Гнилостные бактерии (Bacillus, Pseudomonas). Гнилостные бактерии Аэробные бесспоровые палочки

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.

Гниением называется разложение белковых веществ микро­организмами. Это порча мяса, рыбы, плодов, овощей, древесины, а также процессы, происходящие в почве, навозе и др.

В более узком понимании гниением принято считать процесс разложения белков или субстратов, богатых белком, под влиянием микроорганизмов.

Белки являются важной составной частью жи­вого и отмершего органического мира, содержатся во многих пищевых продуктах. Белки характеризуются большим разнооб­разием и сложностью строения.

Способность разрушать белковые вещества присуща многим микроорганизмам. Одни микроорганизмы вызывают неглубокое расщепление белка, другие могут разрушать его более глубоко. Гнилостные процессы постоянно протекают в природных усло­виях и нередко возникают в продуктах и изделиях, содержащих белковые вещества. Разложение белка начинается с его гидролиза под влиянием протеолитических ферментов, выделяемых микробами в окружающую среду. Гниение протекает при наличии высокой температуры и влажности.

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). К числу гнилостных бактерий, разрушающих белковые ве­щества в аэробных условиях, относится также бациллус. микоидес. Эта бактерия широко распространена в почве. Она представляет собой подвижную спорообразующую палочку.

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).

Наиболее распространенными и активными возбудителями гниения в анаэробных условиях являются бациллус путрификус и бациллус спорогенес.

Оптимальная температура развития для большей части гни­лостных микроорганизмов находится в пределах 25-35°С. Низ­кие температуры не вызывают их гибели, а лишь приостанавли­вают развитие. При температуре 4-6°С жизнедеятельность гни­лостных микроорганизмов подавляется. Бесспоровые гнилостные бактерии погибают при температуре выше 60°С, а спорообразующие бактерии выдерживают нагревание до 100°С.

Роль гнилостных микроорганизмов в природе, в процессах порчи пищевых продуктов.

В природе гниение играет большую положительную роль. Оно является составной частью круговорота веществ. Гнилост­ные процессы обеспечивают обогащение почвы такими формами азота, которые необходимы растениям.

Еще полтора века назад великий французский микробиолог Л. Пастер понял, что без микроорганизмов гниения и брожения, превращающих органику в неорганические соединения, жизнь на Земле стала бы невозможной. Наибольшее количество видов этой группы обитают в почве – в 1 г плодородной пахотной почвы их содержится несколько млрд. Почвенная флора в основном представлена бактериями гниения. Они разлагают органические остатки (отмершие тела растений и животных) до веществ, которые потребляют растения: углекислого газа, воды и минеральных солей. Этот процесс в масштабах планеты называется минерализацией органических остатков, чем больше бактерий в почве, тем интенсивнее идет процесс минерализации, следовательно, тем выше плодородие почвы. Однако гнилостные микроорганизмы и вызываемые ими процессы, в пищевой промышленности вызывают порчу продуктов и в особенности животного происхождения и материалов, содержащих белковые вещества. Для предотвращения порчи продуктов гнилостными микроорганизмами следует обеспечивать такой режим их хра­нения, который исключал бы развитие этих микроорганизмов.

Для предохранения продуктов питания от гниения применяют стерилизацию, засолку, копчение, замораживание и др. Однако среди гнилостных бактерий есть спороносные, галофильные и психрофильные формы, формы, вызывающие порчу засоленных или замороженных продуктов.

Тема 1.2. Влияние условий внешней среды на микроорганизмы. Распространение микроорганизмов в природе.

Факторы, влияющие на микроорганизмы (температура, влажность, концентрация среды, излучения)

План

1. Влияние температуры: психрофильные, мезофильные и термофильные микроорганизмы. Микробиологические основы хранения пищевых продуктов в охлажденном и замороженном виде. Термоустойчивость вегетативных клеток и спор: пастеризация и стерилизация. Влияние тепловой обработки пищевых продуктов на микрофлору.

2. Влияние влажности продукта и окружающей среды на микроорганизмы. Значение относительной влажности воздуха для развития микроорганизмов на сухих продуктах.

3. Влияние концентрации растворенных веществ в среде обитания микроорганизмов. Влияние излучений, использование УФ-лучей для дезинфекции воздуха.

