Кафедра микробиологии, вирусологии и фармакологии
Курс микробиологии
080401 «Товароведение и экспертиза продовольственных товаров»
Реферат
Дисциплина: Микробиология продовольственных товаров
На тему: Микробиология молока
Молоко – секрет молочных желез млекопитающих, физиологически предназначен для вскармливания детенышей. Молоко образуется из составных частей крови эпителиальными клетками альвеол и является ценным пищевым продуктом. В его состав входят жирные кислоты, аминокислоты, белки, минеральные вещества, витамины, молочный сахар и большое количество ферментов. Питательные вещества молока находятся в соотношении и форме, наиболее благоприятных для усвоения организмом. Наиболее полноценно свежевыдоенное, парное молоко. Оно обладает бактерицидностью, т. е. способностью задерживать размножение попадающих в молоко бактерий и даже убивать их. Чтобы сохранить бактерицидные свойства парного молока, его охлаждают. При температуре 30 о С бактерицидность сохраняется в течение 3-х часов, при 15 о С – около 8 часов, при 10 о С - около 24 часов.
Микробы проникают в молоко из внешней среды через выводные протоки, молочную цистерну и сосковый канал. Для некоторых из них молоко служит хорошей питательной средой.
Больше всего микробов бывает в сосковом канале, молочной цистерне и меньше - в выводных протоках и альвеолах. Часть микробов под действием цидных веществ погибает, сохраняются более стойкие микрококки и стрептококки, которые по своим свойствам близки к молочнокислым стрептококкам кишечного происхождения. Микробы скапливаются у соскового канала и образуют пробку, в которой наряду с сапрофитами могут находиться возбудители инфекционных болезней. Обычно их больше в первых порциях молока и меньше в последних. Поэтому первые порции молока необходимо сдаивать в отдельную посуду, чтобы исключить загрязнение всего молока и окружающей среды. Обсеменение молока микробами зависит от чистоты и состояния вымени, кожного покрова животного, рук человека, посуды и другого инвентаря.
Особенно много различных микробов находится в молоке животных, больных маститом. Одной из причин могут быть микробы, которые проникают в молочную железу через сосковый канал или гематогенным путем. Способствующими факторами являются переохлаждение, травмы, генетическая предрасположенность. Продукты воспаления снижают качество молока, при этом уменьшается количество лактозы, кальция, казеина. В маститном молоке можно обнаружить стафилококки, стрептококки, кишечную палочку и другие микроорганизмы. Их численность во многом обусловливается состоянием внешней среды.
В большом количестве микробы содержатся на поверхности кожного покрова животного. Чем грязнее кожа, тем их больше попадает в молоко. Так, по данным Бакгауза и Конгейма, в 1 мл молока коровы с нечищеной кожей насчитывается от 170 тыс. до 2 млн микробов, коровы с чистой кожей - 20 тыс. При систематической чистке животного их количество снижается до 3 тыс. в том же объеме. Микробы на поверхность кожи попадают из корма, подстилки, навоза, воздуха.
Еще одним источником загрязнения молока могут быть корма: при их раздаче образуется много пыли. Вместе с пылью в молоко попадают и микробы. Поэтому раздавать корма во время доения не следует. Если в качестве подстилки используют старую прелую солому, в ней может содержаться большое количество микроорганизмов, особенно плесневых грибов. Разбрасывание такой подстилки перед доением увеличивает число микробов и их спор как в воздухе, на поверхности тела животного, так и в молоке. В связи с этим в качестве подстилки лучше использовать свежую солому, опилки, стружку, сухие листья или торф, которые поглощают влагу, газы и в некоторой степени препятствуют развитию гнилостныхи патогенных микроорганизмов. По данным А. К. Скороходько, кишечная палочка, сальмонеллы, бактерии брюшного тифа в торфяной подстилке погибают в течение 6-8 дней.
Человек тоже может быть источником обсеменения молока микробами при несоблюдении правил личной гигиены. Поэтому руки доярки (дояра) должны быть чистыми, сухими, с коротко остриженными ногтями.
Микроорганизмы могут попадать в молоко и через воздух от животных, больных туберкулезом, сальмонеллезом и т. д.
Огромна роль мух в обсеменении молока микробами. На поверхности их тела содержится от нескольких тысяч до миллиона микробов, среди которых могут быть и патогенные. Для борьбы с мухами проводят тщательную очистку, мойку, побелку, дезинфекцию ферм, молокоприемных пунктов и окружающей территории. Помещения лучше убирать влажным способом, что значительно уменьшает численность микробов, а следовательно, снижает и загрязнение молока.
Источником загрязнения молока могут быть также посуда и доильная аппаратура. Поэтому доильные аппараты, используемую посуду, фильтры надо содержать в чистоте. При машинном доении молоко поступает в закрытую систему, что препятствует попаданию в него микробов извне. Однако плохая организация машинного доения приводит к ухудшению санитарного состояния молока. При этом число микробов по сравнению с ручным доением возрастает в 4-5 раз, а иногда и более. Показатели санитарного качества молока отражены в следующей таблице:
Санитарное качество молока при стойловом содержании коров (по Е.Ш. Акопяну)
Из данных таблицы видно, что качество молока при ручном доении оказалось выше, чем при машинном. Все вышеперечисленные источники загрязнения молока могут быть сведены к минимуму или устранены при соблюдении зоогигиенических и других правил в местах расположения дойных животных и в процессе получения продукта.
Следует отметить еще один вид загрязнения молока, который связан с новым видом Bacillus, выявленным экспертами Международной молочной федерации (ММФ) и названным Bacillussporothermodurans (Петерсон и др.,;. 1996). Вacillussporothermodurans можно выделить из УВТ- и стерилизованного цельного и обезжиренного молока, УВТ-сливок, шоколадного молока, сгущенного и восстановленного молока. Эти термоустойчивые образователи спор не изменяют стабильность или сенсорные характеристики УВТ-молока. Во всех случаях, когда загрязнение этими бактериями обнаруживали после инкубации, их общее количество в молоке в картонных упаковках никогда не превышало максимум -150/мл. Однако иногда при кипячении такого загрязненного молока отмечается свертывание. Свертывание и розоватый цвет обусловлены длительным сроком хранения молока, разлитого в пластмассовые бутылки. Такие упаковки - плохой барьер для кислорода по сравнению с картонными. Рост бактерий возможен в молоке, расфасованном в разные упаковочные материалы: полиэтилен, картон, «Терта-брик» и алюминий.
