Уксуснокислые бактерии

11.7 Гнилостные процессы. Понятие об аэробном и анаэробном гниении. Возбудители. Роль гнилостных процессов в природе, в пищевой промышленности

Гниение
– процесс
глубокого разложения белковых веществ.
Одним из конечных продуктов разложения
белковых веществ является аммиак,
поэтому процесс гниения называют
аммонификацией.

Белки
– высокомолекулярные соединения,
поэтому вначале они подвергаются
внеклеточному расщеплению протеолитическими
ферментами микроорганизмов, которые
являются экзоферментами.

Расщепление белков
происходит ступенчато:

белки → пептоны
→ полипептиды → аминокислоты.

Образовавшиеся
аминокислоты диффундируют внутрь клеток
и могут быть использованы как в
конструктивном, так и в энергетическом
обмене.

Расщепление
аминокислот начинается путем их
дезаминирования
и декарбоксилирования.
При дезаминировании аминокислот
происходит отщепление аминогруппы с
образованием аммиака, органических
кислот (масляной, уксусной, пропионовой,
окси- и кетокислот) и высокомолекулярных
спиртов.

В
дальнейшем образование конечных
продуктов зависит от условий протекания
процесса и от вида микроорганизма –
возбудителя гниения.

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).

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).

Возбудители
гнилостных процессов

Возбудителями
аэробного гниения
являются спорообразующие бактерии рода
Bacillus: Bacillus mycoides (грушевидная бацилла);
Bacillus megaterium (капустная бацилла); Bacillus
mesentericus (картофельная палочка); Bacillus
subtilis (сенная палочка), а также
неспорообразующие палочки: Serrate marcencens
(чудесная палочка); Proteus vulgaris (палочка
протея); Escherichia coli (кишечная палочка) и
другие микроорганизмы.

Возбудителями
анаэробного гниения
являются анаэробные споровые папочки
рода Clostridium (протеолитические клостридии):
Clostridium sporogenes, Clostridium subterminalis, Clostridium
perfringens, Clostridium botulinum.

Практическое
значение гнилостных процессов

Гнилостные
микроорганизмы нередко наносят большой
ущерб народному хозяйству, вызывая
порчу богатых белками продуктов питания:
мяса и мясопродуктов, яиц, молока, рыбы
и рыбопродуктов и др.

В
природе (в воде, почве) гнилостные
бактерии активно разлагают отмершие
животные и растительные ткани, минерализуют
белковые вещества и тем самым играют
важную роль в круговороте углерода и
азота.

Среда обитания

Уксуснокислые бактерии, как показывает характеристика их питания, являются обитателями сред брожения. Чаще всего они размножаются сразу же за дрожжами, используя выделяемый ими спирт. Поэтому в природе их можно обнаружить на следующих продуктах:

• сахаросодержащие спелые и перезрелые фрукты и овощи;
• зрелый виноград, особенно загнившие гроздья, что отлично видно на фото, сделанных даже без помощи увеличения;
• цветочный нектар и другие.

Особенно много их в скисших фруктовых соках, непастеризованном пиве, вине, спиртовой бражке, сидре и т.д. Как уксуснокислые, так и молочнокислые бактерии присутствуют в кефире и других кисломолочных продуктах, являются неотъемлемыми участниками процесса квашения и засолки овощей, мочения яблок.

Большое значение для их развития имеет температура. Практически для всех видов этого семейства бактерий нижним пределом является –6…–10°С. Верхняя граница составляет +35…+45°С. Температурные пределы непостоянны, так как они находятся во взаимосвязи с прочими характеристиками среды. Поэтому в природе бактерии отлично себя чувствуют на богатых питательными веществами продуктах, в которых происходит брожение, при постоянном доступе свободного кислорода.

Принято считать, что определяющее значение в распространении этих бактерий имеет плодовая мушка дрозофила, как можно увидеть на фото, и уксусные угрицы (вид круглых червей).

Значение употребления молочнокислых продуктов

В свежем молоке, помимо углеводов и жиров, содержится лактоза, которую переносит не каждый организм, а в молочнокислых продуктах содержится молочная кислота. Она выполняет в организме такие функции:

• активизирует выработку желудочного сока;
• улучшает метаболизм;
• усиливает сокращения кишечника.

