Основы микробиологии, физиологии питания и санитарии

ОСНОВЫ МИКРОБИОЛОГИИ, ФИЗИОЛОГИИ ПИТАНИЯ И САНИТАРИИ

Методическое пособие для студентов заочной формы обучения

Набережные Челны

2008 год

Основы микробиологии, физиологии питания и санитарии: Методическое пособие для студентов заочной формы обучения /Составитель: М.А. Куликова. — Набережные Челны: НГТТИ, 2008. – 57 с.

Методическое пособие предназначено для студентов заочного отделения, обучающихся по специальности 260502.51 «Технология продукции общественного питания».

Пособие содержит необходимый материал по всем разделам курса «Основы микробиологии, физиологии питания и санитарии» которые изучаются студентами, получающими среднее профессиональное образование. Оно также может быть использовано студентами дневного обучения в учебном процессе, при организации обобщающего тематического или итогового повторения.

В пособие включены основные темы дисциплины, вопросы для самопроверки, методические рекомендации по выполнению контрольной работы, даны вопросы для подготовки к экзамену.

Рецензент: Смирнова А.В. - кандидат биологических наук, доцент.

Печатается по решению Ученого совета Набережночелнинского государственного торгово-технологического института

Набережночелнинский государственный

торгово-технологический институт, 2008 год

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. Предмет и задачи микробиологии 5

Тема 1. Морфология и классификация микроорганизмов 6

1.1 Бактерии 7

1.2 Плесневые грибы 8

1.3 Дрожжи 12

1.4 Вирусы и фаги 13

Тема 2. Физиология микроорганизмов 15

2.1. Обмен веществ у микроорганизмов 15

2.2. Ферменты микроорганизмов 16

2.3. Химический состав микроорганизмов 17

2.4. Питание микроорганизмов 18

2.5. Дыхание микроорганизмов 20

Тема 3. Влияние условий внешней среды на развитие микроорганизмов 21

3.1. Влияние физических факторов 22

3.1.1. Влияние температуры 22

3.1.2. Влияние влажности среды 23

3.1.3. Влияние концентрации веществ,

растворенных в среде 24

3.1.4. Влияние различного рода излучений 25

3.2. Влияние химических факторов 26

3.2.1. Влияние реакции среды 26

3.2.2. Действие ядовитых веществ 26

3.3. Влияние биологических факторов 28

Тема 4. Распространение микроорганизмов в природе 29

4.1. Микрофлора почвы 30

4.2. Микрофлора воды 30

4.3. Микрофлора воздуха 31

4.4. Микрофлора тела здорового человека 32

Тема 5. Патогенные микроорганизмы 33

5.1. Свойства патогенных микроорганизмов.

Защитные силы организма в борьбе с инфекциями 34

5.2. Пищевые заболевания микробной природы 36

5.2.1. Пищевые инфекции 37

5.2.2. Пищевые отравления бактериального происхождения 39

5.3. Микотоксикозы 41

5.4. Токсикоинфекции 41

5.5. Пищевые отравления немикробного происхождения 42

5.6. Гельминтозы и их профилактика 45

Тема 6. Микробиология важнейших пищевых продуктов 47

6.1. Микробиология мяса и мясных продуктов 48

6.2. Микробиология яиц и яичных продуктов 49 6.3. Микробиология рыбы и рыбных продуктов 49

6.4. Микробиология стерилизованных баночных консервов 50 6.5. Микробиология молока и молочных продуктов 50

6.6. Микробиология плодов и овощей 51

Методические рекомендации по выполнению контрольной работы 52

Перечень вопросов к экзамену 55

Литература 57

ВВЕДЕНИЕ

БАКТЕРИИ

В мире микроорганизмов бактерий по численности около 4000 видов.

Существуют три основные формы бактерий: шаровидная (кокки), палочковидная и извитая, или спиралевидная.

Размерыбактерий ничтожно малы, поперечное сечение клеток большинства бактерий не превышает 0,5-0,8 мкм, средняя длина палочковидных бактерий от 0,5 до 3 мкм. Объем бактериальной клетки в среднем – 0,07 мкм.

