ТЕМА №3. ИНФЕКЦИЯ НА БРОДИЛЬНЫХПРОИЗВОДСТВАХ
3.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ИНФЕКЦИИ
В зависимости от вида производствамикроорганизмы могут играть в нем различные роли: культурные (используются вданном производстве) и дикие, посторонние (распространены в природе и попадаютв производство из окружающей среды).
Значение посторонних микроорганизмовогромно. Они делятся на 3 группы:
I. Сапрофиты – не опасны для здоровья,но вредны для производства: нарушают технический процесс, увеличивают потерисырья, снижают выход и качество готовой продукции.
II. Условно-патогенные – могут быть сапрофитами, но вопределенных условиях способны вызывать заболевания (факультативные паразиты).
III. Патогенные –облигатные паразиты (существуют за счет организма, причиняя ему вред).
Патогенность является видовымсвойством, передается по наследству. Степень патогенности у М-О может меняться.Она характеризуется «вирулентностью». Ее можно ослабить физическими,химическими, биологическими факторами.
Патогенные микроорганизмы могутпроникать в организм, распространяться и размножаться в нем, выделять токсины.Последние делятся на: экзотоксины (высокоядерные белки, действующие вминимальной концентрации, действие избирательное, легко разрушаются при t>70˚С); эндотоксины (освобождаютсяпосле разрушения клетки, менее ядовиты, вызывают общую интоксикацию, устойчивык высоким температурам).
Источникамипосторонних микроорганизмов на производстве являются: сырье, вода, воздух,оборудование, коммуникации, вспомогательные и фильтрующие материалы; обувь,одежда и организм персонала. Причинами инфекции на производстве могут бактерии,вирусы, грибы.
Способы борьбыс производственной инфекцией:
Дляпредотвращения попадания посторонних микроорганизмов на производство следуетпринимать следующие меры:
1.Соблюдение правил хранения сырья, готовой продукции.
2.Микробиологический контроль сырья, полупродуктов, готовой продукции.
3.Санитарный контроль персонала (мед. книжка, отсутствие любых заболеваний,чистота одежды, обуви, рук).
4. Мойка идезинфекция производства (оборудования, коммуникаций, воздуха, воды).
3.2. ИНФЕКЦИЯ НА ДРОЖЖЕВОМПРОИЗВОДСТВЕ
Группы опасных микроорганизмов;наносимый ими вред; способы их выявления.
См. лабораторный практикум по «Биотехнологические…», с. 13-14.
3.3. ИНФЕКЦИЯ НА ПИВОВАРЕННОМПРОИЗВОДСТВЕ
Группы опасных микроорганизмов;наносимый ими вред; способы их выявления.
См. лабораторный практикум по «Биотехнологические…», с. 19-22.
3.4. МОЙКА И ДЕЗИНФЕКЦИЯ НА ПИЩЕВОМПРОИЗВОДСТВЕ
Методы мойкии дезинфекции
Для получения пищевого продуктастандартного качества необходимо с поверхности оборудования и коммуникацийудалять остатки продуктов предыдущего производственного цикла (загрязняющиеорганические и неорганические вещества), а также вредящие производствумикроорганизмы. Для этой цели на предприятиях предусматривается целый комплексмероприятий по мойке и дезинфекции, как технологического оборудования, так ипомещений. Чрезвычайно важна личная гигиена обслуживающего персонала.
В настоящеевремя на производстве используются следующие способы мойки и дезинфекции:
· метод CIP (cleaning in place), при использовании которого технологическиеустановки не демонтируются. Применяют этот метод для обработки трубопроводов иемкостного оборудования;
· метод мойки идезинфекции непрерывно работающих установок (бутылкомоечных машин);
· метод очистки подвысоким и низким давлением;
· пенная очисткадля стен, пола и наружных поверхностей;
· очисткатехнологических систем в ручную;
· очисткатехнологических систем заполнением.
Наиболееперспективным среди этих методов является CIP.
Для мойки и дезинфекции используютмоющие и дезинфицирующие материалы. Входящие в их состав компоненты делятся нанеорганические, органические и биологически активные дезинфицирующие вещества(таблица 1).