Влияние температуры: психрофильные, мезофильные и термофильные микроорганизмы. Микробиологические основы хранения пищевых продуктов в охлажденном и замороженном виде. Термоустойчивость вегетативных клеток и спор: пастеризация и стерилизация. Влияние тепловой обработки пищевых продуктов на микрофлору.

Температура - важнейший фактор для развития микроорганизмов. Для каждого из микроорганизмов существует минимум, оптимум и максимум температурного режима для роста. По этому свойству микробы подразделяются на три группы:

§ психрофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при низких температурах с минимумом при -10-0 °С, оптимумом при 10-15 °С;

§ мезофилы - микроорганизмы, для которых оптимум роста наблюдается при 25-35 °С, минимум - при 5-10 °С, максимум - при 50-60 °С;

§ термофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при относительно высоких температурах с оптимумом роста при 50-65 °С, максимумом - при температуре более 70 °С.

Большинство микроорганизмов относится к мезофилам, для развития которых оптимальной является температура 25-35 °С. Поэтому хранение пищевых продуктов при такой температуре приводит к быстрому размножению в них микроорганизмов и порче продуктов. Некоторые микробы при значительном накоплении в продуктах способны привести к пищевым отравлениям человека. Патогенные микроорганизмы, т.е. вызывающие инфекционные заболевания человека, также относятся к мезофилам.

Низкие температуры замедляют рост микроорганизмов, но не убивают их. В охлажденных пищевых продуктах рост микроорганизмов замедленно, но продолжается. При температуре ниже О °С большинство микробов прекращают размножаться, т.е. при замораживании продуктов рост микробов останавливается, некоторые из них постепенно отмирают. Установлено, что при температуре ниже О °С большинство микроорганизмов впадают в состояние, похожее на анабиоз, сохраняют свою жизнеспособность и при повышении температуры продолжают свое развитие. Это свойство микроорганизмов следует учитывать при хранении и дальнейшей кулинарной обработке пищевых продуктов. Например, в замороженном мясе могут длительно сохраняться сальмонеллы, а после размораживания мяса они в благоприятных условиях быстро накапливаются до опасного для человека количества.

При воздействии высокой температуры, превышающей максимум выносливости микроорганизмов, происходит их отмирание. Бактерии, не обладающие способностью образовывать споры, погибают при нагревании во влажной среде до 60-70 °С через 15-30 мин, до 80-100 °С - через несколько секунд или минут. У спор бактерий термоустойчивость значительно выше. Они способны выдерживать 100 °С в течение 1-6 ч, при температуре 120-130 °С споры бактерий во влажной среде погибают через 20-30 мин. Споры плесеней менее термостойки.

Тепловая кулинарная обработка пищевых продуктов в общественном питании, пастеризация и стерилизация продуктов в пищевой промышленности приводят к частичной или полной (стерилизация) гибели вегетативных клеток микроорганизмов.

При пастеризации пищевой продукт подвергается минимальному температурному воздействию. В зависимости от температурного режима различают низкую и высокую пастеризацию.

Низкая пастеризация проводится при температуре, не превышающей 65-80 °С, не менее 20 мин для большей гарантии безопасности продукта.

Высокая пастеризация представляет собой кратковременное (не более 1 мин) воздействие на пастеризуемый продукт температуры выше 90 °С, которая приводит к гибели патогенной неспороносной микрофлоры и в то же время не влечет за собой существенных изменений природных свойств пастеризуемых продуктов. Пастеризованные продукты не могут храниться без холода.

Стерилизация предусматривает освобождение продукта от всех форм микроорганизмов, в том числе и спор. Стерилизация баночных консервов проводится в специальных устройствах - автоклавах (под давлением пара) при температуре 110-125°С в течение 20-60 мин. Стерилизация обеспечивает возможность длительного хранения консервов. Молоко стерилизуется метолом ультравысокотемпературной обработки (при температуре выше 130 °С) в течение нескольких секунд, что позволяет сохранить все полезные свойства молока.

В группу гнилостных бактерий входят микроорганизмы, вызыва­ющие глубокий распад белков. При этом образуется ряд веществ, обладающих неприятным запахом, вкусом, нередко и ядовитыми свой­ствами. Гнилостные бактерии могут быть как аэробы, так и анаэро­бы, споровые и бесспоровые.

