Окислительно-восстановительные условия среды

Они зависят от состояния находящихся в среде восстановленных и окисленных веществ и характеризуются окислительно-восстановительным потенциалом (rН₂). Величина rН₂ выражает степень аэробности среды.В водном растворе, насыщенном кислородом, rН₂=41, а в растворе, насыщенном водородом, rН₂=0. Облигатные анаэробы развиваются при значениях rН₂ от 0 до 14, размножаются при rН₂ 3-5. Факультативные анаэробы развиваются при rН₂=0-20, аэробы при rН₂=14-30, rН₂ выше 30 для микроорганизмов неблагоприятно.

Химические вещества

Органические и неорганические вещества, которые замедляют и подавляют развитие микроорганизмов, называются антисептиками. В зависимости от других факторов (химического состава, концентрации, температуры, рН, продолжительности контакта) антисептики по-разному влияют на микробные клетки. В малых дозах они могут действовать на микроорганизмы как стимуляторы. По способу действия на клетку различают:

· антисептики, повреждающие клеточную оболочку (ПАВ, мыло, жирные кислоты);

· антисептики, разрушающие белки ЦПМ и цитоплазмы (фенол, крезол);

· разрушающие липиды клеточных мембран (спирты, эфиры);

· вызывающие инактивацию ферментов (СО₂, Н₂S, цианистые соединения);

· вызывающие гидролиз и денатурацию белков клетки (неорганические кислоты, щёлочи и формалин);

· активные окислители (хлор, озон) проникают через оболочку, деформируют её, вступают во взаимодействие с аминогруппами белков и вызывают их денатурацию. Окислители применяются для дезинфекции питьевой воды, промышленных выбросов.

На принципе антисептики основано копчение мясных и рыбных продуктов. При копчении продукты пропитываются летучими антисептическими веществами дыма или коптильной жидкости, которую применяют вместо дыма.

Биологические факторы

В естественных условиях микроорганизмы живут не изолированно, а совместно с другими живыми существами- животными, растениями, микроорганизмами. Известны следующие типы взаимоотношений между микроорганизмами: симбиоз, метабиоз, антагонизм, паразитизм.

Симбиоз - взаимно-полезное существование, когда два или более вида микроорганизмов при совместном развитии создают для себя выгодные условия. Например, совместное развитие аэробных и анаэробных микроорганизмов:

· кефир-продукт смешанного брожения дрожжей и молочнокислых бактерий;

· квас- продукт незаконченного спиртового и молочнокислого брожения;

· в «чайном грибе» имеются несколько видов уксуснокислых бактерий и дрожжей.

Паразитизм- форма взаимоотношений, при которой развитие микроорганизмов-паразитов происходит за счёт живых клеток других организмов. Паразитизм наблюдается между фагами и бактериями, фагами и актиномицетами. Паразитами являются патогенные микробы- возбудители различных заболеваний человека, животных и растений.

Антагонизм - такой вид взаимоотношений, когда один вид микроорганизмов (антагонист) неблагоприятно влияет на другие, угнетает или полностью подавляет их рост и развитие или вызывает их гибель. В основе антагонизма лежит образование микробами-антагонистами органических кислот, спиртов, щелочей и других продуктов жизнедеятельности. Антагонистическими свойствами обладают молочнокислые бактерии, подавляющие развитие гнилостных бактерий. На этом явлении основаны квашение, производство кисломолочных продуктов, сыров.

Широко распространённой формой антагонизма в мире микроорганизмов является образование специфических продуктов обмена веществ (антибиотиков), губительно действующих на другие формы микробов. По биологическому происхождению антибиотики классифицируются:

· антибиотики, выделяемые микроорганизмами - грибами (пенициллин, аспергиллин), актиномицетами (стрептомицин, тетрациклин), бактериями (субтилин, низин);

· антибиотики, образуемые высшими растениями (фитонциды), из чеснока выделен аллицин, из корней репы рапин, из листьев томатов томатин;

· антибиотики, продуцируемые животными (лизоцим, содержащийся в слюне, носовой слизи, слезах, печени, почках; эритрин, содержащийся в эритроцитах крови животных и человека).

В отличие от антисептиков, действующих на любую живую клетку, для антибиотиков характерна избирательность влияния на микроорганизмы. Каждое антибиотическое вещество действует только на определённые виды микроорганизмов и не влияет на другие, т.е. имеет свой специфический антимикробный спектр действия. Имеются антибиотические вещества широкого спектра действия (группа тетрациклинов, стрептомицины, ампициллин).

Микробиологические основы современных способов хранения продуктов

В настоящее время широко изучены и нашли практическое использование различные способы воздействия на микроорганизмы, позволяющие сохранять пищевые продукты без порчи длительное время. Их можно разделить на 4 группы:

1. Методы хранения, основанные на принципе биоза («биос» - жизнь), направлены на поддержание жизненных процессов на сниженном уровне, но с сохранением естественного иммунитета. На этом принципе основано хранение плодов и овощей в свежем виде, хранение живой рыбы.

