Учебник по микробиологии. Учебник для товаровед, и технол фак торг вузов. 5е изд., перераб. М. Экономика, 1985. 256 с
 Скачать 2.41 Mb.
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| | | | | Таблица 10 |
| Названия бактерий | Доза облучения, снижающая количество бактерий в 10 раз, Крад | Названия | эактерий | Доза облучения, снижающая количество бактерий в 10 раз, Крад |
| Escherichia coli . . Proteus vulgaris . . Salmonella typhimu- Streptococcus faecalis Aerobacter aerogenes Pseudomonas fluores- | 20–37 15–10 20–70 50 30 10 111 210–290 100 170–270 | Bacillus subtilis . . Bacillus cereus . . Bacillus megatehe- | 130–300 180 220 | |
| Clostridium | sporoge- | 210 | ||
| Clostridium gens | perfrin- | 120–200 | ||
| Micrococcus varians Micrococcus radiodu- Micrococcus caseoly- ticum...... Staphylococcus au- | Clostridium fnum | botuli- | 300–400 | |
| Clostridium cum | putrifi- | 200 | ||
| | | | ||
Радиоустойчивость различных микроорганизмов колеблется в широких пределах.
Для вегетативных клеток бактерий губительная доза облучения у-лучами лежит в пределах от 10 тыс. до 300 тыс. рад1, а для некоторых – даже 1 млн. рад (табл. 10). Чувствительны к облучению кишечная палочка, протей и сальмонеллы – возбудители пищевых отравлений, многие бактерии рода Pseudomonas – распространенные возбудители порчи мясных и рыбных продуктов. Микрококки отличаются повышенной устойчивостью. Особо радиоустойчивы споры бактерий; для их гибели необходима доза от 500 тыс. до 5 млн. рад. Если, например, вегетативные клетки Clostridium botulinum гибнут при дозе облучения 0,4 Мрад, то их споры – при 2,0–2,5 Мрад.
Смертельной дозой для большинства грибов и дрожжей являются дозы порядка сотен тысяч рад, но существуют виды более и менее радиоустойчивые.
Радиопоражаемость микроорганизмов одного и того же вида изменяется в зависимости от возраста клеток, состава среды, мощности дозы (дозы облучения в единицу времени).
В настоящее время расширяется использование ионизирующих излучений (в медицине, сельском хозяйстве, промышленности). Наиболее приемлемыми для обработки сельскохозяйственного сырья, пищевых продуктов оказались γ-лучи, обладающие наибольшей проникающей способностью и не вызы-
1 Ρ а д – единица измерения дозы ионизирующих излучений; соответствует 100 эрг, поглощенным 1 г облучаемого объекта. Крад – килорад= 1000 рад. Мрад – мегарад= 1 млн. рад.
93
вающие при облучении появления в продукте «наведенной» радиации.
Трудами многих отечественных и зарубежных исследователей научно обоснована возможность и эффективность облучения γ-излучениями некоторых скоропортящихся пищевых продуктов для удлинения сроков их хранения. Источником этих лучей являются радиоактивные изотопы, чаще Со60.
В связи с высокой радиоустойчивостью бактериальных спор для стерилизации пищевых продуктов требуются большие дозы – около 4–5 Мрад. Однако такие дозы вызывают нежелательные изменения свойств многих продуктов: цвета, запаха, вкуса, растительные продукты размягчаются. Поэтому разработаны дозировки γ-излучений для частичного уничтожения микроорганизмов в продуктах. Такую обработку нестерилизую-щими дозами называют ρ а ду ρ и за цие й. Облучение дозами в пределах от 0,2 до 0,6 Мрад, не ухудшая качества продуктов, в сотни раз снижает их обсемененность микроорганизмами и значительно удлиняет срок хранения, особенно при сочетании с холодом (см. гл. 7, «Микробиология мяса и рыбы»).
На эффективность облучения большое влияние оказывает первоначальная обсемененность продукта микроорганизмами. Чем она больше, тем ниже действие принятой дозы ионизирующей радиации.
В радуризированных продуктах, как показали гигиенические исследования и эксперименты на животных, токсические для человека и канцерогенные вещества, видимо, не образуются.
Однако радуризация пищевых продуктов в нашей стране разрешается органами здравоохранения с большой осторож-' ностью. Для внедрения в практику пищевой промышленности любого нового способа обработки пищевого продукта требуется всестороннее доказательство безвредности обработанного продукта и отсутствия снижения его пищевой ценности и орга-нолептических свойств. Исследования в этой области продолжаются.
Радиоволны. Это электромагнитные волны, характеризующиеся относительно большой длиной – от миллиметров до километров и частотами от 3 -104 до 3·10η герц (Гц) '.
Прохождение коротких и ультрарадиоволн (с длиной от 10 м до миллиметров) через среду вызывает в ней возникнове-" ние переменных токов высокой (ВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ). В электромагнитном поле электрическая энергия преобразуется в тепловую.
Характер нагревания в поле ВЧ и СВЧ отличается от обычных способов нагрева и обладает рядом преимуществ. Объект
1 Герц (Гц) = одно колебание в секунду. Килогерц (кГц)=1000 колебаний. Мегагерц (МГц) = 1 000 000 колебаний в секунду. Герц, килогерц и мегагерц – единицы частоты.
94
(продукт) нагревается быстро и равномерно но всей массе. Воду в стакане, например, можно довести до кипения в течение 2–3 с. Рыба (1 кг) варится в течение 2 мин, мясо (1 кг) – 2,5, курица – 6–8 мин.