К факультативно аэробным бесспоровым гнилостным бактериям часто встречающимся в молоке, относятся грамотрицательные па­лочки Proteus vulgaris (протей), способные активно пептонизировать молоко с выделением газа. При развитии этих микроорганизмов в молоке кислотность его вначале несколько повышается (вследствие образования жирных кислот), а затем снижается в результате на­копления щелочных продуктов. Бесспоровые бактерии, например Proteus vulgaris, могут попадать в молоко с оборудования, из воды и других источников. При пастеризации молока Proteus vulgaris по­гибают.

К аэробным споровым бактериям относятся Вас. subtilis (сеннаяая палочка), Вас. mesentericus (картофельная палочка), Вас. mycoides, Вас. megatherium и пр. Все они подвижны, красятся по Граму положительно, быстро развиваются в молоке, активно разлагая белки. При этом сна­чала молоко свертывается без существенного повышения кислотно­сти, затем с поверхности сгустка наступает пептонизация молока. У некоторых споровых палочек (например, сенной) пептонизацпя молока начинается без предварительного свертывания казеина. Из анаэробных споровых гнилостных бактерий в молоке встре­чаются Вас. putrificus и Вас. polymyxa.

Вас. putrificus - подвижная палочка, разлагающая белки с обиль­ным образованием газов (аммиака, углекислоты, водорода, серово­дорода), Вас. polymyxa - подвижная палочка, образующая в молоке газ, кислоты (уксусную, муравьиную), этиловый и бутиловый спир­ты и другие продукты.

Высокая чувствительность к понижению реакции среды харак­терна для всех гнилостных бактерий. Этой особенностью определя­ются крайне ограниченные возможности для развития данной груп­пы бактерий при производстве кисломолочных продуктов. Очевидно, что во всех случаях, когда молочнокислый процесс развивается ак­тивно, жизнедеятельность гнилостных бактерий прекращается. В производстве кисломолочных продуктов развитие гнилостных бактерий возможно только в исключительных случаях (в результа­те развития бактериофага полностью пли в значительной мере ос­тановлен молочнокислый процесс, утрачена активность закваски и т. д.). Споры многих гнилостных бактерий могут содержаться в пасте­ризованном молоке. Однако практически они не играют роли при производстве и хранении этого продукта. Это объясняется тем, что основную остаточную микрофлору после пастеризации составляют молочнокислые бактерии, они же обсеменяют молоко при розливе, поэтому на фоне развития (хотя и слабого, из-за низких температур

хранения) молочнокислого процесса возможность размножения спо­ровых микроорганизмов в пастеризованном молоке ничтожна. При производстве же и хранении стерилизованного молока спо­ровые бактерии играют немаловажную роль. Даже незначительные нарушения режимов стерилизации могут привести к попаданию спор в стерилизованное молоко и вызвать в последующем его пор­чу при хранении.

ДРОЖЖИ

В основу классификации дрожжей положены различия в харак­тере их вегетативного размножения (деление, почкование). спорообразования, а также морфологические и физиологические признаки.

По способности к спорообразованию дрожжи делят на спорообразующие и неспорообразующие. В кисломолочных продуктах из спорообразующих встречаются дрожжи родов Saccharomyces, Zygosacc-haromyces, Fabospora и Debaromyces, из неспоровых - родов Torulopsis it Candida. С. А.

Королев (1932) разделил дрожжи, встречающиеся в молоч­ных продуктах, по их биохимическим свойствам на три группы.

Первая группа - дрожжи, не способные к спиртовому брожению, хотя и потребляющие некоторые углеводы путем непосредственного окисления; к ним относятся виды Mycoderma, цветные бесспоровые дрожжи Tornla.

Вторая группа - дрожжи, не сбраживающие лактозу, но сбражи­вающие другие сахара; могут развиваться лишь в совместной культу­ре с микроорганизмами, обладающими ферментом лактазой, гпдролизующей молочный сахар на моносахара; к ним относятся отдель­ные виды дрожжей рода Saccharomyces. Как показали исследования В. И. Кудрявцева (1954) и A.M. Скородумовой (1969), в кисломолочных продуктах, приготовленных на естественных заквасках, основ­ными представителями этого рода являются дрожжи вида Sacch. cartilaginosus, сбраживающие мальтозу и галактозу. По мнению В. И. Кудрявцева, дрожжи этой группы могут положительно влиять на вкус и аромат кисломолочных продуктов, однако при чрезмерном их развитии возникает порок - вспучивание. Они относятся к так называемым диким дрожжам и при производстве кисломолочных продуктов их не применяют. Однако возможно, что среди дрожжей этой группы могут быть найдены производственно-ценные куль­туры.

