Бактерии. Заражение и воздействие

Бактерии – бесцветные организмы, обычно одноклеточные, размером от нескольких микрон до десятых долей микрона, по своим свойствам занимающие промежуточное положение между растениями и животными. Бактерии размножаются путем простого деления взрослой клетки. Им присуща опре­деленная биохимическая активность, выражающаяся в способ­ности изменять:

белки при помощи протеолетических (расщепляющих бел­ки) ферментов, вырабатываемых бактериями. Если процесс распада белков заходит достаточно глубоко, наблюдается выделение сероводорода и аммиака, вследствие чего у продук­та появляется специфический запах;

жиры (лнпиды), первой стадией расщепления которых является гидролиз при помощи фермента липазы с образова­нием глицерина и жирных кислот. Глицерин быстро подвер­гается дальнейшему окислению. Жирные кислоты сначала накапливаются в продукте, а затем окисляются до углекислоты и воды;

углеводы, являющиеся хорошим энергетическим материа­лом для бактерий. В процессе жизнедеятельности бактерии используют углеводы главным образом на дыхание. Кислород­ное дыхание представляет собой биологическое окисление, сопровождающееся выделением энергии, необходимой для жизни бактерий.

В зависимости от отношения к кислороду воздуха бакте­рии могут быть облигатными (обязательными) анаэробами, анаэробами и факультативными анаэробами.

Рыба поражается психрофильными бактериями, которые находятся обычно на коже, жабрах и в кишечнике. Сама ткань поражается редко. На сохранность этого продукта влияют исходная обсемененность и температура хранения или перевозки. Многие виды бактерий, паразитирующие на рыбе, могут выживать и даже размножаться при отрицательных тем­пературах.

Плодоовощные грузы, ввиду необходимости хранения и пе­ревозки при положительных температурах, в результате дея­тельности микроорганизмов подвержены порче значительно больше. На поверхности плодов паразитирует огромное ко­личество различных бактерий и плесеней, которые вызывают самые разнообразные заболевания этих продуктов. Основные из них – физиологические:

загар – побурение кожицы в виде отдельных бурых пятен или полос, которые впоследствии разрастаются и охватывают всю поверхность плода;

побурение плодовой мякоти – поражает яблоки и груши;

стекловидность или припухлость – на разрезанном плоде (яблоке) отчетливо видны как бы остекленевшие участки во­круг семенного гнезда;

коричневая пятнистость – поражает цитрусовые, поверх­ность их покрывается небольшими вдавленными пятнами коричневого цвета диаметром до 5 – 6 мм, которые постепенно покрывают значительную часть поверхности плода;

мембраноз – побурение оболочек долек мякоти цитрусовых плодов;

красная пятнистость – мелкие пятнышки красного цвета (поражаются преимущественно цитрусовые).

Заражение перевозимых морем грузов происходит обычно в бактериальных очагах. Ими могут быть:

биотопы (вода, отходы, организмы), в которых микробы живут и размножаются;

места скоп­ления (металлические конструкции грузовых помещений, перекры­тия, транспортные средства), в которых микроорганизмы сохраняют­ся длительное время в пассивном состоянии;

носители (одежда, руки рабочих, посуда, товары), на которых микробы могут существовать короткое время.

Грузы заражаются как при непосредственном контакте с бакте­риальным очагом, так и путем переноса зародышей микробов, например, воздушными потоками вместе с пылью или с грязью. В благоприятных условиях зародыши начинают развиваться и размножаться, происходит интенсивный обмен веществ между клетками и средой.

Клетки питают­ся, ассимилируя вещества из среды, и выделяют "отходы" – продукты распада питательных веществ. Они также выделяют энзимы (ускорители биологических процессов), чем способствуют разложению различных ве­ществ – составных частей груза. Одна клетка микроба может выз­вать распад вещества, по массе превышающего ее в сотни раз. Проис­ходящие при этом изменения химического состава и структуры грузов приводят к ухудшению их потребительских качеств, снижению сортности, а иногда и к полной непригодности для использования.

