49225

Виды порчи продукции и способы борьбы с ней

Курсовая

Кулинария и общественное питание

Вместе с тем она представляя сложный биоценоз в котором могут преобладать отдельные виды и группы микроорганизмов играет свою роль и посвоему влияет на качество пищевых продуктов. Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов имеют особое значение для общества заботящегося о своих гражданах.1Порча пищевых продуктов в процессе хранения 1. устанавливающие основные требования к системе управления качеством и безопасностью пищевых продуктов на основе HCCP а также отдельные стандарты по...

Русский

2013-12-23

169.36 KB

60 чел.

Введение

Пищевые продукты обычно не бывают стерильными, так как полностью освободить их от микроорганизмов и не ухудшить присущие им питательные, вкусовые или другие свойства практически невозможно. Но это и не нужно, потому что естественная и безвредная для человека микрофлора пищи является одновременно и естественной биологической защитой ее от нежелательных микроорганизмов. Вместе с тем она, представляя сложный биоценоз, в котором могут преобладать отдельные виды и группы микроорганизмов, играет свою роль и по-своему влияет на качество пищевых продуктов.

Поддержание и улучшение качества собранного урожая становится все более актуальной и важной задачей. Потребность рынка в наличии свежих фруктов и овощей отличного качества постоянно возрастает. Хранение в регулируемой атмосфере является технологией, которая позволяет значительно увеличить продолжительность хранения продукции и сохранить ее качество.

Суть технологии хранения в регулируемой газовой среде заключается в создании среды хранения с определенными характеристиками, учитывающими: температурный режим хранения; относительную влажность воздуха; состав атмосферы в камере хранения, в частности, содержание в ней кислорода и углекислого газа.

Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов имеют особое значение для общества, заботящегося о своих гражданах. Пищевые продукты – благоприятная среда обитания для многих микроорганизмов, в том числе патогенных, так как в них, в отличие от объектов окружающей среды, они способны размножаться и, попав в организм человека, вызывать быстрое развитие инфекционных заболеваний.


1.Основная часть

1.1Порча пищевых продуктов в процессе хранения

1.1.1Нормативная документация и показатели порчи пищевой продукции

Пищевые продукты, кроме удовлетворения физиологических потребностей человека в необходимых веществах и энергии, должны соответствовать установленным нормативными документами требованиям безопасности. Они должны удовлетворять  допустимому содержанию химических, радиологических, биологических веществ и их соединений, микроорганизмов и других биологических организмов, представляющих опасность для здоровья нынешнего и будущих поколений людей.

Существует два подхода к установлению нормативных требований к качеству и безопасности продукции: научный и производственный. С точки зрения науки для получения полной информации о состоянии и поведении пищевого продукта необходимо измерять все, что можно измерить. Для этого используются различные научные методы анализа, которые не ограничены экономическими или другими факторами и могут быть не оформлены в виде нормативной документации. Многие из этих методов не применяются на производстве из-за необходимости использования дефицитных реагентов или сложного и дорогостоящего оборудования, высокой квалификации персонала, неэкономичности анализа.

Как правило, в нормативную документацию включаются те показатели и характеристики, роль которых в качестве и безопасности продукции экспериментально доказана. Кроме того, стоимость контроля показателей не должна превышать 20% от стоимости производимого товара, в противном случае контроль будет экономически неэффективен.

Среди научно-технической документаии можно выделить:

–  законы, соглашения, действующие на международном уровне, в отдельных странах, в странах СНГ, едином таможенном Союзе, например, закон Республики Беларусь «О санитарно – эпидемическом  благополучии населения», «Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)», утвержденных решением Комиссии таможенного союза 28.05.2010;

– международные стандарты (ИСО 9000, ИСО 22000 и др.) и отечественные стандарты (СТБ 1470-2004 и др.), устанавливающие основные требования к системе управления качеством и безопасностью пищевых продуктов на основе HACCP, а также отдельные стандарты по методам отбора и подготовки проб к анализам, методам контроля показателей качества и безопасности продукции;

– СанПиНы, устанавливающие санитарно-гигиенические нормативы показателей качества и безопасности по  группам пищевых продуктов; ветеринарные и фитосанитарные правила и нормы;

– ТУ, регламенты на отдельные виды продукции; инструкции, МУ и другие вспомогательные НТД.

Безопасность пищевых продуктов в странах СНГ оценивается по гигиеническим нормативам, которые включают биологические объекты, потенциально опасные химические соединения, радионуклиды и вредные примеси.

Присутствие вредных веществ  в пищевых продуктах не должно превышать допустимых уровней содержания в заданной массе (объеме) исследуемой продукции.

Качество любого пищевого продукта зависит, прежде всего, от количественного и качественного состава содержащихся в нем микроорганизмов.

Пищевые продукты животного и растительного происхождения содержат в своем составе белки, жиры и углеводы, которые при наличии воды являются хорошей питательной средой для всех микроорганизмов. Быстро размножаясь в благоприятных условиях и выбрасывая в окружающую среду экзоферменты (амилолитические, липолитические, протеолитические и др.), микроорганизмы потребляют биологически ценные компоненты для собственного питания, снижая качество продукции, вплоть до его полной потери (порчи) и, одновременно  образуя, вредные продукты жизнедеятельности, опасные для человека.

Рассмотрим показатели порчи пищевых продуктов для различных групп продуктов  по СанНПиГН 63 - 2009, которые представлены в таблице 1 [1].

Таблица 1 – Показатели порчи различных групп пищевых продуктов

Наименования

Количество мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов1,  КОЕ/г, не более:

Масса продукта (г), в которой

не допускаются:

Примечания

бактерии группы кишечной палочки 2 (колиформы)

патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы, L.monocytogenes

1

2

3

4

5

Мясо и мясные продукты

Мясо парное убойных животных в тушах (полутуши, четвертина, отруба)

10

1,0

25

Мясо охлажденное и подмороженное убойных животных в тушах, полутушах, отрубах:

1х103

0,1

25

для продукции со сроком годности более 7 суток бактерии рода Proteus 

Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

5

в 0,1 г не допускаются

мясо охлажденное убойных животных в отрубах (бескостное и на кости), упакованное под вакуумом или в модифицированную атмосферу

1х104

0,01

25

сульфитредуцирующие клостридии в 0,01 г не допускаются

дрожжи – не более

1 х103 КОЕ/г

Молоко и молочные продукты

Наименование

Количество мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов 1 КОЕ/см3, не более:

Объем  продукта (см3), в которой не допускаются

Примечания

Бактерии группы кишечной палочки 2 (коли-формы)

Патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы

S.aureus

1

2

3

4

5

6

Молоко сырое, высший сорт

1х105

-

25

-

Соматические клетки не более 200 тыс. в 1см3

Сливки сырые, высший сорт

5х105

-

-

-

Молоко, сыворотка молочная, пахта, продукты на их основе пастеризованные в потребительской таре

1х105

0,1

25

1,0

L. monocytogenes в 25 г не допускаются

Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

5

6

Ультрапастеризованное молоко (без асептического розлива)

100

10,0

100

10,0

L. monocytogenes в 25 г не допускаются

Сливки пастеризованные в потребительской таре

1х105

0,1

25

1,0

L. monocytogenes в 25 г не допускаются

Молоко и сливки стерилизованные и УВТ – обработанные (с асептическим розливом)

Должны удовлетворять требованиям промышленной стерильности

Рыба и рыбные продукты

Наименование

КМАФАнМ,

КОЕ/г, не более

Масса продукта (г), в которой не допускаются:

Примечания

БГКП

(колиформы)

S. aureus

Патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы и L. monocytogenes

1

2

3

4

5

6

Рыба свежая

5×104

0,01

0,01

25

V. parahaemolityticus – не более 100 КОЕ/г, для морской рыбы

Рыба охлажденная, мороженая

5×104

0,001

0,01

25

V. parahaemolityticus – не более 100 КОЕ/г, для морской рыбы

фарш рыбный пищевой, формованные фаршевые изделия, в том числе с мучным компонентом

1×105

0,001

0,01

25

V. parahaemolityticus – не более 100 КОЕ/г, для морской рыбы; сульфитредуцирующие клостридии в 0,01 г не

Продолжение таблицы 1

допускаются в продукции, упакованной под вакуумом

Зерно (семена), мукомольно-крупяные и хлебобулочные изделия

Наименование

КМАФАнМ КОЕ/г, не более

Масса продукта (г), в которой не допускаются:

КОЕ/г, не более:

Примечания

БГКП (коли-формы)

патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы

B. cereus

плесени

дрожжи

1

2

3

4

5

6

7

8

Крупы, не требующие варки (концентрат пищевой тепловой сушки), мюсли

5×03

0,01

25

0,1

50

Яичные макаронные изделия

25

Хлебобулочные изделия (в том числе пироги, блинчики) с фруктовыми и овощными начинками

1×103

1,0

25

50

S.aureus в 1 г не допускается

1.1.2 Химическая порча продукции

Все пищевые продукты состоят из первичных биоматериалов, которые со временем неизбежно разлагаются и портятся. Ухудшение качества и порчу ПП предотвратить невозможно. Можно замедлить процессы ухудшения качества путем подбора:

- Рецептур;

- Способа  технологической обработки;

- Упаковки;

- Хранения;

- Транспортирования.

Обычно различают 3 вида порчи пищевых продуктов: под действием физических факторов, под действием химических факторов и под действием микробиологических факторов.

Между ними существует некоторая корреляция: порча, вызванная протеканием процессов определенного типа, может способствовать развитию порчи другого типа.

Под химической порчей продукции понимается протекание химических реакций в продуктах или реакции деградации их химических компонентов (белков, жиров, углеводов).

Ключевой характеристикой для реакционной активности сахара является наличие в нем кетонной или альдегидной группы, что делает его редуцирующимся сахаром. Большинство сахаров (за исключением сахарозы и сахарных спиртов) являются редуцирующими, но даже в этом случае сахар может гидролизоваться, разлагаясь на свои составляющие, то есть глюкозу и фруктозу. Гидролиз, превращающий дисахариды в моносахариды, осуществляется за счет воздействия тепла, кислоты или ферментов. Кислая среда в безалкогольных напитках способна преобразовать сахарозу в глюкозу и фруктозу. При нагреве до высоких температур в результате карамелизации сахара разлагаются. Итогом последовательности вовлеченных в процесс реакций становится образование вкусовых соединений, потемнение и формирование полимеров с ограниченной растворимостью в воде.

При изменении трехмерной структуры свойства белка необратимо меняются. Существует целый ряд факторов, становящихся причиной денатурации, но при обработке пищевых продуктов именно тепло является наиболее широко распространенным денатурирующим фактором. Из числа других денатурирующих факторов следует упомянуть о перемешивании, растворителях и солях. Трехмерная структура белков под воздействием тепла меняется, поскольку связи и силы, удерживающие пространственную структуру полимера, разрываются.

Водородные и дисульфидные связи чувствительны к воздействию тепла, а результатом их разрыва становится денатурирование некоторых пищевых белков. Функции белков при денатурировании значительно меняются из-за изменения растворимости и способности вступать в реакции вследствие задействования активной стороны молекулы белка или из-за увеличения взаимодействий «белок-белок».

Белки представляют собой полярные макромолекулы. На заряды цепочек со стороны аминокислот оказывает воздействие рН. При более высоком уровне рН белки заряжены отрицательно, тогда как при низком уровне рН они имеют положительный заряд. На некотором промежуточном уровне рН, называемом изоэлектрической точкой, молекула белка электронейтральна. Изменение pH может привести к тому, что молекулы белка будут притягиваться друг к другу, результатом чего станет потеря растворимости, коагуляция и осаждение.

Соли способны воздействовать на заряд белков и изменять их растворимость. Соль растворяет белки мышечного волокна мяса.

Ферменты представляют собой белки, катализирующие химические реакции. Пищевые продукты содержат много ферментов, определяющих последовательность химических изменений. Ферменты несут ответственность за ухудшение качества замороженных и небланшированных овощей, потемнение срезов яблок или сырого картофеля, прогоркание жиров молока и зерна, а также за превращение перезревших фруктов в кашеобразную массу.

Результатом окисления жирных кислот становится появление нежелательных вкуса и запаха, что может являться показателем неприемлемого качества продукта. Окисление липидов и потеря вкусовых качеств является, вероятно, наиболее часто встречающейся причиной порчи пищевых продуктов, помимо заражения микроорганизмами. Помимо формирования вкуса, окисление жиров может привести к потере чрезвычайно важных жирных кислот, необходимых для человека, постепенному исчезновению пигментов, разрушению растворимых в жирах витаминов и формированию потенциально опасных соединений, источником которых является окисленный жир.

1.1.3 Микробиологическая порча продукции

Виды микробиологической порчи продукции зависят от микроорганизмов, которые вызывают эту порчу и выделяют порчу под действием дрожжей, плесеней и бактерий.

1.1.3.1 Порча продукции под действием дрожжей

Дрожжи, вызывающие порчу пищевых продуктов и напитков, зачастую проявляют некоторую степень специфичности к субстрату, и виды Zygosaccharomyces и родственные им роды дрожжей (в частности, Lachancea, Torulaspora и Zygotorulaspora) могут образовывать колонии и приводить к порче пищевых продуктов с высоким содержанием сахара и соли (например, фруктовых соков и их концентратов, сухофруктов, меда, джемов и других пресервов, конфет, салатных дрессингов (заправок), соевого соуса и сахарных сиропов, а также вин).

Перечень продуктов, подверженных порче дрожжами родов Zygosaccharomyces и Torulaspora, а также  Zygotomlaspora и Lachancea  (эти дрожжи мы называем здесь «зигосахаромицетовым комплексом»), уже десятилетия остается практически постоянным. В него входят пищевые продукты и напитки с высоким содержанием сахара (иногда — соли, типа соевого соуса). Что касается Zygosaccharomyces, то весьма осмофильными считаются виды Z. bailii, Z. bisporus и Z. rouxii, а наиболее осмофильным из них — Z. rouxii, причем некоторые его штаммы могут расти в продуктах с низким значением активности воды (air) — вплоть до 0,62. Хотя вид Z. bailii не настолько осмофилен, как Z. rouxii, тем не менее эти дрожжи способны расти при значении aw около 0,80 и при температуре 25 °С . Большинство других видов дрожжей «зигосахаромицетового комплекса» также способны вызывать порчу пищевых продуктов и напитков, но многие из них обнаруживаются в продуктах с более низким содержанием сахара.

