В метаболизме микроорганизмов азотсодержащие вещества подвергаются разнообразным превращениям. По случайно поверхностному сходству разные виды порчи пищевых продуктов нередко называют гниением. Однако гниение – это процесс глубокого разложения белковых веществ микроорганизмами.

Способность разлагать в той или иной степени белковые вещества свойственна многим микроорганизмам. Некоторые из них разлагают непосредственно белки, другие могут воздействовать только на более или менее простые продукты распада белковой молекулы, например на пептиды, аминокислоты и др.

Продукты разложения белков микробы используют для синтеза веществ своего организма, а также в качестве энергетического материала.

Химизм разложения белковых веществ. Гниение – сложный, многоступенчатый биохимический процесс, характер и конечный результат которого зависят от состава разлагаемых белков, условий процесса и видов вызывающих его микроорганизмов.

Белковые вещества не могут непосредственно поступать в клетки микроорганизмов, поэтому использовать белки могут только те микроорганизмы, которые обладают протеолитиче-скими ферментами – экзопротеазами, выделяемыми клетками в окружающую среду.

Процесс распада белков начинается с их гидролиза. Первичными продуктами гидролиза являются пептоны и пептиды. Они расщепляются до аминокислот, которые являются конечными продуктами гидролиза.

Образующиеся в процессе распада белков различные аминокислоты используются микроорганизмами или подвергаются ими дальнейшим изменениям, например дезаминированию, в результате чего образуются аммиак" и разнообразные органические соединения. Процесс дезаминирования может происходить различными путями. Различают дезаминирование гидролитическое, окислительное и восстановительное.

Гидролитическое дезаминирование сопровождается образованием оксикислот и аммиака. Если при этом происходит и декарбоксилирование аминокислоты, то образуются спирт, аммиак и углекислый газ:

1 Ввиду того что аммиак всегда имеется в конечных продуктах распада белков, процесс гниения называют также аммонификацией белковых веществ.

При окислительном ДеЗаМйнированйи образуются кетокислоты и аммиак:

При восстановительном дезаминировании образуются карбоновые кислоты и аммиак:

Из приведенных уравнений видно, что среди продуктов разложения аминокислот в зависимости от строения их радикала (R) обнаруживаются различные органические кислоты и спирты. Так, при разложении аминокислот жирного ряда могут накапливаться муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная и другие кислоты, пропиловый, бутиловый, амиловый и другие спирты. При разложении аминокислот ароматического ряда промежуточными продуктами являются характерные продукты гниения: фенол, крезол, скатол, индол – вещества, обладающие очень неприятным запахом. При распаде аминокислот, содержащих серу, получается сероводород или его производные – меркаптаны (например, метилмеркаптан CH 3 SH). Меркаптаны обладают запахом тухлых яиц, который ощущается даже при ничтожно малых концентрациях.

Образующиеся при гидролизе белка диаминокислоты могут подвергаться декарбоксилированию без отщепления аммиака, в результате чего получаются диамины и углекислый газ. Например, лизин превращается в кадаверин:

Аналогично этому орнитин превращается в путресцин.

Кадаверин, путресцин и другие амины, образующиеся при гниении, часто объединяют под общим названием птомаины (трупные яды), некоторые из них обладают ядовитыми свойствами.

Дальнейшее превращение азотистых и безазотистых органических соединений, получающихся при распаде различных аминокислот, зависит от окружающих условий и состава микрофлоры. Аэробные микроорганизмы подвергают эти соединения окислению, так что они могут быть полностью минерализованы. В таком случае конечными продуктами гниения являются аммиак, углекислый газ, вода, сероводород, соли фосфорной кислоты. В анаэробных условиях не происходит полного окисления промежуточных продуктов распада аминокислот. В связи с этим кроме аммиака и углекислого газа накапливаются различные органические кислоты, спирты, амины и другие органические соединения, в числе которых могут быть вещества, обладающие ядовитыми свойствами, и вещества, придающие гниющему материалу отвратительный запах.

Возбудители гниения. Среди множества микроорганизмов,

способных в той или иной мере разлагать белки, особое значение имеют микроорганизмы, которые вызывают глубокий распад белков – собственно гниение. Такие микроорганизмы принято называть гнилостными. Из них наибольшее значение имеют бактерии. Гнилостные бактерии могут быть спорообра-зующими и бесспоровыми, аэробными и анаэробными. Многие из них мезофилы, но есть холодоустойчивые и термостойкие. Большинство чувствительны к кислотности среды.

Наиболее распространенными и активными возбудителями гнилостных процессов являются следующие.

Сенная и картофельная палочки 1 – аэробные, подвижные, грамположительные, спорообразующие бактерии

Рис. 32. Вас. subtills:

а – палочки и овальные споры; б – колония

(рис. 32). Споры их отличаются высокой термоустойчивостью. Температурный оптимум развития этих бактерий 35–45 °С, максимум роста – при температуре около 50–55 °С; при температуре ниже 5 °С они не размножаются. Помимо разложения белков, такие бактерии способны разлагать пектиновые вещества, полисахариды растительных тканей, сбраживать углеводы. Сенная и картофельная палочки широко распространены в природе и являются возбудителями порчи многих пищевых продуктов. Они вырабатывают антибиотические вещества, подавляющие рост многих болезнетворных и сапрофитных бактерий.

Бактерии рода Pseudomonas – аэробные подвижные палочки, с полярным жгутиком, не образующие спор, грамотри-цательные (рис. 33,а). Многие",виды холодоустойчивы, минимальная температура их роста от –2 до –5 °С, оптимум – около 20 °С. Многие псевдомонасы помимо протеолитической обладают липолитической активностью; они способны сбраживать углеводы с образованием кислот, выделять слизь. Развитие

1 В соответствии с Международным кодексом номенклатуры бактерий сенная и картофельная палочки рассматриваются как синонимы одного вида– Bacillus subtilis.

и биохимическая активность этих бактерий значительно тормозятся при рН ниже 5,5 и 5–6%-ной концентрации NaCl в среде. Псевдомонасы широко распространены в природе, являются антагонистами ряда бактерий и плесеней, так как образуют антибиотические вещества. Некоторые виды Psudomo-nas являются возбудителями болезней (бактериозов) культурных растений, плодов и овощей.

Протей (Proteus vulgaris)–мелкие грамотрицательные бесспоровые палочки с резко выраженными гнилостными свойствами. Белковые субстраты при развитии в них протея приобретают сильный гнилостный запах. В зависимости от усло-

Рис. 33.

а – Pseudomonas; б – Proteus vulgaris

вий жизни эти бактерии способны заметно менять свою форму и размеры (рис. 33, б).

Протей – факультативный анаэроб; сбраживает углеводы с образованием кислот и газов. Он хорошо развивается как при температуре 25 °С, так и при 37 °С, прекращая размножаться лишь при температуре около 5 °С, однако может сохраняться и в замороженных продуктах.

Характерной особенностью протея является его очень энер-гетичная подвижность. Это свойство лежит в основе метода ^выявления протея на пищевых продуктах и отделения его от сопутствующих бактерий. Некоторые виды протея выделяют токсические для человека вещества (см. с. 159).

Clostridium putrificum (рис. 34, а) – анаэробная подвижная, спорообразующая палочка. Относительно крупные споры ее располагаются ближе к концу клетки, которая при этом приобретает сходство с барабанной палочкой. Споры довольно термоустойчивы. Углеводы эта бактерия не сбраживает. Белки разлагают с образованием большого количества газов (NH 3 , H2S). Оптимальная температура развития 37– 43 °С, минимальная 5 °С.

Clostridium sporogertes (рис. 34, б) – анаэробная подвижная спороносная палочка. Споры термоустойчивы, в клетке они расположены ближе к ее концу. Характерным является очень быстрое (в течение первых суток роста) образование спор. Эта бактерия сбраживает углеводы с образованием кислот и газа, обладает липолитической способностью. При разложении белков обильно выделяется сероводород. Оптимальная температура развития 35–40 °С, минимальная – около 5 °С.

Оба вида клостридий известны как возбудители порчи баночных консервов (мясных, рыбных и др.).

Рис. 34.

а – Clostridium putrificum; б – Clostridium sporogenes

Практическое значение процессов гниения. Гнилостные микроорганизмы наносят нередко большой ущерб народному хозяйству, вызывая порчу ценнейших и богатых белками продуктов питания, например мяса и мясопродуктов, рыбы и рыбопродуктов, яиц, молока и др. Но эти микроорганизмы играют большую положительную роль в круговороте веществ в природе, минерализуя белковые вещества, попадающие в почву, воду.

Гнилостные процессы являются неотъемлемой частью круговорота веществ на планете. И происходит он непрерывно благодаря крошечным микроорганизмам. Именно гнилостные бактерии разлагают останки животных, удобряют почву. Конечно, не все так радужно, потому что микроорганизмы способны непоправимо испортить продукты в холодильнике или, того хуже, вызвать отравление и дисбактериоз кишечника.

