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

и в них сохраняется также функция транспирации (испарения воды). У разных плодов и овощей в зависимости от их происхождения и видовых особенностей эти процессы протекают с различной интенсивностью.

Чем интенсивнее биохимические процессы, тем быстрее происходят в плодах и овощах глубокие и необратимые изменения, характеризующие их старение. По мере старения плодов и овощей лежкоспособность их падает, ухудшается внешний вид. Они постепенно разрыхляются, теряют вкусовую и питательную ценность, снижается способность сопротивляться заболеваниям, на них начинают развиваться различные микроорганизмы.

Устойчивость (иммунитет) плодов и овощей к микробным поражениям обусловлена многими факторами: высокой кислотностью сока мякоти, наличием гликозидов, эфирных масел, дубильных веществ, фитонцидов и др.

Важную роль в защите плодов и овощей играет кожица благодаря особенностям своего строения (ее толщина, наличие опробковевших клеток, кутикулы, восковой налет). В ней сосредоточены все перечисленные выше вещества. Иммунитет плодов и овощей определяется также веществами фенольного характера, образующимися в местах внедрения возбудителей болезней. Эти вещества, появившись в ответ на внедрение одного возбудителя, подавляют и многих других. Поэтому немногие микроорганизмы способны находить здесь условия для развития.

Вслучае же нарушения целостности покрова плодов и овощей для микробов создается доступ к глубинным слоям их тканей. Обычно порча начинается с развития плесневых грибов, так как кислая среда тканевого сока для них благоприятна. Затем в порче могут принять участие и бактерии. Особенно быстро порча происходит при повышенной температуре. У неповрежденных плодов и овощей микробиологическая порча может возникнуть и в результате их полного созревания или перезревания.

5.1.ХАРАКТЕРИСТИКА ЭПИФИТНОЙ МИКРОФЛОРЫ

Втечение длительного времени свежие плоды и овощи остаются жизнеспособными, в них протекают различные физиологические процессы (дыхание, сохранена функция транспирации – предохранение от испарения воды). Повреждения, возникшие при уборке, перевозке

61

ихранении, создают возможность сапрофитным микроорганизмам проникать в растительные клетки и размножаться. Кроме того, в результате дыхания растительного сырья может произойти самонагрев, который повышает вероятность микробной порчи: гниение, разложение пектиновых веществ, клетчатки.

Среди микроорганизмов, участвующих в порче растительного сырья, различают фитопатогенные микроорганизмы – паразиты, вызывающие инфекционные заболевания плодов и овощей; возбудители гнили по типу питания относятся к сапрофитам.

Паразиты часто начинают процессы порчи, разрушая естественную защитную систему, а сапрофиты продолжают эти процессы как вторичные микроорганизмы. Грибы, как правило, участвуют на первой стадии порчи плодов и овощей, затем, по мере развития грибов, содержание углеводов и органических кислот снижается, активная кислотность растет и реакция среды становится щелочной. Тем самым создаются благоприятные условия для развития бактерий, которые продолжают процессы порчи плодов и овощей до полного их разрушения.

Микроорганизмы, развивающиеся на плодах и овощах, по времени и месту их наибольшей активности могут быть подразделены на три группы.

Первая группа – микроорганизмы, которые развиваются на плодах, клубнях и других запасающих органах растений исключительно во время хранения и не поражают растения в период вегетации. Это типичные сапрофиты, распространенные повсеместно.

Споры сапрофитов в больших количествах могут встречаться в почве, воздухе, в помещениях овоще- и плодохранилищ. Сапрофиты способны вызывать заболевания только ослабленных растений через поврежденные покровы. Микроорганизмы этой группы, используя питательные вещества растительных тканей, вызывают серьезные нарушения во всех звеньях обмена веществ и ферментов, а затем развиваются на мертвой ткани, как и на любом другом органическом субстрате.

Весь цикл развития этих микроорганизмов может проходить в хранилище. Споры, находящиеся в воздухе хранилища, а также занесенные с частицами почвы и растительных остатков, вызывают заражение поврежденных при уборке и транспортировании плодов

иовощей.

Потом быстро наступает новое спороношение, и большое число пылевидных спор разносится по хранилищу, вызывая вторичные

62

заражения. Неблагоприятными условиями хранения являются слишком высокая температура и влажность, способствующие заражению.

