Микроорганизмы. 2

На огромном постоянно развивающемся  рынке охлажденных пищевых продуктов  представлен очень широкий их ассортимент. Традиционно среди  них были мясо, домашняя птица, рыба и молочные продукты, но в последние  годы продукты стали разнообразнее  и сложнее. С выпуском новых продуктов  выросло и число ингредиентов, многие из которых поступают с разных концов света и об их микробиологическом состоянии может быть известно относительно мало. Количество и типы микроорганизмов, которые могут быть выделены из охлажденных продуктов, весьма различны. При хранении охлажденных продуктов их микрофлора не статична и зависит от многих факторов — в основном от времени и температуры хранения. Порча и сохранение охлажденных продуктов — это сложные явления, включающие физико-химические, биохимические и биологические изменения. Зачастую они взаимосвязаны, и одни изменения влияют на скорость других. В данной главе будут рассмотрены только проблемы микробиологии, касающиеся охлажденных пищевых продуктов. Прогресс производства и транспортировки охлажденных и замороженных продуктов сделал возможным быстрое перемещение в другие страны, а иногда и на другие континенты. Поэтому при возникновении микробиологической проблемы она может широко распространиться, что еще более повысит значение микробиологического состояния охлажденных продуктов. Усиление контроля как внутри страны, так и при международных перевозках позволит быстрее выявлять, идентифицировать и решать микробиологические проблемы 
 
ДЛЯ ЧЕГО НУЖНО ОХЛАЖДЕНИЕ? 
Охлаждение уменьшает скорость снижения качества пищевых продуктов. Это касается не только их химических и биохимических изменений, но и деятельности микроорганизмов. Влияние температуры на рост микроорганизмов показано на рис. 7.1. При снижении температуры хранения лаг-фаза перед началом роста микроорганизмов (время до явного увеличения их количества) возрастает, и скорость роста падает. Кроме того, при приближении к минимальной температуре максимально возможный размер популяции микроорганизмов зачастую уменьшается. На клеточном уровне влияние температуры на рост микроорганизмов — это сложный процесс, который захватывает структуру клеточных мембран, поглощение субстрата, респирацию и другие виды активности ферментов. 
.     Диапазон температур, в которых микроорганизмы могут расти, необычайно широк. В работе  сообщалось, что ряд микроорганизмов, в основном дрожжи, способны к росту при температуре ниже О °С, а дрожжи, выделенные из устриц, росли при -34 "С. Поэтому для полного предотвращения роста всех микроорганизмов только охлаждения недостаточно; необходимо использовать низкие температуры, которые снижают скорость и уровень роста микроорганизмов. 
 
 ВАРИАНТЫ РОСТА 
Микробиологи неоднократно пытались охарактеризовать микроорганизмы на основе их способности к росту при различных температурах. Наиболее широко используют характерные температуры роста (минимальную, оптимальную и максимальную). Для

охлажденных продуктов  основным предметом заботы является минимальная температура роста (minimum growth temperature, MGT), самая низкая температура, npи которой может происходить рост определенного микроорганизма. Если MGT микро организма выше 10 °С, то этот микроорганизм не будет расти при холодильном хранении. Значения MGTдля некоторых микроорганизмов опубликованы, но к ним надо подходить с осторожностью. Если продолжительность исследования, на основе которого дается значение, была слишком мала, или интервалы между отборами про! были слишком велики, то полученное значение будет неправильным. Например, хот: для Listeria monocytogenes сообщалось, что значениеMGTравно -0,4 °С, лаг-фаза перед началом роста превышала 15 дней. Если бы исследование закончилось д< этого времени, полученная MGT была бы выше. На MGT влияют другие факторы включая рН, соль, консерванты и предшествующая тепловая обработка. Истинное значение MGT может быть определено только при оптимальных значениях остальных факторов.  

   При нахождении микроорганизмов при  температуре ниже MGTможет происходить их отмирание, но довольно часто микроорганизмы выживают, и если впоследствии температура возрастает, то их рост возобновляется. В работе  отмечалось что при температуре незначительно ниже МСГ жизнеспособность сальмонеллы была хуже, чем при более низких температурах. Хранение продуктов при температура: ниже минимума для роста не следует рассматривать как летальное для микроорганизмов, так как во многих случаях их рост возобновится при последующем повышении температуры.

