Тема № 5. Экология микроорганизмов. Микрофлора почвы, воды, воздуха.

Источников возможного инфицирования пищевых про­дуктов микроорганизмами немало. Основной из них — вне­шняя среда: почва, воздух, вода. Опасность представляют все объекты, контактирующие с продуктами: оборудование, тара, упаковочные материалы, руки и спецодежда рабочих и др.

Микрофлора окружающей среды в большой мере зави­сит от антропогенных факторов.

Антропогенные факторы и природная окружающая среда. Антропогенные факторы - это изменения, происходя­щие в природе, т. е. окружающей среде в результате хозяй­ственной деятельности человека.

Под загрязнением окружающей среды понимается по­ступление в нее любых твердых, газообразных или жидких веществ, микроорганизмов или тепловой, электромагнитной, радиационной, звуковой энергий. Виды загрязнений много­образны. Основные из них: выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; попадание в водную среду всевозможных про­изводственных и коммунально-бытовых отходов; нефтепро­дуктов, минеральных солей; засорение ландшафтов мусо­ром и твердыми отходами; широкое применение пестицидов; повышение уровня ионизирующих излучений; накоп­ление тепла в атмосфере и гидросфере.

Интенсификация промышленного и сельскохозяйствен­ного производства шла до недавнего времени по экстенсив­ному пути без учета экологических последствий.

Химическое загрязнение — основной фактор неблагоп­риятного антропогенного воздействия на окружающую сре­ду и ее обитателей, в том числе на микроорганизмы. В ок­ружающую среду выбрасывается большое количество раз­личных химических веществ, в том числе и неприродных соединений.

Ежегодно производятся десятки миллионов тонн неиз­вестных синтетических материалов, в почвы сельскохозяй­ственных угодий вносится огромное количество минераль­ных удобрений и пестицидов (химические вещества для за­щиты растений от вредителей, болезней и сорняков).

Одни из этих соединений не разлагаются естественным путем или же разлагаются частично, другие очень медлен­но (радиоактивный изотоп стронция имеет период распада около 200 лет). Неразложившиеся остатки радиоактивных и органических соединений накапливаются в различных объек­тах внешней среды. Возникает опасность их попадания в пи­щевые продукты, а с ними в организм человека (Ю. И. Скур-латов и др.).

Сейчас в атмосферу ежегодно выбрасываются сотни миллионов тонн оксидов азота и серы, углекислоты, твер­дых и жидких взвешенных частиц (аэрозолей), миллионы тонн газообразных органических веществ. Загрязнение ат­мосферы приобретает глобальный характер, что приведет к возможному изменению климата, увеличению потока жест­кой УФ-радиации на поверхности земли, увеличению числа заболеваний среди людей.

Антропогенное загрязнение почв связано с твердыми и жидкими отходами промышленности, строительства, город­ского хозяйства и сельскохозяйственного производства.

Человечество активно использует около 55% суши и 50% ежегодного прироста леса. В результате строительства и горных разработок ежегодно перемещается более 4 тыс. км³ породы, сжигается 7 млрд. т топлива.

Из всех сред обитания (атмосфера, почва, вода) наи­большим воздействиям со стороны человека подвержена вода. Загрязнения, выбрасываемые в атмосферу или вносимые в почву в трансформированном или неизменном виде, посту­пают в водоемы.

За счет выпадения осадков и в период весеннего по­ловодья вместе с поверхностным стоком в воду попадают загрязняющие вещества. Загрязнение природных вод свя­зано также с использованием водных ресурсов в промыш­ленности и сельском хозяйстве, в энергетике, на хозяй­ственно-бытовые нужды, в связи с развитием водного транспорта, мелиоративных преобразований и т. д. После использования вода возвращается в природные водные объекты, неся в себе следы воздействия в виде изменения химического состава, температуры, биологического загряз­нения (множество микроорганизмов, в том числе и пато­генных).

Для ирригации, промышленного производства, бытово­го снабжения отбирается более 13% речного стока и сбра­сывается в водоемы ежегодно сотни миллиардов кубических метров промышленных и коммунальных стоков. Их нейтра­лизация требует 5—10-кратного, а в отдельных случаях и более разбавления природной чистой водой.

Способы и пути борьбы с антропогенным загрязнением окружающей среды разнообразны. Среди них строительство очистных сооружений, установка пылегазоулавливающих фильтров, создание безотходных и малоотходных техноло­гий, утилизация отходов, использование их в качестве вто­ричного сырья для получения полезной продукции, приме­нение замкнутых циклов водоиспользования, применение биологических методов борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных и лесных растений, оптимизация ре­жима использования техники, улучшение конструкций дви­гателей внутреннего сгорания, поиски новых видов топлива и источников энергии.

