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

бифидобактерии образуют разнообразные колонии: плоские, полушаровидные, блестящие, шероховатые, напоминающие зерна гречихи или усеченную треугольную пирамиду.

Бифидобактерии применяются при изготовлении кисломолочных продуктов для детей раннего возраста и пробиотиков для людей и животных, так как способствуют нормализации микрофлоры кишечника. Синтезируют витамины группы В, витамин К, также незаменимые аминокислоты. Бифидобактерии разрушают канцерогенные вещества, образуемые некоторыми микроорганизмами и таким образом выполняют роль «второй печени».

Пропионовокислые бактерии – возбудители пропионовокис-

лого брожения, при котором углеводы ферментируются с образованием пропионовой кислоты и ее солей – пропионатов.

Подразделяются на две группы – «классические пропионобактерии» и «кожные пропионобактерии». Пропионовокислые бактерии представляют собой неподвижные, не образующие спор и капсул, грамположительные, полиморфные палочки. Клетки могут быть кокковидными, удлиненными, раздвоенными или разветвленными и даже булавовидными. Располагаются одиночно, парами, короткими цепочками, в виде букв V и Y или в виде китайских иероглифов. Значительное число штаммов может продуцировать внеклеточную слизь в виде капсул. Факультативные анаэробы. Оптимальная температура

30–37 С.

Пропионовокислые бактерии используют в составе закваски при производстве твердых сыров с длительным сроком созревания. После молочнокислого брожения молочная кислота сбраживается в уксусную

ипропионовую кислоты, придающие сырам острый вкус. Образующийся диоксид углерода формирует рисунок сыра. Пропионовокислые бактерии (классические) способны синтезировать витамин В12

иобогащать им молочные продукты.

Дрожжи в молоке и молочных продуктах помимо молочных дрожжей (Saccharomyces lactis, Sacch. casei и др.) выявляют дрожжи родов Zygosaccharomyces, Fabospora, Debariomyces, Torulopsis, Candida, Cryptococcus, Rhodotorula и др. По биохимической активности, способности ферментировать лактозу и развиваться в молоке дрожжи делят на три группы.

Первая группа – не ферментирующие лактозу и другие углеводы дрожжи вида Candida mycoderma. Данный вид не способен к спиртовому брожению, развивается на поверхности кисломолочных продуктов при их хранении.

51

Вторая группа – дрожжи вида Saccharomyces cartilaginosus,

не ферментирующие лактозу. Они ферментируют мальтозу с образованием газа. Эти дрожжи называются «дикими», так как в производстве не применяются, но хорошо развиваются с молочно кислыми бактериями.

Третья группа – дрожжи, ферментирующие лактозу (Saccharomyces lactis, Zygosaccharomyces lactis, Fabospora fragilis, Torulopsis kefir, Candida pseudotropicalis var. Lactis). Дрожжи третьей группы могут входить в состав микрофлоры кефирных грибков и вводиться в состав заквасок для производства других кисло-молочных продуктов.

Дрожжи формируют специфический вкус и запах, витаминизируют продукты, стимулируют размножение молочнокислых бактерий, подавляют вредную микрофлору (возбудителей туберкулеза, бактерий группы кишечной палочки и других нежелательных микроорганизмов).

Незаквасочные дрожжи («дикие») обнаруживаются в молоке, сметане, твороге и других кисло-молочных продуктах, где они образуют этиловый спирт и создают условия для развития уксуснокислых бактерий. При развитии в этих продуктах они вызывают такие пороки, как спиртовые вкус и запах, обильное газообразование, бомбаж баночных консервов, вспучивание сыров, творога и других кисломолочных продуктов.

Уксуснокислые бактерии Микроорганизмы, окисляющие спирт в уксусную кислоту, называются ацетобактериями. К роду Acetobacter относятся семь видов. Типовым видом является Acetobacter aceti. Это мелкие прямые или слегка изогнутые палочки. Клетки располагаются по одной, в парах, в цепочках. Грамположительные, спор и капсул не образуют. Облигатные аэробы. Оптимальная температура развития – 25–30 С. На сусло-агаре ацетобактеры образуют мелкие маслянистые, блестящие, бесцветные колонии, иногда розового или желтого цвета. На жидких средах наблюдается рост в виде слабой пленки. В молоке в чистой культуре не развиваются, так как лактозу не усваивают. Совместно с молочнокислыми бактериями, образующими молочную кислоту и лактаты, развиваются очень активно, при этом некоторые штаммы могут синтезировать флавин, в результате чего на поверхности свернувшегося молока появляется оранжевое кольцо.

