Почва как источник загрязнения пищевых продуктов

Раздел lll. МИКРОБИОТА ПОРЧИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ. Глава 6. ИСТОЧНИКИ МИКРОФЛОРЫ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Естественные среды обитания большей части микроорга­низмов – почва и вода. Широкое территориальное распростра­нение микроорганизмов из почвы и с поверхности растений свя­зано с легкостью их переноса по воздуху и по воде. Поверхность и дно пресноводных и соленых водоемов, а также несколько санти­метров верхнего слоя почвы изобилуют микроорганизмами. Меньшее количество микроорганизмов колонизирует поверхность и некоторые внутренние полости животных (например, ЖКТ, верхние отделы дыхательных путей) и растений. В зонах обитания микроорганизмы образуют микроценозы – сообщества со специфи­ческими и часто необычными взаимоотношениями. Каждое ми­кробное сообщество в конкретном ценозе образуют специфичные аутохтонные микроорганизмы (от греч. autos – свой, chthon – страна; буквально чужестранец), обычно в нем встречающиеся.

В сырье и пищевые продукты растительного и животного проис­хождения микробиота попадает прежде всего из окружающей среды: почвы, воздуха, воды, причем как непо­сред­ственно в про­цессе прямого контакта, так и опосредованно – через корма, ин­вентарь, технологическое оборудование. На всех стадиях получения пищевых продуктов не следует исключать и человеческий фактор.

Самым «богатым» первоисточником микробиоты является почва. За почвой следует вода открытых водоемов. Атмосферный воздух со­держит небольшое число микро­орга­низмов, но в закрытых помеще­ниях может накапливаться до 2 млн микробных тел в 1 м 3 .

6.1. МИКРОФЛОРА ПОЧВЫ

Почва состоит из минеральных и органических соединений, почвенного раствора и газовой фазы. Почва – продукт жизнедея­тельности микроорганизмов, осуществляющих процессы ее фор­мирования, самоочищения, круговорота азота, углерода, серы и железа в природе. Микроорганизмы почвы фиксируют азот из воздуха (около 100 млн т ежегодно), образуют гумус почвы и высвобождают питательные вещества для растений, выполняют санитарную функцию почвы.

Очаговость распространения микроорганизмов L главная осо­бенность их экологии в почве, позволяющая сохранить виды по­чвенных микроорганизмов и специфичность группировок по гори­зонтам почвы (рис. 6.1).

Как продемонстрировано на рис. 6.1, численность микроорга­низмов в слое 0–0,5 см в разы превышает их число в нижележащих слоях, что связано с содержанием органических веществ и темпера­турой слоя.

В верхних слоях обитают актиномицеты и аэробы, в нижних – грибы и анаэробы. Общее количество микроорганизмов уменьша­ется по мере углубления в почву (рис. 6.2).

Рис. 6.1.
Распределение микрофлоры по горизонтам почвы

Микрофлора почвы располагается послойно на твердой фазе почвы (рис. 6.3).

Независимо от глубины наиболее густо всегда заселена около­корневая (ризосферная) зона растений (от греч. rhiza – одежда). Ка­чественный состав околокорневой микрофлоры зависит от вида растений, но во всех случаях преобладает грибная флора.

Рис. 6.2.
Распределение различных групп микроорганизмов по горизонтам почвы

Рис. 6.3.
Послойное распределение микроорганизмов в почве

Количество микроорганизмов в околокорневой зоне в тысячи раз превышает микробное число не занятой растениями почвы. Этот факт используется при обезвреживании почвы, обсемененной патогенными бактериями.

Микрофлора почвы включает все известные группы микроорга­низмов: споровые и споронеобразующие бактерии, актиномицеты, грибы, спирохеты, архебактерии, простейшие, сине-зеленые водо­росли, микоплазмы и вирусы. В 1 г почвы насчитывается до 6 млрд микробных тел. На качественный и количественный состав микро­флоры почвы влияют тип почвы, ее плодородие, влажность, аэрация и физико-химические свойства. На микробиоценоз почвы суще­ственно влияет деятельность человека: обработка почвы, внесение удобрений, мелиорация, загрязнение отходами производств.

Особо опасным в санитарном отношении является загрязнение почвы необезвреженными отходами животноводства (навозом, мочой, отходами боенского производства, трупами животных). Са­моочищающая способность почвы ограничена, а методы обеззара­живания почвы громоздки и малоэффективны (например, 5 кг хлорной извести на 1 м 2 почвы).

Некоторые патогенные микроорганизмы (табл. 6.1), в зависи­мости от экологических особенностей, вегетируют в почве, и почва для них является естественным местом обитания (первая группа). Представители второй группы микроорганизмов, в том числе и споронеобразующие, длительно сохраняются в почве определеного физико-химического состава, где при благоприятном температурно-влажностном режиме размножаются. К третьей группе от­носятся возбудители хламидиозов, риккетсии, вирусы и особо при­хотливые бактерии. Они быстро отмирают в почве.

Патогены в почве

Обеззараживающая способность разных почв неодинакова, а подчас почва может служить благоприятным питательным суб­стратом для патогенных микроорганизмов. Почва как субстрат, со­стоящий из твердой фазы и воды, служит естественным местом обитания возбудителей многих заразных болезней: клостридиозов, сибирской язвы, чумы, псевдотуберкулеза, листериоза, лептоспи­роза, эризипелоида, туберкулеза, мелиоидоза, синегнойной ин­фекции, дерматомикозов, микотоксикозов, холеры, иерсиниоза, сальмонеллеза. Из почвы напрямую и через растения многие виды микроорганизмов попадают в пищевые продукты как растительного, так и животного происхождения, далее они поступают в орга­низм человека (рис. 6.4). При снижении иммунных свойств жи­вотных микробиота тела обсеменяет молоко и мясо.

