Мікробіологія хлібопекарського виробництва. Мікрофлора зерна та борошна

Мікробіологія хлібопекарського виробництва.

Тема Мікробіологія зерна та борошна

План

1.     Шляхи потрапляння мікроорганізмів в зернову масу.

2.     Сапрофітна мікрофлора зерна. 

Вплив сапрофітних мікроорганізмів на продовольчі властивості зерна 

3.     Зміна мікрофлори за різних умов зберігання і переробки зерна 

4.     Мікрофлора борошна

1.Шляхи потрапляння мікроорганізмів в зернову масу

Технологією виробництва хліба передбачено участь мікроорганізмів у бродінні й визріванні тіста. Проте нормальний розвиток цих процесів може порушитися  через наявність сторонніх мікроорганізмів-шкідників, недоброякісну сировину, зіпсовану мікроорганізмами. Ці чинники пригнічують життєдіяльність головних діючих агентів, знижують якість продукції.

Сторонні мікроорганізми можуть проникати у виробництво  через сировину: борошно, воду, дріжджі, сіль та додаткову сировину, повітря, обслуговуючий персонал. Сировина, яка використовується в хлібопекарській промисловості, завжди буває обсіяна сторонніми мікроорганізмами, розвиток яких порушує  нормальний перебіг процесу, приводить до зниження якості продукції.

Із сировини хлібопекарського виробництва найбільш обсіяне мікроорганізмами борошно. І тому якраз саме з борошном може поступати в тісто і як наслідок в готову продукцію основна частина шкідників виробництва. Мікрофлора борошна залежить від мікрофлори зерна з якого одержується борошно і від умов зберігання борошна, від сорту борошна.

Першочерговим джерелом попадання мікроорганізмів на  поверхню рослин, а потім і на зерно є грунт, також мікроорганізми попадають на зерно з  повітря, обсіяність зерна зростає при збиранні, обмолоті і транспортуванні зерна. Рослина починає цикл свого розвитку з моменту проростання зерен в ґрунті. Відповідно, початковим основним джерелом попадання мікроорганізмів на поверхню рослин, а потім і на зерно є ґрунт.

Особливо багато мікроорганізмів в ґрунтах, які знаходяться біля коріння рослин, “ризосфера”. Дослідженнями встановлено, що, наприклад, в ризосфері коріння пшениці, кукурудзи, соняшника, сої та інших сільськогосподарських культур містяться мікроорганізмів в 5-10 разів більше, ніж і інших грунтах.

Посилений розвиток мікрофлори в ризосфері забезпечується тим, що коріння рослин виділяють в навколишнє середовище поживні речовини: цукор, амінокислоти, за рахунок яких і розвиваються різноманітні мікроорганізми.

В великій кількості в ризосфері рослин зустрічаються неспороутворюючі паличкоподібні бактерії роду Pseudomonas. В меншій кількості зустрічаються різні молочнокислі, маслянокислі, гнилісні бактерії.

Серед гнилісних бактерій найчастіше виявляються спороутворюючі палочки: Bacillus mycoides, Bacillus subtilis, Bacillus megatherium та інші види.

Крім бактерій, в мікрофлорі ризосфери є представники грибів, які відносяться до родів Penicillium, Fusarium, Botrytis, Trichoderma. Зустрічаються також деякі види дріжджів і різні актиноміцети.

Перераховані групи мікроорганізмів в більшості ведуть сапрофітне життя.

Але крім сапрофітів в ризосфері рослин можуть зустрічатися і різні фітопаразити – збудники хвороб рослин.

Під час вегетації частина мікроорганізмів, які знаходяться біля коріння, поступово переходить на наземні органи рослин і продовжує розвиватися на них.

Спочатку мікроорганізми розвиваються на стеблах, листях, квітах, а потім по мірі розвитку рослини мікроорганізми переходять на зав’язь і дозріваюче зерно в колосі. 

Частково мікроорганізми заносяться на поверхню рослин вітром, пилюкою, дощами, комахами.

В випадку недостачі живильних речовин на поверхні рослин може розвиватися обмежене число специфічних видів мікроорганізмів, головним чином бактерій.

