مؤسسة تعليمية ميزانية الدولة
منطقة ساراتوف
التعليم المهني الثانوي
"إنجلز بوليتكنيك"
دورة محاضرة
"علم الأحياء الدقيقة والإصحاح والنظافة في إنتاج الغذاء"
للتخصص
260807 تكنولوجيا منتجات المطاعم
إنجلز - 2013.
جمع: مارشوكوفا أو يو ، مدرس الكيمياء ، GBOU SO SPO "EP"
يهدف هذا المساق من المحاضرات إلى تدريس طلاب دورات المراسلة في تخصص 260807 تكنولوجيا منتجات المطاعم العامة
أساسيات علم الأحياء الدقيقة
محاضرة 1. الكائنات الدقيقة وتركيبها وتصنيفها
1.1 مفهوم الكائنات الدقيقة
معلم الاحياء المجهري -العلم الذي يدرس حياة وخصائص الميكروبات. الميكروبات - كائنات وحيدة الخلية - منتشرة على نطاق واسع في التربة والماء والهواء. يشاركون في عمليات تداول المواد في الطبيعة ، ويقسمون المواد العضوية المعقدة من المخلفات الحيوانية والنباتية إلى مواد غير عضوية بسيطة تستخدمها النباتات للتغذية.
تلعب بعض الميكروبات دورًا إيجابيًا والبعض الآخر يلعب دورًا سلبيًا في حياة الإنسان. تشارك الميكروبات المفيدة في إنتاج المنتجات الغذائية (الجبن ، الجبن ، الخبز ، الكفاس) ، في عملية حفظها وحفظها (مخلل الملفوف ، المخللات) ، في إنتاج الغذاء والبروتينات العلفية من الهيدروكربونات لحيوانات المزرعة بأسعار رخيصة المواد الخام النباتية. تسبب الميكروبات الضارة أمراضًا مختلفة للإنسان ، بالإضافة إلى فساد الطعام (التعفن والعفن) ، والتي تعد بمثابة أرض خصبة لتكاثرها.
اكتشف عالم الطبيعة الهولندي أنتوني ليوينهوك (1632-1723) الميكروبات ، الذي صمم مجهرًا يكبر الصور حتى 160-200 مرة. من خلال هذا الجهاز ، لاحظ عالم أصغر المخلوقات في بيئات مختلفة ، ووصفها لاحقًا في كتابه سر الطبيعة. بدأ العالم الفرنسي لويس باستور (1822-1895) دراسة فسيولوجيا الكائنات الحية الدقيقة. كان أول من أنشأ علاقة سببية بين الكائنات الحية الدقيقة والعمليات التي تحدث في الطبيعة (التخمير) ، وأثبت أن عددًا من الأمراض البشرية والحيوانية تنشأ من الميكروبات المسببة للأمراض ، وطور لقاحات ضد داء الكلب والجمرة الخبيثة ، والتي يمنع استخدامها حدوثها. أمراض رهيبة. قدم عالم البكتيريا الألماني روبرت كوخ (1843-1910) مساهمة كبيرة في علم الأحياء الدقيقة ، حيث طور طرقًا لدراسة الميكروبات والوسائط الغذائية لزراعتها. اكتشف العوامل المسببة لمرض السل والكوليرا.
تنقسم الميكروبات الأكثر شيوعًا في تحضير الطعام إلى بكتيريا وعفن وخمائر وفيروسات. معظم الميكروبات كائنات وحيدة الخلية تقاس بالميكرومتر - ميكرون (1/1000 مم) والنانومتر - نانومتر (1/1000 ميكرون).
البكتيريا أحادية الخلية ، وهي الكائنات الحية الدقيقة الأكثر دراسة بحجم 0.4-10 ميكرون. حسب شكلها ، فهي مقسمة إلى المكورات- الميكروبات الكروية (المكورات الدقيقة ، المكورات المزدوجة ، التتراكوشي ، السرخس ، العقديات ، المكورات العنقودية) ، العصي(الفردي ، الزوجي ، السلاسل) ، فيبريو ، سبيريلاو اللولبيات(أشكال منحنية وملتوية حلزونيا). يمكن أن يتغير حجم وشكل البكتيريا اعتمادًا على العوامل البيئية المختلفة (الشكل 3).