Роль микроорганизмов в охране окружающей среды от загрязнения.Микроорганизмы могут осуществлять разрушение и обезвреживание целого ряда загрязнений воды и почвы.

Примером значимости микроорганизмов могут служить биологические методы очистки сточных вод. Перед спуском в открытые водоемы сточные воды должны подвергаться очистке. Степень очистки зависит от количества и химичес­кого состава вод, а также характера водоема, в который они могут быть спущены.

Биологические методы очистки делятся на аэробные и анаэробные. Эти методы очистки основаны на использовании биохимической деятельности аэробных и анаэробных мик­роорганизмов — их способности перерабатывать органичес­кие и минеральные вещества в процессах конструктивного и энергетического объемов клетки.

Аэробная биологическая очистка проводится в естествен­ных и искусственных условиях.

В естественных условиях очистка сточных вод осуще­ствляется путем их фильтрации через слои почвы на специ­альных земельных участках, называемых полями фильтра­ции и полями орошения, а также в биологических (очист­ных) прудах.

Почвенные микроорганизмы окисляют органические вещества просачивающейся воды, превращая их в неорга­нические соединения, т. е. минерализуя их, очищают воду. Помимо органических соединений в почве задерживается до 99% находившихся в сточной воде бактерий. Прошедшая через почву очищенная сточная вода поступает в сборные дренажные трубы, по которым отводится в открытый во­доем.

Поля орошения отличаются от полей фильтрации тем, что одни и те же земельные участки используются одно­временно для очистки сточных вод и для выращивания сель­скохозяйственных культур (трав, овощей, плодовых дере­вьев и др.). На полях орошения очищается значительно мень­ше сточной воды, чем на полях фильтрации, но зато используются растениями ценные вещества, получающиеся при минерализации органических веществ сточной жидкости.

Биологические пруды — это искусственные последова­тельно соединенные водоемы, в которые отводится сточная разбавленная вода. Очистка воды в них сходна с процессами естественного самоочищения водоемов.

В месте спуска сточных вод, которые содержат загряз­нения, развивается множество сапрофитных микроорганиз­мов (до нескольких миллионов в 1 см³ воды) и в воде актив­но протекают вызываемые ими процессы гниения и броже­ния. По мере минерализации органических веществ умень­шается и количество сапрофитных бактерий, число их со­ставляет 10⁵—10⁴ в 1 см³ воды. В загрязненной зоне водоема начинают развиваться и другие водные организмы (простей­шие, коловратки, водоросли и др.).

Сапрофитные бактерии отмирают в результате недо­статка пищи, под воздействием выделяемых некоторыми водорослями антибиотических веществ. Коловратки и про­стейшие поедают бактерии, лизируются они и бактериофа­гом. Число сапрофитных бактерий снижается до 10²—10¹ кле­ток в 1 см³ воды.

Кроме естественной используется очистка сточных вод в искусственных условиях на специальных очистных соору­жениях -- биологических фильтрах и в аэротенках. Биоло­гической очистке предшествует механическая.

Биологические фильтры (биофильтры) представляют собой резервуары, заполненные крупнозернистым материа­лом (шлаком, щебнем или пластмассовыми пористыми бло­ками). Через толщу этого загрузочного материала фильтру­ют сточную воду. Подача воздуха (аэрация) в биофильтры может быть естественной и искусственной (принудительной), когда воздух продувается через толщу загрузки вентилято­рами. Такие биофильтры называют аэрофильтрами. На по­верхности загрузочного материала обильно развиваются разнообразные организмы (микроорганизмы, простейшие и др.), образуя более или менее мощную пленку, называе­мую биологической.

Процесс очистки сточной воды под влиянием микроор­ганизмов биологической пленки состоит из двух фаз. Сначала окисляются углеродсодержащие органические вещества и идет аммонификация азотсодержащих органических ве­ществ. После окисления главной массы органических веществ окислению подвергают образовавшиеся аммиачные соли, которые переходят в соли азотистой и азотной кислот (про­цесс нитрификации). Первая фаза протекает главным обра­зом в самых поверхностных слоях загрузочного материала, вторая — в более глубоких его слоях.