Под воздействием микроорганизмов в перевозимых продуктах могут развиваться следующие микробиологические процессы:

гниение и разложение – рыба, мясо, мясопродукты, кожа, яйца, бумага, пластмассы, текстильные изделия;

брожение – уксус, бутиловый спирт, кислоты, каучук;

плесневение – товары растительного происхождения;

распад полисахаридов – целлюлоза, крахмал, гликоген, про­дукты, содержащие пектин;

самонагревани е – зерно, мука, шрот, хлопок, табак, волокнистые, рыбная мука.

Первостепенное значение для активизации зародышей микробов, внесенных в груз, имеет содержание в нем воды. В случае, когда количество химически несвязанной воды в грузе становится достаточным для развития микробиологических процессов (критичес­кое влагосодержание), вредное воздействие микроорганизмов резко возрастает. Критическое содержание воды в грузе определяется как видом микроорганизмов, так и их способностью приспосабливаться к этому фактору среды обитания. В общем случае можно считать, что чем выше влагосодержание принимаемого на судно груза, тем больше риск его несохранной доставки, по причине воздействия микроорганизмов.

 

Гниение и брожение

Гниение – это процесс разложения белковых веществ, вызываемый микроорганизмами. Возбудителями гнилостного процесса явля­ются разнообразные виды бактерий (палочка протея, кишечная, сенная, картофельная и др.), а также различные виды плесневых грибков. Процессы гниения могут происходить при доступе кислорода воздуха и без него. Большинство гнилостных микроорганизмов развивается в щелочной или нейтральной среде.

Процесс разложения белков происходит в несколько стадий. Под действием выделяемых микроорганизмами протеолитических ферментов белки разлагаются на пептоны, полипептиды и аминокислоты.

Протеолитические ферменты (протеазы), ферменты класса гидролиз; катализируют расщепление пептидных связей в белках и пептидах.

Аминокислоты подвергаются дальнейшему разложению, в результате которого получаются разнообразные органические соединения. Среди этих соединений имеются вещества, обладающие крайне неприятным запахом (фенол, скатол, индол, сероводород), а также ядовиты е (птомаины).

Аммиак и углекислый газ – наиболее характерные вещества гнилостного распада белков, и присутствие их в мясных, рыб­ных и других богатых белками продуктах служит признаком процесса гниения. Оптимальная температура для развития гни­лостных бактерий 25 – 35°. При 4 – 6° развитие большинства гни­лостных бактерий задерживается.

Брожение – это распад углеводов (крахмала, сахаров). Различают несколько видов брожения: спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и др.

В результате спиртового брожения сахар расщепляется на спирт и углекислый газ, небольшое количество побочных – глицерин, ук­сусная кислота, уксусный альдегид и др. Возбудителями спир­тового брожения являются главным образом дрожжи, а также некоторые виды плесневых грибков.

Дрожжи вызывают спиртовое брожение простых сахаров (моносахаридов) (глюкозы, фруктозы) и дисахаридов (са­харозы, мальтозы). На интенсивность спиртового брожения вли­яют концентрация сахара и спирта, а также температура. Наи­более интенсивно происходит брожение при концентрации сахара до 10 – 15 %. Поэтому дрожжи обычно служат причиной порчи продуктов, содержащих небольшое количество сахара. При концентрации сахара выше 30 – 35 % многие дрожжи при­останавливают брожение. Но существуют дрожжи, которые развиваются даже при содержании сахара 60 – 65 %, они вызы­вают порчу варенья, джема, повидла, ме­да и других продуктов, богатых сахаром.

Наиболее благоприятная температура для спиртового бро­жения около 30° С понижением температуры брожение замед­ляется, однако оно не останавливается и при температуре око­ло 0°. Образующийся при брожении спирт угнетает дрожжи, а при концентрации его 15% брожение обычно приостанавливается.

