uchebnik_Mikrobiologia_pischevykh_proizvodstv_1

Производство уксуса стружечно-циркуляционным периодическим методом осуществляется в специальном аппарате - окислителе. В стенках окислителя имеются отверстия для засасывания (или вдувания) воздуха. Чем лучше аэрация, тем активнее протекает процесс окисления. По мере протекания субстрата по стружкам уксуснокислые бактерии, густо заселяющие стружки, окисляют спирт в уксусную кислоту. Процесс длится 4-5 суток, за это время спирт практически полностью окисляется и накапливается уксусная кислота (9-10%). Готовый уксус сливается и цикл начинается сначала.

Последние годы осуществляется переход от периодического к непрерывным способам.

Производство уксуса непрерывно-стужечно-циркуляционным методом осуществляется в двух окислителях. Основная часть питательной среды подается на головной окислитель,

небольшая часть - на хвостовой. Из головного окислителя культуральная жидкость самотеком перетекает в хвостовой, из хвостового непрерывным потоком в сборник

«сырого» уксуса, а затем следует его фильтрация (осветление).

Наиболее, прогрессивным является производство уксуса глубинным непрерывным методом. Оно осуществляется в батарее герметически закрытых аппаратов - ферментеров.

Первый из них заполняется питательной средой и засеивается культурой уксуснокислых бактерий. Содержимое ферментера перемешивается мешалкой, а через барбатер непрерывно подается воздух для аэрации. Под давлением воздуха культуральная жидкость перетекает из одного ферментера в другой и спирт постепенно окисляется в уксусную кислоту.

Готовый уксус как правило содержит не менее 9% уксусной кислоты.

Кроме спиртового натурального уксуса производят винный уксус и плодово - ягодный.

Во многих отраслях пищевой промышленности уксуснокислые бактерии являются вредителями - в спиртовом, пивоваренном, дрожжевом, консервном производствах, в

виноделии, в производстве безалкогольных напитков и др.

1.2.2. Окисление других спиртов и углеводов уксуснокислыми бактериями

Уксуснокислые бактерии могут окислять и другие одноатомные спирты ( например,

пропиловый спирт в пропионовую кислоту, бутиловый – в масляную). Метиловый спирт и одноатомные высшие спирты эти бактерии не окисляют.

Некоторые уксуснокислые бактерии окисляют глюкозу в глюконовую кислоту.

Глюконовая кислота применяется в медицине, ветеринарии и в фармацевтической промышленности. Кроме уксуснокислых бактерий, глюконовую кислоту в глюкозосодержащих сусбтратах образуют некоторые бактерии (например, Pseudomonas

fluorescens) и некоторые мицелиальные грибы из родов Aspergillus и Penicillium, которые также используются в промышленности.

Особый интерес представляет окисление некоторыми уксуснокислыми бактериями многоатомных спиртов в кетокислоты и кетосахара. В промышленности используют окисление шестиатомного спирта сорбита в сорбозу. Сорбоза применяется при химическом синтезе аскорбиновой кислоты (витамина С).

Имеет также значение окисление уксуснокислыми бактериями глицерина в диоксиацетон, являющийся ценным продуктом для химической промышленности.

1.2.3.Окисление углеводов мицелиальными грибами

Мицелиальные грибы, как и уксуснокислые бактерии, могут осуществлять неполное окисление углеводов молекулярным кислородом с образованием органических кислот

(лимонной, щавелевой и др.) и являются строгим аэробами.

Наибольшее практическое значение имеет процесс получения лимонной кислоты,

которую ранее получали из лимонов, а теперь - с помощью гриба Aspergillus niger.

Физиологию грибов и химизм процесса детально изучили С.П.Костычев и В.С.Буткевич.

Благодаря разработкам этих ученых в Ленинграде в 1930 г. был организован первый завод лимонной кислоты. Процесс осуществляют при обязательном доступе кислорода.

Лимонную кислоту получают как поверхностным, так и глубинным методами. Дня поверхностного метода питательной средой служит отход свеклосахарного производства -

меласса, при окислении сахаров которой образуется лимонная кислота: 2С6Н12О6+ 3О2 -+ 2С6Н8О7 + 4Н2О + Энергия Глюкоза Лимонная

кислота Мицелий гриба развивается в виде пленки на поверхности питательной среды, налитой

невысоким слоем (8-12 см) в плоские открытые сосуда - кюветы, которые засеивают конидиями гриба. Процесс накопления лимонной кислоты в среде под пленкой гриба продолжается 6-8 дней при температуре 30 °С и при хорошей аэрации. Затем лимонную кислоту выделяют из раствора, подвергают очистке и кристаллизации.

Производство лимонной кислоты глубинным методом осуществляется как обычно в герметично закрытых ферментерах при постоянной аэрации и перемешивании. Мицелий гриба в этом случае развивается в виде мелких шариков.

Лимонная кислота находит широкое практическое применение в кондитерской и консервной промышленности, в производстве безалкогольных напитков, в медицине в качестве консерванта крови.

1.2.4. Окисление жиров и высших жирных кислот

Жиры представляют собой сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. Жиры -

высокомолекулярные соединения и в неизменном виде внутрь клетки попасть не могут.

Поэтому вначале происходит гидролиз жира при участии фермента липазы, имеющегося у многих микроорганизмов, в результате чего образуются глицерин и высшие жирные кислоты:

гидролиза - глицерин и высшие жирные кислоты используются различными микроорганизмами в качестве энергетического материала. Глицерин быстро подвергается окислению, например, уксуснокислые бактерии окисляют его до диоксиацетона.

Микроскопические грибы окисляют глицерин полностью - до CO2 и Н2О. Маслянокислые бактерии сбраживают его с образованием масляной кислоты. В результате этих процессов микроорганизмы получают энергию.

Высшие жирные кислоты окисляются труднее и медленнее. Вначале они накапливаются в субстрате, а затем постепенно окисляются до CO2 и Н2О; этот процесс сопровождается значительным выделением энергии:

С18Н36О2 + 26О2 ---> 18СО2 + 18Н2О + Энергия В процессе окисления высших жирных кислот образуются разнообразные

промежуточные продукты - кетоны, альдегиды, оксикислоты и др. соединения, которые придают окисляющемуся жиру неприятный запах и прогорклый вкус и неприятный запах.

Наиболее активное участие в превращениях жиров принимают из бактерий некоторые бактерии рода Pseudomonas - подвижные, не образующие спор, аэробные грамотрицательные палочки. Некоторые из них выделяются в среду зеленоватый пигмент, другие являются психрофилами, развиваются при низких температурах (0оС). В

разложении жиров участвуют и другие аэробные бактерии. Из мицелиальных грибов значительной липолитической активностью обладают Geotrichum candidum (молочная плесень), Cladosporium herbatum, многие виды Aspergillus и Penicillium.

В пищевой промышленности микроорганизмы, окисляющие жиры, наносят вред -

происходит порча пищевых жиров и жира, содержащегося в различных продуктах

(рыбных, молочных, крупяных, в консервах и т.п.). Порча жиров, хранящихся в холодильниках, происходит при участии психрофилов.

Разложение жиров отмерших животных и растений в природных условиях (в воде,

почв) происходит постоянно и имеет большое значение в круговороте углевода.

2. Превращение органических веществ, содержащих азот

Кроме рассмотренных выше микробиологических процессов превращения органических углеродсодержащих соединений, большое значение имеют превращения органических азотсодержащих веществ.

Гнилостные процессы. Гниение - это процесс глубокого разложения белковых веществ микроорганизмами. Одним из конечных продуктов разложения белков является аммиак (NH3), поэтому процесс гниения называют также аммонификацией белковых веществ, а бактерии - гнилостными или аммонификаторами.

Белки, подобно другим высокомолекулярным соединениям, в неизменном виде внутрь бактериальной клетки проникнуть не могут, а поэтому, вначале подвергаются расщеплению вне клетки под влиянием микроорганизмов, обладающих протеолитическими ферментами, которые по характеру действия являются экзоферментами. Расщепление белков происходит ступенчато:

белки —> пентоны -> полипептиды -> аминокислоты

Дальнейшая судьба образовавшихся при расщеплении белков аминокислот различна.

Они диффундируют внутрь клетки и могут использоваться микроорганизмами либо в строительном обмене для биосинтеза белков клетки или как источник углерода и азота,

либо подвергаются дезаминированию или декарбоксилированию.

Дезаминирование аминокислот приводит к отщеплению аминогруппы, из которой образуется аммиак и накопление органических кислот жирного ряда - масляной, уксусной,

пропионовой, муравьиной и др. оксикислот, кетокислот, а также высокомолекулярных спиртов. Промежуточные продукты распада аминокислот претерпевают различные превращения в зависимости от вида бактерий и условий, в которых пропекает процесс гниения.

Аэробные микроорганизмы осуществляют их полное окисление до минеральных веществ и в качестве конечных продуктов образуются, кроме аммиака, углекислота (весь углерод белковых веществ выделяется в виде СО2), вода, а также сероводород и иногда меркаптаны, обладающие запахом тухлых яиц. Сероводород и меркаптаны образуются из серусодержащих аминокислот - цистина, цистеина, метионина. В случае гнилостного распада нуклеопротеидов образуются соли фосфорной кислоты.

а б

Рис.36. Proteus vulgaris(a), Clostridium putrificum(б)

Значение процесса гниения. Гнилостные бактерии являются вредителями многих пищевых продуктов, обладающих высокой пищевой ценностью - мяса и мясопродуктов, рыбы и рыбопродуктов, молока, яиц и др.

