Безопасность продовольственного сырья и продуктов питания. Микробиологические аспекты. Часть 1. Учебное пособие

болевание, а также способность микробов передаваться с помощью одного из механизмов передачи, сохраняя в этой фазе свои патогенные свойства и преодолевая поверхностные барьеры (кожу и слизистые). Она обусловлена наличием у возбудителей факторов, способствующих его прикреплению к клеткам организма и их колонизации.

Под инвазивностью понимают способность возбудителей преодолевать защитные механизмы организма, размножаться, проникать в его клетки и распространяться в нем.

Токсигенность бактерий обусловлена выработкой ими экзотоксинов. Токсичность обусловлена наличием эндотоксинов.

Экзо- и эндотоксины обладают своеобразным действием и вызывают глубокие нарушения жизнедеятельности организма.

Инфекциозные, инвазивные (агрессивные) и токсигенные (токсические) свойства относительно не связаны друг с другом, они по-разному проявляются у разных микроорганизмов.

Патогенность микроскопических плесневых грибов обусловлена продуцируемыми ими низкомолекулярными вторичными метаболитами – микотоксинами.

Экзотоксины (внешние токсины) выделяются микроорганизмами в окружающую среду в процессе их жизнедеятельности. По химической природе это белки. Обладают строгой специфичностью действия на организм: действуют только на определенные клетки и ткани (нервные клетки, мышцу сердца и др.), в значительной степени определяющей физиологию и морфологию инфекционного процесса, а при развитии инфекционной болезни ее клиническую картину. Очень ядовиты. Например, 0,005 мл жидкого столбнячного токсина или 0,0000001 мл ботулинического токсина убивает морскую свинку. От момента введения экзотоксина в организм животного до начала заболевания проходит период, который колеблется от нескольких часов до нескольких суток. Экзотоксины

действием некоторых химических веществ они теряют свою токсичность. Способностью к образованию экзотоксинов

51

характеризуются возбудители ботулизма, столбняка, дифтерии, а также холерный вибрион, некоторые шигеллы и др. В настоящее время известно более 50 видов экзотоксинов.

Эндотоксины не выделяются из микробной клетки во время ее жизнедеятельности; высвобождаются только после ее гибели.

Выделение эндотоксинов, которые представляют собой липополисахариды клеточной мембраны, свойственно грамотрицательным микроорганизмам (сальмонеллы, шигеллы, менингококки, возбудители брюшного тифа, паратифов и др.). Они освобождаются при разрушении микробной клетки, проявляют свое токсическое действие, взаимодействуя со специфическими рецепторами клеточной мембраны клеток макроорганизма, и оказывают разностороннее и малоспецифическое воздействие на макроорганизм.

По своей химической природе и структуре они отличаются строгой специфичностью, но по физиологическому действию эндотоксины одинаковы: вызывают повышение температуры, изменение сахара в крови (гипергликемию), оказывают энтеротропное и нейротропное действие.

Эндотоксины менее токсичны, чем экзотоксины, поражают организм в больших дозах; скрытый период исчисляется часами. Они термоустойчивы: некоторые эндотоксины выдерживают кипячение при 120 °С в течение 30 мин, под влиянием формалина и температуры частично обезвреживаются.

Микотоксины представляют собой вторичные метаболиты микроскопических плесневых грибов. Являются природными загрязнителями зерна злаковых, бобовых, семян подсолнечника, а также овощей и фруктов. Они могут образовываться при хранении во многих пищевых продуктах под действием развивающихся в них микроскопических грибов.

Микотоксины отличаются по химическому строению, токсичности и механизму действия. Согласно классификации микотоксинов по молекулярной массе различают: афлатоксины, трихотеценовые микотоксины, охратоксины, фумонизин, зеараленон и его производные, монилиформин, фузарохроманон, алкалоиды спорыньи, патулин, цитринин и др.

52

Совокупность биологических процессов, возникающих в животном организме при проникновении и развитии в нем патогенных микробов, называется инфекцией. Источниками инфекции являются больные организмы, а также микробоносители (бациллоносители). Ими являются как перенесшие заболевание организмы, так и не являющиеся таковыми. Характер инфекции определяется вирулентностью микробов – возбудителей, местом проникновения их в организм, а также состоянием защитных сил макроорганизма. Признаки заболевания появляются через некоторое время после заражения, которое называется инкубационным периодом, продолжительность которого различная. Затем проявляются клинические признаки (симптомы), характерные для каждого заболевания.