Третья группа - дрожжи, сбражнвающпе лактозу. Исследования А. М. Скородумовой (1969) показали, что среди дрожжей, выделен­ных из кисломолочных продуктов (приготовленных на естественной закваске), число дрожжей, самостоятельно сбраживающих лактозу, сравнительно невелико - из 150 штаммов - 32 (21%). Наибольший процент дрожжей, сбражпвающих лактозу, был выделен из кефир ных грибков и закваски (34,1%). Дрожжи, сбраживающие лактозу, были идентифицированы А. М. Скородумовой как Fabospora fragilis, Saccharomyces lactis, реже Zygosaccharomyces lactis. Способностью сбраживать лактозу обладают также некоторые ви­ды Candida и Torulopsis - Candida pseudotropicalis var. lactosa, Torulopsis kefir, Torylopsis sphaerica, выделенные из кефир­ного грибка (В. И. Буканова, 1955).

Исследования, проводившиеся в Японии Т. Наканиши и Дж. Араи (1968, 1969), показали также, что наиболее распространенны­ми видами лактозосбраживающих дрожжей, выделенных из сырого молока, являются Saccharomyces lactis, Torulopsis versatilis, Toru­lopsis sphaerica, Candida pseudotropicalis.

Для установления отношения дрожжей к сахарам культуры па­раллельно высевают в молочно-пептонную сыворотку, содержащую только лактозу, и на сусло, содержащее мальтозу. После выдержки при оптимальной температуре отмечают наличие пли отсутствие га­за.

Оптимальная температура развития дрожжей 25-30° С, что следует учитывать при выборе температуры для созревания продук­тов, в состав микрофлоры которых они входят. По данным В. II. Букановой (1955) основным фактором, регулирующим развитие дрож­жей разных видов в кефире, является температура. Так, повышен­ная температура (30-32° С) стимулирует развитие Torulopsis sphaerica п дрожжей, не сбраживающих лактозу. Дрожжи, сбраживающие лактозу, достаточно хорошо развиваются и при 18-20° С, однако повышение температуры до 25 и 30° С, как правило, стимулирует их размножение.

Большинство дрожжей предпочитает для своего развития кислую реакцию среды. Следовательно, в кисломолочных продуктах условия для них благоприятны.

Дрожжи очень широко распространены в кисломолочных продук­тах и могут быть обнаружены почти в любом образце продукта, при­готовленного на естественных заквасках. Однако дрожжи развива­ются гораздо медленнее, чем молочнокислые бактерии, поэтому в кис­ломолочных продуктах они обнаруживаются в меньшем количестве, чем молочнокислые бактерии.

Роль дрожжей и производстве кисломолочных продуктов исклю­чительно велика. Обычно дрожжи рассматривают главным образом как возбудителей спиртового брожения. Но эта функция, по-види­мому, не основная. Дрожжи активизируют развитие молочнокис­лых бактерий, витаминизируют продукты (С. Аскалонов, 1957). Дрожжи, сбраживающие лактозу и другие сахара, способны выра­батывать антибиотические вещества, активные против туберкулез­ной палочки и других микроорганизмов (А. М. Скородумова, 1951, 1954; В. И. Буканова, 1955).

Интенсивное развитие дрожжей незаквасочного происхождения нередко приводит к вспучиванию и изменению вкуса таких продук­тов, как сметана, творог и сладкие творожные изделия. Излишнее развитие дрожжей, содержащихся в кефирной закваске при наруше­нии технологических режимов, также может вызвать газообразова­ние в кефире (“глазки”) и даже его вспучивание.

Краткая характеристика микроорганизмов кормов

Микробиологические процессы, происходящие при силосовании.

Количественный и качественный (видовой) состав сообщества микроорганизмов, участвующих в созревании силоса зависит от ботанического состава зеленой массы, содержания в ней растворимых углеводов и протеина, влажности исходной массы. Так, например, сырье богатое белками (клевер, люцерна, донник, эспарцет) в отличие от сырья, богатого углеводами (кукуруза, просо и др.), силосуется при длительном участии в процессах гнилостных бактерий и при замедленном нарастании численности молочнокислых бактерий.

