uchebnik_Mikrobiologia_pischevykh_proizvodstv_1
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»
Ильяшенко Н.Г. Пичугина Т.В.
МИКРОБИОЛОГИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Электронный учебник для (дистанционного обучения) ДО
Москва 2012
Введение……………………………………………………………………………………..1
Основы общей микробиологии……………………………………………….....................2
1.Общие представления о микроорганизмах………………………………………………2
1.1.Положение микроорганизмов в системе живого мира. Принципы их систематики..2
Прокариоты (бактерии)………………………………………………………………………4
Эукариоты - микроскопические грибы (мицелиальные грибы и дрожжи)…………….16
Вирусы……………………………………………………………………………………….25
Обмен веществ у микроорганизмов……………………………………………………….26
Культивирование и рост микроорганизмов……………………………………………….31
Микроорганизмы и окружающая среда……………………………………………………38
Распространение микроорганизмов в природе……………………………………………62
Микроорганизмы почвы…………………………………………………………………….64
Микробиология воды………………………………………………………………………..66 Микроорганизмы воздуха…………………………………………………………………..71
Патогенные микроорганизмы и их особенности………………………………………….74
Заболевания, передающиеся через пищевые продукты…………………………………..79 Выявление патогенных микроорганизмов в пищевых продуктах. Санитарно-показа-
тельные микроорганизмы…………………………………………………………………..91
Основы генетики микроорганизмов………………………………………………………98
Биохимические процессы, вызываемые микроорганизмами, и их использование в пищевых производствах…………………………………………………………………..100
Микробиологические и санитарно-гигиенические критерии безопасности пищевых продуктов…………………………………………………………………………………..124 Концепция системы НАССР………………………………………………………………127
Дезинфекция в пищевой промышленности………………………………………………139
Введение
В природе и жизни человека микроорганизмы играют очень важную роль. Мир микроорганизмов обширен и многообразен и включает бактерии, мицелиальные грибы,
дрожжи, многие водоросли, простейшие, а также вирусы,
Значение микроорганизмов в природе столь велико, что жизнь на Земле без их участия была бы невозможна. Микроорганизмы являются важнейшим звеном в круговороте углерода и азота и других элементов в природе. Они участвуют в образовании каменного угля, нефти, некоторых руд, торфа. Велико значение микроорганизмов в почвообразовательных процессах, они способствуют улучшению плодородия почв. Благодаря гигантской работе микроорганизмов сложнейшие отходы жизнедеятельности человека органического происхождения (белки, углеводы, липиды)
превращаются в простые минеральные соединения – диоксид углерода, нитраты,
аммиак, сульфаты. Растения синтезируют из них сложные органические вещества – белки, углеводы, жиры, которые служат пищей для животных и человека.
На жизнедеятельности микроорганизмов основано промышленное производство органических кислот (молочной, масляной, лимонной и др.), ацетона, бутилового и этилового спиртов. Микроорганизмы используют в производстве витаминов,
аминокислот, ферментных препаратов и антибиотиков.
Сдавних пор микроорганизмы применяют в пищевой и легкой промышленности,
атакже в домашнем хозяйстве. Дрожжи, например, используют для получения вина,
пива, в хлебопечении. Молочнокислые бактерии используют в производстве различных кисломолочных продуктов, они же участвуют в процессах созревания сыров и квашении овощей.
Наряду с полезной, существуют микроорганизмы, играющие негативную роль в жизни человека, вызывая заболевания не только человека, но и животных и растений,
нанося большой ущерб во многих сферах хозяйственной деятельности человека. Многие микроорганизмы наносят существенный вред в производстве пищевых продуктов,
которые, попав в производство с сырьем, водой, из воздуха, с поверхности оборудования, нарушают нормальный ход технологических процессов, приводят к потерям сырья, порче полуфабрикатов, снижают качество выпускаемой продукции.