Гниение – это разложение белковых соединений, которые входят в состав растительных и животных организмов. В процессе из сложных органических веществ образуются минеральные соединения:

• сероводород;
• углекислый газ;
• аммиак;
• метан;
• вода.

Гниение всегда сопровождается неприятным запахом. Чем интенсивнее «душок», тем дальше зашел процесс разложения. Чего стоит «аромат», который издают останки дохлой кошки в дальнем углу двора.

Важным фактором для развития микроорганизмов в природе является тип питания. Гнилостные бактерии питаются готовыми органическими веществами, поэтому их называют гетеротрофы.

Самая благоприятная температура для гниения колеблется в пределах 25-35°C. Если температурную планку снизить до 4-6°C, то жизнедеятельность гнилостных бактерий можно значительно, но не полностью, приостановить. Вызвать гибель микроорганизмов способно только повышение температуры в пределах 100°C.

А вот при очень низких температурах гниение полностью останавливается. Ученые не раз находили в насквозь промерзшей земле Крайнего Севера тела древних людей и мамонтов, которые замечательно сохранились, несмотря на прошедшие тысячелетия.

Чистильщики природы

В природе гнилостные бактерии играют роль санитаров. По всему миру собирается огромное количество органических отходов:

• останки животных;
• опавшие листья;
• поваленные деревья;
• сломанные ветви;
• солома.

Гнилостные бактерии в клубнях цветов

Что бы случилось с жителями Земли, не будь маленьких чистильщиков? Планета просто превратилась бы в свалку, непригодную для жизни. Но гнилостные прокариоты честно выполняют свою работу в природе, превращая мертвую органику в перегной. Он не только богат полезными веществами, но и склеивает комочки земли, придавая им прочность. Поэтому почва не размывается водой, а, наоборот, задерживается в ней. Растения получают живительную влагу и растворенное в воде питание.

Помощники человека

Человек давно прибегает к помощи гнилостных бактерий в сельском хозяйстве. Без них не вырастить богатый урожай зерновых, не развести коз и овец, не получить молока.

Но интересно, что гнилостные процессы используют и в техническом производстве. Например, при выделке шкур их сознательно подвергают гниению. Обработанные таким образом шкуры легко очистить от шерсти, выдубить и размягчить.

Но гнилостные микроорганизмы могут нанести и значительный вред в хозяйстве. Микробы любят полакомиться человеческой пищей. А это значит, что продукты питания попросту будут испорчены. Употребление их становится опасным для здоровья, потому что может привести к сильным отравлениям, которые потребуют долгого лечения.

Обезопасить свои продуктовые запасы можно с помощью:

• замораживания;
• высушивания;
• пастеризации.

Организм человека в опасности

Процесс гниения, как это ни печально, затрагивает организм человека изнутри. Центром локализации гнилостных бактерий является кишечник. Именно там непереваренная пища разлагается и выделяет токсины. Печень и почки, как могут, сдерживают напор токсичных веществ. Но они не способны подчас справиться с перегрузками, и тогда начинается разлад в работе внутренних органов, требующий незамедлительного лечения.

Первой под прицел попадает центральная нервная система. Люди часто жалуются на такие типы недомогания:

• раздражительность;
• головная боль;
• постоянная усталость.

Постоянное отравление организма токсинами из кишечника значительно ускоряет старение. Многие заболевания значительно «молодеют» из-за постоянного поражения ядовитыми веществами печени и почек.

Врачи многие десятилетия вели нещадную борьбу с гнилостными бактериями в кишечнике самыми неординарными методами лечения. Например, больным делали операцию по удалению толстого кишечника. Конечно, никакого эффекта такой тип процедуры не давал, а вот осложнений возникало немало.

Современная наука пришла к заключению, что обмен веществ в кишечнике реально восстановить с помощью молочнокислых бактерий. Считается, что активней всего борется с ними ацидофильная палочка.

Поэтому сопровождать лечение и профилактику дисбактериоза кишечника обязательно должны кисломолочные продукты:

• ацидофильное молоко;
• ацидофильная простокваша;
• ацидофильная паста.

Приготовить их несложно в домашних условиях из пастеризованного молока и ацидофильной закваски, которую можно приобрести в аптеке. В состав закваски входят высушенные ацидофильные бактерии, упакованные в герметичную тару.

Фармацевтическая промышленность предлагает свою продукцию для лечения дисбактериоза кишечника. В аптечных сетях появились препараты на основе бифидобактерий. Они комплексно действуют на весь организм, и не только подавляют гнилостные микробы, но и улучшают обмен веществ, способствуют синтезу витаминов, заживляют язвы в желудке и кишечнике.

Можно ли пить молоко?

Споры вокруг целесообразности потребления молока учеными ведутся уже много лет. Лучшие умы человечества разобщились на противников и защитников этого продукта, но к единому мнению так и не пришли.

Человеческий организм с самого рождения запрограммирован на потребление молока. Это основной продукт питания для деток первого года жизни. Но со временем в организме происходят изменения, и он теряет способность переваривать многие компоненты молока.

Если побаловать себя очень хочется, то придется учесть, что молоко является самостоятельным блюдом. Привычное с детства лакомство, молоко со сладкой булочкой или свежим хлебом, к сожалению, взрослым недоступно. Попадая в кислую среду желудка, молоко моментально створаживается, обволакивает стенки и не позволяет остальной пище перевариваться в течение 2 часов. Это провоцирует гниение, образование газов и токсинов, а впоследствии проблемы в работе кишечника и длительное лечение.

Стакан молока можно выпить либо за час до еды, либо через 2 часа после нее. Но лучше заменить его кисломолочными продуктами, и тогда все встанет на свои места.

В процессе обмена веществ микроорганизмы не только осуществляют синтез сложных белковых веществ собственной цитоплазмы, но и производят глубокое разрушение белковых соединений субстрата. Процесс минерализации органических белковых веществ микроорганизмами, протекающий с выделением аммиака или с образованием аммонийных солей, получил в микробиологии название гниения или аммонификации белков.

Таким образом, в строгом микробиологическом смысле гниение - это минерализация органического белка, хотя в повседневной жизни «гниением» называют целый ряд разнообразных процессов, имеющих чисто случайное сходство, объединяя в этом понятии и порчу пищевых продуктов (мяса, рыбы, яиц, плодов, овощей), и разложение трупов животных и растений, и разнообразные процессы, протекающие в навозе, растительных отбросах, и т.д.

Аммонификация белка - сложный многоступенчатый процесс. Его внутренняя сущность заключается в энергетических превращениях микроорганизмами аминокислот с использованием их углеродного скелета в синтезе цитоплазменных соединений. В естественных условиях разложение богатых белками веществ растительного и животного происхождения, возбуждаемое различными бактериями, плесенями, актиномицетами, протекает необычайно легко как при широком доступе воздуха, так и в условиях полного анаэробиоза. В связи с этим химизм разложения белковых веществ и природа возникающих продуктов распада могут сильно варьировать в зависимости от вида микроорганизма, химической природы белка, условий протекания процесса: аэрации, влажности, температуры.

При доступе воздуха, например, процесс гниения протекает очень интенсивно, вплоть до полной минерализации белковых веществ - образуется аммиак и даже частично элементарный азот, образуются либо метан, либо углекислый газ, а также сероводород и соли фосфорной кислоты. В анаэробных условиях, как правило, полной минерализации белка не происходит, и часть возникающих (промежуточных) продуктов гниения, имеющих обычно неприятный запах, сохраняется в субстрате, придавая ему тошнотворный запах гниения.

Препятствует аммонификации белков низкая температура. В вечномерзлых слоях земли Крайнего Севера находили, например, трупы мамонтов, пролежавшие десятки тысячелетий, но не подвергшиеся разложению.

В зависимости от индивидуальных свойств микроорганизмов - возбудителей гниения - происходит либо неглубокий распад белковой молекулы, либо глубокое ее расщепление (полная минерализация). Но есть и такие микроорганизмы, которые принимают участие в гниении лишь после того, как в субстрате в результате жизнедеятельности других микробов появляются продукты гидролиза белковых веществ. Собственно «гнилостными» называют тех микробов, которые возбуждают глубокий распад белковых веществ, обусловливая полную их минерализацию.

Белковые вещества в процессе питания не могут быть непосредственно усвоены микробной клеткой. Коллоидная структура белков препятствует их поступлению в клетку через клеточную оболочку. Лишь после гидролитического расщепления более простые продукты гидролиза белков проникают внутрь микробной клетки и используются ею в синтезе клеточного вещества. Таким образом, гидролиз белков протекает вне тела микроба. Микроб для этого выделяет в субстрат протеолитические экзоферменты (протеиназы). Такой способ питания обусловливает в субстратах разложение огромных масс белковых веществ, тогда как внутри микробной клетки в белковую форму превращается лишь сравнительно небольшая часть продуктов гидролиза белка. Процесс расщепления белковых веществ в данном случае в большой степени преобладает над процессом их синтеза. В силу этого общебиологическая роль гнилостных микробов как агентов разложения белковых веществ огромна.