В ходе сквашивания молочный белок казеин расщепляется на аминокислоты и пептиды, скорость усвоения которых выше в 2-3 раза. Лактобактерии производят лактозу, помогающую усваивать молочные углеводы. Молочнокислые продукты идеально подходят детям и пожилым людям, чья способность усваивать лактозу и молочный белок ниже, чем у взрослого человека. Жизнедеятельность бактерий в организме способствует выработке витаминов В1, В2, С и антибиотиков. Живые антибиотики, вырабатываемые организмом, не только подавляют жизнедеятельность болезнетворных микробов, но и убивают их. В процессе роста детям необходим кальций и белок, которые в кисломолочных продуктах находятся в идеальной пропорции. Главная полезная особенность кисломолочных продуктов ─ это регулировка микрофлоры кишечника. В организме человека живых бактерий до 100 триллионов, но не все они полезные. Есть бактерии, чья жизнедеятельность помогает человеку переварить пищу, они разрушают токсины, способствуют выработке витаминов. Это полезные. А есть вредные, вызывающие инфекции и выделяющие токсины. Если баланс этих бактерий в норме, то пищеварительная система работает как часы, в противном случае наблюдается дисбактериоз и снижается иммунитет.

Уксуснокислые бактерии

Являются вредной микрофлорой, вызывающей уксусное скисание вина. Уксуснокислые бактерии принадлежат к роду Acetobacter. Они имеют палочковидную форму. Клетки короткие, толстые, заключены в капсулу, располагаются в жидкой среде попарно, редко оди­ночно, иногда в виде цепочек.

Некоторые уксуснокис­лые бактерии подвижны. Характеризуются высокой скоростью размножения: при благоприятных условиях из одной клетки за 12 часов может образоваться 17 млн. бактерий.

Свое название уксуснокислые бактерии получили из-за спо­собности окислять этиловый спирт в уксусную кислоту при свободном доступе кислорода воздуха.

Уксуснокислые бактерии легко и быстро размножаются на поврежденных ягодах винограда; попав в сусло, при брожении его они не погибают. Для своего роста и развития они нужда­ются в питательных веществах: углероде, азоте (в основном усваивают его из аминокислот), витаминах. Все уксуснокислые бактерии хорошо используют в качестве источника углерода моносахариды, многоатомные спирты, могут усваивать кислоты, в том числе вырабатываемую ими уксусную кислоту.

Такое явление называется переокислением. Энергию уксуснокислые бактерии получают за счет реакций окисления. Окисление бак­териями этилового спирта в уксусную кислоту сопровождается образованием этилацетата, который придает винам неприятные тона во вкусе и аромате, характерные для уксуснокислого скисания. Из 1 % об. этанола образуется 1 г уксусной кислоты.

Помимо этилового спирта, уксуснокислые бактерии окисля­ют другие одноатомные спирты, а именно: пропиловый спирт — в пропионовую кислоту, бутиловый — в масляную, изоамиловый — в изовалериановую кислоту, а также многоатомные спир­ты— сорбит, глицерин, маннит.

При развитии уксуснокислых бактерий на поверхности вина, виноградного сока, других жидких продуктов переработки вино­града образуются слизистая пленка или пристенное кольцо. Через некоторое время возможно погружение пленки в жид­кость. Характерной особенностью пленки из уксуснокислых бактерий является ее способность всползать на стенки стеклян­ной посуды. Чаще всего бактерии образуют пленку совместно с пленчатыми дрожжами родов Candida, Pichia, Hansenula.

На развитие уксуснокислых бактерий большое влияние ока­зывает температура. Для них благоприятен широкий диапазон: от 10 до 35 °С. Бактерии сохраняются при более низких тем­пературах, но погибают при более высоких в зависимости от величины рН, концентрации сернистой кислоты и других фак­торов. Так, в столовом вине при отсутствии кислорода клетки вида Acetobacter aceti погибают в течение 10 минут при температуре 50 °С.

С повышением крепости столовых вин активность уксусно­кислых бактерий снижается, однако при температуре 20—25°С бактерии способны развиваться и подвергать скисанию вина крепостью 14—16% об.

Уксуснокислые бактерии чувствительны к SO2: при содер­жании его в количестве 125—150 мг/л жизнедеятельность бак­терий приостанавливается при температуре 15—18 °С только на 10 дней; при введении в виноматериал S02 в количестве 50 мг/л в анаэробных условиях они теряют свою жизнедеятель­ность при температуре 10°С и ниже на 5—10-е сут, а при 28— 35 °С — на несколько часов. Для инактивации всех видов уксус­нокислых бактерий необходимо сульфитировать вина до содер­жания в них общего количества S02 не менее 175 мг/л.