Нагрев может происходить избирательно, т. е. различные компоненты облучаемого объекта в зависимости от их электрофизических свойств будут нагреваться в различной степени.
Гибель микроорганизмов в электромагнитном поле высокой интенсивности наступает в результате теплового эффекта, но полностью механизм действия СВЧ-энергии на микроорганизмы не раскрыт. Некоторые исследователи считают, что существует специфическое воздействие электромагнитных волн. Установлено, что СВЧ-поля малой интенсивности, не вызывающей нагревания среды, оказывают влияние на некоторые физиологические и биохимические свойства микробных клеток. Приводятся данные по гибели некоторых бактерий и дрожжей в СВЧ-поле при 35–40 °С (А. И. Педенко и др.).
Благодаря специфическим особенностям этого способа нагревания перспективно применение его для пастеризации и стерилизации пищевых продуктов, в частности для плодово-ягодных консервов (компотов, джемов, фруктовых соков и пр.). По сравнению с обычной паровой стерилизацией в автоклавах плоды и ягоды благодаря значительному сокращению срока нагревания (1–3 мин) до температуры 90–100 °С гораздо лучше сохраняют свои первоначальные свойства (аромат, вкус, консистенцию, витаминность) при обеспечении достаточной стерильности.
В последние годы сверхвысокочастотная электромагнитная обработка пищевых продуктов все более применяется в пищевой промышленности и общественном питании (для варки, сушки, выпечки, разогревания, размораживания и др.).
По сравнению с традиционным способом тепловой обработки время нагревания СВЧ-энергией до одной и той же температуры сокращается во много раз, в связи с чем полнее сохраняются вкусовые и питательные свойства продукта, а эффект воздействия на его микрофлору практически одинаков. Остаточной микрофлоры не более, чем в продукте, обработанном при той же температуре традиционным способом: в составе ее преобладают спороносные бактерии и микрококки.
Для каждого вида продукта требуются оптимальные режимы СВЧ-нагрева, так как микрофлора по составу может быть значительно различной, а чувствительность разных микроорганизмов неодинакова.
Ультразвук
Ультразвуком называют механические колебания с частотами более 20 000 колебаний в секунду (20 кГц). Колебания такой частоты находятся за пределами слышимости человеком.
95
УЗ-волны могут распространяться в твердых, жидких и газообразных средах. Они обладают большой механической энергией и вызывают ряд физических, химических и биологических явлений. С помощью УЗ можно вызвать распад высокомолекулярных соединений, коагуляцию белков, инактивацию ферментов и токсинов, разрушать полностью или частично многоклеточные и одноклеточные организмы, в том числе микроорганизмы. Эффективность действия зависит от природы организмов, интенсивности УЗ-энергии1 и частоты колебаний.
Губительно действует на микроорганизмы УЗ только определенной мощности, ниже которой даже длительное их действие не приводит к летальному (смертельному) эффекту. Происходят лишь те или иные морфологические и физиологические изменения свойств микроорганизмов. УЗ малой мощности ускоряют некоторые физиологические процессы, повышают ферментативную активность, вызывают механическое разделение скоплений клеток; сарцины и стрептококки распадаются при этом на отдельные жизнеспособные клетки. Бактерицидное действие ультразвука начинает проявляться при интенсивности 1,0– 0,5 Вт/см2 и частоте колебаний порядка десятков килогерц.
Различные микроорганизмы обладают неодинаковой чувствительностью к воздействию ультразвука; штаммы даже одного вида проявляют разную устойчивость. Бактерии более чувствительны, чем дрожжи, при этом кокковидные формы более стойки, чем палочковидные. Споры бактерий значительно выносливее вегетативных клеток. Дикие дрожжи более рази-стентны, чем культурные (рис. 26).
Эффективность действия УЗ при одной и той же интенсивности и частоте колебаний зависит от продолжительности воздействия, химического состава облучаемой среды, ее вязкости,. рН, температуры. Имеет значение и число бактерий в объекте,
1 Количество энергии, приходящееся на единицу площади за единицу времени.
96
Обрабатываемом УЗ: чем их больше, тем продолжительнее должно быть воздействие, чтобы получить стерилизующий эффект.
Природа бактерицидного действия ультразвука в полной мере еще не раскрыта. Основной причиной является, по-видимому, кавитационный1 эффект. При распространении в жидкости УЗ-волн происходит быстро чередующееся разрежение и сжатие частиц жидкости. При разрежении в среде образуются мельчайшие полые пространства – «пузырьки», заполняющиеся парами окружающей жидкости и газами. При сжатии, в момент захлопывания кавитационных «пузырьков», возникает мощная гидравлическая ударная волна, вызывающая разрушительное действие.
Гибель микроорганизмов зависит, очевидно, не только от механического, но и от электрохимического действия УЗ-энергии. В водной среде происходит ионизация молекул воды и активация растворенного в ней кислорода. При этом образуются вещества, обладающие большой реакционной способностью, которые и обусловливают ряд химических процессов, неблагоприятно действующих на живые организмы.
Благодаря специфическим свойствам УЗ все более широко применяют в различных областях техники и технологии многих отраслей народного хозяйства. Ведутся исследования по применению УЗ-энергии для стерилизации питьевой воды, пищевых продуктов (молока, фруктовых соков, вин), мойки и стерилизации стеклянной тары, трудно очищаемой обычными приемами.
ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Химический состав среды является одним из главных факторов развития микроорганизмов, так как должен удовлетворять потребность микробов в питательных и энергетических веществах. Кроме того, он определяет реакцию (рН) среды и ее окислительно-восстановительные условия. Среди химических веществ могут находиться такие, которые способны задерживать развитие микроорганизмов или даже вызывать их гибель.
V
Реакция среды (рН)
Реакция среды, т. е. степень ее щелочности или кислотности, оказывает большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов. Физиологически действующим началом в кислых и щелочных субстратах является концентрация гидроксильных и водородных ионов (Н+ и ОН).
Под влиянием рН среды может изменяться активность ферментов, а в связи с этим биохимическая активность микробов
1 «Кавитатис» в пер. с англ. означает полость, впадина.
4 Заказ № 1969 97
Рис. 26. Выживаемость (% к контролю)
микроорганизмов при различных частотах
воздействия ультразвука (по данным Г. П.
Авакяна):
a–Sacch. ludwigii; б –Acetobacter aceti; s –
Sacch. vini; г – Lactobacillus plantarum; д–
Torulopsis utilis; e – Candida mycoderma
и направленность осуществляемых ими биохимических превращений. Так, одни и те же дрожжи в кислой среде образуют из сахара большое количество этилового спирта и незначительное количество глицерина; в щелочной среде содержание глицерина резко увеличивается, а выход спирта снижается. Изменение ре-, акции среды может влиять на электрический заряд поверхности клетки, в связи с чем изменяется проницаемость клетки для отдельных ионов. При колебаниях рН среды может изменяться степень диссоциации веществ в среде, что в свою очередь отразится на обмене веществ клетки.
Жизнедеятельность каждого вида микроорганизмов возможна при прочих благоприятных условиях, лишь в более или менее определенных границах рН среды, выше и ниже которых она угнетается. Для большинства плесневых грибов и дрожжей наиболее благоприятна слабокислая среда с рН 5–6. Большинство бактерий лучше растет в зоне рН 6,8–7,3, т. е. в нейтральной или слабощелочной среде. За небольшим исключением, они не развиваются при рН ниже 4,0 и выше 9,0, но многие длительно сохраняются живыми. Плесени могут развиваться в более широком диапазоне – при рН от 1,2 до 11,0. Споры грибов прорастают в более узком интервале рН по сравнению с развитием мицелия. Для отдельных представителей бактерий и грибов эти пределы могут быть значительно более узкими.
Для бактерий кислая среда губительнее щелочной. Вегетативные клетки обычно менее устойчивы, чем споры. Особенно неблагоприятна кислая среда для гнилостных бактерий и бактерий, вызывающих пищевые отравления. Бактерии, которые в процессе жизнедеятельности образуют кислоту, более выносливы к снижению рН. Одни микроорганизмы, например молочнокислые бактерий, при накоплении в среде известного количества кислоты постепенно погибают. Другие способны регулировать реакцию среды, образуя в таких условиях соответствующие вещества, которые либо подкисляют, либо подщелачивают среду, препятствуя сдвигу рН в сторону, неблагоприятную для их развития. Например, дрожжи в благоприятной для них кислой среде вырабатывают главным образом нейтральный продукт – этиловый спирт. В нейтральной среде они образуют уксусную кислоту, которая снижает рН среды до благоприятного для них значения, а затем дрожжи начинают вырабатывать этиловый спирт. Некоторые плесневые грибы при росте на белковых средах образуют щавелевую кислоту или другие кислоты, которые препятствуют повышению щелочности субстрата.
В табл. 11 приведены литературные данные, характеризующие отношение некоторых микроорганизмов к рН среды. Указанные предельные значения рН могут значительно колебаться в зависимости от других условий среды и физиологических особенностей микроорганизмов. В кислой среде усиливается действие других неблагоприятных факторов.
98
| | | Τ a | блица И |
| | | рН среды | |
| Названия микроорганизмов | минимум | оптимум | максимум |
| Бактерии: | 3–4 4–4,7 4–4,6 3–3,9 4,4–5 4,4–4,9 5 5,5 5,6 4,5–5 4,2 4,5–5,8 5,7 4-5 1,5 1,8 2 3,1 2. 1,6 2 2,5 3-3,5 | 5,4–6,3 6–6,5 5,8–6 6,5–7,5 6,5–7,5 7–8 6,6–7 7,1 6,7 7–8 6,5–7,6 6,9–7,3 6,5–7,5 4,5–6 | 7–8 |
| Streptococcus lactis ........ Lactobacillus acidophilus ..... | 7,9–8,5 6,8 7,1 | ||
| | 7,8–9 | ||
| | 8,4–9 | ||
| Pseudomonas aeruginosa ...... | 8,5 8,5–9 9,3 8,5 | ||
| Clostridium amylobacter ...... Плесневые грибы: | 8,5–9,4 8,5–9 8,5 9 9,8 | ||
| | 8,4 | ||
| | 8 | ||
| Clodosporium herbarum ...... | 7,7 8,5 | ||
| | 9,8 10 9 | ||
| | 8,5 |
Губительное действие на микроорганизмы некоторых органических кислот (например, уксусной, бензойной, масляной) может быть обусловлено не только неблагоприятной концентрацией водородных ионов, но и токсичностью недиссоциирован-ных молекул кислот. Установлено, например, что уксусная кислота в количестве 0,5–2 % оказывает бактерицидное действие.