Механизм минерализации сложной белковой молекулы гнилостными микробами можно представить следующей цепью химических превращений:

I. Гидролиз крупной белковой молекулы до альбумоз, пептонов, полипептидов, дипептидов.

II. Продолжающийся более глубокий гидролиз продуктов расщепления белка до аминокислот.

III. Превращения аминокислот под действием микробных ферментов. Разнообразие аминокислот и ферментов, имеющихся в ферментативном комплексе различных микробов, те или иные условия протекания процесса обусловливают и чрезвычайное химическое разнообразие продуктов превращения аминокислот.

Так, аминокислоты могут подвергаться декарбоксилированию, дезаминированию как окислительному, так и восстановительному и гидролитическому. Энергичная карбоксилаза вызывает декарбоксилирование аминокислот с образованием летучих аминов или диаминов, имеющих тошнотворный запах. Из аминокислоты лизина при этом образуется кадаверин, из аминокислоты орнитина - путресцин:

Кадаверин и путресцин получили название «трупных ядов» или птомаинов (от греческого ptoma - труп, падаль). Ранее считалось, что птомаины, возникающие при распаде белков, вызывают пищевые отравления. Однако в настоящее время выяснено, что ядовитыми являются не сами птомаины, а сопутствующие им их производные - нейрин, мускарин, а также некоторые вещества неизвестной химической природы.

При дезаминировании от аминокислот отщепляется аминогруппа (NH2), из которой образуется аммиак. Реакция субстрата при этом становится щелочной. При окислительном дезаминировании, кроме аммиака, образуются еще и кетонокислоты:

При восстановительном дезаминировании возникают предельные жирные кислоты:

Гидролитическое дезаминирование и декарбоксилирование приводят к возникновению спиртов:

Кроме того, могут образоваться при этом и углеводороды (например, метан), непредельно жирные кислоты, водород.

Из ароматических аминокислот в анаэробных условиях возникают дурнопахнущие продукты гниения: фенол, индол, скатол. Индол и скатол образуются обычно из триптофана. Из аминокислот, содержащих серу, в аэробных условиях гниения возникают сероводород или меркаптаны, также обладающие неприятным запахом тухлых яиц. Сложные белки - нуклеопротеиды - распадаются на нуклеиновые кислоты и белок, которые в свою очередь расщепляются. Нуклеиновые кислоты при распаде дают фосфорную кислоту, рибозу, дезоксирибозу и азотистые органические основания. В каждом конкретном случае возможно протекание только части указанных химических превращений, а не полностью всего цикла.

Появление в пищевых продуктах, богатых белком (таких, как мясо или рыба), запаха аммиака, аминов и других продуктов распада аминокислот является показателем их микробной порчи.

Микроорганизмы, возбуждающие аммонификацию белковых веществ, очень широко распространены в природе. Они встречаются повсеместно: в почве, в воде, в воздухе - и представлены чрезвычайно разнообразными формами - аэробными и анаэробными, факультативноанаэробными, спорообразующими и бесспорозыми.

Аэробные гнилостные микроорганизмы

Сенная палочка (Bacillus subtilis) (рис. 35) - широко распространенная в природе аэробная бацилла, обычно выделяемая из сена, очень подвижная палочка (3-5 х 0,6 мкм) с перитрихиальным жгутованием. Если выращивание производить на жидких средах (например, на сенном отваре), то клетки бациллы получаются несколько крупнее и соединяются в длинные цепочки, образуя на поверхности жидкости морщинистую и сухую серебристо-беловатую пленку. При развитии на твердых средах, содержащих углеводы, образуется мелкоморщинистая сухая или зернистая, срастающаяся с субстратом колония. На ломтиках картофеля колонии сенной палочки всегда получаются слегка морщинистыми, бесцветными или слегка розоватыми, напоминающими бархатистый налет.

Развивается сенная палочка в очень широком диапазоне температур, являясь практически космополитом. Но вообще считается, что наилучшей температурой для ее развития является 37-50 °С. Споры у сенной палочки овальные, располагаются эксцентрально, без строгой локализации (но все же во многих случаях ближе к центру клетки). Прорастание спор экваториальное. Грамположительна, углеводы разлагает с образованием ацетона и уксусного альдегида, обладает очень высокой протеолитической способностью. Споры сенной палочки весьма термоустойчивы - нередко сохраняются в консервах, стерилизованных при 120°С.

Картофельная палочка (Bac. mesentericus) (рис. 36) - распространена в природе не менее широко, чем сенная. Обычно картофельная палочка встречается на картофеле, попадая сюда из почвы.

Морфологически картофельная палочка очень сходна с сенной: ее клетки (3-10 х 0,5-0,6 мкм) имеют перитрихиальное жгутование; встречаются как одиночные, так и соединенные в цепочку. Споры картофельной палочки, как и сенной, овальные, иногда встречаются продолговатые, крупные; располагаются они в любой части клетки (но чаще центрально). При формировании спор клетка не раздувается, споры прорастают экваториально.

При выращивании на ломтиках картофеля картофельная палочка образует обильный желтовато-бурый складчатый влажно блестящий налет, напоминающий брыжейку, благодаря чему микроб и получил свое название. На агаровых белковых средах образует тонкие, сухие и морщинистые колонии, не срастающиеся с субстратом.

По Граму картофельная палочка окрашивается положительно. Оптимальная температура развития, как и у сенной палочки, 35-45 °С. При разложении белков образует много сероводорода. Споры картофельной палочки очень термоустойчивы и подобно спорам сенной палочки выдерживают длительное кипячение, часто сохраняясь в консервированных продуктах.

Bac. сеreus. Это - палочки (3-5 х 1-1,5 мкм) с прямыми концами, одиночные или соединенные в запутанные цепочки. Встречаются варианты и с более короткими клетками. Цитоплазма клеток заметно зернистая или вакуолистая, по концам клеток часто образуются блестящие жироподобные зерна. Клетки бациллы подвижные, с перитрихиальным жгутованием. Споры Вас. cereus образует овальные или эллипсоидные, обычно располагающиеся центрально и прорастающие полярно. При развитии на МПА (мясопептонном агаре) бацилла образует крупные компактные колонии со складчатым центром и ризоидными волнистыми краями. Иногда колонии бывают мелкобугристыми с бахромчатыми краями и жгутиковидными выростами, с характерными крупинками, преломляющими свет. Bac. cereus является аэробом. Однако в некоторых случаях развивается и при затрудненном доступе кислорода. Встречается эта бацилла в почве, в воде, на растительных субстратах. Желатину разжижает, молоко пептонизирует, крахмал гидролизует. Температурный оптимум развития Bac. cereus 30 °С, максимум 37-48 °С. При развитии в мясопептонном бульоне образует обильную однородную муть с легко распадающимся мягким осадком и нежной пленкой на поверхности.

Из других аэробных гнилостных микробов можно отметить земляную палочку (Вас. mycoides), Вас. megatherium, а также бесспоровые пигментные бактерии - «чудесную палочку» (Bact. prodigiosum), Pseudomonas fluorescens.

Земляная палочка (Bac. mycoides) (рис. 37) - одна из очень распространенных гнилостных почвенных бацилл, имеет довольно крупные (5-7 х 0,8-1,2 мкм) одиночные или соединенные в длинные цепочки клетки. На твердых средах земляная палочка образует весьма характерные колонии - пушистые, ризоидные или мицелиевидные, стелющиеся по поверхности среды, как грибной мицелий. За это сходство бацилла и получила название Bac. mycoides, что значит «грибовидная».

Bac. megaterium - бацилла, имеющая крупные размеры, за что и получила свое название, означающее «большое животное». Она постоянно встречается в почве и на поверхности гниющих материалов. Молодые клетки обычно толстые - до 2 мкм в поперечнике, длиной от 3,5 до 7 мкм. Содержимое клеток грубозернистое с большим количеством крупных включений жироподобного или гликогеноподобного вещества. Нередко включения заполняют почти сплошь всю клетку, придавая ей весьма характерное строение, по которому легко распознают данный вид. Колонии на агаровых средах гладкие, грязно-белые, жирно-блестящие. Края колонии резко обрезаны, иногда волнисто-бахромчатые.

Пигментная бактерия Pseudomonas fluorescens мелкая (1-2 х 0,6 мкм) грамотрицательная бесспоровая палочка, подвижная, с лофотрихиальным жгутованием. Бактерия образует зеленовато-желтый флюоресцирующий пигмент, который, проникая в субстрат, окрашивает его в желто-зеленый цвет.