Аэротенки представляют собой бассейны, в которые вместе с отстоенной сточной водой вводят определенное ко­личество так называемого активного ила (в виде хлопьев), основная масса которого состоит из различных микроорга­низмов. Смесь сточной воды с илом, протекая через аэро-тенк, подвергается активной аэрации. Поступающий в аэро-тенк воздух -- источник кислорода — поддерживает ил во взвешенном состоянии и осуществляет энергичное переме­шивание жидкости, что способствует постоянному и быст­рому контакту организмов активного ила с питательными веществами сточной воды и кислородом.

В аэротенках происходит такой же процесс, как и в био­фильтрах, — последовательное биохимическое окисление органических веществ сточной жидкости. Однако в аэротен­ках процесс протекает значительно интенсивнее, чем в био­фильтрах, из-за лучшей аэрации сточной жидкости. Каче­ственный состав микронаселения биопленки и активного ила может служить индикатором работы очистного сооружения.

После прохождения через биофильтр и аэротенк вода поступает в отстойники для освобождения от биопленки и активного ила, а затем сбрасывается в водоем. Иногда вода перед выпуском дезинфицируется хлором или хлорной из­вестью.

Анаэробная биологическая очистка. В процессе очи­стки сточных вод накапливается большое количество осад­ков, содержащих много органических веществ, микроорга­низмов, в том числе и патогенных. Обработка и обезврежи­вание осадков проводится в метантенках, септиктенках и двухъярусных отстойниках.

Независимо от типа очистного сооружения в них проис­ходят разнообразные микробиологические процессы. Сложные органические соединения осадка (белки, жиры, клет­чатка и др.) в результате брожения и гниения превращают­ся в жирные кислоты, спирты и газообразные продукты (уг­лекислый газ, аммиак, метан, водород). Среди газообразных продуктов 60—65% составляет метан, который может быть использован как горючий газ. Сброженный осадок обезвожи­вают, сушат и вывозят на сельскохозяйственные поля в ка­честве удобрения, а в брикетированном виде он может быть использован и как топливо.

Аналогичные процессы, осуществляемые микроорганиз­мами, протекают и при естественном самоочищении от заг­рязнений природных водоемов и почвы.

Одним из путей предотвращения загрязнения окружа­ющей среды является утилизация отходов промышленности на основе биотехнологии, с помощью штаммов промышлен­ных микроорганизмов. Например, в настоящее время извес­тны способы получения с использованием микроорганизмов различных продуктов из молочной сыворотки (отхода пище­вой промышленности), превосходящих по своей пищевой и биологической ценности затраченное сырье. Получены заме­нители растительных масел из плодово-ягодных выжимок с помощью дрожжей - липидообразователей.

С появлением в нашей стране гидролизного производ­ства отходы после брожения и отделения спирта стали ис­пользовать для выращивания кормовых дрожжей.

Разработаны и внедряются процессы культивирования дрожжей и бактерий, потребляющих в качестве субстрата метанол, этанол, метан, отходы органического синтеза или селективно извлекающих н- алканы непосредственно из ди­зельной фракции прямой перегонки нефти. Исследования в этой области продолжаются.

Микрофлора почвы.Почва является естественной средой обитания микроор­ганизмов. Они находят в почве все условия, необходимые для развития: пищу, влагу и защиту от губительного влия­ния солнечных лучей и высушивания.

Микрофлора почвы по количественному и видовому со­ставу значительно колеблется в зависимости от региональ­ных и климатических условий, химического состава и фи­зических свойств почвы, реакции (рН), температуры, влаж­ности, степени аэрации. Существенно влияют также время года, агротехнические мероприятия, характер раститель­ного покрова и многие другие факторы.

Микроорганизмы распространены по горизонтам почвы неодинаково. Меньше всего микроорганизмов содержится обычно в самом поверхностном слое почвы толщиной не­сколько миллиметров, где они подвергаются неблагоприят­ному воздействию солнечного света и высушиванию. Осо­бенно обильно населен следующий слой почвы толщиной до 5—10 см. По мере углубления число микроорганизмов умень­шается. На глубине 25—30 см количество их в 10—20 раз меньше, чем в поверхностном слое толщиной 1—2 см (А. С. Разумов). Изменяется с глубиной и видовой состав мик­рофлоры. В верхних слоях почвы, содержащих много орга­нических веществ и подвергающихся хорошей аэрации, пре­обладают аэробные сапрофитные организмы, способные разлагать сложные органические соединения. Чем глубже почвенные горизонты, тем беднее они органическими веще­ствами, доступ воздуха в них затруднен, поэтому здесь чис­ленность анаэробных бактерий увеличивается.

