С деятельностью каких организмов связана порча продуктов

Сохранение на длительное время скоропортящихся продуктов преследует одну важнейшую цель — предохранить их от жизнедеятельности и развития микроорганизмов, благодаря которым происходит порча этих продуктов. Качество продуктов ухудшается и от кислорода воздуха, света, тепла и т. п., но эти воздействия должны быть достаточно продолжительными, чтобы продукт пришел в негодность. Микроорганизмы же в течение нескольких часов полностью делают его не пригодным для пищи. Все процессы брожения, связанные с хлебопечением и виноделием, жизнедеятельность молочнокислых бактерий в производстве сметаны, сыра, квашеных овощей, биохимические процессы во многих отраслях промышленности (например, производство лимонной кислоты, сорбозы, пенициллина) и разрушение органических остатков растений и животных и т. п. — ценны для человека. Вред же микроорганизмов — инфекционные болезни, невозможность сохранять пищевые продукты и некоторые материалы, в основном органического происхождения и т. п.

Поскольку главной причиной порчи пищевых продуктов являются микроорганизмы, отметим основные из них, имеющие значение при консервировании и переработке пищевых продуктов — бактерии, плесени и дрожжи. Величина микроорганизмов крайне небольшая и измеряется микронами. Однако отдельные виды микроорганизмов могут иметь величину нескольких десятков микронов, другие, наоборот, мельче тысячных долей микрона (вирусы), поэтому они различимы только с помощью электронного микроскопа.

Бактерии — размножаются простым делением. Некоторые виды бактерий при неблагоприятных условиях для их жизнедеятельности образуют споры, при этом их протоплазма теряет часть воды, они уменьшаются в объеме и покрываются твердой оболочкой, называемой цистой.

Бактерии в виде спор не питаются, не могут размножаться, но их жизненная способность сохраняется. При благоприятных условиях, т. е. при наличии водной среды, питательных веществ и других факторов, споры вновь превращаются в бактерии. Спорообразование — защитное свойство бактерий. В консервном производстве наибольшее значение имеют спорообразующие бактерии, поскольку споры наиболее термоустойчивы и требуют применения более высоких технологических тепловых режимов.

Если обычная термоустойчивость микроорганизмов (бактерий в вегетативном состоянии, бесспоровых бактерий, дрожжей и плесеней) находится в пределах 60-70° и лишь в отдельных случаях при 100°, то споры выдерживают температуру 120° и выше, с другой стороны, они могут сохранять жизнеспособность даже при очень низких температурах.

Дрожжи — несколько крупнее бактерий. Они размножаются делением, почкованием или спорами. Их споры не такие стойкие, как у бактерий, и обычно погибают при температуре 70-75°. Дрожжи обладают способностью сбраживать сахара на спирт и углекислый газ, что позволяет их применять в виноделии, пивоварении, хлебопечении для разрыхления теста и т. п.

Плесени, или плесневые грибки для своего развития требуют доступа воздуха, поэтому часто образуются на поверхности продукта. Чаще всего плесени размножаются спорами или конидиями (особые клетки размножения). Плесневые грибки применяются в сыроварении. Большинство же плесневых грибков портит продукт и придает ему неприятный запах и вкус, особенно квашеным овощам и плодам.

Термоустойчивость микроорганизмов в большой степени зависит от характера среды консервируемых продуктов. Особенно неблагоприятна в этом случае кислая среда. В живые клетки микроорганизмов легко проникают недиссоциированные молекулы органических кислот, которые внутри клеток диссоциируют на ионы, что вызывает значительное смещение внутриклеточной реакции и вызывает гибель микроорганизмов. Белки возможно в какой-то мере создают защитные условия для микроорганизмов (их термоустойчивость), кроме того, имеются данные, что некоторые составные части белка (лизоцин) обладают бактерицидными свойствами. Наличие в продуктах поваренной соли, как правило, повышает термоустойчивость всех микроорганизмов, особенно при концентрации ее около 6%.

Влияние сахара на термоустойчивость бактерий отражается двояко: в незначительных концентрациях (до 18% сахарозы) нет заметного воздействия, но при больших концентрациях (до 70%) термоустойчивость их повышается. При этом следует иметь в виду, что дрожжи могут сбраживать продукты, содержащие до 60% сахара, а осмофильные — до 80%.

Термоустойчивость спор при нагревании в жирах сильно повышается.

Фитонциды многих растений оказывают бактерицидное действие на микроорганизмы. Сложные составные части среды могут усиливать или снижать термоустойчивость микроорганизмов. Кроме того, специфические свойства и химический состав отдельных видов плодов, овощей и ягод также иногда резко изменяют эти условия. Так, содержание бензойной кислоты или ее солей резко повышает бактерицидные свойства, например клюквы или брусники, на которых с трудом развиваются плесени, а для сбраживания сока требуется разбавление водой для снижения концентрации естественного консерванта.

Эти свойства клюквы и брусники — защитные, как болотных растений, произрастающих в среде высокой влажности. Действие света, особенно его фиолетовой и ультрафиолетовой частей спектра, оказывает губительные действия на многие микроорганизмы.

Краткое ознакомление с основными свойствами микроорганизмов дает возможность перейти к рассмотрению теоретических условий сохранения пищевых продуктов, осуществляемых, в основном, двумя методами.

Первый — это сохранение пищевых продуктов путем торможения развития микроорганизмов, от которых зависит порча продуктов.

