علم الأحياء الدقيقة للأغذية

علم الأحياء الدقيقة للأغذية هو دراسة الكائنات الدقيقة التي تعيش في الأغذية أو تُنتجها أو تُلوثها . ويشمل ذلك دراسة الكائنات الدقيقة المُسببة لفساد الأغذية؛ ومسببات الأمراض التي قد تُسبب الأمراض (خاصةً إذا لم يتم طهي الطعام أو تخزينه بشكل صحيح)؛ والميكروبات المستخدمة في إنتاج ^{الأطعمة} المخمرة مثل الجبن والزبادي والخبز والبيرة والنبيذ ؛ ^{والميكروبات ذات الأدوار المفيدة} الأخرى، مثل إنتاج البروبيوتيك . ^{[ 1 ] [ 2} ] ^{[ 3} ] [ ⁴ ]

في دراسة البكتيريا الموجودة في الغذاء، تم تقسيم المجموعات المهمة بناءً على خصائص معينة. هذه المجموعات ليست ذات أهمية تصنيفية: ^{[ 5 ]}

• بكتيريا حمض اللاكتيك هي بكتيريا تستخدم الكربوهيدرات لإنتاج حمض اللاكتيك. ومن أجناسها الرئيسية: لاكتوكوكوس ، ولوكونوستوك ، وبيديوكوكوس ، ولاكتوباسيلوس ، وستربتوكوكوس ثيرموفيلوس .
• تنتج بكتيريا حمض الخليك مثل أسيتوباكتر أسيتي حمض الخليك .
• تُستخدم البكتيريا مثل بروبيونيباكتيريوم فرويدنريتشي التي تنتج حمض البروبيونيك في تخمير منتجات الألبان.
• تنتج بعض أنواع المطثية ، مثل المطثية الزبدية، حمض الزبدة .
• تقوم البكتيريا المحللة للبروتينات بتحليل البروتينات عن طريق إنتاج البروتيازات خارج الخلوية . تشمل هذه المجموعة أنواعًا من البكتيريا من أجناس Micrococcus و Staphylococcus و Bacillus و Clostridium و Pseudomonas و Alteromonas و Flavobacterium و Alcaligenes ، بالإضافة إلى أنواع محدودة من Enterobacteriaceae و Brevibacterium .
• تقوم البكتيريا المحللة للدهون بتحليل الدهون الثلاثية عن طريق إنتاج الليبازات خارج الخلوية . وتشمل هذه المجموعة أنواعًا من البكتيريا من أجناس المكورات الدقيقة ، والمكورات العنقودية ، والزائفة ، والألتروموناس ، والفلافوباكتيريوم .
• تقوم البكتيريا المحللة للسكريات بتحليل الكربوهيدرات المعقدة . وتشمل هذه المجموعة أنواعًا من البكتيريا من أجناس Bacillus و Clostridium و Aeromonas و Pseudomonas و Enterobacter .
• تستطيع البكتيريا المحبة للحرارة النمو في درجات حرارة عالية تتجاوز 50 درجة مئوية، وتشمل أجناسًا مثل العصوية (Bacillus )، والمطثية (Clostridium )، والبيديوكوكس (Pediococcus) ، والمكورات العقدية (Streptococcus )، واللاكتوباسيلس (Lactobacillus ). أما البكتيريا المقاومة للحرارة ، بما في ذلك الأبواغ، فتستطيع البقاء بعد عملية البسترة . وتُسمى البكتيريا التي تنمو في درجات حرارة منخفضة تقل عن 5 درجات مئوية بالبكتيريا المحبة للبرودة، وتشمل أنواعًا من أجناس عديدة منها القلوية (Alcaligenes )، والسيراتية (Serratia )، واللوكونوستوك (Leuconostoc ) ، والكارنوبكتيريوم (Carnobacterium) ، والبروشوثريكس (Brochothrix )، والليستيريا (Listeria) ، واليرسينيا (Yersinia) .
• تستطيع البكتيريا المتحملة للملوحة البقاء على قيد الحياة في تركيزات ملحية عالية تتجاوز 10%. ويشمل ذلك بعض أنواع البكتيريا من جنسي Vibrio و Corynebacterium . أما البكتيريا المحبة للأحماض فتستطيع البقاء على قيد الحياة في بيئة ذات درجة حموضة منخفضة.
• على الرغم من أن البكتيريا المحبة للضغط الأسموزي أقل ميلاً للضغط الأسموزي من الخمائر والأعفان، إلا أنها تستطيع تحمل بيئة ذات ضغط أسموزي أعلى نسبياً. تحتاج الكائنات الهوائية إلى الأكسجين، بينما تُثبط الكائنات اللاهوائية بوجوده. أما الكائنات اللاهوائية الاختيارية، فتستطيع النمو في وجود الأكسجين أو في غيابه.
• تستطيع بعض البكتيريا إنتاج الغازات أثناء استقلاب العناصر الغذائية، بينما تنتج أنواع أخرى مادة لزجة عن طريق تركيب السكريات المتعددة.
• وتنقسم البكتيريا المنتجة للأبواغ إلى مجموعات فرعية من البكتيريا الهوائية واللاهوائية والحمضية المسطحة والمحبة للحرارة والمنتجة للكبريتيد.
• تُستخدم بكتيريا القولون، بما في ذلك بكتيريا القولون البرازية (مثل الإشريكية القولونية)، كمؤشر على النظافة. ويمكن أن تُسبب مسببات الأمراض المعوية عدوى الجهاز الهضمي، وقد تُدرج ضمن هذه المجموعة.