Микрофлора почвы представлена разнообразными ви­дами бактерий, актиномицетов, грибов, водорослей и про­стейших животных.

К постоянным обитателям почвы относятся различные гнилостные, преимущественно спорообразующие, аэробные и анаэробные бактерии; бактерии, разлагающие клетчат­ку; нитрифицирующие, денитрифицирующие, азотфикси-рующие, серо- и железобактерии.

Деятельность почвенных микроорганизмов играет боль­шую роль в формировании плодородия почвы. Последова­тельно сменяя друг друга, микроорганизмы осуществляют процессы, определяющие круговорот веществ в природе. Органические вещества, попадающие в почву в виде остат­ков растений, трупов животных и с другими загрязнениями, постепенно минерализуются, и происходит самоочище­ние почвы. Соединения углерода, азота, фосфора и других элементов из недоступных для растений форм преобразуют­ся микробами в усваиваемые ими вещества.

Наряду с обычными обитателями в почве встречаются и болезнетворные микроорганизмы, преимущественно споро-образующие бактерии: например, возбудители столбняка, газовой гангрены, пищевого отравления (ботулизма) и др, Поэтому загрязнение пищевых продуктов почвой представ­ляет опасность для здоровья человека.

Патогенные бесспоровые бактерии (например, брюш-но-тифозные, дизентерийные), попадая в почву, сохраня­ются в ней неделями и месяцами, споры бактерий и некото­рые аспорогенные виды — годами.

Санитарно-микробиологические исследования почвы проводят с целью выявления бактерий группы кишечных палочек, общего числа сапрофитных бактерий, бактерий рода Рго^еиз, анаэробов (С1.рег1гт§епз) и термофильных микро­организмов, определяющих характер загрязнения ее.

Микрофлора воды.Природные воды являются, как и почва, естественной средой обитания многих микроорганизмов, где они способны жить, размножаться, участвовать в процессах круговорота углерода, азота, серы, железа и других элементов. Числен­ный и видовой состав микрофлоры природных вод разнооб­разен.

Состав микрофлоры подземных вод (артезианской, клю­чевой, грунтовой) зависит главным образом от глубины за­легания водоносного слоя, его защищенности от попадания загрязнений извне. Артезианские воды, находящиеся на боль­ших глубинах, содержат очень мало микроорганизмов. Под­земные воды, добываемые через обычные колодцы из не­которых водоносных слоев, куда могут просачиваться по­верхностные загрязнения, содержат обычно значительные количества бактерий, среди которых могут быть и болезнетворные. Чем ближе к поверхности расположены грунто­вые воды, тем обильнее их микрофлора.

Поверхностные воды — воды открытых водоемов (рек, озер, водохранилищ и др.) — характеризуются большим раз­нообразием видов микрофлоры в зависимости от химическо­го состава воды, характера использования водоема, засе­ленности прибрежных районов, времени года, метеорологи­ческих и других условий. Помимо постоянных обителей, в открытые водоемы попадает много микроорганизмов извне. Например, в реке, протекающей в районе крупных насе­ленных пунктов или промышленных предприятий, вода мо­жет содержать сотни тысяч и миллионы бактерий в 1 см³, а выше этих пунктов — всего лишь сотни или тысячи бакте­рий в таком же объеме.

В воде прибрежной зоны водоемов, особенно стоячих, микроорганизмов больше, чем вдали от берега. Больше мик­роорганизмов содержится также в поверхностных слоях воды, но особенно много их в иле, главным образом в его верхнем слое, где образуется как бы пленка из бактерий, играющая большую роль в процессах превращения веществ в водоеме. Значительно возрастает число бактерий в откры­тых водоемах во время весеннего половодья или после обиль­ных дождей, а также при сбрасывании хозяйственно-быто­вых и промышленных сточных вод. С различными органи­ческими и минеральными загрязнениями сточных вод в во­доемы попадают как сапрофитные, так и патогенные мик­роорганизмы.

Хотя вода и не является благоприятной средой для раз­множения болезнетворных микроорганизмов, многие из них в ней длительно сохраняют жизнеспособность и вирулент­ность. Например, бруцелла — 72 дня, туберкулезная палоч­ка— 5 мес., некоторые патогенные вирусы — более 100 дней.

Для хозяйственно-питьевых целей в качестве источни­ков водоснабжения используют, кроме открытых водоемов, и подземные (артезианские, родниковые) воды.

