При длительном хранении зерна с влажностью, не превышающей критическую, происходит постепенное снижение общего числа бактерий и грибов. При этом изменяется соотношение различных групп и видов микроорганизмов, обнаруженных на зерне в начале хранения. Полностью исчезает Erwinia herbicola, но сохраняются споровые виды, количество которых возрастает по отношению к общему количеству микроорганизмов. В значительной степени сохраняют свою жизнеспособность споры грибов Aspergillus, Penicillium.
К фитопатогенной группе относятся паразитические виды бактерий и грибов, живущие за счет растения-хозяина. В период роста и созревания они вызывают заболевания – бактериозы и микозы. Широко распространены бактериозы пшеницы, ржи, ячменя, кукурузы, риса, возбудителями которых являются некоторые представители бактерий рода Pseudomonas. Заболевание выражается в появлении пятнистости и почернения колосковых чешуек, стержня колоса и верхней части стебля. При сильном развитии болезни зерна темнеют, становятся щуплыми и теряют в массе до 60–70 %.
Среди грибных заболеваний – микозов зерновых культур – наиболее распространенными являются: спорынья, твердая или мокрая головня, фузариоз и др.
Спорынья. Возбудителем пурпурной спорынья является гриб Claviceps purpurea - представитель класса высших грибов аскомицетов. Гриб поражает в основном рожь, реже – пшеницу, ячмень в период цветения. В соцветиях пораженных спорыньей растений хорошо заметны склероции, имеющие вид рожков темно-фиолетового цвета.
При уборке урожая склероции осыпаются, попадают в почву и там перезимовывают. Весной склероции набухают и прорастают, образуя плодовые тела в виде головок на нитевидных ножках. Из каждого склероция развивается несколько стром, имеющих красноватую окраску. Внутри головки стромы имеются полости, в которых происходит половой процесс, включающий формирование аскогона, антеридия, осуществление плазмогамии и кариогамии. Процесс завершается образованием сумок (асков), содержащих по восемь нитевидных аскоспор. Созревшие аскоспоры выбрасываются на цветы злаков в период их массового цветения и там прорастают в спороносящий мицелий. Через несколько дней после заражения развивается конидиальная стадия гриба.
Большую роль в распространении конидий гриба насекомыми играет «медвяная роса», в которую погружены конидии. В пораженной завязи к моменту созревания ржи мицелий уплотняется и вместо зерен формируются рожки (склероции) При повышенной влажности склероции образуются уже через неделю после появления «медвяной росы»; в сухую погоду - через две недели.
Заболевание спорыньей снижает урожай зерна. Кроме того, попадание склероций в зерно может вызвать сильные отравления человека и животных (токсикозы). Описано большое количество токсинов спорыньи и их производных, обладающих высокой биологической активностью. Токсины представлены главным образом алкалоидами, являющимися производными эрготиновой и лизергиновой кислот. Употребление в пищу хлеба из муки, содержащей рожки спорыньи, вызывает слабость, головокружение, судороги (отравление «эрготизм»). Примесь рожков спорыньи в зерне не должна превышать 0,05 %.
Головня. Заболевание вызывают микроорганизмы, относящиеся к классу высших грибов – базидиомицетов. Различают твердую, пыльную и пузырчатую головню. В настоящее время широко распространена твердая (мокрая) головня пшеницы, ячменя, ржи, возбудителями которой являются виды Tilletia caries, Tilletia hordei. Головневые споры прорастают на наклюнувшемся семени еще до образования всходов. Мицелий проникает в проросток зерна и растет вместе с растением. К моменту цветения мицелий гриба проникает в завязь и в фазе молочной зрелости внутренняя часть зерна заполняется спорами головни. В колосе вместо зерновки образуются округлые мешочки, наполненные массой черных хламидоспор. Пораженный колос имеет темноватый оттенок и напоминает обугленную лучину (отсюда произошло название «головня»). Во время уборки урожая и при обмолоте мешочки разрушаются и споры попадают на поверхность здорового зерна. Зерно приобретает запах селедочного рассола вследствие присутствия в спорах триметиламина. Споры твердой головни гигроскопичны, при отсыревании легко мажутся. Мука из зерна, пораженного твердой головней, приобретает темный оттенок, неприятные запах и вкус, может вызвать раздражение слюнных желез и расстройство функций кишечника.
