Содержание
3. Спорообразование
и роль спор микроорганизмов. Значение данного фактора при производстве и
хранении продуктов. 3
22. Сравнительная
характеристика маслянокислого и пропионово-кислого брожений. Сущность
процессов. Характеристика возбудителей, условия развития. Практическое
использование. 7
39. Микрофлора
плодов и овощей при квашении. Виды порчи, возбудители, меры предупреждения. 12
Список литературы.. 15
3. Спорообразование и роль спор
микроорганизмов. Значение данного фактора при производстве и
хранении продуктов
Микробиология – наука,
изучающая мельчайшие, невидимые простым глазом организмы, называемые микробами.
Они содержатся в почве, воде, воздухе, на поверхности пищевых продуктов.
находят микроорганизмы даже в сильных ядах, атомных реакторах, горячих
источниках и при очень низкой температуре. Главные источники, откуда
микроорганизмы попадают в пищевые продукты, - почва, воздух и вода[1].
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[2].
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[3].
22.
Сравнительная характеристика маслянокислого и пропионово-кислого брожений.
Сущность процессов. Характеристика возбудителей, условия развития. Практическое
использование
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[4].
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 неполностью окисленные (или
восстановленные) углеродные атомы. В этом случае есть возможность для
окислительно-восстановительных преобразований между молекулами (или внутри
одного вида молекул), возникающими из субстрата. В результате одна часть
продуктов брожения будет более восстановленной, другая — более окисленной по
сравнению с субстратом. Продуктами брожений являются различные органические
кислоты (молочная, масляная, уксусная, муравьиная), спирты (этиловый,
бутиловый, пропиловый), ацетон, а также CO2 и H2. Обычно в процессе брожения
образуется несколько продуктов. В зависимости от того, какой основной продукт
накапливается в среде, различают молочнокислое, спиртовое, маслянокислое,
пропионовокислое и другие виды брожений.
В данном вопросе мы
рассмотрим и сравним маслянокислое и пропионовокислое брожения.
В каждом виде брожения
можно выделить две стороны: окислительную и восстановительную. Процессы
окисления сводятся к отрыву электронов от определенных метаболитов с помощью
специфических ферментов (дегидрогеназ) и акцептированию их другими молекулами, образующимися
из сбраживаемого субстрата, т. е. в процессе брожения происходит окисление
анаэробного типа.
Собственно энергетической
стороной процессов брожения является их окислительная часть, поскольку реакции,
ведущие к выделению энергии, - это реакции окисления. Существует несколько
исключений из этого правила: некоторые анаэробы часть энергии при сбраживании
субстрата получают также в результате его расщепления. Примитивность процессов
брожения заключается в том, что из субстрата в результате его анаэробного
преобразования извлекается лишь незначительная доля той химической энергии,
которая в нем содержится. Продукты, образующиеся в процессе брожения, все еще
содержат в себе значительное количество энергии, заключавшейся в исходном
субстрате. Чтобы четче представить разницу в энергетическом выходе процессов
брожения и дыхания, приведем данные по изменению уровней стандартной свободной
энергии для процессов гомоферментативного молочнокислого брожения и дыхания при
одинаковом исходном энергетическом субстрате (глюкоза):
DG0'=-196,65 кДж/моль;
DG0' = –2870,22 кДж/моль.
Типичными представителями
клостридиев, осуществляющих маслянокислое брожение, являются C. butyricum и C.
pasteurianum. Они сбраживают сахара с образованием масляной и уксусной кислот,
CO2 и H2. Превращение глюкозы до пирувата осуществляется по гликолитическому
пути. Следующая реакция - разложение пирувата до ацетил-КоА и CO2,
сопровождающееся образованием восстановленного ферредоксина (Фд). Реакция
катализируется ферментом пируват: ферредоксиноксидоредуктазой и является
ключевой в маслянокислом брожении. Особенности реакции - участие в ней белков,
содержащих негемовое железо и кислотолабильную серу (FeS-белки).
Кислотолабильной она
названа потому, что при кислотной обработке белка происходит ее выделение в
виде H2S.
К FeS-белкам относится
группа белков, участвующих в процессах электронного транспорта (ферредоксины),
и ряд ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции.
Установлено, что FeS-белки являются ключевыми в таких важных клеточных
процессах, как фотосинтез, дыхание, азотфиксация, фиксация CO2.
Выведение уравнения
маслянокислого брожения и определение его энергетического выхода затруднительно
из-за лабильности процесса, состоящего из двух основных ответвлений: одного -
окислительного, ведущего к образованию ацетата и АТФ, другого - восстановительного,
функция которого - акцептирование водорода, образовавшегося в процессе
гликолиза. Количественное соотношение между обоими ответвлениями зависит от
многих внешних факторов (состав среды, стадия роста и др.).
Следующая реакция
заключается в переносе КоА-группы с пропионил-КоА на янтарную кислоту
(сукцинат), в результате чего образуется сукцинил-КоА и пропионовая кислота.