Питьевая вода по составу и свойствам должна быть бе­зопасной в эпидемиологическом отношении, безвредной по химическому составу и иметь хорошие органолептические показатели.

Наиболее удовлетворяют этим требованиям артезианс­кие воды, многие из них не нуждаются в очистке. Воду из открытых водоемов подвергают на водопроводных станциях обработке с целью улучшения ее физических и химических свойств и обеззараживания — освобождения от микроорга­низмов, главным образом болезнетворных.

Обеззараживают (дезинфицируют) воду обычно мето­дом хлорирования. В практику водоснабжения внедряются новые методы дезинфекции воды — озонирование и облу­чение бактерицидными ультрафиолетовыми лучами и др. Ультрафиолетовое облучение может быть применено толь­ко для обработки воды с незначительной цветностью и мут­ностью. Озонирование, кроме бактерицидного действия, улучшает органолептические свойства воды.

Санитарно-микробиологическое исследование воды, по­ступающей в систему централизованного водоснабжения, осуществляется в районных и городских центрах санитарно-эпидемиологического надзора. В воде определяют содержа­ние мезофильных аэробов и факультативных анаэробов (МА-ФАМ), бактерий группы кишечных палочек, фекальных кишечных палочек, энтерококков, сальмонелл, бактерий рода Ргчйеиз С1оз1псИит рег^пп§епз, энтеровирусов.

Оценку качества питьевой воды проводят по комплек­су химических, органолептических и бактериологических по­казателей. В соответствии с ГОСТ 2874-82 общее число бак­терий (МАФАМ) не должно превышать 100 клеток в 1 см^], количество кишечных палочек должно быть не более 3 в 1 л, а коли-титр — не менее 300 см³.

Вода колодцев и открытых водоемов признается добро­качественной при коли-титре не менее 100 см³, общее чис­ло бактерий должно быть не выше 1000 в 1 см³.

В отдельных случаях при санитарной оценке воды в качестве санитарно-показательного микроорганизма наря­ду с бактериями группы кишечных палочек используют эн­терококк.

В Международном Европейском стандарте на питьевую воду энтерококк введен как дополнительный показатель фе­кального загрязнения воды.

Санитарно-гигиенические нормы для воды, используе­мой в торговле, в пищевой промышленности и на предприя­тиях общественного питания, такие же, как и нормы для питьевой воды централизованного водоснабжения.

Микрофлора воздуха.В атмосферный воздух микроорганизмы попадают из почвы, с растений, тела человека и животных. Попадают они и с пылью, поднимающейся с различных объектов.

Воздух не является благоприятной средой для развития многих видов микроорганизмов из-за отсутствия в нем ка-пельно-жидкой влаги. В воздухе микроорганизмы сохраня­ют жизнеспособность лишь определенное время, а некото­рые из них довольно быстро погибают под влиянием сол­нечной радиации и частично обезвоживания клетки.

Численный и видовой состав микрофлоры воздуха су­щественно изменяется в зависимости от географических и климатических особенностей региона, времени года, метео­рологических условий, санитарного состояния местности и ряда других факторов.

Единичные клетки микроорганизмов в 1 м^;! обнаружены над морями, океанами, льдами Арктики, высоко в горах, в тайге. В воздухе населенных пунктов (особенно крупных промышленных городов) содержится значительно больше микроорганизмов. Особенно много их в местах скопления отходов, свалок. По мере удаления от населенных мест ко­личество микроорганизмов в воздухе снижается.

Большую роль в снижении численности микробов в воз­духе играют зеленые насаждения. Листья деревьев и кус­тарников обладают значительной пылезадерживающей спо­собностью. Кроме того, фитонциды растений оказывают на микроорганизмы губительное воздействие.

В воздухе находятся обычно микрококки, сарцины, различные спороносные и бесспоровые бактерии, дрожжи, споры грибов. Встречаются патогенные микроорганизмы: вирусы, туберкулезная палочка, пневмококки, возбудители стрептококковых и стафилококковых инфекций.

Основными источниками инфицирования воздуха пато­генными микроорганизмами являются больные люди и жи­вотные, различные отходы и отбросы.

