ПРОБЛЕМА ОЦЕНКИ МИКРОБНОГО РАЗНООБРАЗИЯ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

ФОРМИРОВАНИЕ И СТРУКТУРА МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

ОРГАНИЗАЦИЯ МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

Микробиологическая порча пищевых продуктов связана с физико-химическими характеристиками собственно пищевого продукта и микроорганизмами, присутствующими в конкретном продукте. Особенно этому подвержены скоропортящиеся продукты, содержащие много воды. Важно знать концентрацию микроорганизмов, их видовое разнообразие, интенсивность роста (или иных физиологических показателей) и возможной их биохимической деятельности. Разрушающее действие микроорганизмов известно давно, например разложение мяса (белковых веществ): изменяется окраска (становится серой), оно теряет упругость, ослгоняется, размягчается, появляется неприятный запах. Происходит разложение белковых веществ, гидролитический распад жира с последующими превращениями жирных кислот. Наблюдаются микроструктурные изменения мяса: лизис ядер клеток соединительной ткани, исчезновение поперечной и продольной линий мышечных волокон и нарушение их целости.

Продукты определенного типа разрушаются определенными видами микроорганизмов, которые используют данное вещество в процессе обмена. Порчу продуктов, состоящих из клетчатки, вызывают грибы и различные виды бактерий, имеющие ферменты целлюлазы, сбраживаемые продукты портятся под действием дрожжей, молочнокислых бактерий, микроорганизмов из группы кишечной палочки (энтеробактерий) и других бактерий из окружающей среды. Белки, входящие в состав мяса, рыбы, молока и других продуктов, портятся под действием микроорганизмов, обладающих протеолитическими ферментами. Они вызывают размягчение сыров и придают им своеобразный запах; псевдомонады ослизняют остывшее и охлажденное мясо, покрывая поверхность сплошным слоем слизи. До 80% и более всей микрофлоры занимают аэробные, бесспоровые, грамотрица- тельные бактерии рода Pseudomonas, многие виды которого обладают протеолитической и липолитической активностью.

Молочнокислые бактерии, как упоминалось выше, часто вызывают порчу кислых пищевых продуктов и изменения окраски мяса, главным образом позеленение (окисление порфиринов) ветчины, колбас и сосисок при их хранении. Leuconostoc выделяет слизь — тягучую, клейкую жидкость, встречающуюся в молочных продуктах, на сахарных заводах. Микроорганизмы, обладающие протеолитической активностью, вызывают появление нежелательного горького вкуса и быструю порчу сыров и других белковых продуктов.

Предохранить продукты от порчи возможно, но в каждом отдельном случае эта проблема может быть решена лишь после тщательного исследования всех стадий данного процесса с целью установить природу обусловливающего порчу микроорганизма (или микроорганизмов), а также условия, способствующие загрязнению. Затем разработать способы предупреждения порчи. Дать общие рекомендации невозможно! Все зависит от создания условий, неблагоприятных для роста соответствующего микроорганизма или исключающих его попадание.

Порча — это сложный комплексный процесс, который зависит от взаимодействия микроорганизмов между собой, активности и особенности обмена веществ (микробного метаболизма) в сформированной ими среде обитания. Клетки в продукте питания могут оставаться живыми, сохранять способность вернуться к активному обмену и размножению (пролиферации). Это так называемые покоящиеся клетки, которые характеризуются особым физиологическим состоянием и способностью оставаться устойчивыми к повреждающим факторам среды (недостатку питательных веществ, энергии и т.д.). Переход клетки в подобное состояние и поддержание его является лишь стадией в процессе образования покоящихся форм и представляет результат цепи физико-химических взаимодействий внутриклеточных компонентов, приводящих к стабилизации и метаболической инертности клеточных биополимеров и мембран.

Основная цель настоящей работы — показать, как сформированы и организованы бактериальные сообщества продуктов питания животного происхождения. Причем каждому продукту соответствуют специфические трофические и таксономические группы бактерий.

