Mikrobiyolojinin ABC si 01. Giriş 02. Mikroorganizmalar Hakkında Genel Bilgiler 03. Mikroorganizmaların Yarar ve Zararları 04. Mikroorganizmaların Gelişmesi 04.01. Besin Maddeleri 04.02. Ortam Sıcaklığı 04.03. Su 04.04. Ortam Asitliği 04.05. Oksijen 05. Mikroorganizmaların Çoğalması 01. Giriş Mikrobiyolojiyi önceden bilmeyen kişilere konuyu basit olarak anlatan bu bölümde güncel ve dolayısı ile daha anlaşılır olması için gıdalarda bulunan mikroorganizmalar örnek verilmiştir. Buna ilaveten gıdalarda bulunan mikroorganizmaları biraz daha fazla, ancak yine mikrobiyolojiyi yeterli düzeyde bilmeyen kişiler için, bu şekilde basit olarak verilmiş bir bölüm daha vardır. Gıda Mikrobiyolojisinin ABC si olarak adlandırılan bu bölüme gitmek için burayı tıklayın. Benzer şekilde klinik mikrobiyoloji ve veteriner mikrobiyoloji için de ABC sayfaları vardır. Mikroplar yani mikroorganizmalar yer yüzünde bulunan ilk canlılardır. Bir tahmine göre günümüzden 3 milyar önce ilk bakteriler oluşmuş iken, insan sadece 3 milyon yıldan bu yana yeryüzünde bulunmaktadır. Mikrobiyoloji tek bir çatı altında toplanamayacak kadar büyük bir bilim dalıdır. Bu nedenle çeşitli alt gruplara bölünmüştür. Genel mikrobiyoloji tüm alt bölümleri incelerken, gıda mikrobiyolojisi, klinik mikrobiyoloji, veteriner mikrobiyoloji, tarım mikrobiyolojisi, endüstriyel mikrobiyoloji gibi alt bölümler kendi konularında yoğunlaşır. Alg bilimi (fikoloji), virüs bilimi (viroloji), protozoa bilimi (protozooloji), parazit bilimi (parazitoloji) gibi bilim dalları uzun zamandan beri ana bölüm haline gelmiş iken, örneğin, tarım mikrobiyolojisi içinde rhizobiyoloji ve fitopatoloji vb. konular da ekonomik önemleri nedeni ile artık ayrı bölümler olarak ele alınmaktadır. Endüstriyel mikrobiyoloji ve buna bağlı olarak biyoteknoloji ise günümüzün en önemli bilim dalları arasındadır. 02. Mikroorganizmalar Hakkında Genel Bilgiler Mikroorganizmalar, çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük ve tek hücreli canlılardır. Bakteriler, mayalar, küfler, algler ve protozoa temel mikroorganizmalardır. Şapkalı mantarlar, yosunlar, likenler de aslında mikroorganizmalardır, ancak bunlarda farklılaşmış hücreler ve/veya
birleşmiş hücreler olduğu için normal bitkilere benzer görünümdedirler. Bakteri ve mayalarda bu şekilde birleşmiş veya farklılaşmış hücreler yoktur. Tek bir hücreden milyonlarcası çoğalarak koloni denilen ve çıplak gözle görülebilen yapılar oluşur. Ekmeğin, yoğurdun üzerindeki küfler, reçelin üzerindeki mayalar, sirkenin üzerinde toplanan sirke anası, vücutta çıkan iltihaplı sivilceler ve çıbanlar aslında koloni denilen yapılardır. Dünyada 500.000-6.000.000 arasında farklı türde mikroorganizma olduğu sanılmaktadır. Bugüne kadar bunların %5 'inden daha azı olduğu kabul edilen 3500 bakteri, 90.000 fungi (maya, küf, şapkalı mantar), 100.000 protist (alg ve protozoa) tanımlanabilmiştir. 