31. Реакция среды (pH), природа ее воздействия на микроорганизмы, значение в практике переработки и хранении пищевых продуктов.

pH – отрицательный log ионов H (H, OH).

От степени кислотности (щелочности) среды существенно зависит развитие м-мов, так как колебания pH влияют на заряд поверхности микробной клетки и изменяют проницаемость клеточной стенки и цитоплазматической мембраны для различных молекул питательного субстрата.

Отношение различных групп м-мов к pH различно. Мицелиальные грибы развиваются в диапазоне pH: 1,0-11,0. Дрожжи, молочно-кислые, уксусно-кислые бактерии живут: 3,0-6,0. Большинство гнилостных и патогенных микроорганизмов: 6,5-7,5; слабокислая среда для них неблагоприятна (4,5), сильнокислая – для них губительна.

Отрицательное влияние повышенной кислотности среды на многие м-мы используется при квашении овощей, мариновании и при получении кисло-молочных продуктов.

32

антисептики

хим. вещества, убивающие микроорганизмы или подавляющие их рост, при непосредственном контакте с ними. Применяются в хирургии при лечении ран, для дезинфекции, а также для консервации материалов и пром. изделий.

хим. вещества микробостатического и микробоцидного действия, используемые для профилактической и терапевтической антисептики интактных и поврежденных кожных и слизистых покровов, полостей, ран. К А. предъявляются следующие требования противомикробная активность; безопасность для пациента; хорошая растворимость в липидах; сохранение активности в присутствии патологических и физиологических субстратов; отсутствие антигенных св-в; экологическая чистота и экономичность. Требования к спектру действия (узкий, умеренный, широкий, универсальный), уровню повреждения микробов (биоцидный, биостатический), длительности действия (кратковременное, реманентное, кумулятивное, персистирующее) различны в зависимости от типа и категории антисептики. Механизм противомикробного действия А состоит в повышении проницаемости клеточной мембраны, деструкции молекул и органоидов, окислении органических веществ, антиметаболическом и антиферментном действии. Источниками А являются хим. элементы и их неорганические производные, органические соединения абиогенной природы, биоорганические соединения и их синтетические аналоги. По направленности действия выделяют А противобактериальные, противовирусные, противогрибковые, противопаразитарные. В зависимости от хим. структуры А разделяют на: 1) галогены и их органические и неорганические производные; 2) неорганические и органические к-ты; 3) перекись водорода и калия перманганат; 4) альдегиды; 5) спирты; 6) тяжелые металлы и их соли; 7) красители; 8) фенол и его производные, 9) оксихинолины; 10) хиноксалины, нафтиридины; 11) нитрофураны; 12) сульфаниламиды; 13) имидазольные препараты; 14) четвертичноаммониевые соединения; 15) производные арил- и алкилсульфонов и их аналоги; 16) высшие жирные к-ты; 17) антисептики растительного и животного происхождения; 18) антибиотики антисептического назначения; 19) иммобилизованные. По месту введения в организм выделяют А, раневые, кожные, пероральные, офтальмологические, оториноларингологические, урологические, генитальные, стоматологические, ингаляционные, доставляемые к месту действия кровеносной и лимфатической системами. В микробиологии А. используют для изготовления селективных питательных сред, консервации вакцин, с-к, стерилизации питательных сред. При выделении к-р из патологического материала необходимо учитывать возможность присутствия в них А. Готовые лекарственные формы А. могут содержать микроорганизмы.

33

Антибио́тики — вещества природного или полусинтетического происхождения, подавляющие рост живых клеток, чаще всего прокариотических или простейших.

Нередко микробы выделяют в окружающую среду особые вещества, подавляющие или губительно действующие на другие микроорганизмы. Такие вещества называются антибиоти­ками (от греческого: анти - против, биос - жизнь). Антибио­тики выделяются многими актиномицетами, бактериями и грибами. Вокруг таких микроорганизмов-антагонистов создается на субстрате стерильная зона, свободная от других микроорга­низмов, так как последние погибают под действием антибиоти­ков.