Образовавшаяся
пропионовая кислота выводится из процесса и накапливается вне клетки.
Сукцинил-КоА превращается в метилмалонил-КоА.
В состав кофермента
метилмалонил-КоА-мутазы входит витамин B12. Перегруппировки типа, указанного в
приведенном выше уравнении, характерны для реакций, катализируемых ферментами,
содержащими витамин B12. В описанной выше реакции происходящие перемещения
атомов в молекуле сводятся к двум типам: изменению углерод-углеродных связей и
перераспределению водорода между углеродными атомами. Реакция, катализируемая
мутазой, - ключевая в пропионовокислом брожении, так как в ней подготавливается
субстрат, являющийся предшественником пропионовой кислоты.
Образование пропионовой кислоты
из пировиноградной - результат взаимосвязанного функционирования двух циклов:
цикла переноса одноуглеродного фрагмента и цикла переноса кофермента А[5].
Вывод:
Маслянокислое брожение -
процесс превращения сахара маслянокислыми бактериями в анаэробных условиях в
масляную кислоту, углекислый газ и водород. Побочные продукты брожения –
бутиловый спирт, ацетон, этиловый спирт, уксусная кислота.
В природе маслянокислое
брожение является частью превращения органическизх веществ, но на практике
может стать причиной порчи овощей, бомбажа консервов, вспучивания сыра и др.
При пропионовокислом
брожении сахар и молочная кислота превращаются в пропионовую или уксусную
кислоты с выделением углекислого газа и воды. некоторые пропионовокислые
бактерии образуют муравьиную, янтарную и другие кислоты. Пропионовокислое
(направленное) брожение применяется при созревании сыров. За счет углекислого
газа, выделяемого при пропионовокислом брожении, образуются глазки сыра, а сама
кислота (вместе с уксусной) придает продукту острый вкус и специфический запах.
Пропионовая кислота ингибирует плесени, может применяться для получения витамина
В12[6].
Лактобациллы - бактерии, возбудители
молочнокислого брожения.
С
жизнедеятельностью клостридиев связаны различные процессы, протекающие в
природе: разложение (гниение) азотсодержащих соединений (белков, нуклеиновых
кислот) в анаэробных условиях; анаэробное разложение растительных материалов,
таких как клетчатка, хитин. Некоторые сахаролитические клостридии могут
использовать в качестве субстрата брожения пектиновые вещества, составляющие
покровы растительных клеток. Пектин - полимер метил-D-галактуроновой
кислоты. Последняя имеет сложное строение и при воздействии на нее пектиновыми
ферментами гидролизуется на ряд сахаров, кислот и метиловый спирт. Клостридии,
принадлежащие к виду C. felsineum, содержат активную пектиназу и могут
поэтому получать энергию, осуществляя маслянокислое брожение пектиновых
веществ. Этот вид играет важную роль в процессе мацерации волокон при мочке
льна.
Еще
в конце прошлого века было обнаружено, что некоторые клостридии патогенны, т.е.
вызывают заболевания человека и животных. В основе патогенности клостридиев
лежит их способность синтезировать и выделять из клетки высокоэффективные
токсины.
Бактерии
группы Clostridium находят и практическое применение. Их используют в
производстве масляной кислоты, необходимой для парфюмерной промышленности.
Ацетоно-бутиловое брожение, осуществляемое некоторыми видами клостридиев,
используют для получения в промышленном масштабе ацетона и бутанола. В свое
время в нашей стране возникла острая потребность в этих веществах. Получать их
химическим путем в то время было гораздо сложнее, чем микробиологически. В 30-х
гг. академик В. Н. Шапошников организовал одно из первых в СССР промышленных
микробиологических производств, на котором было освоено получение н-бутанола
и ацетона с помощью клостридиев.
39. Микрофлора
плодов и овощей при квашении. Виды порчи, возбудители, меры предупреждения
Квашение – наиболее
щадящий метод консервирования плодов и овощей. Аскорбиновая кислота содержится
в свежей капусте в различных формах. Витаминной активностью обладают не все из
них. Химические реакции, происходящие при квашении, способствуют переходу этих
веществ в витаминно-активную форму. Таким образом, в квашенной капусте может
содержаться большее количества витамина С. Так как витамин С хорошо растворим в
воде, то наибольшее количество его обнаруживается в рассоле, а промывание
квашенной капусты водой при подаче к столу сокращает содержание этого витамина
в 6-8 раз.
Процесс квашения основан
на том, что при высокой концентрации сахара и поваренной соли увеличивается
асматическое давление и не могут развиваться микроорганизмы. При высокой
концентрации сахара или соли протоплазма микробов обезвоживается за счет
разности парциального давления и плазмолиза.
Также квашение основано
на консервирующем действии молочной кислоты или спирта, которые образуются в
продуктах при молочнокислом и спиртовом брожении. При квашении вносят 2-5% соли
для усиления для усиления плазмолиза клеток, что способствует переходу сока
(сахара) в рассол.
