CURSUL 4. CAP. 2. CARACTERIZAREA PRINCIPALELOR GRUPE DE MICROORGANISME

CU IMPORTANŢĂ ÎN INDUSTRIA ALIMENTARĂ – MUCEGAIURILE: I (IMPORTANŢĂ, ROL, RĂSPÂNDIRE,CARACTERE MORFOLOGICE, CARACTERE CULTURALE, STRUCTURĂ)

P a g . | 1

SCOPUL CURSULUI Formarea unui sistem de cunoştinţe despre: răspândirea şi importanţa mucegaiurilor în natură şi în industria alimentară; caracterele morfologice, fiziologice şi structurale ale drojdiilor.

CONȚINUTUL CURSULUI

Cursul conţine informaţii privind răspândirea mucegaiurilor în natură, importanţa în industria alimentară; caracterele morfologice, fiziologice si structurale ale drojdiilor.

OBIECTIVE După parcurgerea cursului studentul va putea:- să definească grupul taxonomic al mucegaiurilor din punct de vedere al caracterelor morfologice şi structurale;- să specifice caracteristicile privind răspândirea şi importanţa mucegaiurilor în natură şi în industria alimentară.- să specifice caracterele fiziologice ale mucegaiurilor.

CUVINTE CHEIE Mucegaiuri, răspândire, importanţă, morfologie, structură.

2.2. Mucegaiurile (micromicete, fungi filamentoşi)

Mucegaiurile sunt microorganisme cu organizare eucariotă, monocelulare sau pluricelulare. Sunt ciuperci filamentoase care se reproduc prin spori formaţi pe cale asexuată sau pe cale mixtă (asexuată şi sexuată).

Răspândire

Mucegaiurile sunt răspândite în toate habitatele naturale (sol, apă, aer), pe suprafaţa plantelor şi animalelor deoarece au o capacitate deosebită de adaptare la condiţiile de mediu din cele mai diverse din punct de vedere nutriţional, termic, de pH şi temperatură. Fiind înzestrate cu un echipament enzimatic foarte complex pot utiliza, ca sursă de carbon şi energie, compuşi organici macromoleculari (celuloză, hemiceluloză, lignină, substanţe pectice, amidon, lipide etc.). Sunt puţin pretenţioase faţă de umiditate. Se pot dezvolta în absenţa din mediu a factorilor de creştere.

Stratul superficial al solului constituie un habitat care le asigură condiţii de creştere şi supravieţuire. Prin activitatea lor de degradare a materiei organice nevii, mucegaiurile participă la transformarea compuşilor organici macromoleculari în compuşi mai simpli. Prin mineralizarea substanţelor organice (reziduurile vegetale) asigură reciclarea carbonului şi a celorlalte substanţe, asigurând astfel substanţele minerale necesare creşterii plantelor.

Din sol sporii de mucegai sunt antrenaţi pe calea aerului la distanţe foarte mari, ceea ce asigură diseminarea nelimitată de graniţe geografice. Mucegaiurile pot supravieţui în aer un timp îndelungat sub formă de spori sau hife vegetative. Din aer se depun cu o viteză ce poate atinge valori de 3 cm/s. În funcţie de condiţiile de mediu pot să reziste sub formă de spori timp de zeci de ani (Banu, 2002).

CURSUL 4. CAP. 2. CARACTERIZAREA PRINCIPALELOR GRUPE DE MICROORGANISME

CU IMPORTANŢĂ ÎN INDUSTRIA ALIMENTARĂ – MUCEGAIURILE: I (IMPORTANŢĂ, ROL, RĂSPÂNDIRE,CARACTERE MORFOLOGICE, CARACTERE CULTURALE, STRUCTURĂ)

P a g . | 2

În apă, prezenţa mucegaiurilor este ocazională, apa fiind un mediu prin care se poate face răspândirea sporilor. Creşterea mucegaiurilor în ape este dependentă de conţinutul acestora în compuşi organici şi poate avea loc numai în condiţii de aerare (Dan, 1999; Banu, 2002).

Mucegaiurile sunt frecvent întâlnite în microbiota plantelor, pe suprafaţa rădăcinilor,frunzelor şi fructelor.