3. САПРОФИТНАЯ МИКРОФЛОРА

3.1. Гнилостные бактерии

Сапрофитная микрофлора представлена разными группами микроорганизмов: гнилостные бактерии, кокки, молочнокислые бактерии, плесени, дрожжи и др.

Гниение (аммонификация) – процесс глубокого разложения белков микроорганизмами.

Разложение белков происходит ступенчато:

-под действием внеклеточных протеолитических ферментов белки расщепляются вначале до пептонов, затем до полипептидов и далее до аминокислот;

-образовавшиеся аминокислоты диффундируют внутрь клеток и могут быть использованы как для конструктивного, так

идля энергетического обмена.

Расщепление аминокислот происходит путем дезаминирования (отщепления аминогруппы с выделением аммиака) и декарбоксилирования (отщепления карбоксильной группы с выделением диоксида углерода). В результате образуются органические кислоты (например, масляная,

53

уксусная, пропионовая, окси- и кетокислоты), а также высокомолекулярные спирты.

В дальнейшем образование конечных продуктов зависит от условий протекания процесса и вида микроорганизмавозбудителя гниения.

Аэробное гниение протекает в присутствии кислорода. Конечными продуктами аэробного гниения являются кроме аммиака и диоксида углерода, вода, а также сероводород и меркаптаны (обладающие запахом тухлых яиц).

Анаэробное гниение протекает в анаэробных условиях. Конечными продуктами анаэробного гниения являются продукты декарбоксилирования и дезаминирования аминокислот: индол, крезол, фенол (вещества с неприятным запахом), диамины, производные которых являются трупными ядами и могут вызвать пищевые отравления, а также аммиак, диоксид углерода.

Наиболее активными возбудителями гниения являются бактерии. Среди них есть спорообразующие и бесспоровые, аэробные и анаэробные бактерии. Большинство из них являются мезофилами, но встречаются также и психрофилы, и термофилы. Многие гнилостные бактерии отрицательно реагируют на кислую реакцию среды и содержание в ней поваренной соли.

Гнилостные бактерии широко распространены в природе: встречаются в почве, воде, воздухе, кишечнике человека и животных, на пищевых продуктах.

Возбудители аэробного гниения – аэробные спорообразующие бактерии, относятся к семейству Bacillaceae, роду Bacillus. Это грамположительные палочки, образующие термоустойчивые споры. Палочки в зависимости от вида могут располагаться поодиночке, попарно и цепочками. В молоке и

Многие аэробные спорообразующие бактерии вызывают пороки молочных продуктов (горький вкус, преждевременное свертывание молока без повышения кислотности и др.).

54

Бесспоровые факультативно-анаэробные гнилостные бактерии представляют семейство Enterobacteriaceae родов Proteus (Proteus vulgaris) и Ecsherichia (Ecsherichia coli). Это грамотрицательные бесспоровые палочки, располагающиеся поодиночке. Капсул не образуют. В молочных продуктах вызывают пороки: нечистый вкус, горький вкус, коричневые пятна на корке голландского сыра и др.

Бесспоровые гнилостные пигментообразующие бактерии видов Pseudomonas fluorescens (флуоресцирующая палочка), Pseudomonas aerogenosa (синегнойная палочка), Serratia marcescens (чудесная палочка). Это грамотрицательные палочки, спор и капсул не образуют. Располагаются поодиночке.

Психрофилы. Вызывают пороки цвета, изменяют вкус и запах молочных продуктов при длительном хранении их в охлажденном состоянии.

Возбудители анаэробного гниения относятся к семейству

Bacillaceae, роду Clostridium (маслянокислые бактерии). В молоке и молочных продуктах наиболее часто встречаются следующие виды: Cl. perfringens, Cl. putrificum, Cl. sporogenes, Cl. butiricum, Cl. subterminalis. Это крупные подвижные грамположительные палочки, образующие устойчивые споры. При образовании спор клетки приобретают форму веретена (если споры располагаются в центре клетки) или форму барабанной палочки. Палочки могут располагаться поодиночке и цепочками. Главной особенностью маслянокислых бактерий является то, что они относятся к строгим (облигатным) анаэробам, т.е. могут расти и развиваться только без доступа воздуха (кислород для них является ядом).

