Значение данного фактора при производстве и хранении продуктов

Для многих бактерий характерно образование внутри их тела, посередине или на одном из концов, эндогенной споры круглой или овальной формы. К спорообразованию способны только зрелые клетки бактерий.

Споры появляются при неблагоприятных внешних условиях существования бактерий (недостаток питательных веществ, наличие вредных продуктов обмена, неблагоприятная температура, высушивание). Таким образом, спорообразование у бактерий является одним из выработавшихся в процессе эволюции приспособлений к переживанию неблагоприятных условий и сохранению вида в измененных условиях среды. Одна бактериальная клетка образует одну эндоспору, которая, попадая в благоприятную среду, прорастает, образуя также одну клетку.

Спорообразование свойственно палочковидным бактериям, широко распространенным в природе, в воде, воздухе, почве. К патогенным спорообразующим бациллам принадлежат: палочка столбняка, возбудители газовой гангрены, возбудитель пищевого отравления – палочка ботулизма, палочка сибирской язвы.

Расположение спор характерно для того или иного вида бацилл: оно бывает центральным, субтерминальным (ближе к одному кнцу), терминальным (на самом конце).

Процесс спорообразования протекает в течение суток или быстрее. Он начинается с появления в клетке «спорогенной зоны», затем образование «проспоры» и зрелой споры. В течение этих стадий происходит уплотнения цитоплазмы, концентрирование ядерной субстанции и формирование плотной оболочки, которая состоит из трех слоев – внутреннего, промежуточного и наружного. Принято считать, что в споре происходит значительная потеря воды. Однако отдельные исследователи указывают, что количество воды в споре не меньше, чем в вегетативной клетке, но разница заключается в том, что в споре вода находится в связанном состоянии и, таким образом, не может принимать участие в некоторых процессах, например в тепловой коагуляции белков. Обнаружены количественные изменения некоторых компонентов в составе споры по сравнению с вегетативной клеткой. Так, в споре отмечена высокая концентрация кальция, что повышает ее устойчивость к нагреванию. Хотя набор энзимов в споре тот же, что и в вегетативной клетке, однако энзиматическая активность у споры отсутствует, что также повышает ее стойкость. Стойкость споры и ее состояние ареактивности обусловлены и плотностью ее оболочки. Таким образом, физико-химические и биологические особенности споры характеризуют ее как весьма стойкую форму, находящуюся в состоянии покоя. Зрелая спора в течение длительного времени может оставаться в покоящемся состоянии, сохраняя жизнеспособность.

Если спора попадает в благоприятные условия, начинается ее прорастание: спора набухает, становится богаче водой, слабее преломляет свет. В ней активируются энзиматические процессы, в частности становятся деятельными ферменты, способные разрушать оболочку споры, и в образовавшееся отверстие выходит проросток, превращающийся затем в вегетативную клетку.

Весь процесс прорастания споры заканчивается в течение нескольких (4-5) часов.

Споры бактерий являются наиболее устойчивыми образованиями среди всего органического мира.

Они обладают поразительной выносливостью  к высокой и низкой температуре, высушиванию, сохраняя свою жизнеспособность до многих десятков лет.

Это свойство спор обусловлено их структурой: в сравнении с вегетативной клеткой цитоплазма споры сгущена, содержит воду в связанном состоянии; оболочка споры уплотнена и плохо проницаема для раствора.

Значение спорообразования играет огромную роль при производстве и хранении продуктов. Устойчивость спор затрудняет борьбу с патогенными спорообразующими бактериями во внешней среде. Высокая резинистость спор определила разработку практических методов стерилизации, значение которых в пищевой промышленности огромно.

Вследствие плотности и слабой проницаемости оболочки споры при обычных способах окрашивания не адсорбируют красителей и требуют специальных методов окраски.

В неокрашенном состоянии спора сильнее преломляет свет и поэтому видна внутри или вне бактериальной клетки в виде блестящего                  тельца.

Способность спорообразования является стойким видовым признаком ряда бацилл[1].

Споры образуются при неблагоприятных условиях существования бактерий, сопровождающихся высушиванием, дефицитом питательных веществ и т.д. При этом внутри одной бактерии образуется одна спора. Поэтому образование спор способствует сохранению вида и не является способом размножения.

Спорообразующие аэробные бактерии, у которых размер споры не превышает диаметра клетки, называются бациллами, а спорообразующие анаэробные бактерии, у которых размер споры превышает диаметр клетки и она поэтому принимает форму веретена, называют клостридиями[2].

21. Сущность основного биохимического процесса, протекающего квашении и получении кисломолочных продуктов.

Возбудители, их характеристика.

Условия развития

Учитывая разнообразие катализируемых бактериями химических реакций, неудивительно, что они широко используются в производстве, в ряде случаев с глубокой древности. Славу таких микроскопических помощников человека прокариоты делят с грибами, в первую очередь – дрожжами, которые обеспечивают большую часть процессов спиртового брожения.

В настоящее время бактерии применяются этой отраслью в основном для производства сыров, других кисломолочных продуктов и уксуса. Главные химические реакции здесь – образование кислот.

