Ugrás a tartalomhoz

Élelmiszer-mikrobiológia

Deák Tibor, Kiskó Gabriella, Maráz Anna, Mohácsiné Farkas Csilla

Mezőgazda Kiadó

Az élelmiszer-mikrobiológia története

Az élelmiszer-mikrobiológia története

Az élelmiszer-mikrobiológia mint az élelmiszertudomány egyik ága, mindössze 150 évre tekinthet vissza, kezdetei azonban egybeesnek a mikrobiológiának a kialakulásával. Ezt, bár bizonyos előzményei korábbról datálhatók, Pasteur munkásságától, az 1850-es évektől számíthatjuk.

Az élelmiszer az ember mindennapos szükséglete. A bennük előforduló hasznos (erjesztő) vagy káros (romlás- és kórokozó) mikroorganizmusokkal kapcsolatba kerültünk anélkül, hogy tudomást szereztünk volna róluk. A gyűjtögető ősembernek fő tevékenysége volt a táplálékszerzés, a kőkorszak vadászó hordáinak pedig már feladatot jelentett az elejtett állat húsának időleges tárolása. Több mint tízezer évre nyúlik vissza az ősközösségek megtelepedése, a növénytermesztés és az állattenyésztés kialakulása. A nagy folyók mentén Mezopotámiában, Egyiptomban, Indiában és Kínában kialakuló civilizációk már fejlett mezőgazdaságra támaszkodtak. 3000–4000 éves eszközök és feljegyzések tanúskodnak a kenyér és az erjesztett italok (aludttej, sör) készítéséről, a hal és hús szárításáról, sózásáról, füstöléséről. Minden bizonnyal gyakran előfordult, hogy a romlott táplálék betegséget okozott; az ilyen tapasztalatok, olykor vallási köntösbe ágyazva, óvtak a tisztátlan élelmiszer elfogyasztásától.

Az élelmiszer okozta megbetegedések nyomai messzire nyúlnak az emberiség történelmében. Valószínűleg mikrobiológiai eredetű ételmérgezésre utal VI. Leo bizánci császár 900-ban hozott törvénye, amellyel megtiltotta, hogy füstöléssel tartósított véres hurkát egyenek. A gombával fertőzött gabona okozta ergotizmus a középkorban pusztított. A nagy létszámú hadseregek soraiban kitört járványos betegségek a hadjáratok, háborúk kimenetelét befolyásolták és döntő befolyást gyakoroltak a történelemre. Ezek között a súlyos tünetekkel és halállal járó gyomor- és bélmegbetegedések fő szerepet játszottak. Így pl. i. e. 500-ban az I. Xerxész perzsa uralkodó másfélmilliós hadseregét megtizedelő járvány, valószínűsíthetően vérhas, meghiúsította a görög városállamok lerombolását. Hippokratésztől származik a dizentéria megnevezés. A középkorban Kínától Európáig gyakran söpörtek végig a lakosság harmadát-felét is kipusztító járványok, a rettegett pestis, a feketehimlő, a vérhas, a hastífusz és a kolera. Ez utóbbiaknak még az 1800-as években is az emberek tízezrei estek áldozatul. Hastífuszban pusztult el 1812-ben Napoleon Moszkvából visszatérő seregének jó része. 1848–49-ben a honvédseregben kitört kolerajárvány szedett súlyos áldozatokat; egyes vélemények szerint ez hatott a szabadságharc bukására is.

A 19. század második felére esnek a jelentős mikrobiológiai felfedezések, alakul ki a mikrobiológia mint tudomány, bár mikroorganizmusokat már korábban is észleltek. Robert Hooke 1665-ben kezdetleges mikroszkópján nemcsak növényi (parafa) sejteket, hanem penészgombákat is látott, amint erről rajzai tanúskodnak. A holland Antonie van Leeuwenhoek kiválóan csiszolt, nagy nagyítású lencsén át már 1690 táján kétségkívül látott baktériumokat és gombákat. Megfigyeléseiről írásban és rajzokban is beszámolt az angol királyi tudományos társaságnak. Ezek a felfedezések még több mint 150 évig homályban maradtak. Edward Jenner 1796 táján védőoltást dolgozott ki a himlő ellen, anélkül, hogy a betegség kórokozójáról tudomása lett volna. 1805-ben Nicholas Appert párizsi cukrászmester üvegedénybe zárt élelmiszert forralással tartósított és ezzel elnyerte Napoleon kitűzött díját. 1810-ben P. Durand Angliában szabadalmaztatta a bádogdobozt élelmiszerek hőkezelésére, azonban sem ő, sem Appert nem tudta, miért marad romlásmentes a hőkezelt élelmiszer.

