Микрофлора продуктов питания

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Механизмы питания. Масляно-кислое брожение. Возбудители, химизм, использование в промышленности

2. Влияние физических факторов на микробы. Использование этих факторов для сохранения продуктов

3. Микрофлора молока и ее изменение при хранении молока. Дефекты молока, вызываемые микробами и борьба с ними. Микробиологический анализ пастеризованного молока

1. Механизмы питания. Масляно-кислое брожение. Возбудители, химизм, использование в промышленности

Масляно-кислое брожение -- это сложный биохимический процесс превращения сахара масляно-кислыми бактериями в анаэробных условиях с образованием масляной кислоты, диоксида углерода и водорода.

С6H12О6 > СНзСН2СН2СООН + 2 С02 + 2Н2 +Е (глюкоза масляная кислота)

Субстратами данного типа брожения являются в основном углеводы. Полисахариды расщепляются до моносахаридов, которые изомеризуются в глюкозу и подвергаются гликолитическому расщеплению до пирувата. Окислительное декарбоксилирование пирувата приводит к образованию ацетил-СоА с последующим образованием масляной кислоты.

Масляная кислота является летучей жидкостью с очень неприятным запахом. Возбудители маслянокислого брожения широко распространены в природе и относятся к роду Clostridium (в дальнейшем Cl.), семейству Bacillaceace. Клетки грамположительные, палочковидные, форма клетки может изменяться в зависимости от условий среды. В молодом возрасте подвижны, имеют перитрихиальное жгутикование. Образует споры, диаметр которых бывает больше толщины клетки. Маслянокислые бактерии являются облигатными анаэробами, однако существуют все переходные формы: от строгих анаэробов (Cl. pasterianum, Cl. kluyveri) до почти аэротолерантных (Cl. histolyticum, Cl. acetobutylicum). Оптимальная температура роста 30…40 °C, но есть термофильные виды с оптимальной температурой 60…75 °C (Cl. thermoaceticum, Cl. thermohydrosulfucicum).

Клостридии растут при нейтральной или щелочной реакции среды, поэтому нежелательный рост маслянокислых бактерий, например, в квашеной капусте, силосе, фруктовых консервах, сырых колбасах, можно полностью подавить, если продукт подкислить. Клетки клостридий образуют специфическое запасное вещество -- гранулезу (крахмалоподобный полисахарид, окрашиваемый йодом в синеватый или коричневато-фиолетовый цвет) в виде гранул.

Прототипом брожения, осуществляемого клостридиями, можно считать сбраживание глюкозы Cl. butyricum и Cl. acetobutylicum c образованием масляной и уксусной кислот, бутанола, этанола, ацетона, СО2 и Н2. Выход продуктов варьируется в зависимости от условий брожения.

Для получения масляной кислоты в промышленном масштабе используют крахмалосодержащее сырье: картофель, зерновые и др. Крахмал гидролизуется 0,4…0,5 %-ной серной кислотой. После нейтрализации среды известью и добавления азотсодержащих веществ в питательную среду вносят маслянокислые бактерии.

Масляная кислота представляет собой бесцветную жидкость с неприятным запахом, слабые растворы этой кислоты обладают специфическим сырным запахом. Эфиры масляной кислоты обладают приятными ароматами: метиловый имеет яблочный аромат, этиловый -- грушевый, амиловый -- ананасовый. Эфиры масляной кислоты как ароматические вещества используют в кондитерской и парфюмерной промышленности, при изготовлении фруктовых напитков.

В зависимости от химического состава пищевых продуктов бактерии рода клостридиум в процессе масляно-кислого брожения способны приводить к их порче.

Таблица 1. Спектр субстратов и продуктов маслянокислого брожения некоторых бактерий рода Clostridium

Через клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану внутрь клетки прокариотов проникают только небольшие молекулы, поэтому белки, полисахариды и другие биополимеры вначале расщепляются экзоферементами до более простых соединений, которые транспортируются внутрь клетки.

Проникновение питательных веществ в клетку происходит с помощью различных механизмов.

Пассивная диффузия - вещества поступают в клетку за счет диффузии по градиенту концентрации, то есть вследствие того, что концентрация вне клетки выше, чем внутри.

Облегченная диффузия - также совершается по градиенту концентрации, но с участием ферментов-переносчиков, так называемых пермеаз. Этот фермент присоединяет к себе молекулы вещества на внешней стороне цитоплазматической мембраны и отдает его на внутренней стороне в неизмененном виде. Затем свободный переносчик перемещается снова к наружной стороне мембраны, где связывает новые молекулы вещества. При этом каждая пермеаза переносит какое-то определенное вещество.

