Теоретические основы физиологии и санитарии питания

Процессы брожения проходят с использованием в основном углеводов (крахмала, сахаров), но иногда исходным материалом при микробиологических процессах служат спирты, органические кислоты и даже белки.

Спиртовое брожение лежит в основе целого ряда пищевых производств: виноделия, пивоварения, хлебопечения, получения спирта, производства диетических кисломолочных продуктов и др. Оно заключается в превращении некоторыми микроорганизмами углеводов в этиловый спирт, углекислый газ и другие вещества.

Типичными представителями микроорганизмов возбудителей этого брожения являются настоящие дрожжи. При определенных условиях слабое спиртовое брожение могут вызывать некоторые бактерии и плесневые грибы.

В настоящее время установлено, что спиртовое брожение представляет собой целый ряд последовательно совершающихся окислительно-восстановительных и других превращений, в результате которых образуются этиловый спирт, углекислый газ и другие вещества. Легче всего дрожжами сбраживаются простые сахара - фруктоза, глюкоза, другие несколько медленнее. Дисахара (сахароза, мальтоза) также могут сбраживаться, но предварительно они гидролизуются дрожжами на составляющие из моносахара. Молочный сахар (лактоза) сбраживается лишь немногими, редко встречающимися расами дрожжей. Более сложные углеводы (крахмал, гликоген и др.) дрожжи не сбраживают. В практике такие углеводы предварительно гидролизуют кислотным или ферментативным методом, после чего они становятся доступными для дрожжей. Азаров В.Н. Основы микробиологии и пищевой гигиены. - М.: Экономика, 1981. - с. 85.

Уравнение спиртового брожения в общем виде выглядит следующим образом:

(1)

Химизм спиртового брожения несколько меняется под действием различных факторов. В щелочной среде кроме спирта образуется уксусная кислота. Прибавление бисульфита натрия к бродящей жидкости приводит к образованию кроме спирта значительных количеств глицерина и уксусного альдегида. Спиртовое брожение наиболее энергично протекает при температуре 30⁰С, а при 40-50⁰С прекращается, так как дрожжи погибают.

Активность дрожжей определяется их характеристиками: бродильной и спиртообразующей способностью, усвоением азотистых веществ и сахаров, спирто- и кислотовыносливостью и др. На активность дрожжей влияют: концентрации сахаров, этилового спирта, кислотность среды, фенольные и азотистые вещества, температура, кислород воздуха, углекислый газ, давление, высушивание, антисептики и др. Содержание сахаров в виноградном сусле до 20 г/100 см³ не задерживает брожение. Более высокие исходные концентрации сахаров могут остановить брожение, при этом дополнительным ингибитором выступает образующийся этиловый спирт. Угнетение брожения связано с тем, что клетки дрожжей не могут преодолеть осмотическое давление высокой концентрации сахаросодержащей жидкости. Концентрация этилового спирта при последовательном введении в сбраживаемую среду сахаросодержащего раствора может достигать 19% об. При повышении концентрации спирта развитие дрожжей, их активность замедляются, особенно при повышении температуры. Обработка вина, содержащего 9% об. и выше спирта, при температуре 50°С в течение 5 мин достаточна для их обеспложивания. Др. спирты также оказывают угнетающее действие на дрожжи. Ингибирующее свойство концентрации этилового спирта на дрожжи усиливается повышением концентрации сахаров. При ориентировочных расчетах спиртования используют правило Делле, по которому 80 консервирующих единиц защищают вино от забраживания. 1% сахаров принимается за 1 консервирующую единицу, а 1% об. спирта по консервирующему действию равен 4,5% сахаров.