Свойство микроорганизмов выделять антибиотики находит широкое практическое использование в медицине. В настоящее время известно большое количество антибиотиков: пенициллин, стрептомицин, биомицин, террамицин и целый ряд других.

Ведутся активные поиски новых антибиотиков.

Каждый из антибиотиков обладает избирательным дей­ствием, т. е. подавляет жизнедеятельность только определенных микроорганизмов.

Пенициллин, например, вырабатываемый грибком из рода пенициллиум, действует губительно на многие болезнетворные бактерии, вызывающие гнойные и воспалительные процессы.

Использование антибиотиков для консервирования пищевыхпродуктов возможно только после выяснения безвредности таких продуктов для человека.

Антибиотики находят применение в качестве стимуляторов роста организмов. Введение в рацион молодняка домашних животных и птиц небольших доз антибиотиков (пенициллина, биомицина) способствует ускорению их роста и снижению смертности.

Промышленное производство антибиотиков основано на вы­ращивании микроорганизмов, вырабатывающих нужный анти­биотик, в строго определенных условиях и на специальном питательном субстрате. Накопившийся антибиотик извлекают из субстрата, а затем подвергают очистке и соответствующей об­работке.

Антибиотики вырабатываются также многими растениями. Впервые такие антибиотики были обнаружены советским ученым Б.П. Токиным в 1928-1929 гг. в кашице из луковицы и получили название фитонциды (фитон - по-гречески расте­ние). Во время опыта Токин выявил, что летучие вещества, вы­деляемые кашицей из луковицы, в небольших порциях могут временно усилить размножение дрожжевых клеток, а в больших дозах неизменно убивают их.

В дальнейшем выяснилось, что фитонциды широко распро­странены в мире растений. Фитонциды содержатся и в дико­растущих и в таких культурных растениях, как лук, томаты, морковь, хрен, петрушка, перец, укроп, горчица, кориандр, чес­нок, корица, лавровый лист, кукуруза, свекла, салат, сельдерей и др. Особенной активностью отличаются фитонциды лука, чеснока, хрена, горчицы. Фитонциды многих растений действуют губительно не только на вегетативные клетки микроорганизмов, но и на их споры.

Ведутся исследования по практическому использованию фи­тонцидов в медицине и для консервирования пищевых про­дуктов. Вещества антибиотического характера вырабатываются и животными организмами. К таким веществам относятся лизоцим и эритрин.

Лизоцим выделяется различными тканями и органами чело­века и животных. Он содержится в слюне, слезах, в выделениях кожи человека.

Основные классификации антибиотиков В основу классификации антибиотиков также положено несколько разных принципов. По способу получения их делят на:  - природные;  - синтетические;  - полусинтетические (на начальном этапе получают естественным путем, затем синтез ведут искусственно).

Продуцентами большинства антибиотиков являются:  - актиномицеты,  - плесневые грибы; но их можно получить и из:  - бактерий (полимиксины),  - высших растений (фитонциды)  - тканей животных и рыб (эритрин, эктерицид).

По направленности действия :  - антибактериальные;  - противогрибковые;  - противоопухолевые.