أرز. 3. أشكال البكتيريا:
1 - المكورات الدقيقة 2 - العقديات. 3 - السرخس. 4 - عصي بدون جراثيم.
5 - العصي مع الجراثيم (العصيات) ؛ 6 - الاهتزازات ؛ 7 - اللولبيات.
8 - سبيريلا.
البكتيريا مغطاة بغشاء ، وهو عبارة عن طبقة مضغوطة من السيتوبلازم ، مما يعطي الخلية شكلها. يمكن أن تكون الطبقة الخارجية من القشرة في العديد من البكتيريا مخاطية ، وتشكل غلافًا واقيًا - كبسولة. الجزء الرئيسي من الخلية هو السيتوبلازم - كتلة بروتينية شفافة مشربة بعصارة الخلية. يحتوي السيتوبلازم على المادة النووية والعناصر الغذائية الاحتياطية (حبيبات النشا وقطرات الدهون والجليكوجين والبروتين) وغيرها من الهياكل الخلوية. على سطح بعض البكتيريا (على شكل قضيب) توجد تكوينات خيطية - سوط (مفردة ، على شكل حزمة أو على السطح بالكامل) ، بمساعدة تتحرك.
تشكل بعض البكتيريا على شكل قضيب جراثيم في ظل ظروف غير مواتية (السيتوبلازم المكثف المغطى بغشاء كثيف). لا تحتاج الأبواغ إلى التغذية ، ولا تستطيع التكاثر ، ولكنها تحتفظ بقابليتها للحياة في درجات حرارة عالية ، وتجفيف ، وتجميد لعدة أشهر (عصية البوتولينوم) أو حتى سنوات عديدة (عصية الجمرة الخبيثة). تموت الأبواغ أثناء التعقيم (تسخينها إلى 120 درجة مئوية
29 دقيقة). في ظل ظروف مواتية ، تنبت لتصبح خلية بكتيرية عادية (نباتية). تسمى البكتيريا المكونة للجراثيم عصيات.
تتكاثر البكتيريا عن طريق الانقسام البسيط. في ظل ظروف مواتية ، يستمر تكاثر خلية واحدة في غضون 20 -
30 دقيقة. مع تراكم نفايات البكتيريا الضارة واستنفاد الموارد الغذائية ، تتوقف عملية التكاثر.
فطريات العفن هي كائنات نباتية سفلية أحادية الخلية أو متعددة الخلايا تحتاج في نشاطها الحيوي إلى مغذيات جاهزة والوصول إلى الهواء. تحتوي خلايا العفن على شكل خيوط متشابكة ممدودة - سماكة خيوط من 1 إلى 15 ميكرون ، وتشكل جسم القالب - الفطريات (mycelium) ، التي تتكون من خلية واحدة أو عدة خلايا. تتطور الأجسام المثمرة على سطح الفطريات ، حيث تنضج الأبواغ (الشكل 4).
من حيث التركيب ، تختلف خلايا العفن عن الخلايا البكتيرية في أنها تحتوي على نواة واحدة أو أكثر وفجوات (تجاويف مملوءة بسائل الخلية). تتكاثر القوالب باستخدام الخيوط والجراثيم.
يتم توزيع القوالب على نطاق واسع في الطبيعة. تتطور على المنتجات الغذائية ، فإنها تشكل غارات رقيق من ألوان مختلفة. تفرز القوالب المواد التي تعطي المنتجات الغذائية رائحة وطعم عفن. يمكن أن تتطور في رطوبة منخفضة (15٪) ، وهو ما يفسر تعفن الفواكه المجففة ، والبسكويت ،
أرز. 4. أنواع فطريات العفن:
1 - البنسليوم 2 - الرشاشيات ؛ 3 - مكور ..
عند زيادة تركيز الملح والأحماض (على المنتجات المالحة والحمضية) ، في درجات حرارة منخفضة ، مما يؤثر على المنتجات المخزنة في الثلاجات.
من بين القوالب هناك قوالب مفيدة تستخدم في إنتاج الجبن (روكفور ، كاممبرت) وحمض الستريك والأدوية (البنسلين).