Водородный показатель виноградного сусла может быть в пределах рН=2,8-4,0. При этих значениях рН винные дрожжи развиваются очень хорошо. Дрожжи вида Saccharomyces vini приспособлены к нормальному развитию при рН=3,5. При повышении кислотности среды клетки дрожжей мельчают, приобретают округлую форму, в протоплазме накапливается жир; в сбраживаемой среде образуется больше летучих кислот, глицерина, янтарной кислоты. Виды дрожжей рода Saccharomyces относительно устойчивее к полифенолам, чем пленчатые дрожжи. Клетки дрожжей при сбраживании сусла для красных вин адсорбируют антоцианы. При содержании этилового спирта 11% об. все фенолкарбоновые кислоты угнетают процесс брожения и вызывают дегенеративные изменения дрожжевых клеток активность дрожжей и их размножение регулируются степенью использования ими азота: чем богаче дрожжи азотом, тем выше интенсивность брожения и слабее интенсивность дыхания. Следовательно, для активного брожения виноградное сусло должно быть хорошо обеспечено азотистыми веществами. Винные дрожжи способны использовать азот из различных источников: катионы аммония (аммиачный азот), аминокислоты, амиды, полипептиды. При недостаточном количестве азота в качестве стимулятора размножения дрожжей рекомендуется применять аммиачный азот, который дрожжами усваивается лучше при введении в сусло до начала брожения. В анаэробных условиях дрожжи могут использовать до 260мг/дм³ аммиачного азота и в аэробных - до 300 мг/дм³. Для размножения дрожжей оптимальной является температура 30°С, для брожения - 35°С. При температуре выше 40°С удельная скорость роста дрожжей - сахаромицетов прекращается. Чем выше температура, тем раньше начинается брожение, протекает интенсивнее, но заканчивается с большим количеством остаточных сахаров. Наилучшее брожение достигается при температуре, которая остается неизменной от начала до конца процесса (например, дрожжи лучше выдерживают температуру 35°С от начала до конца брожения, чем постепенное ее повышение от 25 до 35°С). Дрожжи могут адаптироваться и к высокой температуре среды (40°-42°С). Термотолерантные культуры дрожжей обладают значительно более высокой активностью брожения и резко сниженной интенсивностью дыхания; имеют высокую биохимическую активность.

При использовании этих штаммов в вине накапливаются продукты жизнедеятельности, обусловливающие формирование высоких органолептических свойств. Дрожжи устойчивы к холоду и переносят температуру - 200°С. При 0°С некоторые виды дрожжей могут медленно размножаться и вызвать брожение. Из всех видов дрожжей, применяемых в виноделии, вид Sacch. uvarum обладает природной устойчивостью к низким температурам. Термоустойчивость дрожжей в присутствии этилового спирта значительно снижается, поэтому сравнительно высокое содержание его в винах (до 20% об.) существенно повышает эффективность пастеризации. Оптимальную температуру (Т0) пастеризации вин, инфицированных микроорганизмами, рассчитывают по формуле: Т0=±75-1,5 Q, где 75 - температура пастеризации виноградного сусла; 1,5 - эмпирический коэффициент; Q - содержание этилового спирта, % об.

Молочнокислое брожение - это наиболее превращение сахара молочнокислыми бактериями с образованием молочной кислоты. Важным техническим продуктом являются молочная кислота, широко применяемая при производстве фруктовых соков, консервов, в кондитерской, кожевенной, текстильной и других отраслях промышленности. Молочнокислые бактерии в процессе брожения образуют в основном молочную кислоту и очень мало побочных продуктов. Суммарное уравнение брожения выглядит следующим образом Азаров В.Н. Основы микробиологии и пищевой гигиены. - М.: Экономика, 1981. - с. 86.:

(2)

Химизм молочнокислого брожения весьма сходен со спиртовым. Сбраживанию могут подвергаться как моносахара. Так и дисахара. Более сложные углеводы не могут перерабатываться молочнокислыми бактериями, так как они не имеют ферментов для расщепления этих сахаров. В связи с некоторыми различиями в ферментных системах сходство процессов превращения сахаров при молочнокислом и спиртовом брожениях сохраняется лишь до образования пировиноградной кислоты.