Уксуснокислые бактерии развиваются в вине, соках, слабо­алкогольных напитках, в не полностью долитых или недоста­точно плотно закрытых емкостях, при пористой клепке бочек, при брожении мезги, в таре с остатками вина. Вино, в котором брожение закончилось, надо хранить без доступа воздуха.

При хранении вин в металлических и железобетонных емкостях, заполненных ниже установленных норм (недолитых), рекомендуется использовать герметизирующий состав СВС с 2% метабисульфита калия. Производство виноградных соков и напитков на их основе базируется на использовании пасте­ризации — кратковременного нагрева продукта в бескислород­ных условиях при температуре 55—75 °С и выше. В целях про­филактики рекомендуется периодически производить дезинфек­цию помещений, тары и коммуникаций.

Бактерии-вредители продуктов питания

Бактерий, приносящих пользу и так необходимых человеку для существования, много, но не меньшее количество и вредителей, вызывающих порчу продуктов. Многие продукты, в которых живут такие бактерии, становятся опасными для здоровья и источником таких страшных заболеваний, как:

• сальмонеллез;
• холера;
• токсикоинфекция;
• дизентерия;
• ботулизм;
• брюшной тиф.

Под воздействием маслянокислых бактерий происходит порча сыров и молочных продуктов. Появляется горький привкус и неприятный запах. Маслянокислые микробы приводят к порче масла сливочного, семян подсолнечника, сои, зерна и делают их непригодными для питания.

Уксусные бактерии (уксуснокислые) своей деятельностью вызывают прокисание винной продукции.

Микрококки выделяют ферменты, которые расщепляют белки, тем самым вызывая гниение продуктов, и отсюда резкий неприятный запах.

Сальмонелла, чаще всего проникая через поры яичной скорлупы, приводит к порче яиц и серьезному заболеванию сальмонеллезу.

Палочки перфрингенс и ботулиновые без доступа кислорода (чаще это консервы) начинают размножаться и выделяют ядовитые токсины, что при несвоевременной госпитализации зачастую заканчивается летальным исходом для человека.

Молочнокислые бактерии часто поражают муку. Бациллы приводят к порче уже готового хлеба, расщепляя хлебный крахмал, углеводы и делая хлебный мякиш липким, тягучим и с неприятным запахом.

Размножение

Организация биологического размножения осуществляется делением одной бактериальной клетки на две дочерние. Зрелая клетка начинает постепенно разделяться. Сначала появляется полоса поперек клетки, потом делится на две одинаковые части нить ДНК. Постепенно происходит деление по данной линии на две клетки. Каждая из вновь образованных бактериальных клеток продолжает питаться, расти, делиться. В среднем скорость их деления составляет 2-3 раза в час.

Исследование бактерий и их особенностей будет актуальным еще долго. И если верна теория о том, что когда-то они стали одной из первых биологических форм жизни и материалом для образования огромного числа новых существ, то они являются носителями огромного потенциала.

11.6 Окисление жиров и высших жирных кислот микроорганизмами. Микроорганизмы — возбудители порчи жиров

Жиры представляют
собой сложные эфиры глицерина и высших
жирных кислот.

Так
как жиры – высокомолекулярные соединения,
то в неизменном виде внутрь клетки они
попасть не могут. Поэтому вначале
происходит гидролиз жира при участии
фермента липазы, которая имеется у
многих микроорганизмов. В результате
образуются глицерин и высшие жирные
кислоты. Этот процесс не обеспечивает
клетки энергией, поэтому образовавшиеся
продукты гидролиза используются
различными микроорганизмами в качестве
энергетического материала. Процесс
протекает только в аэробных условиях.

Глицерин подвергается
окислению уксуснокислыми бактериями
до диоксиацетона и далее микроскопическими
грибами до углекислого газа и воды.

Высшие
жирные кислоты окисляются труднее и
медленнее. В процессе окисления образуются
промежуточные продукты: кетоны, альдегиды,
оксикислоты и др., которые придают
окисленному жиру прогорклый вкус.

Возбудители.
Наиболее активными микроорганизмами
в процессе разложения жира являются
бактерии рода Pseudomonas, особенно
флуорисцирующие (продуцирующие пигменты)
и мицелиальные грибы: Oidium lactis, многие
виды Aspergillus, Penicillium.

Практическое
значение процесса

Процесс
разложения жиров отмерших животных и
растенийпроисходитпостоянно
и имеетбольшое
значение вкруговороте
веществ в природе.