34

СПИРТОВОЕ БРОЖЕНИЕ

В 1836 г. французский ученый Каньяр де ла Тур установил, что спиртовое брожение связано с ростом и размножением дрожжей. Химическое уравнение спиртового брожения: C6H12O6 ® 2C2H5OH + 2CO2 было дано французскими химиками А. Лавуазье (1789 г.) и Ж. Гей-Люссаком (1815 г.). Л. Пастер пришёл к выводу (1857 г.), что спиртовое брожение могут вызывать только живые дрожжи в анаэробных условиях («брожение — это жизнь без воздуха»). В противовес этому немецкий ученый Ю. Либих упорно настаивал на том, что брожение происходит вне живой клетки. На возможность бесклеточногоспиртового брожения впервые (1871 г.) указала русский врач-биохимик М. М. Манассеина. Немецкий химик Э. Бухнер в 1897, отжав под большим давлением дрожжи, растёртые с кварцевым песком, получил бесклеточный сок, сбраживающий сахар с образованием спирта и CO2. При нагревании до 50°C и выше сок утрачивал бродильные свойства. Все это указывало на ферментативную природу активного начала, содержащегося в дрожжевом соке. Русский химик Л. А. Иванов обнаружил (1905 г.), что добавленные к дрожжевому соку фосфаты в несколько раз повышают скорость брожения. Исследования отечественных биохимиков А. И. Лебедева, С. П. Костычева, Я. О. Парнаса и немецких биохимиков К. Нейберга, Г. Эмбдена, О. Мейергофа и др. подтвердили, что фосфорная кислота участвует в важнейших этапах спиртового брожения. Этот вид брожения имеет наибольшее народнохозяйственное значение.

Спиртовое брожение есть процесс разложения сахара на спирт и углекислый газ. Оно протекает под действием микро­организмов в виде следующей реакции:

С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2 + 27 ккал

сахар            этиловый     углекислый

спирт               газ

Кроме этилового спирта и углекислого газа, при этом полу­чаются также побочные продукты: уксусный альдегид, глице­рин, сивушные масла (бутиловый, изобутиловый, амиловый и изоамиловыйг спирты), уксусная и янтарная кислоты и др.

Спиртовое брожение углеводов вызывается дрожжами, от­дельными представителями мукоровых грибов и некоторыми бактериями. Однако грибы и бактерии вырабатывают спирта значительно меньше, чем дрожжи.

Спиртовое брожение используется человеком с глубокой древности при изготовлении вина, пива, браги и др. Причина же брожения стала известна лишь в середине XIX в., после того, как Пастер установил, что разложение сахара на спирт и угле­кислый газ связано с дыханием дрожжей в анаэробных усло­виях.

Сбраживание сахара представляет собой сложный биохими­ческий процесс, поэтому приведенное выше уравнение выражает его лишь в общем суммарном виде.

Дрожжи в зависимости от условий брожения образуют раз­ные количества продуктов брожения, среди них могут преобла­дать либо этиловый спирт и углекислота, либо глицерин и уксусная кислота. Причем сбраживают они не все сахара, а только моносахариды (например, глюкозу) и дисахариды (на­пример, мальтозу). Полисахариды (крахмал) дрожжи сбражи­вать не способны, так как они не имеют нужного для расщеп­ления полисахаридов фермента (амилазы).

Брожение зависит не только от условий, в которых оно про­текает, но также от вида и расы применяющихся дрожжей. К числу этих условий относятся концентрация сахара, кислот­ность среды, температура и количество накопившегося спирта.

Наиболее благоприятная концентрация сахара в сбраживае­мом субстрате для большинства дрожжей составляет около 15%, при более высоких концентрациях брожение замедляется, а затем прекращается вовсе. Однако некоторые дрожжи могут вызывать брожение и при содержании в среде сахара свыше 60%. При концентрации сахара в субстрате в количестве менее 10% брожение протекает очень вяло.

Нормальной для спиртового брожения является кислая сре­да с рН, равным 4 или 4,5.

В щелочной среде брожение протекает с образованием гли­церина и уксусной кислоты.

Наилучшая температура брожения находится в пределах 28-32°С. При более высоких температурах брожение замедляет­ся, а при 50°С оно прекращается. Понижение температуры снижает энергию брожения, хотя полностью оно не останавли­вается даже при 0°С.

На практике процессы брожения ведут при температуре в пределах 20-28°С при верховом брожении и в пределах 5-10°С при низовом брожении.

Верховое брожение протекает очень энергично, с образова­нием на поверхности субстрата большого количества пены и с бурным выделением углекислого газа, потоками которого дрожжи выносятся в верхние слои субстрата. Дрожжи, вызы­вающие такое брожение, называются верховыми дрожжа­ми. После окончания брожения они оседают на дно бродильных сосудов.

