Какие бактерии вызывают порчу продуктами

Основная причина порчи пищевых продуктов и большинства случаев пищевых за­болеваний – это деятельность микроорганизмов. Микробиологическая порча является главной проблемой так называемых «портящихся продуктов» – свежих фрук­тов, овощей, мяса, птицы, хлебобулочных изделий, молока и соков. К микроорганиз­мам, способным вызывать порчу пищевых продуктов, относятся бактерии, грибы (плесени и дрожжи), вирусы и микопаразиты. Рост большинства микроорганизмов можно предотвратить или замедлить посредством контроля их начального содержа­ния, контроля температуры хранения, снижения активности воды и pН, применения консервантов и использования соответствующей упаковки. Продукты жизнедея­тельности микроорганизмов являются причиной порчи пищевых продуктов, а неко­торые из них при употреблении испорченных продуктов в пищу могут стать причи­ной тяжелых заболеваний и даже летального исхода. Список важнейших микроорга­низмов, способных вызывать порчу пищевых продуктов или пищевые отравления, пороговые условия для активации их роста, и продукты, являющиеся их типичными носителями, приведен в табл. 1.2 [6, 13, 32, 57]. Тем не менее не все микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности являются нежелательными. Некоторые из них полезны и используются в пищевых технологиях – в частности, при производстве сыра, вина, пива, мясопродуктов и др.

Существует множество видов бактерий, способных размножаться и вызывать порчу различных пищевых продуктов. Бактерии – одноклеточные организмы раз­мером 1-5 мкм. Их форма может быть круглой, спиральной или палочковидной; размножаются они делением на две части. Бактерии, способные вызывать пищевые заболевания, включают Escherichia coli О157:H7, Bacillus cereus, Salmonella spp.. Campylobacter jejuni, Clostridium spp., Listeria monocytogenes, Vibrio spp. и др. Многие виды бактерий вызывают порчу пищевых продуктов, но не являются болезнетвор­ными. В качестве защитного механизма для выживания в неблагоприятных услови­ях некоторые бактерии способны образовывать споры.

Дрожжи могут вызывать порчу пищевых продуктов, но могут также исполь­зоваться в различных процессах брожения. Дрожжи – это одноклеточные грибы размером 3-5 мкм круглой или цилиндрической формы. Они размножаются почко­ванием или делением на две части. Важнейшими видами пищевых дрожжей являют­ся Candida spp., Dekkera spp., Saccharomyces spp. и Zygosaccharomyces spp.

Плесени– другой вид грибов с клетками более крупного размера (30-100 мкм), которые образуют цепочки и «ветви». Плесени бывают различной формы, размера и цвета, и когда они образуют разветвленную структуру, их можно видеть невоору­женным глазом. Размножаются плесени спорами половым или бесполым способом. К важнейшим плесневым грибам, вызывающим порчу пищевых продуктов, отно­сятся Aspergillus spp., Fusarium spp., Pénicillium spp. и Rhizopus spp. Некоторые разно­видности Aspergillus способны вырабатывать вторичные метаболиты – афлатоксины [16].

Вирусы – более мелкие микроорганизмы, способные расти и размножаться только внутри живых клеток. Размер вирусов – 0,02-0,25 мкм. Их частицы состоят из собственных белков, ДНК или РНК. Вирусы неспособны развиваться в пищевых продуктах, однако они могут в них выживать. Вирусы попадают в пищевые продук­ты из зараженного сырья, с инфицированной водой, а также заносятся в них насекомыми и грызунами. Существует также опасность заражения при несоблюдении пра­вил гигиены персоналом. К наиболее известным вирусам, способным вызвать пище­вые заболевания, относятся: Hepatitis А, Norwalk, ротавирусы и КГЭ) (коровья губчатая энцефалопатия или «коровье бешенство»).

Таблица 1.2. Микроорганизмы, вызывающие порчу пищевых продуктов или пищевые отравления. По [6, 13, 32, 57]

Микроорганизмы попадают в пищевой продукт на любой стадии технологиче­ской цепи – они могут быть заражены на ферме (молоко от инфицированных ко­ров), конечным потребителем или на некоторой другой промежуточной стадии (например, в ходе производства, упаковки, сбыта и т. д.). После попадания в пищевой продукт развитие микроорганизмов зависит от их вида, самого продукта и условий окружающей среды. Для роста любого вида микроорганизмов необходимы специ­фические условия, к которым относятся наличие питательных веществ, активность воды, температура, pН и присутствие кислорода. Кроме того, очень важно, преду­смотрено ли в технологии производства применение противомикробных препара­тов.