2. Методы хранения, основанные на принципе абиоза (абиоз - отсутствие жизни), направлены на уничтожение микробов в продукте. К ним относятся: пастеризация, стерилизация, применение антисептиков, антибиотиков, обработка ультразвуком.

3. Методы хранения, основанные на принципе анабиоза (подавление жизни), направлены на приостановление жизнедеятельности микробов в продуктах. При этом создаются такие условия, при которых микроорганизмы могут сохраняться живыми, но не жизнедеятельными. К ним относятся: создание низких температур (охлаждение и замораживание), удаление воды из продукта (сушка, вяление), создание высокого осмотического давления с помощью соли, сахара (варенье, засолка), повышение кислотности (маринование), создание анаэробных условий (хранение продуктов в вакуумной упаковке, в атмосфере азота).

4. Методы хранения, основанные на принципе ценоанабиоза, направлены на использование антагонистических взаимоотношений между микроорганизмами, входящими в состав микрофлоры продукта. При этом создают условия для развития микроорганизмов, которые в процессе своей жизнедеятельности изменяют свойства продукта с целью улучшения его пищевых и вкусовых достоинств. Продукты жизнедеятельности этих микроорганизмов подавляют развитие микробов- возбудителей порчи. На этом принципе основано квашение плодов и овощей, производство кисломолочных продуктов.

Важнейшие биохимические процессы, вызываемые микроорганизмами, их практическое значение

Анаэробные процессы

Спиртовое брожение.

Это процесс превращения сахара микроорганизмами в этиловый спирт и углекислый газ:

С₆Н₁₂О₆=2С₂Н₅ОН+2СО₂

Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи. Некоторые грибы могут также вызывать спиртовое брожение, но при этом образуется очень мало спирта (всего 5-7%). Спиртовое брожение для дрожжей является способом получения энергии для дрожжей в анаэробных условиях.

На рост и развитие дрожжей и ход спиртового брожения влияют многие факторы. Питательная среда должна содержать аминокислоты, пептиды. Содержание сахара должно быть 10-15%. рН среды наиболее благоприятная для спиртового брожения 4-5. В щелочной среде направление брожения изменяется в сторону повышения выхода глицерина.

По характеру брожения дрожжи подразделяются на верховые (20-28^ОС) и низовые (5-10^ОС). Этиловый спирт неблагоприятно влияет на дрожжи, поэтому в спиртовом производстве используются спиртоустойчивые расы дрожжей.

Процесс спиртового брожения нормально протекает в анаэробных условиях, а в аэробных условиях дрожжи активно размножаются. Это используется при разведении чистой и накопительной культур дрожжей в производственных условиях.

Процесс спиртового брожения нашёл широкое применение в промышленности при производстве спирта, пива, вина.

Молочнокислое брожение.

Это превращение сахара молочнокислыми бактериями в молочную кислоту. Различают два типа молочнокислых бактерий: гомоферментативные и гетероферментативные.

Гомоферментативные (однотипные) бактерии образуют 85-90% молочной кислоты и немного побочных продуктов брожения. Общее уравнение этого типа брожения:

С₆Н₁₂О₆=2СН₃СНОНСООН

Гетероферментативные (разнотипные ) бактерии менее активные кислотообразователи. Наряду с молочной кислотой они образуют значительное количество побочных продуктов брожения: этиловый спирт, углекислый газ, уксусную кислоту, а иногда и ацетоин, диацетил. В зависимости от факторов внешней среды (рН, температуры, степени аэробности) состав конечных продуктов может изменяться у одного и того же вида бактерий, поэтому резкое разграничение между ними проводить нельзя.

Возбудителями молочнокислого брожения являются неподвижные, неспорообразующие молочнокислые бактерии. Круглой или слегка овальной формы. Хорошо сбраживают моносахара, но не все дисахариды. Крахмал и полисахариды не сбраживают. Очень требовательны к составу питательной среды, им нужны аминокислоты или более сложные органические соединения. Наилучшее рН 4-6, температура 25-35^ОС (мезофилы), 40-45^ОС (термофилы), выдерживают концентрации этилового спирта до 10-15%, концентрации NаCl до 10%. Некоторые способны к слизеобразованию (ацидофильная палочка).

Широко используются при промышленном производстве кисломолочных продуктов, при квашении овощей (капуста), при получении молочной кислоты.

Наиболее важное техническое значение имеют следующие молочнокислые бактерии:

· сбраживающие лактозу и размножающиеся в молоке - молочнокислый и сливочный стрептококки. Они применяются при производстве простокваши, творога, сметаны, масла;

· термофильные молочнокислые бактерии используются при производстве кисломолочных продуктов (варенец, ряженка) и диетических продуктов (ацидофилин);

· не сбраживающая лактозу палочка Дельбрюка применяется при производстве молочной кислоты и в хлебопечении.