Низовое брожение, вызываемое низовыми дрожжами, идет значительно спокойнее, с образованием небольшого коли­чества пены. Углекислый газ выделяется постепенно и дрожжи остаются в нижнем слое сбраживаемого субстрата.

Верховые дрожжи применяют для получения спирта и пекар­ских дрожжей, низовые - для производства вина и пива. Для получения вина и пива иногда используют и верховые дрожжи.

Образующийся в процессе брожения спирт оказывает вред­ное воздействие на дрожжи. При накоплении в субстрате спирта более 16% к объему самого субстрата брожение прекращается, а угнетающее действие образовавшегося спирта начинает про­являться уже при концентрации 2-5%. Некоторые же расы специально приученных дрожжей способны выдерживать весь­ма высокие концентрации спирта - до 20-25%.

Спиртовое брожение нормально протекает в анаэробных условиях, создающихся в процессе самого брожения. Но по­скольку дрожжи являются факультативными анаэробами, они могут разлагать сахар и в аэробных условиях с образованием углекислого газа и воды. Замечено, что в условиях хорошей аэрации дрожжи усиленно размножаются. Поэтому при произ­водстве пекарских дрожжей бродящий субстрат продувают воздухом.

Для промышленного получения спирта в качестве сырья ис­пользуют крахмалосодержащие продукты - картофель, зерно­вые культуры, а также отходы сахарного производства. В связи с тем, что дрожжи не способны сбраживать крахмал, его пред­варительно осахаривают с помощью солода, содержащего фер­мент амилазу. Солод получают из проросших зерен ячменя. В настоящее время для осахаривания применяют также гриб­ной солод (грибы рода аспергиллус), который во многих отно­шениях является выгоднее ячменного солода. В результате осахаривания крахмала образуется дисахарид мальтоза - со­лодовый сахар.

35

МОЛОЧНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ

Молочнокислые бактерии подразделяют на 2 группы – гомоферментативные и гетероферментативные. Гомоферментативные бактерии (например, Lactobacillus delbrückii) расщепляют моносахариды с образованием двух молекул молочной кислоты в соответствии с суммарным уравнением:

C6H12O6 = 2CH3CHOH-COOH

Гетероферментативные бактерии (например, Bacterium lactis aerogenes) ведут сбраживание с образованием молочной кислоты, уксусной кислоты, этилового спирта и CO2, а также образуют небольшое количество ароматических веществ - диацетила, эфиров ит. д.

При молочнокислом брожении превращение углеводов, особенно на первых этапах, близко к реакциям спиртового брожения, за исключением декарбоксилирования пировиноградной кислоты, которая восстанавливается до молочной кислоты за счёт водорода, получаемого от НАД-Н. Гомоферментативное молочнокислое брожение используется для получения молочной кислоты, при изготовлении различных кислых молочных продуктов, хлеба и в силосовании кормов в сельском хозяйстве. Гетероферментативное молочнокислое брожение происходит при консервировании различных плодов и овощей путём квашения.

Молочнокислое брожение представляет собой разложение сахара под действием молочнокислых бактерий с образованием молочной кислоты. В общем суммарном виде его можно пред­ставить следующим уравнением:

С6Н12О6 = 2С3Н6О3 + 18 ккал.

Это брожение часто наблюдается в молоке и вызывает его скисание. Отсюда и получили свое название вид брожения, бактерии, вызывающие его, а также основной продукт броже­ния - кислота. Молочнокислые бактерии бывают шаровидной и палочко­видной формы. Они неподвижны, спор не образуют и являются факультативными анаэробами.

Различные виды молочнокислых бактерий в равных условиях продуцируют разное количество кислоты, что объясняется их неодинаковой кислотоустойчивостью. Палочковидные бактерии образуют больше кислоты, чем шаровидные (кокки).

Молочнокислые бактерии способны сбраживать только моно- и дисахариды и совсем не сбраживают крахмал и другие поли­сахариды, так как не выделяют соответствующих ферментов.

Некоторые из этих бактерий вырабатывают антибиотические вещества, действующие против возбудителей кишечных заболе­ваний.