Бактериальная клетка снаружи покрыта жесткой клеточной стенкой. Она придает форму клетке, предохраняет ее от неблагоприятных воздействий. Она обладает свойством полупроницаемости – через нее питательные вещества проникают в клетку, а продукты жизнедеятельности выходят в окружающую среду. Функция регулятора обмена веществ присуща всей оболочке, но в большей мере – цитоплазматической мембране. Нарушение ее целостности приводит к гибели клетки.

Цитоплазма – прозрачная, полужидкая масса белковой природы. Она содержит воду до 70-80% от массы клетки, ферменты, аминокислоты, набор РНК, субстраты и продукты обмена веществ клетки. В цитоплазме располагаются остальные жизненно важные структуры клетки – нуклеод (нити ДНК), рибосомы, а также запасные вещества различной природы. Нуклеод представляет собой ядерный аппарат прокариот, состоящий из двойной спирально закрученной нити ДНК.

Рибосомы – небольшие гранулы, рассеянные в цитоплазме, состоящие из РНК (60%) и белка (40%). В них осуществляется синтез клеточных белков из поступающих веществ.

В клетках бактерий имеются включения запасных питательных веществ. Они накапливаются при избытке тех или иных питательных веществ в среде, а расходуются при голодании клетки. Они имеют вид гранул или капелек. Гранулы могут быть представлены крахмалом, гликогеном, белком волютином. Запасной жир образует мелкие шарообразные капли.

Способностью к движению обладает примерно 1/5 часть бактерий. Это в основном многие палочковидные и все извитые формы бактерий. Неподвижными являются почти все шаровидные бактерии (кокки). Чаще всего движение осуществляется с помощью жгутиков – тонких нитей, состоящих из особого белка флагеллина. Длина жгутиков во много раз может превышать длину клетки.

Рост и размножение. Рост – это физиологический процесс, в ходе которого увеличиваются размеры и масса клетки. Рост бактериальной клетки ограничен, и, достигнув определенной величины, она перестает расти. Начинается процесс размножения, когда от материнской клетки отделяется дочерняя. Размножаются бактерии в благоприятных для их развития условиях путем деления клетки на две части каждые 20-30 минут. Их способность к размножению колоссальна. Так, одна бактерия за сутки может дать около 70 поколений. Скорость размножения зависит от температуры, условий питания и др. факторов.

В неблагоприятных условиях (повышение или понижение температуры, высушивание) большинство бактерий, которые могут находиться только в вегетативном состоянии, погибает, но некоторые из них превращаются в споры – покоящиеся клетки. В споровом состоянии бактерии жизнеспособны, но не жизнедеятельны (состояние «анабиоза»), они не нуждаются в питании, не способны размножаться. Способностью образовывать споры обладают почти исключительно палочковидные бактерии. В клетке образуется только одна спора. Споры устойчивы к воздействию температуры, выносят высушивание, воздействие ультрафиолетовых веществ. Устойчивость спор к высоким температурам нередко является причиной порчи продуктов, подвергшихся тепловой обработке. Термостойкость спор можно объяснить сравнительно невысоким содержанием свободной воды в их цитоплазме. Споры могут сохранять жизнеспособность десятки и даже сотни лет. Попав в благоприятные условия, спора поглощает воду и набухает, ее термоустойчивость снижается, возрастает активность ферментов, под действием которых растворяется оболочка, и спора прорастает в вегетативную клетку.

Порчу пищевых продуктов вызывают лишь вегетативные клетки бактерий.

Контрольные вопросы

1. Что изучает микробиология?

2. Каковы основные формы бактерий?

3. В каких единицах измеряются микроорганизмы?

4. Что могут образовывать бактериальные клетки при неблагоприятных условиях?

5. Благодаря чему обеспечивается движение бактериальной клетки?

ПЛЕСНЕВЫЕ ГРИБЫ

Плесневые грибы относятся к низшим растительным организмам. Их относят к растительным гетеротрофным организмам – эукариотам, лишенным хлорофилла. Тип грибов насчитывает свыше 100000 видов. Одни грибы являются активными возбудителями порчи пищевых продуктов, товаров и материалов органического происхождения, другие используются в промышленности для изготовления сыров, получения органических кислот, ферментных препаратов, антибиотиков и т.д. Некоторые вызывают заболевания растений, человека и животных.

