Нормирование микробиологических показателей безопасности пищевых продуктов осуществляется для большинства групп микроорганизмов по альтернативному принципу: нормируется масса продукта, в котором не допускается наличие бактерий группы кишечных палочек, большинства условно-патогенных микроорганизмов, а также патогенных микроорганизмов, в том числе сальмонелл и Listeria monocytogenes. В других случаях норматив отражает количество колониеобразующих единиц в 1 г (см3) продукта (КОЕ/г, см3).
Микробный антагонизм (microbial antagonism) [греч. mikros — малый, маленький и bios — жизнь; греч. antagonisma — спор, борьба] — угнетение роста одного микроба другим, одна из форм взаимоотношений между микроорганизмами в ассоциациях. Антагонистические свойства присущи многим почвенным споровым и гнилостным бактериям, актиномицетам, грибам (базидальным, сумчатым и др.). Механизм антагонистического действия микробов может быть связан с различными причинами: образованием токсических продуктов метаболизма, антибиотиков.
На использовании антагонизма между молочнокислыми и гнилостными микробами основаны квашение овощей, сквашивание молока. Ингибирующее действие органических кислот, которое развивается в процессе ферментации молока молочно-кислыми или другими видами бактерий, известно уже давно и в течение многих лет используется для увеличения срока хранения молочных продуктов.
Исследования в данной области выявили, что определенные бактериальные штаммы обладают более высоким потенциалом, чем другие, в развитии защитных свойств или защитных субстанций со специфическим или неспецифическим воздействием по отношению к опасным бактериям.
Известны случаи интоксикации людей, вызванной микробными пищевыми загрязнениями и, как следствие, возникновением пищевых отравлений, причиной которых являются пять основных организмов (сальмонелла, listeria, campylobacter, EHEC, патогенные штампы E.coli). Это не только причиняет вред здоровью, но и влечет за собой большие финансовые потери[16].
Поэтому необходимо было подобрать природные антагонисты (защитные культуры) для изоляции и нейтрализации нежелательных организмов в пищевых продуктах, а в случае их полезности для здоровья – ввести в состав продуктов питания для повышения степени их безопасности.
Защитные культуры общепризнанные как безопасные (GRAS) микроорганизмы, получившие широкое признание благодаря той важной функции, которую они выполняют в производстве продуктов питания. Не считая их отличительного свойства – торможение роста патогенных бактерий и микроорганизмов, вызывающих порчу (таких, как дрожжи и плесени), они должны оказывать наименьшее действие на производственный процесс и свойства продукта, в выработке которого участвуют.
Торможение роста нежелательных микроорганизмов может быть достигнуто:
1. выделением микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности антагонистических веществ:
-органических кислот;
-диацетила;
-перекиси водорода;
-бактериоцинов и др.
2. конкуренцией между микроорганизмами:
-за питательную среду;
-подавлением друг друга;
3. комбинацией указанных способов.
В то время как органические кислоты отличаются неспецифическим ингибирующим воздействием на микроорганизмы, бактериоцины главным образом воздействуют очень специфически на близкородственные микроорганизмы и разрушают бактерии. Согласно результатам исследований установлено, что правильно подобранная комбинация штампов позволяет значительно усилить ингибирующий эффект.
Для осуществления эффективного действия защитные культуры проявляют подавляющее действие на нежелательную микрофлору при определенных условиях среды в пищевых продуктах, таких как уровень р-н, содержание солей, окислительно-восстановительный потенциал, температурный режим, питательные вещества и т.д. Кроме того они должны обладать достаточной устойчивостью, чтобы выжить в сложных микроэкосистемах и противостоять действию эндогенной микрофлоры. При использовании защитных культур в производстве молочных продуктов важно, чтобы они не подавляли развитие заквасочных культур.
Бактериоцины – это вещества белковой природы или представленные белком в комплексе с липополисахаридами, обладающие антибактериальным действием. Бактериоцины различаются по спектру действия, по физико-химическим, морфологическим и некоторым другим свойствам.
В большинстве случаев бактериоциныназывают в соответствии с видовой принадлежностью бактерий-продуцентов: колицины – Escherichia coli. Иногда используют родовое название бактерий-продуцентов: стафилококкцины– Staphylococcus epidermidis, вибриоцины– Vibrio comma и т. д.
Бактериоцины делят в зависимости от свойств на три группы:
1) бактериоцины с низкой молекулярной массой, которые не осаждаются при ультрацентрифугировании, чувствительны к протеолитическому ферменту трипсину, термостабильны и неразличимы в электронном микроскопе;
2) бактериоцины с высокой молекулярной массой, которые легко осаждаются при ультрацентрифугировании, устойчивы к ферменту трипсину, термолабильны, выявляются в электронном микроскопе как фагоподобные структуры или их компоненты;
3) бактериоцины, с ферментативной активностью.
Большинство бактериоцинов проявляют активность, не проникая внутрь клетки. Они передают сигнал посредством цитоплазматической мембраны.
По механизму действия на клетку бактериоцины подразделяют на четыре основные группы: 1) ингибируют окислительное фосфорилирование в цитоплазматической мембране; 2) разрушают ДНК; 3) блокируют синтез белков; 4) нарушают полупроницаемость цитоплазматической мембраны.
Установлено, что синтез большинства бактериоцинов детерминируется особыми плазмидами, названными бактериоциногенными факторами.
Практическое применение бактериоциногенных штаммов бактерий:
1) Для получения бактериоцинов-консервантов, которые используются в пищевых производствах и для консервирования.
2) В качестве заквасочной культуры при различных пищевых производствах. Например, при производстве сухой колбасы.