Egészen a 19. század derekáig a romlás, rothadás, erjedés mibenlétéről és okairól csak különböző elképzelések voltak, olykor fantasztikus magyarázatok misztikus erőkről vagy lényekről, amelyek ősnemzés útján keletkeztek az anyagban. Spallanzani ugyan 1765-ben kimutatta, hogy a felforralt húsleves romlásmentes maradt, az ősnemzés híveit ez nem győzte meg. Bár Jacques Thenard 1809-ben élesztőfermentről írt, és Christian Persoon (1822) ’Mycoderma cerevisiae’-nek nevezte a sör felszínén kialakult hártyát, Desmazieres 1827-ben az élesztőt még ázalékállatkának tartotta. Az élesztőgombákat, mint az alkoholos erjedés okozóit csak ezt követően azonosította közel egy időben (1836–37), de egymástól függetlenül, a francia Charles Cagniard de Latour és a német Theodore Schwann és Friedrich Kützing. Pasteur kísérletei igazolták egyértelműen, hogy az erjedés okai mikroorganizmusok, ezzel megcáfolta mind az ősnemzés tanát, mind pedig az erjedés kémiai elméletét, amit a kor nagy vegyészei, Liebig és Wöhler hirdettek. Mit sem von le Pasteur érdeméből, hogy Eduard Buchner 1897-ben kimutatta, hogy sejtmentes élesztőszűrlet („zimáz”) is okoz alkoholos erjedést – az enzimek felfedezése és azonosítása csak ezt követően indult el.

Louis Pasteur (1822–1895) tekinthető a mikrobiológia atyjának, aki széleskörű munkássága folyamán zseniális kísérletekkel és nagy gyakorlati érzékkel igazolta a szabad szemmel láthatatlan mikroorganizmusok létezését és tevékenységét. 1850 és 1860 között bizonyította, hogy a baktériumok az okai a bor és a sör „betegségeinek” és hogy a bor, melegítés után romlásmentesen eltartható (a ma pasztőrözésnek nevezett eljárás). Sikeresen küzdött meg az emberi, állati életeket veszélyeztető fertőzésekkel is. Védőoltást, vakcinálást dolgozott ki a juhok lépfenéje, a baromfipestis, a selyemhernyó-kór, a veszettség elleni védekezésre, anélkül, hogy a kórokozókat minden esetben egyértelműen azonosítani tudta volna.

Az 1850-es éveket követően sorra felismerték a különböző fertőző betegségek kórokozóit. Robert Koch a lépfene (1876), a tuberkulózis (1882), a kolera (1884) baktériumait, Daniel Salmon a tífuszbaktériumot (1885), Theodor von Escherich a kolibaktériumot (1885), Kiyoshi Shiga a baktériumos dizenteria (1898), Alexandre Yersin a pestis (1894) kórokozóját. Őket tisztelhetjük e baktériumok mai neveiben: Salmonella typhi, Escherichia coli, Shigella dysenteriae, Yersinia pestis. A 20. század fordulóját megelőző és követő 25 év volt a bakteriológia aranykora. Számos emberi betegség kórokozójának izolálása és azonosítása megvetette az ellenük való védekezés alapjait is. Semmelweis Ignác (1847), majd Robert Lister (1867) javasolta a fenolos fertőtlenítést a sebészi gyakorlatban; R. Koch védőoltást dolgozott ki a lépfene és a veszettség ellen (1881, 1885), Paul Ehrlich alkalmazta az első kemoterapeutikumot 1906-ban (a salvarsant a szifilisz ellen). A leírt baktériumok nagy változatossága azt a gyanút keltette, hogy ezek fajai nem állandók (pleomorfok). Ferdinand Cohn azonban igazolta, hogy a mikrobák alakjuk és működésük szerint azonosíthatók. Ő mutatta ki a baktérium-endospóra rendkívüli ellenálló képességét, és alkotta meg a baktériumok első áttekintő rendszerét. Ebben nagy segítséget jelentett a Christian Gram dán orvos által kifejlesztett festési eljárás is (1884), amellyel a baktériumok két nagy csoportra voltak különíthetők. Mint később kiderült, a sejtfalszerkezet alapvető különbségeit tükröző festési módszer máig érvényes az ún. Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumok megkülönböztetésében.

Az orvosi bakteriológia fejlődésével párhuzamosan felismerték a baktériumok jelentőségét a talajban és a természetben. Az orosz Szergej Vinogradszkij (1856–1953) mutatta ki a baktériumok alapvető szerepét a talaj anyagkörforgalmában és igazolta, hogy abban kemolitotróf és autotróf anyagcserére képes szervezetek szerepelnek. Kortársa, a holland Martinus Beijerinck (1851–1931) dolgozta ki a szelektív és dúsító tenyésztési módszert és izolált számos baktériumot a talajból és vizekből, köztük a nitrogénkötő baktériumokat. Beijerinck felismerte, hogy bizonyos növénybetegségeket nem a baktériumok, hanem azoknál kisebb fertőző részecskék okozzák; a baktériumszűrőkön átjutó dohánymozaik-vírus létezését Dmitrij Ivanovszkij mutatta ki 1892-ben.