По строению клетки плесневые грибы принципиально не отличаются от клеток бактерий и дрожжей, но имеют одно, а иногда и несколько дифференцированных ядер. Клетки имеют сильно вытянутую форму и поэтому напоминают нити – гифы. Толщина их 1-15 мкм. Они сильно ветвятся, образуя переплетающуюся массу – мицелий, или грибницу. Мицелий является телом плесневых грибов. Большая часть гиф развивается над поверхностью субстрата (воздушный мицелий), на которой располагаются органы размножения, а часть – в толще субстрата (субстратный мицелий). Гифы у большинства мицелиальных грибов многоклеточные, в их клетках имеются поперечные перегородки – септы. Они не имеют жгутиков и относятся к неподвижным организмам.

Характерной является способность плесневых грибов развиваться при низкой влажности субстрата – около 15%, в связи с чем они могут поражать сухофрукты, сухари, а из непродовольственных товаров — бумагу, кожу, пряжу и ткани, прочность которых при этом значительно снижается. Они могут развиваться и при минусовых температурах ( до -8ºС), поэтому при длительном хранении мяса и рыбы температура не должна превышать (-20ºС). Они активно поражают также товары, имеющие кислую среду (фрукты, квашеные овощи, сыры и др.).

Плесневые грибы размножаются бесполым и половым путем.

Вегетативное (бесполое) размножение происходит без образования каких-либо специализированных органов частями мицелия (любой кусочек мицелия, попадая на питательный субстрат, может разрастаться и дать начало новой грибнице) или отдельными клетками оидиями, образующимися в результате расчленения гиф на отдельные клетки, каждая из которых может развиться в новый мицелий. Наиболее типично для грибов размножение посредством спор. Споры образуются половым и бесполым путем. При бесполом способе споры образуются на особых гифах, отличающихся от других гиф строением и положением мицелия. У одних грибов такие споры образуются на вершине гиф, снаружи их (экзоспоры). Такие споры принято называть конидиями, а гифы, несущие на себе конидии – конидиеносцами.

У других грибов споры образуются внутри особых клеток, развивающихся на концах гиф. Эти клетки, обычно округлой формы и довольно крупных размеров, называют спорангиями. От несущей гифы спорангии отделены перегородкой, врастающей внутрь спорангия. Образующиеся в спорангиях в большом количестве споры (эндоспоры) – спорангиоспоры, а гифы несущие спорангии – спорангиеносцы. Спорангиоспоры образуются путем распада многоядерной цитоплазмы молодого спорангия на множество отдельных участков, которые постепенно обособляются, покрываются оболочкой и превращаются в споры.

При половом размножении вначале происходит слияние двух многоядерных гиф мицелия, которые представляют собой обычно короткие образования с небольшим утолщением на концах. Затем происходит попарное слияние ядер. Заканчивается половое размножение образованием плодовых тел.

Половые споры располагаются на пластинках или во вместилищах – сумках.

Грибы, способные размножаться половым путем, называют совершенными. Некоторые грибы вообще не размножаются половым путем. Их относят к несовершенным.

Многие грибы при наступлении неблагоприятных условий способны образовывать покоящиеся стадии в виде:

Склероции– твердые, обычно темные образования из плотно переплетенных гиф, они бывают различной формы.

Хламидоспоры– уплотненные за счет обезвоживания, покрытые толстой оболочкой отдельные участки гиф.

Они устойчивы к неблагоприятным условиям внешней среды, содержат мало воды, богаты запасными питательными веществами. Попадая в благоприятные для развития условия, они прорастают и образуют новый мицелий.

ДРОЖЖИ

Группа дрожжей объединяет одноклеточные грибные организмы, не имеющие настоящего мицелия. Они широко распространены в природе и очень часто встречаются в почве, на плодах, особенно перезрелых, и листьях растений. Многие дрожжи применяют в ряде производств – хлебопечении, виноделии, производстве спирта, пивоварении, получении заквасок и других производствах, связанных с брожением, е.т. с превращением сахара в этиловый спирт и диоксид углерода под влиянием жизнедеятельности дрожжей. Однако спонтанное развитие дрожжей в пищевых продуктах, содержащих сахар, вызывает их порчу: продукт вспучивается, разрывается, происходит изменение его запаха и вкуса.

По форме дрожжи могут быть овальными, яйцевидными, округлыми, лимоновидными, реже – цилиндрическими, треугольными, серповидными, стреловидными, колбовидными и т.д. Размеры дрожжей варьируют от 1,5-2 до 10 мкм в поперечнике и до 2-20 мкм в длину.