Окисляют этанол в уксусную кислоту при нейтральной или кислой реакции среды (рН 4,5). Ацетат и лактат окисляют до углекислого газа и воды. Уксусные бактерии входят в состав постоянной микрофлоры кефирной грибковой закваски (кефирного грибка), участвуют

52

в формировании специфического вкуса и консистенции кефира. Микроорганизмы молочнокислого брожения участвуют в квашении, мочении овощей и фруктов.

Закваски – чистые культуры или смесь культур микроорга-

низмов, используемых при изготовлении кисломолочных продуктов, кислосливочного масла и сыров. В зависимости от физического состояния и способа производства закваски подразделяются на жидкие (Ж), сухие (С), замороженные (З) закваски и на плотных питательных средах (ПС).

По составу микрофлоры закваски в молочной промышленности подразделяются на три группы: бактериальные, грибковые и смешанные. На этикетку закваски наносят буквенные обозначения (или бактериальную формулу), указывающую состав закваски. Например: грамположительные неспорообразующие палочки правильной формы обозначают П; неправильной формы – бифидобактерии (БФ), бревибактерии (БВ); пропионо-вокислые бактерии Pr. shermani (ПКш); дрожжи Torulopsis (Дт); Str. thermophilus (Тс); грамположительные кокки – энтерококки (Е), лактококки (Л).

с участием дрожжей и уксуснокислых бактерий. В процессе сквашивания протекают сложные микробиологические и физико-химические процессы, в результате которых формируются вкус, запах, консистенция и внешний вид готового продукта.

К кисломолочным продуктам относятся кисломолочные напитки, сметана, творог и творожные изделия. Кисломолочные продукты в зависимости от применяемых при их производстве заквасочных микроорганизмов могут быть разделены на 5 групп.

Группа 1 – продукты, приготавливаемые с использованием многокомпонентных заквасок (кефир, кумыс).

Группа 2 – продукты, приготавливаемые с использованием мезофильных молочнокислых стрептококков (творог, сыр, сметана, простокваша обыкновенная).

Группа 3 – продукты, приготавливаемые с использованием термофильных молочнокислых бактерий (йогурт, простокваша мечниковская и южная, ряженка, варенец).

53

Группа 4 – продукты, приготавливаемые с использованием мезофильных и термофильных молочнокислых бактерий (сметана пониженной жирности, творог, напитки пониженной жирности).

5 группа – продукты, приготавливаемые с использованием ацидофильных палочек и бифидобактерий (ацидофильное молоко, ацидофильная паста, бифилин).

Кефир вырабатывают на естественной симбиотической закваске – кефирных грибках, в состав которых входят мезофильные молочнокислые стрептококки, мезофильные молочнокислые и термофильные палочки типа стрепто- и бетабактерий, болгарская палочка, а также дрожжи и уксуснокислые бактерии.

Творог – белковый кисломолочный продукт, получаемый в результате сквашивания молока с последующим удалением сыворотки. В твороге обнаруживаются молочнокислые стрептококки (108– 109 клеток в 1 г), в том числе термофильный стрептококк. При содержании в продукте дрожжей в количестве 105–106 в 1 г наблюдается вспучивание творога и дрожжевой привкус, а при содержании уксуснокислых бактерий свыше 105 клеток в 1 г появляется тягучесть сгустка. При развитии бактериофага происходит лизис заквасочных дрожжей, что обусловливает пороки вкуса.

Йогурт и простокваша южная готовятся с использованием термофильных молочно-кислых бактерий. В качестве закваски используются термофильный стрептококк и болгарская палочка в различных соотношениях – 4:1 (для простокваши) и 1:1 (для йогурта).

Вготовом продукте содержание микроорганизмов составляет 107–108.

Вслучае несоблюдения соотношения появляется тягучая вязкая консистенция в результате развития стрептококков или излишняя кислотность при увеличении количества болгарской палочки.

Сметана готовится из сливок сквашиванием закваской и созреванием при низких температурах. В состав закваски входят термофильные стрептококки, уксуснокислые бактерии, ацидофильная палочка. Ацидофильное молоко получают сквашиванием молока культурами

ацидофильных бактерий. Их количество в готовом продукте составляет 108–109 клеток в 1 см3. Молоко сквашивают при температуре

40С до кислотности 70–80 С.