تُعدّ سلامة الغذاء محورًا رئيسيًا في علم الأحياء الدقيقة للأغذية. تنتقل العديد من مسببات الأمراض بسهولة عبر الغذاء، بما في ذلك البكتيريا والفيروسات . كما تُعدّ السموم الميكروبية من الملوثات المحتملة للأغذية؛ ومع ذلك، يمكن استخدام الكائنات الدقيقة ومنتجاتها لمكافحة هذه الميكروبات الممرضة. تستطيع البكتيريا البروبيوتيكية ، بما في ذلك تلك التي تُنتج البكتيريوسينات، قتل مسببات الأمراض وتثبيطها . بدلاً من ذلك، يمكن إضافة البكتيريوسينات النقية، مثل النيسين، مباشرةً إلى المنتجات الغذائية. وأخيرًا، يمكن استخدام العاثيات ، وهي فيروسات تُصيب البكتيريا فقط، لقتل مسببات الأمراض البكتيرية . ^{[ 6 ]} يُؤدي التحضير الجيد للطعام، بما في ذلك الطهي السليم ، إلى القضاء على معظم البكتيريا والفيروسات. مع ذلك، قد لا تتحول السموم التي تُنتجها الملوثات إلى أشكال غير سامة عند تسخين أو طهي الطعام الملوث، وذلك بسبب ظروف السلامة الأخرى.

التخمير إحدى طرق حفظ الطعام وتحسين جودته. تُستخدم الخميرة ، وخاصةً خميرة الخباز (Saccharomyces cerevisiae )، في تخمير الخبز ، وصناعة البيرة ، والنبيذ . كما تُستخدم أنواع معينة من البكتيريا ، بما فيها بكتيريا حمض اللاكتيك ، في صناعة الزبادي ، والجبن ، والصلصة الحارة ، والمخللات ، والنقانق المخمرة، وأطباق مثل الكيمتشي . ومن الآثار الشائعة لهذه التخميرات أن المنتج الغذائي يصبح أقل ملاءمةً للكائنات الدقيقة الأخرى ، بما فيها مسببات الأمراض والكائنات الدقيقة المسببة للتلف ، مما يُطيل مدة صلاحية الطعام . كما أن بعض أنواع الجبن تحتاج إلى العفن لتنضج وتكتسب نكهاتها المميزة .

تُستخدم العديد من البوليمرات الحيوية المنتجة ميكروبيًا في صناعة الأغذية . ^{[ 7 ]}

لضمان سلامة المنتجات الغذائية ، تُعدّ الاختبارات الميكروبيولوجية، مثل اختبارات الكشف عن مسببات الأمراض والكائنات الحية المسببة للتلف، ضرورية. بهذه الطريقة، يمكن فحص خطر التلوث في ظل ظروف الاستخدام العادية، والوقاية من تفشي حالات التسمم الغذائي . يُعدّ اختبار المنتجات الغذائية ومكوناتها أمرًا بالغ الأهمية على امتداد سلسلة التوريد بأكملها ، إذ قد تظهر عيوب في المنتجات في كل مرحلة من مراحل الإنتاج. ^{[ 10 ]} بالإضافة إلى الكشف عن التلف، يمكن للاختبارات الميكروبيولوجية أيضًا تحديد محتوى الجراثيم، والتعرف على الخمائر والفطريات، والسالمونيلا . وفيما يخص السالمونيلا ، يعمل العلماء على تطوير تقنيات سريعة ومحمولة قادرة على تحديد السلالات الفريدة منها . ^{[ 11 ]}

يُعد تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) طريقة سريعة وغير مكلفة لإنتاج نسخ متعددة من قطعة DNA في نطاق محدد ("PCR (تفاعل البوليميراز المتسلسل)،" 2008). ولذلك، يستخدم العلماء تقنية PCR للكشف عن أنواع مختلفة من الفيروسات أو البكتيريا، مثل فيروس نقص المناعة البشرية والجمرة الخبيثة، استنادًا إلى أنماط DNA الفريدة لكل منها. تتوفر في الأسواق مجموعات متنوعة للمساعدة في استخلاص الأحماض النووية لمسببات الأمراض الغذائية، ^{[ 12 ]} والكشف عنها باستخدام PCR، والتمييز بينها. ^{[ 13 ]} يُعد الكشف عن السلالات البكتيرية في المنتجات الغذائية بالغ الأهمية للجميع في العالم، لأنه يُساعد على منع حدوث الأمراض المنقولة بالغذاء. لذا، يُعتبر PCR كاشفًا للحمض النووي لتضخيم وتتبع وجود السلالات الممرضة في مختلف الأطعمة المصنعة.

• مركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها، سلامة الغذاء
• معهد تقنيي الأغذية - قسم علم الأحياء الدقيقة للأغذية
• وصف لمسببات الأمراض الغذائية الشائعة