Микробиология и контроль сахарного производства
Содержание
Введение
. Микрофлора и болезни свеклы
.1 Болезни, возникающие в период
роста
.1.1 Фомоз
.1.2 Фузариоз
.1.3 Хвостовая гниль
.1.4 Дуплистость корнеплода
.1.5 Парша
.1.6 Рак корнеплода
.1.7 Корнеед
.2 Болезни, возникающие при хранении
.2.1 Кагатная гниль
.2.2 Ботритиоз
.2.3 Ризопусное гниение
. Анализ микрофлоры свеклы
. Методы предупреждения появления
нежелательных микроорганизмов
. Микробиологический контроль
свеклосахарного производства
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Сахар это белый кристаллический порошок,
вырабатываемый из сахарного тростника и сахарной свеклы. Сахар-песок содержит
99,7-% сахарозы и 0,14-% влаги; в воде растворяется полностью, раствор сахара
должен быть прозрачным или слабо опалесцирующим, без нерастворимого осадка,
механических или других посторонних примесей; не имеет постороннего привкуса и
запаха, как в кристаллическом состоянии, так и в его водном растворе; на вкус
сладкий, на ощупь сухой; сыпучий; цвет - белый.
Установлено, что термофильные микроорганизмы
составляют большую часть микрофлоры. В сахаре были выявлены плесневые грибы,
осмофильные дрожжи, которые при хранении могут вызывать порчу изделий.
Обнаружили в сахаре и патогенные микроорганизмы. Было показано, что микрофлора
сахара представлена в основном термофильными аэробными споровыми бактериями,
осмотолерантными дрожжами и плесневыми грибами. Общее количество
микроорганизмов достигает до 200 клеток в 100г сахара, плесневых грибов - до 10
клеток в 10 г сахара, термофильных микроорганизмов - до 150 клеток на 10 грамм.
Был исследован качественный состав микроорганизмов сахарного песка. Наиболее
распространенными среди выделенных микроорганизмов были ruminates,
Вас. vetrius,
Вас. subtilis,
Bac simplex,
Вас filarus
и другие.
Сырьем в производстве сахара-песка служит
сахарная свекла, в которой содержится 17,5-18-% сахарозы.
Технология получения сахара-песка - это сложный,
многостадийный физико-химический процесс, который состоит из множества
операций, осуществляемых в следующих отделениях свеклосахарного завода:
свеклоперерабатывающее отделение (очистка,
измельчение свеклы, извлечение сока из свекловичной стружки путем диффузии);
сокоочистительное отделение (очистка сока,
получение сиропа, очистка сиропа и выпаривание);
продуктовое отделение (уваривание сиропа в
утфель, кристаллизация, фугование и пробеливание утфеля, сушка и упаковывание
сахара-песка).
1. Микрофлора и болезни свеклы
В тканях свеклы содержатся разнообразные
микроорганизмы. Огромное количество их находится на поверхности даже неповрежденной
свеклы, в частичках почвы, прилипшей к корнеплоду. Микроорганизмы находят в
свекле на ее поверхности достаточное количество питательных веществ. Особенно
много бактерий развивается на больной, поврежденной при выкапывании или
неправильно хранящейся свекле (при многократном оттаивании и замораживании),
так как эти факторы увеличивают доступность питательных веществ для
микроорганизмов и понижают естественный иммунитет свеклы. Начинается бурное
размножение микроорганизмов, сопровождающееся порчей корнеплода и снижением его
сахаристости.
Микроорганизмы, находящиеся на поверхности
свеклы, размножаются как в процессе роста растения, так и в процессе хранения
свеклы, вызывают ее порчу. Поэтому болезни свеклы подразделяются на две группы:
болезни, возникающие в период роста, и болезни, возникающие при хранении.
.1 Болезни свеклы, возникающие в период роста
Они вызываются фитопатогенными, то есть
вызывающими болезни растений, микроорганизмами. В результате их деятельности в
корнеплоде нарушается углеводный обмен, усиливается процесс дыхания, что
приводит к расходу сахарозы и накоплению продуктов обмена, подавляющих развитие
корнеплода. Свекла, заболевшая в период роста, теряет иммунитет и быстрее
портится при хранении.
Болезни свеклы, возникающие в период роста,
принято делить на три группы:
болезни, возникающие в период роста и
переходящие при хранении в кагатную гниль (фомоз, фузариоз, хвостовая гниль);
болезни, возникающие также во время роста, но
менее опасные при хранении свеклы (дуплистость, парша, рак корнеплода, корнеед
и др.);
болезни листового аппарата. Эти болезни в
основном вызываются мицелиальными грибами.
.1.1 Фомоз
Фомоз (черная сухая гниль, или гниль сердечка)
вызывается грибом Phoma
betae (рис. 1) из класса
дейтеромицетов.
Рис.1. Phoma
betae.
Гриб не образует наружного мицелия и развивается
только внутри растущего корнеплода. Органами размножения у него служат пикниды,
погруженные в ткань, которые представляют собой группу очень коротких конидиеносцев
с конидиями. Окружены пикниды особой оболочкой, состоящей из плотно
переплетенных гиф. Конидии освобождаются из пикниды через узкое отверстие на
вершине оболочки. Гриб развивается в широких пределах pH (от 3 до 9), поэтому
обработка свеклы известью не приносит пользы.
Фомоз поражает различные органы свеклы. На
листьях она проявляется в виде желтовато-бурых пятен с концентрическими зонами,
на стеблях образует белые пятна. Пораженная ткань корнеплода становится черной,
сухой и твердой. Фомоз продолжается и при хранении свеклы в кагатах.
.1.2 Фузариоз
Фузариоз свеклы вызывается различными
представителями мицелиальных грибов из рода Fusarium
(рис. 2), относящихся к классу дейтеромицетов. На свекле паразитирует около 60
видов этого рода грибов.
Они размножаются с помощью конидий, которые
имеют удлиненную изогнутую серповидную форму . Грибы этого рода неприхотливы к
внешним условиям: растут в широком диапазоне pH (от 2 до 9) и температуры (от 0
до 35 °С).
Рис. 2. Fusarium
Болезнь выражается в отмирании
сосудисто-волокнистых пучков. Она возникает в засушливых условиях
произрастания. Нежные боковые корешки травмируются при растрескивании почвы и
погибают, в результате чего мицелий гриба проникает по сосудистым пучкам внутрь
корнеплода, где образуются полости, заполненные мицелием розового, красного или
желтого цвета. В дальнейшем ткань под мицелием становится темно-бурой или
черной.
При фузариозе листья желтеют, увядают, растение
полностью погибает в результате нарушения поступления воды и питательных
веществ в клетки корнеплода. Фузариоз продолжается и при хранении в кагатах.
1.1.3 Хвостовая гниль
Хвостовая гниль выражается в загнивании
хвостовой части корнеплода и постепенно переходит в кагатную.
К болезням свеклы, возникающим во время роста,
но не менее опасным при хранении, относятся дуплистость, парша, рак корнеплода,
корнеед и др.
.1.4 Дуплистость корнеплода
Дуплистость корнеплода бывает двух видов:
дуплистость головки и центральная. Это заболевание объясняется неравномерным
поступлением в корнеплод влаги. При дуплистости головки образуется полость в
области головки. В дупло проникают почвенные бактерии, которые вызывают гниение
свеклы как в период роста, так и при хранении. При центральной дуплистости
полость образуется в центре корня. В этих дуплах развиваются грибы Phoma
betae, Fusarium,
Penicillium и некоторые виды
бактерий.
.1.5 Парша корнеплодов
Парша корнеплодов бывает трех видов:
бактериальная, при которой пораженные участки корня покрываются шероховатыми
бородавками; актиномикозная, или поясковая, возбудителями которой являются
актиномицеты и при которой парша возникает около шейки, охватывая корнеплод
пояском; обыкновенная, развивающаяся в любом участке корнеплода без образования
пояска, вызывается тоже актиномицетами. В кагатах корнеплоды, пораженные
паршой, легко загнивают.
.1.6 Рак корнеплода
Рак корнеплода, вызываемый бесспоровой палочкой Agrobacterium
tumefaciens, характеризуется
образованием в области шейки корнеплода огромных наростов, которые отваливаются
от корня. Болезнь поражает отдельные корнеплоды, которые не допускается
укладывать в кагаты.
1.1.7 Корнеед
Корнеед - очень распространенная болезнь
сахарной свеклы, которая проявляется в заболевании подземной части ростка.
Корнеед возникает при неблагоприятных условиях влажности, температуры и т. п.,
в результате чего задерживается развитие ростка. Болезнь вызывают мицелиальные
грибы родов Penicillium,
Altemaria и др.
Болезни третьей группы, поражающие листовой
аппарат свеклы, не оказывают влияние на развитие кагатной гнили, но ослабляют
устойчивость свеклы при хранении.
.2 Болезни свеклы, возникающие при хранении
Во время хранения корнеплод свеклы остается
жизнеспособным и в нем происходят процессы обмена веществ. Однако после
выкапывания корнеплодов из земли в них нарушается водный баланс; корнеплоды
теряют влагу; в них усиливается процесс дыхания. При дыхании сахароза
гидролизуется с образованием инвертного сахара, который далее превращается в
диоксид углерода и воду, выделяется большое количество тепла.
В результате этих процессов создаются особо
благоприятные условия для развития кагатной гнили.
.2.1 Кагатная гниль
Кагатная гниль - это разложение тканей
корнеплода под воздействием комплекса различных микроорганизмов,
сопровождающееся потерей сахара. Разрушение тканей корнеплода происходит
вследствие того, что возбудители кагатной гнили обладают богатым набором
гидролитических ферментов. Это целлюлаза, активно разрушающая стенки клеток
корнеплода свеклы; пектиназа, расщепляющая межклеточные вещества; инвертаза,
осуществляющая инверсию (гидролиз) сахарозы и др. Развитию кагатной гнили
способствуют продолжительные сроки хранения, засоренность свеклы почвой,
подвяливание и подмораживание корнеплодов, повышенная температура хранения,
высокая относительная влажность воздуха, механическое повреждение корнеплодов
при их выкапывании и кагатировании.
Основными возбудителями кагатной гнили являются
мицелиальные грибы. Одни из них вызывают болезни свеклы, которые возникают еще
в период роста и продолжаются при хранении (фомоз, фузариоз); другие поселяются
в местах механических повреждений поверхности корнеплода сразу же после
выкапывания из почвы и вызывают такой вид порчи как ботритиоз.
.2.2 Ботритиоз
Ботритиоз вызывается грибом Botrytis
cinerea (рис.3), который
является наиболее злостным возбудителем кагатной гнили.
Рис. 3 Botrytis
cinerea
Этот гриб относится к классу дейтеромицетов, он
имеет многоклеточный мицелий, на котором образуются древовидно ветвящиеся конидиеносцы
с расположенными на них конидиями, которыми гриб размножается. Он образует
мицелий серого цвета, который быстро обволакивает корень плотным слоем.
На поздней стадии развития мицелий гриба
переходит с одного корнеплода па другой, образуя гнезда слипшихся корнеплодов,
покрытых паутинообразным грязно-серым мицелием. Загнившая ткань темного цвета.
Оптимальными для развития гриба являются кислая среда (pH 4,5-5), температура
25-30 °С (рост гриба прекращается только при температуре минус 4 °С), относительная
влажность воздуха не менее 94-% (при 90-% развитие прекращается), активная
аэрация. В нейтральной среде рост гриба задерживается, в щелочной
приостанавливается и гриб погибает. Поэтому один из методов борьбы с
ботритиозом основан на обработке свеклы гашеной известью.
После поражения свеклы в кагатах этими грибами
развиваются менее активные возбудители кагатной гнили.
.2.3 Ризопусное гниение
Ризопусное гниение вызывают мукоровые грибы
класса зигомицетов, к которым относятся роды Мисог и Rhizopus.
