 |
Значение микробиологии в решении хранения продуктов
|
|
|
|
МИКРОБИОЛОГИЯ, САНИТАРИЯ И ГИГИЕНА
Учебное пособие
для студентов специальности 35.02.06. Технология производства и переработки
сельскохозяйственной продукции
ДИМИТРОВГРАД 2019
Рецензенты: кандидат биологических наук Н.А. ФЕОКТИСТОВА, профессор кафедры микробиологии, вирусологии, эпизоотологии, ветеринарно-санитарной экспертизы Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии Д.А. ВАСИЛЬЕВ.
МИКРОБИОЛОГИЯ, САНИТАРИЯ И ГИГИЕНА. Учебное пособие/ Н.Х. Курьянова. Технологический институт – филиал Ульяновская ГСХА Димитровград, 2019.- 109 с. Электронное издание.
В учебном пособии рассмотрена развитие микробиологии, описаны морфология, физиология, экология, генетика микроорганизмов, а также влияние на них факторов внешней среды. Показана роль полезных микроорганизмов в получении некоторых продуктов, их значение для качества и устойчивости в хранении. Также описаны вредные микроорганизмы, вызывающие пороки продуктов и приведены способы борьбы с ними. Рассмотрены вопросы инфекции, инфекционных заболеваний, производственной санитарии и дезинфекции.
Учебное пособие составлено в соответствии с программой дисциплины «Микробиология, санитария и гигиена» предназначено для студентов СПО, обучающихся по специальности 35.02.06. Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции
© Н.Х. Курьянова
© Технологический институт – ФГБОУ ВО филиал УГСХА
ВВЕДЕНИЕ
Микробиология (от греч. mikros - малый, bios - жизнь, logos - наука) - наука о мельчайших, невидимых невооруженным глазом организмах, называемых микроорганизмами, или микробами.
|
|
|
Микробиология как наука изучает морфологию, систематику и физиологические особенности микроорганизмов, условия их жизнедеятельности, роль в природе и жизни человека. Микробиологи разрабатывают способы использования полезных микробов в сельском хозяйстве и промышленности, средства и методы борьбы с патогенными микроорганизмами, вызывающими болезни растений, животных и человека.
Микроорганизмы можно обнаружить только при помощи оптического или электронного микроскопа. Максимальное увеличение оптического микроскопа составляет 3000. Это позволяет различать частицы размером не менее 0,1-0,2 мкм1. Современные электронные микроскопы имеют разрешающую способность до 0,15 нм2, что дает возможность видеть не только мельчайшие организмы, но и тонкие структуры клеток. Подобный микроскоп увеличивает рассматриваемый объект в 750 000 раз.
Мир микроорганизмов в природе весьма разнообразен. Значительное их число представлено бактериями, в том числе цианобактериями (синезелеными водорослями). Многочисленную группу микроорганизмов составляют грибы. К особой группе ультрамикроскопических организмов относят вирусы, не имеющие клеточного строения и служащие возбудителями различных болезней растений, человека и животных. Известны и ультрамикроскопические паразиты микроорганизмов, так называемые фаги, иначе еще называемые вирусами микробов. Микробиология изучает также многочисленых простейших животных (протозоа) и водоросли, имеющие микроскопические размеры.
Микроорганизмы широко распространены в природе. Они постоянно присутствуют в почвах, водоемах, на поверхности и внутри тела человека, животных и растений, в пищевых продуктах, воздухе и т. д. Микроорганизмы можно выявить и в песках пустынь, и во льдах Арктики и Антарктики, в воде и иле морей и океанов, на скальных породах высоко в горах и в глубине шахт.
|
|
|
Широкое распространение микроорганизмов свидетельствует об их огромной роли в природе. При их участии происходит разложение различных органических веществ в почвах и водоемах, они обусловливают круговорот веществ и энергии в природе; от их деятельности зависит плодородие почв, формирование каменного угля, нефти, многих других полезных ископаемых. Микроорганизмы участвуют в выветривании горных пород и прочих природных процессах.