После закладки растительной массы в хранилище наблюдается массовое размножение микроорганизмов. Их общее количество уже через 2-9 суток может значительно превышать количество микроорганизмов, попадающих с растительной массой.

При всех способах силосования в созревании силосов участвует сообщество микроорганизмов, состоящее из двух диаметрально противоположных групп по характеру воздействия на растительный материал: вредные (нежелательные) и полезные (желательные) группы.

В процессе силосования происходит замена гнилостных микроорганизмов молочнокислыми, которые вследствие образования молочной и частично уксусной кислот снижают рН корма до 4,0-4,2 и тем самым создают неблагоприятные условия для развития гнилостных микроорганизмов (табл.2).

Условия для существования (потребность в кислороде, отношение к температуре, активной кислотности и т.д.) для различных групп микроорганизмов неодинаковые. С точки зрения потребности в кислороде различают условно три группы микроорганизмов:

· размножающиеся только при полном отсутствии кислорода (облигатные анаэробы);

· размножающиеся только при наличии кислорода (облигатные аэробы);

· размножающиеся как при наличии кислорода, так и без него (факультативные анаэробы).

Чтобы ограничить деятельность вредных микроорганизмов и стимулировать размножение полезных бактерий следует знать особенности отдельных групп микроорганизмов.

Молочнокислые бактерии

Среди разнообразной эпифитной микрофлоры растений содержится лишь сравнительно небольшое количество неспорообразующих факультативных анаэробов, гомо, - гетероферментативных молочнокислых бактерий.

Основным свойством молочнокислых бактерий, по которым их объединяют в отдельную обширную группу микроорганизмов, является способность образовывать в качестве продукта брожения молочную кислоту:

Она создает в среде активную кислотность (рН 4,2 и ниже), неблагоприятно действующую на нежелательные микроорганизмы. Помимо этого, значение молочнокислых бактерий заключается в бактерицидном действии недиссоциированной молекулы молочной кислоты и способности их образовывать специфические антибиотические и др. биологически активные вещества.

Молочнокислые бактерии отличаются следующими особенностями, важными для силосования:

1. Нуждаются для обмена веществ, главным образом, в углеводах (сахар, реже крахмал);

2. Белок не разлагают (некоторые виды в ничтожном количестве);

3. Они факультативные анаэробы, т.е. развиваются без кислорода и при наличии кислорода;

4. Температурный оптимум чаще всего составляет 30 0 С (мезофильные молочнокислые бактерии), но у некоторых форм он достигает 60 0 С (термофильные молочнокислые бактерии);

5. Выдерживают кислотность до рН 3,0;

6. Могут размножаться в силосе с очень высоким содержанием сухого вещества;

7. Легко переносят высокие концентрации NаClи обладают устойчивостью к некоторым другим химическим препаратам;

8. Помимо молочной кислоты, которая играет решающую роль в подавлении нежелательных типов брожения, молочнокислые бактерии выделяют биологически активные вещества (витамины группы В и др.). Они обладают профилактическими (или лечебными) свойствами, стимулируют рост и развитие с.-х. животных.

При благоприятных условиях (достаточное содержание в исходном растительном материале водорастворимых углеводов, анаробиоз) молочнокислое брожение заканчивается всего за несколько дней и рН достигает оптимального значения – 4,0-4,2.

Маслянокислые бактерии

Маслянокислые бактерии (Clostridiumsp.) - спорообразующие, подвижные, палочковидные анаэробные маслянокислые бактерии (клостридии) широко распространены в почве. Присутствие клостридий в силосе является результатом загрязнения почвой, поскольку их численность на зеленой массе кормовых культур, как правило, очень низка. Почти сразу же после заполнения хранилища зеленой массой маслянокислые бактерии начинают интенсивно размножаться вместе с молочнокислыми в первые несколько дней.

Высокая влажность растений, обуславливающаяся наличием в измельченной силосной массе клеточного сока растений и анаэробные условия в силосохранилище – идеальные условия для роста клостридий. Поэтому уже к концу первых суток их численность возрастает и в дальнейшем зависит от интенсивности молочнокислого брожения. В случае слабого накопления молочной кислоты и снижения рН маслянокислые бактерии энергично размножаются и число их достигает максимума (10 3 -10 7 клеток/г) в несколько суток.