03. Mikroorganizmaların Yarar ve Zararları Mikroorganizmaların pek çok yararı vardır. - Çeşitli gıdalar mikroorganizmalar ile elde edilir (yoğurt, kefir, kımız gibi süt ürünleri, tüm alkollü içecekler, sirke, boza, uzak doğu kökenli soy sos gibi çeşitli ürünler, ekmeğin mayalanması, tek hücre proteini). - Çeşitli endüstriyel ürünler mikroorganizmalar ile elde edilir (alkol, aseton, butanol vs). - Biyolojik atık su arıtımında mikroorganizmalar kullanılır, buradan çıkan çamur değerli bir organik kütledir. - Biyogaz reaktörlerinde mikroorganizmalardan yararlanılır. - Maden yatakları mikroorganizmalar ile ıslah edilir. - Biyolojik gübre, biyoinsektisid üretiminde mikroorganizmalar kullanılır. - Doğadaki C, N, P, S gibi çevrimlerde mikroorganizmalar önemlidir. - Genetik pek çok çalışmada mikroorganizmalardan yararlanılır. Buna karşın mikroorganizmalar insanları, bitkileri ve hayvanları hastalandırırlar ve öldürürler, gıdaları bozarak ekonomik kayıplara neden olurlar. Mikroorganizmaları yararlı ve zararlı olarak sınıflandırmak mümkün değildir. İnsanların denetim altında olmak üzere yararlı olan bir mikroorganizma başka bir yerde zararlı olabilir. Örneğin sirke yapımında kullanılan bakteri şarap fabrikasına bulaşırsa işletmenin tüm şarabı sirke haline gelir ve büyük ekonomik kayıp yapar. Genetik çalışmalarda kullanılan mikroorganizmalardan bazıları hastalık yapma (patojen) özelliği taşırlar. Küflü peynir yapımında kullanılan küfler beyaz peynire bulaşırsa hiç bir sağlık sorunu olmaz ancak beyaz peynir küflenmiş görünümde olacağı için tüketici tarafından alınmaz, ayrıca yasal olarak bu peynirin satılması da mümkün değildir. 04. Mikroorganizmaların Gelişmesi Diğer canlı türlerinde olduğu gibi mikroorganizmalar da gelişmeleri için öncelikle belirli besin maddelerine, ortam sıcaklığına, suya gerek duyarlar. Bunların dışında ortamın asitliği ve oksijen durumu da önemlidir. 04.01. Besin Maddeleri
Diğer canlı türlerinde olduğu gibi farklı mikroorganizmalar farklı besin maddeleri isterler. Örneğin arıların, kedilerin, balıkların, koyunların, kuşların beslenme istekleri farklıdır. Benzer şekilde her bitki her toprakta gelişmez. Bu açıdan bakıldığında farklı gıdalar üzerinde farklı mikroorganizmaların bulunması beklenir. Ancak genel olarak gıdalar pek çok mikroorganizmanın gelişmesine yetecek kadar besin maddesi içerirler. Bununla beraber örneğin içme suyunda son derece az besin maddesi olduğu için sadece alg (yosun) gelişebilir. Benzer şekilde örneğin reçellerde daha çok mayalar gelişir, ancak mayaların şeker sevmelerinden ziyade şekerli ortamda mayaların gelişebilmesi burada önemlidir. Aşağıda bu konuda daha ayrıntılı bilgi verilecektir. 04.02. Ortam Sıcaklığı Tüm canlılar sıcaklık istekleri bakımından serin sıcaklıkları sevenler (örneğin penguenler), ılık sıcaklıkları sevenler (örneğin insanlar) ve yüksek sıcaklıkları sevenler (örneğin çöl hayvanları) şeklinde 3 gruba ayrılırlar. Mikroorganizmalar da aynı şekilde gruplandırılırlar. Buzdolabında korunan bir gıdayı ancak buzdolabı sıcaklığında gelişebilen mikroorganizmalar bozabilir. Oda sıcaklığında tutulan gıdaları ise ılık ortamlarda gelişenler hızla bozarlar. Buna karşın örneğin yoğurt yaparken sütün mayalandığı ve mayalanmış halde tutulduğu sıcaklık oldukça yüksektir. Yine diğer canlılarda örneğin insanlarda olduğu gibi mikroorganizmalarda da sıcaklığa tolerans gösterilebilir. Bazı mikroorganizmalar ılık ortam sevdikleri halde soğuk sevenlerin veya sıcak sevenlerin gelişebileceği sıcaklıklarda da gelişebilirler. Her canlı türü gibi mikroorganizmaların da gelişebildikleri bir ideal (optimum) sıcaklık derecesi vardır. Bu sıcaklık derecesinde