 2. Сапрофітна мікрофлора зерна. Вплив сапрофітних мікроорганізмів на продовольчі властивості зерна

До сапрофітних мікроорганізмів відносять епіфітні мікроорганізми, які живуть на поверхні зерна і живляться за рахунок органічних виділень тканин. В свіжозібраному доброякісному зерні переважають безспорові гнилісні бактерії роду Pseudomonas.  Основний представник цього роду Р. herbicola (Ervinia herbicola)- травяна паличка складає 70-95% всіх бактерій, які знаходяться на зерні. Наявність P. herbicola є своєрідним показником свіжості і доброякісності зерна. Pseudomonas herbicola являє собою маленьку (1-3_0,6-

0,7 мкм) рухому паличку. Вона грамнегативна, спор не утворює, аероб. На мясопептонному агарі утворює зернисті колонії, які спочатку мають сірий відтінок, а потім поступово стають золотисто-жовтими. 

Другий представник роду Pseudomonas – бактерії виду P. fluorescens.

Це ще дрібніша рухома паличка, грамнегативна, дає на живильних середовищах сіруваті або безбарвні колонії, які утворюють зеленувато жовтий флуоресцентний пігмент, який проникає в субстрат, забарвлюючи його у відповідний колір.

В невеликій  кількості   на поверхні зерна зустрічаються дріжджі роду Saccharomyces, недосконалі дріжджі Candida, Torulopsis. Також, особливо на запиленому зерні мають місце спороутворюючі гнилісні бактерії Вacillus sultilis, В.mycoides.На пошкодженому зерні знаходяться молочнокислі бактерії роду Lactobacillus, маслянокислі спороутворюючі роду Clostridium, кокові форми Micrococcus.На поверхні зерна також завжди присутні плісеневі гриби Aspergillus, Penicillium, Mucor. 

Здорове, зріле зерно, волога якого  12% є малосприятливим середовищем для розвитку мікроорганізмів, на такому зерні вони знаходяться в неактивному стані. Але при зволоженні зерна мікроорганізми переходять в активний стан. Спостерігається зниження загальної маси зерна внаслідок споживання живильних речовин мікроорганізмами.

Змінюються (погіршуються) органолептичні показники зерна: блиск, запах, колір, смак.

Активний розвиток мікроорганізмів приводить в першу чергу до втрати зерном блиску, до появи на його поверхні темних плям. Інтенсивніший розвиток мікроорганізмів може привести до потемніння зерна, яке спостерігається іноді на останніх етапах самозігрівання.

В результаті активного розвитку плісеневих грибів зерно поступово втрачає свою сипучість і злежується.

Під дією мікроорганізмів зерно може набувати різних сторонніх запахів, невластивих здоровому зерну: запах комори, плісеневий, затхлий, гнильний.

З а п а х к о м ор и утворюється найчастіше в партіях свіжозібраного зерна, що зберігається якийсь час без переміщення і провітрювання. В даний час доведено, що основну роль в утворенні запаху комори, відіграють дріжджі, які в анаеробних умовах накопичують в зерновій масі спирт і кислоти. Поєднання, що утворюються, дуже леткі і легко віддаляються при переміщенні і вентилюванні зерна. Поява запаху комори, показує, що в зерновій масі протікають анаеробні процеси, які шкідливо впливають на зародок.

В даному випадку, щоб не допустити зниження схожості, потрібно провести негайне провітрювання насіння.

Гнильний з а п а х може з'являтися тільки в результаті глибокого розпаду органічних речовин і вказує звичайно на повне псування зерна.

Найчастіше при розвитку мікроорганізмів в зерновій масі утворюються запахи плісеневий і затхлий. Ці запахи виникають в результаті розвитку плісеневих грибів, найчастіше представників роду Penicillium.

З а п а х п л і с е н і спостерігається звичайно у тому випадку, коли плісеневі гриби в зерновій масі активно ростуть і розмножуються. Плісеневий запах — це запах свіжої плісені. Якщо процес розвитку плісені припинити сушкою, активним вентилюванням або іншими способами, то плісеневий запах не зникає, а переходить в затхлий. 

 З а т х ли й з а п а х є дуже стійким і міцно утримується зерном, що має абсорбційні властивості. Затхлий запах передається борошну, крупі і виготовленим з них продуктам. 