Таблица 1 — Вещества,входящие в моющие и дезинфицирующие средства Природа (класс) веществ Вещества Неорганические Щелочи, кислоты, фосфаты, силикаты Органические Комплексообразователи, поверхностно-активные вещества (ПАВ), спирты, органические кислоты, антивспениватели Биологически активные Средства, содержащие активный хлор; средства на основе пероксидов, альдегиды, галогенуксусные соединения, бигуаниды, катионные (QAV) и амфотерные ПАВ
Моющие материалы
Типы моющих средств
Выбор моющих средств определяетсяхарактером загрязнения и доступностью для обработки. В таблице 2 даны типымоющих средств и предпосылки для их применения.Таблица 2 — Типымоющих средствМоющие средства
Характеристика
загрязнений Участки мойки Механизм действия
Высоко-щелочные
(каустическая сода) Белок, жир, пригоревшие органические остатки Нагревательные установки, например, пастеризаторы Гидролиз белка, омыление* жиров, коагуляция** белков
Слабощелочные (каустическая сода NaОН; едкий калий КОН; сода Na2CO3; поташ K2СО3); с добавлением ПАВ
Засохшие
органические
остатки
Общая мойка баков и трубопроводов;
общая и производственная мойка
Растворение белков,
омыление жиров Нейтральные (фосфаты, силикаты); высококонцентрированные ПАВ; диспергаторы Белковые и жировые загрязнения; отложения солей жесткости Ручная мойка Растворение белков, омыление жиров Кислотные (фосфорная и азотная кислота)
Неорганические
отложения,
малозагрязненные поверхности Удаление котлового и пивного камня, мойка CIP Переход нерастворимых солей в растворимые соединения Комбинированные, обладающие моющим и дезинфицирующим эффектом
Слабо засохшие
остатки грязи
Трубопроводы,
баки и др. Комбинированное действие щелочей и окислителей (активный кислород или активный хлор) Комплексообразователи: нитрилотриуксусная кислота, этилендиаминтетроуксусная кислота, силиконовая кислота, поликарбонаты, фосфаты, тензиды (ПАВ)
Мойка CIP,
мойка бутылок Добавляются для усиления моющего эффекта. Комплексообразователи – для щелочных средств, ПАВ. Для кислотных средств – это диспергаторы и ингибиторы коррозии
* Коагуляциябелка – свертывание;
** Омылениежиров – щелочной гидролиз.
Щелочные моющие средства
Каустик (каустическая сода) являетсясамым популярным моющим и дезинфицирующим средством. На его долю приходитсяоколо 70% всех моющих и дезинфицирующих препаратов, причем 50% каустикарасходуется на линии розлива.
Между темкаустическая сода имеет существенные недостатки, в частности растворы каустика,имеют плохую смачиваемость и диспергирующую способность. Кроме того, прииспользовании его наблюдается образование накипи в результате реакции с солямижесткости воды и диоксидом углерода. Поэтому для удаления солей жесткости враствор щелочи добавляют комплексообразователи и ПАВ.
Так жешироко используют щелочные средства, содержащие активный хлор, несмотря на ихвредное воздействие на окружающую среду. Чаще всего применяют гипохлорит натрия(NaClO). Эффект от его действия объясняетсякомбинацией щелочности (высоким значением величины рН раствора) сокислительными свойствами. Гипохлорит окисляет органические компоненты грязи,что способствует их набуханию в щелочи, т.е. одновременно и мойка, идезинфекция. Однако при этом наблюдается инактивация хлора, поэтому необходимаповторная дезинфекция. Гипохлорит рекомендуют применять при старых засохшихзагрязнениях.
Кислотные моющие средства
Длярастворения неорганических отложений (пивного камня), мойки фарфасов (безудаления диоксида углерода из них), мойки оборудования по методу CIP в настоящее время широко используюткислотные средства, которые содержат минеральные (фосфорную, азотную – длямойки оборудования; соляную, серную – для мойки бутылок) и органические (восновном сульфоновую) кислоты. Кислотные препараты, кроме кислот, содержат ингибиторыкоррозии (например, сераорганические соединения). Кислотную мойку нужнопроводить после щелочной.
Вещества, добавляемые к моющимсредствам (присадки)
Для снижения поверхностногонатяжения, увеличения смачиваемости, достижения эмульгирующих и диспергирующихсвойств, а также для предотвращения повторного отложения грязи на поверхностиоборудования и трубопроводе применяются ПАВ (тензиды) и комплексообразователи(присадки).