Клостридии вызывают пороки вкуса, запаха и консистенции молочных продуктов. Так, в производстве сыров эти микроорганизмы вызывают их позднее вспучивание: сыр приобретает неправильный щелевидный рисунок, размягченную, губчатую консистенцию, неприятный салистый запах.

Помимо того, что клостридии активно разлагают белки, они являются возбудителями маслянокислого брожения –

55

анаэробного окисления органических веществ (углеводов, спиртов, аминокислот) в масляную кислоту:

С6Н12О6 → СН3СН2СН2СООН + 2СО2↑+ Н2↑ + Е

Масляная кислота придает молочным продуктам прогорклый вкус, а образуемые газы (диоксид углерода, молекулярный водород) вызывают бомбаж баночных молочных консервов.

3.2. Микроскопические грибы, дрожжи

Микроскопические грибы широко распространены в производстве молочных продуктов. Они вызывают плесневение продуктов при хранении.

Наиболее часто встречаются микроскопические грибы следующих родов: Oidium (Oidium lactis), Aspergillus, Penicillium, Alternaria, Cladosporium, Catenularia.

Грибы – аэробы, но могут расти и в глубине продукта при наличии пустот и минимальном доступе воздуха. Мезофилы, но могут развиваться в очень широком температурном диапазоне (термотолерантны), например, при низких температурах – от +5 до −2 оС. Являются ацидофилами, т. к. предпочитают кислую реакцию среды. Споры грибов погибают при пастеризации молока, но устойчивы к дезинфицирующим растворам.

Все микроскопические грибы активно разлагают белки и молочный жир.

Окисление жира микроскопическими грибами начинается с гидролиза жира под действием липолитических экзоферментов до глицерина и высших жирных кислот. Этот процесс не обеспечивает микроорганизмы энергией, поэтому образовавшиеся продукты гидролиза используются в качестве энергетического материала. Процесс окисления глицерина и высших жирных кислот протекает только в аэробных условиях. Глицерин быстро окисляется до диоксида углерода и воды. Окисление высших жирных кислот идет медленно. В процессе

56

окисления образуются промежуточные продукты: кетоны, альдегиды, оксикислоты, которые придают окисленному жиру прогорклый вкус.

Некоторые грибы в процессе роста на пищевых продуктах образуют ядовитые вещества: мико- и афлатоксины, поэтому могут являться возбудителями пищевых интоксикаций.

Некоторые виды гриба Penicillium, такие, как P. roqueforti, P. camamberti, P. candidum, называются «благородными плесенями». Они используются в производстве некоторых видов мягких сыров, придавая сыру своеобразные вкус, обусловленный изменением молочного сахара, белковых веществ, молочного жира и образованием летучих жирных кислот.

Дрожжи – это факультативно анаэробные микроорганизмы, которые хорошо растут в кислой среде при температуре 20 – 30 °С, но многие виды могут развиваться и при более низкой температуре. Дрожжи попадают на пищевые продукты из воздуха. Как правило, дрожжи сбраживают большинство углеводов. Некоторые роды углеводы не сбраживают, их называют пленчатыми дрожжами (роды Саndida, Мycoderma). Клетки таких дрожжей имеют вытянутую форму. Попадая в продукты, они вызывают порчу. Например, в мясе дрожжи потребляют молочную кислоту, что ведет к повышению рН мяса. Многие дрожжи способны расщеплять жиры, что приводит к прогорканию продуктов.

Дрожжи рода Debaryomyces выделяют из мяса и мясных продуктов. Характерным свойством этих дрожжей является способность развиваться при высокой концентрации поваренной соли до 24 % мас. и использования белков мяса в метаболизме.

3.3. Бактериофаги

Бактериофаги являются вирусами бактерий. Они не имеют клеточного строения, а величина их частиц измеряется в нанометрах (1 нм = 10-9 м). Состоят бактериофаги из нуклеиновой кислоты, покрытой белковой оболочкой. Имеют булавовидную

57

форму. Основным свойством бактериофагов является их специфичность.

Фаги устойчивы к воздействию высоких температур. Они выдерживают режимы пастеризации молока при 75 оС в течение 15 с. Хорошо переносят замораживание и длительное хранение (годами) в высушенных субстратах.

Фаги обладают высокой чувствительностью к кислотам. Ультрафиолетовое облучение и ионизирующая радиация вызывают их инактивацию, а в более низких дозах – мутации.

Бактериофаги вызывают лизис (растворение) бактерий, используемых в производстве молочных продуктов, в результате чего увеличиваются сроки выработки продукта, ухудшается его качество.