3) Для лечения заболеваний ЖКТ. Например, выпускаются бактериоциногенные препараты: колибактерин, бифидумбактерин, бификол и др.
4) Используются в научных исследованиях для типирования штаммов.
Антибиотики, образуемые грибами и лишайниками. К этой группе относят пеннициллин, гризеофульвин, цефалосфорин, усниновая кслота.
Огромная группа организмов, принадлежащая к грибам (известно около 100 тыс. видов), образует более 2500 разнообразных антибиотических веществ, отдельные представители которых завоевали всеобщее признание в качестве лечебных средств. Основная же часть грибных антибиотиков не нашла еще практического применения главным образом в силу своей высокой токсичности.
Характеристика: Важнейшее значение имеют Антибиотики группы пенициллина, образуемые многими расами Penicillium notatum, P. chrysogenum и другими видами плесневых грибов. Пенициллин подавляет рост стафилококков в разведении 1 на 80 млн. и мало токсичен для человека и животных. Он разрушается энзимом пенициллиназой, образуемой некоторыми бактериями. Из молекулы пенициллина было получено её «ядро» (6-аминопенициллановая кислота), к которому затем химически присоединили различные радикалы. Так, были созданы новые «полусинтетические» пенициллины (метициллин, ампициллин и другие), не разрушаемые ценициллиназой и подавляющие некоторые штаммы бактерий, устойчивые к природному пенициллину.
Антибиотики, продуцируемые бактериями. Эта группа отличается способностью продуцировать антибиотики в большинстве своем сапрофитные бактерии, обитающие в почве. К этой группе относят колицин, грамицидин, пиоционин, субтилин, полимиксин.
Характеристика: Антибиотики из бактерий в химическом отношении более однородны и в подавляющем большинстве случаев относятся к полипептидам. В медицине используют тиротрицин и грамицидин С из Bacillus brevis, бацитрацин из Bac. subtilis и полимиксин из Bac. polymyxa. Низин, образуемый стрептококками, не применяют в медицине, но употребляют в пищевой промышленности в качестве антисептика, например при изготовлении консервов.
Антибиотики, подуцируемые актиномицетами. К этой группе относят стрептомицин, неомицин, канамицин, хлортетрациклин, хлорамфеникол, эритромицин, тилозин, нистатин.
В качестве пищевых добавок используются консерванты Е200-Е299, однако в некоторых странах применение тех или иных веществ из этого списка может быть ограничено законодательством или указаниями министерства здравоохранения. В качестве консервантов могут быть использованы и вещества, имеющие другую классификацию (эмульгаторы). С целью длительного хранения пищевых продуктов в пищевой промышленности также используют асептическую упаковку.
Значение фитонцидов для получения доброкачественной плодоовощной продукции.
Микробиология плодов и овощей. Плоды и овощи обильно обсеменены микробами, попадающими на них из почвы, воды, воздуха, некоторые заносятся еще с семенами при посеве и т. д. Многие из них для растений опасны.
Плоды и овощи являются живыми организмами и обладают способностью противостоять воздействию микроорганизмов. Иммунитет плодов и овощей определяется некоторыми их свойствами: высокой кислотностью сока мякоти, наличием глюкозидов, эфирных масел, дубильных веществ, фитонцидов и др. Важную роль в защите плодов и овощей играет кожица. В последнее время установлено, что иммунитет плодов и овощей определяется также веществами фенольного характера, образующимися в местах хранения и внедрения возбудителей болезней. Эти вещества, образовавшись в ответ на внедрение одного возбудителя, подавляют и многих других. Поэтому немногие микроорганизмы способны находить здесь условия для развития. Эту немногочисленную группу принято называть эпифитной микрофлорой. К ней относятся обычно обнаруживаемые на плодах, ягодах и овощах дрожжи, уксусно-кислые, молочно-кислые и некоторые другие виды бактерий.
В случае же нарушения целостности покрова плодов и овощей для микробов создается доступ к глубинным слоям их тканей. Обычно порча начинается с развития плесневых грибов, так как кислая среда тканевого сока для них благоприятна. Затем в порче могут принять участие и бактерии.
Порчу механически поврежденных плодов может вызывать и обычно безвредная, эпифитная микрофлора. Особенно быстро она происходит при повышенной температуре. У неповрежденных плодов и овощей микробиологическая порча может возникнуть и в результате их полного созревания или перезревания
Кроме плесневых грибов, частыми возбудителями порчи являются и некоторые бактерии. Мокрая гниль моркови, лука, свеклы, помидоров вызывается рядом бактерий. Овощи размягчаются, приобретают неприятный запах.
На поверхности зерна обитает разнообразная микрофлора. Часть микроорганизмов попадает из ризосферы, часть заносится с пылью и насекомыми. Однако на зерне, как и на всей поверхности растений, развиваются лишь некоторые микроорганизмы так называемые эпифиты. Эпифитные микроорганизмы, размножающиеся на поверхности стеблей, листьев и семян растений. Они довольствуются небольшими запасами питательных веществ на поверхности растений, устойчивы к высоким концентрациям фитонцидов, выдерживают периодические колебания влажности.
В основном эпифитная микрофлора представлена неспороносными бактериями.
Встречаются также, микрококки, молочнокислые бактерии, дрожжи. Бациллы и микроскопические грибы составляют небольшой процент.
В определенных условиях эпифитные микроорганизмы могут быть полезны для растений, так как препятствуют проникновению паразитов в ткани растения. При хранении зерна эпифитные микроорганизмы могут играть отрицательную роль. В зрелом зерне вода находится в связанном состоянии и недоступна микроорганизмам. На таком зерне они находятся в состоянии анабиоза (покоя).