mikroorganizma en aktif, en dayanıklı, en çabuk gelişme gösterir konumdadır. Bir bakterinin gelişmesi için ideal olan bu sıcaklıktan aşağıya doğru inildikçe aktivitede, dayanıklılıkta ve çoğalma hızında azalma olmaya başlar. Nihayet en az (minimum) olarak tarif edilen bir sıcaklık derecesi gelişmenin görülebildiği sınır noktadır. Daha aşağıda olan bir sıcaklıkta gelişme olmaz, ancak üremenin durması ölüm değildir. Donma sıcaklığında mikroorganizmaların bir kısmı ölürse de büyük bölümü canlı kalır. Buzlukta saklanan et oda sıcaklığına çıkartılırsa bir süre sonra bozulmaya başlar. Bozulma yapan mikroorganizmalar o ette zaten bulunurlar. Sadece buzlukta saklamakla gelişmeleri durdurulmuştur. Tarlaya atılan buğday tohumunun bir kış geçirmesine rağmen baharda filizlenmesi buna benzetilebilir. Donma sıcaklığının çok altına inilmesi mikroorganizmalar için daha fazla öldürücü değildir. Hatta sıcaklık ne kadar düşük ise canlılık o kadar iyi korunur. Optimum olarak tarif edilen sıcaklıktan bu kez yukarıya çıkıldıkça yine aktivitede, dayanıklılıkta ve gelişme hızında azalma olur, gelişmenin sürdürülebileceği en üst (maksimum) sıcaklığın üzerine çıkıldığında gelişme durur, daha da yükseltildiğinde mikroorganizmalar ölmeye başlar. Sıcaklık ne kadar yükselir ise ölümler o kadar çoğalır. Dışarıdan bulaşma olmaz ise düdüklü tencerede pişirilmiş et, normal tencerede pişirilene göre çok daha az sayıda mikroorganizma bulundurur, hatta steril sayılabilir. Haşlanmış buğday tohumu tarlaya ekilirse bunun filizlenmesi beklenemez, çünkü buğday artık ölmüştür. Şu halde düşük sıcaklık mikroorganizmanın gelişmesini durdurur ancak yüksek sıcaklık mikroorganizmayı öldürür. Mikroorganizmaların yüksek sıcaklığa dayanıklılıkları farklıdır. Bazı mikroorganizmalar 70-80 o C 'da bir kaç dakikada ölürken bazıları kaynama sıcaklığının çok üzerinde (121 o C 'da 15 dakikada) ancak ölürler.
04.03. Su Tüm canlı türleri gibi mikroorganizmaların beslenmeleri için suya ihtiyaçları vardır. Sıcaklıkta olduğu gibi daha az su olan ortamlarda (örneğin kaktüsler gibi) veya daha çok sulu ortamlarda (örneğin çimen gibi) gelişebilen mikroorganizmalar vardır. Bir yaklaşıma göre insanlık tarihinin önemli kilometre taşlarından birisi de ilkel insanın çeşitli gıdaları kurutarak saklamayı öğrenmesidir. Bu şekilde yerleşik düzene geçen insanoğlu gelişebilme imkanı bulmuştur. Gıdalar su içerikleri bakımından incelendiğinde kurutulmuş gıdaların (örneğin kuru meyveler, süt tozu) çok daha uzun süreler dayanıklı kaldıkları buna karşın, yüksek nemli gıdaların (örneğin yaş meyve, süt) daha çabuk bozulduğu görülür. Gıdaların kurutulması, soğutulması ile aynı etkiyi gösterir. Kurutulmuş meyve veya süttozuna su ilave edilirse bunlar kısa sürede bozulurlar. Gıdaların suyunu azaltmak için kurutma dışında başka işlemlerde yapılabilir. Örneğin reçel yapılırken meyvelere şeker katılması mevcut suyun mikroorganizmalar tarafından daha az kullanılmasını sağlar. Reçel, meyve suyu konsantresi, bal gibi gıdalar sadece bu yüksek şeker konsantrasyonunu seven veya buna dayanıklı mayalar tarafından bozabilir. Bu duruma göre reçelde ne kadar çok şeker varsa reçel o denli dayanıklıdır. Benzer şekilde tuz da yüksek konsantrasyonlar da aynı etkiyi yapar. Tuzlanarak saklanan gıdalar (et, asma yaprağı vb.) bu şekilde korunurlar. 