Placówka edukacyjna budżetu państwa
Obwód Saratowski
wykształcenie średnie zawodowe
„Politechnika Engelsa”
Kurs wykładowy
„Mikrobiologia, warunki sanitarne i higiena w produkcji żywności”
za specjalność
260807 Technologia wyrobów gastronomicznych
Engelsa - 2013.
Opracował: Marchukova O.Yu., nauczyciel chemii, GBOU SO SPO „EP”
Ten tok wykładów przeznaczony jest do nauczania studentów kursów korespondencyjnych w specjalności 260807 Technologia wyrobów gastronomicznych
Podstawy mikrobiologii
Wykład 1. Mikroorganizmy, ich budowa i klasyfikacja
1.1 Pojęcie mikroorganizmów
Mmikrobiologia - nauka zajmująca się badaniem życia i właściwości drobnoustrojów. Drobnoustroje - organizmy jednokomórkowe - są szeroko rozpowszechnione w glebie, wodzie, powietrzu. Uczestniczą w procesach obiegu substancji w przyrodzie, rozkładając złożone substancje organiczne pochodzące z resztek zwierzęcych i roślinnych na proste substancje nieorganiczne wykorzystywane przez rośliny do odżywiania.
Niektóre drobnoustroje odgrywają pozytywną, a inne negatywną rolę w życiu człowieka. Dobroczynne drobnoustroje biorą udział w produkcji produktów spożywczych (sery, twarogi, chleb, kwas chlebowy), w procesie ich konserwacji i konserwacji (kapusta kiszona, marynaty), w produkcji białek żywnościowych i paszowych z węglowodorów dla zwierząt hodowlanych z tanich surowce roślinne. Szkodliwe drobnoustroje powodują różne choroby człowieka, a także psucie się żywności (gnicie, pleśń), które stanowią doskonałą pożywkę dla ich rozwoju.
Mikroby zostały odkryte przez holenderskiego przyrodnika Anthony'ego Leeuwenhoeka (1632-1723), który zaprojektował mikroskop powiększający obrazy do 160-200 razy. Dzięki temu urządzeniu obserwował świat najmniejszych stworzeń w różnych środowiskach, opisując je następnie w swojej książce The Secret of Nature. Francuski naukowiec Louis Pasteur (1822-1895) zainicjował badanie fizjologii mikroorganizmów. Jako pierwszy ustalił związek przyczynowy między mikroorganizmami a procesami zachodzącymi w przyrodzie (fermentacja), udowodnił, że wiele chorób ludzi i zwierząt powstaje od drobnoustrojów chorobotwórczych, opracował szczepionki przeciwko wściekliźnie i wąglikowi, których zastosowanie zapobiega występowaniu tych drobnoustrojów straszne choroby. Niemiecki bakteriolog Robert Koch (1843-1910) wniósł wielki wkład w mikrobiologię, opracowując metody badania drobnoustrojów i pożywki do ich hodowli. Odkrył czynniki wywołujące gruźlicę i cholerę.
Drobnoustroje najczęściej spotykane w przygotowywaniu żywności dzielą się na bakterie, pleśnie, drożdże i wirusy. Większość drobnoustrojów to organizmy jednokomórkowe mierzone w mikrometrach - mikronach (1/1000 mm) i nanometrach - nm (1/1000 mikronów).
Bakterie to jednokomórkowe, najczęściej badane mikroorganizmy o wielkości 0,4-10 mikronów. W zależności od ich kształtu są one podzielone na kokcy- drobnoustroje sferyczne (mikrokoki, diplokoki, tetrakoki, sarcyny, paciorkowce, gronkowce), patyki(single, deble, łańcuchy), wibrator, spirilla I krętki(formy zakrzywione i spiralnie skręcone). Wielkość i kształt bakterii może się zmieniać w zależności od różnych czynników środowiskowych (ryc. 3).
Ryż. 3. Formy bakterii:
1 - mikrokoki; 2 - paciorkowce; 3 - sarcyny; 4 - patyki bez zarodników;
5 - pałeczki z zarodnikami (bakterie); 6 - wibratory; 7 - krętki;
8 - spirylia.
Bakterie pokryte są błoną, która jest zbitą warstwą cytoplazmy, która nadaje komórce jej kształt. Zewnętrzna warstwa otoczki u wielu bakterii może być śluzowata, tworząc osłonę ochronną - kapsułkę. Główną częścią komórki jest cytoplazma - przezroczysta masa białkowa nasączona sokiem komórkowym. Cytoplazma zawiera substancję jądrową, rezerwowe składniki odżywcze (ziarna skrobi, kropelki tłuszczu, glikogen, białko) i inne struktury komórkowe. Na powierzchni niektórych bakterii (w kształcie pręta) znajdują się nitkowate formacje - wici (pojedyncze, w postaci wiązki lub na całej powierzchni), za pomocą których się poruszają.