Молочнокислые бактерии широко распространены в природе, они постоянно встречаются в почве, на различных растениях, на плодах и овощах, в молоке и т. д.

Наибольшее значение имеют следующие молочнокислые бак­терии:молочнокислый стрептококк, болгарская, ацидофильная, сырная, дельбрюковская, огуречная, капустная палочки и др.

Молочнокислый стрептококк - соединенные попарно или в короткие цепочки шаровидные бактерии. Лучше всего разви­ваются при температуре 30-35°С, их температурный минимум около 10°С. При брожении накапливают до 1% кислоты. Широко применяются для приготовления молочнокислых продуктов (простокваши, кефира, сметаны, творога и др.).

Болгарская палочка нередко образует длинные цепочки, вы­делена из болгарской простокваши. Представляет собой непо­движную, бесспоровую палочку. Наилучшая для ее развития температура 40-45°С, температурный минимум 20°С. В молоке образует до 3,5% молочной кислоты.

Ацидофильная палочка получена из выделений кишечника грудного ребенка. Имеет температурный оптимум около 40°С, ми­нимальная температура развития 20°С. В молоке накапливает до 2,2% молочной кислоты. Применяется для приготовления молочнокислых продуктов - ацидофилина и ацидофильного мо­лока.

Сырная палочка имеет температурный оптимум около 40°С, используется в сыроделии.

Дельбрюковская палочка представляет собой одиночные или собранные в короткие цепочки клетки, не образующие спор. Температурный оптимум 45°С. Образует в среде до 2,5% кисло­ты. Применяется для промышленного получения молочной кислоты, а также в производстве хлебных заквасок.

Огуречная и капустная палочки развиваются при квашении овощей. Молочнокислое брожение имеет важное промышленное зна­чение. Оно применяется в производстве молочнокислых продук­тов, в хлебопечении, в процессах квашения овощей и силосова­ния кормов, при изготовлении кваса, в производстве молочной кислоты и т. д.

36

Пропионовокислое брожение

Пропионовокислое брожение представляет собой процесс превращения сахара или молочной кислоты в пропионовую и уксусную кислоты с образованием углекислоты и воды:

3C6H12О6 = 4С2Н5СООН + 2СН3СООН + 2СО2 + 2H2O

или

3С3Н6О3 = 2С2Н5СООН + СН3СООН + СО2 + Н2О

Брожение вызывается пропионовокислыми бактериями. Это короткие, неподвижные, бесспоровые анаэробные палочки, опти­мальная температура развития которых около 30°С. Пропионово-кислые бактерии близки к молочнокислым бактериям и нередко развиваются вместе с ними.

Следует отметить, что пропионовокислому брожению могут подвергаться не только молочная кислота, но и ее соли. Это брожениеимеет важное значение в созревании сыров. Молочная кислота (вернее, ее кальциевая соль), образующаяся в резуль­тате жизнедеятельности молочнокислых бактерий, под влиянием пропионовокислых бактерий превращается в пропионовую кислоту, уксусную кислоту и углекислый газ. Выделение угле­кислоты приводит к образованию глазков в сыре, придающих ему характерный ноздреватый рисунок. Пропионовая и уксус­ная кислоты способствуют образованию специфического

ут соединяться в длин­ные нити или образовысыр­ного вкуса и запаха.

Пропионовокислые бактерии используются также для получения витамина B12.

