Textbook Notes (359,183)
Canada (156,091)
Food Science (188)
FOOD 2010 (180)
Chapter 10

unit 5, chapter 10.docx

9 Pages
Unlock Document

University of Guelph
Food Science
FOOD 2010
Massimo Marcone

Unit 5: Microbiology of Foods Food Microbiology: the study of microorganisms in foods: bacteria, yeasts, molds,  protozoa and viruses.  Microorganisms: living entities that are too small to be seen with the naked eye.  o Organisms belonging to the same species share many phenotypic  characteristics as well as being genetically similar (>70% similarity in  RNA/DNA)  Bacteria:   Gram +/­ ;  • Gram +ve have a thick cell wall and no outer membrane  • Gram –ve have a thin cell wall and an outer membrane   Shape: • Spherical coccus (ex. Staphylococcus aureus).   Diplococcus arrangements also occur, where two cells  remain attached after division.  • Rod­shaped (ex. Escherichia coli) • Spirillum (ex. Campylobacter is a curved­rod shaped  bacterium, which is a variation of the spirillum).   Spores: some species can develop spores by coating their  membrane and cell wall with extra layers in a process known as  sporulation. This occurs in response to unfavorable growth  conditions (lack of nutrients/water etc.). In this state, cells are  unable to germinate. When conditions become favorable spores  will germinate into vegetative cells.  o  Fungi  : includes molds and yeasts   Molds : multi­ or unicellular organisms, found in decaying organic  matter.  • They grow in the form of mycelium (a tangled mass that  spreads quickly). Mycelium is composed of filaments  called hyphae: nucleated tubes containing cytoplasm and  many nuclei.  • Conidia: important in foods. Non­motile spores found on  top of hyphae (make molds look dusty).   Yeast :  • Do not grow in the form of mycelium. Grow as single cells  that are spherical or oval­shaped = greater surface area­to­ volume of medium, therefore cells distribute and grow  faster than molds.  1 o  Protozoa:   (Parasites, ex. Giardia lamblia)  Single­celled eukaryotes  Classified by morphology, locomotion, and life cycle   They do not grow in food. Instead they require at least one animal  host to grow.   Most are phagotrophic; able to ingest particulate food.   Some species (ex. Giardia lamblia) are ingested in the form of  cysts. They germinate to yield trophozoites (motile parasites) that  migrate to the small intestine.  o  Viruses:    Obligate parasites and host­specific   Composed of a protinaceous capsule surrounding nucleic acid.    RNA viruses are typically associated with food. Most food viruses  are temperate viruses, which insert their nucleic acid into the  host’s DNA, leaving the host cell intact.  Factors affecting microbial growth ­  Nutrient availability:   o Chemotrophic organisms require chemicals for metabolism. They can be  either lithotrophs (require inorganic compounds, ex. minerals) or  organotrophs (require organic compounds, ex. carbohydrates)  Foodborne organisms are chemotrophic.  o Phototrophic organisms require energy in the form of light o The organisms that predominate in food are those that can utilize the food  components optimally.   Ex. Pectinolyic organisms occur in pectin­containing foods o Some organisms require the presence of other organisms in order to grow  in that environment.   Ex. bacteria digest food components into low molecular weight  compounds that can be used as a nutrient source by other  organisms.  ­  Water activity:   o Bacteria require water to survive.  o The amount of unbound water, not involved in chemical reactions with  food components, that is available for microbial growth is termed water  activity, or w .  o Most bacteria require an a  of 0.90, with 1.0 being the maximum possible.  w (Exception: S. aureus requires 0.83)  At low aw i.e. high solute outside cell), bacteria die because water  inside the cell diffuses out to balance osmotic pressure = cell death  due to dehydration shrinkage  2 o Most yeasts require an a  ofw0.80 and molds require 0.70.  (Exception:  Saccharomyces cervisiae – a yeast, requires 0.90) ­  Acidity/Alkalinity  o Most bacteria live between pH 4.5­9.0, with optimum around 6.5­7.5 o Yeasts can live between pH 3.0­8.5, and can therefore survive in  environments where other bacteria cannot.  o Molds can live between pH 2.0­11.0  o The pH level alters a microorganism’s ability to transport molecules  into/out of the cell across the membrane.  +  In acidic environment (low pH): protons (H ) saturate the  membrane, making it difficult for cations to move in/out.   