Кмолочным препаратам на основе бифидобактерий относятся кисломолочные напитки («Бифидолакт», «Бифидин», йогурт, кефир, простокваша), творог, масло, быстросозревающий сыр, сливочные кремы, национальные продукты, сухие молочные продукты для детей раннего возраста. Используется кисломолочный продукт «Бифилин»,

54

содержащий 109 клеток. Кисломолочные смеси «Малыш», «Детолакт» содержат ассоциации различных видов и штаммов бифидобактерий и молочнокислых палочек, отличаются высоким количеством жизнеспособных клеток бифидобактерий и низкой кислотностью.

4.2. МИКРООРГАНИЗМЫ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ ПОРЧУ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Гнилостные бактерии вызывают распад белков (протеолиз), в результате чего возникают различные пороки пищевых продуктов. Антагонистами данной микрофлоры являются молочнокислые бактерии. Свернувшийся белок молока (казеин) под влиянием протеолитических ферментов может свертываться с отделением сыворотки (пептонизация) или растворяться (протеолиз), образуя спорообразующие аэробы и анаэробы. К аэробам относятся Bаcillus subtilis (сенная палочка), Bac. mesentericus (картофельная палочка), Bac. mycoides

(грибовидная палочка), Bac. cereus и др.

Анаэробами являются представители рода Clostridium (Cl. putrificus, Cl. sporogenes, Cl. рerfringens и другие виды). У бацилл споры располагаются центрально, у клостридий – субтерминально. Последние имеют вид ракетки, ложки или лодочки. Все спорообразующие гнилостные бактерии представляют крупные, толстые, грамположительные палочки, в основном не образующие капсул.

У бактерий Bac. mycoides и Bac. cereus клетки располагаются цепочками. Cl. sporogenes почти все клетки содержат споры, клетки Cl. perfringens спор не содержат и располагаются в виде частокола или римской цифры V. Спорообразующие бактерии хорошо растут на обычных питательных средах. На мясопептонном бульоне (МПБ) спорообразующие аэробы вызывают помутнение среды, частое образование пленки и хлопьевидного осадка. На МПА аэробные бациллы вырастают в виде крупных колоний серовато-белого цвета. Bac. mycoides образует корневидные колонии, напоминающие мицелий гриба. Bac. subtilis формирует сухие, морщинистые, беловатые колонии. Колонии Bac. cereus имеют локонообразный край и клетки в виде крупных палочек с обрубленными концами.

Спорообразующие бактерии обладают протеолитической активностью. Cl. рerfringens является возбудителем пищевых токсикоинфекций – острых кишечных заболеваний, возникающих в результате употребления пищевых продуктов, содержащих большое количество

55

живых микробов, продуцирующих эндотоксины. Токсикоинфекции, вызываемые Cl. рerfringens, занимают третье место после пищевых отравлений сальмонеллезного и стафилококкового происхождения.

Cl. рerfringens образует термолабильный токсин, который инактивируется на 90 % при режимах пастеризации (60 С). Споры данного микроорганизма более устойчивы к нагреванию и погибают при кипячении в течение 15–30 мин. Токсикоинфекции обусловлены также образованием Bac. cereus термостабильного энтеропатогенного и термолабильного нейротропного эндотоксина, а также образованием токсичных продуктов расщепления лецитина. Бесспоровыми гнилостными бактериями являются пигментообразующие и факультативноанаэробные бактерии.

К пигментообразующим гнилостным бактериям относятся

Pseudomonas fluorescens, Ps. aeruginosa, Serratia marcescens,

к факультативно-анаэробным – Proteus vulgaris (палочка протея) и кишечная палочка рода эшерихия (Escherichia coli).

Бесспоровые гнилостные – мелкие, подвижные, не образующие спор и капсул палочки. На мясопептонном агаре образуют окрашенные в цвет пигмента округлые, блестящие, полупрозрачные колонии. Палочка протея колоний не образует, а растет в виде нежного вуалеобразного налета; обладает большой протеолитической активностью.

Proteus vulgaris и E. coli являются возбудителями пищевых токсикоинфекций. Основной токсин – эшерихий – термостабильный эндотоксин, выдерживающий нагревание до 90–100 С.

Источники патогенных штаммов эшерихий – больные животные и люди, нарушающие санитарно-гигиенический режим на производстве молочных продуктов. Пищевые интоксикации, вызываемые палочкой протея, обусловлены не только термостабильными эндотоксинами, но и действием высокоактивных ферментов, способствующих накоплению токсических продуктов распада белков – аминов.

Маслянокислые бактерии являются возбудителями маслянокислого брожения, в результате которого молочный сахар и соли молочной кислоты (лактаты) расщепляются с образованием масляной, уксусной, пропионовой, муравьиной кислот, этилового, бутилового, пропилового спиртов.