Многие микроорганизмы используют в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Так, хлебопечение, изготовление кисломолочных продуктов, виноделие, получение витаминов, ферментов, пищевых и кормовых белков, органических кислот и многих веществ, применяемых в сельском хозяйстве, промышленности и медицине, основаны на деятельности разнообразных микроорганизмов. Особенно велико значение микроорганизмов в растениеводстве и животноводстве. Это обогащение почвы азотом, борьба с вредителями сельскохозяйственных культур при помощи микробных препаратов, правильное приготовление и хранение кормов, получение кормового белка, антибиотиков и других веществ микробного происхождения.
Микроорганизмы оказывают положительное влияние на процессы разложения веществ неприродного происхождения - ксенобиотиков, попадающих в почвы и водоемы и загрязняющих их.
Наряду с полезными микроорганизмами существует большая группа так называемых болезнетворных, или патогенных, микроорганизмов, вызывающих разнообразные болезни сельскохозяйственных животных, растений, насекомых и человека. В результате их жизнедеятельности возникают эпидемии заразных болезней человека и животных, что сказывается на развитии экономики и производительных сил общества.
Полученные в последние десятилетия научные данные не только существенно расширили представления о почвенных микроорганизмах и процессах, вызываемых ими в окружающей среде, но и позволили создать новые отрасли в промышленности и сельскохозяйственном производстве. Например, открыты антибиотики, выделяемые почвенными микроорганизмами, и показана возможность их использования для лечения человека, животных и растений, а также при хранении сельскохозяйственных продуктов. Обнаружена способность почвенных микроорганизмов образовывать биологически активные вещества: витамины, аминокислоты, стимуляторы роста растений - ростовые вещества и т. д. Найдены пути использования белка микроорганизмов для кормления сельскохозяйственных животных. Созданы микробные препараты, усиливающие поступление в почву азота из воздуха.
|
|
|
Открытие новых методов получения наследственно измененных форм полезных микроорганизмов позволило шире применять микроорганизмы в сельскохозяйственном и промышленном производстве, а также в медицине. Особенно перспективно развитие генной, или генетической, инженерии. Ее достижения обеспечили развитие биотехнологии, появление высокопродуктивных микроорганизмов, синтезирующих белки, ферменты, витамины, антибиотики, ростовые вещества и другие необходимые для животноводства и растениеводства продукты.
С микроорганизмами человечество соприкасалось всегда, долгое время даже не догадываясь об их существовании. С незапамятных времен люди наблюдали брожение теста, готовили спиртные напитки, сквашивали молоко, делали сыры, переносили различные заболевания, в том числе эпидемические. Свидетельством последнего в библейских книгах служит указание о повальной болезни (вероятно, чуме) с рекомендациями сжигать трупы и делать омовения Однако до середины XIX в. даже никто не представлял, что разного рода бродильные процессы и заболевания могут быть следствием деятельности ничтожно малых существ.
В настоящее время микробиология дифференцировалась на ряд самостоятельных дисциплин: общую, медицинскую, ветеринарную, сельскохозяйственную, техническую, водную, космическую и др.
Общая микробиология изучает морфологию, физиологию, генетику и другие свойства микроорганизмов, их роль в превращении веществ в природе, образовании биологически активных соединений, широко применяемых в разных областях народного хозяйства. Она взаимосвязана с другими биологическими дисциплинами.
Медицинская изучает патогенные и условно-патогенные микроорганизмы, их роль в развитии инфекционной патологии; разрабатывает методы лабораторной диагностики, специфической профилактики и терапии заразных болезней. Границы современной медицинской микробиологии значительно расширились, из нее выделились и приобрели самостоятельность: вирусология, микология, иммунология, санитарная и космическая микробиологии.
|
|
|
Ветеринарная микробиология тесно связана с медицинской, так как многие возбудители инфекционных болезней (зооантропонозы) являются общими для животных и человека. У них одинаковый подход к вопросам профилактики и терапии болезней. Методы диагностики, используемые в медицине, нашли применение в ветеринарной практике и т. д.