الخمائر هي كائنات دقيقة أحادية الخلية غير متحركة. تأتي خلايا الخميرة التي يصل حجمها إلى 15 ميكرون بأشكال مختلفة: دائرية ، بيضاوية ، على شكل قضيب (الشكل 5). لديهم نواة كبيرة محددة بوضوح ، وفجوات وشوائب مختلفة في السيتوبلازم في شكل قطرات من الدهون والجليكوجين ، إلخ.
تتكاثر الخميرة في ظل ظروف مواتية في غضون ساعات قليلة بالطرق التالية: التبرعم ، الأبواغ (1-112 لكل خلية) ، الانقسام. الخمائر منتشرة على نطاق واسع في الطبيعة. إنهم قادرون على تكسير (تخمير) السكريات إلى كحول وثاني أكسيد الكربون. يستخدم التخمير الكحولي في صناعة النبيذ والخبز وإنتاج منتجات الألبان المخمرة (الكفير والكوميس). تتميز بعض الخمائر باحتوائها على نسبة عالية من البروتينات ، والدهون ، وفيتامينات ب ، والمعادن ، لذلك فهي تستخدم كغذاء وعلف.
. 5. أشكال خلايا الخميرة:
1 - بيضاوي الشكل 2 - شكل بيضاوي ؛ 3 - أسطواني (على شكل قضيب) ؛
4 - كروي 5 - شكل الليمون. 6 - الخميرة التي تتكاثر بالانقسام والجراثيم.
الفيروسات - الجسيمات التي ليس لها بنية خلوية ، لها عملية التمثيل الغذائي الخاصة ، والقدرة على التكاثر. وهي مستديرة ومستطيلة وخيطية الشكل ، ويتراوح حجمها من 8 إلى 150 نانومتر. لا يمكن رؤيتها إلا باستخدام المجاهر الإلكترونية.
المحاضرة 2. فسيولوجيا الكائنات الدقيقة
تتكون الميكروبات ، مثل جميع الكائنات الحية ، من البروتينات (6-14٪) ، الدهون (1-4٪) ، الكربوهيدرات ، المعادن ، الماء (70-85٪) ، الإنزيمات.
ماءتشكل الجزء الأكبر من خلية الكائن الدقيق. وتتراوح كميته من 70 إلى 85٪ في الخلايا الخضرية وحوالي 50٪ في الجراثيم. يتم إذابة جميع المواد العضوية والمعدنية المهمة للخلية الميكروبية في Eode ، وتحدث العمليات الكيميائية الحيوية الرئيسية (التحلل المائي للبروتينات ، والكربوهيدرات ، وما إلى ذلك).
السناجب -أساس هياكل الحياة للكائنات الحية الدقيقة. هم جزء من السيتوبلازم والنواة والأغشية والهياكل الأخرى للخلية. تتكون البروتينات الميكروبية من الأحماض الأمينية.
الكربوهيدرات -هي جزء من القشرة ، كبسولات مخاطية ، بروتوبلازم وفي شكل حبيبات من الجليكوجين - عنصر غذائي احتياطي. تدخل الكربوهيدرات إلى خلية الميكروبات من البيئة وتستخدمها الخلية كمصدر للطاقة. تحتوي الخلايا على الكربوهيدرات البسيطة والكربوهيدرات المعقدة (النشا والجليكوجين والألياف).
الدهون -في كمية صغيرة جزء من السيتوبلازم ، النواة في شكل مركبات معقدة مع البروتينات. تعمل الدهون كمصدر للطاقة للكائنات الحية الدقيقة.
المعادنتلعب دورًا مهمًا في بناء البروتينات المعقدة والفيتامينات وإنزيمات الخلايا الميكروبية. تحافظ المعادن القابلة للذوبان على المستوى الطبيعي للضغط الاسموزي داخل الخلايا (تورغور).
يتم عرض المواد المعدنية للميكروبات في شكل: الفوسفور ، الصوديوم ، المغنيسيوم ، الحديد ، الكبريت ، إلخ.
الانزيمات -المواد المتسارعة (المحفزات) العمليات البيوكيميائية وتوجد داخل خلايا الميكروبات. تحتوي الميكروبات على إنزيمات مختلفة ، بعضها يؤثر على العمليات الكيميائية الحيوية داخل الخلية ، والبعض الآخر يتم إطلاقه في الخارج ، ومعالجة المواد البيئية ، مما يتسبب في التخمير والتعفن والعمليات الأخرى في المنتجات الغذائية.