Anton de Bary, Oskar Brefeld és mások munkássága révén előrehaladt a gombák megismerése és rendszerezése is. M. J. Berkeley mutatta ki (1845), hogy gomba volt az Írországban szörnyű éhínséget okozó burgonyavész okozója. J. L. Schönlein és Gruby Dávid az elsők közt vizsgálták az emberi betegségeket okozó gombákat.

A kórokozók felfedezése nem mindig jelentette közvetlen szerepük felismerését a vízzel, élelmiszerrel terjedő megbetegedésekben. Már Pasteur látott sztafilokokkuszokat gennyben, de csak 1894-ben hozta őket összefüggésbe élelmiszer-mérgezéssel T. Dennys. E. Klein 1885-ben leírta a Clostridium welchiit (ma Cl.perfringens), amely a gázgangréna okozójaként az I. világháborúban a sebesültek tízezreinek életét követelte, de csak 1943-ban mutatták ki kapcsolatát ételmérgezéssel is. A Cl. botulinumot 1896-ban írta le Emile van Ermengen, de csak 1921–1928 között dolgozta ki W. D. Bigelow és C. O. Ball, a spórák hőpusztulására alapozva, a konzervek hőkezelés-szükségletének elméletét. A 19. század folyamán alakultak ki az alapvető élelmiszer-ipari tartósítási módszerek, mint a tej pasztőrözése, a hús fagyasztása, a zöldségek és gyümölcsök szárítása. A nátrium-benzoátot, első kémiai tartósítószerként, 1908-ban engedélyezték, ezt a szorbinsav csak 1955-ben követte. Az ipari technológiák fejlődését a műszaki ismeretek, a gépgyártás, műszerezés, automatizálás előrehaladása tette lehetővé.

A 20. század első felét a biokémia fejlődése jellemzi, az enzimek, koenzimek, vitaminok, anyagcsereutak megismerése, míg a század második felében alakult ki a modern genetika, majd abból a század végén a molekuláris biológia. A tudományos fejlődés mérföldköveit az 1. táblázat foglalja össze. A mai élelmiszer-mikrobiológiában komplex módon összegeződik mindaz, amit a névtelen elődök tapasztalatai, a neves tudósok felismerései, a fáradhatatlan kutatók eredményei az emberiség javára és hasznára ezen a téren hoztak.

1. táblázat - A mikrobiológia (biokémia, molekuláris biológia) történetének jelentős eseményei

1674

Antonie van Leeuwenhoek

Baktériumok felfedezése mikroszkóppal

1798

Edward Jenner

Himlő elleni védőoltás

1810

Nicholaus Appert

Élelmiszerek hőkezeléses tartósítása

1857

Louis Pasteur

Tejsavas erjedés baktériumai

1860

Louis Pasteur

Élesztőgombák és a bor betegségei

1865

Gregor Mendel

Öröklődés törvényszerűségei

1881

Robert Koch

Baktériumok tiszta tenyészetben

1882

Robert Koch

Tuberkulózis baktériuma

1884

Christian Gram

Festési módszer

1889

Szergej Vinogradszkij

Kemolitotrófia

1900

Emil Fischer

Peptidkötés felfezése

1901

Martinus Beijerinck

Dohánymozaik vírus

1909

Wilhelm Johannsen

Öröklődés egységei a gének

1908

Paul Ehrlich

Kemoterápiás szerek

1915

Friedrick Twort

Bakteriofágok felfedezése

1928

Frederick Griffith

Pneumococcus transzformáció

1929

Alexander Fleming

Penicillin felfedezése

1937

Hans Krebs

Citromsav kör

1944

Oswald Avery és munkatársai

A genetikai anyag DNS

1944

Selman Waksman

Streptomicin felfedezése

1953

James Watson, Francis Crick

DNS szerkezete

1959

Francois Jacob, Jacques Monod

Genetikai szabályozás

1961

W. P. Blount

Aflatoxin kimutatása gombából

1961

M. Nierenberg, S. Ochoa

Genetikai kód megfejtése

1975

Georges Kohler, Cesar Milstein

Monoklonális antitestek

1977

Fred Sanger és munkatársai

DNS szekvenálás módszere

1978

Peter Mitchell

Kemiozmózisos energiatranszfer

1983

Luc Montagnier

AIDS vírus (HIV) felfedezése

1993

Cary B. Mullis

Polimeráz láncreakció

2000

F. Collins, C. Venter és munkatársaik

Humán genom szekvencia