıncı değiştirerek mikroorganizmaların gelişimine etki etmektedir.