В кислой среде гнилостные
бактерии не развиваются. Этиловый спирт накапливается в виноградных и
плодово-ягодных винах в результате дрожжевой деятельности. Замечено, что
накопление в вине спирта более 20% приводит к гибели микроорганизмов (дрожжей,
плесеней)[7].
Возбудителями молочнокислого брожения, происходящего при квашении,
являются различные виды молочнокислых бактерий, которые имеются в небольшом
количестве на поверхности овощей. Простой пример: на 1 квадратном сантиметре
свежих огурцов насчитывается от 65 до 1058 молочнокислых бактерий, а после хранения
в течение суток число их возрастает в
20 - 60 раз! Это составляет всего 3 - 6 процентов от общего
количества микроорганизмов, находящихся на поверхности овощей. То же можно
сказать и о капусте.
Несмотря на небольшое количество молочнокислых бактерий, они
угнетают развитие других микроорганизмов, и процесс засолки при правильной
подготовке овощей идет нормально.
В первой фазе квашения овощей (при температуре 20 С) размножаются все микроорганизмы
и образуются продукты жизнедеятельности всех участвующих в брожении бактерий. В
это время происходит ожесточенная борьба между молочнокислыми, маслянокислыми,
уксусными, гнилостными и другими бактериями. В результате этой борьбы на пятый
день победителями выходят молочнокислые бактерии, хотя они и образуют всего
около 0,3 % молочной кислоты.
В первой фазе засолки или квашении любых овощей происходит только
интенсивное размножение молочнокислых бактерий.
В этот же период овощи выделяют сок в рассол. Вес овощей
постепенно уменьшается, а количество рассола, наоборот, увеличивается.
Во второй фазе засолки, продолжающейся
около 15 - 20 суток (при температуре 5 - 12 С), молочнокислые бактерии усиленно
выделяют молочную кислоту. Растворяясь в рассоле, она вместе с ним проникает в
плодовую ткань. Рассол поглощается овощами, из ткани плодов вытесняется воздух,
увеличиваются объем и вес плодов. Проникновение соли в овощи способствует
уплотнению ткани.
В третьей фазе (при температуре 5 -
12 С) молочнокислое брожение почти прекращается, приостанавливается и
накопление молочной кислоты. Проникновение соли в плодовую ткань продолжается,
но уже более замедленными темпами. Количество рассола уменьшается, так как он
впитывается овощами. Происходит дальнейшее увеличение объема овощей, а
содержание воздуха в них уменьшается. К концу третьей фазы соль равномерно
распределяется по всей толще овощей, и квашенья становятся готовыми к
употреблению.
Отмечено влияние чистоты соли на качество квашений. Поэтому по
стандарту для приготовления рассола должна использоваться только пищевая соль.
Несоблюдение этого, казалось бы, такого простого требования и применение
нефильтрованных рассолов может привести к образованию на соленьях и квашеньях
нерастворимого в воде осадка, напоминающего сероватый налет плесени.
Список
литературы
1. Воробьев А.В., Быков А.С., Пашков
Е.П., Рыбакова А.М. Микробиология: Учебник. М.: Медицина, 1998.
2. Гусев М.В., Минаева Л.А.
Микробиология. – М.: Изд-во МГУ, 1992.
3. Кругляков Г.Н., Круглякова Г.В.
Товароведение продовольственных товаров: Учебник. ростов н/Д: Издательский
центр «МарТ», 1999.
4. Мудрецова-Висс К.А. Микробиология. –
М.: Экономика, 1985.
5. Цапалова И.Э. Наследственность
микроорганизмов и ее роль в формировании ассортимента и качества пищевых
продуктов. – Новосибирск, 1995.
6. Шлегель Г. Общая микробиология. – М.:
Мир, 1987.
[1] Цапалова И.Э. Наследственность
микроорганизмов и ее роль в формировании ассортимента и качества пищевых
продуктов. – Новосибирск, 1995. С. 7.
[2] Гусев М.В., Минаева Л.А.
Микробиология. – М.: Изд-во МГУ, 1992. С. 90-105.
[3]
Воробьев А.В., Быков А.С., Пашков Е.П., Рыбакова А.М. Микробиология: Учебник.
М.: Медицина, 1998. С. 28.
[4] Шлегель Г. Общая микробиология. –
М.: Мир, 1987. С. 90.
[5] Гусев М.В., Минаева Л.А. Микробиология. – М.: Изд-во
МГУ, 1992. С. 133-135.
[6]
Кругляков Г.Н., Круглякова Г.В. Товароведение продовольственных товаров:
Учебник. Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 1999. С. 47.
[7] Кругляков Г.Н., Круглякова Г.В.
Товароведение продовольственных товаров: Учебник. ростов н/Д: Издательский
центр «МарТ», 1999. С. 37-38.