Загрязнение УВТ- и стерилизованных молочных продуктов Bacillussporothermodurans происходит,очевидно, не в результате вторичного загрязнения, а из-за выживаемости спор в ходе процесса тепловой обработки (Хаммер и др., 1995). Можно рассматривать разные источники загрязнения.
Первым возможным источником Bacillussporothermodurans является сырое молоко, загрязненное на ферме. В 1955 г. впервые Вacillussporothermodurans были обнаружены в сыром молоке, поставленном с фермы. В 1966 г. провели анализ 100 образцов сырого молока, взятых в шести разных географических регионах. Для выявления Bacillussporothemiodurans использовали метод на основе PCR (реакция цепи полимеразы). Положительный результат на уровне 100 мл дали три образца из одного и того же региона. Эти результаты предполагают случайное или локальное присутствие и (или) очень низкий уровень загрязнения сырого молока спорами Bacillussporothermodurans. Споры были обнаружены только в 2 из 120 образцов кукурузного силоса, травяного силоса и сахарной свеклы. Поэтому загрязнение сырого молока на ферме через корма и доильное оборудование наиболее вероятно, но еще не доказано.
Повторная переработка загрязненных партий УВТ- или стерилизованных молочных продуктов может считаться вторым возможным путем загрязнения Bacillussporothermodurans. Поскольку споры могут сохранять жизнедеятельность после тепловой обработки, то одна загрязненная упаковка, содержащая 103 споры/мл, может привести к загрязнению значительной части УВТ-молока при последующем производстве.
Третий путь загрязнения возможен при переработке загрязненного сухого молока. Хаммер и др, (1995) сообщали о выделении Bacillussporothermodurans в сухом молоке, используемом для переработки.
Как видно, имеется множество источников загрязнения молока микробами, состав и численность которых изменяются в зависимости от времени хранения продукта. При этом выделяют несколько фаз.
Антимикробная (цидная, статическая) фаза характерна для свежевыдоенного молока, в нем отмечается задержка роста микроорганизмов. Иногда эту фазу называют бактерицидной, что не соответствует действительности. По данным ряда авторов, антимикробные вещества молока обладают статическим действием, задерживают рост микробов и не разрушают их клеток (И. И. Архангельский, П. А. Обухов). По данным других авторов, отмечается цидное действие микробов (А. Ф. Войткевич, С. А. Королев, В. И. Мутовин),в связи с чем такую фазу правильнее назвать антимикробной, что отражает существо вопроса.
Антимикробные свойства молока связаны с у- и р-глобулинами и обусловливаются содержанием в нем лизоцимов, лактенинов, бактериолизинов, антитоксинов, агглютининов и других веществ, которые поступают из крови или синтезируются молочной железой, В. И. Мутовин антимикробные свойства молока объясняет наличием в нем лизоцима М, а в вымени - лизоцима В. Лизоцим М обладает широким спектром действия: задерживает рост как сапрофитов, так и патогенных микробов. В конце лактации он инактивируется. Лизоцим В хотя и имеет более узкий спектр, но его действие проявляется в течение всей лактации.
Пути проникновения микробов в молоко при ручной и машинной дойке.
Молоко образуется в молочной железе млекопитающих. По выражению И. П. Павлова, молоко является “удивительной пищей, приготовленной самой природой”.
Молоко служит хорошей питательной средой для развития и размножения всевозможных микроорганизмов, поэтому в нем всегда можно встретить то или иное количество микробов.
В вымени всегда содержаться бактерии, прошедшие сюда через сосковый канал. Микроорганизмов больше в канале соска, в молочной цистерне и меньше в выводных протоках и мол. альвеолах.
Часть проникших микробов здесь погибает под действием цидных веществ, другая часть остается жизнеспособной.
В молоке, полученном при соблюдении всех правил асептики,
т. е. недопущении внешнего загрязнения, все же обнаруживаются бактерии – от нескольких десятков до нескольких сотен в 1мл.
Если не будет надлежащего ухода за выменем, то микроорганизмов в молоке может быть значительно больше.
Особенно много микроорганизмов у входного Отверстия соска, соприкасающегося с внешней средой. Они здесь скапливаются, образуют пробку. Могут быть там и патогенные виды.
Этим исключается загрязнение всего молока и окружающей среды.
Большое количество микроорганизмов имеется в молоке при воспалении вымени – Маститах.
Проникнуть микробы могут в вымя извне через сосковые каналы и гематогенным путем.
Микрофлору вымени принято делить на облигатную и факультативную.
Облигатные Микроорганизмы приспособились к существованию в молоке и всегда их там можно обнаружить. На пример кокковые формы, которые практически безвредны, т. к. вызывают медленные изменения в молоке.
Факультативные микробы попадают внутрь вымени и находятся там временно. К ним относятся различные кокки(микрококки, стрептококки), близкие к молочнокислым бактериям кишечника. Они обладают свойством разжижать желатин и придавать молоку горький вкус.
При маститах в молоке обнаруживают кроме кокков кишечную палочку и другие микроорганизмы.
Покровы животного (кожа, поверхность вымени) в большом количестве содержат микроорганизмы, которые при доении могут попадать в молоко.
Чем грязнее кожа животного, особенно вымени, тем больше микроорганизмов попадает в молоко. напр., При обтирании вымени сухим полотенцем В 1 мл молока обнаружено около 50 тыс. микробов, а влажным полотенцем – только 3 тыс.
На поверхность кожи микроорганизмы попадают с подстилки, корма, воздуха и др.
Все это показывает, насколько важно содержать вымя, поверхность тела и скотный двор в чистоте.
Навоз является одним из основных источников микроорганизмов молока.
Подстилка, особенно если ее разбрасывают незадолго до доения или во время дойки, оказывает большое влияние на загрязненность и бактериальную обсемененность молока.
Очень много микробов в подстилке из соломы, среди которых встречаются плесень и бактерии, портящие молоко. Особенно много микроорганизмов в старой, прелой соломе.