Посторонние микроорганизмы выделяют в среду, в которой развиваются, ядовитые вещества – токсины. Наиболее опасной из них является особая группа, образуемая
мицелиальными грибами, – микотоксины (афлатоксины, охратоксины, патулин и др.), –
способная вызывать образование раковых опухолей у человека и животных.
С целью предотвращения развития микроорганизмов, контаминирующих производство пищевых продуктов, на предприятиях осуществляют микробиологический и санитарно-гигиенический контроль и санитарно-гигиенические мероприятия
ОСНОВЫ ОБЩЕЙ МИКРОБИОЛОГИИ
Микромир объединяет организмы, относящиеся к различным систематическим группам. Это бактерии, простейшие, водоросли, грибы, риккетсии, вирусы. Каждая систе-
матическая группа в свою очередь представлена микроорганизмами, достаточно разнообразными по строению и способам существования. Однако в основе этого удивительного многообразия микромира лежит принцип биохимического глпнства жизни,
сформулированный А. Кдюйвером и К. ван Нилем. Этот принцип утверждает, что для всех живых организмов характерны единый механизм передачи наследственной информации, единство энергетических процессов и процессов синтеза клеточного вещества. Это значит, что как бы ни были сложны и разнообразны биохимические процессы в клетках различных микробов, все они могут быть представлены цепью элементарных реакций нескольких типов.
1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МИКРООРГАНИЗМАХ
1.1. Положение микроорганизмов в системе живого мира. Принципы их систематики
Еще на ранних этапах развития биологии мир живых организмов ученые делили на два царства: царство растений и царство животных. Принадлежность к тому или другому опрелелялась по ряду структурных и функциональных признаков. С открытием микроорганизмов делались попытки распределить их между этими царствами. Основой для определення принадлежности микроорганизмов к животным или растительным организмам служили два признака: подвижность и способность к фотосинтезу. Однако постепенное накопление знаний о микроорганизмах, их чрезвычайном разнообразии
сделало затруднительным и часто нелогичным отнесение некоторых видов к определенному царству. Оказалось, что клетки одних микробов по своей структуре на-
поминают клетки животных, у других они сходны с растительными, третьи могут сочетать признаки тех и других клеток или существенно отличаться от них.
В 1866 г. немецкий биолог Э. Геккель предложил выделить микроорганизмы в третье царство живой природы и дал ему название «царство протестов». Основу строения клеток всех протистов, как и клеток высших животных и растений, составляют цитоплазма и ядро.
Однако развитие электронной микроскопии и совершенствование методов приготовления биохимических препаратов позволили выявить принципиально важные отличия во внутренней структуре клеток протистов. Оказалось, что несмотря на общность структурной, биохимической и физиологической организации, присущую всем живым организмам, царство протистов четко делится на две группы.
Первую составляют высшие протисты — эукариоты, клетки которых по своему строению сходны с клетками высших животных и растений. Важнейшие отличительные особенности эукариотической клетки — структурная организация ядра и способ его деления. Клетки эукариот имеют обособленное ядро, отделенное от цитоплазмы мембраной. Наследственная информация заключена в хромосомах, содержащих дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и белки особого типа. Деление ядра при размножении клеток происходит в результате сложного процесса — митоза. Из микроорганизмов к эукариотам относятся простейшие, грибы, водоросли (кроме синезеленых).
Вторая группа объединяет низших протистов, называемых прокариотами
(доядерными). В клетках прокариот сформированное ядро отсутствует, но есть ядролодобные образования — нуклеоиды (от лат. «nucleus» — ядро). По сравнению с ядрами клеток эукариот нуклеоиды имеют более простое строение и не отделены от цитоплазмы оболочкой. Наследственную информацию несет одна хромосома,
представляющая собой длинную молекулу ДНК.
Таким образом, граница, разделяющая все клеточные формы жизни на две группы,
соответствующие двум типам клеточной организации, проходит через царство протистов.
Наука; о распределении живых организмов по отдельным группам — таксонам — называется систематикой. Классификация и номенклатура — две основные области систематики. Задачей классификации является объединение живых организмов,
обладающих общими признаками и свойствами, в определенный таксон.