Попадание молочнокислых бактерий в другие продукты (молоко, пиво, вино, б/а напитки) приводит к их порче.

Пропионовокислое брожение

Пропионовокислое брожение заключается в превращении сахара, молочной кислоты или её солей в пропионовую и уксусную кислоты.

3С₆Н₁₂О₆—4СН₃СН₂СООН+2СН₃СООН+2СО₂+2Н₂О

3СН₃СНОНСООН—2СН₃СН₂СООН+СН₃СООН+СО₂+Н₂О

Пропионовокислые бактерии короткие, неподвижные, неспорообразующие палочки. Они очень требовательны к составу питательной среды, им необходимы источники азота и витамины. Фак. анаэробы. Не развиваются при рН ниже 4, 5-5, 0. Оптимальная температура 30-35^ОС. Присутствие пропионовой и уксусной кислот в сыре придаёт ему своеобразный вкус и запах. Выделяющийся углекислый газ образует пустоты - сырные “глазки”.

Пропионовая кислота и её соли являются ингибиторами плесеней и применяются для предотвращения плесневения продуктов. Некоторые виды пропионовокислых бактерий применяют для получения витамина В₁₂.

Маслянокислое брожение

Это сложный процесс превращения сахара с помощью бактерий в масляную кислоту. Он протекает в анаэробных условиях с образованием масляной кислоты, углекислого газа и водорода:

С₆Н₁₂О₆—СН₃СН₂СООН+2СО₂+2Н₂

В качестве побочных продуктов маслянокислого брожения получают ацетон, этиловый спирт, уксусную кислоту, бутиловый спирт.

Маслянокислые бактерии - крупные, подвижные, спорообразующие палочки. В клетках содержат гранулёзу. Неприхотливы к составу питательной среды. Строгие анаэробы. Оптимальная температура их развития 30-40^ОС. Хорошо развиваются при рН 6, 9-7, 4, при рН ниже 4, 9 прекращают развиваться.

Маслянокислые бактерии широко распространены в природе: в почве, на дне водоёмов, в скоплениях разлагающихся растительных остатков.

Маслянокислое брожение применяется при производстве масляной кислоты, эфиры которой широко применяются в парфюмерной, кондитерской промышленности, при производстве безалкогольных напитков. Метиловый эфир имеет яблочный запах, этиловый эфир грушевый запах.

Маслянокислое брожение может вызывать порчу пищевых продуктов (бомбаж консервов, вспучивание сыров, прогоркание молока, порчу квашеных овощей). Масляная кислота придаёт продукту прогорклый вкус, резкий и неприятный запах.

Аэробные процессы

Уксуснокислое брожение

Это окисление бактериями этилового спирта в уксусную кислоту:

СН₃СН₂ОН+О₂—СН₃СООН+Н₂О

Палочковидные, неспорообразующие, строгие аэробы бывают подвижные и неподвижные; они кислотоустойчивы, оптимальное рН 5, 4-6, 3. Оптимальная температура 30^ОС.

Различают два рода: глюконобактерии и ацетобактерии.

· Глюконобактерии - окисляют сахара до глюконовой кислоты.

· Ацетобактерии - окисляют уксусную кислоту до углекислого газа и воды. Они устойчивы к концентрациям спирта, могут накапливать большие концентрации (до 10%) уксусной кислоты.

Характерная особенность-изменчивость формы клеток в зависимости от внешних условий, могут образовывать толстые, длинные нити.

Широко распространены в природе: на зрелых плодах, ягодах, в квашеных овощах, вине, пиве, квасе. На этом основано промышленное производство уксуса для пищевых целей.

Самопроизвольное развитие уксуснокислых бактерий в вине, пиве, квасе, безалкогольных напитках и других продуктах приводит к их прокисанию, помутнению, появлению слизи. Внешне это напоминает плёнку на поверхности жидкости или кольцо около стенок сосуда.

Лимоннокислое брожение

Способностью окислять углеводы обладают многие плесневые грибы, при этом из моно- и дисахаридов образуются органические кислоты: уксусная, молочная, щавелевая, яблочная, лимонная.

В промышленности применяется окисление углеводов грибами в лимонную кислоту. Химизм образования лимонной кислоты из сахара до настоящего времени окончательно не установлен.

Возбудителем брожения является гриб Aspergillus niger.

Основное сырьё для производства лимонной кислоты - меласса (отход свеклосахарного производства). В промышленности применяют поверхностный и глубинный методы получения лимонной кислоты.

Лимонная кислота применяется в кулинарии, кондитерской промышленности, при приготовлении сахарных сиропов, в производстве безалкогольных напитков.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: