Аммонификация белков и аминокислот.

Белки животных и растительных остатков разлагаются в почве разнообразными микроорганизмами (то же имеет место и при хранении пищевых продуктов). В результате образуются аминокислоты, которые затем дезаминируются с выделе­нием аммиака (NH₃) и других соединений. Возбудители: Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, Proteus и др.

 

↓

Нитрификация

Аммиак окисляют до нитритов бактерии рйда Hitrosomonas, а нитриты до нитра­тов - бактерии рода Hitrobacter.

 

NН₃ -» NH₄OH -» NH₂OH -» HNO₂ -» HN0₃

Аммоний гидроксил- нитрит нитрат

↓ амин

Денитрификация

 

Нитраты восстанавливаются в газообразный азот бактериями в анаэробных условиях.

N0₃ –» N0₂ -» NO -» N₂O –» N₂

нитрат нитрит окись закись азота

азота

N0₃ -» N0₂ -» NO -» NH₂OH -» NH₃

гидроксиламин

Возбудители - Pseudomonas, Bacillus.

Для пищевой промышленности наиболее важное значение имеет процесс аммонификации, т. е. разложение белков до аминокислот и МН₃, т. к. эти процессы протекают в основном при хранении и переработке сырья и пищевых продуктов. Белки в почвах, водоемах, продуктах разлагаются большой группой гнилостных бак­терий - главным образом палочковидных, аэробных и анаэробных, Грам+ и Грам-, подвижных и неподвижных, спорообразующих и бесспоровых.

Возбудители - Pseudomonas, Proteus, Bacillus, Clostridium. Молекулы белков состоят из аминокислот, связанных пептидной связью, образующих полипептидные цепи. Процесс распада белков начинается с их гидролиза, в результате образуются пептоны и пептиды. Протеазы вызывают гидролиз пептидных связей. Короткие поли­пептиды могут проникать в клетки, где расщепляются до аминокислот, которые являются конечными продуктами гидролиза. Образующиеся аминокислоты исполь­зуются микроорганизмами или подвергаются ими дальнейшим превращениям, на­
пример, дезаминированию, в результате чего образуются аммиак и разнообразные органические соединения.

 

Различают дезаминирование:

1)Гидролитическое

RCHNH₂COOH + Н₂0 -» RCHOHCOOH + NH₃

оксикислота

 

RCHNH₂COOH + Н₂0 -» RCH₂OH + NH₃

спирт

2) Окислительное

RCHNH₂COOH + 1/2 0₂ -» RCOCOOH + NH₃

кетокислота

3) Восстановительное

RCHNH2COOH + 2Н -» RCH2COOH + NH3

карбоновые

кислоты

 

В зависимости от строения радикала той или иной аминокислоты образуются и разные продукты распада. Аминокислоты алифатического ряда образуют муравьи­ную, уксусную, пропионовую, масляную и другие кислоты; а также спирты: пропило-вый, бутиловый, амиловый и др. Аминокислоты ароматического ряда образуют фенол, крезол, индол, скатол и другие (тирозин, фенилаланин). Серосодержащие аминокислоты образуют H₂S, или его производные - меркаптаны. Эти соединения имеют запах тухлых яиц (цистеин, метионин). Диаминокислоты могут подвергаться декарбоксилированию без отщепления аммиака, в результате получаются диамины - "трупные яды" и С0₂. Дальнейшие превращения продуктов распада белковых веществ зависят от окружающих условий и состава микрофлоры. Аэробные микро­организмы окисляют белки до конечных продуктов (минерализуют) - МН₃, С0₂, Н₂О, H₂S и др. В анаэробных условиях, кроме указанных соединений, образуются орга­нические кислоты, спирты, амины и другие соединения, в числе которых могут быть токсичные вещества, вещества с отвратительным запахом и прочее.

Процессы аммонификации в природе необходимы, т. к. являются этапом в общем круговороте веществ. На практике приносят большой вред, т. к. вызывают порчу наиболее ценных пищевых продуктов - мяса, рыбы, молочных продуктов.

Аэробные процессы (неполное окисление).

 

В ходе энергетического обмена у некоторых микроорганизмов (бактерий, гри­бов) образуются продукты неполного окисления (кислоты), которые накапливаются и могут быть использованы в практике.

Получение уксусной кислоты.

Уксусная кислота образуется при окислении этилового спирта уксуснокислыми

бактериями.

 

1) 2СН₃СН₂ОН + О₂ -» 2СН₃СНО + 2Н₂0
2)2СН₃СНО + 0₂ -» 2СН₃СООН

Уксуснокислые бактерии - палочковидные, Грам-, спор не образуют, строгие аэробы. Кислотоустойчивые. Acetobacter aceti -типовой вид, накапливается в среде до 6% уксусной кислоты, выдерживает спирт до 9-11%. Оптимальная t около 30°С. Широко распространены в природе, на зрелых плодах, ягодах, вине, пиве и т. д. При промышленном получении уксусной кислоты процесс вели в специ­альных башневидных чанах (генераторах), внутри которых рыхло заложены буко­вые стружки. Сверху стружки орошались уксусноспиртовым раствором с питатель­ными для бактерий солями. В стенках генератора имеются отверстия для аэрации.По мере окисления спирта в уксусную кислоту в нижней части аппарата накаплива­ется готовый уксус. При недостатке спирта происходит переокисление, т. е. Уксусная кислота окисляется до С0₂ и Н₂О. В настоящее время процесс производства уксуса чаше ведут глубинным способом, в герметично закрытых аппаратах. Этот способ
имеет много преимуществ.

 

Получение лимонной кислоты.

В процессе энергетического обмена плесневых грибов также нередко образуют­ся недоокисленные продукты - это кислоты: щавелевая, янтарная, лимонная и другие. Лимонную кислоту получают промышленным способом из отходов сахарно­го производства (мелассы - черной патоки).

2С₆Н₁₂0₆ + 30₂ -» 2С₆Н₈0₇ + 4Н₂О

Возбудителем процесса является Aspergilius niger. Технологию разработали В. С. Буткевич и С. П. Костычев. Раствор патоки, содержащий около 15% сахара, стерилизуют, разливают в кюветы и засевают спорами гриба. Кюветы помешали в специальные камеры с t около 30°С. Выход лимонной кислоты - 60-70% от израсходованного сахара. Поверхностный способ в настоящее время также заменен глубинным способом. Применяется аэрация стерильным воздухом.

 

 

ТЕМА 11.ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

Развитие и жизнедеятельность микроорганизмов зависит от условий окружаю­щей среды. Условия - физические (влажность, t, концентрация веществ в среде, лучистая энергия), химические (реакция среды (рН), действие некоторых органичес­ких кислот, антисптики), биологические (взаимоотношения микроорганизмов с другими организмами в среде).

Влажность.

Гидрофиты - бактерии, дрожжи, грибы - условия влажности 98-100%. Мезофи­ты - плесневые грибы (Penicillium, Aspergilius), условия влажности 92-96%.

Ксерофиты - (Aspergilius, некоторые виды), условия влажности 70-90%.

Водная активность (aw) - отношение давления водяных паров раствора (субстра­та) Р и чистого растворителя (воды) РО при одной и той же температуре: aw - Р/РО, Водная активность выражается величинами от 0 до 1 (0 - абсолютно обезвоженное вещество, 1 - дистиллированная вода) и характеризует относительную влажность субстрата. Рост микроорганизмов наблюдается при значениях aw от близких к 1,0 и примерно до 0,65. В пределах 0,99-0,98 находится aw скоропортящихся продуктов. Большинство бактерий не развивается при aw ниже 0,94.

Обезвоживание продуктов.

Конвективная сушка: постепенно, часть растворенных в воде веществ проходит через клеточную стенку и диффундирует в окружающую среду вместе с водой. Во время обезвоживания в клетке повышается концентрация продуктов распада и клетки при этом отмирают (наименее устойчивы Грам-).

Распылительная сушка (сухое молоко, яичный порошок) - процесс обезвоживания идет мгновенно, наблюдается частичное отмирание (в основном Грам-). t ниже 100°С (обычно 65-70°С). Остаются микрококки, молочнокислые дрожжи и др.).

Пленочный способ - t около 100°С. При этом способе остаются главным образом споры бацилл. Яичный порошок получают распылением яичной массы (меланж) в дисковых сушилках, w = 3-9%. Хранят в герметизированной упаковке при постоянной температуре не выше 15°С и относительной влажности воздуха не выше 60-65%.

Сублимационная сушка - высушивание в вакууме из замороженного состояния ("возгонка") плодов, ягод. Способствует наилучшему сохранению их качеств, т. к. проводится при сравнительно невысоких температурах. Микроорганизмы хорошо переносят такое обезвоживание и сохраняют жизнеспособность долгое время.

Во всех случаях, особенно в последнем, необходимо соблюдать строгие сани­тарно-гигиенические правила, использовать специальные виды упаковки. Следует учитывать, что устойчивость клеток разных видов микроорганизмов к обезвожива­нию весьма различна. Наиболее устойчивы Грам+ - кокки (стафилококки), бациллы, молочнокислые, а также дрожжи, грибы (споры). Сальмонеллы, брюшнотифозные микроорганизмы могут сохраняться в некоторых обезвоженных продуктах (яичном порошке) от 3 до 9 месяцев. Однако Грам- - все-таки отмирают в первую очередь.

Температура среды.

Каждый микроорганизм развивается только в строго определенных температур­ных границах. Для одних они достаточно широкие, для других - более узкие. Карди­нальные температурные точки:

Мин. Опт. Макс. А

Психрофилы -10°С 10-15°С 25°С

МезоФилы 5-10°С 25-35°С 45-50°С

Термофилы 25-30°С 55-65°С 70-80°С

Термофилы и психрофилы - в основном бактерии. Отношение микроорганизмов к температурам, превышающим максимальную для их развития, характеризует их термоустойчивость. Она очень различна у разных видов. Также она меняется в зависимости от свойств среды (рН, концентрации веществ и др.). Пастеризация, сте­рилизация, охлаждение, замораживание - основные способы обработки пищевых продуктов.