Пигментная бактерия Bacterium prodigiosum (рис. 38) широко известна под названием «чудесная палочка» или «палочка чудесной крови». Очень маленькая грамотрицательная бесспоровая подвижная палочка с перитрихиальным жгутованием. При развитии на агаровых и желатиновых средах образует колонии темно-красного цвета с металлическим блеском, напоминающие капли крови.

Появление таких колоний на хлебе и картофеле в средние века вызывало у религиозных людей суеверный ужас и связывалось с злокознями «еретиков» и «дьявольским наваждением». Из-за этой безвредной бактерии святейшая инквизиция сожгла на кострах не одну тысячу совершенно невинных людей.

Факультативноанаэробные бактерии

Палочка протея, или вульгарный протей (Proteus vulgaris) (рис. 39). Этот микроб является одним из наиболее типичных возбудителей гниения белковых веществ. Он часто встречается на самопроизвольно загнившем мясе, в кишечнике животных и человека, в воде, в почве и пр. Клетки этой бактерии отличаются большой полиморфностью. В суточных культурах на мясо- пептонном бульоне они мелкие (1-3 х 0,5 мкм), с большим количеством перитрихиально расположенных жгутиков. Затем начинают появляться извитые нитевидные клетки, достигающие в длину 10-20 мкм и более. Благодаря такому разнообразию в морфологическом строении клеток бактерия и была названа по имени морского бога Протея, которому древнегреческая мифология приписывала способность менять свой образ и превращаться по желанию в различных животных и чудовищ.

Как мелкие, так и крупные клетки протея обладают сильным движением. Это придает колониям бактерии на твердых средах, характерную особенность «роения». Процесс «роения» заключается в том, что из колонии выходят отдельные клетки, скользят по поверхности субстрата и на некотором расстоянии от нее останавливаются, размножаются, давая начало новому росту. Получается масса мелких, едва видимых простым глазом беловатых колоний. От этих колоний снова отделяются новые клетки и на свободной от микробного налета части среды образуют новые центры размножения и т.д.

Вульгарный протей - грамотрицательный микроб. Оптимальная температура его развития 25-37°С. При температуре около 5 °С он прекращает свой рост. Протеолитическая способность протея очень велика: он разлагает белки с образованием индола и сероводорода, вызывая резкое изменение кислотности среды - среда становится сильнощелочной. При развитии на углеводных средах протей образует много газов (CO2 и H2).

В условиях умеренного доступа воздуха при развитии на пептонных средах некоторой протеолитической способностью обладает кишечная палочка (Escherichia coli). Характерно при этом образование индола. Но кишечная палочка не является типичным гнилостным микроорганизмом и на углеводных средах в анаэробных условиях вызывает нетипичное молочнокислое брожение с образованием молочной кислоты и целого ряда побочных продуктов.

Анаэробные гнилостные микроорганизмы

Clostridium putrificum (рис. 40) - энергичный возбудитель анаэробного разложения белковых веществ, осуществляющий это расщепление с обильным выделением газов - аммиака и сероводорода. Cl. putrificum довольно часто встречается в почве, воде, в полости рта, в кишечнике животных и на разных гниющих продуктах. Иногда может быть обнаружен и в консервах. Cl. putrificum - подвижные палочки с перитрихиальным жгутованием, удлиненные и тонкие (7-9 х 0,4-0,7 мкм). Встречаются и более длинные клетки, соединенные в цепочки и одиночные. Температурный оптимум развития клостридия 37 °С. Развиваясь в глубине мясопептонного агара, он образует хлопьевидные рыхлые колонии. Споры шаровидные, расположены терминально. При спорообразовании в месте возникновения споры клетка сильно раздувается. Спороносящие клетки Cl. putrificum напоминают спороносящие клетки бациллы ботулизма.

Термоустойчивость спор Cl. putrificum довольно высокая. Если при производстве консервов споры не будут уничтожены, при хранении готовой продукции на складе они могут развиться и вызвать порчу (микробиологический бомбаж) консервов. Сахаролитическими свойствами Cl. putrificum не обладает.

Clostridium sporogenes (рис. 41) - по морфологическим признакам представляет собой довольно крупную палочку с закругленными концами, легко образующую цепочки. Микроб очень подвижен благодаря перитрихиально расположенным жгутикам. Название Clostridium sporogenes, данное И. И. Мечниковым (1908 г.), характеризует способность этого микроба быстро образовывать споры. Через 24 ч под микроскопом можно видеть много палочек и свободно лежащих спор. Через 72 ч процесс спорообразования заканчивается и вегетативных форм совсем не остается. Споры микроб образует овальные, расположенные центрально или ближе к одному из концов палочки (субтерминально). Капсул не образует. Оптимум развития 37 °С.

Cl. sporogenes - анаэроб. Токсическими и патогенными свойствами не обладает. В анаэробных условиях на агаровых средах образует поверхностные мелкие, неправильной формы, вначале прозрачные, а затем превращающиеся в непрозрачные желтовато-белые колонии с бахромчатыми краями. В глубине агара колонии образуются «мохнатые», круглые, с плотным центром. Аналогично в анаэробных условиях микроб вызывает быстрое помутнение мясопептонного бульона, газообразование и появление неприятного гнилостного запаха. В ферментативном комплексе Clostridium sporogenes содержатся очень активные протеолитические ферменты, способные расщеплять белок, до последней его стадии. Под действием Clostridium sporogenes молоко пептонизируется уже через 2-3 дня и рыхло свертывается, желатина разжижается. На средах с печенью иногда образуется черный пигмент с выделяющимися белыми кристаллами тирозина. Микроб вызывает почернение и переваривание мозговой среды и резкий гнилостный запах. Кусочки ткани быстро перевариваются, разрыхляются и расплавляются почти до конца в течение нескольких дней.

Clostridium sporogenes обладает также и сахаролитическими свойствами. Распространенность этого микроба в природе, резко выраженные протеолитические свойства, высокая термоустойчивость спор характеризуют его как одного из главных возбудителей гнилостных процессов в пищевых продуктах.

Cl. sporogenes является возбудителем порчи мясных и мясо-овощных консервов. Чаще всего подвергаются порче консервы «Мясо тушеное» и первые обеденные блюда с мясом и без мяса (борщ, рассольник, щи и др.). Наличие небольшого количества спор, оставшихся в продукте после стерилизации, может вызвать порчу консервов при хранении в условиях комнатной температуры. Наблюдается сначала покраснение мяса, затем почернение, появляется резкий гнилостный запах, при этом часто наблюдается бомбаж банок.

В гнилостном разложении белков принимают участие и различные плесневые грибы и актиномицеты - Penicillium, Mucor mucedo, Botrytis, Aspergillus, Trichoderma и др.

Значение процесса гниения

Общебиологическое значение процесса гниения огромно. Гнилостные микроорганизмы являются «санитарами земли». Вызывая минерализацию громадного количества белковых веществ, попадающих в почву, осуществляя разложение трупов животных и растительных отбросов, они производят биологическую очистку земли. Глубокое расщепление белков вызывают споровые аэробы, менее глубокое - споровые анаэробы. В природных условиях этот процесс совершается поэтапно в содружестве многих видов микроорганизмов.

Но в пищевом производстве гниение является вредным процессом и наносит большой материальный ущерб. Порча мяса, рыбы, овощей, яиц, фруктов и других продуктов питания наступает быстро и протекает очень энергично, если хранить их незащищенными, в условиях, благоприятных для развития микробов.

Лишь в отдельных случаях в пищевом производстве гниение может быть использовано как полезный процесс - при созревании соленой сельди и сыров. Используется гниение в кожевенном производстве для швицевания шкур (удаление шерсти со шкур животных при выработке кож). Зная причины процессов гниения, люди научились защищать пищевые продукты белкового происхождения от их распада путем применения самых разнообразных методов консервирования.

Гнилостные процессы. Понятие об аэробном и анаэробном гниении. Возбудители. Роль гнилостных процессов в природе, в пищевой промышленности

Гниение - процесс глубокого разложения белковых веществ. Одним из конечных продуктов разложения белковых веществ является аммиак, поэтому процесс гниения называют аммонификацией.

Белки - высокомолекулярные соединения, поэтому вначале они подвергаются внеклеточному расщеплению протеолитическими ферментами микроорганизмов, которые являются экзоферментами.

Расщепление белков происходит ступенчато:

белки > пептоны > полипептиды > аминокислоты

Образовавшиеся аминокислоты диффундируют внутрь клеток и могут быть использованы как в конструктивном, так и в энергетическом обмене.

Расщепление аминокислот начинается путем их дезаминирования и декарбоксилирования. При дезаминировании аминокислот происходит отщепление аминогруппы с образованием аммиака, органических кислот (масляной, уксусной, пропионовой, окси- и кетокислот) и высокомолекулярных спиртов.