Фузариоз - это болезнь злаковых культур, возбудителем которой являются грибы рода Fusarium. При поражении зерна грибом вида F. graminearum в нем накапливаются микотоксины – глюкозиды и алкалоиды. Хлеб с примесью муки из фузариозного зерна может стать причиной отравления, известного под названием «пьяная болезнь». Отравление выражается в появлении слабости, тяжести в конечностях, резких головных болях, расстройстве функций кишечника, иногда в нарушении зрения.
Мука из пшеницы, пораженной грибами рода Fusarium, образует влажное тесто с липкой поверхностью. Выпекаемый из такой муки хлеб имеет тусклый желтый мякиш и темноокрашенную корку. Наблюдается уменьшение количества и ухудшение качества клейковины: она становится расплывчатой, слизистой или, наоборот, малорастяжимой, короткорвущейся, с темным цветом и неприятным запахом. Под действием протеолитических ферментов фузариума происходит резкое ослабление консистенции теста и его эластичности. Особенность фузариозов заключается в том, что часто конкретное заболевание вызывает не один, а одновременно несколько видов грибов этого рода.
Заражение зерна фузариозом происходит не только в поле, но и при его хранении в условиях повышенной влажности. Для предотвращения развития фузариума при хранении необходимо, чтобы влажность зерна не превышала 13–14 %. Зерно, убранное в сырую погоду или пораженное грибом, нельзя смешивать со здоровым. Его следует хранить отдельно.
Виды гриба F. sporotrichioides и F. roseum, развиваясь на злаках, зимующих под снегом, синтезируют весьма ядовитое вещество – фузариогенин. Он вызывает отравление (алиментарно-токсическую алейкию), признаками которого являются слабость, отек горла и неба, резкие боли при глотании, а также в пищеводе и желудке. Аналогичное отравление вызывает кладоспориевая кислота, образуемая некоторыми представителями грибов рода Cladosporium.
Многие грибы при развитии на зерне накапливают опасные для человека и животных микотоксины: афлатоксин, синтезируемый Aspergillus flavus, фумигатотоксин (A. fumigatus), охратоксин (A. ochraceus), стахиботриотоксин (Stachibotrys alternans) и др.
Патогенные для человека и животных микроорганизмы являются случайными; они попадают на зерно из почвы, разносятся грызунами и животными. Из почвы на зерновые культуры могут попадать возбудители сибирской язвы, сапа, бруцеллеза, туляремии и др.
Микроорганизмы, попавшие в муку в процессе помола зерна, при неблагоприятных условиях становятся возбудителями разных видов ее порчи: плесневения, самосогревания, прокисания, прогоркания. При попадании в муку большого количества спор гнилостных бактерий видов Bacillus subtilis и Bacillus mesentericus она становится причиной тягучей порчи хлеба.
В муке, имеющей массовую долю влаги не выше 15 % и хранящейся в условиях низкой относительной влажности и постоянной температуры, микроорганизмы не размножаются и постепенно отмирают. При длительном хранении снижается количество бактерий Erwinia herbicola. Незначительное увеличение влажности муки (на 1–2 %) приводит к быстрому возрастанию в ней числа бактерий и грибов.
Плесневение – наиболее распространенный вид порчи муки при хранении. Грибы родов Aspergillus, Penicillium развиваются в муке при более низкой влажности, чем бактерии. Мука начинает плесневеть при относительной влажности воздуха выше 79 %. Заплесневевшая мука становится недоброкачественной (темнеет и приобретает неприятный затхлый и плесневелый запах). Заплесневение муки снижает ее питательную ценность: возрастает титруемая кислотность, ухудшается качество клейковины, которая становится более темной, короткорвущейся, теряет эластичность и плохо отмывается. Распространение плесневения во внутренние слои продукта может привести к самосогреванию, в результате чего мука теряет сыпучесть, слеживается в комки или прочные глыбы.
Прокисание обычно развивается в глубине массы продукта. Возбудителями этого вида порчи являются молочнокислые бактерии, реже маслянокислые и другие бактерии, сбраживающие сахара с образованием кислот. Сахара в муке образуются из крахмала в результате расщепления его ферментами муки (амилазами) и бактериальными ферментами.