По мере увеличения влажности (при содержании в силосной массе 15% сухого вещества) чувствительность клостридий к кислотности среды снижается даже при рН 4,0 (4)

Для возбудителей маслянокислого брожения характерны следующие основные физиолого-биохимические особенности:

1. Маслянокислые бактерии, являясь облигатными анаэробами, начинают развиваться в условиях сильного уплотнения силосной массы;

2. Разлагая сахар, они конкурируют с молочнокислыми бактериями, а используя белки и молочную кислоту, приводят к образованию сильнощелочных продуктов распада белка (аммиака) и токсичных аминов;

3. Маслянокислые бактерии нуждаются для своего развития во влажном растительном сырье и при высокой влажности исходной массы имеют наибольшие шансы подавить все остальные типы брожения;

4. Оптимальные температуры для маслянокислых бактерий колеблются от 35-40 0 С, но их споры переносят более высокие температуры;

5. Чувствительны к кислотности и прекращают свою деятельность при рН ниже 4,2.

Эффективными мерами против возбудителей маслянокислого брожения являются – быстрое подкисление растительной массы, подвяливание влажных растений. Существуют биопрепараты на основе молочнокислых бактерий для активации молочнокислого брожения в силосе. Кроме того, разработаны химические вещества, которые оказывают бактерицидное (подавляющее) и бактериостатическое (тормозящее) действие на маслянокислые бактерии.

Гнилостные бактерии (Bacillus, Pseudomonas).

Представители рода бацилл (Bac.mesentericus, Вac.megatherium) сходны по своим физиолого-биохимическим особенностям с представителями клостридий, но в отличие от них способны развиваться в аэробных условиях. Поэтому они одними из первых включаются в процесс ферментации. Эти микроорганизмы являются активными продуцентами разнообразных гидролитических ферментов. Они используют в качестве питательных веществ различные белки, углеводы (глюкозу, сахарозу, мальтозу и др.) и органические кислоты.

Важным свойством гнилостных бактерий, которое имеет значение для протекающих в кормовой массе процессов, является их способность к спорообразованию.

О основными особенностями для возбудителей гнилостного брожения являются следующие:

1. Они не могут существовать без кислорода, поэтому в герметичном хранилище гниение невозможно;

2. Гнилостные бактерии разлагают прежде всего белок (до аммиака и токсичных аминов), а также углеводы и молочную кислоту (до газообразных продуктов);

3. Гнилостные бактерии размножаются при рН выше 5,5. При медленном подкислении корма значительная часть белкового азота переходит в аминную и аммиачную формы;

4. Важным свойством гнилостных бактерий является их способность к спорообразованию. В случае длительного хранения и скармливания силоса, в котором дрожжи и маслянокислые бактерии разложат большую часть молочной кислоты или она будет нейтрализована продуктами разложения белка, гнилостные бактерии, развиваясь из спор, могут начать свою разрушительную деятельность.

Главным условием ограничения существования гнилостных бактерий является быстрое заполнение, хорошая трамбовка, надежная герметизация силосохранилища. Потери, вызываемые возбудителями гнилостного брожения, можно снизить при помощи химических консервантов и биопрепаратов.

Плесневые грибы и дрожжи.

Оба эти типа микроорганизмов относятся к грибам и являются весьма нежелательными представителями микрофлоры силоса. Они легко переносят кислую реакцию среды (рН 3,2 и ниже). Поскольку плесневые грибы (Penicillium,Aspergillusи др.) являются облигатными аэробами, то они начинают развиваться сразу после заполнения хранилища, но с исчезновением кислорода развитие их прекращается. В правильно заполненном силосохранилище с достаточной степенью уплотнения и герметизацией это происходит уже через несколько часов. Если в силосе есть очаги плесени, значит вытеснение воздуха было недостаточным или герметизация была неполной.

Дрожжи (Hansenula,Pichia,Candida,Saccharomyces, Тorulopsis) развиваются непосредственно после заполнения хранилищ, т.к. они являются факультативными анаэробами и могут развиваться при незначительных количествах кислорода в силосе. Кроме того они обладают высокой устойчивостью к температурному фактору и низкому рН.

Дрожжевые грибы прекращают свое развитие только при полном отсутствии кислорода в силосохранилище, но небольшие их количества обнаруживаются в поверхностных слоях силоса.