Окрім змін органолептичних показників в результаті дії мікроорганізмів, спостерігаються різкі зміни хімічного складу зерна. У зерні відбувається значна втрата сухих речовин в основному за рахунок вуглеводів, які використовуваних мікроорганізмами для живлення.

Зростає  кислотність, кислотне число жиру і кількість цукрів. Загальний вміст білків зменшується за рахунок збільшення кількості амінокислот і аміаку — відбувається розпад білків до цих кінцевих продуктів. Нарешті, в зерні іноді можуть накопичуватися отруйні продукти життєдіяльності мікроорганізмів (запліснявіле зерно), внаслідок чого зерно набуває отруйних властивостей і стає небезпечним для здоров'я людини і тварин.

 

 3. Зміна мікрофлори за різних умов зберігання та переробки зерна 

Зріле здорове зерно з вмістом 12 відсотків вологи – малопридатне середовище для розмноження мікроорганізмів. Але на щойно зібраному й закладеному на зберігання зерні міститься значна кількість мікроорганізмів. Так, в одному грамі жита (заготівельий пункт) міститься 2,5 млн мікробів, в пшениці – 1,5 млн. Кількість мікроорганізмів у зерні змінюється залежно від клімату, способу збирання, забрудненості пилом під час обмолоту, перевезенні. Наприклад часті дощі призводять до їх збільшення. Зверху на зерні плівчастих культур (овес, ячмінь) мікроорганізмів менше ніж на пшениці. 

Якщо зерно знаходиться в сухому стані і зберігається в умовах постійної температури (тобто виключається можливість  «запотівання» зерна), то у міру подовження терміну зберігання спостерігається загальне зниження числа мікроорганізмів, а також дещо змінюється і якісний склад мікрофлори зернової маси. Наприклад, в зерні пшениці і жита при зберіганні їх в нормальних умовах протягом тривалого часу повністю відмирали бактерії Pseudomonas herbicola, але добре зберігалися спороутворюючі бактерії Bacillus subtilis, а також спори плісеневих грибів. Якщо зерно продовжує зберігатися в нормальних умовах, мікроорганізми — плісеневі гриби і інші —знаходяться в стані спокою і не розмножуються.

При зміні умов зберігання (підвищення вологості, температури) як в свежезібранній зерновій масі, так і в тій, що зберігається тривалий час, можливо повільне або швидше розмноження мікроорганізмів. При цьому відбувається заміна одних видів іншими, зокрема заміна епіфітів міцеліальними грибами. За несприятливих умов зберігання на токах і в зерносховищах вже через декілька діб під дією мікроорганізмів може відбуватися часткове або повне псування зерна.

Найважливішими умовами, що обумовлюють можливість розвитку мікроорганізмів в зерновій масі при її зберіганні, є: вологість зернової маси і вологість її окремих компонентів; температура зернової маси; ступінь її аерації; цілість зерна і стан його покривних тканин;   кількість  і видовий склад домішок. Реакція середовища і світло не мають практичного значення при зберіганні зерна.

Вологість зерна знаходиться в тісній залежності від відносної вологості навколишнього повітря. Вологість зерна і насіння найбільше зростає при відносній вологості повітря в межах 80—100%. При відносній вологості повітря 70% рівноважна вологість зерна злакових знаходитиметься на рівні 14,5%, при 75% — 15—16%, а при 80—100% вона досягає 32—36%.

В першу чергу при підвищенні вологості зерна створюються умови для активного розвитку деяких плісеневих грибів-ксерофітів, а потім мезофітів. Типовими ксерофітами, що зустрічаються в зерновій масі, є окремі представники грибів роду Аsрегgillus, до мезофітів відносяться різні види Реnicillium, Мuсог і ін.

Нижча межа вологості, при якій з'являється вільна вода і стає можливим розвиток плісеневих грибів-ксерофітів, відповідає приблизно «критичній» вологості зернової маси.

Критична вологість різних зернових культур різна і залежить від хімічного складу і особливостей анатомічної будови насіння. Так, на насінні пшениці гриби-ксерофіти починають розвиватися при вологості 14,5%.