Сельскохозяйственная микробиология изучает методы использования микроорганизмов в разложении и минерализации органических веществ, обогащения почвы с помощью микроорганизмов веществами, дефицитными для растений, повышения урожайности сельскохозяйственных культур и другое.
Техническая (промышленная) микробиология в настоящее время превратилась в мощную производительную силу. С помощью микроорганизмов на предприятиях микробиологической промышленности в больших емкостях (ферментерах) получают многие продукты биологического синтеза.
Чтобы показать значимость микробиологии как науки в народном хозяйстве, приведем несколько примеров использования микроорганизмов в некоторых областях человеческой деятельности.
Применение микробов в металлургии. Имеются микробы, способные растворять металлы, то есть переводить их в раствор. Это свойство невидимых «металлургов» используют в промышленности для извлечения металлов из бедных руд, которые заброшены и стали невыгодными для переработки их другими способами. Мельчайшие живые организмы (микробы), таким образом, выполняют работу обогатительных фабрик, причем биологический способ производительнее механического.
Однако микробы, разрушая металлы, могут приносить не только пользу, но и вред. Так, на одном из участков туннеля Харьковского метрополитена металлические крепления (подобное было и при строительстве метрополитена в Киеве) превращались буквально в труху. Микробиологи установили: разрушение металлических конструкций - результат жизнедеятельности железобактерий, которые в большом количестве находились в слое рыхлых песчаников. С притоком воздуха и при наличии элективной среды, какой было железо, их активность повышалась.
Микробы способны не только растворять, но и создавать металлы. По мнению ученых, все важнейшие месторождения железа имеют бактериальную родословную. В рудах, добываемых в нашей стране, обнаружены остатки древних железобактерий. Деятельность железобактерий сходна с деятельностью серобактерий. В Самарской области имеется озеро Серное, в котором еще при Петре I добывали серу для производства пороха. В нем врезультате жизнедеятельности бактерий ежесуточно оседает до 120 кг серы. Подобные озера имеются и в других местах планеты.
|
|
|
Микробы - сорбенты металлов. Запасы полезныхископаемых на суше с каждым годом становятся все меньше и меньше. В морской же воде растворено 6 млрд. тонн меди, 4 млрд. тонн урана, 500 млн. тонн серебра, около 10 млн. тонн золота и другие металлы (В. Ф. Чубуков, 1982). Поэтому Мировой океан в последнее время рассматривается как потенциальный источник различных веществ. Рекордсменами по извлечению металлов из окружающей среды (воды) являются микроорганизмы. Вода для большинства из них служит естественной средой обитания. Установлено, что хлорелла накапливает уран до 0,4;% от сухой массы, актиномицеты - до 4,5, денитрифицирующие бактерии - 14, а специально отобранные культуры дрожжей - до 50 %. Плесневые грибы аспергиллы содержат до 0,3 % меди, что в30 тыс. раз больше, чем в окружающей среде, а сенная бацилла извлекает более 40 металлов, в том числе и золото.
Микроорганизмы превосходят химические сорбенты как по количеству, так и по специфичности сорбции. Важно и то, что сорбентами могут быть отходы микробиологической промышленности (их тысячи тонн), которые закапывают в глубокие траншеи. С помощью микробов-биосорбентов можно очищать промышленные стоки от тяжелых металлов, в том числе и радиоактивных, что имеет большое значение по предотвращению загрязнения окружающей среды.
Микробы повышают прочность бетона. На Руси и в древнем Риме для кладки каменных церквей и мостов в раствор добавляли яичный белок. О прочности таких сооружений знают все, они стоят века. Использовать для этой цели в наши дни такой пищевой продукт, как яичный белок, нецелесообразно. Яичный белок можно с успехом заменить более дешевым микробным (биомассой). Добавление на тонну бетона несколько килограммов биомассы повышает прочность и пластичность строительного материала.
