Найважливіші біохімічні процеси, які викликаються мікроорганізмами, їх роль у мікробному псуванні харчових продуктів, використання у біотехнологічних виробництвах

Найважливіші біохімічні процеси, які викликаються мікроорганізмами, їх роль у мікробному псуванні харчових продуктів, використання у біотехнологічних виробництвах.

Здатність мікробів активно перетворювати різні сполуки в процесах дихання і харчування широко використовуються людиною для отримання цінних харчових продуктів. Завдяки цьому мікроорганізми можуть також бути винуватцями їх псування. На особливу увагу заслуговують процеси перетворення речовин під час дихальних процесів(в основному анаеробних)- типові бродіння. Бродіння – анаеробний окисно-відновлювальний процес, що викликають як живі клітини мікроорганізмів, так і ферменти, що вони виділяють. У 1857р. біологічна природа бродіння, яку викликають живі клітини мікроорганізмів, була доведена Луї Пастером. Пізніше(1897р.) Едуард Бухнер встановив, що бродіння має місце і у без клітинному середовищі-сік зруйнованих дріжджових клітин – біохімічним шляхом. За своє відкриття в 1907р. Він одержав Нобелівську премію з хімії. На перших стадіях бродіння або окислення вуглеводів з’являється піровіноградна кислота (піруват), яка в залежності від умов, а також в анаеробних умовах піровіноградна кислота перетворюється до спирту, молочної, масляної кислоти та інших продуктів. В анаеробних умовах вона окислюється до оцтової, лимонної або іншої органічної кислоти, а при повному окисленні з’являються диоксид вуглецю і води.

Таким чином, процес бродіння протікає в дві фази: 1) в початковій або загальній фазі, яка проходить в анаеробних умовах, глюкоза розщеплюється до піровіноградної кислоти; 2) кінцева фаза залежить від умов культивування та особливостей мікроорганізму при цьому утворюються різні продукти. Перетворення органічних речовин супроводжується виділенням енергії, яка акумулюється в процесі фотосинтезу, що частково в виді тепла використовується мікробною клітиною або виділяється в навколишнє середовище. Між бродінням і диханням багато спільного, але при диханні окислення речовин іде до кінця – до утворення діоксиду вуглецю і води, в той час як продукти бродіння вміщують ще багато енергії.

Мікроорганізми відіграють ключову роль у біохімічних процесах, які можуть бути корисними або шкідливими для харчових продуктів. Основні процеси включають: 1. Бродіння – анаеробний процес розщеплення органічних речовин, що використовується в харчовій промисловості: Молочнокисле бродіння (Lactobacillus, Streptococcus) – утворення молочної кислоти (йогурт, кефір, сир). Спиртове бродіння (Saccharomyces cerevisiae) – утворення етанолу та CO₂ (вино, пиво, хліб). Пропіоновокисле бродіння (Propionibacterium) – виробництво пропіонової кислоти (швейцарські сири). Маслянокисле бродіння (Clostridium butyricum) – розкладання вуглеводів з утворенням масляної кислоти (часто викликає псування продуктів).

2. Амоніфікація – розкладання білків мікроорганізмами (Proteus, Bacillus), що веде до утворення аміаку, амінів і гниття. 3. Нітрифікація та денітрифікація – процеси перетворення амонійних сполук на нітрати (Nitrosomonas, Nitrobacter) або їх відновлення до газоподібного азоту (Pseudomonas denitrificans). 4. Ліполіз – розщеплення жирів мікроорганізмами (Pseudomonas, Staphylococcus), що може спричиняти згірклість продуктів. 5. Пектиноліз – розпад пектинових речовин (Erwinia, Pseudomonas), що спричиняє розм’якшення та псування фруктів і овочів.

1. Бродіння Бродіння — це анаеробний (безкисневий) процес, у якому мікроорганізми розщеплюють органічні речовини (вуглеводи, білки, жири) з утворенням енергії та побічних продуктів, що можуть бути корисними або спричиняти псування. Основні типи бродіння: 1. Молочнокисле бродіння• Виконавці: Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium.• Реакція: глюкоза → молочна кислота + енергія.• Використання: йогурт, кефір, сир, квашені овочі, закваски.• Вплив на продукти: зниження p. H, пригнічення патогенів, покращення смаку. 2. Спиртове бродіння• Виконавці: Saccharomyces cerevisiae.• Реакція: глюкоза → етанол + CO₂ + енергія.• Використання: вино, пиво, хлібопекарська промисловість.• Вплив на продукти: утворення алкоголю, газоутворення, покращення текстури (у хлібі).

3. Пропіоновокисле бродіння• Виконавці: Propionibacterium freudenreichii.• Реакція: глюкоза → пропіонова кислота + CO₂ + енергія.• Використання: виробництво швейцарських сирів (утворює “дірки”). 4. Маслянокисле бродіння• Виконавці: Clostridium butyricum.• Реакція: глюкоза → масляна кислота + H₂ + CO₂.• Вплив: спричиняє псування продуктів, неприємний запах.

2. Амоніфікація (розкладання білків) Білки розкладаються мікроорганізмами з утворенням аміаку, амінів та інших продуктів розпаду.• Виконавці: Proteus, Bacillus, Clostridium.• Реакція: білки → амінокислоти → аміак, сірководень, птіомайни.• Наслідки: псування м’яса, риби, молока (гниття, неприємний запах).3. Нітрифікація та денітрифікація 1. Нітрифікація• Виконавці: Nitrosomonas, Nitrobacter.• Реакція: NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻.• Використання: очищення стічних вод, удобрення ґрунтів. 2. Денітрифікація• Виконавці: Pseudomonas denitrificans.• Реакція: NO₃⁻ → N₂ (газ).• Наслідки: втрата азоту з ґрунту, очищення води.

4. Ліполіз (розщеплення жирів)• Виконавці: Pseudomonas, Staphylococcus, Aspergillus.• Реакція: жири → гліцерин + жирні кислоти.• Наслідки: згірклість продуктів, погіршення запаху і смаку.5. Пектиноліз (розпад пектинів)• Виконавці: Erwinia, Pseudomonas.• Реакція: пектини → прості цукри + метанол.• Наслідки: розм’якшення овочів і фруктів, псування соків.

2.1. Бродіння та газоутворення• Виконавці: Saccharomyces, Clostridium.• Симптоми: здуття упаковки, кислий запах, зміна консистенції. 2.2. Гниття білкових продуктів• Виконавці: Proteus, Clostridium.• Ознаки: слизькість, неприємний запах (аміак, сірководень). 2.3. Окислення жирів• Виконавці: Pseudomonas, Penicillium.• Ознаки: прогірклість, зміна кольору. 2.4. Розпад вуглеводів та пектинів• Виконавці: Erwinia, Fusarium.• Ознаки: розм’якшення продуктів, виділення рідини.2. Роль мікроорганізмів у псуванні харчових продуктів

3.1. Харчова промисловість• Молочні продукти (Lactobacillus, Streptococcus) – йогурти, сири, кефір.• Хлібопекарство (Saccharomyces cerevisiae) – дріжджове тісто.• Алкогольні напої (Saccharomyces cerevisiae) – вино, пиво.• Ферментовані продукти (Aspergillus, Bacillus) – соєвий соус, темпе, місо. 3.2. Фармацевтика• Антибіотики (Penicillium, Streptomyces).• Вітаміни (В₁₂ – Propionibacterium).• Пробіотики (Lactobacillus, Bifidobacterium).

3.3. Біоенергетика• Біогаз (Methanobacterium) – переробка відходів.• Біоетанол (Saccharomyces cerevisiae) – екологічне паливо. 3.4. Біоремедіація (очищення навколишнього середовища)• Розкладання нафти (Pseudomonas putida).• Біодеградація пластмас (Ideonella sakaiensis). Висновки Мікроорганізми виконують як корисні, так і шкідливі функції в харчових продуктах. Одні види використовуються у виробництві й ферментації, інші можуть спричиняти псування їжі. Контроль їхньої діяльності є критично важливим у харчовій промисловості.