В природе (в воде, почве) активно разлагаются отмершие животные и растения, минеральные белковые вещества и тем самым играют важную роль в круговороте углерода и азота.

Микробиологические и санитарно-гигиенические критерии

безопасности пищевых продуктов

Продовольственное сырье и пищевые продукты могут представлять опасность для человека, если они получены с нарушением санитарно-гигиенических правил при производстве и на этапах обращения произведенной продукции в результате инфицирования патогенными, токси-генными и сапрофитными микроорганизмами.

В постановлении Госкомэпиднадзора России № 27 от 24.10.96 г определены требования, в соответствии с которыми не допускается наличие микроорганизмов, опасных для здоровья человека и животных, в продовольственном сырье и пищевых продуктах. Это постановление разработано на основании Закона РСФСР «О санитарно-

эпидемиологическом благополучии населения» от 19.04.91 г, «Основ законодательства РФ об охране здоровья граждан» от 22.07.93 г, Федерального закона «О внесении изменений и дополнений в Закон Российской Федерации «О защите прав потребителей» и других. Санитарные правила и нормы (СанПиН) 2.3.2.1078-01

«Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов»

Безопасность и микробиологическая стойкость продовольственных товаров относится к важнейшим характеристикам последних.

Под безопасностью понимают отсутствие вредных примесей химической и биологической природы, том числе и патогенных микроорганизмов и ядовитых продуктов их жизнедеятельности. Понятие «микробиологическая стойкость» подразумевает потенциальные возможности сохранения продуктов без порчи.

Особое место в системе оценки безопасности пищевых продуктов занимают, регламентирующие методы испытаний и оценку их результатов по нормативным показателям в процессе производственного, государственного и ведомственного контроля. СанПиН распространяются также на этапы создания и постановки на производство новых видов продуктов при их переработке, получении, хранении, транспортировании, закупке, ввозе в страну и реализации.

В целях гарантии качества выпускаемой продукции, ее безопасности за рубежом используется система критических контрольных точек Hazard Analysis Critical Control Paint (НАССР) – критические пределы надзора вредных факторов.

Характерная особенность данной системы – планомерный надзор и контроль пищевых продуктов при предварительном определении всех возможных факторов, связанных с полным циклом обращения с пищевыми продуктами, начиная с условий выращивания и кончая исследованием готового продукта, контролем хранения, транспортировки и реализации.

Эта система определяет комплексный подход к анализу процессов обработки продуктов питания, распознаванию любых возможных рисков химического,

физического и биологического контроля и их контроля. Система ХАССП органично вписывается в систему качества.

В связи с разработками ФАО/ВОЗ в области безопасности пищевых продуктов Международная организация по Стандартизации выпустила стандарты серии ИСО-9000, в которых изложены основополагающие требования к системе производства пищевых продуктов. Все организации, сертифицированные по этим стандартам, имеют право поставки продукции в страны ЕС. Предприятия, получившие сертификат ИСО-9000,

имеют контрольные функции в отношении качественных показателей продукции.

В России в последние годы активно внедряется международная система оценки качества производства GMP (ISO-стандарты) – Good Manufacturing Practices (International Standart Organization). В 1993г. ЕС принял директиву № 94/93 «О гигиене пищевых продуктов», согласно которой на предприятия пищевой промышленности возлагается проведение анализов рисков, выявление критических контрольных точек (КТК) в

технологических процессах, определение корректирующих мероприятий и осуществление

мониторинга по основным параметрам технологического процесса.

ВНИИС (Всесоюзный научно-исследовательский институт сертификации)

разработал и зарегестрировал Добровольную систему сертификации, основанную на принципах ХАССП. Цель внедрения ее на предприятиях России – выпуск качественной конкурентно-способной продукции.

Внедряемая система существенно отличается от ранее применявшегося в России метода санитарно-гигиенического контроля и надзора, в котором основное внимание было уделено надзору лишь за конечным продуктом.

Содержание числа живых клеток в объекте отражает показатель количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАМ),

которое определяется путем подсчета колоний, выросших на стандартной агаризованной питательной среде в чашках Петри при температуре 30 +- 10С в течение 3 дней (72+-3).

Это определение регламентировано Международной организацией по стандартизации методов микробиологического анализа (International Standart Organisation, ISO) и ГОСТ 10444.15-94. КМАФАМ выражается в колониеобразующих единицах (КОЕ) и рассчитывается на 1 г(см3) образца. Термин КМАФАМ КОЕ/г (см3)

наиболее полно характеризует определяемую принятыми методами группу микроорганизмов, поэтому в настоящее время его используют вместо обозначений,

применявшихся ранее (общее количество бактерий, общее микробное число).