Тензиды – это вещества, которые снижаютповерхностное натяжение и способствуют увеличению моющего и дезинфицирующегоэффекта. Они имеют различную химическую структуру и свойства, но общим для нихявляется наличие в молекуле гидрофильной и гидрофобной частей. Различаютанионные, катионные, некатионные и амфотерные тензиды. Обычно анионные тензидыприменяют при пенной мойке, катион-активные – при дезинфекции, неионогенные ПАВ– для снижения поверхностного натяжения, что важно при мойке методом CIP.
Комплексообразователиприменяются дляпредотвращения связывания ионов кальция и магния (ионов жесткости воды) сщелочными моющими веществами. В настоящее время используют следующиекомплексообразователи:
· нитрилотриуксуснуюкислоту (НАТ);
· этилендиаминтетрауксуснуюкислоту (ЭДТА);
· глюконовуюкислоту;
· натриевые солиполикарбоновых и фосфоновых кислот;
· фосфаты(дифосфаты, трифосфаты, гексаметафосфаты), которые все еще используют, несмотряна температурную нестабильность и нестабильность в высоких щелочных растворах;заменителями фосфатов являются НТА, ЭДТА и др.
Причины снижения моющего эффектапрепаратов
Снижение эффективности мойки можетбыть связано:
· с высокойжесткостью воды;
· с наличиемдиоксида углерода (при щелочной мойке);
· с большимсодержанием органических соединений или других загрязняющих веществ;
· с низкойконцентрацией растворов (оптимальная концентрация 2-3%) или коротким временемвоздействия;
· с несоблюдениемрежимов (температуры и рН среды);
· с низкойскоростью циркуляции растворов, которая д.б. не
Дезинфицирующие вещества
Существуютвещества, которые замедляют или полностью тормозят рост микроорганизмов — дезинфектанты. Если вещество подавляет рост бактерий, а после его удаления илиснижения концентрации рост возобновляется вновь, то говорят о бактериостатическомдействии. Бактерицидные вещества вызывают гибель клеток.
Различие вэффективности действия дезинфектантов зависит от механизма их действия,концентрации химических агентов, температуры, рН среды, вид микроорганизма,возраст вегетативных клеток, спорообразование.
Эффективностьдезинфектантов характеризуется величиной D10 – это время, необходимое для того, чтобы в определеннойпопуляции (скоплении клеток) при определенных условиях среды вызвать гибель 90%клеток.
Сильнымантимикробным действием обладают соли тяжелых металлов – ртути, меди, серебра;окислители – хлор, озон, йод, пероксид водорода, хлорная известь, перманганаткалия; щелочи – каустическая сода (NaOH); кислоты – сернистая, фтористо-водородная, борная; газы – сероводород,диоксид углерода, оксид углерода, сернистый газ.
Механизмы действия дезинфицирующихвеществ
Повреждениеповерхностных структур (клеточной стенки и цитоплазматической мембраны)
Фенолы, крезолы,нейтральные мыла и ПАВ действуют на наружные слои клеточной стенки и нарушаютизбирательную проницаемость плазматической мембраны. В бродильной промышленностиактивно используют ПАВ, которые имеют полярную структуру и содержат какгидрофильные, так и гидрофобные группы. Антисептическое действие этанола вконцентрации 70% связано с коагуляцией белков.