تغذية الميكروبات. تتغذى الميكروبات على البروتينات والدهون والكربوهيدرات والمعادن التي تدخل الخلية بشكل مذاب من خلال الغشاء عن طريق التناضح (عملية الانتشار من خلال غشاء شبه منفذ). يتم استيعاب البروتينات والكربوهيدرات المعقدة بواسطة الميكروبات فقط بعد تقسيمها إلى مكونات بسيطة بواسطة الإنزيمات التي تفرزها الكائنات الحية الدقيقة.
من أجل التغذية الطبيعية للميكروبات ، من الضروري وجود نسبة معينة من تركيز المواد داخل خلية الكائن الدقيق وفي البيئة. أفضل تركيز هو محتوى 0.5٪ من كلوريد الصوديوم في البيئة. في بيئة يكون فيها تركيز المواد القابلة للذوبان أعلى بكثير (2-10٪) منه في الخلية ، يمر الماء من الخلية إلى البيئة ، ويحدث الجفاف والتجاعيد في السيتوبلازم ، مما يؤدي إلى موت الميكروب. تستخدم خاصية الكائنات الحية الدقيقة هذه في الحفاظ على المنتجات التي تحتوي على السكر (المربى) أو الملح (اللحوم ، تمليح الأسماك).
ميكروبات التنفس. التنفس ضروري للميكروبات للحصول على الطاقة التي توفر جميع عمليات الحياة. حسب الطريقة التي يتنفسون بها ، تنقسم الميكروبات إلى الهوائية ،تتطلب أكسجين الهواء (فطريات العفن ، بكتيريا حمض الخليك) ؛ اللاهوائيةالعيش والنمو في غياب الأكسجين (البوتولينوم ، بكتيريا حمض الزبد) ، الشرط(خياري) اللاهوائيةيتطور في وجود الأكسجين وبدونه (بكتيريا حمض اللاكتيك ، الخميرة).
محاضرة 3. تأثير البيئة الخارجية على تطور الكائنات الدقيقة وتوزيعها في الطبيعة
يعتمد النشاط الحيوي للميكروبات على البيئة. من خلال خلق ظروف معينة في البيئة التي تتطور فيها الميكروبات ، من الممكن تعزيز تطوير الكائنات الحية الدقيقة المفيدة وقمع النشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة الضارة. لا يمكن الحفاظ على المنتجات الغذائية جيدًا إلا إذا تم إنشاء ظروف غير مواتية لتطوير الميكروبات الضارة فيها.
العوامل الرئيسية التي تؤثر على النشاط الحيوي للميكروبات هي: درجة الحرارة ، الرطوبة ، التعرض للضوء ، طبيعة الوسط الغذائي.
درجة حرارة. تتمتع جميع الميكروبات بدرجة حرارة قصوى ومثالية وأدنى لتطورها. درجة الحرارة المثلى لمعظم الكائنات الحية الدقيقة هي 25-35 درجة مئوية. لذلك ، تتدهور المنتجات الغذائية بسرعة في هذه الظروف.
يختلف الحد الأدنى لدرجة الحرارة للميكروبات المختلفة. يؤدي خفض درجة الحرارة إلى إبطاء أو إيقاف تطور الميكروبات ، لكنه لا يقتلها. لذلك ، عند التبريد (6 درجات مئوية) والتجميد (من -6 إلى -20 درجة مئوية) ، يتم حفظ المنتجات الغذائية جيدًا ، ولكن عندما يتم إذابتها ومعالجتها ، تبدأ الميكروبات في نشاطها مرة أخرى.
درجة الحرارة القصوى (45-50 درجة مئوية) توقف أيضًا تطور الميكروبات. تؤدي الزيادة الإضافية في درجة الحرارة إلى موت الخلايا النباتية ، ثم الجراثيم. تعتمد البسترة (60-90 درجة مئوية) والتعقيم (100-120 درجة مئوية) للمنتجات الغذائية على التأثير المدمر لدرجات الحرارة المرتفعة على الميكروبات.