În afara mucegaiurilor saprofite-agenţi ai putrezirii, mucegaiurile pot fi patogene, parazitând plantele şi animalele.

Mucegaiurile fitopatogene produc boli ale plantelor industriale, ca mălura, rugina, tăciunele ş.a. Sunt responsabile pentru aproximativ 70% din totalul îmbolnăvirilor la cereale şi legume (Dan, 1999; Banu, 2002).

La om şi la animale, mucegaiurile patogene pot fi dermatofite (dezvoltându-se pe piele, unghii, păr), se pot dezvolta în cavitatea bucală sau, prin inhalarea sporilor, pătrund în organism (creier, ficat, rinichi, plămâni ş.a.); ajunse în plămâni produc aspergilom pulmonar, în special specia Aspergillus fumigatus (Dan, 1999; Tofan, 2004).

Rolul mucegaiurilor în industrie

În industria alimentară culturi selecţionate de mucegaiuri sunt folosite la fabricarea brânzeturilor tip Roquefort, Camembert sau la maturarea salamurilor crude.

Cu ajutorul mucegaiurilor, pe cale biotehnologică, se pot obţine compuşi deosebit de valoroşi: antibiotice – peniciline cu Penicillium chrysogenum, cefalosporine cu Cephalosporium acremonium, griseofulvine cu Penicillium griseofulvum, acid fusidic cu Fusidium coccineum; antibiotice active faţă de bacterii Gram pozitive cu Mucor ramannianus;acizi organici - citric, lactic, gluconic, kojic, malic, fumaric; vitamine - B12, ergosterol-provitamina D;enzime - amilaze, proteaze, lipaze, invertază ş.a. Mucegaiurile sunt folosite pentru îmbogăţirea în proteine a făinurilor vegetale sau ca agenţi de depoluare ai apelor reziduale.

Ca aspect negativ, mucegaiurile pot produce degradarea produselor alimentare prin mucegăire, cu modificarea calităţilor senzoriale şi pierderea valorii alimentare. Unele mucegaiuri pot să elaboreze micotoxine (Dan, 1999).

Caractere morfologice

Mucegaiurile se răspândesc în natură prin spori rezistenţi la uscăciune, formă în care se menţin în stare viabilă ani de zile. Dacă un astfel de spor ajunge pe suprafaţa unui mediu favorabil pentru creştere, cu o cantitate suficientă de apă liberă, în primul stadiu are loc absorbţia apei şi activizarea sistemelor enzimatice (3-4h), apoi germinarea celulei sporale şi formarea tuburilor vegetative numite hife. Totalitatea hifelor formează un miceliu numit tal.

Miceliul poate fi vegetativ sau reproducător.

Hifele miceliuli vegetativ pot fi septate (segmentate) sau neseptate .

CURSUL 4. CAP. 2. CARACTERIZAREA PRINCIPALELOR GRUPE DE MICROORGANISME

CU IMPORTANŢĂ ÎN INDUSTRIA ALIMENTARĂ – MUCEGAIURILE: I (IMPORTANŢĂ, ROL, RĂSPÂNDIRE,CARACTERE MORFOLOGICE, CARACTERE CULTURALE, STRUCTURĂ)

P a g . | 3

Dacă hifele vegetative nu sunt septate (segmentate), miceliul se numeşte neseptat. Hifele septate alcătuiesc un miceliu septat.

Miceliul neseptat este caracteristic mucegaiurilor inferioare. Hifele tinere se alungesc prin creştere apicală şi se ramifică, formând pe axul principal ramuri de ordinul I cu un unghi mai mult sau mai puţin ascuţit. Pe ramurile de ordinul I se formează ramuri de ordinul II şi aşa mai departe. Miceliul neseptat, multiramificat, poate fi considerat o singură celulă; mai precis este un organism cenocitic (mai multe nuclee sunt incluse în aceeaşi masă citoplasmatică).

Miceliul septat este tipic pentru ascomicete, bazidiomicete şi fungi imperfecţi. Ca şi miceliul neseptat, miceliul septat creşte apical. Celula sau articolul apical se alungeşte, se formează un sept şi se divide. Celula fiică repetă succesiv acest proces. Celulele subapicale participă la creştere numai atunci când produc o ramificaţie dotată la rândul ei cu capacitatea de creştere apicală şi de diviziune. Ramificaţiile de diferite ordine se formează alternativ în lungul unui ax, ca şi la miceliul neseptat.