Дрожжи относятся к эукариотным организмам. В каждой клетке имеется четко отграниченное от цитоплазмы ядро.

Различные представители этой группы микроорганизмов размножаются по-разному: вегетативно и спорами, образующимися бесполым и половым путем. К вегетативным способам размножения относятся: почкование, деление и почкующееся деление.

Почкование – на поверхности материнской (делящейся) клетки возникает маленький бугорок – почка, которая постепенно увеличивается почти до размеров материнской клетки и превращается в дочернюю клетку. Она отделяется от материнской, оставляя на месте прикрепления почковый рубец. На этом месте почка больше не образуется. Почкование характерно для дрожжей овальной и округлой формы.

Деление клетки в результате образования в ней поперечной перегородки – септы – характерно для дрожжей цилиндрической формы.

Почкующееся деление характеризуется тем, что образование дочерних клеток начинается с почкования, а заканчивается появлением хорошо заметной септы в районе перешейка. Такой способ размножения характерен для дрожжей лимоновидной формы.

При размножении с помощью спор, споры образуются внутри клетки и находятся в ней, как в сумке. Число спор в клетке разных видов дрожжей различно. Их может быть две, четыре, а иногда восемь и даже двенадцать. Споры большинства дрожжей округлые или овальные, у некоторых – игловидные, шляповидные. При бесполом образовании спор ядро клетки делится на столько частей, сколько образуется спор у данного вида дрожжей. Каждое новое ядро окружается цитоплазмой и покрывается оболочкой. Образованию спор половым путем предшествует слияние (копуляция) клеток.

По своей природе следует различать две группы дрожжей:

-культурные дрожжи, культивируемые человеком для производственно-хозяйственных целей, обладающие высокой бродильной способностью, придающие пищевым продуктам особый вкус и аромат.

-дикие дрожжи, находящиеся в окружающей среде, вызывающие порчу пищевых продуктов за счет глубокого окисления сахаров и в придании продуктам несвойственных вкуса и запаха. Некоторые способны вызывать тяжелые заболевания человека, поражая слизистые покровы, центральную нервную систему.

Классифицируют дрожжи в зависимости от способа их вегетативного размножения, способности к спорообразованию и некоторых физиологических признаков.

Обычно различают настоящие дрожжи – сахаромицеты (спорообразующие) и ложные дрожжи – несахаромицеты (не способны к образованию спор).

Контрольные вопросы

1. Каково значение дрожжей в сельском хозяйстве и в промышленности?

2. Каковы основные способы размножения дрожжей?

3. На какие два вида по своей природе делятся дрожжи?

ВИРУСЫ И ФАГИ

Вирус (лат. – virus – яд) – это особая группа организмов меньших размеров и более простой организации, чем бактерии. Человек встречается с вирусами прежде всего как с возбудителями наиболее распространенных болезней, поражающих человека, животных, растения и даже одноклеточные организмы – бактерии, грибы и простейшие.

Размер некоторых вирусов всего в несколько раз превышает размер крупных белковых молекул. Исчисляется он в нанометрах. Наиболее мелкими являются вирусы ящура (8-12 нм), вируса гриппа (80-120 нм), одним из наиболее крупных является вирус оспы (120-200 нм).

Вирусы не имеют клеточного строения. Они бывают шарообразной, палочковидной и сперматозоидной формы. Вирусная частица называется вирионом. Она состоит из двух нуклеиновых кислот и белка глобулина. Если она содержит ДНК, то такие вирусы паразитируют у человека и животных. РНК содержится в вирусах растений. Из белка построена одно-двухслойная оболочка, в которой заключена ДНК или РНК.

Вирусы являются внутриклеточными паразитами и размножаются только в живых клетках. Всю работу по производству молекул для вирусного потомства выполняет сама клетка-хозяин, которая предоставляет вирусу все свои возможности для синтеза вирусных белков и нуклеиновых кислот – сырье, ферменты, хорошо отлаженный аппарат для синтеза белка, механизмы транспорта. С зараженной клеткой происходит удивительная метаморфоза: она перестает работать по своей информации и узнавать свои собственные молекулы информационной РНК. Вместо этого клеточные рибосомы связывают вирусные информационные РНК и по их программе синтезируют вирусные белки.