В дальнейшем образование конечных продуктов зависит от условий протекания процесса и от вида микроорганизма - возбудителя гниения.

Аэробное гниение. Протекает в присутствии кислорода воздуха. Конечными продуктами аэробного гниения являются, кроме аммиака, диоксид углерода, сероводород и меркаптаны (обладающие запахом тухлых яиц). Сероводород и меркаптаны образуются при разложении серосодержащих аминокислот (цистина, цистеина, метионина).

Анаэробное гниение. Протекает в анаэробных условиях. Конечными продуктами анаэробного гниения являются продукты декарбоксилирования аминокислот (отнятие карбоксильной группы) с образованием дурно пахнущих веществ: индола, акатола, фенола, крезола, диаминов (их производные являются трупными ядами и могут вызывать отравления).

Возбудители гнилостных процессов

Возбудителями аэробного гниения являются спорообразующие бактерии рода Bacillus: Bacillus mycoides (грушевидная бацилла); Bacillus megaterium (капустная бацилла); Bacillus mesentericus (картофельная палочка); Bacillus subtilis (сенная палочка), а также неспорообразующие палочки: Serrate marcencens (чудесная палочка); Proteus vulgaris (палочка протея); Escherichia coli (кишечная палочка) и другие микроорганизмы.

Возбудителями анаэробного гниения являются анаэробные споровые палочки рода Clostridium (протеолитические клостридии): Clostridium sporogenes, Clostridium subterminalis, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum.

Практическое значение гнилостных процессов

Гнилостные микроорганизмы нередко наносят большой ущерб народному хозяйству, вызывая порчу богатых белками продуктов питания: мяса и мясопродуктов, яиц, молока, рыбы и рыбопродуктов и др.

В природе (в воде, почве) гнилостные бактерии активно разлагают отмершие животные и растительные ткани, минерализуют белковые вещества и тем самым играют важную роль в круговороте углерода и азота.

32. 32. Гниение - это процесс глубокого разложения белковых веществ микроорганизмами. Продукты разложения белков микроорганизмы используют для синтеза веществ клетки и в качестве энергетического материала.

Химизм. Гниение - сложный, многоступенчатый биохимический процесс, характер и конечный результат которого зависят от состава белков, условий процесса и видов вызывающих его микроорганизмов.

Белковые вещества не могут поступать непосредственно в клетки микроорганизмов, поэтому использовать белки могут только микробы, которые обладают ферментами - экзопротеазами.

Процесс распада простых белков начинается с их гидролиза. Первичными продуктами гидролиза являются пептиды. Они поступают в клетку и гидролизуются внутриклеточными протеазами до аминокислот.

Нуклеопротеиды под действием гнилостных микробов расщепляются на белковый комплекс и нуклеиновые кислоты. Затем белки разлагаются до аминокислот, а нуклеиновые кислоты распадаются на фосфорную кислоту, углеводы и смесь азотсодержащих оснований.

Аминокислоты используются микроорганизмами на синтез клетки или подвергаются ими дальнейшим изменениям, например дезаминированию. Дезаминирование различают: гидролитическое, окислительное и восстановительное.

Гидролитическое дезаминирование сопровождается образованием оксикислот и аммиака. Если при этом происходит декарбоксилирование аминокислоты, то образуется спирт, аммиак и углекислый газ.

При окислительном дезаминировании образуются кетокислоты и аммиак.

При восстановительном дезаминировании образуются карбоновые кислоты и аммиак. гниение химизм антисептик копчение

Среди продуктов разложения аминокислот в зависимости от строения их paдикала обнаруживаются различные органические кислоты и спирты. При разложении аминокислот жирного ряда могут накапливаться муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная и другие кислоты; пропиловый, бутиловый, амиловый и другие спирты. При разложении аминокислот ароматического промежуточными продуктами являются характерные продукты гниения: фенол, крезол, скатол, индол - вещества, обладающие очень неприятным запахом. При распаде аминокислот, содержащих серу, получается сероводород или его производные - меркаптаны. Меркаптаны обладают запахом тухлых яиц, который ощущается даже при ничтожно малых концентрациях.

Образующиеся при гидролизе белка диаминокислоты могут подвергаться декарбоксилированию без отщепления аммиака, в результате чего получаются диамины и С02.

Кадаверин, путресцин и другие амины, образующиеся при гниении, часто объединяют под общим названием птомаины (трупные яды). Некоторые производные птомаинов обладают ядовитыми свойствами.

Под воздействием аэробных микроорганизмов, азотистые и безазотистые органические соединения подвергаются окислению, так что могут быть полностью минерализированы. В этом случае конечными продуктами гниения являются аммиак, углекислый газ, вода, соли серной и фосфорной кислот. В анаэробных условиях не происходит полного окисления промежуточных продуктов распада аминокислот. В связи с этим кроме NH3 и С02 накапливаются разные, указанные выше органические соединения, в числе которых могут быть вещества, обладающие ядовитыми свойствами, и вещества, сообщающие гниющему материалу отвратительный запах.

Характеристика возбудителей. Наиболее активными возбудителями гнилостных процессов являются бактерии. Среди них есть спорообразующие и бесспоровые, аэробные и анаэробные. Мезофилы, холодоустойчивые и термостойкие, большинство чувствительных к кислотности среды и повышенному содержанию в ней поваренной соли. Наиболее распространенными гнилостными бактериями являются следующие.

Картофельная и сенная палочки - аэробные, подвижные, грамположительные, спорообразующие бактерии. Их споры термоустойчивы. Температурный оптимум в пределах 30-450С, максимум роста - при t0 55-600 С, при t0 ниже 50 не размножаются.

Бактерии рода Pseudomonas - аэробные, подвижные палочки с полярным жгутом, бесспоровые, грамотрицательные. Некоторые виды синтезируют пигменты, их называют флуоресцирующими псевдомонасы. Есть холодоустойчивые мин.t0 роста от -20 до -50 С. Они способны окислять углеводы с образованием кислот, выделять слизь. Развитие и биохимическая активность тормозит при рН ниже 5,5 и 5-6 % - ной концентрации NaCI в среде. Псевдомонасы широко распространены в природе, являются антагонистами ряда бактерий и мицелиальных грибов.

Proteus vulgaris - мелкие, грамотрицательные, бесспоровые палочки с резко выраженными гнилостными свойствами, факультативные анаэробы. Сбраживает углеводы с образованием газа и кислоты. В зависимости от условий жизни эти бактерии способны заметно менять форму и размеры. Хорошо развивается при t0 250 С и 370 С, прекращает размножаться при t0 около 5-100 С, но может сохранятся и в замороженных продуктах.

Особенностью его является энергичная подвижность. Это свойство лежит в основе метода выявления протея в пищевых продуктах и отделения его от сопутствующих бактерий. Некоторые виды выделяют токсические для человека вещества.

Clostridium putrificum - анаэробная подвижная, спорообразующая палочка. Относительно крупные споры ее располагаются ближе к концу клетки, которая при этом приобретает форму барабанной палочки. Споры довольно термоустойчивы. Углеводы не сбраживает, белки разлагает с образованием большого количества газа. Оптимальная t0 развития 37-430 С, минимальная - 50 С.

Clostridium sporogenes -анаэробная, подвижная, спороносная палочка. Споры термоустойчивы, в клетке они расположены центрально. У нее очень быстрое образование спор. Сбраживает углеводы с образованием кислот и газа, обладает липолитической способностью. При разложении белков обильно выделяется сероводород. Оптимальная t0 развития 35-400 С, минимальная - около 50 С.

Оба вида клостридий - возбудители порчи баночных консервов (рыбных, мясных и др.).

Гнилостные микроорганизмы наносят большой ущерб народному хозяйству, вызывая порчу ценнейших, богатых белками продуктов питания, например рыбы и рыбопродуктов, мяса и мясопродуктов, яиц, молока и др. Но эти же микроорганизмы играют большую положительную роль в круговороте азота в природе, минерализуя белковые вещества, попадающие в порчу, воду.

2. Влияние химических веществ на жизнеспособность микроорганизмов. Антисептические вещества. Требования к антисептикам используемым для консервирования пищевых продуктов. Копчение продуктов как способ их консервирования

Химические вещества.

Химический состав среды является одним из главных факторов развития микроорганизмов, он должен удовлетворять потребность их в питательных и энергетических веществах. Он определяет реакцию среды (рН) и ее окислительно-восстановительные условия. Среди химических веществ могут быть такие, которые задерживают развитие микроорганизмов и вызывают их гибель. Их называют антисептиками. Характер действия их разнообразен. Одни подавляют жизнедеятельность или задерживают размножение чувствительных к ним микробов, такое действие называют - бактериостатическим (в отношении бактерий) или фунгистатическим(в отношении мицелиальных грибов). Другие вещества вызывают гибель микроорганизмов, оказывая на них бактерицидное или фунгицидное действие. В малых дозах многие химические яды оказывают благоприятное действие, стимулируя размножение или биохимическую активность микробов. Момимо концентрации, эффективность действия химических вещепств на микроорганизмы зависит от природы вещества, биологических особенностей микроорганизма, продолжительности воздействия на него, температуры, состава и рН среды.