Основная единица в систематике живых организмов — вид. Под видом подразумевают совокупность организмов, имеющих общее происхождение, характеризующихся общими морфологическими и физиологическими признаками и приспособленных к существованию в определенных условиях внешней среды. Виды объединяют в .таксоны более высокого ранга — роды. Роды в свою, очередь группируют в семейства, семейства
— в порядки (или отряды в царстве животных), порядки — в классы и т. д. Высшим уровнем таксономической иерархии является царство.
Номенклатура как отрасль систематики обеспечивает единство и стабильность названий отдельных таксонов и организмов, принадлежащих к ним. Для наименования вида принята бинарная номенклатура, предложенная К. Линнеем в XVIII в. Видовое название складывается из двух слов. Первое обозначает род и пишется с прописной буквы, второе — вид, к которому принадлежит организм,— пишется со строчной буквы.
Контрольные вопросы:
1. Дайте определение микробиологии. 2. Что такое микроорганизмы и чем они отличаются от других существ? 3.Какова роль микроорганизмов в природе и деятельности микроорганизмов? 4. На какие две группы делится царство протистов? 5.Что такое
«классификация» и «номенклатура»? 6.Что принято за единицу классификации? 7.Из чего складывается видовое название микроорганизма?
Прокариоты (бактерии)
Известно около 4000 видов бактерий. Их разнообразие особенно выражено в отношении физиолого-биохимических свойств. В определенной степени оно проявляется и в морфологии. Большинство бактерий - это одноклеточные организмы, но имеются и многоклеточные.
Форма и размеры бактерий. По внешнему виду (форме) одноклеточные бактерии разделяются на три основные группы: шаровидные, палочковидные и извитые (рис.1).
Шаровидные бактерии - кокки (рис. 1.1 – 1.6) могут быть одиночными - микрококки;
диплококки соединены попарно, делятся в одной плоскости; стрептококки образуют цепочки различной длины в результате деления в одной плоскости, как и диплококки;
тетракокки соединены по четыре вследствие деления в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; сарцины располагаются в форме правильных пакетов вследствие деления в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. При делении кокков неравномерно в
нескольких плоскостях образуются скопления неправильной формы, напоминающие гроздь винограда, стафилококки.
Палочковидные бактерии (рис.1.7 – 1.8 ) имеют форму вытянутого цилиндра, могут быть одиночными или соединены попарно, а также в виде цепочек из трех и более клеток.
Извитые (рис.1.9 – 1.14) бактерии бывают трех типов: вибрионы-палочки, изогнутые в виде запятой; спириллы имеют один или несколько завитков, и спирохеты, имеющие вид мелких спиралей с многочисленными завитками.
Кроме этих наиболее распространенных в природе форм бактерий имеется небольшое количество нитчатых форм (рис.1.12). Они представляют собой многоклеточные организмы в виде нитей, состоящих из одинаковых цилиндрических или дисковых клеток,
и являются типичными водными организмами.
Рис.1. Основные формы бактерий
1 – микрококки; 2 – диплококки; 3 – стрептококки; 4 – тетракокки; 5 – стафилококки; 6 –
сарцины; 7 – палочковидные неспорообразующие бактерии; 8 – палочковидные споро-
образующие бактерии; 9 – вибрионы;10 – спириллы; 11 – спирохеты; 12 – нитчатые бактерии; 13 – тороид; 14 – бактерии, образующие простеки; 15 – червеподобные;
16 - звездоподобные
Сравнительно недавно в почве и водоемах были обнаружены новые формы бактерий,
клетки которых имеют вид разомкнутого или замкнутого кольца (тороиды),
шестиугольной звезды, розетки, а также клетки с выростами (простеками) и
червеобразной формы (рис.1.15).
К бактериям относится еще одна, особая группа микроорганизмов - актиномицеты.
Их клетки в основном имеют вид тонких длинных прямых ветвящихся нитей (рис. 2).Они обитают в воде, почве и на растительных остатках, придавая им специфический землистый запах.