Возбудители молочнокислого брожения бактерии, они имеют округлую или палочковидную форму. Бродильная активность молочнокислых бактерий проявляется в слабокислой среде(молоко, сливки). По отношению к температуре молочнокислые бактерии можно разделить на мезофильные с оптимумом роста 25-35^оС и термофильные с оптимумом около 40-45^оС. Некоторые молочнокислые бактерии образуют слизь, которая делает продукты тягучими (ацидофильная простокваша). Наиболее важными представителями молочнокислых бактерий являются: молочнокислый стрептококк, болгарская палочка, ацидофильная палочка, палочка дельбрюкская (в хлебопечении), молочнокислая палочка. Эти бактерии находят применение в получении простокваши, ряженки, квашении овощей, хлебопечении, производстве некоторых сортов колбасы, созревании соленой рыбы (придают вкус, аромат, создают мягкую консистенцию). Самопроизвольно возникающее молочнокислое брожение приводит к прокисанию, помутнению, ослизнению, т.е. порче (молоко, пиво, вино, напитки). При пропионовокислом брожении сахар и молочная кислота превращаются в пропионовую или уксусную кислоты с выделением углекислого газа и воды. Некоторые пропионово-кислые бактерии образуют муравьиную, янтарную и другие кислоты. Пропионово-кислое (направленное) брожение применяется при созревании сыров. За счет углекислого газа, выделяемого при пропионово-кислом брожении, образуются глазки сыра, а сама кислота (вместе с уксусной) придает продукту острый вкус и специфический запах. Пропионовая кислота ингибирует плесени, может применяться для получения витамина B12.

Масляно-кислое брожение является сложным биохимическим процессом превращения углеводов, иногда спиртов и кислот в масляную кислоту. Образуются также и побочные продукты: уксусная, пропионовая, валериановая, капроновая, янтарная, муравьиная и другие кислоты, этиловый, бутиловый, амиловый, пропиловые спирты, водород и углекислота. Возбудители масляно-кислого брожения широко распространены в природе. Они встречаются в навозе, загрязненной воде, молоке, сыре и т.д. Особенно широко они представлены в различных почвах. Масляно-кислые бактерии - строгие анаэробы. В качестве источника азотистого питания могут использовать различные азотистые соединения: пептоны, неорганические азотистые вещества и др. оптимальная температура их развития колеблется в пределах 30-40⁰С. Споры могут выносить кипячение в течение нескольких минут. Общее уравнение этого брожения, учитывающее лишь постоянно образующиеся вещества, выглядит так Азаров В.Н. Основы микробиологии и пищевой гигиены. - М.: Экономика, 1981. - с. 88.:

(3)

Масляная кислота представляет собой бесцветную летучую жидкость с резким запахом. Маслянокислое брожение играет большую роль в разрушении растительных остатков, богатых углеводами - в почве, на дне рек, болот, т.е. везде, куда затруднен доступ воздуха. В природе маслянокислым бактериям принадлежит важная роль в круговороте углерода. Масляная кислота- широко распространенный продукт анаэробного разложения различных органических веществ. Маслянокислое брожение используют в промышленности для получения масляной кислоты, которая находит широкое применение. Масляная кислота обладает резким неприятным запахом прогорклого масла. В то же время ее эфиры отличаются приятным ароматом, например, метиловый эфир имеет яблочный запах, этиловый - грушевый, амиловый - ананасный. Их используют в кондитерской и парфюмерной промышленности, в производстве фруктовых безалкогольных напитков.

2. Микрофлора молока, молочных продуктов, сыров, яиц и яичных товаров. Источники их обсеменения, состав микрофлоры, условия способствующие развитию микроорганизмов

Коровье молоко содержит все питательные вещества, требующие для нормального развития организма. В состав белков молока входят необходимые для организма аминокислоты (триптофан, фенилаланин, метионин, валин, лизин, треонин, гистидин, изолейцин и лейцин).

