Пищевая микробиология. Учебное пособие для студентов магистратуры по направлению подготовки 19.04.01 «Биотехнология» всех форм обучения

Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

О. С. Федорова

ПИЩЕВАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия для студентов магистратуры по направлению подготовки 19.04.01 «Биотехнология» всех форм обучения

Красноярск 2018

1

УДК 561.284.579.61(075.8) ББК 30.16я73

Ф33

Рецензенты:

кандидат технических наук, доцент В. Г. КРЫМКОВА (Красноярский государственный аграрный университет); кандидат технических наук, доцент Н. С. РЕШЕТОВА (Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева)

Федорова, О. С.

Ф33 Пищевая микробиология : учеб. пособие для студентов магистратуры по направлению подготовки 19.04.01 «Биотехнология» всех форм обучения / О. С. Федорова ; СибГУ им. М. Ф. Решетнева. – Красноярск, 2018. – 116 с.

Приведены характеристики нормальной микрофлоры и процессов, происходящих в пищевых продуктах при хранении, а также микробиологические превращения, вызываемые технически важной микрофлорой, патогенными и условно-патогенными микроорганизмами.

Рассмотрены основные заболевания, связанные с некачественными и зараженными продуктами, факторы, влияющие на микроорганизмы, способы сохранения их качества и консервирования.

Пособие содержит основные материалы, соответствующие программе курса для магистрантов, но может быть полезно аспирантам, преподавателям, чей круг научных интересов включает микробиологические исследования продуктов и технологию пищевых производств.

УДК 561.284.579.61(075.8) ББК 30.16я73

© СибГУ им. М. Ф. Решетнева, 2018 © Федорова О. С., 2018

2

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Микробиология, возникнув позже других естественных наук – ботаники, зоологии, химии, пользуясь собственными методами исследования, сформировалась в самостоятельную науку, способную обогащать новыми фактами другие науки.

К микробам относят различные группы мельчайших организмов, из которых одни принадлежат к растительному миру, другие – к животному. Большинство микроорганизмов – одноклеточные существа, видимые только с помощью микроскопа. Лишь некоторые из них, например плесневые грибы и нитчатые бактерии, являются многоклеточными организмами и достигают иногда таких размеров, что бывают видимы даже невооруженным глазом.

Большинство микроорганизмов в природе полезно для человека. Так, многие бактерии и грибы, разлагая трупы животных и остатки растений, возвращают в атмосферу углерод в форме углекислоты, а в почву – азот в форме доступных растению минеральных азотистых соединений. Без осуществления этих сложных процессов микроорганизмами жизнь на земной поверхности стала бы невозможной. При помощи микробиологических методов как наиболее объективных контролируют производственные режимы, качество выпускаемой продукции и разрабатывают методы борьбы с вредной микрофлорой.

Наряду с полезной ролью в природе и народном хозяйстве микроорганизмы могут нанести большой вред пищевой промышленности. При нарушении технологии производства, несоблюдении санитарногигиенического режима происходит обсеменение микробами сырья или готовой продукции, что может вызвать их быструю порчу, при этом некоторые продукты становятся опасными для здоровья человека.

Специалист пищевой промышленности должен иметь четкое представление о микробах – возбудителях всевозможных процессов ферментации и брожения, с которыми ему придется иметь дело в практической деятельности, а также уметь своевременно обнаружить микроорганизмы, наносящие вред производству, принять меры, предотвращающие их развитие. Без знания биологических свойств и процессов жизнедеятельности микроорганизмов невозможно стимулировать их развитие в нужном направлении. Степень управления микробиологическими процессами находится в прямой зависимости от уровня наших знаний. Ни одна из наук не оправдывает в такой мере, как микробиология, слова писателя А. М. Горького: «Нет силы более могучей, чем знание: человек, вооруженный знанием, непобедим».

5

Дисциплина «Пищевая микробиология» относится к базовой части профессионального цикла основной образовательной программы (ООП) подготовки студентов магистратуры по направлению 19.04.01 «Биотехнология». По целевому направлению и месту в учебных планах настоящий курс логически продолжает и углубляет курс «Общая биология и микробиология». Этот курс изучается на первом курсе магистратуры. Для полноценного усвоения данного курса большое значение имеют знания, приобретенные ранее студентами, по таким дисциплинам, как «Биохимия микроорганизмов», «Основы биохимии и молекулярной биологии».