Каждый из упомянутых факторов определяет, какие из попавших в продукт микроорганизмов способны к размножению. В работе [64] впервые было высказано мнение, что активность воды в большей степени определяет рост микроорганизмов, чем общее влагосодержание. В настоящее время αω, рассматривается как наиболее важный фактор, управляющий развитием микрофлоры. Было высказано предполо­жение, что стеклование также является важным фактором роста микроорганизмов [67], хотя многие из приводимых в указанной работе аргументов являются спорны­ми [11, 12]. Вероятнее всего, необходимо рассматривать оба фактора, несмотря на то что важнейшим фактором признана αω, влияющая на все виды микроорганизмов. Действительно, ни один из видов микроорганизмов не может размножаться, если αω ниже 0.6. С другой стороны, почти все виды микроорганизмов способны к размно­жению, если αω выше 0,95. Для большинства свежих пищевых продуктов αω превы­шает 0,95, следовательно, все они чувствительны к росту микроорганизмов. Большая часть бактерий не размножается при αωниже 0.91, хотя существуют галофильные бактерии, способные размножаться при более низких значениях αω(до 0,75). Большинство видов дрожжей не может размножаться при αωниже 0,88, однако не­которые осмофильные дрожжи способны к размножению при αωвыше 0,6. Для большинства плесеней пороговое значение αωлежит ниже 0,8, но некоторые ксерофильные виды плесеней способны расти при αωвыше 0,65. Все это лишь общие за­мечания – конечно, не следует недооценивать и влияние другие ингредиентов пи­щевой системы; в работе [12] представлены результаты изучения полувлажного корма для собак, хранившегося при 34°С в течение 20 дней. Оказалось, что присут­ствие в рецептуре корма глюкозы и глицерина не предотвращает роста плесени, од­нако при включении в рецептуру фруктозы и пропиленгликоля плесень не развива­лась, хотя в обоих случаях αω составляла 0,89. Результаты последних исследований по влиянию температуры и активности воды на некоторые виды плесеней приведе­ны в [22, 62].

Существенное влияние на рост микроорганизмов оказывают рН и значение окислительно-восстановительного потенциала. Большинство микроорганизмов ак­тивно размножаются при pН около 7,0. В продуктах с очень низким рН (<3,7) – на­пример, во многих цитрусовых плодах – способны развиваться только молочнокис­лые бактерии и определенные виды дрожжей и плесеней. Окислительно-восстано­вительный потенциал обычно выражается в значениях Eh. Значение Eh, при котором микроорганизмы способны к размножению, определяет, являются ли они аэробными или анаэробными. Аэробным необходимы положительные значения Eh, и анаэробным – отрицательные. Факультативные аэробы могут размножаться и при положительных, и при отрицательных значениях Eh [32].

Еще одним фактором, влияющим на рост микроорганизмов, является темпера­тура. В зависимости от температуры хранения продуктов рост микроорганизмов мо­жет быть быстрым, медленным, прекратиться или вызывать их гибель. В зависимо­сти от температур активного роста микроорганизмы подразделяются на три основ­ных класса. Мезофилы – организмы, активно размножающиеся при температуре от 30 до 40°С, однако они могут также умеренно размножаться в интервале температур примерно от 10 до 45 °С. Психротрофы любят более низкие температуры и активно размножаются при температурах от 20 до 30°С и умеренно – при низких температу­рах (ниже 7°С) [10]. Термофилы предпочитают повышенные температуры; активно размножаются при температурах от 55 до 65°С и умеренно – при температурах от 45 до 55°С. При температурах около 60°С некоторые микроорганизмы начинают поги­бать, и чем температура выше, тем быстрее они гибнут.

На развитие микроорганизмов также влияет содержание питательных веществ в пищевом продукте. Для размножения им необходима вода, источники углерода и азота для пополнения энергии, определенные витамины и минеральные вещества. Особенно это касается бактерий, меньше – плесеней, а дрожжи в этом отношении занимают промежуточное положение. Некоторые ингредиенты пищевых продуктов могут оказывать на микроорганизмы негативное воздействие, подобное действию противомикробных веществ. Некоторые из них являются естественными компонен­тами пищевых продуктов, другие добавляют в качестве консервантов. К таковым от­носятся, например, лизоцим, рибофлавины, антоцианины и тимол. Об использова­нии консервантов в мясе и овощах см. [21, 30, 63].

Газовый состав окружающей пищевой продукт среды может замедлить развитие микроорганизмов. При повышении концентрации двуокиси углерода (более 10%) создается тенденция к замедлению роста плесеней и других видов микроорганиз­мов. Для изменения воздушной среды при хранении и замедления развития микро­флоры часто используют упаковку продуктов в модифицированной или регулируе­мой газовой среде.

Процессы консервирования увеличивают сроки хранения пищевых продуктов, инактивируя микроорганизмы или изменяя состояние продукта и условия внешней среды таким образом, чтобы остановить или замедлить развитие микроорганизмов, Для консервирования пищевых продуктов применяют тепловую обработку. В по­следнее время получили распространение процессы, не связанные с теплообменом (обработка под высоким давлением, импульсным электромагнитным полем и облу­чение). Для подавления активности микроорганизмов применяют также противомикробные средства (например, перекись водорода, хлор и озон), однако нельзя за­бывать, что эти вещества не должны присутствовать в конечном продукте (о воз­можности использования двуокиси хлора и водного раствора хлора для обработки креветок см. [3]). Среди прочих способов консервирования, замедляющих или пре­дотвращающих развитие микрофлоры, следует упомянуть сушку, охлаждение, за­мораживание продуктов, их упаковку с применением модифицированной газовой среды, регулирование рН и содержания спирта.