Второй — это герметизация продуктов в таре с последующей пастеризацией или стерилизацией.

При разработке способов тестирования продуктов питания необходимо учитывать структуру продуктов. Пищевые продукты могут быть однослойные, или гомогенные, и многокомпонентные, или пространственно разнородные. Взаимодействие микроорганизмов обусловливается (определяется) материальными потоками вещества между ними и скоростью переноса вещества от одного микроорганизма к другому. Перенос растворенных веществ между бактериями осуществляется путем молекулярной диффузии.

Для установления стабильности и срока годности продукта необходимо учитывать соответствующие параметры химического состава и численность популяций клеток бактерий. В случае многокомпонентного продукта срок годности определяется по компоненту с самым коротким сроком годности. Возможно, потребуется анализ процессов, происходящих на границе между слоями, или компонентами. Если пограничные компоненты различаются по содержанию влаги, то она будет абсорбироваться компонентами с меньшим содержанием влаги и тем самым будет менее стабильной. В более влажном компоненте будет больше бактерий, так как питание их осуществляется исключительно за счет молекулярной диффузии, движущей силой которой служит градиент концентрации вещества вокруг клетки.

Чем меньше размеры клетки, тем эффективнее поступление субстрата. За 1 с микробы могут извлекать вещество из объема, в 10—100 раз превышающего свой собственный. Очень важно перед проведением испытаний срока годности продукта оценить безопасность исходных компонентов (в случае многокомпонентных продуктов) с помощью НАССР-анализа. Можно продемонстрировать вероятность размножения в данном пищевом продукте того или иного микроорганизма, способного вызывать его порчу. Важно также знать возможных контаминантов, так как вероятность контаминации какого-либо продукта зависит от его рецептуры (табл. 4.2).

Характеристика порчи продуктов животного происхождения

Микробиологическая порча пищевых продуктов связана с физико-химическими и структурными характеристиками собственно продукта. К ним относятся активность воды, значение pH, ОВП (гН2), содержание доступных м/моль питательных и нативных антимикробных веществ и т.п. Диффузионное поле вокруг частиц продукта зависит от их размеров. Для бактерий размером 1 мкм понятие диффузионного пограничного слоя не имеет смысла, так как 10% от общего падения концентрации происходит на расстоянии 10 диаметров клетки. У агрегатов размером в миллиметры появляется уже гидродинамически обусловленный пограничный слой. В большей степени эти промеры относятся к взвешенным в определенном объеме воды частиц. Турбулентный перенос веществ ограничивается вязкостью воды, и здесь присутствует молекулярная диффузия. Неровности поверхности многокомпонентного продукта приводят к изменению толщины диффузного слоя, создавая большую мозаичность поверхности. Это так называемые внутренние причины изменения физико-химических характеристик продукта.

«Внешние» причины порчи пищевых продуктов связаны в основном с условиями хранения продуктов, а «технологические» причины определяются способами обработки исходного сырья и самого продукта, что часто приводит к изменению их свойств. Большую роль при этом играют микроорганизмы. Изменение свойств продукта влияет на формирование микробиоты, их симбиотические, синергические и антагонистические взаимодействия (табл. 4.3).

Порча пищевых продуктов — это сложный комплексный процесс. Размножение конкретного микроорганизма и, соответственно, скорость порчи данного пищевого продукта зависит от химического состава и способа его хранения. Регулирование микробиологических процессов в пищевых продуктах связано с жизнедеятельностью отдельных микроорганизмов, их функциями и биохимической активностью. Важно знать законы поведения функциональных групп микроорганизмов и их среду обитания.

Функции микробов специализированы в природной среде, а их сообщества активны при наличии определенных источников питания. Бактерии удивительно полно используют возможности получения энергии. Специалисту необходимо знать как микроорганизмы, свойственные данному пищевому продукту, так и микроорганизмы, вызывающие его порчу. Для этого нужны методы выявления, идентификации и количественной оценки микробной порчи продукта и самих микроорганизмов, вызывающих порчу.

В улучшении пищевой ценности центральную роль играют и технологии производства пищевых продуктов, гарантирующие их безопасность и исключающие возможность пищевых отравлений. Микробное разнообразие представляет совокупность взаимодействующих между собой организмов, многие из которых способны вызывать порчу пищевых продуктов.

При этом микросреда, создаваемая в испорченном продукте, обычно препятствует росту патогенных микроорганизмов, но изменяет текстуру продукта, делая его непригодным в пищу. Пищевые патогены ответственны за пищевые отравления, токсикоинфекцию или пищевую инфекцию.

Порча различных субстратов молочнокислыми бактериями

* МГС-упаковка — упаковка в модифицированной газовой среде

Термические обработки продуктов снимают значительную часть ферментативной активности, особенно каталазной. При более жестких условиях термообработки отмечается полная потеря каталазной активности, т.е. она свободна от других ферментов и микроорганизмов. Она становится недоступной для действия крупных молекул протеолитических ферментов. Однако известно, что ферменты-гликопротеиды обычно характеризуются более высокой термостабильностью. По-видимому, поэтому микробиологическую порчу продуктов (мясных и молочных) определяют по метаболитам микроорганизмов разнообразными методами, включая экспресс- методы. Иммунные или молекулярно-генетические (основанными на анализе последовательностей нуклеиновых кислот) методы позволяют идентифицировать конкретные бактерии, вызывающие порчу и (или) контаминацию пищевых продуктов.