Цели и задачи освоения дисциплины следующие: способствовать формированию системных знаний и умений по изучению качественного состава и оценки количества микроорганизмов различных пищевых продуктов; особенностей групп, вызывающих порчу и токсикоинфекции; влияние условий хранения и приготовления на качественный состав микрофлоры; освоение методик микробиологического анализа пищевого сырья и продуктов растительного и животного происхождения; изучение уровней организации и свойств микроорганизмов мяса, молока, растений и продуктов их переработки; приобретение навыков восприятия и анализа новой научной информации с целью использования в практической деятельности по специальности, приобретение практических навыков проведения стерильных работ с пищевыми продуктами.

Одной из основных задач микробиологии пищевых производств является обеспечение выпуска продуктов питания, безопасных для здоровья потребителей. Для этого необходимо знать микробиологические критерии безопасности различных групп пищевых продуктов и уметь проводить микробиологический контроль в соответствии с санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами.

Основные дидактические единицы (модули):

1.Пищевая микробиология – значение предмета, особенности

иметоды.

2.Микрофлора пищевого сырья растительного и животного происхождения и продуктов их переработки.

3.Санитарно гигиенический контроль пищевых производств.

В результате изучения дисциплины обучающийся:

–способен совершенствовать и развивать свой интеллектуальный

иобщекультурный уровень, получать знания в области современных проблем науки, техники и технологии, гуманитарных, социальных

иэкономических наук (ОК-3);

6

– готов обеспечивать стабильность показателей производства

икачества выпускаемой продукции (ПК-15);

–способен осуществлять эффективную работу средства контроля автоматизации и автоматизированного управления производством, химико-технического, биохимического и микробиологического контроля (ПК-16);

Знание свойств микроорганизмов позволяет своевременно при-

нимать меры, направленные на предотвращение роста и развития микроорганизмов при производстве, транспортировании пищевых продуктов. Это создает предпосылки для повышения биологической стойкости пищевой продукции в процессе хранения.

7

1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ

ИПРОЦЕССЫ, ВЫЗЫВАЕМЫЕ ИМИ В ОРГАНИЧЕСКИХ

ПРОДУКТАХ

Микробиология (от греч. «микрос» – малый, «биос» – жизнь, «логос» – слово, учение) – это наука о мельчайших (в большинстве не видимых простым глазом) живых организмах – микробах: об их строении (морфологии) и биологических свойствах, о роли в различных процессах, происходящих в природе, об использовании в тех или иных областях жизни и деятельности человека, о взаимоотношении микробов с более сложными организмами, а также о методах устранения их вредного действия.

Всестороннее изучение микроорганизмов приобретает особо важное значение. Необходимы знания не только о морфологических и физиологических особенностях микроорганизмов, но и те изменения, которые происходят в субстрате в результате извлечения из субстрата питательных веществ и возвращения в него продуктов жизнедеятельности.

Многие микроорганизмы достаточно легко изменяют направления своего обмена веществ в зависимости от изменения условий среды, что позволяет направленно регулировать течение процессов метаболизма с целью получения определенных веществ как промежуточных либо конечных продуктов микробного синтеза.

1.1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА МИКРООРГАНИЗМОВ

Их объединяет близость форм, строение тела, общность методов культивирования и исследования. Поэтому существует необходимость детального изучения тех процессов, на которые они оказывают влияние, с целью использования их специфических возможностей для получения нужных веществ, предотвращения последствий негативного влияния на продукты, другие живые организмы, человека в том числе.

Отличительными особенностями микроорганизмов являются:

малые размеры (размеры клеток измеряются в мкм, 1 мкм = 1–6 м;

высокая скорость обменных процессов. Это связано с большим отношением поверхности обмена к объему клетки. Для микроорганизмов вся поверхность клетки является поверхностью обмена. Так

8

как клетки бактерий самые мелкие, то они растут и развиваются быстрее всех микроорганизмов, за ними следуют дрожжи и грибы;

широкое распространение в природе. Малые размеры микро-

организмов имеют значение для экологии. Микроорганизмы могут распространяться с воздушными потоками и существуют повсюду;

пластичность обмена – высокая способность к адаптации (приспособлению к новым условиям существования);

высокая степень изменчивости по сравнению с макроорганиз-

мами связана с тем, что большинство микроорганизмов являются одноклеточными организмами, что упрощает регуляцию и восприимчивость к внешним факторам.