Микробиологические показатели безопасности пищевых продуктов для большинства микроорганизмов оценивают по альтернативному принципу, то есть нормируется масса продукта, в которой не допускается присутствие определенных видов микроорганизмов.

Контрольные вопросы:

1.Каково практическое использование спиртового брожения?

2.Каковы особенности спиртового брожения в различных отраслях бродильных производств?

3.В чем отличие типичного гомоферментативного от нетипичного гетероферментативного молочнокислого брожения?

4.Каково практическое использование молочнокислого брожения?

5.Что такое пропионовокислое брожение?

6..Каково значение маслянокислого брожения?

7. .Какие микроорганизмы являются возбудителями маслянокислого брожения? 8. .Где используется брожение пектиновых веществ?

9.Какие основные процессы окисления вам известны и как они применяются в пищевой промышленности?

10.Какие органические кислоты получают с помощью бактерий?

11.Какие органические кислоты получают с помощью мицелиальных грибов? 12.В чем сущность процесса аммонификации?

13.Что такое гниение и какие микроорганизмы его вызывают? 14.Что такое полезные и вредные микроорганизмы?

15.Какова роль микроорганизмов в производстве пищевых продуктов?

16.Что такое патогенность, вирулентность, токсигенность микроорганизмов? 17. В чем разница между пищевыми инфекциями и пищевыми отравлениями? 18.Назовите способы определения возможного присутствия патогенных

микроорганизмов в пищевых производствах.

19.Назовите основные показатели микробиологической безопасности пищевых продуктов.

Концепция системы НАССР

Эффективные системы контроля продуктов питания имеют важное значение для защиты здоровья потребителей. Кроме того, они крайне необходимы для создания условий, в которых страны могут обеспечить безопасность и качество продуктов питания,

поступающих в международную торговлю.

Современный мировой уровень развития сельскохозяйственного производства,

перерабатывающих отраслей, специализации пищевых производств и торговли диктуют необходимость применения во всех странах адекватных программ контроля качества и безопасности пищевых продуктов. На требование времени в структуре Организации Объединенных Наций (ООН), было создано специализированное агенство -

«Продовольственная и Сельскохозяйственная Организация» – Food and Agricultural Organization (FAO), которое занимается вопросами безопасности и качества пищевых продуктов на каждой стадии производства, хранения, транспортировки, переработки и реализации.

Наибольший эффект по обеспечению безопасности пищевых продуктов дает принцип «единого целого» при рассмотрении пищевой цепи в противовес принципу

контроля пищевых продуктов лишь в последнем звене цепи. В связи с этим в настоящее время отмечается отход от практики контроля конечного продукта и переход к контролю процессов производства, обработки и сбыта пищевых продуктов. Основой такого подхода является система «Анализ рисков и критические контрольные точки» - Hazard Analysis Critical Control Paint (HACCP). Эта система определяет комплексный подход к анализу процессов обработки продуктов питания, распознаванию любых возможных рисков, в том числе и микробиологического происхождения, и их контроля. Система НАССР является предупреждающей системой безопасности, которая используется в пищевой промышленности как гарантия сохранения продуктов.

Применяемая в области управления безопасностью пищевых продуктов система НАССР использует системный подход к выявлению конкретных опасных факторов и мерам по их контролю. Она основана на профилактике (предотвращении) риска и снижает зависимость результатов от проверки конечного продукта. Применение системы на любой стадии пищевой цепи - от первичных производителей до потребителя – обеспечивает эффективное использование ресурсов и своевременную реакцию на проблемы безопасности пищевых продуктов. Внедрение системы НАССР не означает отмены уже существующей на предприятии системы контроля качества выпускаемой продукции,

однако она требует пересмотра этих процедур как части системного подхода для их своевременного включения в более совершенную систему контроля.

Обязательное выполнение требований системы НАССР предприятиями пищевой промышленности юридически установлено в большинстве стран Европейского Союза

(ЕС) и принято в ряде стран местным законодательством. Такими мероприятиями вводится четкая система контроля безопасности пищевых продуктов на уровне предприятия, осуществляемого под надзором уполномоченных государственных органов.

Контроль выполнения требований системы НАССР является обязательным для правительственных органов в ряде стран. В странах, в которых реализация системы НАССР является обязательной, запрещен ввоз продовольственного сырья и пищевых продуктов, производимых компаниями, где данная система сертификации отсутствует.

Впервые система НАССР была применена в 1960-х годах американской компанией

«Pillsburi», армией США и «Национальной администрацией аэронавтики и космических программ» - National Aeronautics and Space Administration (NASA) - как совместная разработка для производства безопасных пищевых продуктов в рамках космической программы Соединенных Штатов. Для этой программы требовались пищевые продукты с

«нулевыми дефектами», гарантирующие безопасность их использования астронавтами в космических полетах. Особое внимание к процессу контроля на самых ранних стадиях