Микробы-санитары. Они очищают землю, разлагая трупы животных, остатки растений и загрязненную воду. В настоящее время большое внимание уделяется очистке воды. Чистой пресной воды становится все меньше и меньше (она не превышает 0,3 %. общего количества воды на земном шаре). Очистка воды техническими средствами не всегда достигает цели, поэтому изыскиваются биологические методы обезвреживания отходов производства. В некоторых странах очистку отходов бумажных фабрик проводят с помощью микроорганизмов. Для этого загрязненную воду пропускают через большие емкости с целлюлозоразлагающими микроорганизмами, и пока она проходит, бумажные отходы разрушаются и вода становится чистой.
Микробы могут очищать воздух, «поглощая» запахи. Для очистки воздуха используют специально подобранные штаммы микроорганизмов. Скопления таких микробов представляют собой как бы фильтры. Жизнь микробов в «фильтрах» поддерживают водой, которую распыляют при помощи пульверизаторов.
Получение белка с помощью микроорганизмов. Потребность в пищевом белке с каждым годом возрастает. В определенной степени эту проблему можно разрешить с помощью микроорганизмов. Их рост и развитие не зависят от времени года и погодных условий, а для своего питания они могут использовать непищевое сырье - отходы сельскохозяйственного производства, целлюлозобумажной, лесной промышленности, нефть, природный газ. По скорости производства белка микроорганизмы не имеют себе равных в мире живых существ. Так, в организме коровы массой 500 кг за сутки образуется около 0,5 кг белка, а 500 кг дрожжевых клеток синтезируют за тот же период более 50 т белка, то есть в 100 тыс. раз больше. Дрожжи-сахаромицеты используются давно, применение их в небольших количествах безопасно для человека.
В 1952 г. немецкий ученый Феликс Юст установил, что дрожжи можно выращивать на углеводородах парафинового ряда. Первые опыты по использованию микроорганизмов для получения белковых продуктов из нефти были проведены во Франции (1957). В СССР разработкой этой проблемы впервые начали заниматься акад. Н. Д. Иерусалимский и другие. Микробы могут использовать не только нефть, но и газы. Резервом белка могут быть также микроводоросли.
В последние годы все большее развитие получает микробиологическая промышленность. С помощью микроорганизмов получают многие продукты биологического синтеза - антибиотики, аминокислоты, ферменты, витамины, органические кислоты (лимонная, уксусная, молочная); химические вещества (этанол, бутанол, ацетон, глицерин); полисахариды, белок, каратиноиды и другие. Продукты биологического синтеза имеют большое народнохозяйственное значение, они вносят ощутимый вклад в экономику многих стран. Количество веществ в настоящее время исчисляется не граммами и килограммами, а тысячами тонн в год. Современные заводы биологического синтеза - это огромные промышленные предприятия с высокой культурой производства.
Микробиология открывает большие возможности для развития народного хозяйства и повышения благосостояния людей. Микробная клетка способна осуществлять сложнейшие биохимические процессы в очень короткий срок и чрезвычайно экономично. Наиболее ощутимые результаты получены в антибиотической промышленности.
Продуцентами таких широко распространенных антибиотиков, как пенициллин, стрептомицин, тетрациклин и другие, являются плесневые грибы и актиномицеты. Большинство наиболее эффективных антибиотиков (с широким спектром действия) получено с помощью лучистых грибов (актиномицетов).