Большая роль микробов объясняется их колоссальным распространением и приспособлением к условиям обитания. Они действительно вездесущи: живут в глубоких слоях недр земли, в горячих источниках, в нефти и грязевых вулканах, в стратосфере, на высоте более 10 км. С жизнедеятельностью микроорганизмов связаны образование полезных ископаемых, плодородие почвы, самоочищение водоемов и т. д.

Микроорганизмы обитают во всех климатических зонах, находятся на всех предметах и продуктах, живут в организме человека. Они разлагают остатки отмерших животных и растительных тканей, выполняя роль санитаров планеты. Миллиарды микробов вместе с воздухом и пылью окружают нас.

Многие микроорганизмы являются вредителями пищевых производств и вызывают порчу пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья. Некоторые микроорганизмы, развиваясь и размножаясь в пищевых продуктах, образуют токсины и вызывают пищевые отравления.

Распространение и вездесущность микроорганизмов, их специфические возможности, способность к разнообразному метаболизму и относительная простота его регулирования, ряд других характеристик вызывают необходимость изучать их особенности, свойства и использовать в биотехнологических целях. Все микроорганизмы делятся на два больших царства: прокариоты и эукариоты.

Бактерии. Одноклеточные организмы размером до 5 мкм разнообразной формы (шаровидной, цилиндрической, спиральной). Размножаются очень быстро. Споры очень устойчивы к различным факторам среды (охлаждению или нагреванию, кислотам, высушиванию) и могут сохраняться в течение нескольких лет. Попадая в благоприятные условия, споры быстро прорастают. Бактерии, особенно гнилостные,

9

могут развиваться в присутствии воздуха и без него. Например, в консервированных продуктах без доступа воздуха может размножаться один из самых опасных для человека видов бактерий – палочки ботулинуса, которые выделяют сильнодействующий яд (токсин).

Плесени. Мицелиальные микромицеты (грибы). Более сложные микроорганизмы. Состоят из тонких переплетающихся гифов (нитей), образующих грибницу, хорошо видимую без увеличения. Плесени размножаются только в присутствии кислорода воздуха. Они вызывают порчу свежей и переработанной продукции, если ее хранят в открытом виде. Способны синтезировать токсины. Отдельные виды плесени являются полезными, и их широко используют в виноделии (при получении хереса), в производстве соков для увеличения выхода сока из мезги.

Дрожжи. Одноклеточные немицелиальные формы грибов, организмы размером 10 мкм и меньше, цилиндрической, круглой и заостренной формы. Широко используются в виноделии, хлебопечении, молочных заквасках. Благодаря содержанию в них белков, углеводов, витамина В являются ценным продуктом. Хорошо развиваются без доступа воздуха, но на определенных этапах размножения им необходим кислород. Попадая из естественной микрофлоры на сладкие субстраты, дрожжи вызывают их порчу и забраживание.

Наряду с полезными микроорганизмами существует большая группа так называемых болезнетворных, или патогенных, микроорганизмов которые, попадая в организм человека через пищевые продукты, способные вызвать пищевые инфекционные заболевания (алиментарные инфекции), а также разнообразные болезни сельскохозяйственных животных, растений, насекомых. В результате их неконтролируемого размножения возникают эпидемии заразных болезней человека и животных, что сказывается на развитии экономики и общества. Тем более следует изучить их физиологические особенности и стремиться определить меры для обезвреживания и остановки их размножения и распространения.

С первых часов появления человека на свет и до самой смерти они являются постоянными спутниками в качестве симбионтов или патогенов. Знания о микробах нужны не только биологу, они необходимы также многим специалистам для оценки степени безопасности продукции, и в быту для правильной организации приготовления и хранения пищи. Не вооруженный соответствующими знаниями человек не в состоянии вести борьбу с вредным действием микробов. Учение о болезнетворных микробах, инфекции и иммунитете лежит

10