Повреждение ферментов и нарушениеметаболизмаДействие многих дезинфицирующих веществ основано на ингибированииферментов клетки (таблица 3). Различают ингибирование обратимое и необратимое,конкурентное и неконкурентное. Соли тяжелых металлов и формалин вызывают быструю коагуляциюбелков цитоплазмы, фенолы – инактивацию дыхательных ферментов, в то время какщелочи и кислоты гидролизуют белки и тем самым влияют на обмен веществ клетки.Также инактивируют ферменты окислители: хлор, озон, пероксид водорода.Таблица 3 — Механизмдействие дезинфицирующих веществ Направление действия Дезинфицирующие агенты Механизм действия
Повреждение
клеточной стенки и клеточных
мембран Этанол, формалин Коагуляция белка Полипептидные ПАВ, фенолы Нарушают функцию клеточных мембран, накапливаясь в них Антибиотики пенициллинового ряда Разрушают клеточную стенку, в основном Гр(+) бактерий Щелочи и кислоты Гидролиз белков
Повреждение ферментов и
нарушение
метаболизма Тяжелые металлы Связывают SH-группы ферментных белков, изменяя их структуру и ферментативную активность. Блокируют функциональную сульфгидрильную группу КоА
Хлор, озон,
пероксид водорода Инактивация ферментов путем окисления Антимицин А Нарушает перенос электронов по дыхательной цепи 2,4-динитрофенол Разобщает процессы окисления и фосфорилирования в митохондриях ЭДТА Связывание коферментом (главным образом двухвалентных металлов) Фторацетат Блокирует цикл трикарбоновых кислот
Конкурентное
ингибирование Оксид углерода Подавляет дыхание, конкурируя с кислородом за цитохромкиназу (конкурентное торможение) Сульфонамид Антиметаболит 4-аминобензоата. Аминобензоат входит в состав тетрагидрофолиевой кислоты. Метаболит и антиметаболит беспрепятственно входят в клетку и включаются в фолиевую кислоту … Антиметаболит аргинина Малонат Антиметаболит сукцината. Малонат ингибирует сукцинатдегидрогеназу, фермента ЦТК Подавление синтеза нуклеиновых кислот и белка Антибиотики Направлено на функцию рибосом, влияют на синтез ДНК и РНК
Подавлениесинтеза белков и нуклеиновых кислот антибиотиками
Дляопределенных групп бактерий известны антибиотики, подавляющие синтез белка. Приэтом действие антибиотиков направлено на нарушение функции рибосом илиторможение процесса связывания аминокислот между собой (стрептомицин, неомицин,эритромицин и др.) Другие (митомицин и актиномицин D) избирательно влияют на синтез ДНК или РНК.
Методы дезинфекции
Различают следующие методыдезинфекции: химический, термический, химиотермический.
Методтермической дезинфекции:подача пара в трубопроводы и аппараты, при этом все поверхности нагреваются до90˚С и выдерживаются при этой Т не менее 10 мин (например, этот способиспользуют на этапе получения чистой культуры дрожжей).
Длядезинфекции оборудования и производственных помещений используют метод химическойдезинфекции: на поверхность наносится химический состав, который через 30-60мин смывается водой. Химическая дезинфекция проводится при той температуре, прикоторой осуществляются технологические процессы в данном оборудовании. Химическаядезинфекция обычно не применяется в открытых системах, а также на многих участкахтехнологического процесса в пределах закрытых систем (производство напитков,склады).
Химиотермическаядезинфекция: применениеповышенных температур (60-100˚С) для снижения концентрации дезинфектантовили сокращения времени их воздействия.
Типы дезинфицирующих средств
В таблице 4 даны сведения о некоторыхтипах дезинфицирующих средств, применяемых в пищевой промышленности.
При выборе дезинфицирующего веществаследует остановиться на том, которое наиболее эффективно действует намикрофлору производства. Дезинфицирующие вещества содержат не только чистыйпрепарат антисептика, но также и некоторое количество вспомогательных средств:ПАВ – для улучшения смачиваемости, комплексообразователи – для снижения выпадениясолей жесткости.
Эффективностьприменения дезинфицирующих растворов зависит:
· от природыдезинфицирующего вещества;
· от чистотыобрабатываемой поверхности;
· от температурыраствора (многие вещества снижают свою активность при низких температурах,однако это не относится к надуксусной кислоте, которая одинаково хорошодействует в широком диапазоне температур от 0 до 30˚С);
· от рН среды;
· от концентрациидезинфектанта (не существует приборов, с помощью которых можно проверять концентрациюэтих веществ, поэтому дезинфицирующие средства почти всегда используют однократно.Более того, препараты, содержащие активный хлор, не могут использоватьсямногократно, так как восстановленные соединения хлора вызывают коррозию поверхностей).