К микроорганизмам первой группы относятся:

Rhizopus nigricans – возбудитель черной плесневидной гнили плодов;

Aspergillus niger – возбудитель черной плесневидной гнили цитрусовых;

Penicillium digitatum – возбудитель оливковой гнили цитрусовых; Erwima carotovora – возбудитель мокрой бактериальной гнили

овощей.

Вторая группа – микроорганизмы, которые заражают растения на поздних стадиях вегетации в поле, в основном при неблагоприятных погодных условиях, но их активность особенно сильно проявляется при хранении. Эти микроорганизмы обладают более развитыми паразитическими свойствами по сравнению с микроорганизмами первой группы.

Их можно назвать факультативными паразитами, т. е. микроорганизмами, способными переходить к паразитическому образу жизни только при определенных условиях. В почве эти микроорганизмы обычно не развиваются, не выдерживая конкуренции с почвенными сапрофитами. Они нуждаются в растительных остатках, на которых проходят ряд стадий своего развития. Эти микроорганизмы способны заражать только ослабленные и поврежденные плоды и овощи. Патогенность их высока: проникнув в растение, они быстро вызывают нарушение жизнедеятельности и гибель клеток.

К микроорганизмам второй группы относятся: Fusarium – возбудитель фузариоза картофеля;

Phytophtora infestans – возбудитель фитофтороза картофеля; Sclerotinia libertiana – возбудитель белых гнилей многих плодов

овощей, особенно моркови;

Botrytis cinerea – широко распространенный возбудитель серой гнили плодов и овощей;

Phoma – возбудитель фомоза моркови и свеклы; Rhizoctonia – возбудитель гнили корнеплодов.

Третья группа – микроорганизмы, которые поражают лишь вегетирующие растения. Плоды и овощи, зараженные этими микроорганизмами еще во время вегетации, гораздо легче поражаются при хранении микроорганизмами первой и второй группы.

Например, кочаны капусты, зараженные в поле ложномучнистой росой, сильнее подвержены повреждению серой плесенью и бактериальными гнилями в процессе хранения. Они обладают хорошо

63

выраженными паразитическими свойствами и способны заражать сильные растения. Непосредственная активность этих микроорганизмов проявляется главным образом в поле и выражается в снижении активности фотосинтеза, увеличении транспирации и ослаблении растений, что приводит к снижению урожая. Некоторые из этих микроорганизмов не влияют существенно на качество продукции, но снижают ее товарную ценность путем ухудшения внешнего вида (парша яблок и груш).

Микроорганизмы третьей группы заканчивают весь цикл развития за период вегетации. Зимующие стадии паразитов развиваются на растительных остатках в поле и прорастают там весной, заражая новые растения.

5.2. БОЛЕЗНИ И ВИДЫ ПОРЧИ

Микробной порче чаще всего подвергаются фрукты и овощи, зараженные фитопатогенными микроорганизмами, в результате чего защитные свойства плодов и овощей пропадают или ослабевают.

Болезни плодов и овощей вызываются фитопатогенными микроорганизмами, которые могут вызвать инфекционные заболевания не только плодов и овощей, но и вегетативных растений. К таким болезням относятся следующие виды.

Фузариоз – вызывается грибами рода Fusarium. Эта болезнь характерна для клубней картофеля, лука. На поверхности клубней картофеля появляются выпуклые, различной окраски подушечки, представляющие собой мицелий гриба. В дальнейшем клубни сморщиваются, высыхают, приобретают темно-бурую окраску. Пораженные чешуи лука буреют и размягчаются. Луковица с поверхности покрывается белым налетом.

Фитофтороз – наиболее распространенная болезнь клубней картофеля, вызываемая грибом фитофторой. На поврежденных клубнях картофеля образуются свинцово-сероватые, а затем бурые вдавленные пятна с покрывающим их беловатым налетом. В клубне обнаруживаются побуревшие участки загнившей ткани в виде зубчиков на границе со здоровой тканью. Фитофтороз бывает и у томатов, причем болезнь поражает недозрелые плоды, при этом пораженная ткань становится светло-коричневой.

Фомоз (черная сухая гниль или гниль сердечка) – вызывается грибом Phoma. Фомоз поражает различные органы свеклы. На листьях

64

появляются желтовато-бурые пятна с концентрическими зонами, на стеблях образуются белые пятна. Пораженная ткань корнеплода становится черной, сухой и твердой. Болезнь продолжается и при хранении свеклы.

Монилиоз (плодовая гниль плодов и овощей) – заболевание, вызываемое грибом рода Monilia. На кожице плодов появляются характерные буровато-коричневые пятна, которые быстро разрастаются и захватывают весь плод. Мякоть плода буреет, размягчается и становится губчатой. На поверхности пораженных участков появляются желтовато-серые бородавочки, располагающиеся концентрическими кольцами. При понижении температуры плоды чернеют, твердеют, поверхность их становится блестящей, как бы лакированной. Монилия поражает и косточковые плоды (абрикосы, персики, вишню).

Парша картофеля вызывается различными формами почвенных актиномицетов, чаще рода Streptomyces. На кожице появляются растрескивающиеся небольшие выпуклости – коростинки коричневого цвета. Клубень приобретает неприятный землистый запах.

Сосудистый бактериоз – вызывается палочковидной холодоустойчивой бактерией рода Xanthomonas (ксантомонес). Поражает капусту. При этом чернеют жилки листьев.

Сосудистый бактериоз также поражает капусту. Вызывается бесспоровыми бактериями рода Erwinia. Болезнь проявляется в виде мокрой гнили кочерыги. При поражении в период произрастания кочаны отваливаются не достигая физиологической зрелости, наружные листья ослизняются, гниют и имеют неприятный запах. Бактериозы чаще бывают у овощей, у которых реакция среды сока близка к нейтральной.

Основными возбудителями порчи овощей являются грибы родов Botrytis, Pseudomonas, Penicillium, Aspergillus, Alternaria, а также бактерии родов Pseudomonas, Erwinia.

Мокрая бактериальная гниль овощей – быстрое разложение растительной ткани с размягчением и увлажнением мякоти, вызывается бактериями родов Pseudomonas и Erwinia. Гниль обычно начинается с кончика корнеплода. Пораженная ткань быстро размягчается и превращается в слизистую кашицеобразную массу с неприятным запахом. Помимо моркови и свеклы мокрая бактериальная гниль поражает картофель, томаты, лук при их хранении.

Черная сухая гниль (альтернариоз) – растительная ткань сморщивается, мякоть становится волокнистой, содержимое растительных клеток становится порошкообразной массой. Она вызывается

65

грибом рода Alternaria. Гриб поражает морковь, томаты, капусту, плоды, лимоны, мандарины. Ткани плодов и овощей при этом буреют, затем чернеют и уплотняются. На срезе растительная ткань угольночерного цвета, резко ограничена от здоровой ткани.

Серая гниль вызывается грибом рода Botrytis, который поражает морковь, лук (шейковая гниль лука). Пораженные участки мякоти приобретают коричневую окраску и размягчаются, чешуи приобретают желтовато-розовую окраску, становятся водянистыми, как бы вареными.

Белая гниль моркови и других корнеплодов вызывается гри-

бом рода Sclerotinia. Мицелий гриба внедряется в ткани корнеплодов, образуя местами белые пушистые налеты. Мякоть корнеплодов размягчается, становится кашицеобразной массой бурого цвета.

Гниль цитрусовых в период хранения вызывают преимущественно грибы рода Penicillium.

Лежкоспособность плодов и овощей зависит в основном от качества продукции, поступающей на хранение, и условий хранения. Хорошее качество плодов и овощей обеспечивается своевременностью уборки. Недозрелые и перезрелые плоды и овощи хуже хранятся. Механические повреждения также способствуют поражению их возбудителями порчи.

Решающее влияние на сохранность растительного сырья при хранении оказывает температура. При температуре хранения 1–5 С тормозится развитие микроорганизмов, замедляется созревание и старение плодов и овощей. При повышении температуры усиливаются процессы дыхания и испарения, что ведет к потере клетками тургора, в результате чего понижается иммунитет растительного сырья.