Saccharomyces могут обитать в самых разных средах, но некоторые виды тесно связаны с бродильной средой пищевых продуктов и напитков. В большинстве случаев условия брожения регулируются с учетом тех или иных производственных целей (например, производство хлебобулочных изделий или алкогольных напитков), однако существует немало ситуаций, когда присутствие и рост дрожжей рода Saccharomyces не желательны, поскольку последствием может стать порча готового изделия. Интересно, что типовые или репрезентативные штаммы многих видов этого рода микроорганизмов были выделены из пищевых продуктов или напитков (например, S. barnettii, S. castellii, S. cerevisiae, S. dairenensis, S. exiguus, S. pastorianus, S. turicensis, S. unisporus). Изначальными средами обитания других видов этого рода  являются почва, растения или насекомые. Не так давно в научных кругах широко обсуждались природные источники так называемых «одомашненных» или «промышленных» видов S. cerevisiae и S. bayanus, ассоциируемых с виноделием и пивоварением. Существует мнение, что эти виды в природных средах и не встречаются, поскольку они эволюционировали как «промышленные» виды в результате селективной адаптации микроорганизмов вида S. paradoxus, естественной средой обитания которых являются растения. Многочисленные попытки выделить S. cerevisiae или S. bayanus с поверхности здоровых и свежих фруктов (включая виноград) окончились безрезультатно, и был сделан вывод, что эти дрожжи на растениях в естественной среде не встречаются. Вместе с тем благодаря соответствующим методам обогащения S. cerevisiae (наряду с S. paradoxus) все-таки удалось выделить с поверхности фруктов  и из других растительных экосистем. Более того, S. paradoxus, обычно не ассоциируемые с промышленными процессами брожения, относительно недавно были обнаружены при брожении вина как нативный вид дрожжей. Таким образом, представления об экологии Saccharomyces постоянно изменяются по мере накопления информации. Интересно также, что ДНК-последовательности, гомологичные S. cerevisiae, были обнаружены в остатках вина из кувшина, найденного в древней египетской гробнице и датируемого примерно 3000 г. до нашей эры. В таблице 2 представлены виды Saccharomyces, способных вызвать порчу пищевых продуктов.

Таблица 2 - Виды Saccharomyces, способные вызывать порчу пищевых продуктов и напитков

Группа продуктов

Виды Saccharomyces

Фрукты, фруктовые концентраты, соки и напитки

S. cerevisiae, S. bayanus, S. pastorianus, S. kluyveri, S. unispoms, S. exiguus

Овощные салаты

S. exiguus, S. dairenensis, S. bayanus, S. unispoms

Молочные продукты

S. cerevisiae, S. dairenensis, S. exiguus, S. kluyveri

Мясные продукты

S. cerevisiae, S. exiguus

Хлебобулочные изделия

S. cerevisiae, S. exiguus, S. unispoms, S. bayanus, S. pastorianus

Продукты с высоким содержанием сахара

S. cerevisiae

Алкогольные напитки

S. cerevisiae, S. bayanus, S. pastorianus

Saccharomyces cerevisiae и S. bayanus способны приводить к порче таких алкогольных напитков, как пиво, сидр и вино. В ходе спиртового брожения при их производстве могут расти нежелательные штаммы этих дрожжей, придавая готовому продукту неприемлемые вкус и аромат из-за большого содержания сложных эфиров, диацетила, серосодержащих летучих веществ или уксусной кислоты. Во избежание этого в настоящее время большинство пивоваров и виноделов для обеспечения более надежного контроля процесса брожения используют в качестве заквасочных (стартовых) культур отобранные штаммы S. cerevisiae или S. bayanus. Сбраживаемый виноградный сок, используемый при производстве вина, не стерилен и содержит самые разные аборигенные виды дрожжей, включая Saccharomyces. Эти виды могут расти вместе с любой вносимой стартовой культурой и влиять на качество готового вина как положительно, так и отрицательно. То же наблюдается и в ходе брожения сидра.

Пищевые продукты считаются неприемлемыми и бракуются, если они представляют риск для здоровья людей (здесь мы не говорим о порче как органолептически неприемлемых свойствах продукта). Дрожжи практически никогда не связывают со вспышками пищевых инфекций или отравлений, однако некоторые виды дрожжей считаются условно-патогенными, то есть способными в определенных условиях вызывать кожные, респираторные, неврологические и соматические заболевания, иногда с летальными последствиями. Здесь следует отметить, что S. cerevisiae считаются потенциально патогенными, чему имеются соответствующие подтверждения. S. cerevisiae var boulardii, которые в настоящее время используются как биотерапевтическое и пробиотическое средство, также были причиной нескольких случаев заболеваний, в частности, фунгемией.

Наиболее распространенными и часто встречающимися видами Candida (каждый из них может присутствовать в спорулирующей форме) являются С. famata, С. pelliculosa, С. valida, С. colliculosa, С. kefyr и С. krusei, но их распределение меняется в зависимости от типа пищевых продуктов. С. famata преобладают в мясных продуктах, С. pelliculosa и С. kruseiв кислых, С. kefyr в молочных, С. colliculosa — в продуктах с низким значением аю, а С. valida — в напитках. В некоторых случаях наряду с указанными видами дрожжей могут присутствовать и даже численно доминировать другие виды дрожжей.

Видимые физические изменения зачастую проявляются в виде газообразования, появления мути, осадка и поверхностной пленки, иногда — в изменениях текстуры и обесцвечивании продукта. Органолептические изменения, приводящие к появлению посторонних привкусов и неприятного запаха, могут быть менее очевидными. Все это — общие проявления дрожжевой порчи, и группу дрожжей Candida нельзя выделить по каким-либо специфическим признакам порчи. Их ферментативная активность обычно ниже, чем у Saccharomyces и родственных им видов; вместе с тем некоторые виды дрожжей рода Candida продуцируют обширные псевдогифы, что приводит к образованию поверхностной пленки. Характер порчи определяется типами пищевых продуктов, дрожжей и численностью их популяции; признаки порчи начинают появляться, когда численность дрожжевых клеток достигает 105 клеток/г и более.

На фруктах обычно выявляются Hanseniaspora и их аиаморфы Kloeckera, а также С. pulcherrima, С. membranifaciens, С. stellata, С. famata. В дрожжевой популяции сырых овощей преобладают базидиомицетовые виды (Rhodotorula, Sporobolomyces), а аскомицетовые представлены главным образом слабо ферментирующими или вообще не ферментирующими видами, в частности, С. kmsei, С. valida, С. pelliculosa, С. lambica и Geotrichum candidum. Фруктовые соки и безалкогольные напитки производят и консервируют самыми разными способами, и дрожжи, способные вызывать их порчу, также весьма разнообразны. Наиболее известными из них являются Z. bailii; помимо С. stellata, вызывать порчу могут С. sake и многие другие виды, но причиной порчи сока в бутылках зачастую является какой-то единственный вид. Консервированные (квашеные, соленые и кислые) овощные продукты, включающие несколько видов овощей и другие ингредиенты, характеризуются богатой микробиотой, в которой наряду с дрожжами присутствуют и молочнокислые бактерии. Виды дрожжей рода Candida зачастую участвуют в брожении или присутствуют в пленке, образующейся на поверхности, как окислительные микроорганизмы. В пищевых продуктах такого типа зачастую выделяют С. versatilis, С. etchellsii, С. famata, С. pelliculosa, С. krusei и С. holmii, а в продуктах с низким значением активности воды (с высоким содержанием сахара, в концентратах, в сушеных продуктах, в макаронных и хлебопекарные изделиях и т. д.) могут встречаться ксеротолерантные дрожжи, чаще всего Zygosaccharomyces rouxii и родственные им виды, а также С. colliculosa, С. lactiscondensi и С. versatilis. Большинство микроорганизмов в процессе выпечки инактивируются, но в процессе расстойки ржаного хлеба и хлебобулочных изделий на закваске наряду с хлебопекарными штаммами S. cerevisiae могут участвовать некоторые специфические виды дрожжей, в частности, С. holmii.

В молочных продуктах присутствуют разные виды дрожжей, поскольку сами продукты очень разнообразны, но чаще всего выделяют С. kefyr, С. sphaenca, С. famata, С. zeylanoides, С lipolytica и Geotrichum candidum. Первые два вида участвуют в процессе ферментирования молочных продуктов и наряду с другими играют определенную роль в созревании сыров, но иногда могут вызывать и порчу молочных продуктов. Дрожжи составляют небольшую, но постоянную часть микробиоты мясного сырья и мяса птицы, а также продуктов из них. Для таких пищевых продуктов характерны виды дрожжей, способные расти при низких температурах и обладающие протеолитической и липолитической активностью, например, С. famata, С. lipolytica, С. zeylanoides, С. catenulata и С. intermedia. Некоторые дрожжи, считающиеся патогенными или условно-патогенными (С. albicans, С. glabrata, С. tropicalis и С. parapsilosis), были выделены из мяса, птицы, рыбы и моллюсков, однако нет никаких данных об их прямой причастности к инфекционным микологическим заболеваниям.

Если не учитывать потенциальный риск для здоровья из-за возможного взрыва упаковки под действием бурного газообразования, то известны буквально считанные случаи, способные вызвать беспокойство с точки зрения охраны здоровья. В последние годы в ходе клинических исследований выделяется все больше дрожжей, связанных с пищевыми продуктами, хотя в перенос условно-патогенных видов дрожжей никакие пищевые продукты непосредственно не вовлечены. Симптомы, ассоциируемые с болезнью, могут быть обусловлены образованием аллергенных метаболитов; кроме того, существуют подозрения, что разложение дрожжами консервирующих веществ может способствовать развитию патогенных бактерий. В этом отношении роль присутствующих в пищевых продуктах дрожжей еще только предстоит оценить.

Микробиологическая порча пищевых продуктов легко обнаруживается особенно в ферментированных пищевых продуктах и напитках, в которых образующиеся метаболиты формируют аромат и вкус конечного продукта. С учетом культурных и национальных особенностей грань между вредной или полезной жизнедеятельностью микроорганизмов является очень тонкой, примером чему может служить продуцирование дрожжами родов Dekkera/Brettanomyces 4-этилфенола; в этом случае порча зависит от типа напитка и от осведомленности технологов относительно возможных проблем. Действительно, до определения в винах источника 4-этилфенола эти виды дрожжей не рассматривались как серьезная угроза для виноделов, но в настоящее время они представляют самую большую микробиологическую проблему современной энологии. С другой стороны, эти дрожжи являются желательными для некоторых традиционных бельгийских сортов пива, поскольку летучие фенолы обеспечивают требуемые вкусоароматические свойства. В других сбраживаемых напитках (сидре и комбуче) эти дрожжи также играют определенную роль в формировании аромата. Как бы то ни было, более тщательное изучение содержания 4-этилфенола в сидре и пиве началось лишь недавно (возможно, под влиянием информации, полученной при исследовании вин). В этих напитках брожения летучие фенолы либо не определены, либо рассматриваются как причина образования постороннего неприятного запаха. Другими примерами является использование способности В. bruxellensis сбраживать целлобиозу в процессе брожения целлюлозы при производстве этилового спирта и использование В. anomalus в производстве цереброзидов для функциональных противораковых» пищевых продуктов. Способность В. anomalus сбраживать лактозу используется для расщепления сырной сыворотки в ходе микробиологического синтеза белка.

1.1.3.2 Порча продукции под действием плесеней

Представители царства грибов обеспечивают расщепление и круговорот большого количества органических веществ и являются важными участниками основных циклов круговорота питательных веществ в биосфере. Эту активность микроорганизмов в общем случае называют биохимическим разложением, но если органический материал играет важную роль для здоровья людей (например, в пищевых продуктах, кормах для животных и сырье, используемом для их производства), то этот процесс называют порчей пищевых продуктов, кормов или сырья соответственно.

Доступные нутриенты, значение рН, температура и aw — это четыре важнейших фактора, влияющих на рост плесеней на пищевых продуктах, причем важно учитывать взаимодействия между этими физико-химическими факторами. В таблицах, подобных таблице 3.1, где указываются минимальные значения аw ;, при которых может происходить рост, предполагается, что все остальные факторы находятся на оптимальном уровне. Так, оптимальная температура для роста Aspergillus flavus (важного продуцента афлатоксинов) составляет около 30 °С; при этой температуре минимальное значение аw для данной плесени составляет 0,81. Для Penicillium expansum (важного продуцента патулина) оптимальная температура составляет около 20 °С при минимальном значении аw = 0,85. Здесь важно отметить, что природа смачивающего или растворенного вещества, влияющего на значение аw среды, сама по себе может оказывать влияние на рост плесеней. Так, при одинаковом значении « ионные растворенные вещества, например соли, оказывают большее ингибирующие действие, чем углеводы и полиолы. Некоторые дрожжи, например Zygosaccharomyces bailii, способные расти при разных значениях aw, даже при 0,80, можно охарактеризовать как ксеротолерантные, тогда как Z. rouxii являются действительно ксерофильными и способны расти при aw 0,62-0,65. На этом виде дрожжей можно проиллюстрировать взаимовлияние значений aw и оптимальной температуры роста. При содержании глюкозы 10% масс.w0,99) оптимальная температура роста составляет 24°С, тогда как при содержании глюкозы 60%масс. (aw 0,87) - 33 °С.

Таблица 3 - Минимальная активность воды, необходимая для роста некоторых плесеней

Вид плесени

Значение aw , не более

Rhizopus nigricans

0,94

Penicillium expansum

0,85

Penicillium aurantiogriseum

0,84

Aspergillus flavus

0,81

Aspergillus ochraceus

0,78

Eurotium chevalieri

0,71

Wallemia sebi

0,69

Xeromyces bisporus

0,60

Можно сказать, что представители рода Aspergillus наиболее часто выделяют в тропических и субтропических зонах, a Penicillium — в зонах умеренного климата, что является отражением соответствующих диапазонов оптимальных температур для их роста.

Предельное значение аw., для роста любого микроорганизма составляет около 0,6 (Xeromyces bisporus). При меньшем значении аw порча пищевых продуктов вызывается не микроорганизмами, а является следствием химических реакций (например, окисления) или повреждения насекомыми. Если значение аw окружающей среды составляет 0,6, то для поддержания положительного гургорного давления, необходимого для активного роста, цитоплазма должна иметь еще более низкую активность воды. Для этого требуется, чтобы в цитоплазме были очень высокие концентрации соответствующих совместимых растворенных веществ (во многих плесенях это глицерин, эритритол и маннитол); вполне вероятно, что такие макромолекулы, как ДНК, изменят свою конфигурацию и не будут работать должным образом. Конечно, хотя при такой низкой активности воды рост и не возможен, для выживания пропагул плесени проблем обычно не возникает, что заметно при лиофильной сушке, применяемой для хранения многих плесеней в коллекциях культур.

Поскольку большинство грибов может расти в широком диапазоне значений рН (от 3 до 8), то значение рН само по себе слабо влияет на рост грибов на пищевых продуктах, и более важным фактором при нейтральных и слабощелочных значениях рН должна стать активность воды. Свежие фрукты и овощи, несмотря на высокое значение aw, относительно стойки к микробиологической порче благодаря природной защите живой растительной тканью. При сборе урожая целостность растительной ткани неизбежно нарушается, и микроорганизмы получают к ней доступ. Низкие значения рН многих фруктов дают плесеням конкурентное преимущество над бактериями, но зачастую можно наблюдать значительную специфичность видов плесени, способных портить различные фрукты. Так, синяя плесень на яблоках, вызывающая обширную мягкую гниль — это почти всегда Penicillium expansum, а зеленая и синяя плесени цитрусовых — это обычно Penicillium digitatum и P. italicum соответственно. Фрукты и овощи, будучи живой растительной тканью, характеризуются наличием сложных механизмов ингибирования инвазии плесеней и других микроорганизмов, и специфичность видов, способных проникать в определенные растительные ткани, отражает их способность противостоять действию одного или нескольких ингибирующих факторов. Многие дрожжи способны расти при очень низких значениях рН, хотя тип подкисляющего вещества может влиять на кажущийся минимум рН. Так, дрожжи Saccharomyces cerevisiae могут расти при значении рН 1,6 (в случае использования НС1 для регулирования рН), при значении рН 1,7 (в случае использования фосфорной кислоты) и при значении рН 1,8-2,0 (в случае использования ряда органических кислот), a Brettanomyces bruxellensis при рН 1,8 в среде, ацилированиой НС1, но только при значении рН 2,3, если используется лимонная кислота. Для достижения таких низких значений рН, естественно, требуются значительно более высокие концентрации органических кислот.

Низкие температуры обычно ингибируют рост многих плесеней, но существует значительное их число, характеризующееся хорошим ростом при температурах домашнего холодильника. Рост синей плесени на охлажденном сыре зачастую связан с присутствием Penicillium commune, влажные стенки холодильных камер могут почернеть из-за роста Cladosporium herbarum, а розовая слизь на охлажденных пищевых продуктах может быть результатом жизнедеятельности дрожжей Rhodotorula glutinis.

Весьма интересной плесенью, филогенетически более близкой к некоторым истинным дрожжам, чем к плесеням, является Geotrichum candidum. Хотя эта плесень вызывает порчу ряда пищевых продуктов, с другой стороны она является хорошим индикатором неудовлетворительного санитарно- гигиенического состояния пищевых предприятий, так как ею часто бывают контаминированы производственные. Иногда определенный продукт пищевого производства может служить селективным фактором (агентом) для потенциального микроорганизма порчи. Например, фруктовый кекс может иметь такое низкое значение aw, что, казалось бы, он должен быть защищен от микробиологической порчи, однако плесень Wallemia sebi может расти в широком диапазоне значений аw (от 0,997 до 0,69), образуя небольшие коричневые колонии, трудно различимые на продуктах типа фруктового кекса. Она продуцирует большое количество мелких (3-4 мкм) сухих спор, хорошо приспособленных для распространения по предприятию воздушным путем, и их количество может достигнуть такого уровня, что без мер «должной предосторожности» может потребоваться закрытие предприятия. Для контроля этого вида плесени необходимо использовать культуральyые среды с низкими значениями аw.

Хотя культуральиые среды и методы для рутинного обнаружения и идентификации грибов, вызывающих порчу пищевых продуктов, используются не так широко, как аналогичные средства для бактерий, количественные и качественные сведения о плесневых контаминантах в окружающей среде пищевых предприятий могут быть полезны для решения потенциальной проблемы плесени. Например, они позволяют определить, что именно является причиной контаминации предприятия плесенями: пораженное ими сырье, хранящееся вблизи воздухозаборников, или неудовлетворительное санитарно-гигиеническое состояние собственно предприятия.

Если меры по регулирования значения аw и температуры результата не дают, то для предотвращения роста плесеней в пищевые продукты могут добавляться противогрибковые препараты — например, сорбат и пропионат. Некоторые плесени, в частности Penicillium roqueforti, могут разлагать сорбат. Кроме того, неправильное применение этого фунгицида может привести к непредсказуемым побочным эффектам. Так, при использовании пропионата и ацетата для защиты влажного ячменя, хранящегося в качестве корма, недостаточно высокое содержание фунгицида допускает рост плесени, например Aspergillus flavus, которая в умеренном климате обычно не распространяется из-за своей неконкурентоспособности. Хотя ее рост в таких условиях и незначителен, но этот вид продуцирует повышенные уровни афлатоксина.

В целом для предотвращения плесневой порчи необходимо поддерживать хорошие санитарно-гигиенические условия как при производстве, так и при хранении пищевых продуктов, разделять площади, где находятся сырьевые материалы, от помещений, в которых хранятся готовые продукты, а также заранее бороться с накоплением плесневых спор в производственных линиях и на складах.

Плесень на пищевом продукте делает его непривлекательным и зачастую придает ему затхлый запах и вкус, из-за чего заплесневелые пищевые продукты бракуют, что приводит к значительным экономическим потерям. За некоторым исключением плесени в целом нуждаются для своего роста в кислороде, а для активной споруляции - в газообразной фазе. В продуктах, упакованных в проницаемый для кислорода материал без свободного воздушного пространства, зачастую образуется обширный белый мицелий, а не споры. Споры таких плесеней, как Aspergillus и Penicillium, бывают окрашенными, и поверхность заплесневелого пищевого продукта становится разноцветной, с порошкообразным внешним видом. Например, Penicillium expansum может активно расти в тканях неповрежденного яблока, образуя характерную желтую мягкую гниль, но спорулирует этот вид обычно только на поверхности плода, образуя характерную голубую плесень.

Некоторые виды Penicillium настолько часто встречаются в пищевых продуктах, что их можно считать типичными возбудителями порчи, из которых наиболее легко идентифицировать P. cilrinum. Колонии P. citrinum растут медленно, особенности на агаре МЕА, достигая через 7 сут культивирования при 25 °С размеров 25-30 мм (на агаре CYA) и 14-18 мм (на МЕА). Типичный внешний вид колоний характеризуется желтым цветом с обеих сторон вследствие продуцирования большого количества цитринина. Кисточки двухмутовчатые, на гладкостенных ножках, типичные для подрода Furcatum, состоящие из четких оконечных мутовок метул. Конидии сферической формы, гладкостеиные, размером 2,5-3,0 мкм.

P. citrinum растут в температурном диапазоне 5-38 °С при значениях аw около 0,80. Встречаются P. citrinum почти во всех типах пищевых продуктов: в мелких зернах, в кукурузной и пшеничной муке, в орехах (включая арахис, орехи пекан, фисташки и фундук), в ферментированных и вяленых мясных продуктах, в бобах какао и кофе, а также в других типах бобов, включая сою. Весьма вероятно, что низкое содержание цитринина довольно часто бывает характерно для пищевых продуктов. Тем не менее явную их порчу P. citrinum вызывает довольно редко, и в производстве пищевых продуктов цитринин не считается серьезным фактором риска. На птиц он оказывает более сильное токсичное действие, чем на млекопитающих, время от времени вызывая болезни домашней птицы.

P. chysogenum часто встречается вместе P. citrinum и обнаруживается в тех же пищевых продуктах. Помимо вышеупомянутых продуктов он может вызывать порчу некоторых видов свежих фруктов. P. chrysogenum образует зеленовато-голубые колонии размером 35-45 мм (на CYA) или 25-40 мм (на МЕА), для которых характерна желтоватая окраска обратной стороны. Кисточки трехмутовчатые, типичные для подрода Penicillium, опирающиеся на гладкостенные ножки. Конидии гладкостеиные, эллипсоидальной формы, размером 2,5-4,0 мкм. Этот вид растет в температурном диапазоне 4-37 °С (оптимальная температура — 23 °С) и является ксерофильным (растет при значении aw до 0,78). Микотоксины, как правило, не продуцируются.

P. crustosum «выделен из большинства зерновых и образцов кормов для животных, которые мы исследовали в течение двух десятилетий». Его редкое упоминание в литературе объясняется путаницей с наименованиями этого вида. «Исследования изолятов с разными названиями показывают, что P. crustosum может быть причиной порчи кукурузы, мясных продуктов, сыров, печенья, кексов и фруктовых соков». Кроме того, он может вызывать порчу цитрусовых, дынь и арбузов. Таким образом, P. crustosum может обнаруживаться как в сырье, так и в готовых пищевых продуктах. Как и у других анаморфных грибов, споры P. crustosum не являются термостойкими, так что их можно ииактивировать пастеризацией. Присутствие P. crustosum в обработанных пищевых продуктах может быть обусловлено такими факторами, как неправильные режимы обработки, контаминация после переработки, дефекты упаковки, избыточная активность воды или неоправданный расчет на холодильное хранение.

P. crustosum образует быстро растущие на средах CYA и ME А бледно-зеленые, плоские колонии размером 30-40 мм, всегда интенсивно спорулирующие, зачастую с отчетливой зернистой поверхностной структурой. Если зрелые (7-суточные и старше) колонии на среде МЕА резко встряхнуть, то проклюнется большое число конидий. Будучи членом подрода Penicillium, P. crustosum образуют крупные, трех-мутовчатые кисточки на длинных ножках с шероховатыми стенками. Конидии крупные, гладкостенные, сферической формы, размером 3,0-4,0 мкм. Физиология этого вида изучена недостаточно, но она должна быть сходной с физиологией близкородственного вида P. expansum.

Идентификация P. crustosum очень важна, поскольку эта плесень является основным продуцентом пенитрема А, сильного нейротоксичиого микотоксина. Когда его в малых дозах давали животным, он вызывал длительную дрожь, а увеличение дозировки быстро приводили к летальному исходу. Известны также редкие заболевания у людей.

Другой широко распространенный вид, P. glabrum, уже был описан ранее. Встречается он в самых разных пищевых продуктах - сырах, маргаринах, а также в различных концентратах.

Различные виды плесеней рода Aspergillus достаточно широко распространены и вызывают порчу пищевых продуктов. Их способность расти при низких значениях активности воды и в теплом климате на широком спектре субстратов обеспечивает возможность их присутствия практически на всех складах пищевых продуктов. Хотя они и не являются самыми ксерофильными (это «звание» носит Xeromyces bisporus), они неприхотливы и могут расти на самых разных пищевых и непищевых субстратах, включая кожу, бумагу, музейные артефакты и т. д. Кроме того, аскоспоры видов телеоморфиого рода Eurotium более стойки, чем конидии, к воздействию тепла, УФ-излучению и высокому давлению, хотя и уступают по теплостойкости аскоспорам Neosartorya, Byssochlamys или Talaromyces.

Большинство грибов, встречающихся при хранении сухих сельскохозяйственных культур, относятся к роду Aspergillus и родственным ему телеоморфам. Тем не менее хранящееся сырье и переработанные пищевые продукты зачастую характеризуются своей особой микробиотой, состоящей из лигированного характерного сообщества микроорганизмов. Это относится и к плесеням, присутствующим в той среде, в которой производится данный пищевой продукт поскольку присутствие определенных плесеней может быть обусловлено как составом производимого продукта, так и местоположением, архитектурой и техническим обслуживанием здания предприятия.

Altemaria spp. образуют характерные темно-коричневые или черные колонии с булавовидными спорами, видимыми под .микроскопом. Споры имеют горизонтальные и вертикальные перегородки, образуя цепочки. Представители этого рода встречаются в основном на растущих растениях и на свежем хранящемся зерне, но могут также вызывать гниль свежих ягод и овощей.

Aureobasidium pullulans - это черный дрожжеподобный гриб, образующий вначале розовые, мукоидные (слизеподобные) колонии, в которых через 1-2 нед. обычно появляются темные или черные области. Из гиф или коротких выростов на гифах образуется большое количество дрожжеподобиых конидий. Гифы, обычно слегка искривленные, могут быть бесцветными (стекловидными) или окрашенными в насыщенный зеленовато-коричневый цвет. Этот микроорганизм является широко распространенным сапрофитом, часто обнаруживаемым в пищевых продуктах, но редко вызывающим их порчу. В некоторых замороженных пищевых продуктах он, по-видимому преобладает, но при температурах морозильных камер порчу не вызывает.

Рассмотрим наиболее распространенные плесени, вызывающие порчу пищевых продуктов, которые представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Плесени, вызывающие порчу пищевых продуктов и ассоциируемые с ними продукты питания или среды

Тип пищевых продуктов или среда

Примеры типичных плесеней, вызывающих порчу пищевых продуктов

Сыр

Scopulariopsis (обычно на корке), Cladosporium spp.

Сгущенное молоко (с сахаром)

Wallemia sebi

Сухие травы и специи

Wallemia sebi, Chaetomium globosum

Жиры и спреды с низким содержанием жира

Cladosporium spp.

Чеснок и лук

Botrytis aclada (B. allii)

Пищевые продукты с низким значением аw (зерновые завтраки, кондитерские изделия, джемы и пресервы)

Chrysosporium spp., Xeromyces bisporus

Орехи

Alternaria spp.

Пастеризованные пищевые продукты

Fusarium oxyspomm

Томаты

Alternaria spp., Stemphylium spp.

Ягоды и овощи

Botrytis cinerea, Alternaria spp., Geotrichum candidum

Воздух производственных помещений

Разные виды плесеней, чаще всего Cladosporium spp.

Оборудование и трубопроводы

Geotrichum candidum (прежде называвшиеся Oidium lactis и Oospora lactis)

Chaetomium spp. - эти аскомицетовые грибы образуют на агаре небольшие черные, рельефные спороносные структуры - перитеции, окруженные темными радиальными гифами и содержащие овальные коричневые аскоспоры. Представителей этого рода часто обнаруживают в зерне, рисе, бобах и орехах из тропических зон, а также на специях (например, на перце), порчу которых они время от времени вызывают при проблемах с контролем содержания влаги.

Chysonilia sitophila (ранее Моnilia sitophila) - так называемая «красная хлебная плесень» С. sitophila была широко распространена в пекарнях и на хлебобулочных изделиях, вызывая их порчу, выражавшуюся в розоватой окраске. Растущие колонии обычно заполняют чашку Петри, и споры в большом количестве могут сбрасываться за края чашки, что приводит к обширной контаминации лабораторных инкубаторов. Дрожжеподобные споры образуются на недифференцированных гифах (артроконидии). В результате широкого применения консервантов, в частности, пропионата кальция, во второй половине XX в. эта плесень стала встречаться гораздо реже, однако в последнее время из-за сокращения применения консервантов под давлением потребителей она вновь стала появляться.

Cladosporia — это весьма характерные плесени, обнаруживаемые в самых разных местах. На культуральной среде они образуют темно-зеленые бархатистые колонии.

Спороносные структуры состоят из тонких древовидных, ветвящихся гифов, оканчивающихся гладкими или шероховатыми сферическими или овальными спорами, но эти структуры на предметном стекле микроскопа обычно распадаются, так что видна смесь отдельных спор и удлиненных поддерживающих клеток. Cladosporia широко распространены на растительном сырье и в воздухе производственных помещений, из которого они легко выделяются и используются в качестве индикаторов состояния воздушной среды на пищевых предприятиях. Они могут вызывать гниль некоторых фруктов и овощей, а благодаря своей способности расти при температурах на несколько градусов ниже нуля (психротрофы), они могут встречаться и на пищевых продуктах глубокого охлаждения. Эти виды обычно портят жирные или белковые пищевые продукты, например, мясные полутуши, на которых появляются черные пятна, сыр и масла с низким содержанием жира.

1.1.3.3 Порча продукции под действием бактерий

Бактерии рода Bacillus и близкородственные им виды являются типичной причиной порчи, прежде всего, слабокислых пищевых продуктов (рН > 4,6), подвергаемых низкотемпературной пастеризации и затем охлаждаемых, а также подвергаемых промышленной стерилизации (например, молоко после кратковременной высокотемпературной обработки), и кислых пищевых продуктов, которые после пастеризации хранят при температуре окружающей среды. Представители рода Bacillus spp. и близкородственные им микроорганизмы вызывают порчу благодаря их протео-, липо-, сахаро- или пектолитической активности. Сырье (овощи, мясо и молоко) бывает контаминировано ими изначально, и эндоспоры выдерживают тепловую обработку.

В пастеризованном молоке и сливках обнаружены психротрофные штаммы Bacillus spp., способные размножаться при температуре 1-4 °С. Эти микроорганизмы в широком ассортименте молочных продуктов (например, в молоке, сливках и сыре) дают сильные посторонние привкусы (горечи, гнили, плесени, прогорклости, фруктов, дрожжей и кислоты). Bacillus spp. (в частности, В. sphaericus, В. subtilts, В. lentus и В. cereus, а также близкородственные им (например, Br. laterosporus, P. macerans, P. polymyxa) обычно ассоциируются с пороками вкуса пищевых продуктов. К другим дефектам относятся «сладкое» свертывание молока и образование комков в сливках под действием В. cereus и В. cereus var. mycoides вследствие воздействия лецитиназы на фосфолипиды, и именно они определяют срок годности пастеризованного молока и молочных продуктов длительного хранения. В настоящее время основным лимитирующим фактором увеличения срока годности жидких молочных продуктов, пастеризованных традиционным способом, более 14 сут является их бактериальная порча под действием теплостойких психротрофных грамположительных бактерий, представленных в основном видами Paenibacillus и Bacillus. В ходе недавно проведенного исследования контаминации спорами молока и различных способов термообработки большинство восстановленных изолятов были идентифицированы как В. mycoides, в связи с чем был сделан вывод, что этот микроорганизм может играть более важную роль в «сладком» свертывании молока, чем считалось ранее.

Большую роль G. stearothermophilus и В. coagulans играют в плоскокислой порче сгущенного молока, а в более поздней работе утверждается, что этот тип порчи вызывается также В. subtilis, В. licheniformis и В. macerans. Считается, что к ферментам, ответственным за порчу, относятся эстераза, эстеразлиназа, липаза, валинаминопептидаза, фосфоамидаза, p-глюкуронидаза и (3-глюкозидаза. В. coagulans также ассоциируют с порчей сгущенного молока, приводящей к его затвердению (отсюда и название — В. coagulans) под действием высокой концентрации молочной кислоты. Известны случаи порчи молока после кратковременной высокотемпературной обработки под действием В. sporothermodurans, но они довольно редки из-за неспособности этих микроорганизмов продуцировать кислоты при размножении, то есть их размножение обычно не приводит к заметной порче.

О плоскокислой порче продуктов на базе томатов сообщалось намного раньше, и первая связь В. coagulans (называвшихся в те времена В. thennoacidurans). В 1920-х гг. при производстве продуктов из томатов предполагалось, что для обеспечения стерилизации, учитывая низкое значение рН этих продуктов, достаточно температуры кипения, однако многочисленные случаи порчи в 1931 г. заставили Р. Берри провести исследования для определения их причины. Был сделан вывод, что В. coagulans, возможно, также дают тот же тип порчи спаржи, кукурузы, лимской фасоли и зеленого горошка. Этот микроорганизм не образует газ, может размножаться при низких значениях рН и продуцирует кислоту из различных сахаров. Именно поэтому он несет ответственность за огромные экономические потери, поскольку такую порчу трудно обнаружить даже после вскрытия консервных банок (контейнеров), а его присутствие трудно прогнозировать. Хотя порча консервированных пищевых продуктов под действием «плоскокислых» бактерий в промышленно развитых странах больше не представляет особой проблемы, сообщения о В. coagulans как причине порчи молочных и слабокислых консервированных пищевых продуктов продолжают поступать.

Geobacillus stearotherm.oph.ilus были впервые идентифицированы как возможная причина порчи консервированной кукурузы и стручковой фасоли с волокном. Позднее их действию приписали порчу зеленого горошка и спаржи, а если они присутствуют на пищевом предприятии, то могут размножаться в теплых промежуточных резервуарах, бланширователях и теплых накопителях для дозирования, мыть которые довольно трудно.

Известны случаи порчи консервированных фруктов вследствие газообразования — ответственны за них P. macerans, P. polymyxa и В. licheniformis (консервированная мякоть манго). Картофельная болезнь хлеба вызывается ростом Bacillus spp., а именно В. subtilis, В. lichenif ormis, B.pumilus, В. megaterium и В. cereus. Споры этих микроорганизмов, зачастую присутствующие в муке и, как следствие, на хлебопекарном оборудовании, выживают в центре выпеченного изделия. Картофельная болезнь сопровождается развитием садкого фруктового запаха или запаха гниющих фруктов или испорченного сыра. По мере роста этих микроорганизмов в центре хлеба образуется клейкая структура, в которой формируются тонкие нити. Картофельная болезнь хлеба остается серьезной проблемой в странах с жарким климатом, в частности, в ЮАР. Кроме того, Paenibacillus circulans и В. subtilis продуцируют нелетучую кислотность вин.

Некоторые виды, например, В. subtilis, P. polymyxa и некоторые клостридии, продуцирующие пектиназы, в частности, внеклеточные эндопектатлиазные ферменты, способны разрушать растительные ткани, что приводит к их размягчению и образованию постороннего запаха. Этой порче подвержены многие овощи, включая корнеплоды, крестоцветные, пасленовые, тыквы и репчатый лук.

Первым продуктом, порча которого была связана с Alicyclobacillus spp., стал немецкий яблочный сок. С тех пор на эти микроорганизмы стали обращать внимание в соковой промышленности, и в настоящее времени известны случаи порчи соков в Великобритании, Австралии, Японии и США. Проведенное обследование выявило наличие серьезной проблемы (с ней сталкивались 35% респондентов, занятых производством фруктовых соков). Порче подвергались яблочный сок, нарезанные консервированные томаты, апельсиновый сок, холодный чай («чай со льдом»), клюквенно-яблочной напиток и грушевый сок. Порча под действием Alicyclobacillus spp. характеризуется образованием постороннего запаха, которые описывают как «лекарственный», «антисептический», «дымный», «фенольный» или «ветчинный». Основным метаболитом при этом являются гваяколь, 2,6-дибром- и 2,6-дихлорфенол. Порча обнаруживается лишь после вскрытия упаковки, так что обычно она остается не обнаруженной до тех пор, пока не поступит рекламация от потребителя.

Ассортимент пищевых продуктов, которые подвергаются порче анаэробными спорообразующими бактериями, довольно широк — это сырье, продукты, не прошедшие тепловую обработку, а также термообработанные продукты. Характерной особенностью порчи под действием анаэробных спорообразующих бактерий является низкий окислительно-восстановительный потенциал продукта и устранение (или ингибироваиие) микроорганизмов-конкурентов в результате тепловой обработки или благодаря свойствам пищевого продукта.

Мясное сырье и мясные продукты после тепловой обработки в вакуумной упаковке (говядина, баранина, свинина и оленина) подвергаются порче различными психротолерантными клостридиями. Это относительно недавние данные, так как ранее считалось, что клостридии в порче мяса играют лишь второстепенную роль. Мясо в вакуумной упаковке зачастую довольно долго хранят при температурах глубокого охлаждения, и психротолерантные клостридии продуцируют большие количества газа и бутиловых эфиров. В начале XX века порча глубинных тканей соленых окороков была вполне обычной, и этот тип порчи вызывался такими микроорганизмами, как С. putrefaciens и С. algidicarnis. В результате потери составляли 0,1-0,25% от общего количества соленых окороков (3 млн/г), производимых в США. Интересно, что «ниша» для развития этих психротолерантных анаэробных микроорганизмов способствовала совершенствованию холодильного хранения охлажденного мяса и технологии его упаковки.

Clostridium sporogenes вызывают порчу таких пищевых продуктов, как сыр, сгущенное молоко, мясо после тепловой обработки, консервированные овощи и рыба. Этот вид клостридий часто встречается в молоке и мясе. В отличие от других клостридий, ассоциируемых с порчей, С. sporogenes является иротео- и липолитическим видом. Известны случаи порчи консервированной мякоти манго в результате совместного роста В. licheniformis и С. sporogenes. Предполагается, что рост В. licheniformis повышает значение рН до уровня, достаточного для роста имеющихся С. sporogenes.

Clostridium butyncum наряду с С. pasteurianum несут ответствененность за порчу сыров, сгущенного молока и кислых (рН < 4,6) консервированных пищевых продуктов, в частности томатов и фруктов, в частности, соков (грушевого и абрикосового) и консервированных ананасов. Эти микроорганизмы способны размножаться при низких значениях рН (до 3,6), но они не столь термостойки, как В. coagulans. С. butyiicum довольно часто обнаруживают в молоке, и, как следует из их названия, они продуцирует масляную кислоту, являясь при этом весьма саха- ролитическим (не протеолитическим) микроорганизмом. Изменения в сгущенном молоке, вызываемые клостридиями, описаны в работе. Кроме того, С. butyricum вызывает также порчу вин, придавая им прогорклый привкус из-за образования масляной кислоты.

С. tyrobutyricum представляет значительный интерес для молочной промышленности, поскольку являются основной причиной структурных и органолептических дефектов сыров («позднее вспучивание» сыра) из-за образования больших количеств газа (диоксида углерода и водорода), масляной и уксусной кислот. Дефект «позднего вспучивания», являющийся следствием прорастания спор С. tyrobutyricum, чаще всего встречается у рассольных твердых и полутвердых сыров (например, Гауда, Эдам, Эмменталь, Грюйер). Этому способствует повышенные значения рН и содержания влаги, а также низкое содержания соли во внутренней части сыра. Плавленые сыры бывают подвержены позднему вспучиванию, поскольку споры во время обработки не инактивируются. Содержание масляной кислоты более 200 мкг/дм3 дает выраженные посторонние привкусы, снижающие качество сыра. В некоторых случаях газ образуется в таких количествах, что он может разрушить всю структуру сыра. Основным видом клостридий, ответственным за «позднее вспучивание» сыра, считается С. tyrobutyricum. Предполагается, что они попадают в сыр с молоком, контаминированным фекалиями коров. Поскольку присутствие С. tyrobutyricum в фекальном материале обусловлено потреблением животными зараженного силоса, то, если молоко предназначено для производства сыра Эмменталь, кормление молочных коров силосом в Швейцарии и Германии запрещено.

Сырые овощи, в частности картофель, бывают подвержены мягкой гнили, вызываемой С. рипгсеит и другими видами клостридий. Ряд их морфологических типов уже описан, но они нуждаются в дополнительной характеризации. Предполагается, что некоторые штаммы вызывают слизистую гниль, а некоторые психротолерантные штаммы могут продуцировать пектатлиазу.

Термофильные анаэробы, в частности Thermoanaerobacterium thermosaccharolytiсит (прежде называвшийся С. thermosaccharolyticum) и Desulfotomaculum nigrificans вызывают порчу слабокислых пищевых продуктов. D. nigrificans вызывают сульфидную порчу продуктов с высокими значениями рН, включая консервированные сладкую кукурузу, зеленый горошек, грибы и продукты с ними, а также моллюски (клемы). Поскольку H2S, образующийся в упаковках испорченных продуктов, растворим, то этот газ не вызывает вздутия контейнеров и зачастую не обнаруживается (иногда H2S приводит к почернению продукта). D. nigrificans вызывает порчу только в тех случаях, когда температура продукта (например, 55-65 °С) достаточна для роста микроорганизма, и этот тип порчи в настоящее время встречается довольно редко, хотя недавно наряду с С. thermoaceticum он был обнаружен в кофе, реализуемом в горячем виде через торговые автоматы, и в японском напитке «сируко» (безалкогольный напиток, изготавливаемый из красной фасоли и тростникового сахара).

Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum также могут вызывать порчу кислых и подкисленных продуктов (например, содержащих томаты и фрукты, а также продукты, содержащие в качестве ингредиента крахмал, например, спагетти). Порче могут подвергаться и другие пищевые продукты, в том числе консервированные сладкий картофель, тыква, зеленые бобы, грибы, спаржа, овощные супы и корма для домашних животных. Этот микроорганизм может размножаться при температуре до 32 °С, однако порча обычно наблюдается у тех продуктов, которые длительное время хранились при 37 °С и выше, а также у тех, которые были охлаждены недостаточно быстро. К этому типу порчи особенно чувствительны продукты, реализуемые в горячем виде через торговые автоматы (например, напитки или супы), так как в некоторых ингредиентах, в частности в бульонных кубиках, мясном экстракте и дрожжевом гидролизате образуется большая численность бактерий. Такой тип порчи встречается достаточно часто.

До сих пор вклад представителей семейства Enterobacteriaceae в порчу пищевых продуктов несколько недооценивался, поскольку основное внимание уделялось патогенности некоторых их видов и штаммов. Исключением являются Erwina spp. и другие роды, важные для сельского хозяйства, хотя в настоящее время стало уделяться больше внимания и экономическим потерям в пищевой промышленности вследствие порчи пищевых продуктов.

Порча пищевых продуктов бывает микробиологической, биохимической и химической. Она происходит в результате сложного взаимодействия разнообразных внутренних и внешних факторов, связанных с конкретным пищевым продуктом [2].

1.2 Способы борьбы с микроорганизмами

1.2.1 Физические способы борьбы

Защита производственной среды от технически вредной микрофлоры является одной из наиболее важных задач ресурсосбережения и предотвращения потерь от биоповреждений, связанных с порчей сырья и готовой продукции.

К микробиологическим опасным факторам относят микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, грибы, микроводоросли, простейшие и др.) и продукты их метаболизма (антибиотики, мико- и бактериальные токсины, нитрозамины и др.). Бактерии и грибы являются основными возбудителями заболеваний человека, вызывающими токсикозы и токсикоинфекции.