Грибы рода Rhizopus
отличаются от мукоровых тем, что у них от мицелия отходят узлоподобные побеги
(столоны), от которых отходит пучок спорангиеноецев со спорангиями, где
формируются споры.
Мукоровые грибы развиваются только при высокой
температуре в пределах 25-35 °С и даже 43 °С. Процесс ризопусного поражения
свеклы протекает без доступа кислорода, грибы вызывают спиртовое брожение с
образованием спирта и диоксида углерода.
На поверхности корней образуется пушистый
мицелий серого цвета, быстро обволакивающий корнеплоды и заполняющий между ними
пространства. На нем можно заметить невооруженным глазом множество мелких
головок черного цвета - спорангии.
2. Анализ микрофлоры свеклы
Довольно большой вред наносят свекле
многочисленные представители класса аскомицетов (пеницилловые грибы). В состав
кагатной гнили входит также бактериальная микрофлора, которая вызывает
бактериозы свеклы.
Обычно бактерии поселяются на свекле после ее
поражения грибами, которые подготавливают среду для размножения бактерий, под
действием которых свекла приходит в полную негодность. Бактерии завершают
процесс кагатной гнили.
В кагатной гнили обнаруживают различные виды
гетероферментативных молочнокислых бактерий. Палочковидные формы (Lactobacillus
brevis, L.
buchnerii) сбраживают сахара
свеклы с образованием молочной, уксусной, муравьиной кислот, этилового спирта и
углекислого газа, а гетероферментативные кокки рода лейконосток (Leuconostoc
mesenteroides, L.
dextranicum) на богатых
сахаром средах образуют слизистые капсулы, состоящие из полисахарида декстрана,
образующегося при гидролизе сахарозы. Лейконосток при размножении образует
дипло- и стрептококки, окруженные капсулой. Скопление капсул напоминает
лягушачью икру. В практике эти бактерии называют «сахарным клеком». Оптимальная
температура развития 30-35 °С. Благодаря наличию капсул клетки этих бактерий
устойчивы к высоким температурам и антисептикам.
В кагатной гнили обнаружены также гнилостные н
маслянокислые бактерии. Бактерии из группы гнилостных разлагают белковые
вещества свеклы с образованием аммиака, ацетона, уксусного альдегида,
р-окснмасляной кислоты, органических кислот, СО2, Н2.
Чаще всего это спорообразующие аэробы - сенная палочка (Bacillus
subtilis), которая
разлагает также сахарозу с образованием полисахарида левана, способствующего
слизеобразованию. Оптимальная температура их развития 35-40 °С, но они могут
хорошо развиваться при 50-600 С. К гнилостным бактериям относятся и
представители кишечной группы бактерий - кишечная палочка (Escherichia
coli) и протей (Proteus
vulgaris).
Маслянокислые бактерии (Clostridium
macerans, С. pectino-
vorum) гидролизуют
пектиновые вещества, крахмал и сбраживают сахара с образованием масляной и
уксусной кислот, ацетона, различных спиртов и газов.
Существует три типа бактериозов свеклы: слизистый,
сухой и почернение сосудисто-волокнистых пучков корнеплода. Наиболее
распространенным и опасным является слизистый бактериоз. Бактерии, вызывающие
слизистый бактериоз, относятся к кишечной группе (род Erwinia),
входят в состав микрофлоры растений и патогенны для них. Обладая активными
пектолитическими ферментами, они проникают в глубь корнеплодов и ослизняют
содержимое клеток. Корнеплоды становятся мягкими, при надавливании из их
полостей выделяется прозрачная или мутная жидкость. Свекла приобретает неприятный
запах. При слизистом бактериозе часто встречаются дрожжи рода Saccharomyces,
которые сбраживают сахара клеточного сока до спирта и СО2.
Поражение корнеплодов слизистым бактериозом
наблюдается в зимне-весенний период при колебаниях температуры в кагатах, в
результате чего происходит чередование подмораживания и оттаивания свеклы и
утрачивается ее устойчивость к инфекции.