В настоящее время все большее внимание исследователей привлекает новое направление молекулярной биологии - генная инженерия. Она занимается конструированием, выделением и пересадкой генов из одних клеток в другие. В результате клетка-реципиент приобретает новые свойства, которые затем используются в разных областях человеческой деятельности. В качестве клеток-реципиентов обычно используют микроорганизмы и наиболее часто - кишечную палочку. Из организма человека в геном кишечной палочки перенесен ген, синтезирующий инсулин - белковый гормон, который понижает содержание сахара в крови и применяется для лечения сахарного диабета. В такой же микроорганизм перенесен ген, синтезирующий интерферон - неспецифический фактор противовирусного иммунитета. Его используют для профилактики респираторных вирусных инфекций (грипп и др.). Массовое производство таких препаратов позволит значительно снизить их стоимость. Подобные работы ведутся также по выделению и пересадке генов азотфиксации в другие микроорганизмы и растения (главным образом злаковые). Новое направление молекулярной биологии уже дает ощутимые результаты. С каждым годом продукты биологического синтеза находят все более широкое применение.
Велика роль микробиологии как науки в предупреждении инфекционных болезней. Микробы являются не только причиной инфекций, но и средством их лечения. Все вакцины - биологические препараты, которые используются для профилактики болезней, состоят из микробов. И не случайно основоположник микробиологии Луи Пастер писал: «Микробы — бесконечно малые существа, играющие в природе бесконечно большую роль».
Значение микробиологии в решении хранения продуктов
Микробиологические процессы вызывают порчу товаров, существенно снижают их качество, делают невозможным использование их по назначению или снижают надежность. Порча пищевых продуктов происходит вследствие разного вида брожения (маслянокислого, пропионовокислого, спиртового, уксусного, молочнокислого), гниения, ослизнения, плесневения, развития токсичных бактериозов (ботулинус, сальмонеллёз и др.). Для непродовольственных товаров (тканей, кожи, мехов и изделий из них) характерно лишь плесневение.
Микробиологические процессы являются одной из причин биоповреждений.
Загрязнения микробиологического происхождения имеют аналогичные с другими видами загрязнений источники. Однако первостепенное значение в этом случае приобретают не столько пылевидные частицы, попадающие из почвы или воздуха, сколько сами товары и тара, зараженные возбудителями различных микробиологических заболеваний. Именно из испорченных товаров такие микроорганизмы попадают на тару, оборудование, а затем и в воздух. Загрязнения микробиологического происхождения оцениваются качественно (виды микроорганизмов) и количественно.
Общая микробиологическая обсемененность воздуха складских помещений, тары и оборудования - важный показатель чистоты: Определяется микробиологическими методами с помощью смывов с тары, товаров из разных мест штабеля, а также посевов из проб воздуха, отбираемых в складах.
Наиболее распространенными микроорганизмами, присутствующими в воздухе складов, являются споры плесневых грибов, а также Aspergillus,- Mucor, Fusarium, дикие дрожжи. Споры переносятся воздушными потоками на разные участки склада, при этом возрастает общая микробиологическая обсемененность воздуха, тары и товаров. Попадая на товары, споры в благоприятных условиях прорастают и вызывают микробиологическую порчу товаров.
Состав микрофлоры в складах во многом зависит от присутствия определенных микроорганизмов, являющихся основными возбудителями порчи товаров. Так, в корнеплодохранилищах наряду с указанными ранее видами обнаруживается значительное количество спор склеротинии, а в картофелехранилищах - фузариума и фомоза. Кроме, того, на состав микрофлоры и обсемененность влияет климатический режим хранения. При благоприятных условиях микроорганизмы интенсивно размножаются, вследствие чего возрастает микробиологическая обсемененность.
Проведение профилактических мер, в частности по дезинфекции хранилищ до загрузки в них товаров, позволяет значительно снизить общую микробиологическую обсемененность, так как после выгрузки из склада хранившихся в нем товарных партий микроорганизмы и их споры остаются на потолке, стенах, полу, в воздухе.
Особое значение показатель микробиологической обсемененности окружающей среды имеет для многих пищевых продуктов, в частности для скоропортящихся, так как инфицирование их происходит при контакте с загрязненной поверхностью упаковки, оборудования и с воздухом.