Технически вредные микроорганизмы представляют угрозу для технической и технологической безопасности производства, оказывают негативное влияние на качество, безопасность и конкурентоспособность готовой продукции,  вызывают биоповреждения конструкций, оборудования и нарушение технологических процессов.

Одним из принципов производства безопасной продукции является обеспечение надлежащего санитарно-микробиологического состояния производства. Это вызывает необходимость использования различных способов борьбы с микроорганизмами. Существует две области борьбы с микроорганизмами: асептика и антисептика.

Асептика - система мер, направленных на предотвращение загрязнения пищевых продуктов микроорганизмами. К ним относят: соблюдение санитарно-микробиологических правил и норм чистоты производства и личной гигиены, санитарно-гигиеническая обработка оборудования, помещений, рук персонала.

Антисептика - совокупность мероприятий, направленных на предотвращение развития микроорганизмов, в уже загрязненной микроорганизмами среде. Антисептика включает физические, химические и биологические способы борьбы с микроорганизмами.

К наиболее распространенным физическим способам борьбы с микроорганизмами относятся:

- высушивание;

- хранение в регулируемой газовой среде;

- тепловая обработка (пастеризация и стерилизация);

- охлаждение;

- различные виды излучения и др.

Высушивание используется для борьбы с микроорганизмами при консервировании плодов и овощей. Сушка приводит к анабиозу микроорганизмов – ксероанабиозу.  Если влажность плодов и овощей доводят до 8-25%, то клетки микроорганизмов осмотически отдают влагу и происходит их плазмолиз. Жизнедеятельность самих плодов и овощей по этой же причине прекращается. К достоинствам сушки как способа консервирования относятся простота оборудования, удобство хранения и транспортирования продукта.

При хранении сырья в регулируемой газовой среде создаются условия для наркоанабиоза. При отсутствии регулирования состава газовой среды в помещении для хранения продуктов кислород постепенно расходуется на дыхание, накапливается диоксид углерода и начинается анаэробное дыхание с дальнейшим накоплением углекислоты и образованием этилового спирта. Однако при концентрации диоксида углерода 10% дыхание плодов и микроорганизмов полностью не прекращается, а только замедляется (наркоанабиоз). Сложность заключается в том, что для разных видов сохраняемой продукции нужен разный состав газовой фазы. Чтобы обеспечить оптимальные условия для каждого вида продукции, применяют хранение растительного сырья в пленках, избирательно проницаемых для разных газов.

Тепловая обработка – это обязательная технологическая операция, целью которой является обеззараживание продукта при максимальном сохранении его исходных свойств, пищевой и биологической ценности. Различают два вида тепловой обработки – пастеризацию и стерилизацию.

Целью пастеризации является уничтожение вегетативных форм микроорганизмов, прежде всего патогенных. Обязательным условием пастеризации является гибель термоустойчивой туберкулезной палочки, но поскольку определение возбудителя туберкулеза - задача сложная, эффективность пастеризации определяют по гибели не менее термостойкой кишечной палочки.

Эффект пастеризации зависит от температуры и продолжительности тепловой обработки. В зависимости от этих факторов различают следующие режимы пастеризации: длительная - температура 60-63°С, выдержка 30 мин; кратковременная - температура 74-78°С, выдержка 20 с; моментальная - температура 85-87°С или 95-98°С без выдержки, Жировые и белковые вещества оказывают защитное действие на клетки микроорганизмов, поэтому для продуктов с повышенным содержанием жира и сухих веществ (сливки, смесь для мороженого) температура пастеризации должна быть на 10—15°С выше по сравнению с температурой пастеризации молока.

Стерилизация проводится при температурах выше 100°С с целью уничтожения как вегетативных, так и споровых форм микроорганизмов.

Наиболее распространена непрерывная стерилизация, когда продукт в потоке подвергают ультравысокотемпературной обработке (УВТ) при температуре 130-150°С в течение нескольких секунд, после чего фасуют в асептических условиях в стерильную тару.

Нагрев продукта может быть прямым - путем смешивания с теплоносителем (паром) или косвенным - через теплопередающую поверхность. Прямой нагрев осуществляется мгновенно и физико- химические изменения компонентов молока при этом наименьшие. Недостатками такого нагрева являются низкий коэффициент регенерации теплоты и повышенные требования к качеству пара. При нагреве через теплопередающие поверхности на них быстро образуется пригар.

Способ борьбы с микроорганизмами - охлаждение - чаще всего используется в мясоперерабатывающей промышленности. На поверхности мяса и мясопродуктов, поступающих на холодильную обработку, находятся мезофильные и психрофильные микроорганизмы. По мере снижения температуры отмирают сначала мезофилы (Salmonella, Staphylococcus), а затем многие психрофилы (плесневые грибы, дрожжи). Однако даже после длительного хранения некоторая часть микроорганизмов остается жизнеспособной, среди них могут быть патогенные и микроорганизмы с токсичными свойствами. Первым признаком порчи мяса является появление слизи на поверхности вследствие развития плесневых грибов, в дальнейшем из-за развития гнилостных бактерий и распада белков резко ухудшаются органолептические свойства мяса, а наличие патогенных микроорганизмов и образование токсичных веществ могут стать причиной пищевых отравлений.

Видимый (рассеянный) свет, имеющий длину волны 300-1000 нм, обладает способность угнетать рост и жизнедеятельность большинства микроорганизмов. В связи с этим культивирование микроорганизмов осуществляют в темноте. Видимый свет положительно влияет только на бактерии, которые используют свет для фотосинтеза. Прямые солнечные лучи действуют на микроорганизмы более активно, чем рассеянный свет. Бактерицидное действие света связано с образованием гидроксильных радикалов и других высокореактивных веществ, разрушающих вещества, входящие в состав клетки. Например, происходит инактивация ферментов. Микроорганизмы-сапрофиты более устойчивы к воздействию света, чем патогенные. Это объясняется тем, что они, чаще подвергаясь действию прямых солнечных лучей, более адаптированы к ним. В связи с этим следует отметить большую гигиеническую роль солнечного света. Именно под воздействием солнечного излучения происходит самоочищение воздуха, верхних слоев почвы и воды.

Ультрафиолетовое излучение с длиной волны 295-200 нм является бактерицидно активным, то есть способным губительно действовать на микроорганизмы. Механизм действия ультрафиолетового излучения заключается в его способности частично или полностью подавлять репликацию ДНК и повреждать рибонуклеиновые кислоты (особенно мРНК). Ультрафиолетовое излучение широко применяют для санации воздуха в животноводческих помещениях, в лабораториях, в промышленных цехах, микробиологических боксах. Для дезинфекции воздуха промышленность выпускает различные лампы. В животноводческой практике широко применяют установки ИКУФ-1, как источник ультрафиолетового и инфракрасного излучения.

Ионизирующее (рентгеновское) излучение представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0,006-10нм. В зависимости от длины волны различают гамма-излучение, бета-излучение и альфа-излучение. Наиболее активным действие на биологические объекты отличается гамма-излучение, но даже его бактерицидные свойства значительно ниже, чем бактерицидные свойства ультрафиолетового излучения. Гибель бактерий наступает только при облучении их большими дозами от 45000 до 280000 рентген. Отдельные виды способны выживать в воде атомных реакторов, где величина радиоактивного облучения достигает 2-3 млн. рентген. Более того, получены данные, что воздействие небольших доз  гамма-излучения на патогенные микроорганизмы, способны усилить их вирулентные свойства. Механизм действия рентгеновского излучения заключается в поражении ядерных структур, в частности нуклеиновых кислот цитоплазмы, что приводит к гибели микробной клетки или изменению ее генетических свойств (мутации) [4].

1.2.2 Химические способы борьбы

Влияние химических веществ на микроорганизмы различно. Оно зависит от химического соединения, его концентрации, продолжительности воздействия. В малых концентрациях химическое вещество может являться питанием для бактерий, а в больших — оказывать на них губительное действие. Например, соль NaCl в малых количествах добавляют в питательные среды. Так же существуют галофильные микроорганизмы, которые предпочитают соленую среду. В больших концентрациях NaCl задерживает размножение микроорганизмов. Для примера можно привести консервирование в быту: при недостаточном количестве соли баллоны с овощами могут "взрываться".

Многие химические вещества используются в медицине в качестве дезинфицирующих средств. К ним относятся фенолы, соли тяжелых металлов, кислоты, щелочи. К наиболее распространенным дезрастворам относят хлоросодер-жащие соединения: хлорная известь, хлорамин Б, дихлор-1, сульфохлорантин, хлорцин и др. Активность дезинфицирующих веществ не одинакова и зависит от времени экспозиции, концентрации, температуры. В качестве контрольных микроорганизмов для изучения действия дезрастворов используют S. typhi и S. aureus. Для дезинфекции могут использоваться кислоты: 40% раствор уксусной кислоты для обеззараживания обуви. Виды дезинфекций: профилактическая— для предупреждения и распространения инфекций; текущая — при возникновении эпидемического очага и заключительная — после окончания эпидемической вспышки.

Некоторые химические вещества используются в качестве антисептиков. Антисептики — это противомикробные вещества, которые используются для обработки биологических поверхностей. Антисептика — это комплекс мероприятий, направленных на уничтожение микробов в ране или организме в целом, на предупреждение и ликвидацию воспалительного процесса. К антисептикам относятся:

- препараты йода (спиртовый раствор йода, йодинол, йодоформ, раствор Люголя);

- соединения тяжелых металлов (соли ртути, серебра, цинка);

- химические вещества нитрофуранового ряда (фуразолидон, фурациллин);

- окислители (перекись водорода, калия перманганат);

- кислоты и их соли (салициловая, борная);

- красители (метиленовый синий, бриллиантовый зеленый).

Из неорганических соединений наиболее сильно действуют на микроорганизмы соли тяжелых металлов: ртути, меди, золота. Бактерицидное действие оказывают многие окислители (хлор, йод, перекись водорода, марганцевокислий калий). Хлор оказывает сильное действие на микроорганизмы, как в форме газа, так и в виде растворов хлорной извести, хлорамина и др. хлорсодержащих препаратов, что используют для дезинфекции питьевой воды, на пищевых предприятиях для дезинфекции оборудования, инвентаря. Особую чувствительность микробы проявляют к металлическому йоду и растворам йода в йодистом калии (раствор Люголя). К перекиси водорода особо чувствительны стрептококки, стафилококки. Губительное действие оказывают азотнокислое серебро, борная кислота. Перечисленные вещества широко используют в медицине в качестве антисептиков.

Микроорганизмы, особенно гнилостные, впадают в анабиоз в кислой среде или в среде, содержащей спирт. Это используют при мариновании, квашении и спиртовании продукции. При мариновании кислота (уксусная, лимонная) вносится в продукт, при квашении капусты, солении огурцов и томатов, мочении яблок в результате протекающего молочнокислого брожения образуется молочная кислота (1-2%), которая предохраняет продукт от порчи.

Уничтожить микроорганизмы и тем самым предохранить продукт от порчи позволяет применение консервантов. При этом к ним предъявляется ряд требований: в применяемых токсичных для микроорганизмов дозах они должны быть безвредными для человека, должны оставаться в продукте в течение всего срока хранения, не должны взаимодействовать с компонентами пищевого продукта и оказывать влияние на его органолептические свойства, не должны реагировать с материалами оборудования и тары. Перечень консервантов, разрешенных к применению при производстве пищевых продуктов в республике, приведен в Санитарных правилах и нормах «Гигиенические требования к качеству и безопасности пищевых добавок и их применению» СанПиН 13-10 РБ 2002, там же оговорены максимально допустимые уровни каждого из консервантов в разных пищевых продуктах и продовольственном сырье. Наиболее широко применяют такие консерванты, как сорбиновая и бензойная кислоты и их соли, диоксид серы, сульфиты и др.

Консервантами, имеющими биологическое происхождение, являются антибиотики, которые продуцируют микроорганизмы, и фитонциды, содержащиеся в луке, чесноке, хрене, горчице и др. Антибиотики оказывают консервирующее действие в гораздо меньших дозах, чем химические консерванты. Однако проблема заключается в том, что систематическое применение антибиотиков приводит к появлению устойчивых к ним рас микроорганизмов, а это обесценивает их терапевтическое действие. Поэтому к применению в пищевой промышленности разрешен только низин [4].

1.3 Влияние газового состава воздуха на сохранность пищевых продуктов

1.3.1 Регулируемая газовая среда и химическое окисление веществ

При хранении плоды и овощи «живут» за счет накопленных ими в процессе вегетации пластических и энергетических питательных веществ, в связи с чем основной принцип длительного хранения продукции такого рода сводится, прежде всего, к максимально возможному торможению расхода питательных веществ на дыхание самими объектами хранения.

Интенсивность дыхания, являясь одним из объективных показателей скорости созревания, старения и, в целом, пригодности для хранения различных видов и сортов плодов и овощей, может существенно изменяться в зависимости от условий хранения. На возможности снизить до минимума интенсивность дыхания и основано традиционное хранение плодов и овощей в холодильниках при температуре близкой к 0°С. В таких условиях не только замедляется процесс дозревания и перезревания плодов, но и подавляется жизнедеятельность фитопатогенной микрофлоры. Однако не все плоды и овощи хорошо выдерживают низкую температуру. Это, по-видимому, связано с тем, что при низких температурах обычная концентрация кислорода в 21 % становится избыточной и приводит к активизации процессов окисления полифенолов. Внешне это проявляется в побурении плодов, что свидетельствует о функциональных расстройствах в обмене веществ и возникновении физиологических заболеваний.

Нарушения в обмене веществ, вызванные снижением температуры хранения, могут также приводить к избыточному накоплению в тканях плодов ацетальдегида и спирта. Эти легколетучие вещества, обжигающе действуя на ткани, являются причиной побурения мякоти плодов. Исследованиями установлено, что хранение некоторых сортов яблок (например Алмаатинского зимнего) при 4 °С не вызывает побурения мякоти, тогда как при 0°С за 6 мес хранения 20 % плодов того же сорта имеют побуревшую мякоть. Содержание в них ацетальдегида в 4—5 раз выше, чем при закладке на хранение.

Исследования и практический опыт показали, что сочетание преимуществ хранения плодов и овощей при низкой температуре (замедление процессов послеуборочного созревания, подавление жизнедеятельности фитопатогенных микроорганизмов) с действием измененной атмосферы позволяет устранить недостатки метода хранения с искусственным охлаждением в обычной газовой среде (возникновение функциональных расстройств).

Ниже рассматриваются основные положения теории хранения плодов и овощей в регулируемой газовой среде, разработанной отечественными учеными.

В послеуборочный период основным процессом, который связывает отделенные от материнского растения плоды и овощи с окружающей их средой, является дыхание. Установлено, что интенсивность дыхания снижается как при уменьшении до определенного уровня содержания кислорода, так и при повышении концентрации углекислого газа, являющегося продуктом дыхания. Подавляющее влияние углекислого газа на жизнедеятельность плодов и овощей проявляется при повышении его содержания в атмосфере до 3-10 % в зависимости от вида и сорта продукции. Эффективность кислорода как фактора замедления дыхания сказывается не ранее, чем при снижении его количества до 14 % при температуре 4-5 °С и до 10% при температурах, близких к 0°С. Дальнейшее снижение содержания кислорода до 3-2 % приводит к постепенному ослаблению дыхания без нарушения дыхательного коэффициента (ДК=1). При концентрации кислорода ниже 2 % у большинства видов плодоовощного сырья наблюдается некомпенсированное выделение С02, о чем свидетельствует резкое возрастание дыхательного коэффициента ДК>1- это является следствием преобладания анаэробного типа дыхания, в результате которого в растительных тканях накапливаются этиловый спирт и ацетальдегид. При токсических концентрациях этих соединений начинается физиологическая мацерация тканей. По мнению большинства исследователей, наиболее эффективно снижение содержания кислорода в атмосфере хранения до 2-3 %. Для углекислого газа также существуют критические концентрации, превышение которых ведет к функциональным расстройствам в обмене веществ. Обычно содержание его не должно превышать 10 %. Заметное же подавление интенсивности дыхания большинства плодов наблюдается при концентрации 5 % С02 и более.

В наибольшей степени дыхание плодов и овощей подавляется при одновременном понижении содержания кислорода и увеличении концентрации углекислого газа до оптимального уровня, установленного экспериментальным путем для каждого вида и сорта плодов и овощей. Жизнедеятельность последних в таких условиях снижается в 2-3 раза по сравнению с хранением в обычной атмосфере при той же температуре.

Не существует ни одного биохимического процесса в обмене веществ хранящихся плодов и овощей, на который не оказывало бы влияния изменение состава атмосферы. Например, при понижении содержания кислорода подавляется процесс биосинтеза фарнезена и продуктов его окисления, являющихся инициаторами загара плодов. Сесквитерпеновый углеводород - фарнезен - синтезируется в живых клетках эпидермиса и выделяется в кутикулу (поэтому в покровном воске его в 4—5 раз больше, чем в эпидермисе). Его накопление сопутствует созреванию и старению плодов. Это соединение имеет сопряженные двойные связи, поэтому легко образует гидроперекиси и перекиси, ответственные за побурение кожицы плодов. Гидроперекиси фарнезена частично подвергаются дальнейшему окислению в полимеры, образующие на отдельных участках поверхности плодов воздухонепроницаемые пленки. В результате ограничения доступа кислорода в тканях под пленками создаются анаэробные условия и накапливаются продукты анаэробного обмена — спирт и ацетальдегид.

Накопление гидроперекисей фарнезена губительно для плодов еще и потому, что они могут легко окислять полифенолы и аскорбиновую кислоту. В результате необратимого окисления полифенолов в клетке накапливаются коричневоокрашенные продукты их конденсации, обусловливая побурение плодов. Исчезновение естественного антиоксиданта - аскорбиновой кислоты - усугубляет этот процесс.

Как показали исследования последних лет, проведенные в основном на примере семечковых плодов, замедление синтеза фарнезена и процесса его окисления можно успешно решить путем разработки и применения сортовых режимов хранения в регулируемой газовой среде с пониженным содержанием 02 и повышенным количеством С02. Бывают, однако, и исключения. Например, для такого распространенного в средней полосе сорта яблок, как Антоновка, характерным видом порчи при хранении в условиях охлаждаемых складов в обычной среде является побурение кожицы. Надежды на устранение этого физиологического заболевания при хранении в атмосфере со сниженным содержанием кислорода и повышенной концентрацией углекислого газа не оправдались - плоды «горели» еще интенсивнее. В связи с этим установилось мнение, что этот сорт для хранения в регулируемой газовой среде не пригоден и не выносит повышенных концентраций С02. В условиях же минимального содержания С02 (не более 1 %) и 02 (2 %) процессы образования и окисления фарнезена в плодах Антоновки сильно угнетаются, в результате чего яблоки сохраняются на 3 мес дольше, чем на воздухе. Не выдерживают также повышенного содержания С02 в атмосфере сорта Розмарин белый, Кальвиль снежный и Старк Ред Голд.

В настоящее время известно, что даже для плодов одного и того же сорта, но выращенных в разных почвенно-климатических условиях, оптимальные режимы хранения в регулируемой газовой среде могут быть различны.

Действие повышенных концентраций С02 по сравнению со снижением 02 в атмосфере хранения имеет свою специфику и состоит, прежде всего, в торможении процесса декарбоксилирования органических кислот, что в свою очередь замедляет процесс дыхания плодов. В частности С02 подавляет активность малик-фермента (малатдегидрогеназы), катализующего реакцию декарбоксилирования. Благодаря подавлению дыхания и декарбоксилирования органических кислот в плодах лучше сохраняются углеводы, органические кислоты и другие питательные вещества. Если при хранении на воздухе за 6-7 мес сахаристость большинства зимних сортов яблок снижается на 20 % и более, то в оптимальном режиме регулируемой газовой среды за тот же срок хранения потери сахаров не превышают 2-3 % первоначального содержания. В условиях регулируемой газовой среды тормозится также гидролиз полисахаридов (осахаривание крахмала, гидролиз гемицеллюлоз, превращение протопектина в пектин), что отодвигает процесс размягчения плодов, способствует сохранению их структурной прочности и сочности. О том же свидетельствует более длительное сохранение зеленой окраски у плодов, поскольку в условиях регулируемой газовой среды подавляется распад хлорофилла. Снижение активности окислительных ферментов - полифенолоксидазы и аскорбинатоксидазы, обусловленное уменьшением концентрации 02 в газовой среде, способствует лучшему сохранению Р- и С-витаминной активности плодов, препятствуя одновременно побурению последних. При концентрациях 02 и С02, рекомендуемых для вида и сорта плодов и овощей, в регулируемой газовой среды наблюдается меньшее  накопление в их тканях ацетальдегида и спирта (продуктов анаэробного распада сахаров), что коррелирует с меньшим поражением плодов загаром. Но почему же при снижении кислорода в атмосфере хранилища, когда якобы создаются условия для анаэробного типа дыхания, в плодах обнаруживается меньше ацетальдегида и спирта, чем при хранении их в обычной газовой среде? Существующая теория объясняет это явление так. В растительных тканях как при обычном содержании, так и при недостатке кислорода имеют место аэробный и анаэробный типы дыхания. В условиях, когда подавляется процесс аэробного дыхания (при понижении концентрации 02 в атмосфере), тормозится и дыхание анаэробное. Что же касается ацетальдегида, то его образование зависит и от реакции декарбоксилирования, а она, как уже отмечалось, в условиях регулируемой газовой среды подавляется.

1.3.2 Влияние регулируемой газовой среды и СО2 на развитие микроорганизмов

Регулируемая газовая среда - это метод сохранения пищевых продуктов, основанный на замене воздуха другой газообразной средой. Спрос потребителей на свежие без добавок продукты привел к развитию метода регулируемой газовой среды для улучшения внешнего вида пищевых продуктов, уменьшения отходов и увеличения срока годности при хранении.

Среди распространенных охлажденных продуктов, выпускающихся в настоящее время в упаковке с регулируемой газовой среды, - говядина, рыба, морепродукты, домашняя птица, ракообразные, потроха, вареные и вяленые мясо и рыба, блюда из макаронных изделий, пицца, шашлык, сыр, вареные и нарезанные овощные продукты, молочные и хлебопекарные изделия, готовые блюда, целые и приготовленные свежие фрукты и овощи.

Газовые среды, применяемые в упаковке по методу регулируемой газовой среды (табл. 5) должны быть выбраны так, чтобы соответствовать конкретному пищевому продукту, но почти для всех продуктов это некоторая комбинация углекислого газа (С02), кислорода (02) и азота (N2).

Углекислый газ обладает бактериостатическими и фунгистатическими свойствами и замедляет рост плесени и аэробных бактерий. Сочетание отрицательных воздействий на различные ферментативные и биохимические пути ведет к увеличению лаг-фазы (периода задержки в размножении микроорганизмов) и продолжительности жизни одного поколения восприимчивых микроорганизмов, вызывающих порчу продуктов. Вместе с тем С02 не замедляет роста всех видов микроорганизмов.

Таблица 5 - Смеси газов для регулируемой газовой среды охлажденных пищевых продуктов

Охлажденный продукт

СО2,%

О2,%

N2,%

Мясо (черное/говядина)

15-20

60-85

0-10

Мясо (вяленое)

20-35

-

0-10

Мясо (вареное)

25-30

-

70-75

Потроха (сырые)

15-25

75-85

-

Домашняя птица (белое мясо)

20-50

-

50-80

Домашняя птица (темное/красноватое)

25-35

65-75

-

Рыба (белая)

35-45

25-35

25-35

Рыба (жирная)

35-45

-

55-65

Ракообразные и моллюски

35-45

25-35

25-35

Рыба (вареная)

25-35

-

65-75

Блюда из макаронных изделий (свежие)

25-35

-

65-75

Готовые блюда

25-35

-

65-75

Пицца

25-35

-

65-75

Киш (пирог с несладким заварным кремом и различной начинкой – овощами, морепродуктами и т.д.)

25-35

-

65-75

Мясные пироги/пирожки

25-35

-

65-75

Сыр (твердый)

25-35

-

65-75

Сыр (с плесенью)

-

-

100

Крем/сливки

-

-

100

Свежие фрукты/овощи

3-10

2-10

80-95

Овощи (вареные)

25-35

-

65-75

 Например, рост молочнокислых бактерий улучшается в присутствии С02 и при малом содержании 02. Углекислый газ мало влияет на рост дрожжевых клеток. Тормозящий (ингибирующий) эффект С02 увеличивается при низких температурах из-за его увеличивающейся растворимости в воде и образования слабой угольной кислоты. Практическое значение этого в том, что регулируемая газовая среда не исключает необходимости в охлаждении. Поглощение С02 сильно зависит от содержания в продукте воды и жира. Поглощение избытка С02 может уменьшить водоудерживающую способность мяса, что ведет к неприятным на вид потекам. Кроме того, некоторые молочные продукты могут приобретать привкус, а фрукты и овощи из-за высоких уровней С02 могут получать физиологические повреждения. Если продукты поглощают избыток С02, общий объем внутри упаковки уменьшается, и герметичная упаковка приобретает сплющенный вид. В регулируемой газовой среде для подавления роста аэробных микроорганизмов, вызывающих порчу продукта, и снижения скорости окислительной порчи продуктов уровни 02 обычно задают как можно ниже. Тем не менее существуют и исключения:

например, кислород необходим для дыхания фруктов и овощей, сохранения цвета в красном мясе (например, в говядине) или для устранения анаэробных условий в упаковках белой рыбы, полученных методом регулируемой газовой среды.

Азот является фактически инертным газом и имеет низкую растворимость как в воде, так и в жире. В регулируемой газовой среде N2 используется в основном чтобы вытеснить 02 для замедления аэробной и окислительной порчи. Азот выполняет также функции наполнителя для предотвращения сминания пачки. Другие газы (окись углерода, озон, этиленоксид, закись азота, гелий, неон, аргон, пропиленоксид, пар этанола, водород, сернистый газ и хлор) использовались в экспериментах или в ограниченных масштабах коммерчески для увеличения срока годности при хранении ряда пищевых продуктов. Например, было показано, что окись углерода очень эффективна для сохранения цвета красного мяса, сохранения красных полосок лососины и торможения порчи растительной ткани. Тем не менее коммерческое применение большинства из этих газов существенно ограничено из соображений безопасности, законодательных ограничений, отрицательных воздействий на органолептические свойства или экономических факторов.

Аргон (Аr) и закись азота (N20) определяются как прочие добавки и являются в Европейском Союзе разрешенными газами для применения в пищевой промышленности. Компания Air Liquide S.A. (Париж) стимулировала коммерческий интерес к потенциальным применениям метода регулируемой газовой среды с использованием аргона и (в меньшей степени) N20. В большом числе патентов Air Liquide утверждается, что по сравнению с молекулярным азотом аргон может более эффективно подавлять ферментативную активность, рост микроорганизмов и разрушительные химические реакции в некоторых скоропортящихся продуктах. Хотя Аr химически инертен, исследование Air Liquide показало, что он не оказывает биохимического эффекта (вероятно, из-за его сходства по атомному размеру с молекулярным кислородом и его более высокой плотности и растворимости в воде по сравнению с N2 и 02). Поэтому Аr, вероятно, более эффективен в вытеснении 02 с его позиций в клетках и ферментных рецепторах 02. Как следствие, высока вероятность подавления реакций окислительной порчи. Кроме того, считается, что Аr и N20 делают микроорганизмы более чувствительными к противомикробным веществам. Эта возможная сенсибилизация пока не вполне понятна, но может быть связана с изменением подвижности мембран стенок клетки микроорганизмов, которое влияет на функции и характеристики клетки. Очевидно, что для лучшего понимания потенциального положительного влияния Аr и N20 необходимо независимое исследование.

1.4 Модели описания хранения продукции и ее порчи

1.4.1 Кинетика размножения микроорганизмов в процессе хранения продукции

Продуктивность процесса культивирования микроорганизмов зависит от скорости роста популяции микроорганизмов, параметров культивирования, состава питательного субстрата и т. д. То есть процесс культивирования микроорганизмов многофакторный и однозначно математически его выразить сложно. Для его описания различные авторы использовали различные уравнения.

Наиболее простое и широко используемое количественное описание влияние концентрации субстрата на скорость роста микроорганизмов было дано в работах Моно. Он ввёл понятие «урожайность», которое сейчас называется экономическим коэффициентом роста –.

Под экономическим коэффициентом Y понимают отношение величины прироста биомассы к количеству потреблённого субстрата питательной среды.

Это понятие позволило связать концентрации биомассы и субстрата, меняющиеся во времени, и явилось одним из фундаментальных положений кинетики микробиологических процессов.

Наличие данной зависимости между приростом биомассы и потреблением субстрата позволило Моно предложить следующее уравнение:

,                                                      (1)

Где m - удельная скорость роста микроорганизма, ч-1; mm - максимальная удельная скорость роста, определённая в эксперименте, ч-1; S - концентрация субстрата, кг/м3; Ks - константа насыщения, при которой скорость накопления биомассы составляет ½ максимальной, кг/м3.

Форма уравнения взята по аналогии с уравнением Михаэлиса-Ментен из кинетики ферментативного гидролиза.

В процессе культивирования микроорганизмов выделяются продукты метаболизма, которые оказывают тормозящее действие на процесс ферментации.