3. Методы предупреждения появления нежелательных
микроорганизмов
Источниками посторонних микроорганизмов в
свеклосахарном производстве являются сахарная свекла, вода, технологическое
оборудование, воздух, персонал.
Для предохранения сахарной свеклы в кагатах от
болезней необходимо проводить следующие мероприятия: поддерживать температуру
на возможно более низком уровне (осенью, когда кагаты не укрывают, - от 5 до 10
°С, зимой в укрытых кагатах - от 0 до 4 °С); удалять примеси (почву, ботву,
отбитые куски свеклы - бой); дезинфицировать известковым молоком площадки для
складирования свеклы (кагатные поля), а также поверхности кагата по мере их
укладывания; предохранять свеклу от увядания, замораживания и быстрого
оттаивания; сортировать и распределять свеклу в кагаты в зависимости от степени
зрелости и качества; соблюдать очередность переработки; тщательно
контролировать ее состояние в кагатах во время хранения. При обнаружении
кагатной гнили очаг инфекции нужно немедленно ликвидировать, а при появлении
гнили в новых местах кагат перерабатывают вне очереди.
Для дезинфекции кагатного поля и свеклы
используют известковое молоко или дефекационную грязь (в сухом виде), которые
создают щелочную среду, неблагоприятную для развития мицелиальных грибов.
Однако использовать эти дезинфектанты при хранении битой или подмороженной
свеклы нельзя, так как щелочная реакция способствует развитию бактериозов.
Хлорная известь малоэффективна против возбудителей фомоза.
В высоких кагатах необходимо обеспечивать
активную принудительную вентиляцию для отвода теплоты, выделяемой при дыхании
свеклы. Относительная влажность воздуха, подаваемого в кагаты, не должна быть
ниже 80-%, что требует ее искусственного увлажнения.
Все оборудование для мойки, очистки и резки
свеклы, а также диффузоры необходимо регулярно (не реже 1 раза в смену) очищать
от отходов, промывать и дезинфицировать 3%-ным раствором формалина, а пульполовушки
после их очистки пропаривать в течение 30 мин.
Транспортерно-моечную воду хлорируют (2 части
хлорной извести на 100 л воды), барометрическую воду, подаваемую в диффузоры,
необходимо прогревать до 70-80 °С и сульфитировать или вносить формалин. При
непрерывном процессе диффузии в диффузоры вводят 40%-ный раствор формалина
через каждые 2 ч (10 кг на 100 т свеклы).
Для профилактики и борьбы с микроорганизмами
рекомендуется содержать помещение продуктового отделения сухим и чистым, не
допускать попадания на пол утфеля, оттеков, воды. Аппаратуру этого отделения
необходимо содержать в чистоте, се конструкция должна обеспечивать
невозможность загрязнения продукта.
Особые гигиенические требования предъявляют к
сушильному, упаковочному отделениям и складам готовой продукции.
Помещение сушильного отделения должно иметь
проточно-вытяжную вентиляцию, быть хорошо защищено от пыли. Воздух, подаваемый
в Сушилки, очищают с помощью специальных воздушных фильтров.
Мешки для упаковывания сахара-песка должны быть
чистыми и храниться на специальных стеллажах. Обслуживающему персоналу
сушильного отделения необходимо соблюдать строгий санитарно-гигиенический
режим: перед работой принимать душ, переодеваться в чистую санитарную одежду и
обувь.
4. Микробиологический контроль свеклосахарного
производства
В свеклосахарном производстве используются
следующие способы микробиологического контроля:
1. Контроль свекловичной стружки.
Инфицированность стружки определяют методом спонтанного (самопроизвольного)
брожения и методом смыва микроорганизмов со стружки. При спонтанном брожении в
стружке, залитой стерильной водой, определяют pH (при 55-60 °С). Величину pH
определяют через каждый час. Если через 6 часа pH остается на уровне 6,8 и не
снижается, свеклу считают хорошей. Методом спонтанного брожения, анализируют
также воду, поступающую на диффузию.