Мука приобретает специфический кислый запах и вкус, резко возрастает ее титруемая кислотность, ухудшаются хлебопекарные качества.
Прогоркание может происходить без участия микрофлоры в результате процессов окисления липидов муки кислородом воздуха. Прогоркание связано также с ферментативным гидролизом жира, в котором участвуют микроорганизмы, обладающие активными липазами, в первую очередь плесневые грибы. В результате гидролиза жира в муке накапливаются жирные кислоты, придающие ей неприятные вкус и запах, изменяется цвет муки, теряется признак свежести.
Для предотвращения развития перечисленных пороков необходимо соблюдать правила хранения муки, не допуская повышения влажности продукта и колебаний температуры воздуха. Поскольку мука обладает высокой гигроскопичностью, ее следует хранить при относительной влажности воздуха не выше 79 % и постоянной температуре. Влажность муки не должна превышать 14–15 %.
Так называемая «картофельная» болезнь хлеба носит микробиологический характер. Это было впервые установлено в 1885 г. Г. Лораном. Пораженный хлеб имеет влажный, мажущийся, желтого или коричневого цвета мякиш, который при разламывании или резке образует тонкие длинные, тягучие, серебристые нити. Лежалый хлеб превращается полностью в коричневую мажущуюся массу. Порче подвержен, как правило, хлеб из пшеничной муки, мякиш которого имеет незначительную кислотность. Различают четыре стадии развития «картофельной» болезни хлеба: едва уловимая (очень слабо ощущается запах фруктовой гнили); слабая (запах гнили ощущается отчетливо); средняя (наблюдается липкость и потемнение мякиша); сильная (запах становится отвратительным, мякиш темный, тянется тонкими серебристыми нитями).
Возбудителем «картофельной» болезни хлеба является подвид Bacillus subtilis ssp. mesentericus, споры которого выдерживают температуру выпечки хлеба. Заболевание могут вызывать также спорообразующие бактерии видов B. mycoides, B. megatherium и др.
Морфологические признаки Bacillus subtilis ssp. Mesentericus: палочковидные с закругленными концами клетки размером (2–3)(0,6–0,8) мкм, грамположительные; подвижны в молодых культурах; образуют эллиптические эндоспоры, располагающиеся цент-рально.
Культуральные и физиологические признаки: колонии бактерий этого вида чаще всего слизисто-складчатые с кожистой пленкой на поверхности или морщинистые; бактерии обладают высокой протеолитической и амилолитический активностью (разжижают желатин, гидролизуют казеин и крахмал), восстанавливают нитраты в нитриты, каталазоположительны.
Споры Bacillus subtilis ssp. mesentericus легко переносят кипячение и высушивание. Споры погибают: при 100 С – через 6 ч, при 113 С – через 45 мин, при 125 С – через 10 мин, а при 130 С – мгновенно. Поэтому споровые формы этого вида бактерий хорошо переносят прогрев выпекаемой тестовой заготовки, сохраняя в мякише хлеба свою жизнедеятельность.
Амилолитические ферменты этого вида бактерий гидролизуют крахмал с образованием декстринов, что делает мякиш хлеба липким, тянущимся. Протеиназы картофельной палочки активны в широких пределах рН – от 5 до 10, причем их разжижающая способность, которую можно определить по нарастанию водорастворимых азотистых соединений и веществ, не осаждаемых трихлоруксусной кислотой, имеет оптимум действия при рН 8–9.
Оптимальная температура роста 37–40 С, максимальная – 55 С, минимальная – 5–20 С.
Благоприятными условиями для развития «картофельной» болезни хлеба являются: высокая влажность воздуха, температура хранения хлеба свыше 20 С, рН теста около 6,5. В кислой среде при рН 4,5–4,9 эти бактерии не размножаются.
Можно нахвать несколько причин, вызывающих заболевания хлеба.