Маслянокислые бактерии относятся к роду Clostridium. Споры располагаются терминально и субтерминально, выдерживают кипячение в течение трех минут и при пастеризации не погибают. Являются облигатными анаэробами. Оптимальная температура – 30–35 С. О присутствии бактерий судят по образованию газа, запаху масляной

56

кислоты, наличию крупных споровых палочек и наличию гранулезы – крахмалоподобного вещества. Клостридии обладают выраженной протеолитической и сахаролитической активностью.

Энтерококки – молочнокислые стрептококки кишечного происхождения. В настоящее время энтерококки считаются вторыми после бактерий группы кишечной палочки санитарно-показательными микроорганизмами при исследовании воды водоемов.

К энтерококкам относят два основных вида кокков семейства

Streptococcaceae рода Enterococcus: Ent. Faecalis, Ent. fecium.

Энтерококки представляют собой диплококки овальной и круглой формы, которые иногда располагаются цепочками. Грамположительные, спор и капсул не образуют, неподвижные. Факультативные анаэробы.

На плотных средах колонии энтерококков мелкие, сероватоголубые, прозрачные, круглые с ровными краями, выпуклые с бле-

стящей поверхностью, диапазон составляет 10–45 С. Оптимальная

температура роста равна 37 С.

Энтерококки довольно устойчивы к физическим и химическим факторам, что позволяет дифференцировать их от других стрептококков. Помимо устойчивости к температуре энтерококки резистентны к действию активного хлора, некоторых антибиотиков, красителей. Энтерококки – нежелательные микроорганизмы в молоке и молочных продуктах.

Бактериофаги – ДНК, или РНК-содержащие вирусы, являются внутриклеточными паразитами. Вызывают лизис бактерий, используемых при производстве молочных продуктов, в результате чего увеличиваются сроки выработки, ухудшается качество. Наибольшее значение имеют фаги, поражающие мезофильные молочнокислые стрептококки.

Фаговая частица адсорбируется на бактериальной клетке и с помощью протеолитического фермента разрыхляет клеточную стенку. Затем ДНК-фага впрыскивается в цитоплазму бактериальной клетки и начинается синтез ДНК-фага и его белка. Через 30–60 минут стенка бактерии прорывается и освобождается до 100 новых частиц, инфицирующих 100 новых бактериальных клеток.

Основными условиями, способствующими размножению бактериофагов, являются непрерывное ведение технологического процесса, кислая реакция среды, добавление хлорида кальция, разбрызгивание сыворотки, перемешивание.

Различают две разновидности фагов – вирулентные и умеренные. Вирулентные фаги вызывают лизис клетки. Умеренные фаги

57

в виде профагов встраиваются в генетический аппарат клетки, не принося ей вреда. Такие клетки бактерий называются лизогенными. Профаг в данной клетке со временем может погибнуть под влиянием каких-то факторов, а может стать вирулентным.

Наличие бактериофага в молоке и закваске устанавливают посевом его в стерильное обезжиренное молоко с добавлением раствора метиленового голубого. Если после обесцвечивания метиленового голубого через 4–5 часов наблюдается посинение молока, то это указывает на наличие бактериофага.

Фаги устойчивы к воздействию высоких температур, обладают высокой чувствительностью к кислотам.

Термоустойчивые молочнокислые палочки имеют клетки средних или крупных размеров, располагающиеся одиночно или цепочками, часто с выраженными зернами в цитоплазме (поперечно исчерчены).

По Граму красятся положительно, спор и капсул не образуют, неподвижные. Факультативные анаэробы. Хорошо растут в обезжиренном молоке, на агаре с гидролизованным молоком. В отличие от термофильных лактобактерий, используемых в молочной промышленности, выдерживают кратковременное нагревание в молоке при температуре 85–90 °С.

В результате жизнедеятельности термоустойчивых палочек происходит интенсивное кислотообразование, обусловливающее порок творога, сметаны, обыкновенной простокваши. Палочки могут вызывать тягучесть и нечистый неприятный вкус. Обнаруживаются в сыром и пастеризованном молоке, на оборудовании, заквасках.

Плесени. К одноклеточным плесневым грибам относят грибы из родов Mucor (головчатая плесень), Rhizopus, Thamnidium.

К многоклеточным плесневым грибам принадлежат роды

Aspergillus, Penicillium, Cladosporium, Alternaria, Catenularia, а также молочная плесень Geotrichum (Oidium) lactis.