Эти два механизма переноса не требуют энергетических затрат.

Активный перенос происходит также с участием пермеаз, причем осуществляется против градиента концентрации. Микробная клетка может накопить вещество в концентрации, в тысячи раз превышающих ее во внешней среде. Такой процесс требует затрат энергии, то есть расходуется АТФ.

Транслокация радикалов - это четвертый механизм передачи веществ. Это активный перенос химически измененных молекул, с участием пермеаз. Например, такое простое вещество, как глюкоза, переносится в фосфорилированном виде.

Выход веществ из бактериальной клетки происходит путем пассивной диффузии или путем облегченной диффузии с участием пермеаз.

2. Влияние физических факторов на микробы. Использование этих факторов для сохранения продуктов

Температура. По отношению к температурным условиям микроорганизмы разделяют на термофильные, психрофильные и мезофильные.

Термофильные виды. Зона оптимального роста равна 50-60°С, верхняя зона задержки роста - 75°С. Термофилы обитают в горячих источниках, участвуют в процессах самонагревания навоза, зерна, сена.

Психрофильные виды (холодолюбивые) растут в диапазоне температур 0-10°С, максимальная зона задержки роста 20-30°С. К ним относит большинство сапрофитов, обитающих в почве, пресной и морской воде. Но есть некоторые виды, например, иерсинии, психрофильные варианты клебсиелл, псевдомонад, вызывающие заболевания у человека.

Мезофильные виды лучше растут в пределах 20-40°С; максимальная 43-45°С, минимальная 15-20°С. В окружающей среде могут переживать, но обычно не размножаются. К ним относится большинство патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.

Высокая температура вызывает коагуляцию структурных белков и ферментов микроорганизмов. Большинство вегетативных форм гибнет при температуре 60°С в течение 30 мин, а при 80-100°С - через 1 мин. Споры бактерий устойчивы к температуре 100°С, гибнут при 130°С и более длительной экспозиции (до 2 ч.).

Для сохранения жизнеспособности относительно благоприятны низкие температуры (например, ниже 0°С), безвредные для большинства микробов. Бактерии выживают при температуре ниже -100°С; споры бактерий и вирусы годами сохраняются в жидком азоте (до -250°С).

Влажность. При относительной влажности окружающей среды ниже 30% жизнедеятельность большинства бактерий прекращается. Время их отмирания при высушивании различно (например, холерный вибрион - за 2 суток, а микобактерии - за 90 суток). Поэтому высушивание не используют как метод элиминации микробов с субстратов. Особой устойчивостью обладают споры бактерий.

Широко распространено искусственное высушивание микроорганизмов, или лиофилизация. Метод включает быстрое замораживание с последующим высушиванием под низким (вакуумом) давлением (сухая возгонка). Лиофильную сушку применяют для сохранения иммунобиологических препаратов (вакцин, сывороток), а также для консервирования и длительного сохранения культур микроорганизмов.

Влияние концентрации растворов на рост микроорганизмов опосредовано изменением активности воды как меры доступной для организма воды. И если содержание солей вне клетки окажется выше их концентрации в клетке, то вода будет выходить из клетки. Угнетение патогенных бактерий хлористым натрием обычно начинается при его концентрации около 3%.

Излучения. Солнечный свет губительно действует на микроорганизмы, исключением являются фототрофные виды. Наибольший микробицидный эффект оказывает коротковолновые УФ-лучи. Энергию излучения используют для дезинфекции, а также для стерилизации термолабильных материалов. УФ-лучи (в первую очередь коротковолновые, т.е. с длиной волны 250-270 нм) действуют на нуклеиновые кислоты. Микробицидное действие основано на разрыве водородных связей и образовании в молекуле ДНК димеров тимидина, приводящем к появлению нежизнеспособных мутантов. Применение УФ-излучения для стерилизации ограничено его низкой проницаемостью и высокой поглотительной активностью воды и стекла. Рентгеновское и g-излучение в больших дозах также вызывает гибель микробов. Облучение вызывает образование свободных радикалов, разрушающих нуклеиновые кислоты и белки с последующей гибелью микробных клеток. Применяют для стерилизации бактериологических препаратов, изделий из пластмасс. Микроволновое излучение применяют для быстрой повторной стерилизации длительно хранящихся сред. Стерилизующий эффект достигается быстрым подъемом температуры.