  Оптимальная температура  роста — это температура, при которой биохимические процессы, управляющие ростом определенного микроорганизма, работают наи более эффективно. При этой температуре лаг-фаза перед ростом минимальна, а скорость роста максимальна. При подъеме температуры выше оптимальной скорость рост, микроорганизма будет снижаться, пока не будет достигнута максимальная температура роста. Обычно максимальная температура роста лишь на несколько °С выше оптимальной. У некоторых специфических микроорганизмов, выделенных из горячи: источников, максимальная температура роста может превышать 90 °С. При температурах, незначительно превышающих максимальную для роста, начинают возни кать повреждения клетки. Если температуру затем снизить, рост может возобновиться, хотя для восстановления клетки может потребоваться некоторое время. При боле высоких температурах инактивация одного или нескольких жизненно важных ферментов в микроорганизме становится необратимой, и возникают летальные повреждения клетки. Микроорганизмы при этом не смогут восстановиться и возобновить рос при снижении температуры.

  На основе относительного положения кардинальных температур микроорганизма можно разделить  на четыре группы, а именно психрофильные, психротрофные, мезофильные и термофильные. Для охлажденных продуктов наиболее важны психрофильные и психротрофные микроорганизмы. В прошлом эти термины использовались как синонимы, что вело к значительной путанице. В настоящее время принято, что термин психрофильныйдолжен использоваться только для микроорганизмов имеющих низкую (то есть менее 20 °С) максимальную температуру роста. 

  Истинные психрофильные  организмы в микробиологии пищевых  продуктов редки и обычно ограничены некоторыми микроорганизмами, полученными  из глубоководной рыбы. Основные микроорганизмы, вызывающие порчу охлажденных пищевых  продуктов, по своей природе психротрофны.

Микробиологическая  порча охлажденных продуктов  может принимать различные формы, но обычно все они являются следствием роста микроорганизмов, проявляющегося в изменении органолептических свойств. В простейшем случае это может быть следствием самого роста, а зачастую — его видимыми проявлениями, что заметно в случае плесеней, которые образуют большие, иногда пигментированные колонии. Бактерии и дрожжи могут также образовывать видимые (иногда пигментированные) колонии на пищевых продуктах. Возможны и другие виды порчи: образование газов, слизи (внеклеточных полисахаридных веществ), диффундирующих пигментов и ферментов, вызывающих размягчение, загнивание, появление посторонних запахов и привкусов в результате разложения отдельных компонентов пищевых продуктов.

   Порча обычно наиболее быстро происходит в белковых охлажденных продуктах  — красном мясе (баранине, говядине), птице, рыбе, моллюсках, молоке и некоторых  молочных продуктах, в которых создаются благоприятные условия для развития микроорганизмов (они высокопитательны, содержат много влаги и относительно близки к нейтральному значению рН). Для снижения скорости порчи этих продуктов их часто изменяют, как было показано выше. В охлажденных продуктах эти изменения могут предотвращать рост микроорганизмов и порчу не полностью, лишь ограничивая ее скорость и характер. Обычно порчу продуктов вызывают микроорганизмы, способные расти в присутствии консервантов. Необходимо различать микроорганизмы, присутствующие в испорченных продуктах, и микроорганизмы, вызывающие порчу (иногда их называют микроорганизмами, вызывающими определенный вид порчи (SSO, specific spoilage organisms)). Последние могут составлять лишь часть микрофлоры [55], и поэтому органолептическая порча в нем и количество микроорганизмов продукта зачастую слабо связаны.

  Польза от традиционной микробиологии для контроля микроорганизмов, вызывающих порчу, зачастую ограничена, поскольку время, необходимое для получения результатов, составляет значительную часть срока хранения. В последнее время для выявления как микроорганизмов вообще, так и вызывающих определенный вид порчи стали доступны более быстрые молекулярные методы.  Для удобства рассмотрения в данной главе микроорганизмы, вызывающие порчу, разделены произвольно на шесть категорий:  

       1.грамотрицательные (оксидазоположительные) палочковидные бактерии; 

        2.колиформы и энтеробактерии;  

        3.грамположительные спорообразующие бактерии;  

        4.молочнокислые бактерии; 

         5.прочие бактерии;  

         6.дрожжи и плесени.