Оценить их значимость, рассмотреть расселение бактерий в продукте по «нишам» (или микрозонам), связанным с окислительно-восстановительным режимом его хранения и физиологическими особенностями бактерий, — главная задача микробиолога-технолога. По-видимому, большую роль в этом играет адаптация бактерий, имеющих определенный состав клеточной стенки, а микроочаго- вая локализация их в продукте связана с определенными местами (субстратом), где осуществляется активная деятельность их в адсорбированном состоянии и с наиболее интенсивным выделением метаболитов клетками. Микробное сообщество представляет собой совокупность взаимодействующих между собой микроорганизмов, связанных прежде всего трофическими связями. Это может быть кооперативное (совместное) использование субстрата и конкуренция за питательные вещества. В конечном счете, питание микроорганизмов — сложный, разветвленный процесс последовательных химических реакций. При этом каждая реакция должна быть достаточно энергетически выгодной для конкретного организма . Доминировать будут организмы с близкими потребностя, чьи кинетические характеристики более всего соответствуют условиям, складывающимся в сообществе.

Продукт питания не может рассматриваться как единая однородная среда обитания бактерий. Это система с множеством микро- и мезосред обитания микроорганизмов с совершенно различными физико-химическими условиями. Микрозональность (или микроочаговость) продукта основывается на создании локусов с различными значениями окислительно-восстановительного потенциала, наличием и составом энергетического материала (питательных веществ). Для каждой группы веществ (белков, жиров, полисахаридов) существует свой путь деструкции: пептолитический, липолитический, сахаролитический. При этом на каждом пути функционируют определенные группы микроорганизмов, обладающие специфическими экзоферментами-гидролазами. Образованные в результате гидролиза полимеров растворимые мономеры (аминокислоты, жирные кислоты, сахара) легко поглощаются микроорганизмами и вовлекаются в основные метаболические пути. Благодаря своим мельчайшим размерам, чрезвычайной биохимической активности, способности быстро размножаться и быстро переходить в режим покоя микроорганизмы за короткий срок осваивают микрозону.

В контаминированном продукте, куда поступают метаболиты разных организмов, можно только предположить четкую организованность микробного мира и формирование сообществ, внутри которых складываются разные типы взаимоотношений между членами этих сообществ. При этом важным свойством бактерий являются объем, величина поверхности и удельная поверхность на единицу объема, которые играют большую роль в обмене веществ.

Бактерии обладают большой поглощающей поверхностью на единицу объема, и это — одна из причин, объясняющих их способность быстро разлагать вещества, которые они могут использовать для получения энергии и синтеза. Они обладают морфологической и физиологической гибкостью, что способствует их выживанию в суровых температурных диапазонах условий среды (охлаждение продуктов, их термообработка). Например, у Arthrobacterglacialis (температурный диапазон развития — 5...+20°С) при повышении температуры до 20°С происходит увеличение размера клеток и наблюдаются глубокие изменения структур и метаболитов. Однако этот вопрос для других микроорганизмов окончательно не решен. Температура, несомненно, влияет на подвижность бактерий, соотношение объем / поверхность, скорость роста / размер клеток, содержание ферментов / митохондрий и т.д. Известно, что с повышением температуры скорость роста микроорганизмов вначале увеличивается, достигая максимума. Дальнейшее увеличение температуры ведет к необратимой инактивации клеточных компонентов, прежде всего денатурации белков и нуклеиновых кислот, и гибели клетки. Для большинства организмов характерен незначительный интервал между оптимальной и максимальной температурами. При минимальной температуре и дальнейшем ее понижении микроорганизмы в основном не погибают и могут длительное время сохранять жизнеспособность.

Микробная клетка непрерывно разлагает вещества, чтобы получать энергию для синтеза новой протоплазмы и замены неустойчивых и неактивных соединений (осуществлять метаболизм или обмен веществ). Если для человека выделяемая энергия, выраженная в килокалориях, в день равна единице, то для микроба ее величина составляет 50. Вторым важным свойством бактерий является быстрота их размножения. Изменение вкуса и физических свойств продуктов животного происхождения может происходить при увеличении количества бактерий до 2—6 млн в см3. Если учесть, что бактерии размножаются в геометрической прогрессии, то при наличии оптимальных условий развития в сравнительно короткий период времени (час) количество их в единице объема может достигнуть огромной величины.