Для учёта роли субстрата и действия продуктов в реакции биосинтеза обычно используют уравнение Моно-Иерусалимского:

                        (2)

Где Kps – константа, определяемая эксперементально и зависимая от вида и физиологических особенностей микроорганизма; α – коэффициент выхода i-го продукта по j-му субстрату.

Для двухкомпонентных субстратов, один из которых глюкоза, а другой ксилоза, на основании «принципа минимума» лимитирующим фактором является концентрация пентоз (медленного звена), и зависимость скорости утилизации субстрата от его концентрации может быть описана уравнением конкурентного торможения:

,                                       (3)

Где Кг – константа.

Балашевич установила, что при увеличении скорости разбавления среды остаточная концентрация сахаров возрастает, но так как гексозы утилизируются в первую очередь, то в остатке присутствуют пентозы. Лимитирующим фактором выступает концентрация гексоз. В этом случае возникает неконкурентное торможение, вызываемое избытком субстрата. Процесс описывают уравнением:

                        (4)

Где Kpг - константа, определяемая экспериментально и зависящая от вида и физиологических особенностей микроорганизмов.

Для определения скорости утилизации пентоз после утилизации гексоз используют уравнение:

Монахова установила, что потребление микроорганизмами смеси редуцирующих веществ идёт не со скоростью медленного звена - пентоз, а ещё с меньшей скоростью, в чём и проявляется ингибирующее действие гексоз. Это ингибирующее действие гексоз зависит от соотношения гексоз и пентоз в смеси и не зависит от концентрации субстрата при постоянном соотношении гексоз и пентоз.

Скорость потребления субстрата зависит не только от скорости размножения, но и от имеющейся численности популяции, для поддержания жизнедеятельности которой дополнительно расходуется некоторое количество субстрата. Это выражают уравнением:

,                                                      (5)

Где а - коэффициент пропорциональности, равный количеству субстрата, расходуемого на единицу вновь образующейся биомассы; b - коэффициент основного обмена, характеризующий потребление питательных веществ на поддержание единицы массы популяции в жизнеспособном стабильном состоянии.

Для описания процесса размножения микроорганизмов на растворённых субстратах (гидролизатах древесины) при изучении взаимосвязи параметров культивирования автор выбрала модель Моно, Новика и Сциларда:

,                                                       (6)

,                                        (7)

Где D - дебит, ч-1.

Данная модель может быть использована для выращивания микроорганизмов на пульпе зерносырья.

В установившемся состоянии, когда соблюдается условие  и , систему уравнений можно записать следующим образом:

,

,                                                        (8)

Тогда уравнение для удельной производительности аппарата по биомассе будет иметь вид:

,             (9)

Для повышения эффективности процессов ферментации используют смешанные культуры микроорганизмов. Для поддержания нескольких видов α микроорганизмов в хемостатной культуре учитывают их лимитирующие субстраты, удельные скорости роста, ингибирование продуктами метаболизма, вид их взаимодействия (мутуализм, комменсализм, антагонизм и т. д.). Однако зависимость удельной скорости роста от концентрации лимитирующего субстрата является основополагающей для определения результата роста смешанной культуры.

Целью многих микробиологических производств является синтез продуктов метаболизма (амнокислот, ферментов, спиртов и т. д.), большинство из которых получают в периодических или полупериодических условиях. Продукты метаболизма образуются культурой в количествах пропорциональных расходу субстрата и количеству выросшей биомассы:

,                                          (10)

Где  − выход продукта.

Скорость накопления продуктов метаболизма (f) биомассой можно выразить следующим уравнением:

,                                                       (11)

Учитывая, что скорость изменения концентрации биомассы () в периодических процессах выражается зависимостью:

,                                                        (12)

Приравниваем концентрации биомассы из уравнений (11) и (12) и получаем равенство:

,                                                        (13)

Интегрируя выражение (13) при постоянных значениях μ и f, будем иметь аналогичное равенство:

,                                             (14)

Откуда находим Р и, используя уравнение (10), имеем:

,                                                         (15)

На основании уравнения (15) и уравнения Моно получаем зависимость скорости накопления продуктов метаболизма от концентрации субстрата:

,                                       (16)

И зависимость выхода продукта от экономического коэффициента:

,                                                           (17)

Уравнение (17) характеризует торможение образования продукта концентрацией субстрата, т. е. при снижении концентрации субстрата скорость накопления продукта уменьшается.

1.4.2 Прогнозирование сроков хранения продукции в естественной и регулируемой газовой среде

Срок хранения – это период, по истечении которого продукт пригоден к употреблению по назначению, однако, его потребительские характеристики могут быть снижены. Срок годности – это период, в течение которого пищевой продукт считается пригодным для использования по назначению.

Анализ данных, имеющихся в литературе по установлению сроков хранения (годности) пищевых продуктов показывает, что исследования по оценке и изменению качества и потребительских характеристик пищевых продуктов при хранении в настоящее время проводят по трем направлениям:

- традиционные испытания в соответствии с требованиями документации с определенной периодичностью;

- применение методов математического моделирования изменения качества пищевых продуктов;

- применение ускоренных способов старения.

Традиционные (стандартные) испытания по изменению качества и безопасности товаров в процессе хранения при температурах, установленных в нормативной документации, самые достоверные, но это достаточно длительный процесс, так как срок хранения (годности) многих консервированных продтоваров установлен от одного года до трех-пяти лет. Сроки исследования продовольственных товаров должны превышать по продолжительности предполагаемый срок годности для нескоропортящихся продуктов в 1,15 раза.

Методы математического моделирования изменения качества пищевых продуктов не всегда дают достоверные результаты, так как достаточно сложно прогнозировать биохимические и химические процессы. В связи с этим большой интерес представляют методы искусственного старения ускоренным способом, позволяющие значительно сэкономить время и прогнозировать определенные показатели качества. Однако исследования по применению метода ускоренного старения могут быть использованы по отношению к ограниченному перечню продовольственных товаров: галеты, кондитерские изделия, растительные масла, молочные продукты и некоторые другие. Так разработаны способы прогнозирования качества галет, шоколада, сгущенных молочных консервов по показателям окислительной порчи жиров. Показано, что действующих в настоящее время в ТНПА показателей качества недостаточно для оценки и прогнозирования окислительной стабильности и сроков их годности. Для оценки качества предложено использовать такие показатели как жирнокислотный состав, время индукции липидов, химический состав токоферолов.

Для количественной оценки и прогнозирования качественных изменений пищевых продуктов в процессе хранения необходимо построение кинетической математической модели, связывающей показатели качества продукта (параметры процесса) с независимыми переменными, влияющими на процесс (факторами). Кинетические исследования базируются на измерении скорости процесса, которая зависит как от внешних (температура, давление и т.д.), так и от внутренних факторов (концентрация, рН и т.д.).

Но для подавляющего большинства пищевых продуктов прогноз состояния объекта по одному параметру не дает удовлетворительных результатов. В исследованиях скоропортящихся продуктов отмечалось, что срок годности образцов может лимитироваться одним, двумя и более качественными признаками (цвет, вкус, консистенция, определяемые органолептически), причем их комбинация зависит от условий хранения. Большинство авторов отмечает, что с точки зрения математического моделирования пищевые продукты являются одним из наиболее сложных объектов.

Согласно литературным данным, во многих случаях зависимость скорости изменения показателя качества от температуры хранения удовлетворительно описывается уравнением Аррениуса. Энергию активации процесса и предэкспоненциальную постоянную определяют по графику зависимости натурального логарифма константы скорости процесса от обратной температуры процесса, выраженной в градусах Кельвина. Величины энергии активации и фактора частоты могут меняться с изменением влажности и рН среды, температурного интервала и других внешних факторов. Такой подход успешно используется для моделирования снижения качества сухих пищевых продуктов, соков, овощей, моделировании снижения содержания витаминов в морепродуктах, при прогнозировании микробной порчи молокопродуктов и охлажденной рыбы.

На базе модели изменения качества продукта в процессе хранения возможна разработка экспресс-метода определения срока его годности. Проще всего такой подход реализуется для простых систем, состоящих из чистых искусственно полученных препаратов. Рекомендован метод определения устойчивости к окислению растительных масел, методики ускоренного определения сроков годности пищевых растительных масел. Термин «ускоренное (климатическое, термическое) старение» используется авторами для определения экспериментов по ускоренному изменению показателей качества продукта в экстремальных условиях хранения (при повышенной температуре, влажности и т.д.).

Прогнозирование срока годности многокомпонентных систем на основе ускоренных испытаний осуществимо, если качество объекта лимитируется одним процессом. Для молочных и других скоропортящихся продуктов, основным параметром качества которых является рост микрофлоры, успешно применяются прогнозирующие модели микробного роста, построенные на базе уравнения Аррениуса или уравнения Рутковского, математического моделирования микробиологической обсемененности охлажденной рыбы с использованием коэффициента Моно. Для некоторых сухих пищевых продуктов исследована зависимость скорости окисления жиров образца от условий упаковки и хранения. Рост скорости окисления липидов с ростом температуры хранения удовлетворительно описывается уравнением Аррениуса, что позволяет с достаточной точностью предсказать срок годности продуктов детского питания и картофельных чипсов. Если критическое значение показателя степени окисления липидов продукта не регламентируется нормативной документацией, оно устанавливается органолептически.

При хранении большинства пищевых продуктов в них происходят химические и микробиологические изменения, основную роль в которых играют кислород, свет, который может инициировать реакции, и температура, определяющая их кинетику. Особенно чувствительны к окислению белки мяса, рыбы и птицы. Например, в мясе миоглобин, имеющий пурпурно-красный оттенок, в результате этих процессов может превратиться в метмиоглобин коричневого цвета. При глубине превращения миоглобина более 50% мясо становится непригодным к применению.

Состав газовой среды хранилища оказывает заметное влияние на сохранность продуктов. В помещении для хранения многих товаров должен быть следующий состав воздуха: 78 % азота, 21 % кислорода и 0,03 % углекислого газа. Поскольку многие продукты соприкасаются с воздухом, необходимо учитывать влияние на них отдельных составных частей воздуха, прежде всего кислорода. Так, фасованные мясные, рыбные и другие товары лучше сохраняются в атмосфере с пониженным содержанием кислорода и повышенным содержанием углекислого газа.

Вентиляция воздуха положительно влияет на сохранность многих товаров. Она способствует понижению температуры в хранилище, удалению из него лишних паров влаги, снижению концентрации углекислого газа, а также активизирует защитные функции товаров — зерна, свежих плодов, овощей и др. В зависимости от способа подачи воздуха различают естественную, принудительную и активную вентиляцию.

Свет при хранении большинства продуктов играет отрицательную роль: ускоряет процессы дыхания, окисления и разрушения многих витаминов. Под воздействием света может происходить обесцвечивание и помутнение вина, пива, соков, позеленение и прорастание картофеля и овощей, окисление жиров, прогоркание круп и муки. Поэтому многие товары хранят в затемненных помещениях.

Тара и упаковочные материалы также влияют на сохранность пищевых продуктов. Упаковка защищает товар от внешних воздействий, повышенной или пониженной температуры, влажности воздуха, света, посторонних запахов, микроорганизмов и т.д.

Различают следующие способы упаковывания в газовой среде:

- в среде инертного газа (N2, СО2, Аr);

- в модифицированной газовой среде (МГС), когда в зависимости от природы хранящихся продуктов и условий окружающей среды в упаковке создают специальную атмосферу, в довольно широких пределах по составу газов;

- в регулируемой газовой среде (РГС), когда в результате «дыхания» продукта и определенной проницаемости упаковки состав газовой смеси в ней должен изменяться только в заданных пределах.

По сравнению с традиционной технологией хранения, основные преимущества хранения в камерах с использованием РГС со сверхнизким содержанием кислорода следующие: снижение дыхания, метаболизма (30%) (в основном при хранении яблок и персиков), контроль некоторых важных физиологических нарушений, таких как омертвление, внутренняя порча и поддержание плотности мякоти, что приводит к увеличению срока хранения.

2 Экспериментальная часть

2.1 Материалы и оборудование

Для проведения эксперимента были использованы следующие материалы и оборудование:

- чистые культуры бактерий;

- питательный агар;

- питательный бульон;

- физиологический раствор;

- метиленовая синь;

- пищевая сода;

- глицерин;

- стерильные: пробирки, пипетки;

- спиртовка;

- спирт;

- спички;

- штатив для пробирок;

- штатив-скашиватель;

- бактериологические петли;

- эксикатор;

- суховоздушный термостат на 30оС;

- микрокалориметр;

- спектрофотометр.

2.2 Микроорганизмы и среды

2.2.1 Приготовление сред для культивирования микроорганизмов

В общем случае основными этапами приготовления питательных сред являются:

- расчет количества ингредиентов в соответствии с выбранным объемом среды;

- взвешивание ингредиентов и их растворение в воде;

- определение и коррекция pH среды;

- распределение среды по емкостям, в которых будет осуществляться стерилизация. Необходимо учитывать, что объем среды не должен превышать ½ флакона (колбы), чтобы при стерилизации автоклавированием среда не выплеснулась из посуды. Обычно объем стерилизуемой жидкости не превышает 300мл, иначе при стандартных режимах стерилизации эффект может не быть достигнут;

- укупорка и маркировка емкостей со средой. Для сред с длительным сроком хранения необходимо использовать ватно-марлевые пробки и бумажные колпачки. Маркировка предусматривает: название среды, дату изготовления, особые свойства (если таковые имеются).

Натуральные питательные среды готовятся из продуктов животного или растительного происхождения, отличаются неопределенным и непостоянным составом, содержат все необходимые микроорганизмам той или иной группы компоненты.

В своей работе я использовала две питательных среды: питательный бульон и питательный агар.

Питательный бульон (ПБ) готовится из коммерческого препарата «Питательный бульон для культивирования микроорганизмов сухой», который содержит панкреотический гидролизат кильки или рыбной муки и хлорид натрия. Навеска порошка растворяется в воде в пропорции, обозначенной на этикетке. Контролируется рН, разливается по флаконам и стерилизуется автоклавированием при 1ати 20-30мин.

Питательный агар (ПА) готовится из коммерческого препарата «Питательный агар для культивирования микроорганизмов сухой», который содержит панкреатический гидролизат кильки, хлорид натрия и агар-агар. Обычно для приготовления плотной среды требуется вносить в среду дополнительное количество агар-агар. Поскольку эта среда содержит агар-агар, который растворяется в воде только при температуре 98оС, навески порошка вносят во флаконы, заливают нужным объемом воды и стерилизуют автоклавированием при 1 ати 20-30 мин [5].

2.2.2 Получение чистых культур микроорганизмов

В своей работе я использовала чистые культуры микроорганизмов из коллекции кафедры БТ и БЭ БГТУ. Я использовала бактерии E.coli.