Грамотрицательные (оксидазоположительные) палочковидные бактерии

В эту группу входят наиболее распространенные микроорганизмы, вызывающие порчу охлажденных продуктов. Минимальные температуры их роста обычно составляют 0-3 °С, и они относительно быстро растут при 5-10 °С. Хотя подобные микроорганизмы могут составлять лишь небольшую долю исходной микрофлоры, они быстро начинают преобладать в свежих белковых продуктах, хранящихся в охлажденном виде. В эту группу входят наиболее распространенный род Pseudomonas, а также разные виды следующих родов: Acinetobacter, Aeromonas, Alcaligenes, Alter- omonas, Flavobacterium, Moraxella, Shewenella и Vibrio. Эти микроорганизмы распространены в окружающей среде, особенно в воде, и поэтому многие из них легко загрязняют пищевые продукты. Они могут размножаться на недостаточно очищенных поверхностях оборудования или технологических установок, заражая пищевые продукты.

  Грамотрицательные (оксидазоположительные) палочки могут портить продукты, образуя диффундирующие пигменты, слизь на поверхности и ферменты, приводящие к гниению, появлению посторонних привкусов и запахов. Некоторые ферменты, образуемые видами Pseudomonas, чрезвычайно термостойки и в продуктах, прошедших тепловую обработку, с длительными сроками хранения могут образовывать развивающуюся со временем порчу (например, прогорклость или желирование).

   Микроорганизмы этой группы хорошо приспособлены к росту при  низких температурах, но зачастую чувствительны к другим факторам — таким, как присутствие соли или консервантов, отсутствие кислорода, низкие (<5,5) рН и активность воды a_w < 0,98). Если в продукте действуют эти механизмы консервирования, грамотрицательные (оксидазоположительные) палочковидные бактерии становятся менее конкурентоспособными, и к порче могут приводить другие группы микроорганизмов. Виды Vibrio нетипичны, так как они переносят относительно высокие уровни содержания соли и поэтому могут вызвать порчу бекона и других хранящихся в охлажденном виде соленых продуктов (Photobacterium phosphorum,очень крупный морской вибрион, — основной микроорганизм, вызывающий порчу трески в вакуумной упаковке) [55]. Эта группа бактерий не является термостойкой, и поэтому умеренной тепловой обработкой их можно без труда устранить. Присутствие подобных микроорганизмов в продуктах, подвергнутых тепловой обработке, обычно является следствием загрязнения уже после обработки.

Колиформы и энтеробактерии

Эта группа бактерий также состоит из грамотрицательных  палочек, но отличается от предыдущей группы отрицательной оксидазной реакцией. Традиционно микробиологи стремились определять эти группы отдельно, так как их источники, значение и воздействующие на рост факторы могут отличаться. Наличие в пищевых продуктах микроорганизмов этой группы часто используется как индикатор недостаточной обработки или загрязнения после нее. По сравнению с грамотрицательными (оксидазопо- ложительными) палочковидными бактериями коли- и энтеробактерии обычно менее приспособлены к росту при температурах ниже 5-10 °С, хотя многие могут расти даже при 0 °С. Они могут доминировать в микрофлоре при температурах 8-15 °С [23, 64]. По сравнению с грамотрицательными (оксидазоположительными) палочковидными бактериями группа коли- и энтеробактерий менее чувствительна к изменениям рН, поэтому требует больше внимания в слабокислых продуктах. Тем не менее бактерии этой группы обычно чувствительны к низкой активности воды а_т, консервантам, соли и тепловой обработке.

   Группа колиформ и энтеробактерий не обязательно требует для своего роста присутствия кислорода. Кроме того, они обладают ферментным метаболизмом и могут поэтому разрушать углеводы, образуя кислоты, приводящие к свертыванию молока. Метаболизм же грамотрицательных (оксидазоположительных) бактерий окислительный, и брожения не происходит. Другие виды порчи включают появление пигментации, газов, слизи, посторонних запахов и привкусов. Посторонние запахи в этом случае бывают травянистыми, лекарственными, неприятными и фекальными.

  К видам, обычно вызывающим порчу, относятся Citrobacter, Escherichia, Enterobacter, Hafnia, Klebsiella, Proteus и Senatia , которые широко распространены в окружающей среде, включая животных. К появлению этих микроорганизмов в пищевых продуктах могут привести неправильные методы убоя и разделки туш.

Грамположительные спорообразующие бактерии

Эта очень важная группа микроорганизмов может образовывать теплостойкие споры, способные выдержать  разные виды тепловой обработки, которая  может уничтожить все вегетативные клетки, но при этом в микрофлоре будут преобладать относительно медленно развивающиеся спорообразующие бактерии. Минимальные температуры роста составляют 0-5 °С, хотя он зачастую замедляется при температуре ниже 8 °С.