Вирусы обладают разной устойчивостью к внешним воздействиям. Многие инактивируются при температуре 60ºС в течении 30 минут, другие выдерживают температуру 90ºС до 10 минут. Вирусы легко переносят высушивание и низкие температуры, но малоустойчивы ко многим антисептикам, УФЛ, радиоактивным излучениям.

Вирусы бактерий называют бактериофагами или фагами, вирусы грибов – микофагами, актиномицетов – актинофагами.

Размеры фагов колеблются от 40 до 140 нм. Проникая в клетки, бактериофаги вызывают их лизис – растворение клеточной стенки.

Бактериофаги наносят большой вред в молочной промышленности (производстве сыров, творога, сметаны) и в производстве маргарина. Они поражают в основном молочнокислые стрептококки заквасок, используемых для получения этих продуктов. В антибиотической промышленности актинофаги лизируют производственную культуру актиномицетов – продуцентов антибиотиков.

Некоторые фаги применяют в медицинской практике для профилактики или лечения заболеваний (дизентерии, холеры).

Контрольные вопросы

1.Какую группу микроорганизмов невозможно разглядеть обычным световым микроскопом? Что они вызывают?

2.В чем исчисляются размеры вирусов?

3.Каковы особенности размножения вирусов и фагов?

ПИТАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

Микроорганизмы не имеют специальных органов питания. Поступление питательных веществ и воды в клетку и выделение продуктов обмена во внешнюю среду происходит через всю поверхность клеток. Проникновение питательных веществ в клетку всегда осуществляется за счет явлений осмоса и диффузии.Явление осмоса всегда возникает там, где есть два раствора с разной концентрацией веществ, разделенных между собой полупроницаемой мембраной. Проникновение через полупроницаемую перегородку воды и растворенных в ней веществ происходит по-разному. Вода всегда стремится в сторону большей концентрации, чтобы разбавить раствор. Скорость движения будет тем больше, чем больше будет разность концентраций растворенных веществ по обе стороны полупроницаемой мембраны. Каждое растворенное вещество движется в ту сторону, где его концентрация ниже. Движущей силой будет возникшее осмотическое давление т. е. та энергия, с какой оба вещества будут стремиться выровнять свою концентрацию. Проникновение каждого вещества через перегородку прекращается лишь тогда, когда по обе стороны концентрация его станет одинаковой. В зависимости от концентрации веществ в окружающей среде микробная клетка может находиться в трех состояниях.

- Турroр - если осмотическое давление микробных клеток, обусловленное растворенными в клеточном соке веществами, несколько выше, чем в среде, то за счет притока из нее воды в клетке создается определенное упругое напряжение. Протопласт клетки при этом прижимается к клеточной оболочке, слегка растягивая ее. Находясь на пищевых продуктах в таком состоянии, микробы проявляют большую активность и быстро вызывают порчу. Поэтому в пищевой промышленности часто используются такие методы консервирования пищевых продуктов, как сушка и вяление, чтобы микробы не переходили в состояние тургора и не вызывали их порчу.

- Плазмолизесли микроорганизм попадает в субстрат, осмотическое давление которого выше, чем в клетке, то цитоплазма отдает воду во внешнюю среду. Питательные вещества в клетку не поступают, содержимое клетки уменьшается в объеме, и протопласт отстает от клеточной оболочки. Это явление широко используется в пищевой промышленности, когда продукты питания консервируются сахаром и солью.

- Плазмомтис - явление, обратное плазмолизу. Наступает при чрезмерно низком осмотическом давлении внешней среды, когда вследствие высокой разности осмотических давлений цитоплазма быстро переполняется водой. Это может привести к разрыву клеточной оболочки, что наблюдается, например, при помещении бактерий в дистиллированную воду.

Требования большинства микроорганизмов к источникам питания разнообразны. Однако, учитывая некоторые общие особенности питания микробов, их принято делить на две группы.

I. Автотрофы - питаются, подобно зеленым растениям, минеральными веществами, синтезируя из этих простых веществ все сложные компоненты клетки. Автотрофные (от греч. аutos – сам, trophe – пища) микроорганизмы способны в качестве единственного источника углерода для синтеза органических веществ тела использовать углекислоту и ее соли.

Среди автотрофных микроорганизмов имеются виды, которые ассимилируют углекислый газ, как и зеленые растения, используя солнечную энергию, - их называют – фотосинтезирующими. К ним относятся некоторые пигментные бактерии, например зеленые и пурпурные серобактерии.