Чувствительность различных микроорганизмов к одному и тому же антисептику не одинакова. Споры устойчивее вегетативных клеток.

Из неорганических соединений наиболее сильнодействующими являются соли тяжелых металлов. Ионы некоторых тяжелых металлов, золота, меди, серебра, присутствуютв растворах в ничтожно малых концентрациях, не поддающихся непосредственному определению, оказывают не менее губительное действие на организмы. Это специфическое действие называется - олигодинамическим. Олигодинамические свойства серебра можно использовать для дезинфекции питьевой воды.

Бактерицидное действие проявляют многие окислители (хлор, йод, перекись водорода, марганцовокислый калий); минеральные кислоты (сернистая, борная, фтористо-водородная).

Воздействуют на микроорганизмы сероводород, окись углерода, сернистый газ.

Многие органические соединения ядовиты для микробов. В различной степени губительно воздействие фенолов, альдегидов, особенно формальдегида, спиртов, органических кислот (салициловая, уксусная, бензойная, сорбиновая). Бактерицидным действием обладают эфирные масла, смолы, дубильные вещества, многие красители (генцианвиолет, бриллиантовая зелень, фуксин).

Среди микроорганизмов имеются формы, устойчивые к действию клеточных и метаболических ядов, а некоторые обладают способностью даже использовать их. Например фенол, H2S, окись углерода.

Механизм действия антисептиков различен. Многие из них повреждают клеточные стенки, нарушают проницаемость цитоплазматической мембраны. Проникая в клетку, они вступают во взаимодействие с теми или иными компонентами ее, в результате чего значительно нарушаются обменные процессы. Соли тяжелых металлов, формалин, фенолы воздействуют на белки цитоплазмы, являются ядами для ферментов. Спирты, эфиры растворяют липиды клеточных мембран.

Многие антисептические вещества используют в медицине, сельском хозяйстве, промышленности и в быту как дезинфицирующие средства для борьбы с болезнетворными микробами. Широко применяют хлор и его соединения для дезинфекции питьевой воды, тары, оборудования, инвентаря.

Антисептические вещества используют для защиты от микробных поражений текстильных материалов, древесины, бумаги и изделий из нее и других материалов и объектов.

Применение антисептиков для консервирования продуктов ограничено и строго нормируется санитарным законодательством.

При выборе тех или иных химических веществ для обработки сырья, готовой продукции исходят из цели обработки назначения продукции.

Химические вещества применяются для обработки пищевых продуктов в малых дозах, поэтому они должны обладать высоким биоцидным или биостатическим действием на микроорганизмы, но одновременно должны быть безвредными для человека, не оказывать отрицательного влияния на продукты легко удаляться из них перед употреблением. Они не должны вступать в реакции с веществами продукта, тарой, материалами технологической аппаратуры. Кроме того, они должны быть экономически выгодными и доступными для использования.

В последние годы большой интерес вызывают новый класс антисептиков -полимерные дезинфицирующие средства, они более эффективны и менее опасны для человека.

Среди широкого спектра полимерных биоцидов выделяется группа соединений, содержащих в своем составе полигуанидины. Гуанидины - новые антисептики значительно эффективней четвертичных аммониевых соединений, ПАВ, производных фенола и хлорактивных дезинфицирующих препаратов. Например, «БИОР-1», «ПОЛИСЕПТ-ОП» и др.

Новым направлением в практике сокращения потерь пищевого сырья и продуктов, защиты от микроорганизмов является применение экологически безопасных полимерных пленок на основе латексов. Латексы - высокомолекулярные соединения селективной проницаемости по отношению к летучим соединениям, содержащие минимальные количество гигиенически нормируемых компонентов.

В стране разрешено использовать немногие химические консерванты в малых дозах и только для некоторых пищевых продуктов.

На принципе антисептики основано копчение мясных и рыбных продуктов. При копчении продукты пропитываются летучими антисептическими веществами дыма или аналогичными антисептиками коптильной жидкости, которую применяют вместо дыма. Наибольшим бактерицидным и фунгицидным действием обладает формальдегид, фенолы и органические кислоты.

При копчении на микрофлору продукта оказывает влияние и другие факторы. Так, при холодном копчении некоторое обезвоживание продукта (при сушке) и повышенное содержание соли, а при горячем копчении высокая температура.

В качестве заменителей дыма при копчении разработаны фенольные соединения бактерицидного действия. Фенольные компоненты содержат значительное число полярных группировок (гидроксильных, альдегидных, кетонных, кислотных, аминных). Они способны взаимодействовать с поверхностью колбасных изделий, в частности с белком, являющимся поверхностно-активным веществом, приобретающим в водных растворах свойства полиэлектролита. Фенольные компоненты, адсорбируясь на поверхности колбасных изделиях, сокращают диффузию воды и питательных веществ в клетки микроорганизмов и вывод продуктов обмена, что приводит их к гибели.

33 Влажность среды оказывает большое влияние на развитие микроорганизмов. В клетках большинства микроорганизмов содержится воды до 75-85%; с водой поступают питательные вещества в клетку и удаляются их нее продукты жизнедеятельности. Поэтому микроорганизмы могут развиваться только в субстратах, имеющих свободную воду (в капельно-жидком виде). Вода в связанной форме для них недоступна.

Рост, размножение микробов возможны только при наличии в субстрате определенного количества свободной воды. С понижением влажности субстрата в пределах, допускающих развитие микробов, интенсивность размножения их падает, а при удалении влаги из субстрата ниже определенного уровня - совсем прекращается

Потребность во влаге у различных микроорганизмов колеблется в широких пределах. Различают микроорганизмы: гидрофиты - влаголюбивые, мезофиты - средневлаголюбивые и ксерофиты - сухолюбивые. Бактерии в преобладающем большинстве - гидрофиты. Минимальная влажность среды, при которой еще возможно развитие бактерий, равна 20-30%.

В высушенном состоянии микроорганизмы, хотя и не проявляют заметно своей жизнедеятельности, но сохраняют жизнеспособность в течение более или менее длительного времени. Бесспоровые бактерии отличаются различной устойчивостью к высушиванию. Уксуснокислые и нитрифицирующие бактерии после высушивания быстро погибают, брюшнотифозные и туберкулезные бактерии, многие стафилококки и микрококки более стойки к высушиванию и могут сохраняться в сухом виде неделями и месяцами; высушенные молочнокислые бактерии сохраняют жизнеспособность в течение нескольких месяцев и даже лет.

Особенно легко переносят высушивание вегетативные клетки микробов, замороженные и высушенные в вакууме. Этот метод - леофильная сушка - в настоящее время применяется для длительного хранения культур микроорганизмов. Такие культуры годами остаются жизнеспособными, не изменяя своих свойств (3, стр. 61) .

1.1 Понятие о водной активности субстрата

Физические свойства субстратов, также как и их химические характеристики, имеют важное значение для производства качественного субстрата. Такие физические параметры субстрата как структура, влагоемкость, влажность, аэрация определяют состав и направление развития микрофлоры, а также рост мицелия культивируемого гриба.

Массу субстрата упрощенно можно рассматривать как трехфазную систему, состоящую из твердой, жидкой и газовой фазы

Твердая фаза - это сухое вещество субстрата, состоящее из частиц различного размера. Твердая фаза обеспечивает мицелий гриба питательными веществами. Важная характеристика твердой фазы - это структура. Структура определяется размерами частиц (дисперсность) и их прочностью.

Пустоты между частицами заполнены воздухом - это газовая фаза. Состав газовой фазы субстрата может сильно отличаться от состава наружного воздуха. Для развития мицелия как аэробного организма обязательно наличие в субстратном воздухе определенного количества кислорода, т.е. определенный уровень аэрации (4, стр. 78).

В увлажненном субстрате часть свободного пространства между частицами и внутри частиц заполнена водой - это водная фаза. Наличие достаточного количества жидкости в субстрате необходимо для обеспечения водой мицелия и плодовых тел грибов, состоящих на 90% из воды. Кроме того, характер питания грибов (осмотический) связан с выделением в наружную среду ферментов и поглощением всей поверхностью мицелия продуктов гидролиза, а этот процесс идет активно только в водной среде.

Твердая, газовая и водная фазы субстрата тесно связаны, и при приготовлении субстрата необходимо учитывать состояние каждой фазы. Например, в переувлажненном субстрате газовая фаза становится слишком маленькой в объеме (вытесняется водой) и уже не обеспечивает необходимого уровня газообмена или аэрации. Вследствие этого в субстрате формируются анаэробные условия неблагоприятные для развития мицелия.