«Брожение» - это сугубо микробиологический термин. Он характеризует энергетическую сторону способа существования нескольких групп эубактерий, при котором они осуществляют в анаэробных условиях окислительно-восстановительные превращения органических соединений, сопровождающиеся выходом энергии, которую эти организмы используют. Поскольку брожение протекает без участия молекулярного кислорода, все окислительно-восстановительные превращения субстрата происходят за счет его «внутренних» возможностей. Процесс брожения связан с такими перестройками органических молекул субстрата, в результате которых на окислительных этапах процесса высвобождается часть свободной энергии, заключенной в молекуле субстрата, и происходит ее запасание в молекулах АТФ. В процессе брожения, как правило, происходит расщепление углеродного скелета молекулы субстрата.

Круг органических соединений, которые могут сбраживаться, довольно широк.

Это углеводы, спирты, органические кислоты, аминокислоты, пурины, пиримидины.

Химическое вещество может быть подвергнуто сбраживанию, если оно содержит не полностью окисленные (или восстановленные) углеродные атомы. В этом случае есть возможность для окислительно-восстановительных преобразований между молекулами (или внутри одного вида молекул), возникающими из субстрата.

Молочнокислые бактерии распространены там, где они могут обеспечить свои высокие потребности в питательных веществах и где имеются большие количества углеводов, переработка которых дает им необходимую для роста энергию. Их много в молоке и молочных продуктах, на поверхности растений и в местах разложения растительных остатков; обнаружены они в пищеварительном тракте и на слизистых оболочках животных и человека.

Молочнокислым бактериям принадлежит главная роль в осуществлении ряда процессов, используемых с давних времен для получения различных кисломолочных продуктов, в процессах соления и квашения овощей, силосования кормов. Кефир - продукт совместной деятельности молочнокислых бактерий и дрожжей. Известно много национальных кисломолочных продуктов (кумыс, йогурт и др.), для приготовления которых используют кобылье, верблюжье, овечье, козье молоко, а в качестве закваски - естественно возникшие и сохраняемые комплексы молочнокислых бактерий и дрожжей. Молочнокислые бактерии играют также большую роль в процессе приготовления сыров и сливочного масла. Первый этап производства сыров (створаживание белков молока) осуществляется молочнокислыми бактериями.

Скисание сливок, необходимое для получения сливочного масла, также вызывают бактерии рода Streptococcus. Помимо молочной кислоты некоторые из них образуют ацетоин и диацетил, придающие сливочному маслу характерный запах и вкус Субстратом служит лимонная кислота, содержание которой в молоке может достигать 1 г/л. Реакции, ведущие к образованию этих веществ, начинаются с расщепления лимонной кислоты:

лимонная кислота   уксусная кислота + щавелевоуксусная кислота

Уксусная кислота выделяется в среду, а щавелевоуксусная кислота (ЩУК) декарбоксилируется, что приводит к образованию пирувата:

ЩУК    пировиноградная кислота + CO₂.

Дальнейшее метаболизирование пирувата осуществляется по трем различным путям: часть молекул восстанавливается до молочной кислоты; другая часть подвергается декарбоксилированию, приводящему к возникновению разных C₂-интермедиатов (ацетил-КоА и «активный» ацетальдегид) и взаимодействию между ними, заканчивающемуся синтезом молекулы диацетила. Восстановление последнего приводит к образованию ацетоина.

Эта последовательность реакций не связана с получением клеткой энергии. Смысл ее, возможно, в дополнительном своеобразном решении «акцепторной проблемы», так как, во-первых, образование пирувата в реакции 1 не сопровождается синтезом НАД-H₂, и, во-вторых, синтез ацетоина из диацетила требует дополнительных молекул НАД-H₂.

Использующие мальтозу молочнокислые бактерии участвуют в квашении овощей. В мелко нарезанные овощи добавляют 2-3% соли и создают условия, исключающие свободный доступ воздуха. Начинается спонтанное молочнокислое брожение. Аналогичный процесс протекает при силосовании кормов. Предназначенная для силосования растительная масса плотно загружается в силосные башни или ямы. Чтобы повысить питательные свойства среды, добавляют мелассу, а с целью создания более благоприятных условий для молочнокислых бактерий растительную массу подкисляют. В этих условиях также протекает спонтанное молочнокислое брожение.

При брожении некоторые реакции на пути анаэробного преобразования субстрата связаны с наиболее примитивным типом фосфорилирования - субстратным фосфорилированием. К синтезу АТФ по механизму субстратного фосфорилирования ведут катаболические реакции, которые в зависимости от своей химической природы могут быть разделены на два типа. Большинство относится к окислительно-восстановительным реакциям. Богатые энергией соединения возникают в процессе брожения на этапах анаэробного окисления. Например, окисление фосфоглицеринового альдегида (ФГА), катализируемое ФГА-дегидрогеназой, приводит к образованию богатого энергией метаболита - 1,3-дифосфоглицериновой кислоты (1, 3-ФГК). Анаэробное окисление пировиноградной или a-кетоглутаровой кислот приводит к образованию высокоэнергети-ческих метаболитов - ацетил-КоА⁴⁰ или сукцинил-КоА соответственно.