La ascomicete fiecare celulă (segment) despărţită prin septe conţine mai multe nuclee. La bazidiomicete, unele celule (segmente) sunt multinucleate iar altele -

mononucleate. În mod obişnuit septele nu sunt complete; ele au un por central prin care se realizează continuitatea citoplasmatică de la o celulă la alta. Din cauza curenţilor potoplasmatici, prin aceşti pori trec, de la o celulă la alta, citoplasma şi chiar nucleele deformate atunci când străbat porii şi recăpătându-şi forma iniţială odată ajunse în celula vecină. Deci, din punct de vedere funcţional, miceliul septat nu este polinuclear, ci cenocitic, ca şi miceliul neseptat.

Hifele vegetative se extind pe suprafaţa mediului, se diversifică şi îndeplinesc anumite funcţii specializate: hifele de extindere se dezvoltă pe suprafaţa mediului, în spaţiul aerian; hifele de absorbţie se dezvoltă în profunzimea mediului realizând absorbţia nutrienţilor şi au rol de susţinere.

La un anumit grad de dezvoltare, pe hifele vegetative, se formează hifele reproducătoare, generatoare de spori, diferenţiate în funcţie de gen şi specie, care formează miceliul (talul) reproducător.

Hifele reproducătoare formează miceliul reproducător, bine diferenţiat, care se dezvoltă simpodial (sub un anumit unghi) pe suprafaţa mediului de cultură şi generează spori. Atunci când nu există hife reproducătoare specializate, hifele vegetative preiau sarcinile reproducătoare ale talului reproducător specializat. La majoritatea mucegaiurilor, talul reproducător prezintă o extindere concentrică, din centru spre periferia coloniei şi poate prezenta fenomenul de pigmentogeneză (formare de pigmenţi) atât la nivelul talului reproducător cât şi al celui vegetativ.

CURSUL 4. CAP. 2. CARACTERIZAREA PRINCIPALELOR GRUPE DE MICROORGANISME

CU IMPORTANŢĂ ÎN INDUSTRIA ALIMENTARĂ – MUCEGAIURILE: I (IMPORTANŢĂ, ROL, RĂSPÂNDIRE,CARACTERE MORFOLOGICE, CARACTERE CULTURALE, STRUCTURĂ)

P a g . | 4

În cazul mucegaiurilor inferioare, coloniile se dezvoltă rapid, sunt extinse, cu tendinţa de a ocupa întreaga suprafaţă a mediului de cultură; au aspect pâslos şi culori alb, bej, cenuşiu, brun. Creşterea nelimitată se explică prin faptul că miceliul nu este septat şi circulaţia substanţelor are loc rapid.

Mucegaiurile superioare, caracterizate prin miceliu septat, formează colonii cu o creştere radială, limitată, având aspect pulverulent, prăfos, catifelat şi culori determinate de pigmenţii sintetizaţi, care dau tonalităţi variate de la alb la galben, brun, verde, albastru şi portocaliu, ceea ce reprezintă un criteriu de identificare a mucegaiurilor superioare.

Când sporii de mucegaiuri ajung la suprafaţa unui mediu nutritiv lichid, germinează şi formează o dermă cu aspect pielos, alcătuită din hife care se compactizează, care treptat îşi măreşte suprafaţa şi devine cutată; la suprafaţă se dezvoltă hifele reproducătoare, se produce sporularea şi colorarea specifică.

Când sporii de mucegaiuri se dezvoltă pe mediu lichid, în condiţii de agitare, hifele nu se mai extind, se aglomerează formând o “perlă“ de culoare albă. În aceste condiţii mucegaiurile nu mai produc pigmenţi şi îşi schimbă morfologia: are loc doar creşterea vegetativă şi nu se mai formează hifele reproducătoare. Acest tip de cultură este folosit pentru obţinerea unor produşi de metabolism: enzime, antibiotice (Oprean, 2000a).