В связи с этим лучшим подстилочным материалом явл. торф и свежая солома.
Установлено, что в 1г соломенной подстилке в среднем 115 млн. микробов, а в 1г торфа – около 27млн.
Кроме того, торф поглощает большее количество воды и газов. Ряд микробов, например из группы кишечных, в торфяной подстилке, по данным А. К. Скороходько, погибают в течении 6-8 дней.
В некоторых зарубежных странах (ФРГ) в коровниках подстилку регулярно посыпают суперфосфатом с целью устранения неприятного запаха преющей подстилки и более быстрого разложения соломы.
Корма, особенно пыльные являются также источником загрязнения молока, если они раздаются во время дойки.
Из воздуха вместе с пылью в молоко могут попадать микроорганизмы. Содержание их будет зависеть от количества микробов в воздухе помещений и скотных дворов.
Уборку помещений следует проводить влажным способом, что резко уменьшает численность микробов, а значит и возможность попадания в молоко.
Руки доярки. Обсеменять микробами молоко может и человек при не соблюдении правил гигиены. На поверхности кожи людей, особенно под ногтями, микробов очень много. Среди них могут быть и патогенные микроорганизмы.
Руки доярки должны быть чистыми, сухими, ногти коротко острижены.
Поэтому перед доением необходимо тщательно мыть руки со щеткой и мылом.
Молочная посуда, недостаточно вымытая, может служить причиной загрязнения молока микробами.
Чистота воды, которой моется посуда, также играет немаловажную роль в бактериальном загрязнении молока.
Кроме сапрофитов в воде могут содержаться и патогенные микробы.
Поэтому воду для мытья молочной посуды периодически исследуют в лаборатории.
При обнаружении большого количества микробов воду перед употреблением кипятят или хлорируют.
Мухи – опасный источник микробного обсеменения молока, как во время дойки, так и последующего хранения молока. На теле мух содержаться тысячи микробов.
Садясь на различные отбросы и испражнения, а затем на молочную посуду и молоко, мухи загрязняют молоко различными микробами, в т. ч. и болезнетворными.
Поэтому необходима систематическая борьба с мухами в коровнике: тщательная очистка, мойка, побелка, дезинфекция и дезинсекция, как молокоприемных пунктов, так и ферм.
Бактериальное загрязнение молока при Машинной дойке может быть значительно меньше, чем при ручной.
При этом требуется тщательная чистка и дезинфекция аппаратуры – доильных аппаратов, фильтров и используемой посуды.
При машинной дойке молоко поступает в закрытую систему, что предохраняет его от попадания микробов извне.
Если же уход за доильной аппаратурой небрежный, при плохой организации машинного доения, на стенках трубки и других частях машины остается много микробов, что приводит к ухудшению санитарного качества молока.
Тщательная обработка доильной аппаратуры теплой(50оС) водой с добавлением 1% соды, использование дезмола и др. дез. веществ с последующей промывкой теплой водой значительно снижают содержание бактерий в молоке.
Выдоенное хорошо промытой доильной установкой молоко дольше сохраняется. Труд доярок облегчается и их надо меньше. Исключается возможность инфицирования молока через руки.
Преимущества машинной дойки очевидны.
Процеживание молока
Имеет целью задержать частицы грязи, навоза, а вместе с ними и микробов. Однако, положительный результат будет достигнут, если процеживание проводить сразу после доения, пока примеси не успели раствориться в молоке.
Центрифугирование
Также может применяться для очистки молока. Надо периодически через 1-1,5 часа центрифугу чистить (от слизи) и дезинфицировать.
Таким образом, приведенные данные показывают, насколько важно строго соблюдать в молочном деле зоогигиенические и другие санитарные правила.
Изменение микрофлоры молока во время хранения.
Состав и количество микробов во время хранения изменяются. Эти изменения зависят от температуры и продолжительности хранения, а также от состава микрофлоры выдоенного молока.
Динамику микробиологических процессов в молоке от момента его получения до полного использования как пищевого продукта можно разделить на несколько фаз.
Бактерицидная (цидная, антимикробная или статическая) фаза.
Она характерна для свежевыдоенного молока и охлажденного. В таком молоке микробы не только не размножаются, но и отмечается некоторое уменьшение их количества.
Такая задержка развития бактерий и уменьшение их количества происходит под действием нескольких факторов.
Антимикробные свойства молока обусловлены Гамма - и бета - глобалинами, лизоцимом, лактеинами, бактериолизинами, антитоксинами, агглютининами и др. веществами, которые поступают из крови или образуются молочной железой.
Отмечено, что в Ранний период Лактации Антимикробных веществ в молоке больше, чем в конце лактации.
Известно, например, что Лизоцим Задерживает рост, как сапрофитов, так и патогенных микробов.
Активность антимикробных веществ зависит от степени загрязнения молока бактериями, от быстроты охлаждения, температуры охлаждения и хранения.
При нагревании молока активность бактерицидных веществ повышается, а при 56оС и выше происходит инактивация их.
Таким образом, продолжительность антимикробной фазы зависит от двух основных факторов: Степени чистоты молока и Температуры хранения.
Чем меньше бактерий в молоке, чем быстрее оно охлаждается и чем ниже tо его охлаждения, тем продолжительнее бактерицидная фаза.
Например, молоко, полученное в обычных условиях при to 13-14о, имело бактерицидную фазу 19 часов, а полученное асептически – 36 часов.
Или, по данным Р. В. Давидова, антимикробная фаза обычно полученного молока составила при 0о – 48 часов, при 5оС – 36 часов, при 10оС – 24 часа, при 25о – 6, при 30о – 3, а при 37оС – только 2 часа.
Таким образом, для продления антимикробной фазы молоко нужно быстро охлаждать.
Увеличение антимикробной фазы имеет большое практическое значение, т. к. позволяет дольше сохранять молоко и доставлять потребителям в свежем виде.
В практике применяют два способа продления этой фазы: устранение источников загрязнения молока и второй – немедленное охлаждение молока после дойки.
На фермах имеются для этого специальные ванны и установки.
После окончания Антимикробной фазы, когда уже прекращается действие веществ, задерживающих развитие микроорганизмов, начинается развитие всех микробов попавших в молоко.