При производстве кисломолочных продуктов наибольшее значение имеют фаги, поражающие мезофильные молочнокислые стрептококки: St. lactis, St. cremoris, St. diacetilactis. Обнаружены бактериофаги, поражающие St. thermophilus и молочнокислые палочки. Однако среди этих микроорганизмов бактериофаги встречаются очень редко.

Различают 2 вида фагов: вирулентные и умеренные.

При воздействии вирулентного фага цикл развития его в клетке завершается лизисом клетки и образованием фагового потомства.

При инфекции клеток умеренными фагами (профагами) нуклеиновая кислота фага встраивается в генетический аппарат клетки, не принося ей вреда. При размножении бактерий происходит синтез не только ДНК клетки, но и нуклеиновой кислоты фага. Потомство клетки, содержащей профаг, называется лизогенной культурой. Под действием на лизогенную культуру внешних факторов умеренный фаг может превратиться в вирулентный и вызвать лизис клеток бактерий.

Лизогенные штаммы молочнокислых бактерий являются постоянным местообитанием бактериофагов и основным источником их попадания в производство. Источниками

58

инфицирования производства бактериофагами являются также молоко, закваски, кисломолочные продукты, оборудование, воздух, молочная сыворотка.

Основными условиями, способствующими развитию бактериофагов, являются: непрерывное ведение технологического процесса; кислая реакция среды, добавление СаСl2; разбрызгивание сыворотки; перемешивание.

Сенная палочка (B. subtilis) – грамположительные короткие палочки с закругленными концами и центрально расположенной спорой. Развиваются в широком диапазоне температур от 5 до 45 °С, обладают высокой протеолитической и гликолитической активностью.

Картофельная палочка (B. mesentericus) представляет со-

бой крупную грамположительную палочку с закругленными концами и спорой, расположенной в центре клетки. По ферментативным свойствам имеет сходство с сенной палочкой, поэтому их объединяют в группу картофельно-сенных бацилл.

Грибовидная палочка (B. mycoides) – грамположительная подвижная палочка, образующая споры и капсулы. Развивается при температурах от 10 до 45 °С.

Палочка цереус (B. cereus) – крупная грамположительная подвижная палочка, спорообразующая, некоторые штаммы формируют капсулу. Эти бактерии растут при температуре от 10 до

рода Pseudomonas: Ps. рrodigiosum, Ps. fluorescens, Ps. аeruginosa.

Все они являются подвижными грамотрицательными палочками, не образующими спор и капсул, строгими аэробами. Оптимальная температура роста 15 – 20 °С, но многие виды развиваются при температуре от –2 до +5 °С. Псевдомонасы характеризуются высокой протеолитической и липолитической активностью, способны сбраживать углеводы с образованием ки-

концентрации поваренной соли 5 – 6 % мас. Псевдомонасы являются антагонистами многих бактерий и плесеней, т. к. вырабаты-

носятся палочки рода Proteus. Протей представляет собой полиморфные грамотрицательные палочки, споры и капсулы не формируют. Очень подвижны. Это свойство лежит в основе метода выделения протея из пищевых продуктов. Некоторые виды протея продуцируют токсичные для человека вещества. Палочки протея хорошо развиваются в широком температурном диапазоне от 6 до 40 °С. Протей вызывает гниение с образованием сероводорода.

Анаэробными спорообразующими гнилостными бактериями являются Сl. рutrificum, Сl. sporogenes. Палочка путрификум – это грамположительная длинная подвижная палочка, иногда располагается в цепочках, образует довольно термоустойчивые споры на конце клетки. Эти палочки являются облигатными анаэробами с оптимальной температурой развития 37 – 43 °С, вызывают энергичный распад белков с обильным газообразованием ( NH3, Н2S ).

Cl. sporogenes – крупная, подвижная грамположительная палочка, образует термостойкие споры, расположенные ближе к концу клетки, в мазках нередко формирует цепочки. Характерной особенностью этих бактерий является быстрое спорообразование в течение первых суток роста. Спорогенная палочка сбраживает углеводы с образованием кислот и газа, обладает высокой протеолитической и липолитической активностью.

3.4. Микрококки. Молочнокислые и маслянокислые бактерии

Семейство микрококков включает роды Micrococcus, Staphylococcus, Sarcina, широко распространенные в природе. Клетки имеют форму шара, неподвижные. Являются аэробами

60