Молочнокислый стрептококк прекращает размножаться в субстрате, содержащем молочную кислоту, при рН 4,7–4,4, а в присутствии уксусной – при рН 5,1–4,8.
Неодинаковое отношение микроорганизмов к реакции среды является одной из причин наблюдаемой в природных условиях смены одних форм микроорганизмов другими. Зная отношение различных микроорганизмов к реакции среды и регулируя рН, можно подавлять или стимулировать их развитие, что имеет большое практическое значение.
Так, неблагоприятное действие кислой среды на гнилостные бактерии положено в основу хранения некоторых пищевых продуктов в маринованном и квашеном виде. В первом случае к продукту добавляют небольшое количество уксусной кислоты, во втором – дают возможность развиваться молочнокислым
99
бактериям, которые образуют кислоту, и этим препятствуют развитию гнилостных бактерий. Однако квашеные продукты и маринады не отличаются большой стойкостью при хранении, так как органические кислоты (молочная, уксусная) могут быть использованы многими плесенями и дрожжами. В результате этого кислотность среды быстро падает и снова создаются условия, благоприятные для развития гнилостных бактерий. Чтобы задержать рост микробов – потребителей кислот, маринованные и квашеные продукты следует пастеризовать и хранить при пониженных температурах.
Окислительно-восстановительные условия среды
Микроорганизмы различаются, как отмечалось ранее, потребностью в условиях аэрации среды. Степень ее аэробности может быть количественно охарактеризована величиной окислительно-восстановительного потенциала (Eh), который определяется обычными потенциометрическими методами. Величину Et, выражают в вольтах. Окислительно-восстановительные условия в среде обозначают также символом гН2', величина которого вычисляется по уравнению
В среде, окислительные свойства которой соответствуют насыщению ее кислородом, гН2 равен 41. В среде с высокими восстановительными условиями, соответствующими насыщению · среды водородом, гН2 равен 0. При равновесии окислительных и восстановительных процессов в среде гН2 равен 28. Если гН2 ниже 28, то это указывает на большую или меньшую восстановительную способность среды, а если выше 28 – на ее окислительную способность.
Облигатные анаэробы живут при гН2 не выше 12–14, но размножаются они лишь при низких значениях гН2 – не выше 3–5. Факультативные анаэробы развиваются при гН2 среды от 0 до 20–30. Для аэробов нижний предел гН2 около 12–15, а значение гН2 выше 30 неблагоприятно и для них.
Окислительно-восстановительный потенциал среды влияет не только на рост и размножение аэробных и анаэробных микроорганизмов, но и на их обмен веществ.
Регулируя окислительно-восстановительные условия среды, можно затормозить или вызвать активное развитие той или иной группы микроорганизмов. Возможно, например, вызвать рост анаэробов в присутствии воздуха путем добавления редуцирующих веществ (например, аскорбиновой кислоты), снижающих окислительно-восстановительный потенциал среды.
1 Показатель гН2 представляет собой отрицательный логарифм давления молекулярного водорода в среде (в атм), взятый с обратным знаком.
100
И наоборот, можно культивировать аэробов в анаэробных условиях, повысив гН2 среды, вводя в нее вещества, обладающие окислительными свойствами.
В процессе жизнедеятельности микроорганизмы могут изменять окислительно-восстановительный потенциал среды, выделяя в нее различные продукты обмена, приспосабливая тем самым среду к своим потребностям.
Химические вещества
Многие химические вещества действуют губительно на микроорганизмы. Такие вещества называют антисептиками. Их действие на микроорганизмы зависит от концентрации и продолжительности воздействия, а также от рН среды и температуры. В очень малых дозах антисептики оказывают даже благоприятное действие, стимулируя размножение или биохимическую активность микробов. С повышением концентрации антисептиков подавляется развитие микробов, а затем они быстро отмирают.
Чувствительность различных видов к одному и тому же антисептику неодинакова.
Из неорганических соединений наиболее сильно действующими на микроорганизмы являются соли тяжелых металлов, особенно соли ртути. При концентрации 1 : 1000 большинство бактерий погибает в течение нескольких минут. Споры бактерий устойчивее, они длительно (часами) сохраняются даже в более крепких (1 : 500) растворах этих веществ.
Ионы некоторых тяжелых металлов – золота, меди, и особенно серебра, присутствуя в растворах в ничтожно малых концентрациях, не поддающихся непосредственному определению, оказывают тем не менее губительное действие на микроорганизмы. Это специфическое действие называется одигодина-мическим (oligos – малый, dinamys – сила). Доказано, что в воде, находящейся в контакте с металлическим серебром, в которой не обнаруживаются обычным методом даже следы растворившегося металла, микроорганизмы, однако, погибают. Объясняется это тем, что ионы серебра адсорбируются на поверхности клетки и изменяют свойства и функции цитоплазма-тической мембраны.
Олигодинамические свойства серебра можно использовать для дезинфекции питьевой воды. Различные препараты серебра и посеребренные материалы применяют в медицине.
Бактерицидное действие проявляют многие окислители (хлор, йод, перекись водорода, марганцевокислый калий), минеральные кислоты (сернистая, борная, фтористоводородная). Отрицательно воздействуют на микроорганизмы сероводород, окись углерода, сернистый газ, углекислый газ.