  В этой группе особого внимания требуют виды микроорганизмов  родов Bacillus и Clostridium. Они распространены в окружающей среде, и их споры могут существовать в течение длительного времени. Наиболее распространенная форма порчи — это образование больших количеств газа, что может привести к раздуванию упаковки или продукта. Считается, что термостойкость психротрофных штаммов ниже, чем мезофильных, но именно они в охлажденных пастеризованных продуктах вызывают особое беспокойство.

Молочнокислые бактерии

При низких температурах бактерии, образующие молочную кислоту, не растут вообще или растут медленно. Поэтому именно они вызывают порчу, если рост других видов .икроорганизмов подавлен. Бактерии этой группы лучше переносят низкий уровень  рН, чем другие бактерии, вызывающие порчу, и могут размножаться даже при рН 3,6 . Кроме того, молочкокислые бактерии более устойчивы, чем рассмотренные выше шкроорганизмы, к небольшим изменениям а_т, а некоторые виды Pediococcus солеустойчивы. Молочнокислые бактерии обычно преобладают в продуктах в вакуумной наковке, в некоторых продуктах, сохраняемых в РГС, и могут даже расти в среде со 100% углекислого газа. Эта группа бактерий включает палочковидные и сферические или сфероподобные грамположительные бактерии, относящиеся к таким родам, как Camobacterium, Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus и Streptococcus. Порча обычно заключается в образовании кислоты, что приводит к скисанию с сопутствующим выделением газов или без такого выделения.

  Бактерии, образующие молочную кислоту, специально вводят при  производстве некоторых охлажденных  продуктов (например, сыра, йогуртов, некоторых  колбас), так как они необходимы для получения желаемых характеристик  продукта. Кроме г: го, имеется значительный интерес к потенциально возможному применению молочнокислых бактерий как новой системы консервирования, поскольку многие из них производят кроме кислот и антибактериальные соединения.

Прочие  бактерии

Проблемы в охлажденных  продуктах могут быть вызваны  и другими микроорганизма- :и, причем ситуация зависит от вида продукта и применяемой системы консервирования. Например,Broch.oth.rix thermosphacta, грамположительная палочковидная бактерия, которая иногда присутствует в сыром мясе, обычно не вызывает порчи, но может развиваться в продуктах, сохраняемых с помощью сульфитов (например, в свежих английских колбасках, british sausage). Кроме того, эта бактерия может расти при низком содержании кислорода и/или высоком содержании углекислого газа, и поэтому может вызывать проблемы в случае мясных продуктов в вакуумной упаковке или в наковке с РГС. Ломтикам мяса в вакуумной упаковке этот микроорганизм придает неприятный острый сырный запах.

  Род Micrococcus — это грамположительные кокки, которые могут расти при высоких концентрациях соли. Они плохо растут при низкой температуре, но при нарушении температурного режима могут вызывать скисание и образование слизи в соленом/вяленом мясе и в рассолах. К микроорганизмам, которые могут вызвать порчу в соленом мясе и/или мясных продуктах в вакуумной упаковке, относятся Corynebacterium, Kurthia и Arthobacter .

Дрожжи  и плесени

По сравнению с  бактериями дрожжи и плесени в  продуктах с хорошими условиями  для роста растут медленнее и  обычно проигрывают «конкурентную  борьбу». Поэтому эта группа редко  бывает ответственна за порчу свежих белковых продуктов. Если, однако, условия в продуктах меняются в связи с попытками ограничить бактериальный рост, то роль дрожжей и плесеней может усилиться. Многие дрожжи могут расти при температурах ниже О °С. Кроме того, дрожжи и плесени по сравнению с бактериями обычно более устойчивы к низким значениям рН, пониженным значенияма_т и присутвию консервантов. Для своего роста плесени часто нуждаются в кислороде в то время как многие дрожжи могут расти как в присутствии кислорода, так и без нег:. Большинство дрожжей и плесеней не термоустойчивы и легко разрушаются при тепловой обработке. Род плесениByssochlamys, однако, может образовывать относительно термоустойчивые аскоспоры.