37

МАСЛЯНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ

При маслянокислом брожении происходит процесс разложения сахара под действием бактерий в анаэробных условиях с образованием масляной кислоты, углекислого газа и водорода. Оно протекает по уравнению:

С6Н12О6 = С3Н7СООН + 2СО2 + 2Н2 + 20 ккал

В качестве побочных продуктов при этом получаются эти­ловый и бутиловый спирты, уксусная кислота и др. Такое брожение можетпротекать в молоке и молочных продуктах, придавая им неприятные вкус и запах, характерные для масля­ной кислоты.  Маслянокислые бактерии, вызывающие это брожение, пред­ставляют собой перитрихиально жгутованные подвижные, спорообразующие палочки, температурный оптимум их развития находится в пределах 30-40°С. Они являются строгими анаэро­бами и могут размножаться только при полном отсутствии кислорода воздуха или при очень незначительном его содер­жании.  Споры, образуемые маслянокислыми бактериями, весьма устойчивы к неблагоприятным воздействиям, выдерживают ки­пячение в течение нескольких минут и погибают только при длительной стерилизации. Располагаются они либо в середине, либо ближе к одному из концов клетки, придавая ей форму ве­ретена или теннисной ракетки.

Маслянокислые бактерии способны сбраживать как простые сахара, так и более сложные углеводы - крахмал, пектиновые вещества и другие, а также глицерин. Эти бактерии широко распространены в природе, находясь в почве, в иле озер, прудов и болот, в скоплениях различных остатков и отбросов, навозе, загрязненной воде, молоке, сыре и т. д. Вызываемое этими бак­териями брожение имеет важное значение в превращениях ве­ществ в природе. В народном хозяйстве маслянокислое брожение может при­нести большой вред, так как маслянокислые бактерии способ­ны вызывать массовую гибель картофеля и овощей, прогоркание молока и вспучивание сыров, порчу консервов и т. д.

На маслянокислые бактерии подавляюще действует кислая реакция среды, поэтому там, где развиваются молочнокислые бактерии, выделяющие молочную кислоту, жизнедеятельность маслянокислых бактерий приостанавливается. Если же в заква­шенных овощах медленно накапливается молочная кислота, то они могут быть испорчены в результате размножения в них маслянокислых бактерий. Эти бактерии вызывают порчу пасте­ризованного молока, в котором исключено молочнокислое брожение, а также сырого молока при длительном хранении его на холоде, когда деятельность молочнокислых бактерий ослаблена.

Развиваясь во влажной муке, маслянокислые бактерии при­дают ей прогорклый вкус. Маслянокислое брожение находит практическое применение в производстве масляной кислоты, которая широко используется в технике.

38

УКСУСНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ

Уксуснокислым брожением назы­вается окисление этилового спирта в уксусную кислоту под влиянием уксуснокислых бактерий.

Оно может быть выражено таким суммарным уравнением:

С2Н5ОН + О2 = СН3СООН + Н2О

Это брожение, как и спиртовое, известно с давних времен. Человек с давних пор наблюдал, что на поверхности вина или пива, оставленных в открытом сосуде, образуется сероватая пленка, а содержимое превращается в уксус. Микробиологиче­ская природа этого процесса была впервые установлена в 1862 г. Пастером.

Возбудителями уксуснокислого брожения являются уксусно­кислые бактерии, составляющие многочисленную группу палоч­ковидных, бесспоровых, аэробных бактерий. Среди них встре­чаются подвижные и неподвижные формы. Различаются они также размерами клеток, разной устойчивостью к спирту и спо­собностью накапливать больше или меньше уксусной кислоты.

Уксуснокислые бактерии выдерживают концентрацию спирта в 10-12% и образуют в среде от 6 до 11,5% уксуса.

Оптимальная температура их развития колеблется в преде­лах 20-35°С. Уксуснокислые бактерии могвать пленки на поверхности субстрата. Они широко распространены в природе и встречаются на зре­лых ягодах, плодах, в вине, пиве, квасе, квашеных овощах и т. д.

На практике уксуснокислое брожение используется для по­лучения уксуса.

Исходным субстратом для получения уксуса служит вино­градное или плодово-ягодное вино, а чаще всего - раствор, со­держащий спирт и подкисленный уксусом с целью создания благоприятных условий уксуснокислым бактериям. В такой раствор добавляют также необходимые для бактерий минераль­ные соли и другие питательные вещества.

После брожения содержание уксусной кислоты в субстрате может доходить до 9%. Такой уксус разбавляют до содержания 4,5-6% уксусной кислоты, а затем направляют в продажу.