Уксуснокислое брожение: характеристика возбудителей, химизм, практическое значение. Уксуснокислые бактерии-возбудители порчи пищевых пр
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Уксусное брожение 4
1.1 Понятие, химизм
1.2 Характеристика возбудителей
1.3 Практическое значение
1.4 Уксусные бактерии - возбудители порчи пищевых продуктов
2. Концентрация
растворенных веществ и
2.1 Понятие
2.2 Влияние на жизнедеятельность микроорганизмов
3. Тургор, плазмолиз и плазмоптис 9
3.1 Понятие
3.2 Практическое значение, использование в практике хранения
пищевых продуктов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 13
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Целью контрольной работы является ознакомление с научными представлениями об основных биологических свойствах уксуснокислых бактерий, а также рассмотрение понятий некоторых характеристик среды, в которой живут микроорганизмы и обозначить их практическое значение в ходе производства и хранения продуктов.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
а) дать определения основных понятий;
б) изучить химизм;
в) раскрыть практическое значение.
Изучение характерных особенностей уксуснокислых бактерий, уксусного брожения, вызываемого ими, а также условий среды, необходимых для развития микроорганизмов, поможет использовать на практике научно-обоснованные режимы обработки пищевого сырья, хранения пищевых продуктов, профилактики пищевых инфекций и отравлений.
При
написании работы материалами исследования
стали, прежде всего, исследования ученых,
изложенные в учебниках по микробиологии,
монографии авторов, учебные пособия,
журнальные статьи.
1. Уксусное брожение
- Понятие, химизм
Уксусно-кислое брожение представляет собой процесс превращения этилового спирта при участии кислорода в уксусную кислоту.
Процесс уксусно-кислого брожения протекает в два этапа. Сначала этиловый спирт окисляется до уксусного альдегида:
C2H6O + О = Н2О + С2H4О (альдегид);
а затем уксусный, альдегид в результате дальнейшего окисления превращается в уксусную кислоту:
С2H4О + О = С2Н4O2 (уксусная кислота).
Если оставить на воздухе сосуд со слабым спиртовым раствором, например, пивом, вином и т. п., то по прошествии некоторого времени на поверхности жидкости появляется пленка, спирт исчезает и накапливается уксусная кислота. Появившаяся пленка и есть возбудительница уксусного брожения. Первое исследование, предпринятое для выяснения вопроса о природе этой пленки, принадлежит Персону (1822 г.), также исследовали это явление известный немецкие биологи Фридрих Кютцинг, Майер, датский ученый Ганзен и другие.
- Характеристика возбудителей
Вызывают процесс уксусного брожения уксуснокислые бактерии, они достаточно широко распространены в природе, встречаются на растениях, ягодах, фруктах, часто совместно с дрожжами в квашеных овощах, в почве, в меде, вине, пиве, на зерне и даже на пчелах. Оптимальная температура развития +20 о…+34 оС.
Уксуснокислые бактерии представляют собой слабоподвижные или неподвижные бесспоровые палочки; отличаются высокой степенью устойчивости к кислотам, некоторые способны проявлять жизнедеятельность при содержании в среде до 7—11 % уксусной кислоты; нуждаются в питательных средах сложного состава.
Важными
представителями этой группы являются
уксусная палочка, способная накапливать
в среде до 6 % кислоты, орлеанская уксусно-кислая
палочка, накапливающая до 9,5 % кислоты
и хорошо развивающаяся на слабом вине,
а потому использующаяся для промышленного
получения винного уксуса, а также палочка
Шютценбаха, которая образует сплошную
поверхностную пленку и накапливает до
11,5% уксусной кислоты.
Для
промышленного получения
В. Н. Азаров "Основы микробиологии и санитарии"
→ Л. В. Мармузова "Основы микробиологии, санитарии и гигиены производства хлебо-булочных и мучных изделий кнодитерских изделий”
→ Ю. И. Окорокова “Гигиена питания”
,
который вполне правильно
Благодаря работам датского ученого Ганзена (Hansen) удалось установить, что в действительности существует несколько бактерий, способных окислять спирт в уксусную кислоту.