In basic environment (high pH): hydroxide (OH ) ions saturate the  membrane, making it difficult for anions to move in/out.    o Proteins are also denatured in extreme pH ­  Oxygen:   o When referring to oxygen content of a medium, we are really talking  about the oxidation­reduction potential of that medium (redox potential)  This redox potential depends on the ratio of total oxidizing  (electron­accepting) molecules to the total reducing (electron­ donating) molecules in the medium o An oxidized environment means that the molecules have a relatively high  affinity for electrons  o A reduced environment means that the molecules have a relatively low  affinity for electrons  o Aerobes require oxidized conditions, thus oxygen, to be present  Bacteria that cause food spoilage are notably strict aerobes  Aerobic microorganisms require oxygen to produce adenosine  triphosphate (ATP), and will therefore die without oxygen.   o Most bacteria that cause disease are facultative anaerobes, as they prefer  an aerobic environment but can grow without oxygen (i.e. in a reduced  environment) o Microaerophilic bacteria require some oxygen, but cannot tolerate levels  present in aerobic environments.  Ex. Campylobacter requires 6% oxygen.  o Strict anaerobes cannot tolerate any oxygen (require a completely  reduced environment).  ­   Anaerobes cannot remove oxygen­derived radicals (O supero2ide  radical) from the cell. These radicals disturb metabolism by  replacing essential molecules in chemical reactions. Anaerobes will  therefore die in the presence of oxygen.  ­  Temperature:  3 o The maximum growth temperature is the temperature that causes  inactivation of an organism’s enzymes and structure damage to the extent  that these outbalance the enhanced ability to synthesize new cell material  o Optimum growth temperature is the temperature corresponding to the  shortest generation time (time for cell division).  Usually minutes. o Minimum growth temperature is the temperature corresponding to the  longest generation time. Usually 1000 minutes +.  o Psychrophiles prefer low temperatures o Psychrotrophs prefer higher temperatures, but can grow at low  temperatures  o Thermophiles prefer high temperatures  o Thermotrophs tolerate high temperatures, but don’t prefer them.  o Mesophiles can tolerate extreme temperatures, but prefer the levels found  in the tissues of humans/animals. Most disease­causing organisms are  therefore mesophiles.  o Cell death occurs at low temperatures because reaction rates of  metabolism slow and because there is a decrease in cell membrane  fluidity, which slows down transport of nutrients into the cell.  o Cell death occurs at low temperatures because of inactivation of enzymes  and denaturation of cell structural components.  ­  Food effects:   o Foods can have different levels of antimicrobial substance (ex.  phosphates), which can affect microbial growth o Foods with high protein content exert a buffering effect, such that  microorganisms are able to live and grow in the food, even if the pH is  below the minimum level necessary for survival.  o The poising effect refers to the fact that some characteristics of food can  prevent a change in the redox potential, despite the oxygen content of the  atmosphere in which it is packaged.  o The more alkali the pH, the more negative the redox potential, thus the  food is more reduced and anaerobic.  o Oxygenation of the product can differ depending on whether the product  has to be agitated (difference in redox potential)  o High­protein and high­fat foods can have an insulating/shielding effect,  which enables organisms to live in environments that are designed to  inhibit their growth.  o Some bacteria can switch their metabolism to synthesize more unsaturated  fatty acids/short­chain fatty acids, which may allow for survival at lower  temperatures (strengthens their cell membrane to protect against damage  from ice crystals).  o Some bacteria can synthesize enzymes that function at low temperatures ­ The hurdle concept: low­level hurdles are combined to prevent microbial growth  in food.  4 o Ex. in fermented dairy products; low pH from lactic acid is combined with  refrigeration.  Sources of microorganisms:  ­ Splashing of water containing microorganisms against surfaces forms aerosols,  causing microbial cells to become airborne.  ­ Water depth:  o The more shallow a body of water, the more contamination it has because  oxygen from the atmosphere is readily available for microbial growth.  o Bacteria degrade excess organic material exerted by algae and remains  from dead animals. Marine bacteria tolerate the salty environment.  ­ Soil  o Most bacteria in the soil are spore formers because of the poor nutrient  content of soil.  ­ Microbial flora of foods originate from  o Microorganisms associated with the raw food  Contact with air, water or soil o Microorganisms acquired during handling/processing   Humans harbor microorganisms on their skin, hair, mucous  membranes, and intestines as well as on their clothing.   Utensils/equipment can carry contaminants o Microorganisms that survived the preservation/storage tr
More Less

Related notes for FOOD 2010

Log In


Don't have an account?

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.