Ультразвук. Определенные частоты ультразвука при искусственном воздействии способны вызывать деполимеризацию органелл микробных клеток, под действием ультразвука газы, находящиеся в жидкой среде цитоплазмы, активируются и внутри клетки возникает высокое давление ( до 10 000 атм). Это приводит к разрыву клеточной оболочки и гибели клетки. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов (молока, фруктовых соков), питьевой воды.

Давление. Бактерии относительно мало чувствительны к изменению гидростатического давления. Повышение давления до некоторого предела не сказывается на скорости роста обычных наземных бактерий, но в конце концов начинает препятствовать нормальному росту и делению. Некоторые виды бактерий выдерживают давление до 3 000 - 5 000 атм, а бактериальные споры - даже 20 000 атм. В условиях глубокого вакуума субстрат высыхает и жизнь невозможна. брожение микроб молоко химизм

Фильтрование. Для удаления микроорганизмов применяют различные материалы (мелкопористое стекло, целлюлоза, коалин); они обеспечивают эффективную элиминацию микроорганизмов из жидкостей и газов. Фильтрацию применяют для стерилизации жидкостей, чувствительных к температурным воздействиям, разделения микробов и их метаболитов (экзотоксинов, ферментов), а также для выделения вирусов.

3. Микрофлора молока и ее изменение при хранении молока. Дефекты молока, вызываемые микробами и борьба с ними. Микробиологический анализ пастеризованного молока

Молоко содержит почти все необходимые человеку питательные вещества и потому является высокоценным пищевым продуктом. В состав коровьего молока входят углеводы (молочный сахар), белки, жиры, минеральные соли, витамины, причем в очень доступном для усвоения виде. В молоке содержится около 87% воды. Оно является очень благоприятной средой для развития микроорганизмов, поэтому в сыром молоке их всегда имеется большое количество. Даже в свежевыдоенном молоке их может содержаться до нескольких сотен тысяч в 1 мл.

Обычными обитателями молока являются молочнокислые, маслянокислые, пропионовокислые бактерии, кишечные палочки, различные гнилостные бактерии, плесневые грибы и дрожжи. Они считаются представителями нормальной микрофлоры молока.

В молоко могут попасть также возбудители различных инфекций, например, дизентерии, брюшного тифа, бруцеллеза, туберкулеза и др.

Микрофлора молока начинает формироваться еще в процессе доения. Первые бактерии попадают в него из протоков вымени, где они обычно обитают. При выходе из вымени молоко загрязняется микробами, находящимися на поверхности сосков, вымени, на руках доильщиц и на доильной посуде. В молоко попадают также микробы с шерсти животных и из воздуха.

Количество микроорганизмов, попадающих в молоко из различных источников, в огромной мере зависит от гигиенических условий доения. Наблюдения показывают, что в 1 мл молока, полученном в гигиенической обстановке, содержится лишь немногим более 1150 бактерий, а при неблагоприятных условиях - свыше 2130 бактерий.

В первые часы хранения развитие микроорганизмов в молоке задерживается благодаря действию содержащегося в нем бактерицидного вещества, напоминающего лизоцим. Многие микроорганизмы под влиянием этого вещества погибают. Однако через некоторое время, когда прекращается действие бактерицидного вещества молока, начинается интенсивное размножение находящихся в нем бактерий. Быстрое развитие всех бактерий идет до тех пор, пока в молоке не накопится молочная кислота, образуемая молочнокислыми бактериями в результате сбраживания молочного сахара. Кислая среда препятствует размножению многих микроорганизмов и, прежде всего, гнилостных бактерий, которые в ней погибают. После сбраживания молочного сахара развитие молочнокислых бактерий прекращается и они постепенно отмирают. В молоке начинают развиваться плесневые грибки и дрожжи, использующие молочную кислоту для своего питания. Кислотность молока снижается, и в нем снова размножаются гнилостные бактерии.

Для предупреждения порчи молока прибегают к его охлаждению до температуры не выше 8°С или пастеризации.

Пастеризация. Это тепловая обработка молока в пастеризаторах при температуре ниже 100 С. Цель ее -- уничтожить большую часть микробов за исключением термостойких, прежде всего, спор, при условии сохранения свойств, присущих свежему молоку. При этом должна быть гарантия полного уничтожения патогенных микробов. На молочных фермах и молочных заводах применяют длительную пастеризацию (30 мин при 65 °С), кратковременную (20 с при 75 °С) и моментальную (2 с при 90 °С). Степень уничтожения микроорганизмов в процессе пастеризации зависит от исходного количества и преобладающего вида микробов, температуры, продолжительности нагревания, надежности действия пастеризатора, предварительной очистки молока от посторонних включений (хлопья белка, частицы корма, шерсти, навоза).