04.04. Ortam Asitliği Bazı mikroorganizmalar asitli, bazıları nötr, bazıları da bazik ortamları severler. Bununla beraber mikroorganizmaların büyük bir çoğunluğu nötr ve nötre yakın asitlikleri severler. Optimum ortam asitliğinin altında ve üstünde asitliklerde gelişme azalır, giderek durur ve nihayet ölümler görülür. Gıdalar düşük ve yüksek asitli olarak ikiye ayrılır. Domates ve salça yüksek ve düşük asitli gıdalar arasında sınır noktadadır. Meyveler, turşu, tüm gazlı içecekler, yoğurt, meyve suları yüksek asitli, tüm sebze ve ürünleri, içme sütü, et ve ürünleri düşük asitli gıdalar sayılır. Genel olarak düşük asitli gıdaların mikroorganizmalar tarafından bozulması daha kolay olur. 04.05. Oksijen Diğer tüm canlı türlerinden farklı olmak üzere mikroorganizmalar solunum için oksijen isteyenler, az oksijen isteyenler, oksijen istemeyenler ile oksijenli ve oksijensiz ortamda gelişenler olarak 4 gruba ayrılırlar. Küfler, bakterilerin büyük bir bölümü oksijene gerek duyarlar. Bunlar oksijen olmadan gelişemezler. Çeşitli gıdaların vakum ambalajda pazarlanması bu nedenledir. Bazı bakteriler az oksijen varlığında iyi gelişirken, tetanoz bakterisi gibi bazıları için oksijen zehir etkisi yapar. Halk arasında koli basili olarak bilinen bakteri gibi bazı bakteriler ve mayalar hem oksijenli hem de oksijensiz ortamda gelişebilirler. 05. Mikroorganizmaların Çoğalması
Mikroorganizmalar bitkiler ve hayvanlara göre çok hızlı şekilde ve 2 'ye bölünerek çoğalır. Genel olarak küfler bakteri ve mayalara göre daha geç çoğalırlar. Bakteriler arasında 8 dakikada bir sayısını 2 'ye katlayanlar vardır. Buna göre 1 bakteri 8 dakika sonra 2; 16. dakikada 4 ; 24. dakikada 8 ; 36. dakikada 16... olmak üzere 4 saat sonra sayısını bir milyarın üzerine çıkarır. Her bakteri bu kadar hızlı gelişmez, ancak gıdaları ilgilendirenlerin çoğu için 1 adetten 1 milyona çıkma süresi 7-8 saat kadardır. Kuşkusuz başlangıç sayısı ne kadar fazla ise belirli bir sayıya örneğin 1 milyona ulaşma süresi o denli kısalır. Bakterinin ideal sıcaklık, su, asitlik, oksijen durumunda ve yeterli besin maddesi varlığında 2 'ye bölünme süresinin 24 dakika olduğunu varsayalım. Buna göre 1 bakteri 8 saat sonra l milyona (1.048.576) ulaşacaktır. Aynı bakteri başlangıçta 1 adet değil de 16 adet varsa aynı sayıya ulaşması için gereken süre bu kez altı buçuk saate düşecektir. Burada değinilen besin maddeleri, sıcaklık, su, ortam asitliği ve oksijen gibi gelişmeyi doğrudan etkileyen tüm faktörlerin optimum değerlerde olması halinde geçerlidir. Bu faktörlerin bir ya da daha fazlasının optimumdan sapması ile gelişme hızında azalma olur. Yukarıda verilen örnekte bakterinin 2 'ye bölünme süresi ideal koşullarda 24 dakika olarak verilmiş idi. Örneğin bakterinin bulunduğu ortamı biraz soğutarak 2 'ye bölünme süresi 30 dakikaya çıkartılırsa 1 adet bakterinin 1 milyona erişmesi için gereken süre bu kez 10 saate çıkar. Sıcaklık biraz daha düşürülüp 2 'ye bölünme süresi 60 dakikaya çıkartılırsa bu kez 1 bakterinin 1 milyona erişmesi için 20 saat süreye gerek vardır. Buzdolabı sıcaklığı ne kadar düşer ise gıdaların bozulma süresinin o denli uzamasının nedeni budur. Gıdaların korunmasında yukarıda değinilen sıcaklık, su, ortam asitliği ve oksijenden