В анаэробных условиях они используют простые сахара (глюкозу, фруктозу, маннозу, сахарозу, галактозу, рафинозу, мальтозу, декстрины) по гликолитическому пути и развиваются за счет окисления сахаров и органических кислот:

Полное использование последних приводит к тому, что кислая среда силоса сменяется щелочной, создаются благоприятные условия для развития маслянокислой и гнилостной микрофлоры.

В результате этого снижается качество силоса из кукурузы, а также из «глубоко» провяленных трав, т.е. кормов с наилучшими показателями по продуктам брожения.

Таким образом, для плесневых грибов и дрожжей свойственно:

1. Плесневые грибы и дрожжи относятся к нежелательным представителям аэробной микрофлоры;

2. Негативное действие плесневых грибов и дрожжей в том, что они вызывают окислительный распад углеводов, белков и органических кислот (в т.ч. молочной);

3. Легко переносят кислую реакцию среды (рН ниже 3,0 и даже 1,2);

4. Плесневые грибы выделяют опасные для здоровья животных и людей токсины;

5. Дрожжи, являясь возбудителями вторичных процессов брожения, приводят к аэробной нестабильности силосов.

Ограничение доступа воздуха путем быстрой закладки, трамбовки и герметизации, правильная выемка и скармливание – решающие факторы, ограничивающие развитие плесневых грибов и дрожжей. Для подавления развития возбудителей вторичного брожения рекомендованы препараты с фунгистатической (фунгицидной) активностью (приложение 2).

Похожая информация.

Почвенные бактерии. Бактерии разложения и гниения

Бактерии - важнейшее звено общего круговорота веществ в природе.

В \(1\) см³ поверхностного слоя лесной почвы содержатся сотни миллионов сапротрофных почвенных бактерий нескольких видов.

Растения создают сложные органические вещества из углекислого газа, воды и минеральных солей почвы. Многие бактерии, живущие в почве, в процессе своей жизнедеятельности превращают отмершие части растений и мёртвые организмы в перегной .

Они разлагают сложные вещества на простые, которые снова используют растения.

Другая группа почвенных бактерий разлагает перегной .

Хозяйственное значение бактерий гниения и брожения

Многие бактерии гниения вызывают порчу продуктов питания. Поэтому скоропортящиеся продукты хранят в холодильниках (при низкой температуре жизнедеятельность бактерий понижается).

Обрати внимание!

Поскольку бактерии не могут жить без воды и погибают в растворах соли и сахара, продукты сушат, солят, маринуют, засахаривают, консервируют, коптят.

При консервировании плотно закрытые банки нагревают. При этом погибают не только бактерии, но и их споры. Поэтому консервы сохраняются долгое время.

Бактерии портят сено в стогах, если оно недостаточно хорошо высушено. Есть бактерии, которые портят рыболовные сети, редчайшие рукописи и книги в книгохранилищах. Для предохранения книг от порчи их окуривают сернистым газом.

С активностью бактерий брожения связано скисание молока, фруктовых и ягодных соков. При этом молоко превращается в простоквашу, а соки - в жидкость с большим содержанием уксуса.

Молоко для сохранения кипятят, стерилизуют (уничтожают бактерий), хранят в холодильнике, а соки для длительного хранения, как правило, консервируют в герметически закупоренных банках или специальных упаковках.

Молочнокислые бактерии при брожении превращают сахар в молочную кислоту, которая угнетает жизнедеятельность гнилостных бактерий. Это свойство бактерий брожения человек применяет при квашении капусты, солении огурцов, получении из молока различных молочнокислых продуктов (сметаны, творога, сыра и др.); образовании силоса из кукурузы и других сочных растений.

Некоторые бактерии брожения живут в кишечнике человека и зверей и способствуют перевариванию пищи. К таким бактериям относится, например, кишечная палочка .

Азотфиксирующие клубеньковые бактерии

Некоторые почвенные бактерии способны поглощать азот из воздуха, используя его в процессах жизнедеятельности.

Эти азотфиксирующие бактерии живут самостоятельно или поселяются в корнях бобовых растений. Проникнув в корни бобовых, эти бактерии вызывают разрастание клеток корней и образование на них клубеньков.

Такие бактерии называют клубеньковыми .

Клубеньки белого люпина