Размеры бактерий ничтожно малы, поперечное сечение клеток большинства бактерий не превышает 0,5 - 0,8 мкм, средняя длина палочковидных бактерий от 0,5 до 3 мкм.
Наиболее мелкие из микроорганизмов - микоплазмы, не имеющие клеточной стенки,
имеют размер 0,1-0,15 мкм.
Объем бактериальной клетки в среднем составляет 0,07 мкм3, масса - 5 х 10-12 г. В 1 мм3
может содержаться до 109 бактериальных клеток.
В пищевых производствах основное значение имеют шаровидные и палочковидные бактерии.
Рис. 2. Актиномицеты: а - мицелии; б - спороносцы
Строение, химический состав и функции клеточных структур бактериальной
(прокариотной) клетки
Клеточная стенка придает форму клетке, предохраняет её от неблагоприятных внешних тепловых и механических воздействий, защищает клетку от проникновения в неё избытка влаги.
Химический состав и строение клеточной стенки бактерий обусловливают деление бактерий на две группы: грамположительные (Грам+) и грамотрицательные (Грам-), по имени датского ученого Кристиана Грама, предложившего в 1884 г. специальный способ окраски бактерий (окраска по Граму). К грамположительным относятся бактерии, в
клетках которых после окрашивания и обработки спиртом в цитоплазме удерживается комплекс красителей - кристаллического фиолетового и йода, и они сохраняют темно-
Рис. 3. Схематическое изображение морфологических структур бактериальной клетки: 1 – капсула; 2 – нуклеоид; 3 – рибосома;
4 – микрокапсула; 5 – клеточная стенка; 6 – цитоплазматическая мембрана; 7 –
базальное тельце; 8 – жгутик; 9 –плазмида;10 – гранула; 11 – мезосома.
фиолетовый цвет. Бактерии, обесцвечивающиеся при обработке спиртом,
относятся к грамотрицательным. Окраска по Граму имеет важное диагностическое значение, используемое в классификации бактерий.
Химический состав и строение клеточной стенки бактерий существенно отличаются от клеточных стенок эукариот (рис.4, таблица 1). Опорный "скелет" (каркас) клеточной стенки бактерий составляет полимерное соеди-нение пептидогликан (муреин). У
грамположительных бактерий клеточная стенка однослойная, содержит около 90%
муреина, в ее состав входят тей-хоевые кислоты. У грамотрицательных бактерий клеточная стенка много-слойная, в ее состав входит около 5-10% муреина, снаружи расположен белково-липидный слой. Наружная мембрана грамотрицательных бактерий препятствует проникновению в клетку токсичных веществ, поэтому они значительно устойчивее, чем грамположительные бактерии к действию внешних факторов, в том числе антибиотиков, ядов и т.д.
Клеточная стенка имеет поры, через которые осуществляется обмен клетки с окружающей средой. У некоторых бактерий клеточная стенка имеет отверстия для выхода фимбрий - органов прикрепления и жгутиков –
Рис.5 Схема строения клеточных стенок грамположительных и грамотрицательных бактерий.
органов движения.
Цитоплазма - внутреннее содержимое клетки, представляет полужидкую коллоидную систему, степень вязкости которой зависит от возраста и физиологического состояния клетки. В молодых клетках вязкость цитоплазмы незначительная, что обусловливает ее более интенсивный обмен веществ.
Цитоплазма содержит воду до 70 - 80% от массы клетки, ферменты, аминокислоты,
субстраты и продукты обмена веществ клетки. В цитоплазме располагаются жизненно важные структуры клетки и гранулы запасных веществ.
Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) является единственной мембранной структурой прокариотной клетки, в отличие от эукариот.
Она имеет трехслойную структуру (белок – липиды – белок) и играет важную роль в обмене веществ клетки. Функции цитоплазматической мембраны разнообразны. Обладая избирательной проницаемостью (способностью пропускать определенные соединения),