Этот период принято называть Фазой развития смешанной микрофлоры.
В начале фазы развиваются различные группы микроорганизмов – гнилостные, молочнокислые, стафилококки и др., но главным образом аммонификаторы. Наряду с этим идет увеличение количества молочнокислых бактерий. Продолжительность фазы 12-18 часов.
В начале развиваются молочнокислые Стрептококки (Str. Lactis и др.). В молоке накапливается молочная кислота, вредно действующая на гнилостные микроорганизмы, которые постепенно погибают. В результате низкого pH и накопления продуктов жизнедеятельности микробов гибнут и стрептококки. Остаются палочковидные формы молочнокислых бактерий, т. е. в конце этой фазы происходит смена одних молочнокислых бактерий другими. Фаза молочнокислых бактерий длится 3-4 недели.
Грибы и дрожжи часть молочной кислоты используют в качестве пищи, а часть нейтрализуют.
Кислотность молока постепенно снижается, повышается рН и среда становится пригодной для развития гнилостной микрофлоры и маслянокислых бактерий.
Молоко становится совсем непригодным для питания.
Описанная смена фаз микрофлоры характерна при t = 10оС и выше, т. к. молочнокислые бактерии развиваются при +10о и выше.
При другой tо смена фаз может протекать иначе. При tо от 5 до 10о развиваются гнилостные, флуоресцирующие микробы и микрококки.
Молочные консервы – сгущенное молоко с сахаром, без сахара, сухое молоко и др. – могут храниться долгое время без значительного увеличения содержания в них микробов.
Молочные консервы готовят путем температурной обработки, удаления влаги из продукта, высушиванием и добавлением сахара. Обычные составные части молока при этом не разрушаются.
Сгущенное молоко стерилизуют при TО 115-118оС – 15 мин. Или к сгущенному до 1/3 первоначального объема пастеризованному молоку Добавляют сахар (Не менее 43,5%).
При сушке молока значительная часть микробов погибает.
Санитарно – микробиологическая характеристика молока.
Для молока имеется ГОСТ. Молоко и сливки выпускаются городскими мол. заводами пастеризованными, они не должны содержать микробов.
В зависимости от количества микробов и колититра молоко делится на две группы А и Б.
Гр. А – молоко пастеризованное в бутылках и пакетах должно содержать в 1мл не более 75 тыс. микробов и допускается 1 кишечная палочка в 3 мл молока.
Гр. Б – молоко пастеризованное в флягах и цистернах – общее количество микроорганизмов в 1 мл не более 300 тыс., а колититр 0,3 мл.
Молоко группы А можно использовать в пищу людям без кипячения. Молоко группы Б кипятят.
МОЛОЧНОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ (син. лактобациллы ) - грамположительные палочковидные бактерии, относящиеся к роду Lactobacillus (Beijerinck, 1901), сем. Lactobacillaceae.
М. б. представлены разнообразными по форме палочками: от коротких коккообразных до длинных нитевидных (рис.). Длина клеток у различных культур одних и тех же видов зависит от состава среды, присутствия кислорода, способа инкубации. Размножаются М. б. делением перегородкой, что приводит к образованию цепочек. Ультратонкое строение клеток М. б. во многом сходно с другими грамположительными бактериями. На агаризованных средах образуют мелкие колонии.
М. б. не имеют содержащих цитохром дыхательных систем, неподвижны, не образуют каталазу, не восстанавливают нитраты в нитриты, не разжижают желатину, не образуют спор и пигмента; строгие анаэробы или факультативные. Обладают протеолитической активностью, обусловливаемой действием протеаз и пептидаз, липолитической активностью не обладают. Источником энергии для М. б. является молочнокислое брожение (см.). М. б. разделяют на гомоферментативные, образующие в результате сбраживания углеводов до 90% молочной к-ты, а также ничтожные количества летучих к-т, этилового спирта и углекислоты, и гетероферментативные, образующие ок. 50% молочной к-ты, 25% CO 2 , 25% уксусной к-ты и этилового спирта.
Систематика М. б. окончательно не разработана. В Определитель бактерий Берджи (Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology, 1974) в род Lactobacillus включено 25 видов. Трудность классификации заключается в изменчивости многих свойств этих микроорганизмов при культивировании на разных средах и в разных условиях. Исследование нуклеотидного состава ДНК показало, что содержание гуанина и цитозина в ДНК различных видов М. б. различно и лежит в пределах от 34,2 до 53,4 мол. %.
Антигенные свойства изучены недостаточно; получены предварительные данные о наличии антигенов, общих для многих видов М. б.
М. б. требовательны к источникам питания, не растут на простых средах; растут на средах, содержащих растительные отвары, мясные и дрожжевые экстракты, белковые гидро лизаты, т. к. М. б. нуждаются в аминокислотах, витаминах и ряде неорганических соединений; pH сред в пределах 5,0-6,5, оптимум pH 5,5. М. б. могут расти при pH 3,8 и ниже. Для культивирования М. б. широко применяется среда Рогозы либо ее модификации. Температурный режим от 15 до 45° в зависимости от видов.
М. б. встречаются в почве, сосредоточиваясь вокруг корневой системы, на культурных и дикорастущих растениях, в жел.-киш. тракте теплокровных животных и птиц, насекомых. У человека обнаруживаются на всем протяжении жел.-киш. тракта - от ротовой полости до прямой кишки. Представители М. б. (за немногим исключением) не патогенны для человека. Наиболее характерными являются L. acidophilus, L. plantarum, L. casei, L. salivarius, L. fermenti и L. brevis. L. bifidus в Определителе бактерий Берджи (1974) выделен в отдельный род Bifidobacterium (см. Бифидобактерии).
М. б. применяют в хлебопечении, в молочной промышленности, в биол. консервировании многих продуктов (квашение овощей и фруктов), приготовлении кваса, силосовании. Для профилактики и лечения жел.-киш. заболеваний, авитаминозов и алиментарных анемий у животных применяют препараты, в состав к-рых входят и М. б.
И. И. Мечников указал на М. б. как на антагонисты гнилостных и патогенных микробов, обитающих в кишечном тракте человека, и предложил применять их в борьбе с кишечными дисфункциями и преждевременной старостью. Многие народы применяют кисломолочные продукты для лечения ожогов и ран, для профилактики и лечения жел.-киш. заболеваний.
