Государственное бюджетное образовательное учреждение
Саратовской области
среднего профессионального образования
«Энгельсский политехникум»
Курс лекций
«Микробиология, санитария и гигиена в пищевом производстве»
для специальности
260807 Технология продукции общественного питания
Энгельс -2013 год.
Составитель: Марчукова О.Ю., преподаватель химии ГБОУ СО СПО «ЭП»
Данный курс лекций предназначен для обучения студентов заочной формы обучения по специальности 260807 Технология продукции общественного питания
Основы микробиологии
Лекция 1. Микроорганизмы, их строение и классификация
1.1.Понятие о микроорганизмах
М
икробиология -
наука, изучающая жизнь и свойства микробов. Микробы - одноклеточные организмы - широко распространены в почве, воде, воздухе. Они участвуют в процессах круговорота веществ в природе, расщепляя сложные органически вещества остатков животного и растительного происхождения на простые неорганические вещества, используемые растениями для питания.
Одни микробы играют положительную, а другие отрицательную роль в жизни человека. Полезные микробы участвуют в производстве пищевых продуктов (сыр, творог, хлеб, квас), в процессе их сохранения и консервирования (квашеная капуста, соленые огурцы), в производстве пищевых и кормовых белков из углеводородов для сельскохозяйственных животных из дешевого растительного сырья. Вредные микробы вызывают различные заболевания человека, а также порчу пищевых продуктов (гниение, плесневение), которые служат прекрасной питательной средой для их развития.
Микробы были открыты голландским естествоиспытателем Антонием Левенгуком (1632-1723), сконструировавшим микроскоп, который увеличивал изображение до 160-200 раз. Через этот прибор он наблюдал мир мельчайших существ в различных средах, впоследствии описав их в своей книге «Тайна природы». Французский ученый Луи Пастер (1822-1895) положил начало изучению физиологии микроорганизмов. Он впервые установил причинную связь между микроорганизмами и процессами, происходящими в природе (брожение), доказал, что ряд болезней человека и животных возникает от болезнетворных микробов, разработал вакцины против бешенства и сибирской язвы, применение которых предупреждает возникновение этих грозных заболеваний. Немецкий бактериолог Роберт Кох (1843-1910) внес большой вклад в микробиологию, разработав методы исследования микробов и питательные среды для их выращивания. Он открыл возбудителей туберкулеза и холеры.
Микробы, наиболее часто встречающиеся в процессе приготовления пищи, делят на бактерии, плесневые грибы, дрожжи и вирусы. Большинство микробов - одноклеточные организмы, размер которых измеряется в микрометрах - мкм (1/1000 мм) и нанометрах - нм (1/1000 мкм).
Бактерии - одноклеточные, наиболее изученные микроорганизмы размером 0,4-10 мкм. По форме их делят на кокки - микробы шаровидной формы (микрококки, диплококки, тетракокки, сарци-ны, стрептококки, стафилококки), палочки (одиночные, двойные, цепочки), вибрионы, спириллы и спирохеты (изогнутые и спирально извитые формы). Размеры и форма бактерий могут изменяться в зависимости от различных факторов внешней среды (рис. 3).
Рис. 3. Формы бактерий:
1 - микрококки; 2 - стрептококки; 3 - сарцины; 4 - палочки без спор;
5 - палочки со спорами (бациллы); 6 - вибрионы; 7 - спирохеты;
8 - спириллы.
Бактерии покрыты оболочкой, представляющей собой уплотненный слой цитоплазмы, которая придает клетке форму. Наружный слой оболочки у многих бактерий может ослизняться, образуя защитный покров - капсулу. Основной частью клетки является цитоплазма - прозрачная белковая масса, пропитанная клеточным соком. В цитоплазме находятся ядерное вещество, запасные питательные вещества (зерна крахмала, капельки жира, гликоген, белок) и другие клеточные структуры. На поверхности некоторых бактерий (палочковидных) имеются нитевидные образования - жгутики (одиночные, в виде пучка или по всей поверхности), с помощью которых они передвигаются.
Некоторые палочковидные бактерии при неблагоприятных условиях образуют споры (сгущенная цитоплазма, покрытая плотной оболочкой). Споры не нуждаются в питании, не способны размножаться, но сохраняют свою жизнеспособность при высоких температурах, высушивании, замораживании в течение нескольких месяцев (палочка ботулинуса) или даже многих лет (палочка сибирской язвы). Споры погибают при стерилизации (нагревании до 120°С в течение
29 мин). В благоприятных условиях они прорастают в обычную (вегетативную) бактериальную клетку. Спорообразующие бактерии называются бациллами.
Размножаются бактерии путем простого деления. При благоприятных условиях размножение одной клетки протекает в течение 20 -
30 мин. С накоплением вредных продуктов жизнедеятельности бактерий и исчерпанием питательных ресурсов процесс размножения прекращается.
Плесневые грибы- одноклеточные или многоклеточные низшие растительные организмы, в своей жизнедеятельности нуждающиеся в готовых пищевых веществах и в доступе воздуха. Клетки плесневых грибов имеют форму вытянутых переплетающихся нитей - гифов толщиной 1-15 мкм, образующих тело плесени - мицелий (грибницу), состоящий из одной или многих клеток. На поверхности мицелия развиваются плодовые тела, в которых созревают споры (рис. 4).
По строению клетки плесневых грибов отличаются от бактериальных клеток тем, что имеют одно или несколько ядер и вакуолей (полостей, заполненных клеточной жидкостью). Размножаются плесневые грибы с помощью гиф и спорами.
Плесневые грибы широко распространены в природе. Развиваясь на пищевых продуктах, они образуют пушистые налеты разного цвета. Плесневые грибы выделяют вещества, придающие пищевым продуктам плесневелый запах и вкус. Они могут развиваться при низкой влажности (15 %), что объясняет плесневение сухофруктов, сухарей,
Рис. 4. Виды плесневых грибов:
1 - пенициллиум; 2 - аспергиллус; 3 - мукор..
при повышенной концентрации соли и кислот (на соленых и кислых продуктах), при низкой температуре, поражая продукты, хранящиеся в холодильниках.
Среди плесневых грибов есть полезные, используемые при производстве сыров («Рокфор», «Камамбер»), лимонной кислоты и лекарственных препаратов (пенициллин).
Дрожжи - одноклеточные неподвижные микроорганизмы. Клетки дрожжей размером до 15 мкм бывают разной формы: круглые, овальные, палочковидные (рис. 5). Они имеют четко выраженное крупное ядро, вакуоли и различные включения в цитоплазме в виде капелек жира, гликогена и т. д.
Дрожжи размножаются в благоприятных условиях в течение нескольких часов следующими способами: почкованием, спорами (1 - 112 шт. в клетке), делением. Дрожжи широко распространены в природе. Они способны расщеплять (сбраживать) сахара в спирт и углекислый газ. Спиртовое брожение используется в виноделии, хлебопечении и в производстве кисломолочных продуктов (кефира, кумыса). Некоторые дрожжи отличаются высоким содержанием белков, жиров, витаминов группы В, минеральных веществ, поэтому применяются как пищевой и кормовой продукт.
. 5. Формы клеток дрожжей:
1 - яйцевидные; 2 - эллипсовидные; 3 - цилиндрические (палочковидные);
4 - шаровидные; 5 - лимонообразные; 6 - дрожжи, размножающиеся делением и спорами.
Вирусы - частицы, не имеющие клеточного строения, обладающие своеобразным обменом веществ, способностью к размножению. Они бывают круглой, прямоугольной и нитевидной формы, размером от 8 до 150 нм. Их можно увидеть только с помощью электронных микроскопов.
Лекция 2. Физиология микроорганизмов
Микробы, как и все живые существа, состоят из белков (6-14 %), жиров (1-4 %), углеводов, минеральных веществ, воды (70-85 %), ферментов.
Вода составляет основную массу клетки микроорганизма. Количество ее колеблется от 70 до 85 % - в вегетивных клетках и около 50 % - в спорах. В Еоде растворены все важные органические и минеральные вещества микробной клетки и протекают основные биохимические процессы (гидролиз белков, углеводов и др.).
Белки - основа жизненных структур микроорганизмов. Они входят в состав цитоплазмы, ядра, оболочек и другие структуры клетки. Белки микробов состоят из аминокислот.
Углеводы - входят в состав оболочки, слизистых капсул, протоплазмы и в виде зерен гликогена - запасного питательного вещества. Углеводы поступают в клетку микробов из окружающей среды и используются клеткой как источник энергии. В клетках имеются как простые углеводы, так и сложные (крахмал, гликоген, клетчатка).
Жиры - в небольшом количестве входят в состав цитоплазмы, ядра в виде сложных соединений с белками. Жиры служат источником энергии микроорганизмов.
Минеральные вещества играют важную роль в построении сложных белков, витаминов, ферментов микробной клетки. Растворимые минеральные вещества поддерживают нормальный уровень внутриклеточного осмотического давления (тургор).
Минеральные вещества микробов представлены в виде: фосфора, натрия, магния, железа, серы и др.
Ферменты - вещества ускоряющие (катализаторы) биохимические процессы и находятся внутри клетки микробов. Микробы содержат различные ферменты, одни из которых влияют на биохимические процессы внутри клетки, другие выделяются наружу, перерабатывая вещества окружающей среды, вызывая брожение, гниение и другие процессы в пищевых продуктах.
Питание микробов. Микробы питаются белками, жирами углеводами, минеральными веществами, которые проникают в клетку в растворенном виде через оболочку путем осмоса(процесс диффузии через полупроницаемую оболочку). Белки и сложные углеводы усваиваются микробами только после расщепления их на простые составные части ферментами, выделенными микроорганизмами.
Для осуществления нормального питания микробов необходимо определенное соотношение концентрации веществ как внутри клетки микроорганизма, так и в окружающей среде. Наиболее благоприятная концентрация - содержание 0,5 % хлористого натрия в окружающей среде. В среде, где концентрация растворимых веществ намного выше (2-10 %), чем в клетке, вода из клетки переходит в окружающую среду, происходит обезвоживание и сморщивание цитоплазмы, что приводит к гибели микроба. Это свойство микроорганизмов используют при консервировании продуктов сахаром (варенье) или солью (посол мяса, рыбы).