Некоторые органические соединения также являются ядами для микробов, например формалин, фенолы. Вегетативные
101
клетки многих бактерий довольно быстро погибают в 2–5 % -ном растворе карболовой кислоты, в то время как споры некоторых бактерий в 5 %-ном растворе сохраняют жизнеспособность в течение двух недель и дольше. В различной степени губительно действуют на микроорганизмы спирты, некоторые органические кислоты, например салициловая, масляная, уксусная, бензойная, сорбиновая. Неблагоприятное воздействие этих кислот связано не со снижением рН среды, а с проникновением в клетку недиссоциированных молекул этих кислот. Бактерицидным действием обладают также эфирные масла, дубильные вещества, многие красители (генцианвиолет, бриллиантовая зелень, фуксин).
Механизм действия антисептиков различен. Многие из них нарушают проницаемость цитоплазматической мембраны, а проникая в клетку, вступают во взаимодействие с ее компонентами, в результате чего значительно нарушаются жизненные процессы. Соли тяжелых металлов, формалин, фенолы вызывают коагуляцию белковых веществ клетки и являются ферментными ядами. Спирты, эфиры растворяют липиды клеточных мембран. Хлор и озон вызывают активные окислительные процессы, не свойственные метаболизму клетки, а также разрушают многие ферментные системы.
Многие антисептики используют в медицине, сельском хозяйстве, промышленности и в быту как дезинфицирующие средства для борьбы с болезнетворными микробами. Широко применяют хлор (в газообразном или жидком виде и в форме его соединений) для дезинфекции питьевой воды, тары, оборудования, инвентаря.
Антисептические вещества используют для защиты от микробных поражений текстильных материалов, древесины, бумаги и изделий из нее и других материалов и объектов.
Применение антисептиков для консервирования пищевых продуктов ограничено. Доза антисептика должна быть достаточной, чтобы обеспечить надлежащее консервирующее действие, но безвредной для человека и не влиять отрицательно на продукт. В СССР к использованию допущены немногие химические консерванты в малых дозах (от сотых до одной-двух десятых процента) и только для некоторых пищевых продуктов. Для обработки свежих плодов, овощей, плодово-ягодных полуфабрикатов применяется сернистый ангидрид (S02), сернистая кислота и ее соли. Соли сернистой кислоты (бисульфит калия и натрия, метабисульфит калия и др.) в виде гранул, таблеток закладывают в сохраняемую массу продукта (плодов, овощей) или в упаковочный материал. Консервирующим началом является S02, выделяющийся из антисептика постепенно.
Для консервирования полуфабрикатов из плодово-ягодного. сырья, рыбных консервов, кетовой икры используют бензойную кислоту и ее натриевую соль. Бензойная кислота находится
102
в бруснике, чернике; по-видимому, этим можно объяснить повышенную стойкость продуктов переработки этих ягод.
В последние годы в СССР и за рубежом в качестве консерванта многих пищевых продуктов (безалкогольных и алкогольных напитков, полуфабрикатов, маринадов, кулинарных изделий) все более широко применяют сорбиновую кислоту и ее соли. Эта кислота менее токсична, чем бензойная и сернистая, но более активно воздействует на микроорганизмы. В небольших количествах она находится в ягодах рябины. В дозах, допускаемых для консервирования пищевых продуктов (0,03– 0,1 %), она безвредна для людей, не придает продукту посторонних привкусов и запахов, но длительно задерживает рост плесеней, дрожжей и некоторых бактерий (группы кишечной палочки, сальмонелл). Однако на рост многих бактерий (например, молочнокислых, уксуснокислых) сорбиновая кислота в указанных концентрациях заметного действия не оказывает. Особенно эффективно ее действие в кислой среде (рН 3–4,5), когда сорбиновая кислота находится в недиссоциированном виде.
Этот консервант вводится непосредственно в продукт или им обрабатывают поверхность продукта, оберточные материалы.
Для борьбы с картофельной болезнью хлеба, для предотвращения его плесневения применяют пропионовую кислоту. Хорошие результаты дает введение в тесто солей пропионовой кислоты, или обработка ими оберточной бумаги. Рекомендуется применять этот консервант для некоторых рыбных продуктов.
Работы Я- Я. Никитинского, его учеников и ряда других исследователей доказали эффективность хранения многих скоропортящихся продуктов в атмосфере с повышенным содержанием углекислого газа.
Развитие многих плесеней – возбудителей порчи продуктов–значительно тормозится при концентрации углекислого газа около 20 %, а при 40–50 % они совсем не растут (В. С. За-горянский). Бактерии, как установлено Φ. Μ. Чистяковым, более устойчивы. Заметное угнетающее действие на многие гнилостные формы проявляется лишь при содержании углекислого газа около 40–50 %, а некоторые анаэробные спорообразующие бактерии развиваются даже при концентрации 60–80 % и более. Такое высокое содержание в атмосфере углекислого газа ухудшает качество некоторых продуктов. Наиболее целесообразно применять углекислый газ в сочетании с охлаждением продуктов. Сроки хранения мяса, птицы, колбас и других продуктов при температуре около 0 °С в атмосфере, содержащей 10–-15 % углекислого газа, превышают сроки обычного хранения при такой же температуре в 2–3 раза.
Эффективно хранение некоторых продуктов (полукопченые колбас, сыров, копченой рыбы) при периодическом озонировании их небольшими (3–10 мг/м3) дозами озона непосредственно в холодильных камерах или в камерах, озонированны?
103
перед загрузкой продуктов. Исследования показали эффективность хранения лука, моркови, белокочанной капусты при периодическом озонировании (небольшими концентрациями) воздуха овощехранилищ.