Влажность субстрата сказывается на урожайности. Если воды в субстрате мало, то грибы появляются только в первую волну или вторая волна очень незначительна. Если воды слишком много, то снижается выход грибов на первой и второй волне плодоношения (табл.). Избыток воды в субстрате, также как переуплотнение субстрата, может способствовать образованию анаэробных зон, что снижает продуктивность культуры.

1.2 Сушка как способ консервирования пищевых продуктов

Технология сушки, как метод консервирования пищевых продуктов относится к ранней истории человеческого существования. Принцип сушки заключается в уменьшении микробиологической активности за счет удаления свободной влаги из пищевых продуктов. Сушка приводит к уменьшению веса, а часто и объема, что очень удобно для транспортировки и существенно снижает затраты. Высушенные пищевые продукты имеют почти неограниченный срок хранения в надлежащих условиях. Эти неоспоримые достоинства выводят сушку на передний план по сравнению с другими методами консервирования (5, стр. 89).

Область применения сушильного оборудования в пищевой промышленности весьма обширна. Это и оборудование для сушки овощей, оборудование для сушки фруктов, для сушки мяса и рыбы, зелени, грибов, ягод, дрожжей, зерна, круп, макарон, отрубей и комбикормов; это и оборудование для сушки сырья фармацевтической промышленности и лекарственных трав; это также и оборудование для сушки и жарки орехов, семечек (очищенных и неочищенных), кукурузных зерен, попкорна и других продуктов; это и оборудование для сушки и производства первых и вторых блюд (каш, пюре, лапши и др.) быстрого приготовления; это и оборудование для сушки и производства закусок к пиву (кальмаров, креветок и др. морепродуктов, мяса, сыра, а также снеков, чипсов, и др.). Это, наконец, и оборудование для сушки и производства специй, панировочных смесей, начинок и многого другого.

В настоящее время существует несколько широко используемых в промышленных условиях методов сушки, однако ни один из них не может в полной мере обеспечить экономичные и высококачественные пищевые продукты. Каждый метод имеет свои собственные ограничения, как на потребление энергии, так и на качество готового продукта. Длительность технологического процесса, высокие капиталовложения на приобретение оборудования, чувствительность многих пищевых продуктов и медицинских препаратов к высоким температурам являются ограничивающими условиями, а сохранность цвета, текстуры, питательной ценности пищевых продуктов, являются критическими факторами при выборе метода обезвоживания.

Наиболее часто используемыми методами сушки являются: сублимационная сушка, сушка распылением, конвективная сушка, туннельная сушка и барабанная сушка, сушка на солнце. Сушка солнцем и сушка горячим воздухом вызывают существенные потери цвета, что значительно ухудшает потребительские свойства продукта, также наблюдаются значительные потери витамина С и ухудшается способность продукта к регидратации. Барабанная сушка, разработанная для жидких продуктов, приводит к серьезным качественным потерям, в основном из-за использования воздуха, C). Сушка распылением, часто используемая нагретого до температуры (120є - 170 для жидких продуктов, с основными ограничениями в высокой стоимости процесса и требованием относительно высокого влагосодержания подачи, для гарантии C) вызывают распыления. Распыление и высокие температуры (150є - 300 значительные потери аромата и летучих компонентов. Механическое воздействие, которому подвергается сырье вследствие распыления, делает эту технологию неприемлемой для чувствительных продуктов. К тому же очень велика вероятность окисления распыленного материала.

Так как одним из основных показателей, характеризующих качество высушенного продукта, является сохранность витаминного состава, в частности витамина С и каротина, которые наиболее чувствительны к окислению и температурному воздействию, мы приведем сводную таблицу зависимости сохранности витаминного состава при различных методах сушки.

1.3 Гидрофиты, мезофиты, ксерофиты

По приуроченности к местообитаниям с разными условиями увлажнения и выработке соответствующих приспособлений среди наземных растений различают три основных экологических типа: гигрофиты, мезофиты и ксерофиты (7, стр. 90).

Ксерофиты - это растения сухих местообитаний, способные переносить значительный недостаток влаги - почвенную и атмосферную засуху. Они распространены, обильны и разнообразны в областях с жарким и сухим климатом. К этой группе принадлежат виды пустынь, сухих степей, саванн, колючих редколесий, сухих субтропиков. В более гумидных районах ксерофиты участвуют в растительном покрове лишь в наиболее прогреваемых и наименее увлажненных местообитаниях (например, на склонах южной экспозиции).

Неблагоприятный водный режим растений в сухих местообитаниях обусловлен, во-первых, ограниченным поступлением воды при ее недостатке в почве и, во-вторых, увеличением расхода влаги на транспирацию при большой сухости воздуха и высоких температурах. Следовательно, для преодоления недостатка влаги возможны разные пути: увеличение ее поглощения и сокращение расхода, кроме того, способность переносить большие потери воды. Все это используется ксерофитами при адаптации к сухости, но у разных растений в неодинаковой степени, в связи с чем некоторые авторы различают два основных способа преодоления ксерофитами засухи: возможность противостоять иссушению тканей, или активное регулирование водного баланса, и способность выносить сильное иссушение.

В зависимости от структурных черт и способов регулирования водного режима различают несколько разновидностей ксерофитов (по Генкелю П.А.): эуксерофиты, гемиксерофиты, пойкилоксерофиты.

К группе ксерофитов относят и суккуленты - растения с сочными листьями или стеблями. Различают листовые суккуленты (агавы, алоэ) и стеблевые, у которых листья редуцированы, а наземные части представлены мясистыми стеблями (кактусы, некоторые молочаи).

Ксерофиты с наиболее ярко выраженными ксероморфными чертами строения листьев имеют своеобразный внешний облик, за что получили название склерофитов. Облик типичного склерофита легко представить на примере чертополоха - Carduus crispus и пустынных полыней, ковылей, саксаулов.

Мезофиты - эта группа включает растения, произрастающие в средних условиях увлажнения. Сюда относятся растения лугов, травяного покрова лесов, лиственные древесные и кустарниковые породы из областей умеренно влажного климата, а также большинство культурных растений.

Мезофиты - группа весьма разнообразная не только по видовому составу, но и по различным экологическим оттенкам, обусловленным разным сочетанием факторов в природных местообитаниях. Они связаны переходами с другими экологическими типами растений по отношению к воде, так что четкую границу между ними провести очень трудно. Так, среди луговых мезофитов выделяются виды с повышенным влаголюбием, предпочитающие постоянно сырые или временно заливаемые участки (лисохвост луговой - Alopecurus pratensis, бекмания обыкновенная - Beckmannia eruciformis).

Их объединяют в переходную группу гигромезофитов наряду с некоторыми влаголюбивыми лесными травами, предпочитающими наиболее сырые леса, лесные овраги (недотрога - Impatiens nolitangere). С другой стороны в местообитаниях с периодическим или постоянным (небольшим) недостатком влаги много мезофитов с теми или иными ксероморфными признаками с повышенной физиологической устойчивостью к засухе. Эта группа переходная между мезофитами ксерофитами, - ксеромезофиты. Примером могут служить многие виды северных степей, сухих сосновых боров, песчаных местообитаний: клевер-белоголовка - Trifolium montanum, подмаренник желтый - Galium verum и другие.

Особое место среди мезофитов занимают степные и пустынные весенние эфемеры и эфемероиды. К этой группе принадлежат растения, ранней весной, покрывающие степи и пустыни разноцветным цветущим ковром (многолетники - тюльпаны, гусиные луки; однолетники - маки, вероники). Это виды с чрезвычайно краткой вегетацией и длительным периодом покоя, который однолетние эфемеры переживают в виде семян, а многолетние эфемероиды - в виде покоящихся луковиц, клубней, корневищ. Кроме весенних существуют и осенние эфемероиды, произрастающие в районах с климатическим ритмом средиземноморского типа. Сюда относятся виды родов Crocus, Scilla и другие.

По многим особенностям структуры и физиологии близки к ксерофитам растения, которые по тем или иным причинам испытывают недостаток влаги, сопряженный с действием низких температур. Иногда такие виды в качестве особого подразделения включают в группу ксерофитов, иногда выделяют в самостоятельные экологические типы - психрофиты и криофиты.

Психрофиты - растения влажных и холодных почв в холодных местообитаниях высокогорий и северных широт. Несмотря на достаточное увлажнение почвы, они часто испытывают недостаток влаги (или из-за физиологической сухости, вызванной низкими температурами, или в связи с преобладанием в почве недоступной влаги, как, например, на торфянистых почвах). Среди психрофитов есть травянистые растения (например, злаки северных лугов: белоус - Nardus strikta; высокогорные кавказские злаки: овсяница пестрая -Festuka varia), высокогорные, болотные и тундровые кустарники и кустарнички, как вечнозеленые (вереск - Calluna vulgaris), так и с опадающей листвой (карликовые ивы - Salix polaris, S. herbacea).К психрофитам относятся и хвойные древесные породы умеренных и северных широт.