Свежее мясо, птица, рыба и молочные продукты редко содержат дрожжи или плесени, которые попадают в них из окружающей среды. Наиболее важным фактором их переноса может быть движение воздуха (особенно это касается аскоспор плесеней). К наиболее распространенным дрожжам, вызывающим порчу, относятся такие виды, как Candida, Debaryomyces, Hansenula, Kluveromyces, Rhodotomla, Saccharomyces, Tomla и Zygosaccharomyces. К плесеням, которые могут быть выделены из испорченных охлажденных продуктов, относятся Aspergillus, Cladosporium, Geotrichwn, Mucor. Penicillium, Rhizopus и Thamnidium. Грибковая порча может сопровождаться образованием хорошо заметных, зачастую пигментированных пятен роста, слизи, сбраживаниемСахаров с образованием кислоты, газа или спирта, а также появлением посторонних запахов и привкусов. Эти запахи и привкусы описывают как дрожжеподобные, фруктовые, несвежие/заплесневелые, прогорклые и аммиачные.

Как и молочнокислые  бактерии, дрожжи и плесени иногда специально вводят в пищевые продукты. Например, развитие Penicillium camembertii на поверхности сыров бри и камамбера необходимо для получения желаемого вкуса, запаха и текстуры, а рост этой плесени на других видах сыра рассматривается как их порча.

ВЛИЯНИЕ РОСТА МИКРООРГАНИЗМОВ

При соответствующих  условиях большинство микроорганизмов  растет или размножается. Бактерии размножаются путем деления на две части, то есть каждая клетка делится и образует две дочерние клетки, и поэтому численность популяции бактерий растет экспоненциально. В идеальных условиях некоторые бактерии могут расти и делиться каждые 20 мин, так что одна клетка за 8 ч может дать 16 млн клеток. В неблагоприятных условиях, например, при хранении в охлажденном виде, время генерации (время удвоения численности) увеличивается. Например, при увеличении этого времени до 2 ч через 8 ч численность популяции будет равна лишь 16 клеткам. Даже в идеальных условиях рост не продолжается беспрепятственно, а ограничивается рядом факторов — истощением запасов питательных веществ, накоплением токсичных побочных продуктов, изменением экспериментальных условий или отсутствием пространства.

Порча пищевых продуктов

При росте бактерий в пищевых продуктах они потребляют из них питательные вещества и образуют побочные продукты метаболизма — газы или кислоты. Кроме того, они могут производить ряд ферментов, которые разрушают клеточную структуру или ее компоненты (например, липазы и протеазы). В случае присутствия лишь нескольких вызывающих порчу микроорганизмов последствия их роста могут быть неявными. Если, однако, микроорганизмы размножились, то образование газов, кислот, возникновение посторонних запаха и вкуса или разрушение структуры пищевого продукта может привести к его порче. Кроме того, наличие микроорганизмов может проявиться как видимая колония, образование слизи или помутнение жидкостей. Некоторые ферменты, образованные вредными бактериями, могут оставаться активными даже после уничтожения самих этих бактерий в пищевом продукте в результате тепловой обработки.

  Связь между  количеством микроорганизмов и  порчей продуктов сложна и зависит  от числа, вида и активности присутствующих микроорганизмов, вида продуктов, его  свойств и внешних условий. В  некоторых случаях эта связь  явная, как в случае, описанном в работе [55] (треска в герметичной вакуумной упаковке). В целом же необходимо большее понимание связи между определенными микроорганизмами, вызывающими порчу определенных продуктов, и ухудшениеморганолептических показателей.

  Патогенные  микроорганизмы в пищевых продуктах

В случае многих микроорганизмов, болезнетворных для человека, чем  больше количество поглощенных человеком клеток, тем больше вероятность заражения, поскольку большое количество клеток может оказаться в состоянии подавить защитные механизмы организма. Более высокие количества могут также вести к более короткому инкубационному периоду перед началом болезни, в связи с чем необходимо ограничение, а лучше прекращение роста микроорганизмов в пищевых продуктах. В случае некоторых патогенных микроорганизмов (например, вирусов Campylobacter),доза, вызывающая инфекцию, мала, и для инфицирования их рост в пищевом продукте может быть необязателен. Другие патогенные микроорганизмы могут образовывать в пищевых продуктах токсины, ведущие к заболеваниям. При высоких плотностях микробных клеток обычно предварительно формируются токсины, и при этом происходит рост клеток. Если токсин термостоек, он может сохраниться даже при удалении из продукта всех микроорганизмов, в связи с чем важно контролировать рост на всех стадиях холодильной цепи.