Изучение биохимической деятельности микроорганизмов позволяет использовать их полезные свойства при производстве различных продуктов (спирта, вина, пива, органических кислот, сыра, кисло-маточных продуктов и др.) и предотвращать вызываемую микроорганизмами порчу пищевых продуктов.

Наиболее часто микроорганизмы вызывают в пищевых продуктах расщепление Сахаров (брожение), разложение белков (гниение) и жиров, плесневение.

АНАЭРОБНЫЕ ПРОЦЕССЫ (ТИПИЧНЫЕ БРОЖЕНИЯ)

К процессам окисления микроорганизмами сложных безазотистых веществ без доступа кислорода воздуха относятся спиртовое, мат очно-кислое, масляно-кислое и другие виды брожений.

Спиртовое брожение

Это процесс расщепления сахара микроорганизмами с образованием этилового спирта и углекислого газа:

Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи и некоторые плесневые грибы (например, мукоровые). Основным продуктом спиртового брожения является этиловый спирт, при этом выделяются углекислый газ и энергия. В небольших количествах образуются побочные продукты брожения: глицерин, уксусная кислота, высшие спирты. Наиболее благоприятны для спиртового брожения концентрация сахара от 10 до 15%, рН 4–5, температура около 30°С. Спиртовое брожение используется в производстве спирта, вина, пива, кваса, в хлебопечении (для разрыхления теста), при получении кефира, кумыса и др. Самопроизвольно возникающее спиртовое брожение может быть причиной порчи сахаросодержащих продуктов: меда, варенья, соков, сиропов, компотов, ягод и др.

Молочно-кислое брожение 

Вызывается особой группой молочно-кислых бактерий, расщепляющей сахара до молочной кислоты:

Типичное молочно-кислое брожение проходит без газообразования с накоплением в основном молочной кислоты, выделением энергии и очень небольшого количества побочных продуктов. Это брожение используется в производстве многих кисло-молочных продуктов, сыров, квашеных овощей, при приготовлении теста. Молочно-кислое брожение может быть и причиной порчи некоторых продуктов: скисание молока, вина, «кислотное брожение» в консервах и др.

Пропионово-кислое брожение 

Состоит в превращении сахара или молочной кислоты, а также ее солей в пропионовую и уксусную кислоты с выделением энергии, углекислого газа и воды:

Это брожение вызывают пропионово-кислые бактерии. По некоторым свойствам они близки к молочно-кислым бактериям и часто развиваются вместе с ними. Оптимальная температура их развития 30-35°С, рН не ниже 5.

Пропионово-кислое брожение играет важную роль при созревании сыров: присутствие пропионовой и уксусной кислот в сыре обусловливает его своеобразные вкус и аромат. Пропионовая кислота и ее соли являются ингибиторами плесеней и могут быть использованы для защиты продуктов от плесневения.

Масляно-кислое брожение 

Вызывается анаэробными масляно-кислыми бактериями и представляет собой распад сахара на масляную кислоту и газы с выделением энергии:

Этот вид брожения применяется для получения масляной кислоты, обладающей горьким вкусом и резким запахом. Однако эфиры этой кислоты имеют приятный запах цветов и фруктов и используются для приготовления ароматических эссенций в кондитерской промышленности и при производстве газированных напитков.

В народном хозяйстве масляно-кислое брожение приносит значительный ущерб. Пищевые продукты при развитии в них масляно-кислых бактерий приобретают неприятный запах и горький вкус. Часто это брожение вызывает гибель картофеля и овощей, вспучивание сыров, бомбаж консервов, прогоркание молока, творога, сметаны и др.

АЭРОБНЫЕ ПРОЦЕССЫ БРОЖЕНИЯ

К аэробным (окислительным) процессам брожения относятся биохимические реакции, вызываемые микроорганизмами и протекающие с участием кислорода воздуха. Примерами таких брожений может быть уксусно-кислое и лимонно-кислое.

Уксусно-кислое брожение

Это окисление уксуснокислыми бактериями этилового спирта в уксусную кислоту с выделением энергии:

На уксусно-кислом брожении основано промышленное получение уксуса для пищевых целей. Вместе с тем уксусно-кислые бактерии могут вызывать прокисание вина, пива, кваса, ягод, салатов и других продуктов.

Лимонно-кислое брожение 

Вызывают некоторые плесневые грибы, способные окислять сахара с накоплением различных органических кислот (лимонной, щавелевой, яблочной и др.). Образование грибами лимонной кислоты используется в промышленности. Брожение протекает с выделением лимонной кислоты, воды и энергии:

Возбудителем брожения является гриб из рода аспергиллюс. Лимонная кислота используется в кондитерской промышленности, при производстве безалкогольных напитков, сиропов, в кулинарии.

РАЗЛОЖЕНИЕ БЕЛКОВЫХ ВЕЩЕСТВ (ГНИЕНИЕ)

Возбудителями гниения являются аэробные и анаэробные гнилостные микробы, обладающие протеолитической активностью: протеус, субтилис, мезентерикус, спорогенес, путрификум и др. При гниении происходит разложение азотистых веществ (белков), расщепление жиров и других соединений. Белки распадаются на пептоны, полипептиды, аминокислоты и далее при распаде аминокислот образуются характерные продукты гниения, обладающие неприятным запахом: фенол, крезол, скатол, индол, сероводород, меркаптаны, аммиак и др. Среди них накапливаются вещества с ядовитыми свойствам: кадаверин, путрисцин и др. Конечными продуктами аэробного гнилостного процесса являются аммиак, углекислый газ, вода, сероводород, соли фосфорной кислоты.

Гниенне приводит к порче пищевых продуктов при нарушении условий их хранения, чаще всего это продукты с высоким содержанием белка: мясо, рыба, молоко, яйца.

Вместе с тем гнилостные микроорганизмы играют важную роль в круговороте веществ в природе. Они разлагают белковые вещества отмерших животных и растительных организмов, минерализуют их, обогащая почву нужными для растений формами азота.

РАЗЛОЖЕНИЕ ЖИРОВ

Под действием микроорганизмов, содержащих липолитические (жирорасщепляющие) ферменты, происходит распад жиров на глицерин и жирные кислоты. Глицерин используется многими микробами и окисляется ими полностью до углекислого газа и воды. Жирные кислоты разрушаются медленнее. Сначала образуются перекиси жирных кислот, которые подвергаются дальнейшему окислению с образованием оксикислот, альдегидов и кетонов, придающих жиру неприятный прогорклый запах. Конечными продуктами окисления жира микроорганизмами являются углекислый газ и вода.