· от времениобработки.Таблица 4 — Типыдезинфицирующих веществ
Дезинфицирующие
вещества Применение Отрицательный эффект Примечание Соединения хлора (гипохлорит, хлорамины, хлорфосфаты, препараты на основе дихлоризоциануро… кислоты: хлордезан, дихлор-1, хлорцин-N) Применяются в закрытых системах только в щелочной среде Белковая чувствительность; вызывают коррозию; появление посторонних привкусов в пиве Экологически опасные. Концентрации 100-500 мг/л по активному хлору, температура не выше 25˚С. Стойкость при хранении ограничена Надуксусная кислота (НУК) Применяются в закрытых системах; может добавляться в воду при ополаскивании Белковая чувствительность; вызывает коррозию; из-за запаха не добавляются в замочные чаны; действуют на кожу Активные концентрации 0,1-1,0% (в дезоксоне-4 содержится 5-9% НУК). Оптимальные температуры 0-30˚С. Хорошая смываемость Монохлоруксусная, монобромуксусная кислоты Рекомендуется для дезинфекции по методу CIP при производстве напитков. Многократное использование Высокая токсичность; не используется в замочных чанах Четвертичные соединения аммония (катамил АБ, катионные ПАВ), бигуаниды, азотсодержащие амфотерные ПАВ, производные жирных аминов В открытых системах (мойка бутылок, лагерных и бродильных …) Ограниченное применение, так как адсорбируются на поверхности оборудования; отрицательно влияют на качество пены (инактивируют тензиды); плохо смываются Низкие активные концентрации (0,2-0,5%), не имеют запаха, слабые коррозийные свойства. ПАВ в комбинации с альдегидом дает быстрый антимикробный эффект. Недостаточно эффективно действуют на Гр(-) бактерии. Применение ограничено областью рН Перекись водорода При введении чистой культуры дрожжей, для обработки семенных дрожжей, в цехе розлива Не должна смешиваться с соединениями, содержащими хлор Альдегиды (формальдегид, глутардиальдегид, глиоксаль) В закрытых системах Ограниченное применение из-за высокой белковой чувствительности; медленно действуют, поэтому используют в комбинации с четвертичными соединениями; в щелочной среде нестабильны Йодные препараты, спиртовые аэрозольные препараты Дезинфекция наружных участков разливочных машин Ограниченное применение: применяют только в кислой среде и при низких температурах Короткое время воздействия, низкие температуры. Активные концентрации по йоду 15-25 мг/л Азотная кислота Дезинфекция по методу CIP Возможно повышение уровня нитратов в пиве Активные концентрации 5-10% Каустическая сода Дезинфекция по методу CIP Высокие коррозийные свойства
Горячие 2-3%-ные растворы (80-90˚С).
Для предотвращения развития посторонних микроорганизмов в щелочи следует вносить дезинфицирующие добавки
Выбор моющих и дезинфицирующихсредств
Моющиесредства следуетвыбирать в зависимости от вида удаляемого загрязнения. При органической природезагрязнений рекомендуется применять нейтральные моющие средства и щелочи. Хлори не содержащие хлора окисляющие вещества способствуют усилению эффекта отприменения щелочных моющих растворов, в частности способствуют растворению иокислению таких органических соединений, как белок и смолы. При неорганической природезагрязнений, например, при отложениях пивного или винного камня, используют кислотныемоющие средства.
К моющимвеществам следует предъявлять следующие требования:
· вещества должныобладать одновременно моющим и дезинфицирующим эффектом;
· они должны хорошорастворять загрязнения и быстро смываться;
· вещества недолжны иметь цвет, вкус и запах и быть безвредными для человека;
· препараты должныиметь низкое поверхностное натяжение для глубокого проникновения активногоагента в слой загрязнений;
· они должны хорошодиспергироваться, то есть препятствовать агрегации (соединению веществ);
· при использованииметода мойки CIP дезинфицирующие материалы должныиметь низкое пенообразование;
· при выборе моющихвеществ следует руководствоваться совместимостью активных компонентов с материаломочищаемой поверхности.
Следуетдобавить, что нержавеющая сталь не устойчива к действию хлорсодержащихсоединений; они вызывают коррозию, причем, чем ниже величина рН, тем большекоррозирует металл.
Для промывки резиновых шланговследует использовать слабощелочные растворы.
При выборе дезинфицирующих средствследует учитывать целый ряд факторов:
· препарат врабочих концентрациях должен быть не токсичен для человека;
· скоростьпроявления бактерицидного эффекта при низкой белковой чувствительности к другиморганическим компонентам загрязнений;
· препарат должениметь широкий спектр действия на все виды инфицирующих пиво микроорганизмов;
· бактерициднаяактивность должна проявляться при рабочей температуре обрабатываемого объекта;
· препарат долженобеспечить бактерицидное действие при низких концентрациях активного агента;
· препарат долженбыть совместим со всеми видами материалов;
· отсутствиепенообразования.