Dimensiunile mucegaiurilor

Dimensiunile mucegaiurilor depăşesc pe cele ale bacteriilor şi actinomicetelor. Astfel, grosimea hifelor la diferite mucegaiuri poate fi caracterizată prin valori limită de 2 şi 50 µm şi prin valoarea medie de 5 µm. Lungimea segmentelor din hifele septate este de 2-4 ori mai mare decât grosimea lor. Lungimea unui singur miceliu poate fi de câţiva zeci de µm sau mai mulţi metri.

Structura celulară

Mucegaiurile au la bază celula de tip eucariot ce include toate organitele descrise la celula de drojdie. Spre deosebire de drojdii, peretele celular este mai gros şi conţine ά- şi β-glucani şi celuloză. Între peretele celular şi membrana citoplasmatică există un spaţiu periplasmic. În citoplasmă se găsesc vezicule cu enzime proteolitice, lizozomi, incluzii citoplasmatice cu substanţe de rezervă: glicogen sau amidon, manită sau manitol, trehaloză, uree, volutină, picături de grăsime, oxalat de Ca. Aparatul Golgi lipseşte, sau se găseşte sub formă de cisterne dau vezicule izolate.

Celula poate conţine 1-2 nuclei cu câte 2-4 cromozomi fiecare. Nucleul, de obicei sferic sau oval, are diametrul de 1-3 µm. La mucegaiuri există fenomenul de dualism nuclear, care apare în anumite etape ale mitozei: se pot întâlni nuclei mari în care se găseşte atât ADN cât şi ARN, precum şi nuclei mici în care se află numai ARN. Acastă formă sub care se poate găsi materialul genetic asigură o adaptare mai bună a mucegaiurilor şi o creştere a viabilităţii lor (Dan, 1999).

CURSUL 4. CAP. 2. CARACTERIZAREA PRINCIPALELOR GRUPE DE MICROORGANISME

CU IMPORTANŢĂ ÎN INDUSTRIA ALIMENTARĂ – MUCEGAIURILE: I (IMPORTANŢĂ, ROL, RĂSPÂNDIRE,CARACTERE MORFOLOGICE, CARACTERE CULTURALE, STRUCTURĂ)

P a g . | 5

Caractere fiziologice

Mucegaiurile sunt microorganisme uşor adaptabile, deoarece au capacitatea de a forma enzime induse în funcţie de natura substratului pe care se află, astfel încât produc degradarea atât a produselor alimentare cât şi a fibrelor textile, a cauciucului, betonului ş.a.

În raport cu umiditatea, mucegaiurile sub formă de hife sau spori sunt foarte rezistente şi, în absenţa apei, se menţin în stare latentă de viaţă un timp îndelungat; în raport cu oxigenul, mucegaiurile sunt microorganisme aerobe şi necesită pentru creştere prezenţa oxigenului din aer sau a oxigenului dizolvat în mediu. Un număr limitat de specii sunt microaerofile şi pot produce mucegăirea internă a untului şi a ouălor.

Mucegaiurile se pot dezvolta în limite largi de pH (1,5-9), cu o valoare optimă în domeniul acid, cu pH = 5,5-6.

Mucegaiurile sunt microorganisme mezofile cu temperaturi optime de creştere la 25°C. Un număr restrâns sunt termofile, cele patogene având temperatura optimă la 37°C. Altele sunt adaptate la temperaturi scăzute (0...3°C). Rezistenţa termică a mucegaiurilor sub formă de hife sau spori este mică, majoritatea fiind inactivate la temperatura de 80°C. Cei mai rezistenţi spori, aparţinând genului Byssochlamys, sunt distruşi la 88°C, în 10 minute(Dan, 1999).

BIBLIOGRAFIE

1. Banu, C. 2002. Manualul inginerului de industrie alimentară. Vol. II. Ed. Tehnică, Bucureşti.

2. Dan, V. 1999. Microbiologia produselor alimentare. Vol. I. Ed. Alma, Galaţi.

3. Tofan, C. 2004. Microbiologie alimentară. Ed. AGIR, Bucureşti.

4. Oprean, L. 2000a. Microbiologie generală. Ed. Universităţii “Lucian Blaga”, Sibiu.