И качество продуктов

Микроорганизмы по отношению к температурным условиям различают на три группы: термофилы, мезофилы и психрофилы.

Термофилы — микроорганизмы, развиваются при температурах 20…80°С; мезофилы живут при 5…57°С, а психрофилы способны расти при относительно низких температурах +10…-10°С.

Психрофильные бактерии активно размножаются на продуктах с небольшой кислотностью — на мясе, рыбе, некислых молочных и овощных продуктах при температуре -5…-8°С.

Большинство плесеней является психрофильными, они довольно активно развиваются на замороженных продуктах. Отдельные виды плесеней прекращают размножение лишь при температуре -8… -10°С.

Микроорганизмы бывают чувствительными, умеренно устойчивыми и нечувствительными к отрицательной температуре. Особенно чувствительны к низким температурам вегетативные клетки плесневых грибов и дрожжей. Наиболее устойчивы почвенные бактерии. Споры плесневых грибов проявляют умеренную устойчивость.

Устойчивость микроорганизмов к действию отрицательных температур зависит от трех факторов: температуры, скорости ее понижения и времени воздействия. Действие отрицательных температур на микроорганизмы проявляется в изменении состояния воды в микробной клетке. Максимальное повреждающее действие оказывает внутриклеточное образование льда. Это приводит к повышению концентрации внутри- и внеклеточных растворов, что ведет к денатурации белков и нарушению барьеров проницаемости.

Однако повреждение микроорганизмов холодом может происходить и без образования льда. Гибель бактериальных клеток в результате холодового шока происходит при очень быстром охлаждении из-за низкого осмотического давления. При этом губительное действие низких температур связано с нарушением нуклеиновых кислот и целостности липидных мембран.

Устойчивость микроорганизмов к отрицательным температурам зависит и от продолжительности воздействия холода. В начале замораживания число бактериальных клеток быстро уменьшается, затем гибель микроорганизмов замедляется, и, наконец, остаются устойчивые к низким температурам клетки, количество которых зависит от условий замораживания, индивидуальной устойчивости вида микробов.

Возможно развитие микроорганизмов при температуре выше -10°С и это может привести к снижению качества хранящегося продукта и даже к его порче. Так, при длительном хранении мороженого мяса при температуре выше -8°С могут развиваться плесневые грибы. Они появляются отдельными колониями, которые впоследствии увеличиваются и уплотняются. Мицелий гриба проникает в толщу мяса, и начинается спороношение. На поверхности продукта появляются белые, серые или черные пятна, в толще мяса накапливаются продукты жизнедеятельности плесеней, по­является затхлый запах. Аналогично протекают эти процессы при хра­нении мороженой рыбы и других продуктов.

В замороженных ягодах или фруктово-ягодных соках, хранящихся при температуре выше -8°С, образуется продукт жизнедеятельности дрожжей — спирт.

Воздействие низких температур на клетки тканей организмов приводит к нарушению обмена веществ. Данный эффект получил название "температурный шок". В результате нарушения динамического равновесия биохимических процессов в клетках накапливаются промежуточные, зачастую токсичные, продукты обмена веществ.

Если процесс охлаждения проводится быстро, то может наступить гибель биологического объекта. При постепенном снижении температуры организм может адаптироваться, т.е. приспособиться к изменяющимся условиям, и в этом случае выжить.

При охлаждении биологических объектов ниже температур, при которых происходит превращение воды в лед, основную роль начинают играть повреждающие факторы процесса кристаллообразования. Механика кристаллообразования тесно связана с условиями проведения процесса замораживания, что оказывает различное воздействие на состояние замораживаемого объекта, его качество.

Из-за механического воздействия кристаллов льда на клетки происходит нарушение их оболочки. Разрастание кристаллов льда в межклеточном пространстве уменьшаются размеры клетки, вызывает сжатие и образование складок в оболочке, повреждение протоплазмы.

При постепенном понижении температуры сначала кристаллы льда образуются в межклеточной жидкости. Концентрация растворенных веществ в ней вследствие вымерзания воды начинает увеличиваться. Возникает разность между концентрациями растворов в межклеточном пространстве и внутри клеток, что приводит к перемещению влаги из клеток к кристаллам в межклеточном пространстве. Таким образом, увеличиваются кристаллы снаружи клеток и обезвоживается их содержимое. В дальнейшем процесс кристаллизации начинается и в самих клетках. При оттаивании рассмотренные явления развиваются в обратной последовательности.

В случае быстрого понижения температуры биологических объектов кристаллизация будет происходить одновременно внутри клеток и в окружающей их межклеточной жидкости.

В процессе хранения, особенно в условиях нестабильного температурного режима, наблюдается перекристаллизация— увеличение размеров кристаллов.

Повреждающим фактором является повышение концентрации минеральных солей (электролитов) в незамерзшей части клетки. Повышение концентрации солевых растворов ведет к росту осмотического давления в клетках, что вызывает такое явление как "осмотический шок".

Многие биологические объекты лучше сохраняются при быстром и сверхбыстром замораживании, т.к. остается меньше времени для воздействия солевых растворов на структуру белков молекул живых клеток.

Степень повреждающего действия низких температур зависит от места образования кристаллов льда в клетках и тканях биологических объектов. Так, при внутриклеточной кристаллизации интенсивно разрушаются элементы протоплазмы. При замораживании растительных организмов образование льда внутри клеток всегда приводит к их гибели. Подавляющее большинство клеток животного организма также не выдерживает внутриклеточного льдообразования.

Сохранение жизнеспособности биологических объектов при их сверхбыстром замораживании обусловлено витрификацией (стеклообразованием) воды в протоплазме клеток Витрификация представляет собой глубокое переохлаждение жидкости, при котором в ней отсутствует кристаллическая решетка.

В ходе процессов витрификациии и последующей девитрификации (расстекловании) при быстром отеплении не происходит перегруппировка молекул воды, что способствует сохранению тонкой структуры протоплазмы клеток.

Благодаря использованию защитных веществ (глицерин, сахарный сироп, полиэтиленоксид и др.) при замораживании возможно применение очень высоких скоростей замораживания.

Вопросы для самопроверки

1 Какие группы микроорганизмов вам известны?

2 Назовите температурные условия их жизнедеятельности.

3 Какое воздействие оказывают низкие температуры на клетки, ткани и организмы?