С
другой стороны, в пищевой промышленности
микроорганизмы, окисляющие жиры, приносят
вред, вызывая порчу пищевых жиров и
жира, содержащихся в различных пищевых
продуктах.

Следует
учитывать, что многие жирорасщепляющие
микроорганизмы являются психрофилами,
поэтому способны развиваться при
хранении пищевых продуктов в охлажденном
состоянии.

1.2.5 Дрожжи

Дрожжи
– это высшие грибы, утратившие способность
образовывать мицелий и превратившиеся
в одноклеточные организмы

Относятся
к надцарству эукариот, отделу истинных
грибов, большинство дрожжей являются
представителями двух классов: аскомицетов
и дейтеромицетов. Кроме того, дрожжи
делятся на спорогенные и аспорогенные.
В молоке и молочных продуктах чаще всего
встречаются спорогенные дрожжи семейства
Saccharomycetaceae (например, родов Saccharomyces,
Zygosaccharomyces) и аспорогенные дрожжи семейства
Torulopsidaceae
(родов Torulopsis,
Candida,
Mycoderma
и др.).

В
основу классификации дрожжей положены
следующие признаки: различия в характере
их вегетативного размножения, способность
к спорообразованию и половому размножению,
а также другие морфологические и
физиологические свойства.

Многие
дрожжи являются возбудителями спиртового
брожения – процесса анаэробного
окисления сахаров до этилового спирта.

Возможность
дрожжей размножаться в молоке и молочных
продуктах определяется их способностью
сбраживать или окислять лактозу, а также
наличием в молоке микрофлоры, обладающей
(-галактозидазной активностью. В связи
с этим дрожжи, встречающиеся в молоке
и молочных продуктах, делятся на 3 группы:

1.
Дрожжи, не способные к спиртовому
брожению, но потребляющие лактозу путем
непосредственного окисления (в молоке
растут, но лактозу не сбраживают). К
таким дрожжам относятся дрожжи родов
Mycoderma, Torula.

2.
Дрожжи не сбраживающие лактозу, но
сбраживающие другие сахара. Эти дрожжи
могут развиваться только в совместной
культуре с микроорганизмами, которые
обладают (-галак-тозидазной активностью
и осуществляют гидролиз молочного
сахара до глюкозы и галактозы. Такими
дрожжами являются большинство видов
дрожжей рода Saccharomyces.

3.
Дрожжи, сбраживающие лактозу. Таких
дрожжей не много. Наиболее часто в
молочных продуктах встречаются следующие
виды дрожжей этой группы: Saccharomyces
lactis,
Saccharomyces
fragilis,
Torulopsis
kefir,
Torulopsis
sphaerica,
Candida
pseudotropicalis
и др.

Большинство
дрожжей являются факультативными
анаэробами, некоторые дрожжи – аэробы.
Хорошо растут в кислой среде (ацидофилы).
По отношению к температуре дрожжи
являются мезофилами, так как оптимальная
температура для их развития 25-300С. Более
высокая температура стимулирует развитие
дрожжей вида Torulopsis sphaerica и дрожжей, не
сбраживающих лактозу. В качестве
источника углерода лучше всего используют
гексозы, другие углеводы, спирты,
органические кислоты. Источниками азота
для них являются соли аммония, аминокислоты,
пептиды.

Естественным
местообитанием дрожжей является
поверхность плодов и ягод, сок и
поверхность листьев, нектар, вода, почва,
кожные покровы и пищеварительный тракт
людей и животных. Имеются патогенные и
условно-патогенные формы дрожжей,
которые вызывают кандидомикозы.

Роль
дрожжей в формировании качества молочных
продуктов исключительно велика. Они
используются при производстве кефира
и кумыса, являясь не только возбудителями
спиртового брожения, но и продуцентами
витаминов группы В, антибиотических
веществ, подавляющих развитие туберкулезной
палочки и других патогенных микроорганизмов.
Продукты жизнедеятельности дрожжей
активизируют развитие молочнокислых
бактерий. Некоторых дрожжи используются
в производстве масла, так как предотвращают
развитие на его поверхности микроскопических
грибов и, таким образом, повышают
стойкость масла в процессе хранения.

С
другой стороны, дрожжи являются
вредителями производства многих молочных
продуктов. Интенсивное развитие дрожжей
незаквасочного происхождения нередко
приводит к вспучиванию, изменению вкуса
творога, сметаны, сладких творожных
изделий, обильному газообразованию
сгущенного молока с сахаром (бомбаж
банок), возникновению спиртового вкуса
и запаха, а также к вспучиванию сыров9.