Микробиология пищевых производств

Н.Г. Ильяшенко, Е.А. Бетева, Т.В. Пичугина,
А.В. Ильяшенко


            Микробиология пищевых производств









Москва





                znanium com





электронно-библиотечная система

Инфра-М

2017

   Н.Г. Ильяшенко, Е.А. Бетева, Т.В. Пичугина,
А.В. Ильяшенко


            Микробиология пищевых производств


Учебник







Москва
Инфра-М; Znanium.com

2017

Ильяшенко, Н.Г.

     Микробиология пищевых производств: учебник / Н.Г. Ильяшенко, Е.А.
Бетева, Т.В. Пичугинаи др. - М.: Инфра-М; Znanium.com, 2017. - 412 с.

ISBN 978-5-16-105543-4 (online)


















ISBN 978-5-16-105543-4 (online)


© Ильяшенко Н.Г., 2017

       ВВЕДЕНИЕ











   Микробиология — наука о мельчайших живых существах, называемых микроорганизмами. Мир этих существ обширен и разнообразен. Он включает в себя тысячи представителей разных систематических групп: бактерии, грибы, многие водоросли и простейшие. Размеры микроорганизмов меньше или несколько превышают разрешающую способность человеческого глаза (0,2 мм), поэтому их изучение связано с использованием микроскопов, а также особых методов выращивания, обычно на стерильных питательных средах. Большинство микроорганизмов одноклеточные, а многоклеточные формы сравнительно мало дифференцированы.
   Иногда к микроорганизмам относят и вирусы, которые не имеют клеточного строения, а размеры их так малы, что их можно увидеть лишь с помощью электронного микроскопа.
   Несмотря на малые размеры, микроорганизмы обладают разнообразными функциями, имеющими большое значение в процессах круговорота веществ в природе, а также влияющими на научную и практическую деятельность человека. Какие же свойства микроорганизмов определяют их значение для развития науки и народного хозяйства?
   Малые размеры этих организмов позволяют им легко распространяться в окружающей среде. Трудно найти на Земле место, где бы они не существовали. Особенно в больших количествах они находятся в почве и водоемах.
   К важным свойствам микроорганизмов относится их способность к быстрому размножению. Известны бактерии, которые делятся каждые 30—60 и даже 8 — 10 мин.
   Микроорганизмы очень разнообразны по своим физиологическим и биохимическим свойствам. Они могут расти и сохраняют свою жизнеспособность в самых сложных, нередко экстремальных, условиях, в которых ни растения, ни животные существовать не могут. I Очень разнообразны микроорганизмы в отношении питания и способов получения энергии. Обмен их веществ может существен

но меняться в зависимости от условий среды, рост на разных субстратах нередко сопровождается выделением в среду значительных количеств органических кислот, спиртов, аммиака нитратов, диоксида углерода, некоторых ферментов, полисахаридов, токсинов, аминокислот и других продуктов.
   В результате способности воздействовать на разнообразные субстраты, образовывать различные продукты и расти в разных условиях микроорганизмы занимают важное место в природе. Самой важной функцией микроорганизмов на Земле является участие в круговороте углерода. Они разлагают остатки умерших животных и растений, обеспечивая минерализацию углерода органических соединений и возвращение СО₂ в атмосферу. Микроорганизмы участвуют в геохимических превращениях азота, фосфора, серы, железа, марганца и других элементов. С их жизнедеятельностью связано образование каменного угля, нефти, некоторых руд, торфа. Большую роль играют микроорганизмы в почвообразовательных процессах, способствуя повышению плодородия почв.
   Человек начал получать некоторые продукты с помощью микроорганизмов задолго до открытия последних. С давних пор пиво, вино, уксус, кисломолочные продукты, хлебопекарные изделия изготавливали, не подозревая об участии в этих процессах микроорганизмов.
   Первые описания их Антонием ван Левенгуком появились в конце XVII в. А. Левенгук создал первые микроскопы, увеличивающие предметы в 160 — 270 раз. С большой точностью он описал и зарисовал внешний вид (морфологию) микроорганизмов, обнаруженных в объектах окружающей среды. Поэтому первый период в развитии микробиологии называют морфологическим (описательный). Однако микробиология как самостоятельная наука начала формироваться лишь в середине XIX в. после выдающихся исследований французского ученого Луи Пастера, который создал новое физиолого-биохимическое направление в изучении микроорганизмов, сменившее морфологическое направление, продолжавшееся на протяжении полутора веков.
   Луи Пастеру принадлежит ряд важнейших открытий в области медицины и физиологии микроорганизмов. Он является основоположником физиологического периода в развитии микробиологии. Работы Пастера имели революционное значение. Многие явления, известные человечеству с незапамятных времен, — спиртов вое, молочнокислое и маслянокислое брожения, гниение, а также различные инфекционные заболевания — получили свое научное объяснение, что способствовало дальнейшему стремительному развитию науки о микроорганизмах. Большое значение в тот период имели также исследования немецкого ученого Роберта Коха. Им разработана методика получения чистых культур микроорганизм

мов на плотных питательных средах, что позволило выделить и изучить ряд возбудителей инфекционных заболеваний, а также полезных микроорганизмов. Л. Пастером и Р. Кохом были введены новые экспериментальные методы исследования, заложены основы микроскопии, стерилизации и пастеризации.
   Большой вклад в развитие микробиологии внесли русские ученые. Выдающаяся роль принадлежит И. И. Мечникову, Д. И. Буткевичу, Н. Ф. Гамалее, Л. С. Ценковскому, С. Н. Виноградскому, В. Л. Омелянскому, В. Н. Шапошникову, Н. А. Красильникову, А. А. Имшенецкому и многим другим ученым.
   В последние годы микробиология развивается бурными темпами, ее достижения опираются на успехи смежных наук: общей биологии, генетики, химии, биохимии, физики, энзимологии. Накопившееся огромное разнообразие и специфичность теоретического и практического материала позволили в настоящее время выделить в микробиологии ряд самостоятельных разделов. Общая микробиология включает в себя знания, накопленные при изучении общих закономерностей строения, развития, распространения и жизнедеятельности микроорганизмов, их изменчивости и наследственности, обмена веществ, влияния на них факторов внешней среды, роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе и путей регулирования микробиологических процессов в практических целях. Из общей микробиологии выделились: геологическая микробиология, изучающая роль микроорганизмов в различных геохимических процессах; почвенная и водная микробиология, изучающие закономерности распространения и жизнедеятельности микроорганизмов в различных почвенных зонах, озерах, морях и океанах.
   Сельскохозяйственная микробиология занимается изучением путей использования жизнедеятельности микроорганизмов для улучшения плодородия почвы, увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, получения консервированных кормов, улучшения роста сельскохозяйственных животных.
   Изучение патогенных микроорганизмов, их специфики, взаимодействия с организмом человека, способов борьбы с ними и разработка способов профилактики инфекционных заболеваний обусловили развитие медицинской микробиологии.
   Санитарная микробиология дает санитарно-гигиеническую оценку среды обитания человека и пищевых продуктов и разрабатывает методы их очистки от вредных микроорганизмов; эпидемиология изучает пути и способы распространения различных инфекционных заболеваний и меры борьбы с ними; ветеринарная микробиология изучает возбудителей инфекционных заболеваний животных.
   Д. И. Ивановский заложил основы нового важного раздела микробиологии — вирусологии, занимающейся изучением закономерностей развития вирусов животных, растений, микроорганизмов.

   На основании исследований С. П. Костычева, В. С. Буткевича, А. И. Лебедева, В. Н. Шапошникова, М. В. Чистякова, Я. Я. Никитинского, С. А. Королева и других крупных ученых возникла отрасль микробиологии, имеющая большое прикладное значение, — техническая микробиология, в которую входит раздел микробиологии пищевых производств.
   Техническая, или промышленная, микробиология изучает микроорганизмы, используемые в производственных процессах с целью получения практически важных веществ: пищевых продуктов, этанола, глицерина, ацетона, органических кислот и др. На основе технической микробиологии в нашей стране создана новая отрасль народного хозяйства — микробиологическая промышленность, которая особенно интенсивно развивается в последние годы. С помощью микроорганизмов получают многие биологически активные вещества: ферменты, аминокислоты, витамины, полисахариды, стимуляторы роста растений и животных, средства защиты растений, препараты для борьбы с грызунами и вредителями сельского хозяйства, гормоны.
   Вместе с тем микроорганизмы наносят существенный вред народному хозяйству, вызывая порчу сельскохозяйственного сырья, разрушают различные промышленные материалы. Многие микроорганизмы, попав в производство пищевых продуктов с сырьем, водой, из воздуха, с поверхности оборудования, нарушают нормальный ход технологических процессов, приводят к потерям сырья, порче полуфабрикатов, снижают качество выпускаемой продукции. Некоторые из них могут вызывать тяжелые пищевые отравления и заболевания, поэтому для борьбы с нежелательными микроорганизмами в пищевых производствах регулярно осуществляются определенные мероприятия.
   Таким образом, области использования микроорганизмов разнообразны и, очевидно, не ограничены существующими производствами. Имеются большие возможности расширения и совершенствования технологических процессов, основанных на применении микроорганизмов.
   Знание особенностей биологии микроорганизмов, современных достижений микробиологии позволяет использовать микроорганизмы в малоотходных, безотходных технологиях, в замкнутых производственных циклах при производстве пищевых продуктов; позволит сократить или вовсе устранить потери на всех стадиях производства пищевых продуктов и хранения, повысить качество готовой продукции. Без этого невозможно осуществлять микробиологический и санитарный контроль производства, разрабатывать эффективные меры по предотвращению развития и уничтожению посторонних нежелательных микроорганизмов.

        ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ


  РАЗДЕЛ




         Глава 1

         МОРФОЛОГИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

  Морфология микроорганизмов изучает форму и особенности строения клеток, способность их передвигаться, образовывать споры, способы размножения и др. Морфологические признаки играют большую роль в идентификации микроорганизмов и их классификации. На основании особенностей организации клеток микроорганизмы подразделяют на эукариоты и прокариоты. К эукариотным микроорганизмам принадлежат микроскопические грибы (в том числе дрожжи), водоросли и простейшие. По строению клеток они не отличаются от растений и животных, которые также представляют собой эукариоты. К прокариотам относятся только бактерии.
  Деление живых организмов на прокариоты и эукариоты базируется прежде всего на особенностях строения их ядерного аппарата. Клетки прокариот (от греч. pro, что означает «до», и karion, что означает «ядро»), «доядерных» организмов, не имеют оформленного, истинного ядра. Генетический материал (ДНК) прокариот находится непосредственно в цитоплазме и не окружен ядерной мембраной. У эукариот (от греч. ей — настоящий, истинный и karion — ядро) имеется настоящее ядро, т. е. у них генетический материал окружен двойной мембраной (ядерная оболочка). Наряду с этим признаком есть много других различий между прокариотами и эукариотами, которые будут рассмотрены далее.
  Отдельную группу организмов представляют вирусы, которые не имеют клеточного строения и не могут размножаться вне живой клетки.
  Наука о распределении живых организмов по отдельным группам — таксонам — называется систематикой. Классификация и номенклатура — две основные области систематики. Задачей классификации является объединение живых организмов, обладающих общими признаками и свойствами, в определенный таксон.
  Основная единица в систематике живых организмов — вид. Под видом подразумевают совокупность организмов, имеющих

общее происхождение, характеризующихся общими морфологическими, физиологическими и биохимическими признаками и приспособленных к существованию в определенных условиях внешней среды. Виды объединяют в таксоны более высокого ранга — роды. Роды в свою очередь группируют в семейства — порядки (или отряды в царстве животных), порядки — в классы, а классы — в типы. Высшим уровнем таксономической иерархии является царство.
   Номенклатура обеспечивает единство и стабильность названий отдельных таксонов и организмов, принадлежащих к ним. Для наименования вида принята биноминальная номенклатура, предложенная еще в XVIII в. К. Линнеем. Научное название микроорганизма складывается из двух латинских слов. Первое начинается с прописной буквы и обозначает род, второе — со строчной буквы и обозначает вид, к которому принадлежит организм. Например: Bacillus subtilis (палочка сенная) — это бактерия палочковидной формы, относится к роду Bacillus, образует эндоспоры бациллярного типа, обитает на сене.


          ПРОКАРИОТЫ (БАКТЕРИИ)

   Известно около 4000 видов бактерий. Их разнообразие особенно выражено в отношении физиолого-биохимических свойств. В определенной степени оно проявляется и в морфологии. Большинство бактерий — это одноклеточные организмы, но имеются и многоклеточные.
   Форма и размеры бактерий. По внешнему виду (форме) одноклеточные бактерии разделяются на три основные группы: шаровидные, палочковидные и извитые (рис. 1.1).
   Шаровидные бактерии (см. рис. 1.1, а) могут быть одиночными — микрококки', диплококки соединены попарно, делятся в одной плоскости; стрептококки образуют цепочки разной длины в результате деления в одной плоскости, как и диплококки; тетракокки соединены по четыре вследствие деления в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; сарцины располагаются в форме правильных пакетов вследствие деления в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. При делении кокков неравномерно в нескольких плоскостях образуются скопления неправильной формы, напоминающие гроздь винограда, — стафилококки.
   Палочковидные бактерии (см. рис. 1.1, б) имеют форму вытянутого цилиндра, могут быть одиночными или соединены попарно, а также находиться в виде цепочек из трех клеток и более. Отношение длины клетки к ее поперечнику у них сильно варьирует. У коротких палочек длина клетки лишь ненамного превышает

Рис. 1.1. Формы бактерий:

а — шаровидные; б — палочковидные; в — извитые; г — нитчатые; д — новые формы; 1 — микрококки; 2 — стрептококки; 3 — диплококки и тетракокки; 4 — стафилококки; 5 — сардины; 6 — палочки без спор; 7 — палочки со спорами; 8 — вибрионы; 9 — спириллы; 10 — спирохеты; 11 — тороиды; 12 — бактерии, образующие выросты (простеки); 13 — червеобразные;
14 — шестиугольные

поперечное сечение, и их часто довольно трудно отличить от кокков. Палочковидные бактерии — наиболее многочисленная группа бактерий.
  Извитые бактерии (см. рис. 1.1, в) бывают трех типов: вибрионы-палочки, изогнутые в виде запятой; спириллы — имеют один или несколько завитков, и спирохеты, имеющие вид мелких спиралей с многочисленными завитками.
  Кроме этих наиболее распространенных в природе форм бактерий встречается небольшое количество нитчатых форм (см. рис. 1.1, г). Они представляют собой многоклеточные организмы в виде нитей, состоящих из одинаковых цилиндрических или дисковых клеток, и являются типичными представителями водных организмов.