Сам Ганзен различал три вида: Bacterium aceti, Bacterium Pasteurianum и B.K ü tzuigianum. Позднее Броун описал под названием В. aceti (отличающейся от B. aceti Hansen'a) и В. xylinum еще двух возбудителей Уксусное брожения; число их впоследствии еще увеличилось, и в настоящее время, кроме указанных пяти видов, известны еще следующие уксусн. бактерии: В. охуdans, В. асеtosum, В. асеtigenum, В. industriam, B. ascendens, Termobacterium aceti и, кроме того, выделенный Лафаром особый вид дрожжей.
Изученные Ганзеном В. aceti, В. Pasteurianum и В. K ü tzingianum представляют довольно ясно отличимые друг от друга виды. Так, пленка на поверхности бродящей жидкости у В. aceti как бы влажная и гладкая, у В. Pasteurianum, наоборот, сухая и складчатая, у В. K ü tzingianum в общем похожа на пленку В. aceti, но при росте она приподнимается над жидкостью и как бы взлезает на стенки сосуда. Колонии на желатине у них тоже весьма различны. Под микроскопом различия не менее заметны: у В. K ü tzingianum клетки, главным образом, отделены друг от друга, и клеток, соединенных в цепочки, очень мало, у остальных видов — наоборот (см. фиг. 1—3). Далее, клетки В. Pasteurianum и В. K ü tzingianum от действия йода синеют, тогда как у В. aceti остаются без изменения; синюю окраску от йода принимает, по-видимому, не пленка, которая окрашивается в желтый цвет, но слизь, окружающая бактерии. Оболочка уксусных бактерий состоит, однако, не из целлюлозы, чем и отличаются перечисленные бактерии от В. xylinum, или, как называют его в Англии, — vinegar plant.
В. xylinum образует замечательно толстые пленки — зооглеи, достигающие толщины в 25 мм. При действии на эту пленку йода и серной кислоты появляется голубое окрашивание, что указывает на присутствие целлюлозы, другие реакции это вполне подтверждают. На основании химического анализа видно, что состав В. xylinum следующий: углерода 44,26, водорода 6,26, кислорода 49,49.
Исследования Ганзена показали, что нижняя граница, при которой происходит рост для B. aceti = 3 — 5°С, для В. Pasteurianum = 5 — 6°С, для В. K ü tzingianum = 6 — 7° С; верхняя граница лежит около 42°С, а наиболее благоприятная при 34°С. Если Bacterium Pasteurianum развивается на двойном пиве (Doppelbier) при температуре 5 — 34°С, то она образует обыкновенные цепочки, состоящие из коротеньких палочек; если же часть пленки, состоящей из таких палочек, перенести в свежий питательный раствор и поставить его в термостат при температуре 40 — 40,5°С, то форма клеток заметно изменяется. Уже через 8 — 9 час. заходят вместо цепочек длинные нити до 40 μ, а цепочки из коротеньких члеников постепенно исчезают, через 24 часа от начала опыта можно найти только длинные нити, из которых некоторые достигают 200 μ (см. фиг. 5).
Если эти длинные нити оставить снова при темп. в 34°С, то на них можно заметить появление вздутий, одновременно на нитях начинают появляться коротенькие членики, и, наконец, нити распадаются на множество отдельных клеток незначительной величины, а вздутые клетки постепенно растворяются (см. фиг. 4).
Подобную
зависимость от температуры можно
наблюдать и у других уксусных
бактерий. Уксусное брожение* брожение
является типичным примером так наз. окислительного
брожения, причем окислительная функция
тесно связана здесь с живой плазмой уксусных
бактерий. До сих пор еще не указано на
существование специфического фермента
уксусных бактерий, но весьма вероятно,
что, с расширением наших сведений об этом
процессе, удастся найти особый, присущий
уксусным бактериям, оксидаз. Весьма близким
Уксусное брожение* брожению является
процесс окисления при помощи микроорганизмов
(по Betrand, вероятно, идентичных В. xylinum) шестиатомного
спирта сорбита в сорбозу, а равно и многих
других многоатомных спиртов (маннита,
а также глицерина и т. д.).
Ср.
Liebig, "Jonrn. f. pr. Chemie", N. F., I, 35, стр. 312);
Pasteur, "Etudes sur le vinaigre" (1868); K ü tzing, "Journal
f. pr. Chemie" (XI, стр. 390); Mayer u. Knierim, "Landw.
Versuchstat." (XVI); Lafar, "Centr. f ü r Bakteriologie"
(XIII, 1893); кроме того, сведения об Уксусное
брожение* брожения можно найти в Lafar, "Technische
Mykologie" (I, 1897; готовится русский перевод
с дополнениями); Sch ü tzenherger, "Les fermentations"
(1896).
Б. Исаченко.
Брожение является важным в хозяйственном отношении, так как позволяет получать в больших количествах из доступных субстратов уксусную кислоту — вещество, широко используемое в пищевой, текстильной и других отраслях промышленности.
Процесс
используется для получения столового
уксуса, винного уксуса, сорбозы, кроме
того, в лабораторных условиях получают
радиоактивные препараты и редкие сахара.
Микроорганизмы этой группы могут вызывать
порчу вин, пива, безалкогольных напитков,
меда и косметических средств.
Помещение
пищевых продуктов в уксус
или в содержащие его растворы
относится к старейшим способам
консервирования. За 5 тысяч лет до
Рождества Христова на Востоке был
известен уксус из пальмового вина.
Уксус в Древнем Риме использовали
и как приправу, и для консервирования
(самостоятельно либо в смеси с
солью, вином или мёдом). До начала
средних веков уксус
Товарные
формы, производные
Уксусная
кислота для консервирования
пищевых продуктов поступает
в продажу в виде уксуса и уксусной
эссенции. Первый представляет собой 5-10%-й,
а вторая — 25-80%-й водный раствор
уксусной кислоты. В зависимости
от сырья различают винный, фруктовый,
пивной, солодовый, спиртовой и другие
виды уксуса, а также синтетическую
уксусную кислоту. Уксус для домашнего
использования получают или брожением,
или разбавлением синтетической
уксусной кислоты, или смешением
уксусной кислоты, полученной брожением,
с синтетической уксусной кислотой.
Винный уксус, поступающий в продажу
в Германии, обычно представляет собой
смесь винного и спиртового уксуса
в соотношении 1:4.
Наряду
с уксусной кислотой в качестве консерванта
применяется и так называемый
диацетат натрия. Это вещество состоит
из уксусной кислоты и ацетата натрия
в мольном соотношении 1:1.
Свойства
Уксусная
кислота СН,СООН представляет собой
бесцветную жидкость, кристаллизующуюся
при 17°С, кипящую при 118°С и смешивающуюся
с водой во всех отношениях. Диацетат натрия
— белый кристаллический порошок, растворимый
в воде и пахнущий уксусной кислотой.
Аналитические
сведения
Уксусная
кислота способна улетучиваться
с водой; поэтому в отсутствие
других летучих кислот её можно определить
титрованием дистиллята, полученного
отгонкой с водяным паром. Кроме
того, уксусную кислоту количественно
можно определить ионной хроматографией
с УФ-детектором или ферментативным
методом.
Получение
Уксусную кислоту получают биологическим окислением или синтетически.
Все
обычные биологические методы основаны
на способности бактерий рода Асе/оЬас/ег
окислять этиловый спирт в уксусную кислоту.
Ранее использовали поверхностное брожение
(орлеанский способ, метод Шютценбаха
и др.), в настоящее время применяют преимущественно
глубинное брожение. Основным сырьём служат
вино и разбавленный спирт. Синтетическую
уксусную кислоту получают окислением
уксусного альдегида или низших углеводородов.
Промышленное значение имеет также карбони-лирование
метанола.
Токсиколого-
Уксус,
полученный брожением, и синтетический
уксус при одинаковой концентрации
не отличаются по своим токсикологическим
свойствам.
Острая
токсичность. При концентрации выше
30% уксусная кислота, попадая на кожу,
вызывает ожоги. Из-за липофильности она
является более сильным денатурирующим
агентом, чем минеральные кислоты при
той же концентрации ионов водорода. Значение
ПДК уксусной кислоты составляет 25 мг/м2.
Субхроническая
токсичность. Потребление крысами в течение
2—5 месяцев питьевой воды с добавлением
0,01-0,25% уксусной кислоты (соответствует
ежедневному приёму 0,2 г на 1 кг массы тела)
не наносило им заметного вреда. По другим
данным, крысы без вреда переносят в течение
2 недель ежедневный приём 1,8 г разбавленной
уксусной кислоты, но гибнут при дозе 2,4
г в день в течение 3-5 дней. В то же время
4,2—4,8 г ацетата натрия в день крысы переносят
безразлично. Сравнивая действие уксусной
кислоты и ацетатов, можно сделать вывод,
что вред наносит не ацетатный ион, а продолжительное
сильное воздействие самой кислоты.
Хроническая
токсичность. О хронической токсичности
уксусной кислоты или ацетатов при
использовании их в качестве пищевых
консервантов имеются лишь отдельные
сообщения. Тысячелетнее применение уксуса
в качестве приправы рассматривают
как доказательство безвредности уксусной
кислоты в низких концентрациях.
Исследования токсичных свойств
и воздействия уксусной кислоты
касаются прежде всего производственной
медицины. Непереносимость уксусной кислоты
встречается очень редко. Для неё исключаются
первичный канцерогенез и генотоксичность.
Обобщённые
токсикологические сведения об уксусной
кислоте приведены в работах.
Биохимическое
поведение. Уксусная кислота в виде
ацетил-кофермента А играет центральную
роль в обмене веществ. Она участвует как
в синтезе, так и в расщеплении органических
веществ, например жирных кислот или углеводов.
В организме млекопитающих уксусная кислота
может использоваться как источник энергии.
Законодательные
аспекты применения в пищевых
продуктах
Уксусная
кислота (Е260) в большинстве стран
не имеет законодательных
Действие
на микроорганизмы
Между
синтетическим и бродильным уксусом
нет различий по консервирующему
действию. Значение имеет только концентрация
уксусной кислоты.
Общие
критерии. Действие уксусной кислоты (в
ещё большей степени, чем муравьиной)
основано главным образом на снижении
рН консервируемого продукта. Для этого
необходима высокая её концентрация (по
сравнению с другими кислотами-консервантами).
Уксусная кислота проявляет антимикробное
действие при содержании свыше 0,5%. Она
проникает через стенку клетки и денатурирует
белки клеточной плазмы.
Если
добавлением кислоты снизить
рН консервируемого продукта до трёх,
антимикробное действие уксусной кислоты
оказывается в 10-100 раз сильнее действия
других кислот, например соляной75110|. Это
различие основано на том, что недиссоциированная
уксусная кислота вследствие своей липофильности
лучше проникает внутрь клетки. Уксусная
кислота усиливает чувствительность бактерий
к нагреву, но не влияет на термостойкость
дрожжей и плесневых грибов.
Антимикробное
действие уксусной кислоты, не связанное
с её влиянием на рН, незначительно. Константа
диссоциации уксусной кислоты сравнима
с константами пропионовой и еорбиновой
кислот. При высоких значениях рН её значительная
часть ещё находится в недиссоциированной
форме, но в этой области она практически
не действует (в отличие от еорбиновой
и пропионовой кислот). При снижении рН
с 6 до 5 действие уксусной кислоты лишь
удваивается, вто время как доля недиссоциированной
кислоты при этом возрастает примерно
в 7 раз. Таким образом, между долей недиссоциированной
кислоты и антимикробным действием нет
положительной корреляции.
Ацетаты
антимикробным действием не обладают.
Успешное использование диацетата натрия
не противоречит этому утверждению, так
как действующим началом здесь служит
содержащаяся в нём свободная уксусная
кислота.
Спектр
действия. Действие уксусной кислоты (из-за
снижения ею рН) направлено главным образом
против бактерий. Оптимальные значения
рН для развития большинства видов лежат
в слабокислой и нейтральной области.
Особенно это касается патогенных бактерий,
включая род Salmonella. Однако вид Bacterium xylinum
в обычном пищевом уксусе ещё достаточно
жизнеспособен. Бактерии рода Lactobacillus
обладают значительной кислотостойкостью;
поэтому они малочувствительны к уксусной
кислоте. Для защиты от бактериальной
порчи и по другим причинам бродильный
уксус обрабатывают сернистым газом.
Хотя
уксусная кислота и действует
против плесневых дрожжей и грибов
лучше, чем против бактерий, но в
сравнении с другими
Области
применения
Жиропродукты.
В майонезы, салатные заправки и деликатесные
салаты уксусную кислоту добавляют не
только для вкуса, но и для улучшения сохранности.
Однако она обеспечивает ограниченную
защиту продуктов от порчи бактериями,
дрожжами и плесневыми грибами. По этой
причине уксусную кислоту используют
в сочетании не только с солью, но и с такими
способами консервирования, как пастеризация
или хранение на холоде, либо с такими
консервантами, как сорбиновая и(или) бензойная
кислоты. Применение уксусной кислоты
в концентрации, необходимой для консервирования
(свыше 1%), отрицательно сказывается на
вкусе; слишком кислый вкус можно смягчить
буферным веществом, например ацетатом
натрия .
Мясопродукты.
Маринование или обтирание
Рыбная продукция. Большое количество рыбы маринуют с помощью заливок, содержащих уксус и соль. Маринование может сопровождаться тепловой обработкой (варка, жаренье) или проводиться без нагревания. Уксусная кислота имеет особое значение для рыбной продукции прежде всего потому, что в порче рыбы участвуют в основном бактерии, а большинство консервантов действует главным образом на дрожжи и плесени. Однако важные для этих продуктов бактерии рода Lactobacillus недостаточно подавляются уксусной кислотой в малых концентрациях. Для надёжного сохранения маринадов необходимо сочетание уксусной кислоты с другими способами консервирования (пастеризацией, охлаждением) и(или) с другими консервантами. Обычная для рыбопродуктов концентрация уксусной кислоты (1—3%) в основном защищает от патогенных микроорганизмов, прежде всего от бактерий рода Clostridium.
Овощные
продукты. Маринование овощей в уксусе
по действию схоже с молочнокислым
брожением, только это не ферментативный
процесс. Консервируемое сырьё помещают
в 0,5—3%-й раствор уксусной кислоты,
который может содержать
Фруктовая
продукция. В некоторых странах
в домашнем хозяйстве маринуют сливы,
груши, вишни, виноград и другие ягоды
и фрукты. Их заливают горячим 2-2,5%-м
раствором уксусной кислоты с
высоким содержанием сахара и
стерилизуют.
Выпечка.
Уксусную кислоту (в основном в виде
диацетата натрия) используют для защиты
некоторых сортов хлеба от так называемой
«картофельной болезни» — порчи, возникающей
под действием бактерий вида Bacillus mesentericus.
С
1906 года известно, что развитие этих
бактерий можно подавить лёгким под-кислением
теста. Уксусная кислота не только угнетает
бактерии, ной уменьшает их термостойкость;
поэтому в тесте, подкисленном уксусной
кислотой, возрастает скорость гибели
бактерий в процессе выпечки. Концентрация
диацетата натрия составляет 0,2-0,4% от массы
муки. Как средство предохранения нарезанного
хлеба от плесени диацетат натрия не используется
из-за слишком слабого антимикробного
действия.
Прочие
действия
Уксусная
кислота имеет большое значение
и как вкусовая добавка. Во многих
пищевых продуктах она
- Трушина Т.П. Микробиология,
санитария и гигиена в
торговле. – Ростов-на-Дону: «Феникс», 2000. - Справочник санитарные правила торговли. составитель Трушина Т.П. – Ростов-на-Дону: «Феникс», 2002.
- Шарковский Е.К. Гигиена продовольственных товаров. – М.: новое знание, 2003.
- ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».
- Санитарные правила для предприятий продовольственной торговли. М.,
2.
Осмотическое давление
диффузное давление, термодинамический
параметр, характеризующий стремление
раствора к понижению