Тепловая обработка является, пожалуй, наиболее распространенным методом уничтожения микроорганизмов в пищевых продуктах. Пастеризация – это тепло­вая обработка, уменьшающая популяцию микроорганизмов, вызывающих порчу, и увеличивающая срок хранения продукта. Тепловая обработка характеризуется температурно-временным соотношением: чем ниже температура, тем больше времени требуется для достижения той же степени уничтожения микроорганизмов. Соответ­ственно при пастеризации возможны следующие варианты тепловой обработки: длительная обработка при низкой температуре, быстрая обработка при высокой температуре или ускоренная обработка при сверхвысокой температуре. Стерилиза­ция – это тепловой процесс, в ходе которого погибают все живые микроорганизмы (остается вероятность выживания только единичных клеток). Чувствительность микроорганизмов к теплу различна, и зачастую для количественного описания ди­намики термической гибели их определенного вида используют D- и z-показатели. D-показатель – это время, которое необходимо для уменьшения популяции микро­организмов при заданной температуре в 10 раз, а z-показатель характеризует изме­нение температуры, необходимое для изменения D-показателя на 90%.

Микроорганизмы способны испортить пищевые продукты, химически реагируя с его компонентами. Кроме того, присутствующие в продукте некоторые патогенные микроорганизмы могут вызывать пищевые отравления, вырабатывая токсичные ве­щества. Легче всего воздействию микроорганизмов подвержены углеводы, посколь­ку в качестве источника энергии они обычно используют углерод. Простые сахара и небольшие молекулы углеводов обычно разлагаются быстрее, чем сложные, такие как целлюлоза и лигнин. Тем не менее, целлюлоза может расщепляться микроорга­низмами, продуцирующими целлюлолитические ферменты [13].

Основной причиной порчи фруктов и овощей (так называемая мягкая гниль) яв­ляется расщепление микроорганизмами пектина. Некоторые бактерии и плесени способны вырабатывать пектинолитические ферменты, в частности, полигалактуроназу, пектинэстеразы или пектиназу. Для предотвращения распада пектина фрук­ты и овощи можно обрабатывать хлорированной водой, высушивать носче промыв­ки и хранить в охлажденном виде [13].

Белки пищевых продуктов также могут расщепляться микроорганизмами, проду­цирующими протеазы. При этом происходят реакции дезаминирования с выделением аммиака или реакции декарбоксилирования с выделением углекислого газа. Конеч­ными продуктами реакций распада белков являются также органические кислоты, се­роводород, меркаптаны и другие нежелательные соединения. Порча мяса и других вы­сокобелковых продуктов обычно вызвана бактериями – Pseudomonas spp., Enterobacter spp. и Flavobacterium spp. Некоторые вырабатываемые ими ферменты довольно термостабильны и могут сохранять активность даже после пастеризации, вызывая, напри­мер, свертывание молока.

Труднее разлагаются микроорганизмами липиды. Для развития микрофлоры не­обходимо наличие в продукте некоторого количества влаги. Некоторые из них, напри­мер, Pseudomonas spp., Lactobacillus spp., Aspergillus spp., Rhizopus spp. и Saccharomyces spр., вырабатывают липазы, вызывающие гидролитическое прогоркание липидов. Гидролитическое прогоркание характерно для сырого мяса, рыбы, молока и молоч­ных продуктов. Результаты недавнего изучения липазы, продуцируемой Pseudomonas fragi, приведены в [2]; обзор липазной активности микроорганизмов см. в [69].

Порчу пищевых продуктов способны вызывать также паразиты. Они не способны к самостоятельному существованию, поскольку инфицируют носителя (животное или растение) и живут в нем. Заражение паразитами характерно для мяса, рыбы и моллюсков. Цестоды (ленточные черви, например, Diphyllobothrium latum) обнаружи­ваются в таких свежих продуктах, как говядина, свинина и рыба. Нематоды (круглые черви, например, Trichinella spiralis) иногда встречаются в свинине, рыбе и моллюсках, а трематоды (например, Clonorchis sinensis) – в рыбе, моллюсках и даже в некоторых овощах, в частности в чилиме (водяном орехе) и бамбуке. Протозоа (простейшие од­ноклеточные, например, Cryptosporidium parvum) обнаружены в питьевой воде, фрук­тах и овощах и вызывают возрастающее беспокойство специалистов. Последние дан­ные о Cryptosfmndium spp. можно найти в работах [23, 44, 55, 56, 68, 72]. Предупрежде­нию заражения паразитами в большинстве случаев помогает усиление санитарного контроля, правильное приготовление пищи и, возможно, применение облучения [50].