اعتمادًا على درجة حرارة التطور ، تنقسم الميكروبات إلى نفسية-فيلي(مقاوم للبرودة) ، حيث يكون التطور الأمثل هو 15 درجة مئوية (قوالب) ؛ ميسوفيليك(تتطور عند درجة حرارة متوسطة) ، حيث يكون الحد الأقصى هو 25-37 درجة مئوية (البكتيريا المسببة للأمراض ، الخميرة) ؛ محبة للحرارة(محبة للحرارة) ، وتبلغ درجة حرارتها القصوى 50 درجة مئوية (بكتيريا حمض اللاكتيك).
رطوبة. تزيد الرطوبة المتزايدة من كمية العناصر الغذائية القابلة للذوبان ، وبالتالي ، تعزز التغذية وتطور الميكروبات. لذلك ، فإن المنتجات الغذائية التي تحتوي على كمية كبيرة من الرطوبة (الحليب واللحوم والأسماك والخضروات والفواكه) تتدهور بسرعة.
الحد الأدنى للرطوبة البيئية لتطور البكتيريا هو 20٪ ، والفطريات العفن - 15٪. لذلك ، فإن الطريقة الموثوقة للحفاظ على المنتجات من التلف هو تجفيفها إلى محتوى رطوبة أقل من الحد المحدد.
بيئة ذات تركيز عالٍ من المواد. كما ذكرنا سابقًا ، تعيش الميكروبات في بيئة ذات تركيز منخفض من المواد القابلة للذوبان. مع زيادة تركيز الملح (حتى 10-20٪) والسكر (حتى 60-70 %) توقف العديد من الميكروبات تمامًا عن نموها (حمض اللاكتيك المتعفن) نتيجة لجفاف الخلايا الميكروبية. يستخدم تأثير تركيز عالٍ من الملح على الميكروبات عند تمليح الأسماك واللحوم والسكر - في تحضير المربى والمربى والمربى.
رد فعل البيئة. تتطور معظم الميكروبات في بيئة محايدة (pH = 7) أو بيئة قلوية قليلاً (pH = 8) ، بينما تتطور الفطريات والخمائر في بيئة حمضية قليلاً (pH = 3-6). من خلال تغيير رد فعل البيئة ، من الممكن التأثير على مسار تطور الكائنات الحية الدقيقة. هذا هو الأساس لطرق حفظ الخضار والفواكه عن طريق التخمير (بمساعدة حمض اللاكتيك المتكون) والتخليل (بمساعدة حمض الأسيتيك المضاف) ، والذي يتم خلاله قمع النشاط الحيوي للميكروبات المتعفنة.
ضوء. أشعة الشمس المباشرة تقضي على الميكروبات ، بما في ذلك مسببات الأمراض. تعتبر الأشعة فوق البنفسجية للشمس ومصابيح BUV الخاصة المستخدمة لتطهير المياه والهواء والمباني مدمرة.
المواد الكيميائية. العديد من المركبات الكيميائية لها تأثير ضار على الميكروبات وتستخدم لتدميرها. يطلق عليهم المطهرات أو المطهرات. وبالتالي ، يستخدم التبييض في المطاعم لتطهير الأيدي والأواني والمعدات (0.2٪) ، ويستخدم حمض السوربيك للحفاظ على العصائر. وجود حمض البنزويك في التوت البري يحميها من التلف.
العوامل البيولوجية. يمكن للميكروبات في عملية الحياة أن تؤثر على بعضها البعض ، مما يساهم في التطور أو الاضطهاد. يستخدم الإنسان الخاصية الأخيرة للميكروبات في مكافحة الميكروبات المسببة للأمراض. العديد من البكتيريا وفطريات العفن تطلق مواد في البيئة - مضادات حيوية،يضر بتطور الميكروبات الأخرى. البنسلين ، الستربتومايسين ، الجراميسيدين ، البيوميسين هي مضادات حيوية تستخدم على نطاق واسع في الطب.
المواد الأخرى التي تكون قريبة من المضادات الحيوية من حيث تأثيرها على الميكروبات هي المبيدات النباتية.هذه المواد ، التي تفرزها العديد من النباتات (البصل ، والثوم ، والفجل ، والحمضيات ، وما إلى ذلك) ، تقتل الميكروبات المسببة للأمراض من الزحار ، والعصيات المتعفنة ، إلخ.