1. Переработка муки с высоким содержанием спор – от 1 до 5 тыс. спор в 1 г. Известно, что источником распространения споровых аэробов является почва. Видовой состав споровой микрофлоры в почве представлен в основном девятью видами: B. subtilis, B. polymyxa, B. cereus, B. megaterium, B. thuringiensis, B. pumilis, B. macerans, B. coagulans, B. circulans. Промежуточным звеном в цепочке «почва–хлеб» является зерно, а затем и мука. Здесь следует обратить внимание на тот факт, что если ранее «картофельная» болезнь чаще встречалась в южных регионах и в жаркий период времени, то сейчас ситуация изменилась: данный вид порчи распространен повсеместно и круглый год. Из почвы споровые палочки попадают на зерно, а традиционные приемы очистки зерна не гарантируют микробиологическую чистоту и безопасность зернопродуктов. Разработаны способы особой обработки зерна, позволяющие снизить его зараженность спорами бактерий. Однако все проводимые мероприятия на стадии подготовки зерна к помолу лишь тормозят заболевание хлеба «картофельной» болезнью, но не дают полной гарантии его микробиологической безопасности. Поэтому необходимо предупреждать порчу хлеба, вызываемую микрофлорой, на стадии тестоведения.
Особенно много спор содержит мука, полученная из зерна, подвергшегося самосогреванию при неправильном хранении, или зерна, выращенного в условиях сухого, жаркого климата. Наибольшую трудность представляет переработка пшеничной муки 2-го сорта, часто зараженной картофельной палочкой.
2. Инфицирование оборудования и помещений хлебозавода спорами бактерий, которое происходит при переработке зараженной муки и нарушении санитарного режима предприятия.
3. Неправильная вторичная переработка хлеба (приготовление сухарной крошки из зараженного бракованного хлеба, сушка брака при низкой температуре).
4. Нарушение технологических параметров (кислотного режима приготовления опары, влажности, пропеченности мякиша и др.).
5. Несоблюдение режима хранения хлеба (хранение неостывшего хлеба в теплом помещении).
Хлеб, пораженный «картофельной» болезнью, в пищу не употребляют. Его запрещается перерабатывать в сухарную муку. При слабой зараженности хлеб может быть использован на сушку сухарей для животных. Если хлеб нельзя использовать в технических целях, его сжигают.
Весьма важен вопрос, связанный с влиянием споровых палочек на здоровье человека. «Картофельная» болезнь изменяет физико-хими-ческие, биологические и органолептические свойства хлеба, в связи с чем последний теряет пищевую ценность и непригоден к употреблению. Кроме того, пораженный тягучей порчей хлеб токсичен и вызывает гибель 70 % экспериментальных животных (мышей).
В литературных источниках отмечается следующий факт: в исследованных пробах муки количество бацилл находится в пределах от 1,1104 до 8,3104 КОЕ/г; в процессе выпекания число бацилл снижается незначительно и уже через 24 ч хранения хлеба их количество достигает 2104 КОЕ/г, а через 36 ч – 8105 КОЕ/г. При этом не выявляются органолептические признаки картофельной болезни. Факт обнаружения в «здоровом» хлебе значительного числа жизнеспособных бактерий с неизвестными свойствами ставит вопрос о безопасности такого продукта для человека. В настоящее время есть основания со всей определенностью утверждать, что постоянно поступающая извне в пищеварительный тракт микрофлора оказывает многостороннее и существенное влияние на организм человека. Характер воздействия поступающих извне микроорганизмов зависит как от состояния организма человека, так и от свойств первых. Еще в работах 50-х гг. XX в., посвященных «картофельной» болезни, указывалось, что употребление зараженного хлеба небезопасно для человека и может обусловить различные токсикоинфекции. Известно, что среди аэробных спорообразующих бактерий рода Bacillus вид B. cereus признан условным патогеном, вызывающим пищевые токсикоинфекции. Проведенные исследования последних лет свидетельствуют о том, что среди других представителей рода Bacillus (B. subtilis, B. licheniformis, B. coagulans и др.) встречаются штаммы, характеризующиеся патогенными свойствами и вызывающие серьезные заболевания человека (эндокардиты, менингиты, перитониты, воспаления желчных путей, септицемии и др.). Тем не менее в настоящее время не представляется возможным осуществить повсеместный контроль содержания спорообразующих бактерий, а также их свойств в хлебе перед его употреблением в пищу. Поэтому необходимы экспресс-методы ранней диагностики контаминации сырья и готовой продукции спорами Bacillus subtilis ssp. mesentericus, а также профилактические мероприятия по снижению количества этих бацилл в зерне, муке и хлебе.