Познание мира 

Процесс разложения белков. Гниение, микроорганизмы-возбудители, образующиеся при гниении веществ


Мы уже рассматривали процессы, проходящие анаэробрном сбраживании при воздействии пяти основных групп бактерий. На этот раз мы рассмотрим аспекты, касающиеся нюансов анаэробного сбраживания. Избыточный активный ил, образующийся при аэробной биологической очистке, имеет характеристики состава, определяемые условиями его содержания в аэротенке. При высокой нагрузке по органическим загрязнениям, возрастает, соответственно, и прирост биомассы, при этом проходит неполное окисление органики и в активном иле возрастает концентрация органических веществ, при более низкой нагрузке повышается степень самоокисления и уменьшается содержание органики. От качественного и количественного состава осадка, подвергаемого минерализации, зависит выход и процентный состав биогаза, образующегося при анаэробной минерализации. Углеводы в осадках активного ила могут быть представлены в большей степени целлюлозой, лигнином и гемицеллюлозами, которые содержатся в растительных клетках. Целлюлоза – это полимер глюкозы, имеющий линейное строение, гемоцелюлозы – это сложные полисахариды, имеющие разветвленное, или же линейное строение, лигнин - это сложный трансспиртовый полимер. На первом этапе биохимического разложения, при гидролизе гемицеллюлоз они распадаются на сложную смесь полисахаридов, а целлюлоза гидролизуется с образованием глюкана, полисахарида на основе D-полимера глюкозы. Далее, полисахариды и глюкан на второй стадии, кислотообразования, или иначе, ацитогенеза, переходят путем биохимического окисления в летучие жирные кислоты, спирты. В результате этих реакций идет выделение водорода и углекислого газа.

Особенности разложения белков, жиров и углеводов на стадии гидролиза

Нерастворимые белковые соединения при метановом сбраживании преобразуются сначала в пептоны, затем в пептиды, и, в конечном счете - в растворимые прямоцепочные аминокислоты. На стадии ацитогенеза они легко биохимически превращаются в жирные кислоты, легко окисляемые на последующих стадиях метанового сбраживания, а так же в ароматические аминокислоты, как тирозин, триптофан и фениламин, которые далее разлагаются труднее. При разложении белков образуются аммиак и углекислый газ, которые при взаимодействии с другими веществами, или между собой сдвигают реакцию среды в щелочную сторону.

Жиры на стадии гидролиза преобразуются бактериями в глицерин и жирные кислоты. Они уже достаточно просто далее переходят на стадии ацитогенеза в сложные карбоновые кислоты, которые на последующих стадиях легко переходят в метан. Помимо того, что состав биогаза определяется уравнениями реакции биоразложения углеводов, белков и жиров, на его выход влияет так же участие в них воды. Если реакция разложения протекает с потреблением воды, то количество выделяющего газа увеличивается, если с выделением, то уменьшается. Исключением их этого правила составляют аминокислоты, разложение которых происходит с участием воды, но при этом часть образующихся газообразных веществ переходит в связанную форму. Кроме того, часть углерода в соединениях тратится на прирост бактериальной биомассы. Все эти положения подтверждаются экспериментальными исследованиями, которые показывают, что при разложении белковой составляющей биогаз выделяется в меньшем количестве, из-за связывания газообразны продуктов их распада. Далее, установлено, что жиры при разложении выделяют в полтора раза больше газа, чем белковые и углеводные субстраты. Что же касается качественного состава, то больший процент метана в биогазе образуется при разложении белков и жиров.

Пределы анаэробного сбраживания и расчет входа и состава биогаза

Следует отметить, что процессы анаэробного сбраживания происходят до определенных пределов, составляющих 70% для жиров, 62,5% для углеводов и 48% для белков. При этом температура протекания анаэробного процесса сказывается только на скорости распада органического субстрата, при этом быстрее всего разлагаются белки, затем идут жиры, а медленнее всего идет сбраживание углеводов. То есть, при сбраживании отходов, состоящих из жира, можно получить большее количество биогаза, чем из активного ила, состоящего в основном из белка, а так же смеси навоза и растительных отходов, которые представляют собой в основном углеводное сырье.

При разложении органического субстрата образуется большое количество гуминовых веществ, которые при кислотной реакции среды выпадают в осадок, а при щелочной – присутствуют в фазе коллоидного раствора. Для того, чтобы определить выход биогаза при анаэробном брожении органического осадка, можно определить его по анализу ХПК осадка после разложения. При этом считается, что один мольный объем метана вступает в реакцию с двумя мольными объемами кислорода, то есть по расчетный объем выделившегося метана будет равен двойному значению ХПК. Далее, расчет выделившегося углекислого газа ведется по формуле Маккарти, по которой на 6,24 мольного объема метана приходится 3, 75 мольных объемов углекислого газа. Более точные расчеты теоретического выхода и объемных соотношений выделяющихся газов производятся по формуле Басвелла, для которой необходимо знать элементарный состав минерализуемого осадка. Но в том и другом случае не учитывается расход органики, идущий на прирост биомассы, принимающей участие в процессе биохимического окисления. Поэтому, для более точного расчета работы очистных сооружений, а так же установок по минерализации осадка и производства биотоплива, следует определять пределы разложения осадка для каждого конкретного случая его биосостава.


Таким образом, качественный и количественный состав образующегося биогаза находится в тесной связи с содержанием жиров, белков и углеводов в органическом субстрате, подвергаемом анаэробному сбраживанию. Объем выделяющихся газов и процент выхода метана зависит так же от расхода биогенных элементов на прирост биомассы, и предела разложения минерализуемого осадка, определяемого его органической природой.

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.

1. Процессы разложения сахаров, клетчатки, крахмала, целлюлозы и других безазотистых веществ

Разложение глюкозы происходит в зависимости от щелочно-кислотных и окислительно-восстановительных условий и от участия в процессе разложения определенных микроорганизмов. При окислительно-восстановительных условиях разложение глюкозы приводит к образованию уксусной и щавелевой кислот, углекислого газа и воды, при анаэробных условиях – к образованию масляной кислоты, водорода, метана и воды.

Разложение клетчатки в анаэробных условиях происходит с образованием метана и газообразного водорода. При метановом брожении образуется масляная кислота, углекислота и метан, а при водородном брожении вместо метана – водород.

В аэробных условиях разложение клетчатки происходит с образованием конечных продуктов воды, углекислоты и некоторых органических кислот.

Таким образом, биохимические реакции разложения сахаров, крахмала и клетчатки сопровождаются усиленным разложением бактерий и других микроорганизмов.

Следовательно, распад, минерализация перечисленных углеводов сопровождается одновременно синтезом, т.е. новообразованием сложных органических веществ, большей частью белкового характера. Вещества, поступающие в почву, присоединяются к белковым веществам растительного и животного происхождения. Происходящий подобным образом синтез 1г белковых веществ сопровождается разложением, минерализацией примерно 10г углеводов или других безазотистых веществ.

2. Разложение жиров и смол

Жиры, так же как и смолы, подвергаются процессам разложения при участии микроорганизмов и накопления их в почве не происходит. Под влиянием энзима липазы, жиры гидролизуются и распадаются при этом на глицерин, олеиновую, пальмитиновую и стеариновую кислоты.

Получающийся при этом глицерин легко подвергается в почве окислению при участии ряда микроорганизмов и разлагается до углекислоты и воды. Жирные кислоты – более устойчивый продукт, поэтому часть жирных кислот в результате превращений в почве, особенно в анаэробных условиях, образуют более сложные кислоты.

Воск и смолы представляют собой весьма устойчивые в почве вещества, которые значительно труднее, по сравнению с жирами, поддаются воздействию микроорганизмов.

В аэробных условиях, при свободном доступе кислорода, они окисляются до конечных продуктов – углекислоты и воды. При анаэробных условиях воск почти не изменяется, а смолы подвергаются полимеризации (т.е. уплотнению молекул), а также частичному восстановлению до углерода.

Смесь воска, измененных смол и продуктов превращения жирных кислот называется битумами.

3. Разложение лигнина

Сложность и различия в составе лигнина, трудность выделения из остатков, очень затрудняет изучение процессов его разложения. Лигнин отличается высокой стойкостью при воздействии на него различных микроорганизмов, хотя в настоящее время доказано, что некоторые грибы разрушают лигнин легче, чем целлюлозу.

Одновременно с медленным разрушением лигнина в направлении его минерализации совершается его превращение в гуминовые вещества сложного состава, растворимые в щелочах. Эти вещества еще более стойки для процессов разложения, чем лигнин, и поэтому часто накапливаются в почве, в больших количествах. Процесс их образования называется гумификацией.