Некоторое влияние на интенсивность спиртового брожения оказывает реакция среды. Наиболее благоприятна кислая среда. Спиртовое брожение может проходить как в присутствии кислорода, так и без него.

Молочнокислым брожением называется превращение сахара в молочную кислоту под действием микроорганизмов с образованием небольшого количества другие вещества (уксусная кислота, углекислый газ и др.). Возбудите­лями молочнокислого брожения является группа молочнокислых бактерий: болгарская палочка, дельбрюковская палочка, молоч­нокислый стрептококк и др. Эти микроорганизмы могут разви­ваться только в присутствии органических азотистых соедине­ний, которые имеются в молоке, тесте, плодах и овощах.

Молочнокислые бактерии не образуют спор, поэтому быстро погибают при нагревании до температуры 60 – 70°. Наи­более благоприятна для большинства из них температура 30 – 35°. Выделяющаяся в процессе брожения молочная кислота угнетает молочнокислые бактерии. Развитие некоторых из них приоста­навливается при концентрации молочной кислоты около 1 %.

Молочнокислые бактерии могут служить причиной порчи не­которых грузов. Развиваясь в свежем молоке, эти бак­терии вызывают скисание его. Наряду с этим молочнокислое брожение используют для консервирования, так как молочная кислота подавляет развитие гнилостных бактерий. Но эти продукты не могут долго храниться, так как кислая среда благоприятна для развития диких дрожжей и плесневых грибков. Молочнокислое брожение, как и спиртовое, проходит как в присутствии кислорода воздуха, так и без него.

Масляно–кислое брожение – это процесс разложения сахара бактериями в анаэробных условиях, в результате которого образуется масляная кислота, углекис­лый газ и водород, вы­деляются побочные – бутиловый и этиловый спирт, ацетон и ук­сусная кислота. Масляно-кислые бактерии способны сбраживать не только простые сахара, но и крахмал, декстрины и др. Они образуют споры, устойчивые к вы­сокой температуре, выносят кипячение в течение нескольких ми­нут. В молоке образуют масляную кислоту, которая имеет характерный неприятный запах и вкус прогорклого масла. Иногда эти бактерии развиваются в сыре, вызывая его вспучивание. Оптимальная температура для них – 30 – 40°. Масляно-кислые бактерии живут только при полном отсутствии воздуха.

Уксуснокислым брожением называется окисление микроорга­низмами этилового спирта в уксусную кислоту. Возбудителями этого брожения являются уксуснокислые бактерии – бесспоровые палочки. Они развиваются в виде пленок на поверхности продуктов, содержащих спирт. Уксуснокислое брожение прохо­дит только при доступе кислорода. Уксуснокислые бактерии могут служить причиной порчи ви­на, молочнокислых продуктов, пива, особенно если имеется сво­бодный доступ воздуха. Эти бактерии снижают содержание спирта в указанных продуктах и резко повышают их кислот­ность.

 

Плесень

Наиболее часто во время морской перевозки грузы поражают­ся плесенью. Это обусловлено следующими особенностями:

плесень способна развиваться при незначительном содержа­нии влаги в грузе, и может причинять повреждения даже "сухим" ма­териалам, хранящимся в условиях повышенной влажности;

плесень способна расти в более кислой среде, чем бактерии и дрожжи;

она лучше сопротивляется антисептикам и раз­личным предохранительным мерам.

Большинство видов плесени образуют мельчайшие споры в ог­ромных количествах, которые находятся в постоянном движении в атм ос­фере так, что любой незакрытый материал подвергается заражению.

Общие для всех видов плесени условия обитания – наличие соответст­вующих питательных веществ, подходящая температура, достаточное содержание кислорода.

Питательные вещества (не считая воду) – это продукты, содержащие углерод (сахар, крахмал, глицерин) и азот (протеин, нитраты, соли аммония). Продовольственные грузы содержат в своем составе эти вещества и предс­тавляют благоприятную среду для плесени. Плесень особенно быстро развивается при температуре 25 – 30°С, но вообще может расти в широ­ком температурном диапазоне (от 10 до 40°С), Плесневые грибки чрез­вычайно аэробны. Любой материал подвергается плесневению лишь при условии, если содержание воды в нем превышает допустимый мак­симум. Для существования плесени влажность долж­на быть 70 – 75% и выше.