У практиці зберігання зерна і насіння відмічено, що деякі плісеневі гриби можуть розвиватися на зерні не тільки при його критичній, але і дещо нижчій за критичну вологість. Ці гриби зважаючи на недолік вологи розвиваються поволі і недостатньо активно. Відбувається процес повільного пліснявіння. В результаті розвитку грибів поступово змінюється склад зародка, виділяються отруйні продукти обміну, які негативно впливають на ріст зерна. Щоб уникнути такого пліснявіння, насіння після збирання потрібно негайно висушувати до вологості нижче за критичну. В основному рекомендується сушка активним вентилюванням із застосуванням підігрітого повітря.

На тривале зберігання дозволяється завантажувати партії зерна, що задовольняють вимогу «сухе» (для пшениці, жита вологість не вище 14,0%). Зерно з вологістю більше 15,0% дозволяється тільки нетривало зберігати при зниженій температурі.

Температура середовища — один з найважливіших чинників, що визначають інтенсивність розвитку мікроорганізмів. Життєдіяльність мікрофлори зернової маси також до певної міри залежить від температури навколишнього середовища.

Більшість бактерій і плісеневих грибів, що зустрічаються в зерновій масі, можна віднести до групи мезофілів, оскільки вони мають оптимальну температуру розвитку в межах 25—30° С. Термофільні бактерії виявляються тільки в зерні, що самозігрівається, на кінцевих етапах цього процесу, коли температура досягає 50—60° С.

При пониженні температури (нижче за 10°С) більшість мезофільних мікроорганізмів припиняють свій розвиток, але багато з них зберігають життєдіяльність навіть при температурах нижче за 0° С.

У зерновій масі пшениці, що має вологість нижче за критичну і температуру до 30°С, тривалий час без істотних змін зберігалася нормальна епіфітна мікрофлора, властива свіжозібраному зерну.

При підвищенні температури свіжозібраного зерна до 30-40°С епіфітна мікрофлора досить швидко почала відмирати, замість епіфітів в зерновій масі, що зберігалася при підвищеній температурі, з’явились спороутворюючі бактерії типу Васillus subtilis.

Найбільш інтенсивне зростання мікробів на вологому зерні відмічається при температурі 25-30°С.

При цих температурах спостерігався розвиток різноманітних бактерій, а також грибів родів Аsрегgillus, Реnicillium, Мuсог і ін.

По міру підвищення температури і подовження   терміну зберігання види Реnicillium витісняються видами Аsрегgillus.

При розвитку цвілі роду Реnicillium найбільш сприятливою є температура біля 25°С, для видів Аsрегgillus — біля 30° С.

При зниженні температури до +10°С і нижче розвиток всіх мікроорганізмів поступово сповільнюється  і потім припиняється.

Вплив доступу повітря   на    мікроорганізми    в зерновій масі. У зерновій масі містяться в основному мікроорганізми, здатні розвиватися при достатньому доступі повітря, - аеробні.

Більшість плісеневих грибів, що зустрічаються на зерні (види родів Аsрегgillus, Реnicillium, Мuсог), а також багато бактерій є аеробами і можуть активно розвиватися тільки при вільному доступі повітря. У меншій кількості зустрічаються в зерновій масі факультативні анаероби (дріжджі, молочнокислі бактерії і ін.). Отже, при зберіганні зерна, навіть з підвищеною вологістю, без доступу повітря, розвиток мікроорганізмів може бути припинений.

Розрізняють два типи консервації зерна без доступу кисню:

самоконсервація (аутоконсервация) зерна при його зберіганні в

герметичних зерносховищах; заповнення міжзернового і надзернового простору яким-небудь газом, що пригнічує розвиток мікроорганізмів: вуглекислим газом, парами хлорпікрину, дихлоретану і т.д.

При першому типі зберігання кисень витрачається живими компонентами зернової маси. При другому типі кисень витісняється іншими газами. При достатній вологості і оптимальній температурі дихання живих компонентів зерна стає інтенсивнішим і швидше наступає процес самоконсервації.

Виявлено, що при тривалому зберіганні зерна без доступу повітря (у анаеробних умовах) зерно втрачало блиск і погіршувало колір, а також нерідко набувало кислувато-солодового запаху, зникаючого при провітрюванні. Знижувалися також схожість і енергія проростання зерна.

При штучному введенні вуглекислого газу зерно краще зберігало свої якості.