Большое значение имеет и влажность. При недостаточной влажности воздуха в хранилищах увеличивается испарение воды с поверхности плодов и овощей, они увядают, их качество снижается. Излишняя влажность тоже опасна, так как усиливается процесс порчи. Для корнеплодов относительная влажность воздуха должна быть 85–90 %, для капусты 90–95 %. Лук должен храниться в сухом, хорошо проветриваемом помещении при относительной влажности воздуха 70–75 %.

На сохранность свежих плодов и овощей оказывает также состав газовой среды. Условия, препятствующие интенсивному дыханию плодов и развитию аэробов – возбудителей порчи – достигаются созданием вакуума, либо атмосферы диоксида углерода. Существуют газы, оказывающие бактерицидное действие на микроорганизмы

66

(озон, бромистый метил). Допускается применение сернистого ангидрида, сернистой кислоты и ее солей. Соли сернистой кислоты в виде таблеток или гранул закладываются в массу плодов и овощей при хранении, при этом выделяется сернистый ангидрид, который оказывает угнетающее действие на микроорганизмы.

Для ягод и некоторых малолежких плодов рекомендуется радуризация малыми дозами (0,2–0,3 Мрад) гамма излучений, что позволяет увеличить сохранность продукции в сезон массового поступления ее на перерабатывающее предприятие.

Рациональные методы хранения свежих плодов и овощей предусматривают создание условий – температуры, влажности, газового состава среды, которые замедляют биохимические процессы, приводящие к их старению и перезреванию, способствуют сохранению природных свойств, иммунитета и одновременно тормозят развитие микроорганизмов.

К таким методам относятся методы хранения в охлаждаемых складских помещениях при циркуляции воздуха, поддержание определенной влажности, хранение в газонепроницаемых камерах – в атмосфере углекислого газа, бромистого метила, аммиака, двуокиси серы, сернистого ангидрида, озона, окиси этилена.

При обработке и консервировании происходит изменение микрофлоры сырья. Содержание микроорганизмов в готовом продукте определяется микроорганизмами, внесенными с сырьем, а также положительным или отрицательным влиянием технологического процесса.

Технологический процесс переработки плодов и овощей включает следующие процессы.

Сортирование сырья. Пораженные микроорганизмами плоды и овощи отбирают.

Мойка. Мойку производят в специальных моечных машинах с проточной водой. Особенно тщательно, с предварительным отмачиванием от почвы следует мыть морковь, белый корень и другие корнеплоды, а также зелень, так как в этом сырье могут содержаться споры возбудителя ботулизма Clostridium botulinum. Благодаря этим технологическим процессам микробиологическая обсемененность растительного сырья значительно снижается.

Резка и чистка. Хотя в результате этой технологической операции удаляется некоторое количество микроорганизмов, при резке образуется клеточный сок, который является благоприятной средой для развития микроорганизмов. Поэтому все части машин, на которые

67

попадает клеточный сок, необходимо чистить и дезинфицировать, чтобы избежать очагов инфекции.

Первичная термическая обработка. Большая часть микроорга-

низмов уничтожается после предварительной термической обработки – бланширования (предварительной варки), применяемой для инактивации ферментов. Однако плохое качество охлаждающей воды и плохие санитарно-гигиенические условия производства могут привести на последующих этапах к повторному инфицированию и новому повышению числа микроорганизмов. При варке, обжарке содержание микроорганизмов также значительно снижается (на 2–3 порядка), однако, чем больше их было в растительном сырье, тем больше будет остаточная микрофлора.

Внесение соли, сахара, специй и других вспомогательных мате-

риалов может существенно повысить количество микроорганизмов в перерабатываемом сырье, особенно при их неправильном хранении.

Охлаждение, укладка в тару приводят к повышению содержания микроорганизмов в перерабатываемом растительном сырье ввиду инфицирования извне.

Вторичное инфицирование продуктов, особенно прошедших тепловую обработку, представляет опасность, так как продукт может быть инфицирован микроорганизмами, опасными для здоровья людей. Поэтому необходимо строго соблюдать установленные режимы

исанитарно-гигиенические требования на всех стадиях переработки растительного сырья.

Пищевые продукты могут испортиться и в результате активности ферментов, находящихся в них. С этим связано потемнение продукции, разрыхление мякоти, появление пятен на плодах и т. д. Это часто наблюдается при хранении плодов, когда развиваются физиологические заболевания.