Хотя микробиологическая порча непродовольственных товаров встречается реже, неблагоприятные внешние условия (повышенные ОВВ, микробиологическая обсемененность) могут провоцировать развитие плесневых грибов. В результате этого на тканях, мехах, одежде, обуви, кожгалантерее и даже оптических стеклах бытовой техники могут появляться налеты, состоящие из колоний плесневых грибов.
Общая характеристика микрофлоры пищевых продуктов
Микрофлора пищевых продуктов подразделяется на специфическую и неспецифическую. К специфической относятся микроорганизмы, используемые для приготовления некоторых продуктов, формирующие продукт или специально добавляемые в него для придания определенных вкусовых и питательных качеств. Без специфической микрофлоры фактически не может существовать и сам продукт. Невозможно представить себе приготовление простокваши и кефира без молочнокислых бактерий, пива - без участия дрожжей и т.д.
Специфическая микрофлора представляет интерес для бактериологов, работающих на предприятиях пищевой промышленности. Они постоянно следят за чистотой штаммов, за сохранением их биологических свойств, от которых зависит качество выпускаемого продукта.
В производстве кисломолочных продуктов (простокваши, масла, творога и т. п.) чаще всего используется молочнокислый стрептококк и в дополнение к нему сливочный стрептококк. Молочнокислый стрептококк - это грамполо-жительные кокки, располагающиеся попарно, он сбраживает лактозу, глюкозу, галактозу с образованием кислоты и газа. Клетки сливочного стрептококка располагаются в виде цепочек, они придают продукту сметанообразную консистенцию. Иногда в кисломолочные продукты добавляют арома-тобразующие стрептококки: стрептококкус цитроворус, стрептококкус диацетилактис и др. Большинство молочнокислых стрептококков может расти на мясопептонном агаре, образуя при поверхностном посеве очень мелкие круглые выпуклые колонии, а при глубинном посеве - колонии в виде чечевичных зерен.
Помимо стрептококков, в приготовлении кисломолочныхпродуктов принимают участие и молочнокислые палочки. Некоторые кисломолочные продукты (простокваша, ацидофильное молоко и др.) готовят на чистой культуре молочнокислых палочек - это довольно крупные бесспоровые грам + палочки. Они, как правило, не растут на МПА.
Кефир получают с помощью так называемого кефирного грибка. Основа грибка состоит из плотного войлокообразного сплетения нитей (палочка стромы), среди которых находятся скопления микроорганизмов, формирующих кефир: молочнокислых стрептококков, молочнокислых палочек и дрожжеподобных грибков.
В препарате, приготовленном из суточного кефира, можно обнаружить главным образом молочнокислые стрептококки, в небольшом количестве молочнокислые палочки и не в каждом поле зрения дрожжевые клетки. В двухсуточном кефире появляется большое количество дрожжевых клеток.
Микроорганизмы молочнокислого брожения участвуют также и в таких процессах, как квашение, мочение овощей и фруктов.
Неспецифическая микрофлора попадает на продукт случайно, загрязняя его. В большинстве своем это микробы-сапрофиты, различные представители палочковидной и кокковой флоры.
При определенных условиях часть микрофлоры может вызвать изменения органолептических свойств пищевого продукта, его порчу. Так, при длительном хранении молока на холоде могут развиваться жирорасщепляющие микробы, вызывающие прогоркание молока; «тягучая болезнь» хлеба обусловлена развитием микробов группы мезентерикус и т. п.
При несоблюдении санитарного режима на пищевых предприятиях продукт в значительной степени «обрастает» посторонней неспецифической микрофлорой, среди которой могут встретиться и патогенные для человека микробы - возбудители инфекционных заболеваний или пищевых от равлений. Многие патогенные микробы не только выживают в пищевом продукте в течение некоторого времени, но и способны размножиться в нем. Всем известны «молочные эпицелии» брюшного тифа или кишечные формы сибирской язвы, возникающие при употреблении зараженных продуктов, и т. п.
|
|
|