Спосіб зберігання зерна в анаеробних умовах набуває важливого значення для збереження зерна вологого або сирого у тому випадку, коли його важко висушувати до критичної вологості чи немає в цьому необхідності.

Основні способи, що застосовуються при зберіганні зерна, забезпечують достатній доступ повітря в зернову масу. При сприятливих вологості і температурі в зерновій масі можуть активно розвиватися аеробні мікроорганізми (головним чином цвілеві гриби) і викликати погіршення якості і псування зерна.

Щоб якоюсь мірою запобігти розвитку мікроорганізмів в зерновій масі, необхідно використовувати при зберіганні зерна спосіб активного вентилювання з достатнім обміном повітря. Таке вентилювання повинне обов'язково супроводжуватися зниженням температури і вологості зерна.

Якщо процес вентилювання не супроводжується зниженням температури і вологості зернової маси, то в окремих ділянках або у всьому насипі можуть виникати процеси самозігрівання.

Мікрофлора зерна при його обробці. Кількість мікроорганізмів в зерновій масі знижується не тільки при очищенні, але і в процесі його сушки і вентилювання. Сушка в більшості випадків приводить лише до часткової загибелі мікроорганізмів. Найшвидше і в найбільшій кількості відмирають неспоротворюючі бактерії типу Pseudomonas herbicola. Спори плісеневих грибів, а також спори бактерій, як правило, зберігають свою життєздатність при звичайних режимах сушки. Така закономірність спостерігалася при вивченні впливу сушки на мікрофлору пшениці, гречки, гороху, кукурудзи і інших зернових культур. Спори грибів і бактерій на зерні з вологістю нижче за критичну звичайно знаходяться в стані спокою і не розвиваються, але при щонайменшому збільшенні вологості переходять до більш активної життєдіяльності і можуть викликати псування зерна.

Слід зазначити, що при активному вентилюванні зерна підігрітим повітрям спостерігалося зниження числа мікроорганізмів в значній мірі. 

В процесі дихання живих істот, в тому числі мікроорганізмів, відбувається окислення складних органічних речовин: вуглеводів, жирів, білків до більш простих з виділенням тепла. Якщо тепло не встигає розсіятися в навколишнє середовище, то може наступити самозігрівання.

Найбільш активна роль в самозігріванні зерна належить плісеневим грибам, які володіють здатністю виділити велику кількість тепла. Крім того вони розвиваються при більш низькій вологості зерна і відносній вологості повітря ніж дріжджі і бактерії.

Плісеневі гриби облігатні аероби, а зернова маса в між зерновому просторі має достатню кількість повітря для їх розвитку.

В клітинах грибів є різноманітний набір ферментів, за допомогою яких вони руйнують тканини зерна і готують поживне середовище для розвитку інших груп мікроорганізмів.

Більше піддається самозігріванню свіже зібране зерно, ніж зерно, яке пройшло певний період нормального зберігання, так як в свіже зібраному зерні всі живі компоненти знаходяться в найбільш активному стані.

Чим більше зернова маса містить вільної вологи, тим швидше іде проце самозігрівання.

Самозігрівання починається при температурі 24-26 °С, яка є оптимальною для розвитку більшості видів плісеневих грибів.

На першій стадії самозігрівання температура зернової маси підвищується до 24-

30 °С при цьому збільшується загальна кількість мікроорганізмів, в тому числі епіфітів і грибів.

На другій стадії в результаті розвитку процесу самозігрівання температура в зерновій масі досягає 40 °С. При цьому спостерігається зниження числа епіфітів і розмноження плісеневих грибів родів Penicillium, Aspergillus, Fusarium і інших, актиноміцетів, сінної палички, кокових форм бактерій.

На другій стадії спостерігається зниження сипкості зерна, відчувається солодовий запах і запах печеного хліба. Вологі зерна пшениці і жита тепліють.

Недозрілі зерна стають м'якими.

Третя стадія самозігрівання характеризується підвищення температури зернової маси з 40 до 50  °С. При цьому відмічається зниження загальної кількості мікроорганізмів, в основному за рахунок повного зниження епіфітної мікрофлори мікроорганізмів і скороченню кількості плісеневих грибів. За даних умов спостерігається збільшення кількості спороутворюючих термофільних бактерій.