Развитие микробиологии расширило область применения этих микроорганизмов: с помощью М. б. в промышленности получают молочную к-ту, используют для синтеза декстрана, применяемого в медицине в качестве частичного заменителя крови; выявлен ряд антибиотиков, продуцируемых этими микробами; используют М. б. при создании продуктов детского питания, в т. ч. применяемых с леч.-проф, целью у новорожденных. Ацидофильная паста используется в акушерско-гинекол. практике, дерматологии и хирургии. L. acidophilus входят наряду с В. bifidum и Е. coli в состав комплексного препарата «омнифлора», применяемого за рубежом для лечения кишечных расстройств. В нашей стране выпускается лактобактерин (см.), действующим началом к-рого являются лиофилизированные бактерии штаммов L. fermenti 90Т-С4 и L. plantarum 8Р-АЗ, обладающие высокой антагонистической активностью в отношении возбудителей дизентерии, энтеропатогенных кишечных палочек, стафилококка, протея, и бифидумбактерин (см.).
Библиография: Ерзинкян Л. А. Биологические особенности некоторых молочнокислых бактерий, Ереван, 1971; Квасников Е, И. и Нестеренко О. А. Молочнокислые бактерии и пути их использования, М., 1975, библиогр.; Красильников Н. А. Определитель бактерий и актиномицетов, с. 208, М.-Л., 1949; M e ч н и к о в И. И. Академическое собрание сочинений, т. 15, с. 247, М., 1962; Руководство по вакцинному и сывороточному делу, под ред. П. Н. Бургасова, с. 94, М., 1978; Bergey’s manual of determinative bacteriology, ed. by R. E. Buchanan a. N. E. Gibbons, Baltimore, 1975; L e r с h e M. u. R e u t e r G. Das Yorkommen aerob wachsender grampositiver Stabchen des Genus Lactobacillus Beijerinck im Darmin-halterwachsener Menschen, Zbl. Bakt., I. Abt. Orig., Bd 185, S. 446, 1962; R o g o s a M., Mitchell J. A. a. Wiseman R. F. A selective medium for the isolation and enumeration of oral lactobacilli, J. dent. Res., v. 30, p. 682, 1951.
Г. И. Гончарова.
Характеристика пробиотических микроорганизмов и их
Биологическая роль
Термин «probiosis» означает симбиоз, сообщество двух организмов, способствующих жизнедеятельности обоих партнеров. «Probiotic» - организм, участвующий в симбиозе и благоприятствующий жизни.
Первое предположение о связи микробов, заселяющих кишечник, с духовным и физическим здоровьем человека впервые было выдвинуто еще в 1907 году в трудах знаменитого русского ученого И.И. Мечникова.
Впервые термин «пробиотик» как антоним «антибиотика» был предложен D.M.Lilly и P.H.Stilwell в 1965 году для обозначения микробных метаболитов, обладающих способностью стимулировать развитие каких-либо микроорганизмов. Близкое по содержанию толкование термина «пробиотик» было дано в 1971 году A.Sperti для обозначения различных тканевых экстрактов, оказывающих стимулирующее действие на микроорганизмы.
Последующие достижения в области изучения микробной экологии человека позволили внести уточнения в первоначальное определение пробиотиков. Так, в 1974 г. R.B.Parker использовал этот термин для обозначения микробных препаратов, обладающих способностью регулировать микробную экологию кишечника. Согласно его определению, пробиотики – это микроорганизмы или их компоненты, способные поддерживать баланс кишечной микрофлоры.
Позднее R.Filler назвал пробиотиками любые препараты из живых микроорганизмов, дающие при введении в организм хозяина благотворный эффект за счет коррекции кишечной микрофлоры. Лишь ограниченное число кишечных микроорганизмов может считаться пробиотиками, поскольку добавление в пищу именно этих бактерий улучшает пищеварительные функции желудочно-кишечного тракта. Причем, в качестве регуляторов микроэкологии могут выступать как монокультуры, так и смеси микроорганизмов.
Последующие достижения в области микробной экологии позволили R.Filler внести уточнение в его первоначальное определение прибиотиков: это препараты из живых микроорганизмов или стимуляторов роста микробного происхождения, оказывающие благоприятное действие на эндогенную микрофлору. Попытку внести еще большую ясность в толкование этого термина предприняли G.R.Gibson и M.B.Roberfroid, предложившие называть пробиотиками только пищевые добавки микробного происхождения, проявляющие свои позитивные эффекты на организм хозяина через регуляцию кишечной микрофлоры.
В соответствии с ГОСТ Р 52349-2005 «Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения», пробиотик - функциональный пищевой ингредиент в виде полезных для человека непатогенных и нетоксикогенных живых микроорганизмов, обеспечивающий при систематическом употреблении человеком в пищу непосредственно в виде препаратов или биологически активных добавок к пище, либо в составе пищевых продуктов благоприятное воздействие на организм человека в результате нормализации состава и/или повышения биологической активности нормальной микрофлоры кишечника.
Пробиотические микроорганизмы могут попасть в организм следующими путями:
· с лекарственными препаратами, в состав которых входят штаммы живых микроорганизмов, с четким показанием к применению;
· с биологически активными добавками к пище (комплексными препаратами на основе живых микроорганизмов, изготовленными на фармацевтических предприятиях, которые используют в качестве биологически активной добавки к пище, и, как правило, распространяют через аптечную сеть);
· с пищевыми продуктами, которые ими обогащены или получены биотехнологическим способом с применением пробиотиков в качестве заквасочных культур.
Пробиотики могут содержать как один вид микроорганизмов (монопробиотики), так и ассоциацию штаммов нескольких видов микроорганизмов, от 2 до 30 (ассоциированные пробиотики). В данном случае это симбиотики.
Симбиотики - это комплексные препараты, в которых объединены пробиотические микроорганизмы одной или разных таксономических групп, отобранных по принципу наибольшей выживаемости в неблагоприятных условиях. По своим эффектам эти микроорганизмы дополняют друг друга.
