5. Гниение

В процессе обмена веществ микроорганизмы не только осуществляют синтез сложных белковых веществ собственной цитоплазмы, но и производят глубокое разрушение белковых соединений субстрата. Процесс минерализации органических белковых веществ микроорганизмами, протекающий с выделением аммиака или с образованием аммонийных солей, получил название гниения.

В строгом микробиологическом смысле гниение – минерализация белка, но в повседневной жизни гниением называют ряд разнообразных процессов, имеющих чисто случайное сходство, объединяя в этом понятии и порчу пищевых продуктов (мяса, рыбы, плодов, овощей).

Гниение – сложный многоступенчатый процесс. Его внутренняя сущность заключается в энергетических превращениях микроорганизмами аминокислот с использованием их углеродного скелета в синтезе новых соединений. В естественных условиях разложение богатых белками веществ возбуждается различными бактериями, плесенями, протекает очень легко как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

В этой связи химизм разложения белковых веществ и природа образующихся продуктов распада могут сильно изменяться в зависимости от вида микроорганизмов, химической природы белка, условий протекания процесса: аэрации, влажности, температуры.

При доступе воздуха, например, процесс гниения протекает очень интенсивно, вплоть до полной минерализации белковых веществ – образуются аммиак, метан, либо диоксид углерода, а также сероводород и соли фосфорной кислоты.

В анаэробных условиях, как правило, полной минерализации белка не происходит, часть промежуточных продуктов гниения, имеющих неприятный запах, сохраняется в продукте, придавая ему тошнотворный запах гниения.

Механизм минерализации белковой молекулы гнилостными микробами можно представить следующей цепью химических превращений.

1. Гидролиз крупной белковой молекулы до альбумоз, пептонов, полипептидов, дипептидов.

2. Более глубокий гидролиз продуктов разложения белка до аминокислот.

3. Превращения аминокислот под действием микробных ферментов.

Аминокислоты могут подвергаться декарбоксилированию, дезаминированию. Карбоксилаза вызывает декарбоксилирование аминокислот с образованием летучих аминов или диаминов, имеющих тошнотворный запах. Из аминокислоты лизина при этом образуется кадаверин, из аминокислоты орнитина – путресцин.

карбоксилаза

NН₂(СН₂)₄СНNН₂СООН NН₂(СН₂)₅NН₂ + СО₂

Лизин кадаверин

карбоксилаза

N Н₂(СН₂)₃СНNН₂СООН NН₂(СН₂)₄NН₂ + СО₂

Орнитин Путресцин

Кадаверин и путресцин получили название «трупных ядов». Ранее считалось, что эти яды вызывают пищевые отравления. Но в настоящее время доказано, что ядовитыми считаются не они сами, а сопутствующие им производные – нейрин, мускарин и некоторые вещества неизвестной химической природы.

При дезаминировании от аминокислот отщепляется аминогруппа (NН)₂, из которой образуется аммиак. Реакция субстрата при этом становится щелочной. При окислительном дезаминировании, кроме аммиака, образуются еще и кетокислоты.

R СНNН₂СООН + ½ О₂ RСОСООН + NН₃

При восстановительном дезаминировании возникают предельные жирные кислоты.

R СНNН₂СООН + Н₂ RСН₂СООН + NH₃

Гидролитическое дезаминирование и декарбоксилирование приводят к образованию спиртов.

R СНNН₂СООН + Н₂О RСН₂ОН + NН₃ + СО₂

Кроме того могут образовываться при этом и углеводороды (например, метан), непредельные жирные кислоты, водород.

Из ароматических аминокислот в анаэробных условиях возникают дурнопахнущие продукты гниения: фенол, индол, скатол. Индол и скатол образуются обычно из триптофана.

Из аминокислот, содержащих серу, в аэробных условиях гниения образуются сероводород или меркаптаны, обладающие неприятным запахом тухлых яиц.

В каждом конкретном случае возможно протекание только части указанных химических превращений, а не полностью всего цикла.

Появление в пищевых продуктах, богатых белком (таких как мясо, рыба), запаха аммиака, аминов и других продуктов распада аминокислот является показателем их микробиологической порчи. Из консервированной продукции гниению подвергаются мясные и мясоовощные консервы. Сначала наблюдается потемнение мяса, затем почернение, появляется гнилостный запах и часто наблюдается вздутие банок. Лишь при созревании соленой сельди процесс гниения может быть использован как полезный процесс. Схема расщепления белка микроорганизмами приведена на рисунке 23.