4. Разложение белковых веществ

Разложение белковых веществ происходит в несколько этапов.

Первым этапом разложения белков является гидролиз. Гидролиз белков (расщепление с присоединением молекул воды) происходит под влиянием протеолитических ферментов, выделяемых почвенными микроорганизмами. Под влиянием одних ферментов, гидролиз заканчивается получением сложных, содержащих азот продуктов – альбумоз и пептоз; под влиянием других ферментов гидролиз белков, а также альбумоз и пептоз проходит до конца, т.е. до образования аминокислот.

Аминокислоты в большинстве случаев легко растворимы в воде и в почвенных условиях, под влиянием микроорганизмов распадаются с образованием аммиака. Подобный распад получил название аммонификации, а микроорганизмы, вызывающие этот процесс, аммонификаторами. Процессы аммонификации часто сопровождаются образованием, кроме аммиака, ряда продуктов, имеющих зловонный запах, например, индола С 8 Н 7 N и др.

В качестве примера реакции аммонификации можно привести уравнения реакции для гликоля – аминокислоты наиболее простого молекулярного строения.

    СН 2 NН 2 СООН + О 2 → НСООН + СО 2 + NН 3

гликоль муравьиная

    СН 2 NH 2 COOH + H 2 O → CH 3 OH + CO 2 + NH 3

гликоль метиловый

    CH 2 NH 2 COOH + H 2 → CH 3 COOH + NH 3

гликоль уксусная

В результате аммонификации образуется различные органические кислоты, спирты, углекислота и аммиак. Органические кислоты и спирты подвергаются дальнейшему разложению до получения простейших минеральных соединений – СО 2 , Н 2 О, Н 2 , СН 4 – путем реакций брожения.

Таким образом, при разложении протеинов происходит постепенное уменьшение в продуктах разложения углерода, водорода и кислорода, выделяющихся в виде углекислого газа, воды, водорода и метана, т.е. уменьшается количество безазотистых веществ.

5. Зольные вещества

При минерализации органических остатков, входящие в состав их зольные вещества: калий, натрий, магний, кальций освобождаются и поступают в почву в виде соединений, легко растворимых в воде, в виде углекислых, азотнокислых, фосфорнокислых и других солей. При неполном разложении органических остатков, часть фосфора поступает в почву в виде органических соединений, например, фитина и др.

Вопросы для самоконтроля:

    Назовите условия процесса разложения в почве сахаров?

    Каковы условия процесса разложения в почве клетчатки, крахмала и безазотистых веществ?

    Как происходит процесс разложения в почве жиров и смол?

    Назовите условия протекания процесса разложения в почве лигнина?

    Как осуществляется процесс разложения в почве протеинов и аминокислот?

    Что такое процесс аммонификации? В чем он заключается?

    Приведите пример реакции аммонификации. Какие конечные продукты образуются в результате реакции?

    Изложите представления об условиях разложения органических веществ в почвах?

    Каков механизм действия катализаторов ферментов в почвах?

    Что такое зольные вещества и в виде каких соединений они поступают в почву?


Большинство пищевых продуктов содержит белки, жиры и углеводы, которые при наличии воды являются хорошей питательной средой для микроорганизмов. Размножаясь, они разлагают составные части пищевых продуктов, образуя продукты распада (промежуточных и конечных). Это обусловлено ферментативной деятельностью микроорганизмов, многие из. которых вырабатывают сильные протеолитические, амилолитические и липолитические ферменты. На способности микробов выделять те или иные ферменты основано их применение и различных областях народного хозяйства. С давних пор известно и широко используется, например, в пищевой промышленности и быту способность дрожжей разлагать сахара. Выделяй ферменты амилазу, мальтазу и сахарозу, а также протиолитические ферменты, дрожжи расщепляют углеводы и частично белки, образуя спирт и углекислый газ. Это свойство используется в виноделии, пивоваренной и хлебопекарной промышленности. Благодаря образованию углекислого газа при брожении теста происходит разрыхление его, что позволяет при выпечке получить пористые ("пышные") хлебные изделия. Вкусовые качества и усвояемость хлеба в результате применения дрожжей улучшаются. Широкое применение находят некоторые микробы при изготовлении молочнокислых продуктов, вызывая молочнокислое брожение, при котором разлагается молочный сахар и образуется молочная кислота.

Такой способностью обладают молочнокислый стрептококк, болгарская и ацидофильная палочки. Подбирая культуры молочнокислых микробов, можно помучить разнообразные виды молочнокислых продуктов с высокими вкусовыми и диетическими свойствами. Приготовление квашеной капусты, соленых огурцов также основано на свойстве микробов вызывать молочнокислое брожение. В приготовлении соленой сельди, килек, анчоусов использовано свойство микробов вызывать протеолитические изменения в тканях - расщеплять белок. Вследствие частичного расщепления молекул белка и изменения физико-химических свойств продуктов под влиянием этих микробов создаются специфический аромат и вкус.

Известны не только полезные свойства микробов, но и отрицательное их влияние на пищевые продукты. Многие микроорганизмы, вызывая разложение составных частей пищевого.продукта, не улучшают, а ухудшают его качества. К таким микроорганизмам в первую очередь относятся гнилостные: Bact. Proteus vulgaries, Bact. Cloacae, Bact. Putrificus, sporogenes и др. Рост и размножение этих микробов сопровождаются разложением белковых веществ и накоплением продуктов распада, многие из которых обладают неприятным вкусом или имеют резкий неприятный запах. К их числу относятся такие органические вещества, как индол, скатол, кадаверин, гистамин, газы - сероводород, аммиак, фосфин, метиламин.

На определении промежуточных продуктов распада основаны многие методы санитарной экспертизы пищевых продуктов. В результате гнилостного распада поверхность пищевых продуктов с плотной консистенцией ослизняется, становится липкой. Вследствие комплекса изменений при гниении пищевые продукты теряют свои первоначальные органолептические свойства и становятся недоброкачественными.

При гниении в продуктах могут размножаться и патогенные для человека микробы, например сальмонеллы, палочка ботулинуса, так как патогенные микроорганизмы особенно хорошо используют для своего питания и усваивают продукты частичного расщепления белка. В связи с этим пищевые продукты с явлениями гнилостного разложения в случае их употребления представляют большую опасность в отношении пищевых отравлений. Работники пищевой промышленности, общественного питания и торговли обязаны соблюдать необходимые условия предохранения продуктов от микробного разложения. Условиями, благоприятствующими размножению гнилостных микробов, являются тепло, наличие в продукте белка и влаги, невысокая кислотность. Высокое содержание белка в водной среде представляет прекрасную питательную среду для микробов. Особенно быстро подвергаются гнилостному разложению такие продукты, как мясо, молоко, рыба, яйца, вареные колбасы.

В условиях повышенной температуры значительно ускоряется размножение микробов. Наряду с ростом микробов и усилением их ферментативной деятельности происходит активирование ферментов, находящихся в самих тканях. Эти ферменты также расщепляют белковые вещества, жиры и углеводы с образованием тех же самых продуктов распада, что и при гниении. Наибольшее размножение гнилостных микробов и действие ферментов происходят при температуре 20-25 °С (до 40-45°С). Низкая температура и пониженная влажность, наоборот, создают неблагоприятные условия для роста бактерий.

Следовательно, основным условием, которое широко применяется в практике пищевых предприятий с целью сохранения продуктов, является использование пониженной температуры (хранение скоропортящихся продуктов в специальных охлаждаемых шкафах или холодильниках). Следует, однако помнить, что холод не вызывает гибели микробов, а только задерживает или прекращает их жизнедеятельность и что в благоприятных условиях они могут продолжать вредное влияние на качество продуктов. Кроме того, существуют некоторые виды бактерий, способные размножаться в условиях пониженной температуры, даже близкой к 0 градусов. (например Bact. Fluorescens), а также многочисленные плесени.

Кроме охлаждения, для предохранения продуктов от размножения в них микробов применятся высушивание или добавление веществ, повышающих концентрацию водородных ионов (маринование), а также другие способы консервирования, при которых создаются неблагоприятные условия для развития микробов. Под действием микробов в процессе хранения изменяются также свойства жиросодержащих продуктов: сала, масла, шоколада. При этом играют большую роль такие микробы, как Bact. fluorescens. Bact. pyocyaneum), а также некоторые грибы (Penicillium aspergillus). Эти микробы выделяют фермент липазу, расщепляющую жир на его составные части - глицерин и жирные кислоты. Накопление свободных жирных кислот в жире повышает его кислотность.

Однако свойства жиров изменяются главным образом под влиянием физических факторов - кислорода воздуха и света. Под влиянием кислорода воздуха происходит окисление жира. В нем накапливаются альдегиды, кетоны, окисленные кислоты, которые приводят к прогорканию или осаливанию продуктов, содержащих жир. При прогорании вкус продукта становится горьким; при ославании продукты, содержащие жир, по вкусу напоминают стеариновую свечу. Солнечный свет усиливает окисление в десятки раз. Качество пищевых продуктов в значительной степени зависит от влажности окружающего воздуха. При повышенной влажности некоторые продукты (сушеные фрукты и овощи, сахар, соль, кондитерские изделия, сухари, мука) жадно впитывают влагу из воздуха и увлажняются, что способствует плесневению.

Кроме того, пищевая ценность увлажненных продуктов снижается, так как при равной массе отсыревшие продукты содержат меньшее количество питательных веществ. В чрезмерно сухих помещениях в связи с повышенным испарением наступает усушка продуктов и уменьшается их масса. При высушивании овощей наряду с ухудшением товарного вида, снижается содержание в них витаминов. Сочетание повышенной влажности и повышенной температуры стимулирует процессы тканевого дыхания и роста в таких продуктах питания, как картофель, свекла, морковь, лук и других корнеплодах.

Прорастание их ведет к нерациональному расходованию накопленных в растениях запасов (углеводы, витамины, минеральные элементы) и снижению в этих условиях пищевой ценности указанных продуктов. Качество пищевых продуктов может быть снижено при неосторожном обращении во время перевозки, реализации, хранения. Они могут загрязняться, изменять первоначальную форму, приобретать неприятный вкус или запах. В пищевые продукты извне могут попадать механические примеси (земля, песок, стекло) или переходить из посуды и тары ядовитые вещества (соли тяжелых металлов - свинец, медь, цинк).

Примесь земли и песка к продуктам не только ухудшает их вкус, но и представляет эпидемиологическую опасность, так как с пищей в организм людей могут попасть споры B. botulinus, яйца некоторых гельминтов и др. Загрязнение пищевых продуктов спорами В. botulinu при их прорастании, размножении и токсинообразовании нередко приводит к отравлению - ботулизму. Присутствие в пищевых продуктах яиц гельминтов может обусловить глистные заболевания среди людей при несоблюдении санитарно-гигиенических правил в процессе обработки загрязненных продуктов. Поэтому при хранении, перевозке и реализации должны строго соблюдаться условия, способствующие сохранению первоначального качества продуктов.

Пищевые продукты, инфицированные патогенными микробами- дизентерийной, брюшнотифозной палочками, возбудителями паратифов и др., попадая в организм человека, могут вызвать тяжелые инфекционные заболевания - дизентерию, брюшной тиф, паратифы. Некоторые микробы способны обусловить пищевые отравления. К таким микробам относятся сальмонеллы, патогенные серотипы кишечной палочки, возбудители ботулизма, энтеротоксический штамм стафилококка.

Возбудитель ботулизма В. botulinus и энтеротоксический штамм стафилококка при размножении в продуктах способны образовывать яды - экзотоксины. Употребление таких продуктов вызывает интоксикацию организма человека. Патогенные стафилококки широко распространены в природе. Они могут попадать в продукты с рук, особенно при гнойничковых заболеваниях, с верхних дыхательных путей (катары, ангины, болезни зубов), при антисанитарном состоянии помещений, где приготовляется пища, от больных маститами животных.

Особую опасность представляют продукты, зараженные возбудителями инфекционных заболеваний и пищевых отравлений, для предприятий общественного питания и организованных коллективов (детские сады, пионерские лагеря и др.), так как в этом случае заболевания приобретают массовый характер. Примером может служить пищевое отравление в одном из таких коллективов, где 186 детей заболели в результате употребления винегрета, картофель и свекла для которого были отварены и очищены накануне вечером, нашинкованы и оставлены до утра без достаточного охлаждения. Утром к картофелю и свекле были добавлены лук и капуста. Винегрет дали детям на завтрак. При расследовании этого отравления из винегрета, а также из зева двух поваров, принимающих участие в очистке вареных картофеля и свеклы, был выделен патогенный золотистый стафилококк, дающий все характерные на него реакции и пробы.



В метаболизме микроорганизмов азотсодержащие вещества подвергаются разнообразным превращениям. По случайно поверхностному сходству разные виды порчи пищевых продуктов нередко называют гниением. Однако гниение – это процесс глубокого разложения белковых веществ микроорганизмами.

Способность разлагать в той или иной степени белковые вещества свойственна многим микроорганизмам. Некоторые из них разлагают непосредственно белки, другие могут воздействовать только на более или менее простые продукты распада белковой молекулы, например на пептиды, аминокислоты и др.

Продукты разложения белков микробы используют для синтеза веществ своего организма, а также в качестве энергетического материала.

Химизм разложения белковых веществ. Гниение – сложный, многоступенчатый биохимический процесс, характер и конечный результат которого зависят от состава разлагаемых белков, условий процесса и видов вызывающих его микроорганизмов.

Белковые вещества не могут непосредственно поступать в клетки микроорганизмов, поэтому использовать белки могут только те микроорганизмы, которые обладают протеолитиче-скими ферментами – экзопротеазами, выделяемыми клетками в окружающую среду.

Процесс распада белков начинается с их гидролиза. Первичными продуктами гидролиза являются пептоны и пептиды. Они расщепляются до аминокислот, которые являются конечными продуктами гидролиза.

Образующиеся в процессе распада белков различные аминокислоты используются микроорганизмами или подвергаются ими дальнейшим изменениям, например дезаминированию, в результате чего образуются аммиак" и разнообразные органические соединения. Процесс дезаминирования может происходить различными путями. Различают дезаминирование гидролитическое, окислительное и восстановительное.

Гидролитическое дезаминирование сопровождается образованием оксикислот и аммиака. Если при этом происходит и декарбоксилирование аминокислоты, то образуются спирт, аммиак и углекислый газ:

1 Ввиду того что аммиак всегда имеется в конечных продуктах распада белков, процесс гниения называют также аммонификацией белковых веществ.

При окислительном ДеЗаМйнированйи образуются кетокислоты и аммиак:

При восстановительном дезаминировании образуются карбоновые кислоты и аммиак:

Из приведенных уравнений видно, что среди продуктов разложения аминокислот в зависимости от строения их радикала (R) обнаруживаются различные органические кислоты и спирты. Так, при разложении аминокислот жирного ряда могут накапливаться муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная и другие кислоты, пропиловый, бутиловый, амиловый и другие спирты. При разложении аминокислот ароматического ряда промежуточными продуктами являются характерные продукты гниения: фенол, крезол, скатол, индол – вещества, обладающие очень неприятным запахом. При распаде аминокислот, содержащих серу, получается сероводород или его производные – меркаптаны (например, метилмеркаптан CH 3 SH). Меркаптаны обладают запахом тухлых яиц, который ощущается даже при ничтожно малых концентрациях.


Образующиеся при гидролизе белка диаминокислоты могут подвергаться декарбоксилированию без отщепления аммиака, в результате чего получаются диамины и углекислый газ. Например, лизин превращается в кадаверин:

Аналогично этому орнитин превращается в путресцин.

Кадаверин, путресцин и другие амины, образующиеся при гниении, часто объединяют под общим названием птомаины (трупные яды), некоторые из них обладают ядовитыми свойствами.

Дальнейшее превращение азотистых и безазотистых органических соединений, получающихся при распаде различных аминокислот, зависит от окружающих условий и состава микрофлоры. Аэробные микроорганизмы подвергают эти соединения окислению, так что они могут быть полностью минерализованы. В таком случае конечными продуктами гниения являются аммиак, углекислый газ, вода, сероводород, соли фосфорной кислоты. В анаэробных условиях не происходит полного окисления промежуточных продуктов распада аминокислот. В связи с этим кроме аммиака и углекислого газа накапливаются различные органические кислоты, спирты, амины и другие органические соединения, в числе которых могут быть вещества, обладающие ядовитыми свойствами, и вещества, придающие гниющему материалу отвратительный запах.

Возбудители гниения. Среди множества микроорганизмов,

способных в той или иной мере разлагать белки, особое значение имеют микроорганизмы, которые вызывают глубокий распад белков – собственно гниение. Такие микроорганизмы принято называть гнилостными. Из них наибольшее значение имеют бактерии. Гнилостные бактерии могут быть спорообра-зующими и бесспоровыми, аэробными и анаэробными. Многие из них мезофилы, но есть холодоустойчивые и термостойкие. Большинство чувствительны к кислотности среды.