Пробиотики могут назначаться широкому кругу живых организмов (человеку, животным, птицам, рыбам) вне зависимости от видовой принадлежности хозяина, от которого первоначально были выделены штаммы пробиотических бактерий (гетеропробиотики). Однако чаще всего пробиотики назначаются с вышеуказанной целью представителям того вида животных или человеку, из биоматериала которых были выделены соответствующие штаммы (гомопробиотики).
В последние годы в практику начинают внедряться аутопробиотики, действующим началом которых являются штаммы нормальной микрофлоры, взятые от конкретного индивидуума и предназначенные для коррекции его микроэкологии.
Препараты - пробиотики производят в различных лекарственных формах: сухой во флаконах и ампулах, в виде порошков, таблеток и медицинских свечей. Они содержат высокое количество жизнеспособных микроорганизмов в одной дозе, имеют длительные сроки хранения и могут доставляться в самые отдаленные районы нашей страны. Эти средства относятся к медицинским фармакопейным препаратам, что обуславливает их применение в основном в терапевтических целях (см. далее).
Для оздоровления широких слоев населения целесообразнее применять кисломолочные продукты, которые одновременно являются поставщиками питательных веществ и обладают пробиотическим эффектом.
Традиционные кисломолочные продукты, получаемые путём сквашивания молока с использованием различных видов молочнокислых бактерий, применяются людьми в течение тысячелетий. Рассматривая кисломолочные продукты с современных позиций, их несомненно можно отнести к продуктам, оказывающим пробиотическое действие на организм человека.
Великим русским ученым И.И. Мечниковым впервые высказана и научно обоснована мысль о возможности использования молочнокислых бактерий для борьбы с нежелательной микрофлорой желудочно-кишечного тракта человека. И.И. Мечников предложил использовать молочнокислые бактерии, способные приживаться в кишечнике. В литературе имеются многочисленные данные о положительном влиянии кисломолочных продуктов на организм человека.
| Исследования, проводимые в направлении получения кисломолочных продуктов с пробиотическими свойствами и по изучению их действия на организм человека, открывают все новые В литературе имеются многочисленные данные о положительном влиянии кисломолочных продуктов на организм человека. Кисломолочные продукты способствуют более высокой усвояемости кальция; усиливают секрецию пищеварительных соков и желчеотделения; усиливают желудочную секрецию и выделение панкреатического сока; повышают выведение мочевины и других продуктов азотистого обмена; подавляют рост нежелательной микрофлоры за счет бактерицидного действия молочной кислоты и антибиотических веществ, продуцируемых некоторыми видами молочнокислых бактерий и бифидобактериями; благоприятно воздействуют на моторику кишечника; способствуют снижению сывороточного холестерина; тонизируют нервную систему. В последние годы установлено, что кисломолочные продукты с пробиотическими свойствами оказывают стимулирующее влияние на иммунитет, механизм которого очевидно включает активацию продукции некоторых регуляторов иммунного ответа, в частности, интерлейкинов и гамма-интерферона в сочетании с усилением местного иммунного ответа энтероцитов, фагоцитоза и пролиферации лимфоцитов. Иммунный эффект связывают с несколькими механизмами - это стимулирующее влияние на иммунный ответ (в частности, на активность микрофагов и клеток- киллеров); снижение под влиянием низкого кишечного pH, обусловленного молочной кислотой, активности 7-альфа- | идроксилазы-фермента микроорганизмов, участвующего в метаболизме желчных кислот, обладающих проканцерогенным действием; снижение активности ферментов микроорганизмов кишечника (глюкуронидазы, нитроредуктазы и азоредукгазы), участвующих в трансформации в кишечнике проканцерогенных соединений в канцерогенные. Имеются сообщения и о способности кисломолочных продуктов с пробиотическими свойствами снижать риск по шикновения злокачественных новообразований, в частности рака | чистой кишки и грудной железы, выводить токсичные вещества из организма. |
Кисломолочные продукты способствуют более высокой усвояемости кальция; усиливают секрецию пищеварительных соков и желчеотделения; усиливают желудочную секрецию и выделение панкреатического сока; повышают выведение мочевины и других продуктов азотистого обмена; подавляют рост нежелательной микрофлоры за счет бактерицидного действия молочной кислоты и антибиотических веществ, продуцируемых некоторыми видами молочнокислых бактерий и бифидобактериями; благоприятно воздействуют на моторику кишечника; способствуют снижению сывороточного холестерина; тонизируют нервную систему. В последние годы установлено, что кисломолочные продукты с пробиотическими свойствами оказывают стимулирующее влияние на иммунитет.
Имеются сообщения и о способности кисломолочных продуктов с пробиотическими свойствами снижать риск возникновения злокачественных новообразований, в частности рака толстой кишки и грудной железы, выводить токсичные вещества из организма.
Главное назначение кисломолочных продуктов и препаратов с пробиотическими свойствами − это поддержание хорошего состояния здоровья у людей различных возрастных групп или животных.
Между состоянием здоровья человека, функционированием его иммунной системы и составом микрофлоры его желудочно- кишечного тракта существует тесная взаимосвязь. Нарушение состава микрофлоры в организме (дисбактериозы) может иметь тяжелые последствия. Сильные и длительно действующие неблагоприятные воздействия могут нарушить гомеостаз и привести к болезни или даже смерти организма.
По последним данным Российской АМН распространение различных форм дисбактериоза (нарушение состава полезной микрофлоры) в России достигло масштабов национальной катастрофы, затронув более 90 % населения. Возникновению дисбактериозов способствуют различные внешние факторы и заболевания, в том числе органов пищеварения. Считают, что нормобиоценоз кишечника − это сложнейшая экологическая система, которая является своеобразным органом иммунной системы человека.