Численный и видовой состав микрофлоры воздуха жи­лых и производственных помещений изменяется в широких пределах в зависимости от скопления людей, санитарно-ги­гиенического состояния помещений, периодичности их уборки и вентилирования, а также вида перерабатываемой продук­ции и характера технологических операций. Так, в 1 м³ воз­духа холодильных камер (при 1—0"С), где хранились кор­неплоды, число спор мицелиальных грибов достигало не­скольких десятков тысяч, дрожжей и бактерий — несколь­ко тысяч, а в 1 м³ воздуха холодильной камеры с яблоками были обнаружены лишь единичные споры мицелиальных грибов, несколько десятков дрожжей и сотен бактерий (А. А. Кудряшова). При сортировке и расфасовке овощей число микробов в воздухе помещения увеличивается в сот­ни тысяч раз, а в местах складирования отходов их еще больше.

Существенное влияние на численный и видовой состав микрофлоры воздуха камер хранения оказывает их сани­тарное состояние (степень обсеменения микробами стен, потолка, пола). При наличии на стенах и потолке визуально обнаруженного роста микроорганизмов количество их в 1 м³ воздуха помещения составляет сотни тысяч и даже милли­оны клеток. Воздух таких помещений является источником инфицирования микроорганизмами хранящихся в них пище­вых продуктов.

Развиваются на стенах и потолке чаще грибы родов РегасШшт, СЛасЬзрогшт, Азрег§Шиз. Встречаются и пред­ставители родов Мисог, Во1гу1;13₎ КЫгориз.

Микрофлора воздуха, стен, потолка камер хранения изменяется в зависимости от температуры, вида продукции и длительности ее хранения. Чем ниже температура, тем меньше микроорганизмов; с увеличением срока хранения число их возрастает, при этом изменяется и видовой состав микрофлоры — он становится менее разнообразным.

Для предотвращения развития микробов в камерах хра­нения необходимо регулярно проводить побелку и окраску стен и потолков, а также систематически мыть и дезинфи­цировать пол. В побелку целесообразно добавлять дезинфи­цирующие средства. Обрабатывать производственные поме­щения следует до закладки продукции на хранение, а так­же непосредственно после освобождения складов от дли­тельно хранившейся продукции.

При санитарно-гигиенической оценке помещений опре­деляют в воздухе общую бактериальную обсемененность (в 1 м^:!), содержание санитарно-показательных микроорганиз­мов, наличие патогенных форм, дрожжей и мицелиальных грибов. Санитарно-показательными микроорганизмами слу­жат гемолитические (растворяющие эритроциты крови) стрептококки.

Воздух закрытых помещений считается чистым, если количество микроорганизмов в 1 м^:! его не превышает 2000 клеток, содержание гемолитических стрептококков не бо­лее десяти (Е. И. Гончурк).

На предприятиях пищевой промышленности основное внимание должно быть уделено выявлению санитарно-по­казательных микроорганизмов, возбудителей пищевых за­болеваний, а также микроорганизмов, вызывающих порчу пищевых продуктов. Считается, что в воздухе пищевых производственных цехов должно содержаться не более 100— 500 бактерий в 1 м^:! в зависимости от характера производ­ства.

Воздух помещений цехов, например, на предприятиях молочной промышленности оценивается на "хорошо", если в посевах (5 мин оседания микрофлоры воздуха) на поверхно­сти питательной среды в чашке Петри вырастает: колоний бактерий - - 20—50, дрожжей и мицелиальных гри­бов — до 5; "удовлетворительно" — соответственно 50—70 идо 5 (Н. С. Королева, В. Ф. Семенихина).

Воздух холодильных камер исследуют на загрязненность спорами мицелиальных грибов. Для обеззараживания воздух пищевых производствен­ных помещений, холодильных камер, технологических це­хов пропускают через специальные фильтры, задерживаю­щие микроорганизмы. Применяют также дезинфицирование воздуха химическими веществами, безвредными для чело­века, продукции и оборудования. Используют озонирование воздуха, ультрафиолетовое облучение и др.

Первая попытка применения озона для дезинфицирова­ния воздуха холодильных камер была сделана еще в 1909 г, (в г. Кельне) с целью увеличения сроков хранения пищевых продуктов. В СССР в 1938 г. в Ленинграде М. В. Тухнайдом проводилось озонирование холодильных камер с плодами, яйцом, мясом при концентрациях озона 3—6 мг/м³.

Эффективность озонирования существенно зависит от концентрации озона, продолжительности обработки, числен­ности и видового состава микрофлоры объекта.

В результате озонирования камеры хранения в течение 3,5— 4 ч при концентрации озона 10 мг/м³ количество мик­роорганизмов резко снижается не только в воздухе, но и

на полу и стенах. Количество мицелиальных грибов на по­верхности стен уменьшается на 97—98%, бактерий — на 87— 88%, а дрожжи почти все погибают; в воздухе гибнет до 99% всех видов микроорганизмов (А. А. Кудряшова).