Чистой культурой микроорганизмов называют культуру одного вида, выращенного как потомство одной клетки. Методы выделения чистых культур микроорганизмов основаны на изоляции одной микробной клетки от массы микроорганизмов и последующем выращивании потомства этой клетки на питательных средах изолированно от других видов.

Выделение чистых культур осуществляется в несколько стадий. Первая стадия – отбор и подготовка проб. На данной стадии может осуществляться количественный анализ содержания требуемых микроорганизмов в материале.

Второй стадией является получение элективной культуры. Необходимо отметить, что для достижения наилучших результатов при выделении микроорганизмов обычно добиваются при сочетании нескольких элективных факторов. К числу факторов относят физические (температуру, электромагнитные излучения, концентрация молекулярного кислорода, активность воды),  химические (состав питательной среды, которую используют в качестве элективной,  наличие в ней ингибиторов роста и биоцидов, а также реакцию среды) и биологические факторы (живые питательные среды, использование симбиотических партнеров).

Третья стадия – получение чистых культур микроорганизмов, в данном случае – бактерий. Чтобы из смешанной элективной культуры получить требуемый микроорганизм в виде чистой культуры, необходимо добиться разобщения клеток, после чего обеспечить условия, в которых образуется их потомство.

Наиболее простым и чаще других используемым способом получения чистой культуры является чашечный метод Коха, который состоит в физическом разобщении клеток на плотной среде, в результате чего одна клетка формирует одну колонию, состоящую из генетически однородных особей – потомков единственной клетки.

2.3 Методы анализа

2.3.1 Определение общего количества микроорганизмов методом посева и культивирования

Определим общее количество микроорганизмов методом посева и культивирования в молоке.

Перед посевом готовим четырехкратное разведение продукта в стерильном растворе физиологического раствора. Для этого стерильной пипеткой на 0,5 мл отбираем пробу продукта (молока) и переносим в стерильную пробирку с 4,5 мл физ. раствора №1. Затем из пробирки №1 с помощью стерильной пипетки отбираем 0,5 мл раствора и переносим в пробирку №2 с 4,5 мл физ. раствора. Данную операцию повторяем 4 раза.

Определим общее количество микроорганизмов методом поверхностного посева. Для этого 4-ое разведение засеваем в количестве 1 мм в чашки Петри на питательный агар и оставляем в термостате при 30̊ С на 72 часа. Проводим 3 параллельные измерения. Через 72 часа проводим подсчет выросших колоний и по формуле (18) определяем общее количество микроорганизмов.

,                                                           (18)

где Ni – общее количество микроорганизмов в i-ой чашке Петри; ai – количество колоний, выросших в чашке Петри; fi – число разведений; v – объем пробы,который наносится на чашку Петри.

Затем определяем среднее количество микроорганизмов во всех чашках Петри по формуле (19).

,                                                             (19)

где N – среднее количество микроорганизмов во всех чашках Петри; n – число параллельных измерений.

Для определения погрешности измерений рассчитываем среднее квадратичное отклонение (СКОN) по формуле (20) и по нему находим относительную погрешность    по формуле (21).

,                                                     (20)

,                                                   (21)

Результаты измерений представляются в виде таблицы 6.

Таблица 6 – Таблица результатов измерений

Вид посева

№ чашки Петри

аi

f

υ, мл

Ni,кл/мл

N, кл/мл

СКОN, кл/мл

,%

Поверхностный

1

2

3

5

6

8

4

4

4

1

19,05

В результате получили общее количество микроорганизмов в молоке        , что соответствует норме для данного вида продукта (согласно СанПиГН 63 норма содержания общего количества микроорганизмов в молоке пастеризованном в потребительской таре составляет .

2.3.2 Метод определения содержания микроорганизмов по спектру мутности

Мутность системы  может быть определена как по изменению интенсивности проходящего света, так и по интенсивности света, рассеянного под каким-либо углом.

Мутность определяется по известной измеренной оптической плотности по формуле:

,                                                (22)

где τ – мутность суспензии; D600 – оптическая плотность суспензии, измеренная на длине волны 600 нм.

Мутность системы на прямую зависит от содержания микроорганизмов в ней. Для того чтобы это проверить, построим график зависимости мутности от количества микроорганизмов в пробе при разной степени разведения. В качестве исследуемого организма возьмем E.Coli.

Результаты культивирования микроорганизмов и значения полученные после разведения представлены в таблице 7.

Таблица 7 – Результаты, полученные после культивирования E.Coli

№ опыта

аi

f

υ, мл

Ni,кл/мл

N, кл/мл

СКОN, кл/мл

,%

Представление результата

1

100

87

1

1

2

2

7,05

2

94

88

2

2

2

2

3,3

3

74

68

3

3

2

2

4,22

Затем для построения спектра мутности измеряем D600 для данных степеней разведения. Результаты представлены в таблице 8.

Таблица 8 – Результаты измерений оптической плотности

пункта

Значение оптической плотности D600

Значение мутности , м-1 

Общее количество E.Coli, кл/мл

1

2,27

0,44

2

0,23

4,35

3

0,03

33,3

По полученным данным строим график зависимости мутности от количества микроорганизмов (E.Coli) в пробе, который приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Калибровочная зависимость количества микроорганизмов по спектру мутности

По результатам проведенного опыта видно, что действительно зависимость мутности от количества микроорганизмов в пробе является прямолинейной. Т.о. можно построить график зависимости мутности от количества конкретного микроорганизма, а затем по нему определить неизвестное количество микроорганизма по измеренному спектру мутности.

2.3.3 Редуктазный метод оценки активности микроорганизмов

Редуктазный метод оценки активности микроорганизмов основан на том, что некоторые микроорганизмы вырабатывают фермент редуктазу, который обесцвечивает метиленовую синь.

Экспериментально установлена зависимость между продолжительностью обесцвечивания метиленовой сини и приблизительным содержанием микроорганизмов в продукте, поэтому редуктазная проба - косвенный показатель бактериальной обсемененности продукта. Изучим данное явление на молоке.

В стерильную пробирку наливаем пипеткой 1 мл раствора метиленовой сини и 20 мл молока, нагретого до 40°С. Закрыв пробирку пробкой, смешиваем молоко с раствором сини. Ставим пробирку в термостат при . Момент смешивания молока с метиленовой синью записываем как начало опыта. За окраской молока наблюдаем через 20 мин., 2 часа и 5,5 часа.

В зависимости от продолжительности обесцвечивания метиленовой сини молоко относят к одному из 4-х классов, описанных в таблице 9.

Таблица 9 – Зависимость класса молока от времени обесцвечивания

Продолжительность обесцвечивания

Приблизительное количество бактерий в 1 мл молока

Оценка качества молока

Класс

20 мин. и менее

29 миллионов и выше

очень плохое

4

От 20 мин. до 2 часов

от 4 миллионов до 20 миллионов

плохое

3

От 2 часов до 5,5 часов

от 500 тысяч до 4 миллионов

удовлетворительное

2

От 5,5 часов и более

менее 500 тысяч

хорошее

1

Используемая для анализа проба молока обесцветила метиленовую синь более чем за 6 часов, следовательно, качество молока хорошее.

2.3.4 Измерение теплопродукции микроорганизмов в аэробных и анаэробных условиях

Измерение теплопродукции микроорганизмов производится с помощью биокалориметра.

Рассмотрим теплопродукцию микроорганизмов на примере E.coli. Для того, чтобы измерить теплопродукцию в аэробных и анаэробных условиях, поместим в кювету культуру исследуемого организма в питательном бульоне при обычных условиях и проведем измерение теплопродукции – в этом случае измерение будет проведено в аэробных условиях. Результаты такого измерения приведены в таблице 10.

Таблица 10 – Результаты измерения в аэробных условиях

n

0

1

2

3

4

5

t, мин

2

4

6

8

10

12

Q,мкВт

2949

2512

2228

1968

1766

1622

S, мДж

386,4

705,8

986,5

1234

1454

1656

Затем, для того чтобы создать анаэробные условия, поверх культуры E.coli, находящейся в кювете, заливаем тонкий слой глицерина, который препятствует нормальному дыханию микроорганизмов. Затем снова помещаем данную кювету в ячейку микрокалориметра и делаем аналогичные измерения, результаты данных измерений представлены в таблице 11.

Таблица 11 – Результаты измерения в анаэробных условиях

n

0

1

2

3

4

5

6

7

t, мин

2

4

6

8

10

12

14

22

Q,мкВт

-357,6

-328,8

-304,0

-285,6

-271,0

-259,8

-251,1

-150,6

S, мДж

-43,7

84,5

122,1

157,1

190,3

222

252,6

631,9

По полученным данным, находящимся в таблицах 10 и 11, построим график зависимости выделенного тепла от времени, который представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – График зависимости выделенного тепла от температуры

Таким образом, по результатам измерений видно, что в аэробных условиях E.coli выделяет тепла больше, чем в анаэробных, а из этого можно  сделать вывод, что в аэробных условиях эти бактерии размножаются активнее, чем в анаэробных.

2.4 Результаты и их обсуждение

2.4.1 Анализ изменения численности микроорганизмов в процессе хранения продукции в нерегулируемой газовой среде

Для проведения данного анализа возьмем 2 клубня картофеля с одинаковыми размерами, купленные в сети магазинов «Соседи» и проведем десятидневное наблюдение за изменением численности микроорганизмов в регулируемой и нерегулируемой газовой среде.

Картофель, который хранится в регулируемой газовой среде, разрезали на 4 части и поместили в зимний холодильник студенческого общежития №4 БГТУ.

Картофель, который хранится в регулируемой газовой среде, также разрезали на 4 части и поместили в эксикатор со специально созданной средой.

Согласно таблице 5 свежие овощи и фрукты необходимо хранить в регулируемой газовой среде с содержанием СО2 до 10%. Для того, чтобы создать такую среду в эксикаторе необходимо провести реакцию газообразования СО2. В качестве такой реакции я выбрала реакцию пищевой соды с горячей водой:

В первую очередь помещаем в эксикатор на поддон картофель, затем на дно засыпаем нужное количество пищевой соды, которое рассчитывается по формулам, и заливаем соду горячей водой . Затем очень быстро закрываем эксикатор, чтобы выделившийся углекислый газ не улетучивался. Очень важно, чтобы края крышки эксикатора были смазаны смазкой и не пропускали воздух.

Для изучения изменения численности микроорганизмов была разработана 10-балльная оценка определения численности микроорганизмов на картофеле. Согласно этой системе разное количество баллов отдается картофелю с разной степенью зарастания поверхности картофеля микроорганизмами. Данная балльная система приведена в таблице 10.

Таблица 10 – Балльная оценка количества микроорганизмов

Баллы

Площадь поверхности, занятая микроорганизмами, %

1

0 – 10

2

10 – 20

3

20 – 30

4

30 – 40

5

40 – 50

6

50 – 60

7

60 – 70

8

70 – 80

9

80 – 90

10

90 – 100

В течение 10 дней каждый день проводились наблюдения за состоянием картофеля и присваивались баллы. Результаты этих наблюдений приведены в таблице 11.

Таблица 11

день

Количество баллов картофелю, находящемуся в нерегулируемой газовой среде

Количество баллов картофелю, находящемуся в регулируемой газовой среде

1

1

0

2

2

1

3

3

1

4

7

2

5

9

4

6

10

6

7

-

7

8

-

8

9

-

9

10

-

10

Из полученных данных видно, что в нерегулируемой газовой среде в процессе хранения микроорганизмы развиваются активнее.

2.4.2 Оценка ростовой активности клеток в регулируемой газовой среде

Из результатов, полученных в ходе выполнения данной курсовой работы можно сделать вывод, что в регулируемой газовой среде ростовая активность клеток значительно снижается. А это значит, что в такой среде сохраняемость продукции значительно выше.

Заключение

При выполнении теоретической части работы были изучены виды порчи продукции, а также способы борьбы с ней. Рассмотрено влияние различных газовых сред на сохранность пищевых продуктов. Описаны способы защиты пищевых продуктов от порчи.

В ходе выполнения экспериментальной части курсовой работы были изучены питательные среды для культивирования микроорганизмов, были определены общее количество микроорганизмов, развивающихся на поверхности пищевых продуктов, была дана оценка их активности, а также измерена их теплопродукция в аэробных и анаэробных условиях.

В результате данной работы был проведен анализ изменения численности организмов при хранении продукции в регулируемой и нерегулируемой газовых средах.

Список использованных источников

1 «Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов»: СанПиГН 63 – 2009.

2 Микробиологическая порча пищевых продуктов / Food spoilage microorganisms: перевод с англ./ ред. К. де Блекберн. – Санкт-Петербург : Профессия, 2008. – 781с.

3 Биологическая химия / В.К. Кухта. [и др.]. – М: Из-во БИНОМ,2008. – 688 с.

4 Маркевич, Р.М. Основные пищевые производства/ Р.М.Маркевич. – Минск: БГТУ, 2008. – 422с.

5 Белясова, Н.А. Микробиология: учеб. пособие для студентов специальностей “Биотехнология” / Н.А. Белясова. – Мн.: БГТУ, 2005. – 292 с.

6 Пучков Е.О. Методы определения содержания и жизнеспособности микроорганизмов // Биотехнология. 1988. – Т. 4. – № 1.

7 Бирюзова, Т.Н. Микробиология. – М: Мир, 1979. – 920 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

77416. Полное товарищество 19.53 KB
  Закон специально подчеркивает право участника полного товарищества знакомиться со всей документацией по ведению дел товарищества даже в случае когда такой участник в соответствии с учредительным договором не уполномочен на ведение дел товарищества а отказ от этого права или его ограничение в том числе по соглашению участников товарищества ничтожны. Кроме того он вправе возмездно или безвозмездно передать свою долю в складочном капитале товарищества или ее часть как другому товарищу так и третьему лицу не участвующему в товариществе....
77418. Особенности государственных и муниципальных предприятий 66 KB
  Об унитарных предприятиях унитарное предприятие может иметь гражданские права соответствующие предмету и целям его деятельности предусмотренные в уставе этого предприятия и нести обязанности. Это говорит о том что унитарные предприятия обладают специальной правоспособностью а не общей. Предприятия являются унитарными т. Виды государственных и муниципальных предприятий В РФ создаются и действуют следующие виды: Унитарные предприятия основанные на праве хозяйственного ведения Федеральное государственное государственное и...
77419. Имущество унитарных предприятий 21.98 KB
  299 ГК – право на имущество возникает с момента передачи такого имущества предприятия; п. На праве хозяйственного ведения – уставный фонд обязателен; казенные предприятия – уставный фонд не нужен так как субсидиарная ответственность государства. Предельный срок в течение которого уставный фонд должен быть сформирован = 3 месяца с момента регистрации предприятия. Крупная сделка Для контроля за деятельностью унитарного предприятия по аналогии с деятельностью хозяйственных обществ вводится данное понятие.