Во время перевозки морем поражению плесенью подвержены:

грузы с повышенным содержанием влаги, перевозимые в "сухой" атмосфере, которые выделяют избыток влаги в окружающий воздух;

«сухие» грузы, погруженные в трюмы с относительной влажностью воздуха, превышающей 75%, и интенсивно поглощающие влагу из воздуха;

грузы с нормальным содержанием воды – в условиях дейст­вия факторов, вызывающих местное увеличение влажности.

Плесени, или плесневые грибы, по сравнению с бактерия­ми – организмы более сложные.

При хранении мяса в режиме до –10°С могут развиваться плесени. Они появляются отдельными колониями, увеличи­ваются и уплотняются, возникают белые, серые или черные пятна, в толще накапливаются продукты обмена веществ, появляется специфический затхлый залах. На мясе паразитируют следующие виды плесеней:

головчатая – имеет сероватого цвета мицелий, высоко поднимающийся над поверхностью, что указывает на особую требовательность к воздуху;

кистевидная – общий вид спорообразующего органа напоминает метелку;

леечная – отличается строением одноклеточного кондиеносца, на конце которого имеется булавовидное вздутие, заканчивающееся конидиями.

Для плодоовощей существуют и инфекционные заболевания, вы­зываемые различными плесенями:

парша – косточковые и семечковые плоды, на поверхности плодов появляются бурые пятна с темным бархатистым налетом и трещинами;

плодовая гниль – косточковые и семечковые плоды, на поверхности плода появляются бурые пятна, покрытые серовато-желтыми подушечками;

горькая плодовая гниль – косточковые и семечковые пло­ды, на плодах появляются вдавленные круг­лые, мягкие пятна с правильными кругами розоватых подуше­чек, плод становится горьким;

антракноз – цитрусовые, характеризуется побурением и размягчением кожицы у плодоножки, на последующих ста­диях – побурение распространяется по всей поверхности;

фузариоз – цитрусовые, те же призна­ки, что и антракноз, но больные плоды покры­ваются налетом гриба, который имеет розовато-красный, жел­товатый и белый цвет;

голубая плесень – цитрусовые, характеризуется размягчением кожуры, образованием слегка вдавленных сморщенных пятен, па которых впоследствии появляется порошкообразный налет (мицелий) голубого оттенка;

зеленая плесень – цитрусовые, те же призна­ки, что и голубая плесень, только оттенок мицелий зеленый;

серая гниль – семечковые, косточковые, цитрусовые плоды и виноград, который буреет, сморщивается, на «кожице» появляются трещины, а затем ягоды покрываются бархатистым светло-серым налетом;

черная гниль – ананасы и бананы, реже – цитрусовые. По­врежденные ткани приобретают светло-бурую окраску, становятся мягкими, водянистыми, а кожура твердеет, становится хрупкой и легко шелушится.

 

Влияние ферментов

При храпении и транспортировке замороженных и охлажденных грузов изменение качества груза во многом зависит от интенсивности прохождения ферментативных процессов. Органические веще­ства тканей достаточно устойчивы против агрессивного воздействии внешней среды, пока не на­ступают биохимические изменения, происходящие под воздей­ствием содержащихся в них ферментов. Как отмечалось, ферменты вырабатывают и микроорганизмы.

На первом этапе переработки и хранения деятельность ферментов играет положительную роль (при созре­вании мяса сразу после убоя животного улучшаются его вку­совые свойства), в дальнейшем действие ферментов сказы­вается отрицательно.

В первую очередь окисляется жировая ткань в результате контакта ее с кислородом воздуха. Жир темнеет, приобретает специфический запах и привкус прогорк­лости. В рыбе ферментативные процессы проходят более ин­тенсивно. Развиваются автолитические и гидролитические процессы в мышцах, растет содержание летучих жирных кислот, сопровождающиеся накоплением аммиака в виде его соединений, уменьшается содержание воды.

Многие процессы, протекающие в грузах при хранении, вызываются ферментами – белковыми веществами, вырабаты­ваемыми живой клеткой. Ферменты значительно ускоряют происходящие в организмах процессы, хотя сами в ходе реакции не изменяются. Поэтому ферменты называют биологическими ката­лизаторами.

Ферменты обладают исключительно высокой активностью. Для ускорения реакции требуется ничтожное количество фермен­та. Фермент, как катализатор, характеризуется особой специфич­ностью: действует лишь на строго определенное вещество или вызывает только одну реакцию.

Фермент обычно называют так же, как вещество, на которое он действует, но к корню слова добавляют окончание «аза». Ферменты, выработанные живы­ми клетками растительного или животного организма, остаются активными после его смерти. Поэтому они сохраняются во многих продуктах, полученных из растительного и животного сырья.

Часто ферменты вызывают процесс автолиза, который сопровождается глубокими изменениями углеводов, белков и жиров. В резуль­тате этого изменяется консистенция, вкус и запах продукта. Наиболее отчетливо процесс автолиза проходит в мясе – так называемое созревание.

Автолиз – саморастворение тканей и клеток под действием их собственных гидролитических ферментов.

Ферменты вырабатываются также микроорганизмами, попа­дающими в продукты. Деятельность ферментов зависит от тем­пературы, реакции среды и других факторов.

По мере повыше­ния температуры растет и активность ферментов. Наибольшую активность ферменты проявляют при температуре 40 – 50°, даль­нейшее повышение температуры снижает действие ферментов. К низким температурам ферменты весьма устойчивы. После замо­раживания и последующего оттаивания грузов активность ферментов не снижается.

Большин­ство ферментов, выделяемых живой клеткой, высоко активны в нейтральной среде. Активность ферментов зависит от ряда ве­ществ. Вещества, повышающие активность ферментов, назы­ваются активаторами, а замедляющие ферментативные процес­сы – парализаторами.

Известно большое количество различных ферментов, по ха­рактеру действия они делятся на несколько групп.

Амилаза – фермент, под действием которого происходит гидролиз крахмала, и образуются декстрины и мальтоза. Извест­ны две разновидности этого фермента – a– и b–амилазы. b–амилаза содержится в муке, крупе из нормального здо­рового зерна, a–амилаза появляется в зернопродуктах во время прорастания и самосогревания. Она разрушает гидрофильные связи в мицелле крахмала, что снижает качество муки и крупы.

Сахараза – расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу. Со­держится она в растениях и микроорганизмах (особенно в дрож­жах).

Лактаза – вызывает расщепление молочного сахара (лактозы) на глюкозу и галактозу. Содержится в плодах миндаля, в неко­торых видах дрожжей, бактериях и плесневых грибках.

Липаза – гидролизует жиры на глицерин и жирные кислоты. Она находится в семенах злаков, масличных культур, в микроор­ганизмах. При повышении температуры хранения липаза быстро расщепляет жиры с образованием сво­бодных жирных кислот, в результате чего повышается кислот­ность продукта, затем наступает прогоркание.

Фосфотазы – отщепляют фосфорную кислоту из ее соединений с органическими веществами. Они широко распространены в жи­вотных организмах, растениях и микроорганизмах. Под дейст­вием этих ферментов увеличивается кислотность муки и крупы за счет образования фосфорной кислоты.

Протеазы – (протеолитические ферменты) представляют об­ширную группу ферментов, вызывающих гидролиз белков и про­дуктов их неполного гидролиза. Они часто действуют совместно, вызывая постепенное рас­щепление белков. Протеазы очень широко распространены в природе, вырабатываются они в клетках животных, растений и микроорганизмов.