Высокий бактерицидный и фунгицидный эффект дает даже непродолжительная (в течение 10 мин) обработка воз­духа производственных помещений двуокисью азота, кото­рая, как и озон, обладает сильными окислительными свой­ствами, что и обусловливает широкий антимикробный спектр действия и высокий эффект.

Обработку двуокисью азота и озоном осуществляют в соответствии с санитарными правилами только в камерах, имеющих хорошую герметизацию

Молочная кислота в виде аэрозоля также дает поло­жительные результаты при дезинфицировании воздуха про­изводственных помещений.

Тема №6 Важнейшие биохимические процессы превращений, вызываемые микроорганизмами: брожения - спиртовое, молочнокислое, масляно-кислое и их модификации; окислительные брожения - уксусно-кислое, лимонно-кислое; превращение белков- гниение.

Луи Пастером установлено, что изменения происходящие при брожении являются результатом жизнедеятельности микроорганизмов. В зависимости от преобладающих конечных продуктов различают типы брожений: спиртовое, молочно-кислое, масляно-кислое, их модификации и др. виды брожения.

Спиртовое брожение. Спиртовым брожением называют процесс превращения сахаров под действием ферментативной активности некоторых видов бактерий, мицеллиальных и дрожжевых грибов с накоплением в качестве основного продукта этилового спирта и углекислого газа:

С₆Н₁₂О₆®2С₂Н₅ОН + 2СО₂+ Q.

Но основными возбудителями этого вида брожения являются дрожжи (сахаромицеты). В анаэробных условиях превращение сахара в спирт происходит не сразу, процесс идет через ряд промежуточных реакций и протекает как бы в две стадии: первая (окислительная) включает превращение глюкозы до пировиноградной кислоты с образованием двух молекул восстановленного НАД×Н₂ (первичный акцептор водорода):

С₆Н₁₂О₆®2СН₃СОСООН+2 НАД×Н₂.

Под действием фермента пируватдекарбоксилазы дрожжи катализируют реакцию декарбоксилирования пировиноградной кислоты с отщеплением СО₂ и образованием уксусного альдегида :

2СН₃СОСООН®2СН₃СНО+ 2СО₂,

а вторая стадии (восстановительная) НАД×Н₂ передает Н конечному акцептору (уксусный альдегид), который превращается в этиловый спирт:

2СН₃СНО+ 2НАД×Н₂ ®2С₂Н₅ОН+ НАД

С энергетической точки зрения брожение процесс мало экономичный, так как при сбраживании грамм-молекулы глюкозы синтезируется всего два моля АТФ.

Наряду с главными продуктами брожения в небольшом количестве образуются побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, уксусная и янтарная кислоты, сивушные масла (смесь высших спиртов) и некоторые другие вещества. Нормальное брожение протекает в кислой среде при рН 4-5. В щелочной среде при подщелачивании среды до рН 8 или при введении в среду бисульфита натрия направление брожения изменяется в сторону увеличения выхода глицерина (глицериновое брожение):

2С₆Н₁₂О₆®2СН₂ОНСНОНСН₂ОН +С₂Н₅ОН +СН₃СООН + 2СО₂+ Q

При интенсивной аэрации среды дрожжевые грибы меняют тип энергетического обмена и переходят с процесса брожения на процесс дыхания, что называютэффектом Пастера: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ ®6СО₂ +6Н₂О + Q

Дыхание является более выгодным энергетическим процессом так как так как при сбраживании грамм-молекулы глюкозы синтезируется 36 молекул АТФ.

Процесс спиртового брожения лежит в основе хлебопечения, бродильных производств (виноделие, пивоварение, производство этилового спирта), глицерина. Совместно с молочно-кислым брожением используется при получении некоторых молочно-кислых продуктов (кефира, кумыса), при квашении овощей. Эффект Пастера используется для получения большого количества биомассы дрожжей (хлебопекарные и кормовые).

Молочно-кислое брожение. Это процесс превращения сахара в молочную кислоту по характеру брожения различают две группы молочно-кислых бактерий: гомоферментативные (типичные) и гетероферментативные (нетипичные).