Наиболее распространенными и активными возбудителями гнилостных процессов являются следующие.

Сенная и картофельная палочки 1 – аэробные, подвижные, грамположительные, спорообразующие бактерии

Рис. 32. Вас. subtills:

а – палочки и овальные споры; б – колония

(рис. 32). Споры их отличаются высокой термоустойчивостью. Температурный оптимум развития этих бактерий 35–45 °С, максимум роста – при температуре около 50–55 °С; при температуре ниже 5 °С они не размножаются. Помимо разложения белков, такие бактерии способны разлагать пектиновые вещества, полисахариды растительных тканей, сбраживать углеводы. Сенная и картофельная палочки широко распространены в природе и являются возбудителями порчи многих пищевых продуктов. Они вырабатывают антибиотические вещества, подавляющие рост многих болезнетворных и сапрофитных бактерий.

Бактерии рода Pseudomonas – аэробные подвижные палочки, с полярным жгутиком, не образующие спор, грамотри-цательные (рис. 33,а). Многие",виды холодоустойчивы, минимальная температура их роста от –2 до –5 °С, оптимум – около 20 °С. Многие псевдомонасы помимо протеолитической обладают липолитической активностью; они способны сбраживать углеводы с образованием кислот, выделять слизь. Развитие

1 В соответствии с Международным кодексом номенклатуры бактерий сенная и картофельная палочки рассматриваются как синонимы одного вида– Bacillus subtilis.

и биохимическая активность этих бактерий значительно тормозятся при рН ниже 5,5 и 5–6%-ной концентрации NaCl в среде. Псевдомонасы широко распространены в природе, являются антагонистами ряда бактерий и плесеней, так как образуют антибиотические вещества. Некоторые виды Psudomo-nas являются возбудителями болезней (бактериозов) культурных растений, плодов и овощей.

Протей (Proteus vulgaris)–мелкие грамотрицательные бесспоровые палочки с резко выраженными гнилостными свойствами. Белковые субстраты при развитии в них протея приобретают сильный гнилостный запах. В зависимости от усло-

Рис. 33.

а – Pseudomonas; б – Proteus vulgaris

вий жизни эти бактерии способны заметно менять свою форму и размеры (рис. 33, б).

Протей – факультативный анаэроб; сбраживает углеводы с образованием кислот и газов. Он хорошо развивается как при температуре 25 °С, так и при 37 °С, прекращая размножаться лишь при температуре около 5 °С, однако может сохраняться и в замороженных продуктах.

Характерной особенностью протея является его очень энер-гетичная подвижность. Это свойство лежит в основе метода ^выявления протея на пищевых продуктах и отделения его от сопутствующих бактерий. Некоторые виды протея выделяют токсические для человека вещества (см. с. 159).

Clostridium putrificum (рис. 34, а) – анаэробная подвижная, спорообразующая палочка. Относительно крупные споры ее располагаются ближе к концу клетки, которая при этом приобретает сходство с барабанной палочкой. Споры довольно термоустойчивы. Углеводы эта бактерия не сбраживает. Белки разлагают с образованием большого количества газов (NH 3 , H2S). Оптимальная температура развития 37– 43 °С, минимальная 5 °С.

Clostridium sporogertes (рис. 34, б) – анаэробная подвижная спороносная палочка. Споры термоустойчивы, в клетке они расположены ближе к ее концу. Характерным является очень быстрое (в течение первых суток роста) образование спор. Эта бактерия сбраживает углеводы с образованием кислот и газа, обладает липолитической способностью. При разложении белков обильно выделяется сероводород. Оптимальная температура развития 35–40 °С, минимальная – около 5 °С.

Оба вида клостридий известны как возбудители порчи баночных консервов (мясных, рыбных и др.).

Рис. 34.

а – Clostridium putrificum; б – Clostridium sporogenes

Практическое значение процессов гниения. Гнилостные микроорганизмы наносят нередко большой ущерб народному хозяйству, вызывая порчу ценнейших и богатых белками продуктов питания, например мяса и мясопродуктов, рыбы и рыбопродуктов, яиц, молока и др. Но эти микроорганизмы играют большую положительную роль в круговороте веществ в природе, минерализуя белковые вещества, попадающие в почву, воду.