Макроорганизм и кишечная микрофлора являются относительно стабильной экологической системой, равновесие которой, с одной стороны определяется физиологическими и иммунологическими особенностями макроорганизма, а с другой − видовым и количественным составом микробных ассоциаций и разнообразием их биохимической активности. При нормальном физиологическом состоянии взаимоотношения макроорганизма и микрофлоры носят симбиотический характер, и флора при этом оказывает существенное влияние на общий иммунитет и естественную резистентность хозяина к инфекциям, принимает активное участие в процессах пищеварения, синтеза различных биологически активных веществ. Со своей стороны макроорганизм оказывает регулирующее действие на состав кишечной микрофлоры посредством кислотности желудочного сока, перистальтики кишечника, желчных солей и других факторов. Стабильность микробных ассоциаций в организме имеет чрезвычайно важное значение для жизнедеятельности хозяина и является одним из показателей его здоровья.
| Все это обусловливает широкое применение средств, способствующих восстановлению и поддержанию иммуннобиологического гомеостаза. Необходимо отметить, что организм человека обладает огромными резервами здоровья и часто >ти резервы задействованы не в полной мере и поэтому существует иозможность их мобилизации. Одним из факторов, способствующих активизации собственных сил организма, является симбионтная микрофлора и биологические активные соединения, которые она синтезирует. Систематическое употребление кисломолочных продуктов и препаратов с пробиотическими свойствами, которые оказывают регулирующее действие на организм или те или иные органы и Необходимо отметить, что организм человека обладает огромными резервами здоровья и часто >ти резервы задействованы не в полной мере и поэтому существует иозможность их мобилизации. Одним из факторов, способствующих активизации собственных сил организма, является симбионтная микрофлора и биологические активные соединения, которые она синтезирует. |
Необходимо отметить, что организм человека обладает огромными резервами здоровья и часто эти резервы задействованы не в полной мере и поэтому существует возможность их мобилизации. Одним из факторов, способствующих активизации собственных сил организма, является симбионтная микрофлора и биологические активные соединения, которые она синтезирует.
Систематическое употребление кисломолочных продуктов и препаратов с пробиотическими свойствами, которые оказывают регулирующее действие на организм или те или органы и системы, обеспечивает оздоровительный эффект без применения лекарственных средств. Достоинством пробиотиков является их безвредность для организма, полное отсутствие побочных явлений и привыкания к ним при длительном потреблении.
Наиболее часто для изготовления препаратов используют следующие виды живых микроорганизмов:
− род Bifidobacterium: B.bifidum, B.adolescentis, B.breve, B.infantis, B.longum;
− род Lactococcus: Lac. lactis, Lac. сremoris;
− род Lactobaccilus: L.plantarum, L.acidophilus, L.casei, L.delbrueckii; L.reuteri; L.bulgaricus;
− род Propionibacterium: P.acnes; P.freudenreichii ;
− некоторые виды дрожжей: Saccharomyces cerevisiae.
Бифидобактерии
Бифидофлора составляет у детей 98 %, а у взрослых до 40-60 % кишечной микрофлоры. Морфологическибифидобактерии представляют собой грамположительные палочки. Палочки имеют утолщения на одном конце (булавы) или двух концах (гантели). Микроскопическая картина каждого вида бифидобактерий имеет особенности по размеру, форме и расположению клеток.
Физиологическим свойством бифидобактерий является их способность расти и развиваться при температуре 20-40 ºС, рН 5,5-8,0. Оптимальной зоной роста является температура 37-40 ºС и рН 6,0-7,0. При рН ниже 4,5 и выше 8,5 рост микроорганизмов прекращается.
Все виды бифидобактерий при первичном выделении являются строгими анаэробами. В присутствии углекислого газа они могут быть толерантными к кислороду. При лабораторном культивировании эти микроорганизмы приобретают способность развиваться в присутствии некоторого количества кислорода, а в высокопитательных средах - расти в полностью аэробных условиях.
В молоке бифидобактерии развиваются медленно, так как коровье молоко не является естественной средой их обитания. Одной из причин плохого роста бифидобактерий в молоке служит растворенный в нем кислород. У них не обнаружено казеолитической активности, т.е. они могут усваивать казеин только после частичного гидролиза. В результате расщепления казеина образуются полипептиды, гликопептиды, аминосахара, стимулирующие рост бифидобактерий. Другой причиной заторможенного роста бифидобактерий может быть и их низкая фосфатазная активность.
Для нормального роста и развития бифидобактерий большое значение имеет присутствие ростовых веществ. Рост бифидобактерий в коровьем молоке стимулируют экстракты дрожжей, гидролизованное молоко, а также увеличение соотношения белок: лактоза. Сильный стимулирующий эффект роста бифидобактерий получают при использовании гидролизатов казеина.
Растительными стимуляторами роста бифидобактерий в молоке являются обезжиренная соя, экстракт картофеля, тростниковый сахар, кукурузный экстракт, морковный сок. В качестве стимуляторов роста применяют также соли железа, сорбит, микроэлементы в виде сернокислой меди и лактата железа. Кроме того, используют витамины (пантотеновая кислота, биотин, рибофлавин).
Одним из способов активации роста бифидобактерий в молоке является получение мутантов этих микроорганизмов, способных расти без какой-либо защиты от кислорода.
Биологическая роль бифидобактерий заключается в их благоприятном влиянии на организм человека за счет ряда механизмов:
1. Бифидобактерии проявляют высокую антагонистическую активность в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Антагонистическое действие на патогенные микроорганизмы оказывают органические кислоты, антимикробные вещества, бактериоцины, продуцируемые микроорганизмами. Продуцирование органических кислот (молочной и уксусной в молярном соотношении 2:3) приводит к повышению кислотности и, как следствие, угнетению нежелательной микрофлоры. Среди антимикробных веществ большое значение имеет перекись водорода, которую продуцируют пробиотические микроорганизмы.
2. Бифидобактерии регулируют обменные процессы организма за счет продуцирования витаминов, в частности группы В, биотина (витамин Н), РР (ниацин), которые участвуют в обмене белков, углеводов, синтезе аминокислот.
3. Бифидобактерии способствуют более полному гидролизу белков, как растительных, так и животных. Благодаря этому повышается усвояемость пищи и снижается вероятность развития пищевой непереносимости из-за накопления в толстом кишечнике непереваренных белков.