Дыхание микробов. Дыхание микробам необходимо для получения энергии, обеспечивающей все жизненные процессы. По способу дыхания микробы делят на аэробы,
нуждающиеся в кислороде воздуха (плесневые грибы, уксуснокислые бактерии); анаэробы,
живущие и развивающиеся при отсутствии кислорода (ботулинус, мас-лянокислые бактерии), условные
(факультативные) анаэробы,
развивающиеся как в присутствии кислорода, так и без него (молочнокислые бактерии, дрожжи).
Лекция 3. Влияние внешней среды на развитие микроорганизмов и распространение их в природе
Жизнедеятельность микробов находится в зависимости от окружающей среды. Создавая те или иные условия в среде, где развиваются микробы, можно способствовать развитию полезных и подавлять жизнедеятельность вредных микроорганизмов. Пищевые продукты могут хорошо сохраняться только при создании неблагоприятных условий для развития в них вредных микробов.
Основными факторами, влияющими на жизнедеятельность микробов, являются: температура, влажность, действие света, характер питательной среды.
Температура. Все микробы имеют максимальную, оптимальную и минимальную температуру своего развития. Оптимальная температура для большинства микроорганизмов 25-35°С. Поэтому пищевые продукты в этих условиях быстро портятся.
Минимальный температурный предел у разных микробов различен. Понижение температуры замедляет или прекращает развитие микробов, но не убивает их. Поэтому при охлаждении (6°С) и замораживании (от -6 до -20°С) пищевые продукты хорошо сохраняются, но при оттаивании и обработке их микробы вновь начинают свою деятельность.
Максимальная температура (45-50°С) также приостанавливает развитие микробов. Дальнейшее повышение температуры ведет к гибели вегетативных клеток, а затем и спор. На губительном действии высоких температур на микробы основаны пастеризация (60-90°С) и стерилизация (100- 120°С) пищевых продуктов.
В зависимости от температуры развития микробы делят на психро- филъные (холодоустойчивые), у которых оптимум развития 15°С (плесневые грибы); мезофилъные (развивающиеся при средней температуре), у которых оптимум 25-37° С (болезнетворные бактерии, дрожжи); термофильные (теплолюбивые), у которых оптимум 50° С (молочно-кислые бактерии).
Влажность. Повышенная влажность увеличивает количество растворимых питательных веществ, следовательно, способствует питанию и развитию микробов. Поэтому пищевые продукты, содержащие большое количество влаги (молоко, мясо, рыба, овощи, плоды), быстро портятся.
Нижний предел влажности среды для развития бактерий 20 %, а плесневых грибов - 15 %. Поэтому надежным способом сохранения продуктов от порчи является их сушка до влажности ниже указанного предела.
Среда с повышенной концентрацией веществ. Как уже было сказано, микробы живут в среде с небольшой концентрацией растворимых веществ. При повышении концентрации соли (до 10-20 %) и сахара (до 60-70 %) многие микробы полностью прекращают свое развитие (гнилостные, молочно-кислые) в результате обезвоживания микробных клеток. Действие высокой концентрации соли на микробы используют при посоле рыбы, мяса, а сахара - при приготовлении варенья, джема, повидла.
Реакция среды. Большинство микробов развивается в нейтральной (рН = 7) или слабощелочной среде (рН = 8), а плесени и дрожжи - в слабокислой среде (рН = 3-6). Изменяя реакцию среды, можно влиять на ход развития микроорганизмов. На этом основаны способы консервирования овощей, плодов путем квашения (с помощью образующейся молочной кислоты) и маринования (с помощью добавляемой уксусной кислоты), в процессе которых подавляется жизнедеятельность гнилостных микробов.
Свет. Прямой солнечный луч губит микробы, в том числе и болезнетворные. Губительны ультрафиолетовые лучи солнца и специальных ламп БУВ, используемых для дезинфекции воды, воздуха, помещений.
Химические вещества. Многие химические соединения губительно действуют на микробы и используются для их уничтожения. Они называются антисептиками или дезинфицирующими веществами. Так, хлорную известь в общественном питании применяют для дезинфекции рук, посуды и оборудования (0,2 %), сорбиновую кислоту-для сохранения соков. Наличие бензойной кислоты в клюкве, бруснике предохраняет их от порчи.
Биологические факторы. Микробы в процессе жизнедеятельности могут влиять друг на друга, способствуя развитию или угнетению. Последнее свойство микробов используется человеком в борьбе с болезнетворными микробами. Многие бактерии, плесневые грибы выделяют в окружающую среду вещества - антибиотики, губительно действующие на развитие других микробов. Пенициллин, стрептомицин, грамицидин, биомицин - антибиотики, широко применяемые в медицине.
Другими веществами, близкими к антибиотикам по характеру действия на микробы, являются фитонциды. Эти вещества, выделяемые многими растениями (луком, чесноком, хреном, цитрусовыми и др.), убивают болезнетворные микробы дизентерии, гнилостную палочку и др.