Продукцию можно сохранить от микробиологической и физиологической порчи двумя способами:

совершенно изолировать продукты от действия микроорганизмов и ферментов, уничтожив их в продукте и исключив затем доступ извне;

не уничтожая микроорганизмы и ферменты в продукте, подавить их жизнедеятельность.

К первому относится собственно консервирование, ко второму – хранение в свежем виде. Качество продукции может ухудшиться

ив результате замораживания, запаривания, загрязнения или химических реакций. Например, потемнение сока яблок в результате реакции дубильных веществ с солями железа и др.

68

Контрольные вопросы и задания

1.Что называют эпифитной микрофлорой растительного сырья?

2.Каким образом осуществляется естественная защита растений от воздействия микроорганизмов?

3.Какие защитные вещества содержатся в растительных клетках?

4.Какие микробиологические процессы протекают при хранении плодов и овощей?

5.Какие группы микроорганизмов участвуют в процессах паразитарной порчи растительного сырья?

6.Что называют сухой гнилью, мокрой гнилью плодов и овощей?

7.Что называют фитопатогенными микроорганизмами?

8.Перечислите известные болезни плодов и овощей. Какие микроорганизмы их вызывают?

9.Какие факторы влияют на сохранность растительного сырья при хранении?

10.Какие способы хранения свежих плодов и овощей известны?

11.Какие газы допускаются при организации хранения плодов

иовощей для предотвращения порчи?

12.Как влияют на лежкость продукции дыхание и транспирация

воды?

13.Как изменяется микрофлора на технологических этапах при консервировании?

14.Чем отличаются болезни и микробная порча?

15.Какие защитные механизмы существуют у плодов и овощей?

16.Бактерицидное действие каких газов используется для сохранности?

17.Каким образом возможно избежать микробиологической порчи продуктов?

69

6.МИКРОБИОЛОГИЯ ХЛЕБА

ИЗЕРНОПРОДУКТОВ

Микрофлора зерна. В свежеубранном зерне преобладают неспоровые грамотрицательные бактерии (90–99 %). Из них 70–95 % оставляют травяная палочка Erwinia herbicola, представитель нормальной микрофлоры зерна. Эти микроорганизмы не вызывают порчи зерна, но, находясь в большом количестве и активном состоянии, интенсивно выделяют тепло и способствуют началу самосогревания. Вторым по количеству микроорганизмом является Pseudomonas fluorescens. При развитии других микроорганизмов (грибы, кокки, спорообразующие бактерии) они отмирают, что свидетельствует о снижении качества зерна. При хранении запыленного зерна резко возрастает количество бактерий рода Bacillus, таких как B. subtilis, B. mycoides, B.megaterium.

Дрожжевая микрофлора (грибы родов Saccharomyces, Torulopsis, Candida) не оказывают существенного влияния на качество зерна. Но при повышенной влажности они способствуют самосогреванию и появлению «амбарного запаха».

Грибы родов Alternaria и Cladosporium встречаются только в свежеубранном зерне (их называют полевые плесени). В хранящемся зерне они заменяются плесневыми грибами родов Mucor, Penicillium, Aspergillus (плесени хранения).

На микрофлору зерна влияют различные факторы. Это погодные условия, способы уборки и транспортировки урожая, механические повреждения зерна, наличие сорных примесей, вид и сорт культуры.

Патогенные микроорганизмы попадают в зерно случайно, наиболее вероятно попадание возбудителей антропозоонозов. Зерно не является благоприятной средой для их развития. Поэтому большинство из них быстро отмирает при хранении. Зерно может быть переносчиком инфекции.

Микрофлора муки состоит преимущественно из микрофлоры зерна, поэтому количественный и качественный состав микрофлоры муки зависит от степени зараженности зерна, способов помола и очистки. Общая бактериальная обсемененность составляет 2–3 млн КОЕ / 1 г, но варьирует в зависимости от содержания влаги, качества помола, продолжительности хранения и др.

В микрофлоре муки преобладает травяная палочка (Еrwinia herbicola). Это – грамотрицательные неспорообразующие палочки, факультативные анаэробы. Не должно быть кокковых форм бактерий,

70