Молоко широко используется в лечебном питании, так как в нем содержатся все пищевые вещества, минеральные соли и витамины в оптимальных количественных соотношениях и в легко усвояемой форме. В молоке содержатся высокоценные белки и жиры, которые хорошо усваиваются организмом. Молоко является слабым возбудителем желудочной секреции. Молочный сахар легко подвергается в кишечнике брожению и вызывает повышенную перистальтику кишечника. Кислое молоко (кефир, простокваша, ацидофилин, маццони). Кислое молоко получают путем сквашивания молока различными молочнокислыми бактериями (простокваша, ацидофилин, маццони) или грибками (кефир) и отличается от молока тем, что содержит меньше сахара и значительно больше молочной кислоты. Однодневное кислое молоко (кефир, простокваша, ацидофилин, маццони) повышает кишечную перистальтику и действует послабляюще. Двухдневное и особенно трехдневное кислое молоко (кефир, простокваша, ацидофилин, маццони, йогурт) понижают кишечную перистальтику и оказывают закрепляющее действие па кишечник. Действие кислого молока основано на влиянии молочнокислых бактерий на флору кишечника.

Особую ценность в молоке представляют белки, обладающие благоприятным для усвоения аминокислотным составом. Воздействие на белки молока любых гидрофильных веществ или смещение электрического заряда в сторону изоэлектрической точки вызывает их коагуляцию. На коагуляции белков при молочнокислом брожении основано производство кисломолочных продуктов, технического и пищевого казеина. Сычужная коагуляция используется в производстве сыра и творога, кальциевая - различных молочно-белковых концентратов. Мартинчик А.Н., Королев А.А., Трофименко Л.С. Физиология питания, санитария и гигиена. - М.: Академия, 2006. - с. 76.

Жир находится в молоке в виде эмульсии, содержит лецитин, жирорастворимые витамины, легко усваивается организмом, обладает высокой степенью дисперсности, характеризуется низкой точкой плавления. Углеводы молока представлены главным образом дисахаридом лактозой и в небольших количествах моносахаридами и их производными. Гидролиз лактозы в кишечнике протекает замедленно, что исключает интенсивное брожение. Употребление несквашенного молока иногда вызывает метеоризм, диарею и другие кишечные расстройства, что обусловлено непереносимостью лактозы молока, связанной с отсутствием в организме ферментов, расщепляющих лактозу, или с различными заболеваниями желудочно-кишечного тракта.

Молоко содержит в небольших количествах почти все известные витамины. В сравнительно больших количествах в состав молока и молочных продуктов входят калий, кальций, натрий, магний, хлор, фосфор, а также микроэлементы, имеющие важное физиологическое значение. Благоприятное соотношение кальция и фосфора способствует хорошей усвояемости кальция.

Формирование каждого вида сыра обусловливается качественным и количественным составом микрофлоры.

В формировании твердых сыров принимают участие ферменты молочнокислых стрептококков и палочек, а также пропионовокислых бактерий. Эти микроорганизмы обладают протеолитическими и липолитическими свойствами.

Молочнокислые бактерии благодаря образованию молочной кислоты, медленному и ограниченному расщеплению белка, а также минимальному расщеплению жира значительно влияют на консистенцию, вкус и запах сыра. Последние обусловлены наличием свободных жирных кислот, молочной кислоты, диацетила, метилкетонов, альдегидов, аммиака и др.

Пропионовокислые бактерии образуют витамин B12, пропионовую кислоту, пропионат кальция и пролин, что способствует улучшению вкуса сыра. Мартинчик А.Н., Королев А.А., Трофименко Л.С. Физиология питания, санитария и гигиена. - М.: Академия, 2006. - с. 82.

На поверхности некоторых мягких сыров с желто-коричневой слизью, обнаруживают большие скопления микроорганизмов. Наряду с дрожжами в слизи находятся пигментобразующие бактерии, важнейшими представителями которых является Brevibacterium linens. Кроме того, при выработке этих сыров используют плесени рода Penicillium как на корке, так и внутри сыра.

Мягкие сыры в отличие от других сычужных сыров содержат большое количество растворимого белка (до 85%) и витаминов, что придает им еще более высокую пищевую ценность. Мягкие сыры обладают широким вкусовым диапазоном - от приятного молочнокислого до выраженного сырного со слегка аммиачным или грибным привкусом (Дорогобужский, Белый десертный) или остро-перечным (Рокфор). Все мягкие сыры вырабатываются только из пастеризованного молока с применением чистых культур бактериальных заквасок, микрофлоры сырной слизи и плесеней.

Технологический процесс производства мягких сыров направлен таким образом, чтобы получить сыры нежной, мягкой консистенции и специфического вкуса.