Другие автотрофные микроорганизмы в процессе синтеза органических соединений используют энергию химических реакций окисления некоторых минеральных веществ. Такие микроорганизмы называют хемосинтезирующими. К ним относятся бактерии, окисляющие водород с образованием воды (водородные бактерии), аммиак в азотистую кислоту (нитрифицирующие бактерии), сероводород до серной кислоты (бесцветные серобактерии).

II. Гетеротрофы (от греч.heteros – другой) - подобно животным организмам нуждаются в органических соединениях, которые служат одновременно источником углерода и энергии. Их подразделяют на две группы:

- сапрофиты (от греч. sapros – гнилой, phyton – растение) - они живут за счет использования органических веществ различных субстратов животного и растительного происхождения. К ним относятся все те микробы, которые разлагают органические вещества в природе (в почве, воде), вызывают порчу пищевых продуктов или используются в процессах переработки растительного и животного сырья;

- паразиты - они способны развиваться только в теле других организмов, питаясь органическими веществами, входящими в состав последних. К паразитам принадлежат возбудители заболеваний человека, животных и растений.

2.3. ДЫХАНИЕМИКРООРГАНИЗМОВ

Описанные выше процессы ассимиляции пищи протекают с затратой энергии. Потребность в энергии обеспечивается процессами энергетического обмена, сущность которых заключается в окислении органических веществ, сопровождаемом выделением энергии. Получаемые при этом продукты окисления выделяются в окружающую среду.

Схематично реакцию окисления-восстановления при участии фермента дегидрогеназы можно представить следующим образом:

АН₂ + В ↔ А + ВН₂ + энергия

Способы получения энергии у микроорганизмов разнообразны.

В 1861 г. французский ученый Л.Пастер впервые обратил внимание на уникальную способность микроорганизмов развиваться без доступа кислорода, в то время как все высшие организмы – растения и животные – могут жить только в атмосфере, содержащей кислород.

По этому признаку (по типам дыхания) Л.Пастер разделил микроорганизмы на две группы – аэробы и анаэробы.

Аэробы для получения энергии осуществляют окисле­ние органического материала кислородом воздуха. К ним относятся грибы, некоторые дрожжи, многие бактерии и водоросли. Многие аэробы окисляют органические вещества полностью, выделяя в виде конечных продуктов СО₂ и Н₂О. Этот процесс в общем виде может быть представлен следующим уравнением:

С₆ Н₁₂ О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂ О + 2822 кДж.

Анаэробы- это микроорганизмы, способные к дыханию без использования свободного кислорода. Анаэробный процесс дыхания у микроорганизмов происходит за счет отнятия у субстрата водорода. Типичные анаэробные дыхательные процессы принято называть брожениями. Примерами такого типа получения энергии могут служить спиртовое, молочнокислое и маслянокислые брожения. Рассмотрим на примере спиртового брожения:

С₆ Н₁₂ О₆ = 2С₂ Н₅ ОН + 2СО₂ + 118 кДж.

Отношение анаэробных микроорганизмов к кислороду различно. Одни из них совсем не переносят кислорода и носят название облигатных,илистрогих, анаэробов. К ним относятся возбудители маслянокислого брожения, столбнячная палочка, возбудители ботулизма. Другие микробы могут развиваться как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Их называют – факультативными,илиусловными анаэробами; это молочнокислые бактерии, кишечная палочка, протей и др.

ФЕРМЕНТЫ МИКРООРГАНИЗМОВ

Ферменты– вещества, способные каталитически влиять на скорость биохимических реакций. Они играют важную роль в жизнедеятельности микроорганизмов. Открыты ферменты в 1814 г. русским академиком К.С.Кирхгофом.

Как и другие катализаторы, ферменты в реакциях превращения веществ принимают участие лишь в качестве посредников. Количественно в реакциях они не расходуются. Ферменты микроорганизмов обладают целым рядом свойств:

1) При температуре до 40-50ºС увеличивается скорость ферментативной реакции, но затем скорость падает, фермент перестает действовать. При температуре выше 80°С практически все ферменты необратимо инактивируются.

2) По химической природе ферменты бывают однокомпонентными, состоящими только из белка, и двухкомпонентными, состоящими из белковой и небелковой частей. Небелковая часть у ряда ферментов представлена тем или иным витамином.

3) На активность фермента оказывает большое влияние рН среды. Для одних ферментов наилучшей является кислая среда, для других - нейтральная или слабощелочная.

4) Ферменты обладают высокой активностью. Так, молекула каталазы разрушает в минуту 5 млн молекул пероксида водорода, а 1 г амилазы при бла­гоприятных условиях превращает в сахар 1 т крахмала.

5) Каждый фермент обладает строгой специфичностью действия, т. е. способностью влиять только на определенные связи в сложных молекулах или лишь на определенные вещества. Например, амилаза вызывает расщепление только крахмала, лактаза - молочного сахара, целлюлаза - целлюлозы и т. д.

6) Ферменты, присущие данному микроорганизму и входящие в число компонентов его клетки, называются конститутивными. Существует и другая группа - ферменты индуцируемые (адаптивные), которые вырабатываются клеткой только при добавлении к среде вещества (индуктора), стимулирующего синтез данного фермента. В этих условиях микроорганизм синтезирует фермент, которым, он не обладал.

7) По характеру действия ферменты подразделяются на экзоферменты, которые выделяются клеткой во внешнюю среду, и эндоферменты, которые прочно связаны с внутренними структурами клетки и действуют внутри нее.

8) Хотя ферменты вырабатываются клеткой, но и после ее смерти они временно еще остаются в активном состоянии и может произойти автолиз (от греч. аutos – сам, lysis – растворение) - саморастворение или самопереваривание клетки под влиянием ее собственных внутриклеточных ферментов.

В настоящее время известно более 1000 ферментов. Ферменты делятся на 6 классов:

1-й класс - оксидоредуктазы - играют большую роль в процессах брожения и дыхания микроорганизмов, т. е. в энергетическом обмене.

2-й класс - трансферазы (ферменты переноса) катализируют реакции переноса групп атомов от одного соединения к другому.

3-й класс - гидролазы (гидролитические ферменты). Они катализируют реакции расщепления сложных соединений (белки, жиры и углеводы) с обязательным участием воды.

4-й класс - лиазы включают двухкомпонентные ферменты, отщепляющие от субстратов определенные группы (СО₂, Н₂О, NН_з и т. д.) негидролитическим путем (без участия, воды).

5-й класс - изомеразы - это ферменты,.катализирующие обратимые превращения органических соединений в их изомеры.

6-й класс-лигазы (синтетазы) - это ферменты, катализирующие синтез сложных органических соединений из более простых. Лигазы играют большую роль в углеводном и азотном обмене микроорганизмов.

Применение ферментов микробов в пищевой и легкой промышленности позволяет значительно интенсифицировать технологический процесс, повысить выход и улучшить качество готовой продукции. Препараты амилолитических ферментов применяют при производстве этилового спирта из крахмалосодержащего сырья вместо зернового солода, а в хлебопекарной промышленности взамен солода при приготовлении заварного ржаного хлеба; добавляют грибные амилазы и в пшеничное тесто. Поскольку в этом препарате помимо амилазы имеются, хотя и в небольшом количестве, другие ферменты (мальтаза, протеазы), процесс изготовления теста ускоряется, увеличиваются объем и пористость хлеба, улучшаются его внешний вид, аромат и вкус. Применение этих ферментных препаратов в пивоварении позволяет частично заменить солод ячменем. С помощью грибной глюкоамилазы получают глюкозную патоку и кристаллическую глюкозу из крахмала. Пектолитические ферментные грибные препараты используют в соко-морсовом производстве и виноделии. В результате разрушения пектина этими ферментами ускоряется процесс выделения сока, повышается его выход, фильтрация и осветление. Ферментные препараты, содержащие микробные протеазы, используют для повышения стойкости (предохранения от белкового помутнения) вина и пива, а в сыроделии - взамен (частично) сычужного фермента. Целесообразно применять микробные протеазы для размягчения мяса, ускорения созревания мяса и сельди, получения из отходов рыбной и мясной промышленности пищевых гидролизатов и для других технологических процессов переработки животного и растительного сырья.

ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Влияние температуры

Температура — один из главных факторов, определяющих развитие микроорганизмов. Интервал между максимальными и минимальными значениями у разных микроорганизмов неодинаков. Например, пределы температуры развития плесневых грибов составляют от – 8ºC до 60ºC, т.е. интервал составляет почти 70ºC, тогда как у других он равен всего 1—2ºC. В зависимости от оптимальной температуры развития микробы подразделяются на группы.

Психрофилы - холодолюбивые микроорганизмы, хорошо растут при относительно низких температурах. Для них характерны: минимум (-10 - 0°С), оптимум (10-15°С), максимум (около 30°С). К ним относятся микробы, обитающие в почве полярных стран, в северных морях, на охлажденных и замороженных продуктах.

Мезофилы - микроорганизмы, для которых температурный минимум лежит около 5-10ºС, оптимум - около 25-35ºС, максимум - в пределах 40-50ºС. Представители этой группы чаще остальных вызывают порчу пищевых продуктов, хранящихся без охлаждения.

Термофилы - теплолюбивые микроорганизмы, лучше развиваются при относительно высоких температурах. Для них характерны: минимум (около 30°С), оптимум ( 50-65°С), максимум ( 70-80°С), а для некоторых и более. Обитают они в некоторых почвах, пищеварительном тракте животных, горячих источниках, в почве южных широт.

Влияние высоких температур. Температуры, превышающие максимальные, действуют на микробы губительно. Высокие температуры микроорганизмы переносят значительно хуже, чем низкие. Более устойчивы к нагреванию термофилы, обладающие повышенной термоустойчивостью.

Термоустойчивость - это способность микроорганизмов выдерживать длительное нагревание при температурах, превышающих температурный максимум их развития. Термоустойчивость связана с наличием у микроорганизмов спор. Наиболее термоустойчивыми являются споры бактерий. На губительном действии высоких температур основаны различные методы уничтожения микроорганизмов в пищевых продуктах. Это кипячение, варка, бланширование, обжарка, а также пастеризация и стерилизация.

Стерилизация - это процесс полного уничтожения микроорганизмов, в том числе и спорообразующих, под действием высоких температур. Существует много приемов и методов стерилизации. Чаще всего ее проводят в специальных котлах-автоклавах. За счет герметизации и накапливания образующегося при нагреве пара в них создается повышенное давление и температура кипения воды повышается. При избыточном давлении в 0,5 атм. температура равна 112°С, 1 атм. - 121°С и т. д. Существуют различные способы стерилизации: термическая- кипячением, прокаливанием в пламени, горячим воздухом, насыщенным паром под давлением (автоклавирование), текучим паром; холодная- фильтрованием (через фильтры, которые задерживают бактерии). Стерилизацией пользуются при производстве мясных, рыбных, овощных и крупяных консервов и т. д.

Пастеризация - это нагревание продукта чаще при температуре 63-80ºС в течение 20-40 мин. Иногда пастеризацию проводят кратковременным (в течение нескольких секунд) нагреванием до температуры 90-100°С. При пастеризации погибают не все микроорганизмы. Некоторые термоустойчивые бактерии, а также споры многих бактерий остаются живыми. В связи с этим пастеризованные продукты следует немедленно охлаждать до температуры не выше 10°С и хранить на холоде, чтобы задержать прорастание спор и paзвитие сохранившихся клеток. Пастеризуют молоко, вино, пиво, икру, фруктовые соки и некоторые другие продукты.

Влияние низких температур. К низкой температуре микроорганизмы более устойчивы. Несмотря на то, что размножение и биохимическая aктивность микробов при температуре ниже минимальной прекращаются, гибель самих клеток чаще всего не наступает, они переходят в состояние анабиоза («скрытой жизни»). В таком состоянии многие микроорганизмы, и особенно их споры, остаются жизнеспособными длительное время. При повышении температуры споры прорастают в вегетативные клетки и начинают активно размножаться. Низкие температуры используют для сохранения скоропортящихся продуктов. Их хранят либо в охлажденном состоянии - при температуре от 10°С до -2°С, либо в замороженном виде - при температуре от -12 до -30°С. При охлаждении продуктов лучше, чем при замораживании, сохраняются их натуральные свойства, однако рост на них микроорганизмов не исключается, а лишь замедляется, поэтому сроки хранения таких продуктов непродолжительны. Гибель микроорганизмов при замораживании в основном обусловлена температурой и скоростью замораживания. Особенно для микробов губительно медленное замораживание. При хранении замо