Niektóre pałeczkowate bakterie tworzą zarodniki w niesprzyjających warunkach (skondensowana cytoplazma pokryta gęstą błoną). Zarodniki nie potrzebują odżywiania, nie są w stanie rozmnażać się, ale zachowują żywotność w wysokich temperaturach, suszeniu, zamrażaniu przez kilka miesięcy (bałteria botulinowa) lub nawet wiele lat (bałteria wąglika). Zarodniki giną podczas sterylizacji (ogrzewanie do 120°C przez ok
29 minut). W sprzyjających warunkach kiełkują do normalnej (wegetatywnej) komórki bakteryjnej. Bakterie tworzące przetrwalniki to tzw pałeczki.
Bakterie rozmnażają się przez prosty podział. W sprzyjających warunkach reprodukcja jednej komórki przebiega w ciągu 20 -
30 minut. Wraz z gromadzeniem się szkodliwych produktów przemiany materii bakterii i wyczerpywaniem się zasobów składników odżywczych proces reprodukcji zatrzymuje się.
Grzyby pleśniowe to jednokomórkowe lub wielokomórkowe niższe organizmy roślinne, które w swojej życiowej aktywności potrzebują gotowych składników pokarmowych oraz dostępu powietrza. Komórki pleśni mają postać wydłużonych przeplatających się nitek - strzępek o grubości 1-15 mikronów, tworzących korpus pleśni - grzybni (mycelium), składającej się z jednej lub wielu komórek. Na powierzchni grzybni rozwijają się owocniki, w których dojrzewają zarodniki (ryc. 4).
Pod względem budowy komórki pleśni różnią się od komórek bakteryjnych tym, że mają jedno lub więcej jąder i wakuoli (wnęki wypełnione płynem komórkowym). Pleśnie rozmnażają się za pomocą strzępek i zarodników.
Pleśnie są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Rozwijając się na produktach spożywczych, tworzą puszyste naloty o różnych kolorach. Pleśnie wydzielają substancje, które nadają produktom spożywczym stęchły zapach i smak. Mogą rozwijać się przy niskiej wilgotności (15%), co tłumaczy pleśń suszonych owoców, krakersów,
Ryż. 4. Rodzaje grzybów pleśniowych:
1 - penicillium; 2 - kropidlak; 3 - mukor..
przy podwyższonym stężeniu soli i kwasów (na produktach słonych i kwaśnych), przy niskich temperaturach, wpływając na produkty przechowywane w lodówkach.
Wśród pleśni znajdują się przydatne przy produkcji serów (Roquefort, Camembert), kwasku cytrynowego oraz leków (penicylina).
Drożdże to jednokomórkowe, nieruchome mikroorganizmy. Komórki drożdży o wielkości do 15 mikronów mają różne kształty: okrągłe, owalne, w kształcie pręta (ryc. 5). Mają wyraźnie określone duże jądro, wakuole i różne inkluzje w cytoplazmie w postaci kropelek tłuszczu, glikogenu itp.
Drożdże rozmnażają się w sprzyjających warunkach w ciągu kilku godzin w następujący sposób: pączkowanie, zarodniki (1 - 112 na komórkę), podział. Drożdże są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Są w stanie rozkładać (fermentować) cukry na alkohol i dwutlenek węgla. Fermentację alkoholową stosuje się w winiarstwie, piekarnictwie oraz przy produkcji fermentowanych produktów mlecznych (kefiry, kumys). Niektóre drożdże wyróżniają się wysoką zawartością białek, tłuszczów, witamin z grupy B, składników mineralnych, dlatego znajdują zastosowanie jako produkt spożywczy i paszowy.
. 5. Kształty komórek drożdży:
1 - jajowaty; 2 - elipsoida; 3 - cylindryczny (w kształcie pręta);
4 - kulisty; 5 - w kształcie cytryny; 6 - drożdże rozmnażające się przez podział i zarodniki.
Wirusy - cząsteczki, które nie mają struktury komórkowej, mają szczególny metabolizm, zdolność do reprodukcji. Są okrągłe, prostokątne i nitkowate, a ich wielkość waha się od 8 do 150 nm. Można je zobaczyć tylko za pomocą mikroskopów elektronowych.
Wykład 2. Fizjologia mikroorganizmów
Drobnoustroje, podobnie jak wszystkie żywe istoty, składają się z białek (6-14%), tłuszczów (1-4%), węglowodanów, minerałów, wody (70-85%), enzymów.