4.Установлено, что эффективность бифидобактерий обусловлена способностью модулировать различные звенья иммунной системы (активировать выработку IgA (Иммуноглобулин A) в кишечнике, стимулировать фагоцитоз (Фагоцито́з (Фаго − пожирать и цитос − клетка) − процесс, при котором специальные клетки крови и тканей организма (фагоциты ) захватывают и переваривают возбудителей инфекционных заболеваний и отмершие клетки) и образование интерлейкинов (Интерлейкины − биологически активные вещества, секретируемые стволовыми кроветворными клетками и макрофагами; обладают иммунорегуляторными свойствами) , повышать выработку g-интерферона и синтез иммуноглобулина). Установлено, что бифидобактерии обеспечивают поступление незаменимых аминокислот в организм (например, триптофан), способны к антиканцерогенной и антимутагенной активности. Бифидобактерии уменьшают образование нитритов, крезола, индола, аммиака, обладающих канцерогенными свойствами.
Исследования по использованию бифидобактерий для молочных продуктов идут разными путями: выделяют новые штаммы бифидобактерий; получают кислородоустойчивые штаммы бифидобактерий, подбирают и разрабатывают специальные стимуляторы роста бифидобактерий в молоке; вносят фермент β-галактозидазу, расщепляющий лактозу; создают бактериальные концентраты, которыми можно обогащать уже готовые кисломолочные продукты. Большое распространение получило направление по использованию бифидобактерий в сочетании с молочнокислыми бактериями.
Молочнокислые микроорганизмы
Бактерии рода Lactobacillus (стрептобактерии) представляют собой палочки разной длины. Особенностью стрептобактерий является их высокая устойчивость к поваренной соли (6-10 %). Лактобациллы в большинстве способны расти при температуре 1 ºС и хорошо развиваются при 15 ºС. Основными свойствами являются кислото- и ароматобразующая способность, последняя проявляется в способности продуцировать ацетоин. Стрептобактерии обладают выраженной протеолитической активностью, благодаря развитому комплексу протеиназ и пептидаз, в отношении не только молочных, но и мышечных и соединительно-тканных белков.
Биологическая роль молочнокислых микроорганизмов заключается в том, что они обладают выраженной антагонистической активностью, то есть подавляют рост и размножение патогенных микроорганизмов.
Основными продуктами метаболизма гомо- и гетероферментативных лактобактерий являются молочная и уксусная кислоты, перекись водорода и двуокись углерода. Образование молочной и уксусной кислот снижает рН, образуя кислую реакцию в ЖКТ, которая препятствует размножению газообразующей, патогенной микрофлоры. Лактобактерии обеспечивают бактериоцидное и бактериостатическое действие, благодаря выработке бактериоцинов. С их помощью происходит угнетение роста клостридий, листерий, сальмонелл, шигелл, синегнойной палочки, стафилококков, вибрионов.
В организме человека они способствуют активации иммунной системы, участвуют в метаболизме белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, солей металлов, желчных кислот, в синтезе витаминов, гормонов, антибиотиков и других веществ. Лактобациллы усиливают физиологическую активность желудочно-кишечного тракта. Активно участвуют в метаболизме пищевых волокон, в разрушении избытка пищеварительных ферментов, а также в нейтрализации токсичных веществ, поступающих из вне или образующихся в результате искаженного метаболизма. Они являются источником различных биологически активных веществ, а именно витаминов группы В, фолиевой, никотиновой кислот, аминокислот, органических кислот.
Бактерии рода Lactococcus не являются типичными представителями микроорганизмов ЖКТ человека, тем не менее пробиотики на их основе толерантны к действию желчи и способны угнетать развитие патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.
Пропионовокислые бактерии (ПКБ) – мелкие палочки размером 0,5-0,8х1,0-1,5 мкм часто раздутые с одного конца и зауженные с другого, некоторые клетки кокковидной или V-образной формы; располагаются одиночно, парами или скоплениями. Спор не образуют, растут как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Непатогенны, обитают в рубце и кишечнике жвачных животных. По ряду свойств они близки к лактококкам и бифидобактериям. Выращивают ПКБ на различных питательных средах, содержащих кобальт.
ПКБ, развиваясь в молоке, сбраживают молочный сахар до пропионовой и уксусной кислот, а выделенные ими ферменты подвергают распаду белки до образования пептидов и аминокислот. Накопление в продукте летучих жирных кислот, свободных форм азота связывают с образованием специфического аромата, вкуса сыров и кисломолочных продуктов.
Доказано, что жидкие культуры пропионовокислых бактерий способны проявлять антиоксидантный эффект. ПКБ вырабатывают антиокислительные ферменты: каталазу, пероксидазу и супероксиддисмутазу. Из серосодержащих аминокислот пептидов молока ПКБ образуют диметилсульфид, обладающий антимутагенным действием (АНТИМУТАГЕНЫ - химические и физические факторы, понижающие частоту возникновения наследственных изменений организма – мутаций).
Отличительной особенностью ПКБявляется синтез кобаламинов (витамин В 12).
ПКБ стимулируют рост фекальных бифидобактерий и помогают в лечении бактериальных дисбактериозов. ПКБ продуцируют экзополисахариды (ЭПС) – высокомолекулярные углеводы, которые образуют в молоке вязкие сгустки. ЭПС-штаммы обладают повышенной устойчивостью к агрессивной среде ЖКТ благодаря наличию ЭПС-капсулы, которая служит связывающим звеном при их заселении и адгезии в кишечнике. Имеются данные, что количество синтезированных ЭПС зависит от вида культуры и свойств конкретного штамма, а также от условий культивирования.
С продукцией пропионовой и уксусной кислот, диацетила, пропионицинов (антибактериальные вещества) связаны антимикробные свойства ПКБ – подавление роста различных бацилл и микроскопических грибов; благодаря действию этих веществ, ПКБ выступают как натуральные биоконсерванты молочного белка, что позволяет применять данную микрофлору в пищевой промышленности с целью пролонгации сроков хранения продуктов питания.
Пробиотические свойства ПКБ характеризуются тем, что они не перевариваются в желудочно-кишечном тракте людей, устойчивы к действию желчных кислот, выдерживают низкую (рН 2,0 – 4,5) кислотность желудка, ингибируют активность β-глюкуронидазы, азаредуктазы и нитроредуктазы – ферментов, образуемых кишечной микрофлорой и вовлекаемых в образование мутагенов , канцерогенов и промоторов роста опухолей . ПКБ обладают мощными иммуномодулирующими свойствами, способны снижать геннотоксическое действие ряда химических соединений и УФ-лучей.