Размножение бактерий всегда сопровождается химическим изменением присутствующих в среде веществ и в целом продукта питания. Они вызывают изменения углеводов, белков и жиров быстро и в явном несоответствии с массой клеток, участвующих в данном процессе. Например, некоторые лактобактерии могут разлагать в час количество веществ в два раза больше их собственного веса. Эти быстрые превращения происходят под действием экзоферментов, которые одновременно вызывают изменения в окружающей среде, т.е. в продукте или сырье (молоке, мясе).

Кроме того, они превращают химические вещества в соединения, которые могут быть использованы клеткой в качестве питательных веществ. При этом следует иметь в виду, что, например, чистая культура стрептококка как заквасочная культура состоит из активно размножающихся молодых клеток. Прежде чем другие содержащиеся в молоке бактерии возобновят свою активность после предшествующего охлаждения или пастеризации (или другой какой-нибудь обработки) и пройдут лаг-фазу, они будут уничтожены кислотой, быстро образовавшейся в результате деятельности бактерий, содержащихся в закваске. Дальнейшая судьба партии молока зависит от внесенных микроорганизмов и характера технологического процесса.

Способность микроорганизмов разлагать большое количество питательных веществ в короткий промежуток времени определяет функцию качества пищевого продукта или внешнее проявление свойств (пороков) какого-либо объекта (молока, мяса, молочных и мясных продуктов и т.д.). Причем наличие у одного микроорганизма какого-либо фермента, который отсутствует у другого, определяет конечный продукт метаболизма и его порок. Например, Streptococcus lactis и Escherichia coli содержат фермент лактозу, разлагающий молочный сахар. Однако в первом случае конечным продуктом является почти исключительно молочная кислота, а во втором — основными конечными продуктами будут диоксид углерода, водород, уксусная и молочная кислоты.

Безусловно, деятельность микробов в значительной степени определяется физико-химическим составом пищевого продукта и взаимозависимостью между ними в определенный промежуток времени. Их взаимоотношения могут складываться даже без физического контакта, в основе их лежит метаболическая деятельность компонентов и их взаимоотношения. Микроорганизмы могут вызывать порчу продуктов или вспышки заболеваний, передаваемых через животных, человека, молоко, мясо, молочные и мясные продукты.

Жизнедеятельность микроорганизмов в пищевых продуктах, полученных при нарушенных технологиях их производства, протекает в присутствии смешанной микрофлоры, поэтому приходится учитывать влияние одних видов на развитие других (синергизм, метабиоз, антагонизм). Если в промышленной микробиологии процессы биосинтеза необходимых веществ в основном базируются на монокультурах микроорганизмов-продуцентов и получается контролируемый продукт, то управление поведением культур микроорганизмов в смеси несколько затруднен, особенно если присутствуют грибы. Гифы грибов растут путем удлинения кончиков (апикальный рост). У большинства грибов любая часть мицелия способна к росту. Для посева достаточно маленького кусочка мицелия — из него образуются новые гифы. Структуры и механизмы, обеспечивающие размножение, исключительно многообразны и служат основой для классификации грибов. Однако последние достижения теоретической микробиологии позволяют надеяться, что смешанные культуры могут также хорошо контролироваться, как и монокультуры.

Прокариоты, как все одноклеточные организмы, способны обнаруживать изменения в окружающей среде и метаболически приспосабливаются к ним. Они как бы «следят» за ними посредством мембраносвязанных и внутриклеточных сенсоров, а также транспортных систем. При этом разнообразие присутствующих бактерий, дрожжей или плесеней в продукте может вызывать совершенно другие реакции и распад их продуктов метаболизма (макромолекул полисахаридов, жиров, белков), чем в чистых культурах. Эти микроорганизмы вызывают такие изменения, которые ни один из них, взятый в отдельности, вызвать не может.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >