Микроорганизмы играют большую роль в процессах разрушения белковых веществ. Последние в громадном масштабе происходят в природе, являясь составной частью круговорота веществ.
Обычно гниением называют целый ряд внешне сходных, а по существу весьма различных процессов. Это порча мяса, рыбы, плодов, овощей, древесины, а также процессы, происходящие в почве, навозе и др.
В более узком понимании гниением принято считать процесс разложения белков или субстратов, богатых белком, под влиянием микроорганизмов.
Разрушение молекул белка микроорганизмами ведется с различных позиций — одни продукты расщепления необходимы в качестве пластического материала для построения своего тела, другие используют их как энергетический материал. Последние вызывают более глубокий распад.
С этих позиций порчу древесины, в которой крайне мало белка, нельзя назвать гниением. Термин «гниение» неприменим также к портящимся фруктам и овощам, в которых основная масса сухого вещества приходится на углеводы. Кроме того, следует иметь в виду, что плоды, ягоды, овощи являются живыми организмами и к ним более применимо понятие «микробиологическое заболевание», а не «гниение».
Расщеплять белки с помощью выделенных во внешнюю среду ферментов способны многие микроорганизмы.
Некоторые виды гнилостных бактерий расщепляют белки до пептонов и аминокислот. Другие вызывают более полное расщепление белка с образованием более простых азотистых и безазотистых продуктов — индола, скатола, фенола, жирных кислот, аммиака, метана, углекислоты, водорода. Многие из этих соединений отличаются неприятным запахом.
Гниение легко протекает как при доступе воздуха, так и в условиях полного анаэробиоза.
Первые этапы микробиологического воздействия на белки всегда сводятся к протеолитическому расщеплению сложной белковой молекулы в зависимости от глубины процесса на отдельные составные части — пептоны, полипептиды и аминокислоты.
Схематично этот этап сводится к следующему:
Дальнейшие превращения могут протекать по двум различным направлениям.
Дезаминирование заключается в отщеплении от аминокислот аминной группы в виде аммиака. Различают дезаминирование окислительное, гидролитическое и восстановительное. В каждом случае образуются различные продукты. Ниже рассматривается дезаминирование аминокислот в различных условиях на примере аланина.
Возможны и другие пути дезаминирования, приводящие к образованию иных продуктов, например ненасыщенных соединений.
Декарбоксилирование заключается в отщеплении от аминокислот карбоксильной группы в виде углекислого газа. Декарбоксилирование активнее протекает в кислой среде. В результате, помимо углекислого газа, образуются амины — кадаверин, путреецин и агматин (трупные яды). В настоящее время ядовитость их не считается подтвержденной. Схема образования некоторых аминов приведена ниже:
В практических условиях декарбоксилирование и дезаминирование протекают часто совместно. В результате образуется большое число различных соединений — кислот, спиртов и др. Например, продолжая рассматривать разрушение аминокислот на примере аланина, можно убедиться в возможности образования этих веществ:
Из других аминокислот в этих процессах образуются соответственно и другие вещества — муравьиная и масляная кислоты, бутиловый и амиловый спирты. В дальнейшем все эти соединения полностью минерализуются, т. е. превращаются в воду, углекислый газ, метан и прочие простые соединения.
При глубоком разрушении серосодержащих аминокислот (метионина и пестеина) образуются сероводород, аммиак, меркаптаны — вещества, обладающие неприятным запахом, ощущаемым даже при ничтожных концентрациях:
Разрушение в процессе гниения аминокислот, имеющих циклическое строение, приводит к образованию веществ, имеющих специфический неприятный запах индола и скатола.
Из аэробных микроорганизмов наиболее часто в процессах гниения принимают участие следующие.
Микоидес — подвижная почвенная бацилла; образует споры овальной формы разной величины; на агаре дает характерные ветвистые колонии, по внешнему виду напоминающие мицелий гриба; широко распространена в природе; белки разрушает без образования сероводорода.
Сенная палочка (бациллюс субтилис) — короткая, подвижная споровая палочка с округленными концами; образует морщинистые колонии; широко распространена в природе, энергично вызывает глубокое разрушение белка.
Картофельная палочка (бациллюс мезентерикус) — по свойствам близка к палочке, известна как возбудитель картофельной болезни хлеба.
Бацилла мегатериум — подвижная споровая палочка, часто образующая цепочки; в отличие от бациллы микоидес продуцирует много сероводорода; колонии ее имеют слизистую поверхность.
Бактерия флуоресценс — небольшая подвижная палочка; на питательных средах дает зеленую опалесцирующую окраску за счет образуемого пигмента флуоресцеина.
Бактерия продигиозум (палочка чудесной крови) — мелкая подвижная палочка; образует кроваво-красные колонии или сплошной налет красного, розового цветов на различных продуктах.
По способности разрушать белки к этой группе относят кишечную палочку и палочку протея, являющиеся условными анаэробами.
Среди анаэробных бактерий активными возбудителями гниения являются путрификус, спорогенес и др.
Путрификус — подвижная споровая палочка; разлагает белки с выделением газообразных веществ; встречается в гниющих пищевых продуктах, почве, консервах, навозе.
Спорогенес — подвижная споровая палочка; характерна активным образованием сероводорода при гниении.
Не только бактерии, но и плесневые грибы и актиномицеты способны разрушать белковые вещества. Очень важным является участие этих микроорганизмов в гнилостных процессах, происходящих в почве. Значение гнилостных микроорганизмов чрезвычайно велико. Действуя в широкой температурной зоне (от 8 до 40 °С), они способны вызывать порчу большинства пищевых продуктов и нередко наносят громадный ущерб при хранении товаров, готовых блюд в общественном питании, в домашнем хозяйстве. Некоторые из них представляют опасность для здоровья человека, так как способны продуцировать ядовитые вещества (протей, отдельные штаммы кишечной палочки, некоторые масляно-кислые бактерии и др.).