ya da diğer gazlardan sıklıkla yararlanılır. Örneğin vakum ambalajda ve soğukta saklanan gıdaların bozulması daha uzun süre alır. Bilindiği gibi gıdaların bozulması mikroorganizma sayısının artması ve belirli bir değere ulaşması ile olur. Söz konusu sayıya ulaşması için mikroorganizmaların gelişmesi ne kadar engellenirse bozulma süresi o denli uzatılabilir. Çeşitli kimyasal maddeler kullanılarak da gıdalarda bulunan mikroorganizmaların gelişmesi yavaşlatılabilir ya da durdurulabilir. Bu konuda asit, tuz, şeker gibi maddelerin dışında pek çok kimyasal madde koruyucu olarak kullanılabilir. Bunlar arasında en yaygın olanlar sorbat, benzoat, nitrat ve nitrittir. Bir gıdanın üretiminde mikroorganizmanın gelişmesi için en uygun koşullar sağlanırken, tersine olarak mikroorganizma faaliyeti istenmiyorsa sırası ile mikroorganizmanın öldürülmesi hedef alınır, bu başarılamıyor ise gelişmenin durdurulması, bu da gerçekleştirilemiyor ise gelişmenin durdurulması amaçlanır. Bu seçimlerde gıdanın çeşidi bağlayıcı rol oynar. Aşağıda çeşitli örnekler verilmiştir. - Süt amaca uygun olarak sterilize veya pastörize edilir. Pastörize sütte başta tüberküloz olmak üzere hastalık yapan bakterilerin tamamı ile bozulma yapan bakterilerin büyük çoğunluğu öldürülür. Ancak kalan bakteriler zamanla çoğalarak sütü bozarlar. Yukarıda açıklandığı şekilde sütün buzdolabında saklanmasının nedeni bakterilerin ikiye bölünme süresini uzatarak bozulmasını geciktirmektir. Bu durumda bu gibi gıdalar için depolama sıcaklığı ne kadar düşük ise bozulma için geçen süre o denli uzun olur. Ama pastörize içme sütü gibi gıdalar bu amaçla dondurulmazlar. Steril (UHT ; uzun ömürlü) sütte ise tüm mikroorganizmalar özel bir ısı uygulaması ile öldürülürler. Dolayısı ile bu sütün mikroorganizmalar ile bozulması beklenmez ve bu sütler marketlerde oda sıcaklığında depolanır. Bununla beraber, kutu açıldıktan sonra sterillik bozulacağı için bu aşamadan sonra artık pastörize edilmiş süt gibi kabul edilip, mutlaka
buzdolabında korunmalı ve kısa sürede tüketilmelidir. Bir diğer deyiş ile pastörize sütte zaten pastörizasyona dirençli bazı bakteriler canlı kalırlar, açılmış steril süte ise dışarıdan bakteriler bulaşır ve bu ikisi aynı duruma gelir. - Sebzeler dondurulabilir, kurutulabilir, sterilize (konserve) edilebilir. Konserve sebzeler steril süt gibi düşünülmelidir. Ambalajı açılıncaya kadar oda sıcaklığında, sonra buzdolabında korunmalıdırlar. - İçme suyu filitreden geçirilebilir ve/veya ultraviyole ışını ile ve/veya ozon ile sterilize edilebilir, ya da doğrudan kaynak suyu olarak pazarlanabilir. - Yoğurt ve peynire hiç bir uygulama yapılamaz. Sadece hammadde olan süt pastörize edilir. İşlem sırasında gelişen asitlik ve özellikle bakterilerin salgıladıkları bir takım antibiyotik benzeri maddeler bu ürünleri belirli bir şekilde korur. Burada amaç örneğin kaşar peynirine küf bulaşmasının elden geldiği kadar önlenmesidir. - Baharata ışınlama dışında hiç bir şey yapılamaz, ışınlama ülkemizde serbest bırakılmıştır. - Asitli veya gazlı tüm gıdaların (meyve suları, gazlı meşrubatlar, bira) pastörize edilmesi yeterlidir. Bunlar asitli oldukları için burada sadece aside dirençli mikroorganizmalar bulunur. Bunlar da 80-90 o C 'da 1-2 dakikada rahatlıkla öldürülebilirler.