Зерно набуває затхлий, гнильний запах, сипучість знижується. Ясно виражено потемніння оболонок у жита і пшениці.

На четвертій, кінцевій стадії самозігрівання температура досягає 70-75 °С. При такій температурі в зерні гинуть майже всі мікроорганізми. Зерно поступово починає охолоджуватись, воно губить всі свої поживні якості.

Якщо процес самозігрівання не зупинити на початку стадії, то зерно зіпсується. Для ліквідації самозігрівання в початковій стадії застосовують активне вентилювання, тобто провітрювання зерна, яке супроводжується його охолодженням.

4. Мікрофлора борошна. Вплив мікроорганізмів на якість борошна при зберіганні.

Вміст мікроорганізмів в борошні залежить від вмісту мікроорганізмів в зерні, способу очищення зерна, виходу, сорту борошна, від умов зберігання. В високосортному борошні тобто борошні низьких виходів мікроорганізмів значно менше ніж в низькосортному з великою кількістю висівок. В середньому в 1 г борошна міститься 2-3 млн. мікроорганізмів.

          Показником доброякісності борошна є наявність бактерій Еrwinia herhіcola( трав’яної палички). В доброякісному борошні їх вміст не нижче 90%. В борошні доброї якості це повинно бути кокових форм, їх наявність свідчить про підвищений          вміст вологи.       В       борошні      зустрічаються      дріжджеві           клітини, молочнокислі, оцтовокислі    бактерії, спори міцеліальних грибів, які переходять з зерна. Серед міцеліальних грибів переважають пеніціли, аспергили, рідше мукорові гриби. Особливу небезпеку являють спороутворюючі гнилісні бактерії  B. subtilis, які викликають тягучу хворобу хліба. Ці бактерії складають специфічну мікрофлору борошна.

В доброякісному борошні при вмісті вологи не більше 14% мікроорганізми знаходяться в неактивному стані, але при порушенні умов зберігання, пр підвищеній волозі активність мікроорганізмів підвищується і приводить до псування борошна.

                                         Види мікробного псування борошна.

 Скисання – проходить в результаті зброджування цукрів борошна кислототвірними бактеріями і грибами. Гідроліз крохмалю до цукрів, які зброджуються кислоутворюючими бактеріями, проходить під дією ферментів маслянокислих бактерій і міцеліальних грибів. При скисанні в борошні появляється кислий смак і запах, підвищується  кислотність знижуються його хлібопекарські властивості.

Згіркнення борошна – біохімічний процес окислення жирів борошна киснем повітря, а також гідролітичного розпаду жирів під дією ліполітичних ферментів бактерій і грибів. В борошні накопичуються жирні кислоти, які надають борошну неприємний запах і гіркий смак, в борошні змінюється колір, губляться ознаки свіжості.

Пліснявіння – найбільш поширений вид псування борошна на складах з відносною вологістю повітря більше 80%. При пліснявінні проходить розвиток грибів, які розвиваються на поверхні зерна, переважно це аспергіли і пеніціли. Борошно набуває прогірклого смаку і тухлого запаху. Погіршується якість клейковини: вона стає темною, короткорваною, гірше відмивається. Деякі гриби виділяють афлотаксини і тому використання такого борошна може привести до харчових отруєнь.

При вологості борошна вище 20% спостерігається його самозігрівання, при якому активізується не тільки розмноження  міцеліальних грибів, а й розмноження термостійких спороутворюючих гнилісних бактерій B. subtilis, які викликають тягучу хворобу хліба. В результаті пліснявіння і самозігрівання борошно крім погіршення органолептичних показників, втрачає сипучість, злежується.

Для попередження псування борошна необхідно дотримуватись правил зберігання, не допускаючи в першу чергу підвищення вологи і коливань температури. Відносна вологість повітря в складах повинна бути не вище 75 %.

Вологість борошна не повинна перевищувати 15 %.

 

 

 

 

 

Література:

1.     Вербина В.М. , Каптерева Ю.В. Микробиология пищевых производств

– М.: Агропромиздат, 1988 - с. 144-146 с. 225-226

2.     Техническая микробиология пищевых продуктов / В.М. Богданов, Р.С. Баширова, К.А. Кирова и др. –М.: Пищ.пром-сть, 1968. с.260-263, 269-282 с.247-260, 263-265