Woda stanowi większość komórki mikroorganizmu. Jego ilość waha się od 70 do 85% w komórkach wegetatywnych i około 50% w zarodnikach. Wszystkie ważne substancje organiczne i mineralne komórki drobnoustrojów rozpuszczają się w Eode i zachodzą główne procesy biochemiczne (hydroliza białek, węglowodanów itp.).
Wiewiórki - podstawy struktur życiowych mikroorganizmów. Są częścią cytoplazmy, jądra, błon i innych struktur komórki. Białka drobnoustrojów składają się z aminokwasów.
Węglowodany - wchodzą w skład otoczki, torebek śluzowych, protoplazmy oraz w postaci ziarenek glikogenu - zapasowego składnika odżywczego. Węglowodany dostają się do komórki drobnoustrojów ze środowiska i są wykorzystywane przez komórkę jako źródło energii. Komórki zawierają zarówno węglowodany proste, jak i złożone (skrobia, glikogen, błonnik).
Tłuszcze - w niewielkiej ilości wchodzą w skład cytoplazmy, jądra w postaci złożonych związków z białkami. Tłuszcze służą jako źródło energii dla mikroorganizmów.
Minerały odgrywają ważną rolę w budowie złożonych białek, witamin, enzymów komórek drobnoustrojów. Rozpuszczalne minerały utrzymują prawidłowy poziom wewnątrzkomórkowego ciśnienia osmotycznego (turgor).
Substancje mineralne drobnoustrojów występują w postaci: fosforu, sodu, magnezu, żelaza, siarki itp.
Enzymy - substancje przyspieszające (katalizatory) procesy biochemiczne i znajdują się wewnątrz komórek drobnoustrojów. Drobnoustroje zawierają różne enzymy, z których niektóre wpływają na procesy biochemiczne wewnątrz komórki, inne są uwalniane na zewnątrz, przetwarzając substancje środowiskowe, powodując fermentację, gnicie i inne procesy w produktach spożywczych.
Odżywianie drobnoustrojów. Drobnoustroje żywią się białkami, tłuszczami, węglowodanami, minerałami, które dostają się do komórki w postaci rozpuszczonej przez błonę w wyniku osmozy (proces dyfuzji przez półprzepuszczalną błonę). Białka i węglowodany złożone są przyswajane przez drobnoustroje dopiero po ich rozłożeniu na proste składniki przez enzymy wydzielane przez mikroorganizmy.
Do normalnego odżywiania drobnoustrojów niezbędny jest pewien stosunek stężenia substancji zarówno w komórce mikroorganizmu, jak iw środowisku. Najkorzystniejszym stężeniem jest zawartość 0,5% chlorku sodu w środowisku. W środowisku, w którym stężenie substancji rozpuszczalnych jest znacznie wyższe (2-10%) niż w komórce, woda z komórki przedostaje się do środowiska, następuje odwodnienie i marszczenie się cytoplazmy, co prowadzi do śmierci drobnoustroju. Ta właściwość mikroorganizmów jest wykorzystywana do konserwowania produktów cukrem (dżemy) lub solą (solenie mięs, ryb).
Oddychające drobnoustroje. Oddychanie jest niezbędne, aby drobnoustroje mogły uzyskać energię, która zapewnia wszystkie procesy życiowe. Ze względu na sposób oddychania drobnoustroje dzielą się na aeroby, wymagające tlenu z powietrza (grzyby pleśniowe, bakterie kwasu octowego); beztlenowce,żyjące i rozwijające się przy braku tlenu (jad kiełbasiany, bakterie kwasu masłowego), warunkowy(opcjonalny) beztlenowce, rozwijających się zarówno w obecności tlenu, jak i bez niego (bakterie kwasu mlekowego, drożdże).
Wykład 3. Wpływ środowiska zewnętrznego na rozwój mikroorganizmów i ich rozmieszczenie w przyrodzie
Aktywność życiowa drobnoustrojów zależy od środowiska. Tworząc określone warunki w środowisku, w którym rozwijają się drobnoustroje, można sprzyjać rozwojowi pożytecznych mikroorganizmów i hamować żywotną aktywność drobnoustrojów szkodliwych. Produkty żywnościowe mogą być dobrze zakonserwowane tylko wtedy, gdy zostaną stworzone w nich niekorzystne warunki do rozwoju szkodliwych drobnoustrojów.
Głównymi czynnikami wpływającymi na aktywność życiową drobnoustrojów są: temperatura, wilgotność, ekspozycja na światło, charakter pożywki.
Temperatura. Wszystkie drobnoustroje mają swoją maksymalną, optymalną i minimalną temperaturę rozwoju. Optymalna temperatura dla większości mikroorganizmów to 25-35°C. Dlatego produkty spożywcze w takich warunkach szybko się psują.