Особенностями технологии мягких сыров являются: применение зрелого молока кислотностью 25⁰ Т, более продолжительное свертывание молока, чем при производстве твердых сыров; постановка крупного сырного зерна (иногда сгусток не дробят); отсутствие второго нагревания и принудительного прессования. У мягких сыров нет корки, головки сыра не маркируются. Сыры имеют повышенное содержание влаги (50-65%) и соли (2,5-5%). Мягкие сыры, в зависимости от способа получения сгустка, подразделяют на сычужные, сычужно-кислотные и кислотные.

Яйцо состоит из желтка, белка, желточных и белковых оболочек и скорлупы. Находящийся в центре яйца желток удерживается в этом положении тяжами из плотного белка - халазами («градинки»). Двойная оболочка, покрывающая слой белка, у тупого конца яйца расслаивается и образует пугу - воздушную полость, величина которой по мере хранения яиц меняется. Высота ее к концу 1-й недели после кладки составляет всего 2-3 мм. Белок яйца имеет слоистое строение: основная часть его плотная; белок, прилежащий к желтку в скорлупе, имеет более жидкую консистенцию. Средняя масса куриного яйца составляет 50 г с колебаниями в пределах 40-60г.

Скорлупа яиц на 93% состоит из углекислого кальция. Поверхность ее имеет большое число пор (до 12000). При резких колебаниях температуры воздух, а с ним и микробы могут проникать внутрь яйца, инфицируя содержимое. При этом значительная часть микробов в яичном белке погибает вследствие антибактериального действия содержащегося в нем лизоцима.

Яйца птиц обладают высокой пищевой и биологической ценностью благодаря значительному содержанию полноценного белка, сбалансированного по аминокислотному составу, жира и других важных для человека веществ. Различные части яйца неоднородны по химическому составу. Часть яйца, которая называется белком, состоит преимущественно из высокоценных белков: овоальбумина (69,7%), овоглобулина (6,7%), кональбумина (9,5%), и содержит также менее ценные белки - овомукоиды (12,7%), овомуцины (1,9%) и лизоцим (3%). Мартинчик А.Н., Королев А.А., Трофименко Л.С. Физиология питания, санитария и гигиена. - М.: Академия, 2006. - с. 93.

Яичный белок характеризуется относительно высоким содержанием воды, практически не содержит жира, витаминов и минеральных солей. Наибольшей пищевой ценностью обладают желтки яиц. Желток составляет 1/3 яйца (около 35%) и включает наиболее полноценный белок ововителлин. Содержание его в желтке составляет 18%. В желтках содержится также значительное количество жира (31,2%), липоиды (лецитин 10%), холестерин (2%), витамины А и D, минеральные соли. Жиры желтка богаты ненасыщенными жирными кислотами (олеиновая, линолевая, арахидоновая). В среднем яйца содержат (на 100 г продукта) витамина А 0,7 мг, витамина D 140-390 ME, тиамина 0,16 мг, рибофлавина 0,8 мг, никотиновой кислоты 4 мг, токоферола 20 мг.

Содержание минеральных солей в яйце (в миллиграммах на 100 г продукта) следующее: кальция 50, фосфора 214, магния 12, железа 2,5. Желтая окраска желтка обусловлена пигментами каротиноидами - ксантофиллом и каротином.

Яйца водоплавающих птиц (гуси, утки) незначительно отличаются по химическому составу от куриных. В них несколько выше содержание белка (13-14%) и жира (13- 15%). Усвояемость яиц колеблется в пределах 95-97%. Наиболее хорошо усваиваются желтки яиц (сырые и вареные), а также яйца, сваренные всмятку, или крутые, так как они в большей степени, чем сырые белки, возбуждают железы желудка и вызывают большее отделение желудочного сока. Сырые белки почти не перевариваются и в большом количестве переходят в толстый кишечник.