Озон – вещество нестойкое, распадается на молекулярный и атомарный кислород, последний является сильным окислителем и определяет дезинфицирующие свойства озона.
Поскольку чувствительность различных микроорганизмов к Одному и тому же химическому консерванту неодинакова, целесообразно применение их смеси, подбирая ее с таким расчетом, чтобы один консервант дополнял другой в отношении воздействия на микрофлору продукта.
На принципе антисептики основано копчение мясных и рыбных продуктов. При копчении продукты пропитываются летучими антисептическими веществами дыма или аналогичными антисептиками коптильной жидкости, которую применяют вместо дыма. Исследования (В. И. Курков, Йнгрэм и др.) показали, что из компонентов коптильного дыма наибольшим бактерицидным и фунгицидным действием обладают формальдегид фенолы и органические кислоты. Однако на микрофлору продукта оказывают влияние и другие факторы. При холодном копчении – некоторое обезвоживание продукта (при сушке) и повышенное содержание соли, при горячем копчении большую роль играет высокая температура.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
В естественных условиях обитания, в том числе на пищевых продуктах, совместно развиваются различные микроорганизмы. Взаимоотношения, устанавливающиеся между ними, могут быть многообразными. В одних случаях совместная жизнь двух или . нескольких видов приводит к взаимной пользе и совместно они развиваются даже лучше, чем каждый в отдельности. Такой тип взаимоотношений называется симбиозом. Между симбионтами происходит частичный обмен продуктами жизнедеятельности. Примером симбиоза может служить совместное развитие молочнокислых бактерий и дрожжей. Молочнокислые бактерии, продуцируя молочную кислоту, создают условия, благоприятные для роста дрожжей, а продукты жизнедеятельности дрожжей (например, витамины) используются молочнокислыми бактериями. Дрожжи, кроме того, потребляют кислоту, а снижение кислотности среды благоприятствует росту молочнокислых бактерий. Симбиотические взаимоотношения этих микроорганизмов используются в процессе изготовления некоторых кисломолочных продуктов (кефира, кумыса).
Если взаимная польза не выражена отчетливо, но сожительство не приносит вреда организмам, то говорят о комменсализме. Примером такой формы сожительства может служить нормальная микрофлора организма человека.
104
Форма взаимоотношений, когда совместная жизнь приносит выгоду только одному организму, а другому наносит вред, называется паразитизмом. Паразитами являются возбудители болезней человека, животных и растений. Примером паразитизма служит развитие бактериофага за счет живых бактерий, которые он разрушает.
Между микроорганизмами очень распространены взаимоотношения, когда жизнедеятельность одних микробов способствует развитию других или когда один живет за счет продуктов жизнедеятельности другого, не причиняя ему вреда. Этот тип взаимоотношений называют метабиозом. Например, микроорганизмы, расщепляющие белки на более простые соединения, создают возможность для развития других микроорганизмов, которые сами не могут разлагать белок и усваивают только продукты его распада. Совместным действием различных микроорганизмов обусловлена последовательность превращений одних веществ в другие, что постоянно наблюдается в природе, а также в пищевых продуктах при их микробной порче. Дрожжи, например, развиваясь в сахаристых субстратах, превращают сахар в этиловый спирт. В среде, содержащей спирт, могут развиваться уксуснокислые бактерии, окисляющие спирт в уксусную кислоту, а уксусная кислота в свою очередь используется плесенями.
Между микроорганизмами распространены также антагонистические взаимоотношения, когда один вид микробов угнетает или приостанавливает развитие другого и даже вызывает его гибель. Антагонистические взаимоотношения в мире микробов являются одним из важных факторов, определяющих состав микрофлоры природных субстратов. Во многих случаях антагонистические взаимоотношения обусловливаются неблагоприятным действием продуктов жизнедеятельности одного вида на другой.
Молочнокислые бактерии, например, являются антагонистами гнилостных бактерий, так как продукт энергетического обмена первых – молочная кислота – тормозит развитие вторых. Антагонистические взаимоотношения между этими группами микроорганизмов используют при переработке ряда пищевых продуктов (при квашении овощей, изготовлении кисломолочных продуктов и др.).
Идея использования антагонизма между молочнокислыми и гнилостными бактериями принадлежит И. И. Мечникову.
Антибиотики. Фитонциды
Во многих случаях губительное воздействие микробов-антагонистов связано с выделением ими в среду специфических биологически активных химических веществ. Эти вещества названы антибиотиками (анти – против, биос – жизнь). Микроорганизмы, выделяющие антибиотики, широко распро-
105
странены в природе. Этой способностью обладают многие грибы, бактерии, особенно актиномицеты. Некоторые микроорганизмы образуют не один, а несколько антибиотиков.
Явление антагонизма часто обнаруживается при одновременном выращивании в чашке Петри различных микроорганизмов на питательном агаре. Вокруг колонии микроба-антагониста -образуется так называемая стерильная зона – зона отсутствия роста микроорганизма, чувствительного к данному антагонисту.
Выделено и изучено большое количество антибиотиков. По химической природе они очень разнообразны. Характерным свойством антибиотиков является их избирательное действие – каждый действует только на определенные микроорганизмы, т. е. характеризуется специфическим антимикробным спектром действия. Одни антибиотики активно действуют на грибы, другие– на бактерии. Имеются антибиотики, действующие как на грибы, так и на бактерии. Существуют противовирусные антибиотики.