Криофиты в экологическом отношении очень близки к психрофитам и связаны с ними переходными формами. Это растения сухих и холодных местообитаний - сухих участков тундр, скал, осыпей. Обычно они рассматриваются и характеризуются вместе с психрофитами, поскольку у них много сходных морфологических и физиологических черт. Но среди криофитов есть и весьма своеобразные формы - это растения-подушки высокогорных холодных пустынь.

Гидрофиты - это водные растения. По образу жизни и строению среди них можно выделить погруженные растения и растения с плавающими листьями. Погруженные растения подразделяют на укореняющиеся в донном грунте и взвешенные в толще воды. Из высших растений к первым принадлежат телорез - Stratiotes aloides, шильник водяной - Subularia aquatika. В эту же группу входят водоросли, прикрепленные к грунту. Из растений, взвешенных в толще воды, можно назвать роголистник погруженный--Ceratophyllum demersum, пузырчатку обыкновенную - Utrikularia vulgaris, а также многочисленные виды планктонных водорослей.

Растения с плавающими листьями используют частично водную, частично воздушную среду. Из них укореняются в грунте кувшинки из рода Nymphaea, кубышки из рода Nuphar, рдесты, орех водяной - Trapa natans.

Многие виды наряду с плавающими на поверхности воды листьями имеют и подводные. Плавают на поверхности воды, не укореняясь, ряски, водокрас.

К настоящим водным растениям очень близко примыкает и обычно вместе с ними рассматривается группа гелофитов или амфибий - земноводных растений. Это виды береговых и прибрежных местообитаний с избыточным или переменным увлажнением. Они могут расти как в воздушной среде, так и частично погруженными в воду, могут выносить и полное временное заливание. Как в природе нет резкой границы между водными и наземными местообитаниями для растений, так и группа гелофитов связана незаметными переходами, с одной стороны, с настоящими гидрофитами, с другой - с наземными гигрофитами и гигромезофитами. Примеры гелофитов - растений прибрежной полосы пресноводных водоемов и рек: стрелолист - Sagittaria sagittifolia, ежеголовка - Sparganium ramosum.

34 . Влияние концентрации среды.

Среда с повышенной концентрацией веществ оказывает губительное воздействие на микробы. При повышении концентрации соли до 10-20 % и сахара до 60-70 % многие микробы погибают. Действие высокой концентрации соли используют при посоле рыбы, мяса. Действие высокой концентрации сахара используют при приготовлении варенья, джема, повидла.

На жизнедеятельность микроорганизмов различное воздействие оказывает реакция среды. Большинство микробов развивается в нейтральной среде (рН = 7) или слабощелочной (рН = 8), а плесени и дрожжи - в слабокислой среде (рН = 3-6). Изменяя реакцию среды, можно влиять на развитие микроорганизмов. На этом основаны способы консервирования, маринования продуктов, в процессе которых подавляется развитие гнилостных бактерий.

Жизнедеятельность микроорганизмов протекает в средах, представляющих собой более или менее концентрированные растворы веществ. Одни из микроорганизмов обитают в пресной воде, где концентрация растворенных веществ незначительна и, следовательно, невелико осмотическое давление (обычно десятые доли атмосферы). Другие же микробы, наоборот, живут в условиях высоких концентраций веществ и значительного осмотического давления, достигающего иногда десятков и сотен атмосфер.

Большинство микроорганизмов может существовать в средах со сравнительно небольшой концентрацией растворенных веществ и обладает значительной чувствительностью к ее колебаниям.

Повышение концентрации веществ в среде и связанного с ней осмотического давления приводит к плазмолизу клетки, на­рушению обмена веществ между нею и средой и затем к гибели клетки. Однако некоторые микроорганизмы способны сохранять жизнеспособность в условиях повышенной концентрации продолжительное время.

Плесневые грибы переносят повышенные концентрации веществ (как и другие неблагоприятные факторы) легче, чем бактерии.

На губительном действии высоких концентраций веществ на микроорганизмы основано консервирование пищевых продуктов поваренной солью и сахаром.

Малоустойчивы к действию поваренной соли многие возбудители пищевых отравлений, например, паратифозные бактерии и бацилла ботулизма; их развитие приостанавливается при концентрации соли около 9%.

Поваренную соль используют для консервирования рыбы, мяса, овощей и других продуктов.

Микроорганизмы погибают также в растворах, содержащих 60-70% сахара. С помощью сахара консервируют ягоды, фрукты, молоко и др.

Некоторые микроорганизмы, живущие обычно в условиях невысокого осмотического давления, сравнительно хорошо раз­виваются и на засоленных или засахаренных продуктах. Встречаются и такие микробы, которые способны развиваться нор­мально только в условиях высокой концентрации поваренной соли (например, в тузлуке). Такие микробы называются галофилами. Нередко галофилы вызывают порчу соленых продовольственных товаров. Консервирующее действие сахара значительно слабее, чем поваренной соли, поэтому в практике консервирования сахаром продукты подвергают еще нагреванию в герметически закупоренной таре.

Похожая информация.

Гниение это процесс разложения белков, вызываемый микроорганизмами. Гниение заключает ряд процессов, значительно отличающихся один от другого. Различны пути, по которым может идти разложение сложных белковых молекул, различна глу­бина этого разложения.

Расщепление бел­ковой молекулы служит для одних микро­организмов способом перевода её в усвояе­мое состояние, другие микроорганизмы используют белок для пласти­ческих целей и в как энергетиче­ский материал. Эти микроорганизмы вызывают более глубокий распад белков, образуют более разнообразные про­дукты гниения. Наиболее важные гнилостные бакте­рии: Bact. proteus vulgare - факультатив­ный анаэроб, разлагающий белки до аммиака и сероводорода; Вас. subtilis, Вас. mycoides и Вас. mesentericus. Два первые вида в процессе гниения при разложении белка образуют аммиак при отсутст­вии сероводорода; В. mesentericus образует много сероводорода.

Биохимия процесса гниения

В начальных стадиях гнилостное разложение белковой моле­кулы, по-видимому, аналогично происходящему при кислотном или щелочном гидролизе, т. е. белковая молекула, при­соединяя воду, распадается с образованием альбумоз и пептонов, близких к полипеп­тидам, соединениям, состоящим более чем из двух аминокислот. Эти вещества быстро разлагаются дальше также путём гидро­лиза до аминокислот, быстро под­вергающихся дальнейшим превращениям - дезаминированию (отщеплению NH2) и декарбоксилированию (отщеплению СООН), а частью и более глубокому расщеплению. Аммиак и углекислота, образующиеся при этом, являются характерными продуктами гнилостного распада белков. Гнилостный запах в большей мере определяется дру­гими, характерными для процесса гниения продуктами распада аминокислот (индолом, скатолом, меркаптанами); обра­зуются также ядовитые веще­ства: гистамин, тирамин. Однако пищевые отравления, наблюдающиеся при употре­блении порченных продуктов, обусло­влены не этими веществами, а токсинами, образуемыми некоторыми видами бактерий. Индол, скатол образуются за счёт разло­жения триптофана. Меркаптаны, как и сероводород, образуются при расщеплении содержащих серу аминокис­лот, цистина и метионина. В создании запаха гниющих белков, наряду с аммиаком, сероводородом, меркаптанами, индолом, скатолом, фенолом, принимают, несомненно, участие и др. вещества, яв­ляющиеся промежуточными продуктами гниения.

Гнилостные микроорганизмы распростра­нены везде, и поэтому, когда белко­вое вещество хранится незащищённым от микроорганизмов и в условиях, позволяю­щих им размножаться, гниение наступает в са­мый короткий срок и развивается очень энергично.

Использование и значение процесса гниения

Для технических целей гнилостные про­цессы используются в некоторых производ­ствах — в сыроварении, кожевенном деле, при засоле сельди. Процесс гниения играет роль в природе, т. к. при его по­средстве азот белковых веществ, содержа­щийся в животных, растительных остат­ках, переходит в аммиак, т. е. в форму, легко усвояемую высшими растениями.

Статью подготовил и отредактировал: врач-хирург

Видео:

Полезно:

Статьи по теме:

1. Белки (протеины) — это высокомолекулярные, содержащие азот органические вещества, составляющие в виде плазмы клеток наиболее...
2. Современный спорт высших достижений постепенно превратился из рода деятельности в товар: изменения правил соревнований для...
3. Дефицит белка и отдельных аминокислот устраняют путей обогащения продуктов недостающими аминокислотами или белковыми гидролизатами. Применяют...