Источником обсеменения микроорганизмами яйцепродуктов может быть само яйцо. Чтобы исключить возможность попадания сальмонелл и других патогенных бактерий, для выработки яичного меланжа необходимо использовать куриные яйца только из хозяйств, благополучных по сальмонеллезу и другим инфекционным болезням птицы. Имеет большое значение и сорт (категория) используемых яиц. Яйца низших категорий (II-III) всегда содержат в несколько раз больше микроорганизмов. Поэтому для выработки яйцепродуктов необходимо употреблять яйца только I категории, т.е. с наименьшей обсемененностью микроорганизмами. При разбивании яиц микроорганизмы попадают в яичную массу со скорлупы. Чтобы исключить возможность попадания в яичную массу санитарно-опасных микробов (сальмонелл, токсигенных стафилококков и др.) и уменьшить до минимума общую микробную обсемененность, необходимо до разбивания обрабатывать яйца дезинфицирующими средствами. Эффективным средством уменьшения исходной микробной обсемененности является введенная на яйцеперерабатывающих предприятиях пастеризация яичной массы перед замораживанием, благодаря которой содержание микроорганизмов в яичном меланже можно снизить на 98-99 %.

Яичную массу замораживают при температуре не выше -18...-20єС. В процессе замораживания часть микроорганизмов отмирает. Последующее хранение при температуре не выше -8...-9°С приводит к дальнейшему постепенному уменьшению количества жизнеспособных микробных клеток. Так, через 12 дней микробная обсемененность снижается примерно до 45 %, через 30 дней - до 38 и через 60 и 90 дней - соответственно до 13 и 10 % от исходного количества микроорганизмов. Однако полной гибели всех микроорганизмов в мороженых яйцепродуктах не происходит. При размораживании меланж можно хранить в охлажденном состоянии при температуре не выше 4-5°С не более нескольких часов. Он является хорошей питательной средой, и оставшиеся в живых микроорганизмы начинают активно размножаться и могут вызвать его порчу.

Для длительного хранения яичную массу высушивают в распыленном состоянии в дисковых сушилках при температуре, не превышающей 60єС, или методом сублимационной сушки. Сухие яйцепродукты вырабатывают из свежих цельных яиц (смеси белка и желтка), а также отдельно из белка и желтка. Кроме того, для сушки используют готовые мороженые яйцепродукты.

Яичную массу для высушивания готовят в меланжевом цехе. В процессе приготовления она обсеменяется микроорганизмами из тех же источников, что и при выработке мороженых яйцепродуктов: содержимое яиц, их скорлупа, оборудование, тара и др. Следовательно, степень микробной обсемененности используемых яиц и их санитарная обработка, санитарно-гигиенические условия производства существенно влияют на обсемененность микроорганизмами сухих яйцепродуктов.

В процессе сушки сохраняют жизнеспособность споры и часть вегетативных форм бактерий. Поэтому микробная обсемененность готовых высушенных яйцепродуктов остается достаточно высокой. В составе остаточной микрофлоры высушенных яйцепродуктов постоянно присутствуют аэробные бациллы, анаэробные клостридии, микрококки, стафилококки. Часто обнаруживают бактерий группы кишечных палочек, бактерий рода протеус, иногда присутствуют сальмонеллы.

В процессе хранения микроорганизмы, сохранившие жизнеспособность при сушке, не развиваются и постепенно отмирают, так как из-за малой влажности (4-8 %) яичного порошка создаются условия, неблагоприятные для их развития. Степень отмирания микробов в сухих яйцепродуктах зависит от температуры хранения. Так, при комнатной температуре (18-20°С) отмирает больше микроорганизмов, чем при температуре 1-2°С. Наиболее интенсивное отмирание микробов происходит только в первые 2-3 мес. хранения сухих яйцепродуктов. Однако полной гибели всех вегетативных форм бактерий, в том числе стафилококков, сальмонелл и бактерий группы кишечных палочек, не наблюдается даже после 2-3 лет хранения сухих яйцепродуктов.

При хранении сухих яйцепродуктов в условиях повышенной влажности они увлажняются, и микроорганизмы могут начать в них размножаться.

3. Дезинфекция: понятие, назначение, способы и методы. Дезинфицирующие средства, их характеристика и правила применения. Дезинсекция и дератация: понятие, назначение, методы, средства