Характер действия антибиотических веществ также разнообразен. Одни из них подавляют жизнедеятельность или задерживают размножение чувствительных к ним микробов; такое действие называют б а ктериостатическим (в отношении бактерий) или фунгистатическим (в отношении плесневых грибов). Другие антибиотики вызывают гибель микроорганизмов, оказывая на них бактерицидное или соответственно фунгицидное действие. Некоторые антибиотики не только вызывают гибель, но и растворяют–лизируют–микробные клетки.
В связи с различием химической природы и избирательностью действия антибиотиков механизм повреждения ими микробных клеток разнообразен; полностью он еще не изучен. Некоторые антибиотики нарушают генетический аппарат клетки-и другие клеточные структуры, подавляют синтез белков, нуклеиновых кислот и веществ клеточной стенки. Многие инакти-вируют ферменты энергетического обмена.
Активность антибиотиков очень высока и в десятки тысяч раз превышает активность сильно действующих антисептиков. Поэтому их антимикробное действие проявляется в чрезвычайно малых концентрациях.
Эффективность действия антибиотиков может изменяться в зависимости от их концентрации, температуры, состава среды и других факторов.
Однако микроорганизмы способны адаптироваться к антибиотикам, в результате чего возникают нечувствительные (устойчивые) к ним формы.
Антибиотики именуют обычно по родовому или видовому названию выделяющего их микроорганизма или по характеру действия. Например, пенициллин именуется по родовому названию его продуцента – гриба пеницилла (Pemcillium); антибио-
106
Тик грамицидин получил название за воздействие преимущественно на грамположительные бактерии.
Открытие и освоение промышленного производства антибиотиков вооружили медицину высокоэффективными средствами борьбы со многими болезнями.
Используют антибиотики в сельском хозяйстве для борьбы с возбудителями заболеваний растений. Применяют их также в качестве стимуляторов роста растений и животных. Добавление небольших количеств, например, пенициллина, биомицина к пищевому рациону молодняка птиц и домашних животных способствует ускорению их роста и снижению заболеваемости. Многими исследователями показана эффективность применения антибиотиков для задержки микробной порчи скоропортящихся пищевых продуктов, особенно в сочетании с холодом.
Установлено (Г. Б. Дуброва, А. М. Теплицкая, Ю. А. Равич-Щербо и др.), что сроки хранения свежей рыбы (трески, пикши, камбалы и др.), подвергнутой перед укладкой в лед кратковременному погружению в раствор биомицина (25 мг/л) или сохраняемой во льду, содержащем биомицин, увеличивались на 5– 10 дней. При этом наиболее угнетался рост бактерий рода Pseu-domonas – основных возбудителей порчи охлажденной рыбы. К применению антибиотиков для консервирования пищевых продуктов в нашей стране органы здравоохранения относятся с большой осторожностью. Сдерживающими факторами являются следующие: возможность при многократном поступлении с пищей даже ничтожно малых количеств антибиотиков появления в организме человека устойчивых форм болезнетворных микроорганизмов, что приведет к потере лечебного действия данного антибиотика; возможность вытеснения антибиотиками полезных микроорганизмов из нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта человека; не исключены аллергические явления, вызываемые антибиотиками у людей.
Разрешается использование лишь некоторых антибиотиков (нистатина и биомицина) и только в ограниченных случаях (например, при транспортировании на дальние расстояния) для сырых продуктов (мясо, рыба), которые в последующем сохраняются на холоде. Допустимое содержание антибиотиков в продукте строго регламентируется, и требуется полное разрушение его в процессе обычной тепловой кулинарной обработки.
Для консервирования пищевых продуктов целесообразнее иметь специальные антибиотики, не применяемые в медицине. Таким является, например, вырабатываемый некоторыми молочнокислыми стрептококками антибиотик низин. Он является ингибитором роста стафилококков, многих стрептококков и анаэробных термостойких споровых бактерий – возбудителей порчи консервов и презервов. Низин воздействует на споры бактерий, задерживая их прорастание. Наиболее активно действие этого антибиотика проявляется в кислых субстратах. Низин используется в консервной промышленности для снижения термо-
107
стойкости бактериальных спор в стерилизуемых продуктах. Применяется он также при изготовлении сгущенного молока, плавленых сыров.
Антибиотические вещества вырабатываются не только микроорганизмами, но также растениями и животными.
Антибиотические вещества растительного происхождения были открыты Б. П. Токиным (1928 г.) и названы фитонцидами (от греч. «фитон» – растение). Б. П. Токин обнаружил, что летучие вещества, выделяемые некоторыми растениями, а также их тканевые соки вызывают гибель инфузорий, бактерий, дрожжей, плесеней.
Фитонциды широко распространены в мире растений. Они обнаружены в разных органах большинства культурных и дикорастущих растений и играют немалую роль во взаимовлиянии их в природных условиях. Фитонциды являются одним из факторов естественной сопротивляемости растений к поражению их микробами. Действие фитонцидов на микроорганизмы избирательно: сок того или иного растения губителен для одних микробов и безвреден для других. Химическая природа фитонцидов разнообразна. Антимикробным действием обладают многие вещества, находящиеся в растениях: эфирные масла, гли-козиды, антоцианы, дубильные вещества и многие другие, химическая природа которых еще не' раскрыта.
Антимикробными свойствами обладают многие употребляе-v мые в пищу овощи, пряности. Из чеснока и некоторых сортов репчатого лука выделен аллицин, из репы и редьки – рапин, из томатов – томатин. Эти вещества активны в отношении различных бактерий (рис. 27).