Гомоферментативные бактерии образуют в основном (не менее 85-90%) молочную кислоту и очень мало побочных продуктов:

2С₆Н₁₂О₆®2СН₃СНОНСООН + Q

Гетероферментативные бактериинаряду с молочной кислотой образуют значительное количество других веществ:

2С₆Н₁₂О₆®2СН₃СНОНСООН +СООН 2(СН₂)₂ СООН+ С₂Н₅ОН + СН₃СООН+ Q

Есть такие гетероферментативные молочно-кислые бактерии, которые кроме того продуцируют четырехуглеродные соединения ацетоин (СН₃СНОНСООСН₃) и диацетил (СН₃СОСОСН₃), обладающие своебразным приятным ароматом.

В зависимости от условий развития (рН, температуры, степени аэробности и др.) характер конечных продуктов брожения может меняться у одного и того же вида молочно-кислых бактерий. Процесс превращения глюкозы до пировиноградной кислоты у гомоферментативных молочно-кислых бактерий протекает по гликолитическому пути. Затем, в виду отсутствия фермента пируватдекарбоксилазы у этих бактерий, прировиногрданая кислота не подвергается расщеплению и является конечным акцептором водорода под действием фермента лактатдегидрогеназы:

СН₃СОСООН+ НАД×Н₂. ®2СН₃СНОНСООН + НАД

Превращение глюкозы гетероферментативными молочно-кислыми бактериями происходит по-иному, так как они отличаются набором ферментов. Из-за отсутствия у них фермента альдолазы изменяется начальный путь превращения глюкозы и процесс протекает не по гликолитическому пути, а по пентозофосфатному. Все молочно-кислые бактерии имеют форму кокков и палочек, неподвижны, не образуют спор, грамположительны, являются факультативными анаэробами.

Молочно-кислые бактерии широко применятся в различных отраслях пищевой промышленности (особенно молочно-кислой). Большое значение эти бактерии имеют при квашении овощей, силосовании кормов, в хлебопечении при приготовлении ржаного хлеба, при производстве некоторых колбас и солено-вареных мясных изделий, при созревании слабо соленой рыбы, при получении молочной кислоты.

Спонтанно (самопроизвольно) возникающее молочно-кислое брожение в пищевых продуктах приводит к их порче: прокисание, помутнение, ослизнение.

Пропионово-кислое брожение. Это превращение сахара или молочной кислоты и ее солей под действием ферментативной активности пропионово-кислых бактерий в пропионовую и уксусную кислоты с выделением углекислого газа и воды:

3С₆Н₁₂О₆. ®4СН₃СН₂СООН+ 2СН₃СООН+ 2СО2 + 2Н2О+Q;

3 СН₃СНОНСООН®2СН₃СН₂СООН+ СН₃СООН+ СО2 + Н₂О+Q

Некоторые пропионово-кислые бактерии могут образовывать, кроме того, муравьиную, янтарную и изовалериановую кислоты. При пропионово-кислом брожении превращение глюкозы до пировиноградной кислоты протекает также по гликолитическому пути. В дальнейшем пировиноградная кислот, претерпевая ряд превращений, восстанавливается в пропионовую. Пропионово-кислые бактерии относятся к актиномицетам. Это неподвижные, бесспоровые, грамположительные палочки слегка изогнутые, факультативные анаэробы.

Пропионово-кислое брожение является одним из важных процессов при созревании сычужных сыров.

Пропионовая кислота и ее соли служат ингибиторами мицеллиальных грибов и могут быть использованы для предотвращения плесневения пищевых продуктов. Некоторые виды пропионово-кислые бактерий применяют для получения витамина В₁₂.

Слизевое (декстрановое) брожение. Вызывают слизеобразующие бактерии, которые по своим свойствам близки к молочно-кислым и способны образовывать вокруг клеточной стенки капсулу состоящую из слизистых веществ (полисахариды, полипептиды). Процесс идет в несколько этапов:

1. ГИДРОЛИЗ САХАРОЗЫ:

С₁₂Н₂₂О₁₁+ Н₂О + ®С₆Н₁₂О₆. +С₆Н₁₂О₆.

сахароза глюкоза фруктоза

2. ПРЕВРАЩЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ:

С₆Н₁₂О₆. ®(С6Н₁₀О₅)n+Н₂О

глюкоза декстран

3. ПРЕВРАЩЕНИЕ ФРУКТОЗЫ

С₆Н₁₂О₆®2СН₃СНОНСООН +СООН 2(СН₂)₂ СООН+ С₂Н₅ОН +

фруктоза

+СН₃СООН+ Q

Сбраживание глюкозы протекает по гетероферментативному мол