Minimalna granica temperatury dla różnych drobnoustrojów jest różna. Obniżenie temperatury spowalnia lub zatrzymuje rozwój drobnoustrojów, ale ich nie zabija. Dlatego produkty spożywcze podczas schładzania (6°C) i zamrażania (od -6 do -20°C) są dobrze zakonserwowane, natomiast po rozmrożeniu i przetworzeniu drobnoustroje ponownie rozpoczynają swoją aktywność.
Maksymalna temperatura (45-50°C) hamuje również rozwój drobnoustrojów. Dalszy wzrost temperatury prowadzi do śmierci komórek wegetatywnych, a następnie zarodników. Pasteryzacja (60-90°C) i sterylizacja (100-120°C) produktów spożywczych opiera się na destrukcyjnym działaniu wysokich temperatur na drobnoustroje.
W zależności od temperatury rozwoju drobnoustroje dzielą się na psycho-Filadelfia(mrozoodporne), w których optymalny rozwój to 15°C (pleśnie); mezofilny(rozwija się w średniej temperaturze), w której optymalna jest 25-37°C (bakterie chorobotwórcze, drożdże); termofilny(ciepłolubne), które mają optimum 50°C (bakterie kwasu mlekowego).
Wilgotność. Podwyższona wilgotność zwiększa ilość rozpuszczalnych składników odżywczych, dzięki czemu sprzyja odżywianiu i rozwojowi drobnoustrojów. Dlatego produkty spożywcze zawierające dużą ilość wilgoci (mleko, mięso, ryby, warzywa, owoce) szybko się psują.
Dolna granica wilgotności środowiska dla rozwoju bakterii wynosi 20%, a grzybów pleśniowych – 15%. Dlatego niezawodnym sposobem ochrony produktów przed psuciem się jest suszenie ich do wilgotności poniżej określonego limitu.
Środowisko o wysokim stężeniu substancji. Jak już wspomniano, drobnoustroje żyją w środowisku o niskim stężeniu substancji rozpuszczalnych. Wraz ze wzrostem stężenia soli (do 10-20%) i cukru (do 60-70 %) wiele drobnoustrojów całkowicie zatrzymuje swój rozwój (gnilny, kwas mlekowy) w wyniku odwodnienia komórek drobnoustrojów. Działanie wysokiego stężenia soli na drobnoustroje wykorzystuje się podczas solenia ryb, mięsa, cukru - w przygotowaniu dżemów, dżemów, marmolady.
Reakcja otoczenia. Większość drobnoustrojów rozwija się w środowisku obojętnym (pH = 7) lub lekko zasadowym (pH = 8), podczas gdy pleśnie i drożdże rozwijają się w środowisku lekko kwaśnym (pH = 3-6). Zmieniając reakcję środowiska, można wpływać na przebieg rozwoju mikroorganizmów. Na tym opierają się metody konserwowania warzyw i owoców poprzez fermentację (za pomocą powstającego kwasu mlekowego) i kiszenie (za pomocą dodawanego kwasu octowego), podczas których hamowana jest życiowa aktywność drobnoustrojów gnilnych.
Światło. Bezpośrednie światło słoneczne niszczy drobnoustroje, w tym patogeny. Promienie ultrafioletowe słońca i specjalne lampy BUV służące do dezynfekcji wody, powietrza i pomieszczeń działają destrukcyjnie.
Substancje chemiczne. Wiele związków chemicznych ma szkodliwy wpływ na drobnoustroje i służy do ich niszczenia. Nazywa się je środkami antyseptycznymi lub dezynfekującymi. I tak wybielacz w gastronomii służy do dezynfekcji rąk, przyborów i sprzętu (0,2%), kwas sorbinowy służy do konserwowania soków. Obecność kwasu benzoesowego w żurawinie, borówce brusznicy chroni je przed psuciem się.
czynniki biologiczne. Drobnoustroje w procesie życia mogą wpływać na siebie nawzajem, przyczyniając się do rozwoju lub ucisku. Ostatnią właściwość drobnoustrojów człowiek wykorzystuje w walce z drobnoustrojami chorobotwórczymi. Wiele bakterii, grzybów pleśniowych uwalnia substancje do środowiska - antybiotyki, szkodliwe dla rozwoju innych drobnoustrojów. Penicylina, streptomycyna, gramicydyna, biomycyna to antybiotyki szeroko stosowane w medycynie.
Inne substancje, które pod względem działania na drobnoustroje są zbliżone do antybiotyków, to m.in fitoncydy. Substancje te, wydzielane przez wiele roślin (cebula, czosnek, chrzan, owoce cytrusowe itp.), zabijają chorobotwórcze drobnoustroje czerwonki, gnilne bakterie itp.