Лечебные свойства различных растений известны издавна. Многие так называемые лекарственные растения применяют в медицине в качестве профилактических и лечебных средств. ■ . Антимикробные вещества некоторых растений выделены в виде препаратов и используются в медицинской практике, а также в сельском хозяйстве для борьбы с болезнями растений, стимуляции их роста, повышения,-урожайности.
Ведутся исследования по использованию фитонцидов (в виде препаратов или измельченной растительной массы) в практике хранения пищевых продуктов. Так, пересыпка в хранилище клубней картофеля измельченной растительной массой (по-
108
Рис. 27. Действие фитонцидов чеснока на Aspergillus niger (чашка с чесноком в центре):
/ – стерильная зона; 2 – зона роста гриба без спорообразования; 3 – зона роста гриба со спорообразованием
лынью, коноплей, чешуями луковиц репчатого лука, хвоей пихты и др.) снижает поражение клубней фомозом и сухой гнилью на 5–14 %. Обработка томатов аренарином (выделен из бессмертника) снижает заболевание плодов мокрой и вершинной гнилью (А. В. Красикова и др.). Плюмбагин и ю г л о н (выделен из ореховых и плюмбаговых растений) обладают в очень малых концентрациях высокой активностью в отношении дрожжей и молочнокислых бактерий; эти вещества допущены для консервирования безалкогольных напитков и вин. Высшие растения – перспективное сырье для производства антимикробных препаратов.
К антибиотическим веществам животного происхождения относят следующие.
Лизоцим– белковое вещество, вырабатываемое различными тканями и органами животных и человека. Оно содержится в яичном белке, слезах, слюне, рыбной икре. Лизоцим не только убивает чувствительные к нему бактерии, но и растворяет их.
Эритрин – вещество, получаемое из красных кровяных шариков (эритроцитов) животных. Эритрин проявляет бакте-риостатическую активность в отношении стафилококков и стрептококков.
Экмолин получен из тканей рыб. Он активен против бактерий, вызывающих кишечные заболевания.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИКРООРГАНИЗМОВ
ПРИ ХРАНЕНИИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
В планах развития народного хозяйства Советского Союза, в ряде решений Совета Министров СССР и ЦК КПСС, в Продовольственной программе СССР на период до 1990 года неуклонно подчеркивается необходимость не только увеличения выпуска и улучшения качества продуктов питания, но и максимального сокращения их потерь.
^ Пищевые продукты являются хорошей питательной средой для многих микроорганизмов и потому легко могут подвергаться порче. Неправильные способы заготовки, перевозки, хранения и реализации пищевых продуктов обусловливают их большие потери.
Развитие микробов зависит не только от наличия пищи, но и от других факторов внешней среды. Изменяя условия существования, можно регулировать активность развития и биохимической деятельности микроорганизмов.
Если при использовании микроорганизмов в производстве продуктов необходимо создавать оптимальные условия для их развития, то в практике хранения продуктов на всех стадиях передвижения их от производства к потребителю необходимо, наоборот, препятствовать -росту микробов./Задача рациональ-
109
ного хранения продуктов питания имеет не меньшее значение, чем их производство.
В настоящее время все шире изучают и практически используют различные способы воздействия на микроорганизмы.
Применяемые на практике и разрабатываемые новые приемы хранения продуктов с использованием предложенной Я- Я. Никитинским схемы можно подразделить на четыре группы.
1. Методы хранения, основанные на принципе биоза (биоз – жизнь), направлены на поддержание жизненных процессов на сниженном уровне, но с сохранением естественного иммунитета. На этом принципе основано хранение плодов и овощей в свежем виде, а также хранение живой рыбы.
2. Методы хранения, основанные на принципе а б и о з а (абиоз – отсутствие жизни), направлены на уничтожение микробов в продукте. К ним относят использование высоких температур (пастеризацию и стерилизацию), добавление антисептиков, облучение различными формами лучистой энергии, применение антибиотиков, обработку ультразвуком.
3. Методы хранения, основанные на принципе анабиоза (анабиоз – подавление жизни), направлены на приостановление жизнедеятельности микробов в продуктах. При этом создают такие условия, при которых микроорганизмы могут сохраняться живыми, но не жизнедеятельными. К ним относят использование низких температур (охлаждение и замораживание), удаление воды из продукта ниже предела, необходимого для развития микробов (сушка, вяление), добавление к продукту веществ (соли, сахара), создающих высокое осмотическое давление, повышение кислотности продукта путем добавления уксусной кислоты (маринование), создание анаэробных условий, предотвращающих развитие наиболее активных возбудителей порчи – аэробных микроорганизмов (хранение продуктов в газонепроницаемом упаковочном материале, в вакуумной упаковке, в атмосфере азота).
4. Методы хранения, основанные на принципе ценоана-биоза, направлены на использование антагонистических взаимоотношений между микроорганизмами, входящими в состав микрофлоры продукта. При этом вызывают развитие микроорганизмов, которые в процессе своей жизнедеятельности хотя и изменяют свойства продукта, но не только не портят, а даже1 улучшают его пищевые и вкусовые достоинства. В то же время продукты жизнедеятельности этих микроорганизмов подавляют развитие микробов – возбудителей порчи. На этом принципе основано квашение овощей и плодов, производство кисломолочных продуктов.
Эффективность всех мероприятий, направленных на предупреждение порчи пищевых продуктов, во многом зависит от соблюдения общих санитарно-гигиенических требований и выполнения установленного режима хранения.