Количество и видовой состав микроорганизмов в
свекловичной стружке определяют методом смыва, который делают стерильной водой
с определенной навески стружки. Затем готовят ряд разведений (1 : 10), I
: 102, 1 : 103) и делают посев на разные элективные среды.
. Контроль диффузионного сока. Пробы сока
отбирают в стерильную посуду через каждый час. В пробах определяют активную
(pH) и титруемую кислотность, содержание инвертного сахара и количество
микроорганизмов в поле зрения прямым микроскопированием либо в счетной камере
Горяева.
За развитием микроорганизмов в процессе диффузии
можно следить по пробе на спонтанное брожение. При нормальном процессе диффузии
pH сока не изменяется и составляет 6,2-6,6. Высев определенных количеств
диффузионного сока на плотные питательные среды производят для подсчета
количества микроорганизмов в 1 мл и для определения состава микрофлоры.
Выявление мезофильных микроорганизмов осуществляют при 35-37 °С, термофильных
при 55-600 С, мицелиальных грибов и дрожжей при 22-25 °С.
Указанные анализы могут быть применены для
контроля оборотной воды (жомопрессовой, транспортерно-моечной,
барометрической); анализы производят один раз в смену. Жомопрессовую и
барометрическую воду анализируют перед поступлением ее в диффузоры,
транспортерно-моечную - после выхода из отстойников.
. Контроль сатурационного сока и сиропа. В
пробах сока определяют pH и наличие микроорганизмов путем прямого
микроскопирования. Значение pH в преддефекаторах должно быть не ниже 10,
количество микроорганизмов не более 1-2 в одном поле зрения.
Сироп, разведенный в соотношении 1:10, разливают
в две стерильные колбы. Одну колбу нагревают 5 мин на кипящей водяной бане. Из
непрогретой пробы делают посев на агар без сахарозы и агар с 10-% сахарозы,
сусло−агар и среду Чапека для определения мезофильных микроорганизмов
(слизеобразующих бактерий, грибов, дрожжей), из прогретой для определения
термофильной группы.
. Контроль сахара-песка. Пробы сахара-песка отбирают
из каждых пяти мешков (около 250-300 г). Количество микроорганизмов в 1 г
сахара определяют путем высева ряда разведений (1: 10, 1; 102, 1:103 и т. д.)
на элективные среды из проб, прогретых в течение 5 мин и непрогретых. В
сахаре-песке определяют термофильные бактерии (кислотообразующие аэробы,
анаэробы, образующие и не образующие сероводород) и мезофильные микроорганизмы
(слизеобразующие бактерии, осмофильные дрожжи, мицелиальные грибы).
Заключение
микрофлора свекла сахарный песок
Сахар - важный ингредиент различных блюд,
напитков, хлебобулочных и кондитерских изделий. Его добавляют в чай, кофе,
какао; он главный компонент конфет, глазурей, кремов и мороженого. Сахар
используют при консервировании мяса, выделке кож и в табачной промышленности.
Он служит консервантом в вареньях, желе и других продуктах из плодов.
Важен сахар и для химической промышленности. Из
него получают тысячи производных, используемых в самых разных областях, включая
производство пластмасс, фармацевтических препаратов, шипучих напитков и
замороженных пищевых продуктов.
Список используемой литературы
1. Жвирблянская А.Ю., Бакушинская
О.А. Основы микробиологии, санитарии и гигиены в пищевой промышленности. - 2-е
изд., перераб. и доп. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983. - 312 с.
2. Рабинович Г.Ю., Сульман Э.М.
Учебное пособие, издание первое. - Санитарно-микробиологический контроль
объектов окружающей среды и пищевых продуктов с основами микробиологии, 2005. -
221с.
3. Подпоринова Г.К. К вопросу о
сохранности корнеплодов в кагатах.- Сахарная свекла. - 2010.- № 7. -37 с.
. Вербина Н.М. Микробиология пищевых
производств. Учебник для техникумов пищевой промышленности, М.:
"Агропромиздат", 1988. - 256с.