Молочная плесень Geotrichum lactis, которая часто сопутствует молочнокислому брожению и является его нежелательным спутником. Гриб окисляет молочную кислоту до СО2 и H2O, снижает кислотность среды, и квашеные продукты начинают портиться из-за развития гнилостных бактерий. Развивается на поверхности в виде белого или серого нежного пушка. Молочная плесень не имеет специальных гиф плодоношения, многоклеточный мицелий распадается на четырехугольные или овальные клетки (оидии), служащие для размножения, образующие белый пигмент и по форме напоминающие дрожжи.

58

Плесени наряду с незаквасочными дрожжами часто являются индикаторами порчи молочных продуктов. Грибы, попадая в молочные продукты и развиваясь в них, используют молочную кислоту, сдвигают рН в щелочную сторону, в результате чего развиваются гнилостные бактерии.

Пороки молочных продуктов возникают при нарушении условий и сроков их хранения, проявляются потерей потребительских качеств, в том числе критерия безопасности за счет развития посторонней микрофлоры: терморезистентных палочек, бактериофагов, гнилостной и грибной природы.

Контрольные вопросы и задания

1.По какому признаку объединяются молочнокислые бактерии?

2.В чем отличия лактококков, лейконостоков, лактобактерий, молочнокислых стрептококков в производстве?

3.Где используются пропионовокислые бактерии?

4.Почему при изготовлении продуктов детского питания применяют бифидобактерии?

5.Какую роль в молочном производстве играют дрожжи?

6.В чем состоит роль уксуснокислых бактерий при производстве кисломолочных продуктов?

7.Какие закваски используются при изготовлении кефира, йогурта, сметаны?

8. Чем определяются критерии подбора отдельных штаммов

всостав заквасок для кисломолочных продуктов?

9.Какие кисломолочные продукты получают на основе смешанного брожения?

10.Какие микроорганизмы входят в состав продуктов молочнокислого брожения и используются при их производстве?

11.Какие условия вызывают развитие неспоровой гнилостной микрофлоры в молочных продуктах?

12.Какие микроорганизмы относятся к гнилостной споровой и неспоровой микрофлоре?

13.Какова роль энтерококков в молочном производстве?

14.Как участвуют плесневые грибы в порче пищевых продуктов?

15.Чем характеризуется особенности культивирования молочных бактерий на питательных средах?

59

5. МИКРОФЛОРА ПЛОДОВ И ОВОЩЕЙ

На поверхности плодов и овощей постоянно находятся различные микроорганизмы, значительная часть которых не принимает участия в процессах заболеваний и порчи, находятся в неактивном состоянии. Эти микроорганизмы представляют эпифитную микрофлору плодов и овощей. Видовой состав и численность микроорганизмов зависит от вида растения, географических, климатических и других условий.

Они обитают на поверхности растений и питаются за счет естественных выделений тканей растений и небольшого количества органических загрязнений, которые находятся на поверхности растений. Эти микроорганизмы не способны проникать через клеточную оболочку растительных клеток, поэтому глубоко расположенные ткани растений микроорганизмов обычно не содержат.

Типичными эпифитами являются неспорообразующие бактерии рода Pseudomonas: P. herbicola, P. fluorescens, а также дрожжи,

молочнокислые и уксуснокислые бактерии, спорообразующие бактерии, споры грибов.

Растения, подобно человеку и животным, имеют защитную систему против микроорганизмов. Микроорганизмы не могут попасть внутрь неповрежденных плодов и овощей, так как:

–они задерживаются специальными тканевыми структурами, предохраняющими растения от механических воздействий и высыхания. К таким структурам относятся кожистые мембранные слои, скорлупа у орехов;

–в растительных клетках имеются защитные вещества – красящие (антоцианы, флавоноиды), эфирные масла, дубильные вещества, органические кислоты, фитонциды;

– живые растения имеют способность активно реагировать на внедрение в них возбудителей болезней путем выработки специфических антимикробных веществ – фитоалексинов, которые имеют преимущественно фенольную природу.

Плоды и овощи обильно обсеменены микробами, попадающими на них из почвы, воды, воздуха, некоторые заносятся еще с семенами при посеве. В плодах, овощах, ягодах содержится большое количество воды, что делает их нестойкими в хранении. Кроме того, они подвержены заболеваниям, которые ведут к их порче и делают непригодными в пищу.

Плоды и овощи являются живыми организмами и даже в снятых плодах и овощах преобладают диссимиляционные процессы (дыхание)

60