Пороки молока и молочных продуктов. Гнилостные микробы, размножаясь в молоке и молочных продуктах, расщепляют белки, что сопровождается появлением неприятных вкуса и запаха. Молоко приобретает горький вкус, издает неприятный затхлый запах и не может быть использовано в пищу ни человеку, ни животным.

Гнилостные микробы представлены споровыми (сенная, картофельная бациллы) и неспоровыми (бактерия гниения, протей) бактериями, а также микрококками и отдельными видами молочнокислых бактерий, обладающих протеолитической активностью. К последним относятся энтерококки (стрептококки кишечного происхождения), в частности маммококки, обладающие способностью не только сбраживать молочный сахар, но и расщеплять белки молока, придавая при этом продукту горький вкус.

Флюоресцирующие и липолитические бактерии обусловливают расщепление молочного жира с образованием промежуточных продуктов (масляная кислота, альдегиды, эфиры), что придает молоку прогорклый вкус.

Мыльно-молочные бактерии, попадающие в молоко из кормов, образуют щелочи, омыляющие молочный жир. Молоко не скисает, не свертывается и приобретает мыльный вкус.

Молочный лейконосток (Leuconostoc lactis), имея слизистую капсулу, размножаясь в молоке, делает его тягучим, слизистым. Реакция такого молока щелочная, поэтому оно не свертывается. К такому же пороку молоко могут приводить молочные стрептококки, продуцирующие слизь, но молоко при этом прокисает и свертывается.

Гнилостные, маслянокислые бактерии, а также дрожжи в теплое время года, интенсивно развиваясь и выделяя значительное количество газа, обусловливают брожение молока. Этот порок получил название «бродящее молоко».

При повышенной кислотности, обусловленной маммококками и микрококками, вырабатывающими протеолитические ферменты типа химозина, тепловая обработка молока приводит к преждевременному свертыванию его.

При поедании коровами большого количества зеленого, легко-бродящего корма, а также при развитии в молоке бактерий группы кишечной палочки и флюоресцирующих бактерий молоко приобретает травяные запах и вкус. Размножение в молоке пигментоб-разующих бактерий придает ему различную окраску (красную, синюю, желтую, зеленую).

Микробиологическое исследование молока проводят и следующих случаях:

1) когда возникает подозрение, что оно может представлять опасность для здоровья людей,

2) в порядке контроля за санитарно-гигиеническим режимом доения и первичной обработки хранения и транспортировки,

3) в случае подозрения на обсемененность микроорганизмами, при наличии которых молоко не может перерабатываться в молочные продукты,

4) для установления микрофлоры, вызвавшей воспаление молочной железы и ее антибиотикоустойчивости.

В большинстве случаев микробиологическое исследование молока ограничивается определением общего количества бактерии и бродильного титра. При подозрении на обсеменение молока патогенными микроорганизмами проводятся специальные исследования в зависимости от вида предполагаемого возбудителя. Молоко необходимо исследовать немедленно после взятия пробы, в противном случае его следует охладить до 4-6° (не выше). На посуду с образцами молока для исследования наклеивают этикетки с указанием номера пробы, номера и размера партии продукта, дня и часа отбора пробы. На этикетке должна быть подпись лица, взявшего пробу, с указанием его должности. Если пробы молока отправляют в лабораторию, находящуюся за пределами предприятия (колхоза, совхоза), их пломбируют и опечатывают.

Чашечный метод. Для определения общего количества в молоке микробов исследуемый материал вносят в чашку Петри и заливают питательной средой в количестве 12-15 мл. При исследовании необходимо производить предварительное разведение молока в стерильной воде. Разведения делают с таким расчетом, чтобы последнее из них содержало десяток клеток в 1 мл. Для посева на чашки Петри обычно используют три последних разведении. Засеянные чашки помещают в термостат при температуре 37°. Подсчет выросших колоний производят через 24 и 48 часов. Число колоний каждой чашки умножают на степень разведения молока. Из каждой пробы молока колонии следует подсчитывать на трех чашках и брать средние цифры. Сумму колоний во всех чашках делят на количество чашек и таким образом устанавливают показатель микробного обсеменения 1 мл молока.

Размещено на Allbest.ru