Рис. 6.4.
Миграция микроорганизмов

Санитарное состояние почвы оценивают по коли-титру, коли­честву анаэробов, споровых и термофилов, наличию яиц гель­минтов и специфических возбудителей инфекций. Для чистой почвы титр кишечной палочки – не более 1 г, умеренно загряз­ненной – до 50 мг, для сильно загрязненной – 1–2 мг.

Обезвреживание почвы, обсемененной патогенными микроор­ганизмами, проводят посредством механической обработки и по­сева растений. Применение химических веществ приводит к утрате почвой плодородия.

6.2. МИКРОЦЕНОЗЫ ВОДОЕМОВ

В различных водоемах, а также в грунтовых водах содержится значительное число микро­организмов. Степень распространен­ности микробов в воде зависит от многих условий.

Микроорганизмы обнаружены у берегов Филиппин на глубине 10 462 м. При культи­ви­ровании этих микробов при температуре 25°С и атмосферном давлении 1 · 10 9 Па они размножались в 1000 раз быстрее, чем при обычных условиях на поверхности Земли.

Одноклеточные зеленые водоросли в фитопланктоне океанов со­ставляют 60% всех органических веществ, образующихся на нашей планете путем фотосинтеза.

Живут микроорганизмы и в горячих источниках. Бактерии спо­собны расти, располагаясь у жерла подводного вулкана, при температуре воды 250–300°С и давлении 2,6 · 10 8 Па (при этом давлении вода в жидком состоянии может находиться до 460°С). Эти бак­терии выделены из проб воды, поднятых с глубины 2560 м от по­верхности океана.

В небольшом антарктическом озере Дон-Жуан солей содержится в 13 раз больше, чем в морской воде. Вода в этом озере не замерзает при температуре -24°С, из нее выделяют бактерии и дрожжи. В 1 г вод Антарктиды обнаруживается до 100 бактерий.

Преобладающая микрофлора рек, озер, прудов – сапрофиты, т.е. гнилостные микро­орга­низмы. К ним относятся В. fluorescens, В. aquatile, В. violaceum, P. vulgaris, плесневые грибы и др.

Артезианская вода почти свободна от микроорганизмов.

Характер микрофлоры водоемов. Микроорганизмы различных водоемов представлены постоянной микрофлой их воды (аутохтонная) и микрофлорой, попадающей в них случайно и загрязня­ющей их (аллохтонная). Аутохтонная микрофлора – совокупность микроорганизмов, постоянно живущих и размножающихся в воде. В состав специфической водной микрофлоры входят Micrococcus candicans и М. roseus, Sarcina litea, Bacterium aquatilis communis, Pseudomonas fluorescens, различные виды Proteus и Leptospira. Среди анаэробов в незагрязненных водоемах выделяют Bacillus cereus, В. mycoides, Chromobacterium violaceum, представителей рода Clos­tridium.

Попадающая в основном из почвы аллохтонная микрофлора со­храняется в водоемах недолгое время. Поэтому в озерах, прудах, реках больше всего микробов у берегов.

Вода рек загрязняется больше всего отбросами населенных пунктов. Вода озер, особенно прудов и болот, не всегда содержит большое количество микроорганизмов.

В воде обитает больше всего бактерий. За счет транслокации через клеточную стенку бактерий проникают питательные вещества. Бактерии способны потреблять вещества, присутствующие в малых концентрациях и не доступные другим организмам (1–5 мг/л).

Вода загрязняется экскрементами птиц и млекопитающих, бы­товыми сточными водами, промышленными сточными водами.

Самоочищающая способность воды намного ниже, чем почв, вследствие этого болезнетворные микробы не только длительно со­храняются, но и размножаются в воде.

В чистой воде преобладают кокки, в загрязненной – бактерии, в том числе споровые, и отмечается отсутствие или малое коли­чество свободного кислорода.

Обеззараживание воды осуществляется следующими методами:

• отстаиванием с применением коагулянтов (сернокислого гли­нозема, сернокислой закиси Fе) и активного ила;
• аэрацией, хлорированием в аэротенках;
• биологической очисткой на полях орошения;
• термической обработкой;
• воздействием УФИ, a-, b-, g-лучами.

В открытых водоемах обнаруживают возбудителей природно-очаговых инфекций. Это касается неблагополучных по инфекци­онным болезням территорий, с которыми контак­тируют больные животные. В донных отложениях прудов и озер нередко обитают возбудители ботулизма, злокачественного отека, эмфизематозного карбункула. Возбуди­те­ли болезней животных и человека, обита­ющие в водоемах, могут циркулировать между видами животных посредством пищевых цепей.

Для приготовления моющих и дезинфицирующих растворов, а также для ополас­кивания оборудования, инвентаря, тары и т.п. необходимо использовать водопроводную воду, соответствующую действующим нормативным документам на питьевую воду; вода из скважин также должна соответствовать этим требованиям и под­вергаться необхо­димому контролю в полном объеме.

6.3. МИКРОФЛОРА ВОЗДУХА

Увлекаемые движением приземного слоя воздуха микроорга­низмы почвы, растений и воды попадают в атмосферу. Коллоидная система, состоящая из воздуха, капелек жидкости или твердых частиц и включающая различные микроорганизмы, называется аэрозолью. Аэрозоль активно перемещается в горизонтальном и вертикальном направлениях. Чем больше в воздухе аэрозоля, тем больше он содержит микроорганизмов.

Каждая частица пыли или дыма обладает способностью адсор­бировать на своей поверхности множество микроорганизмов. Ми­кроорганизмы в воздухе могут находиться в капельной, капельно-ядерной и пылевой фазах бактериального аэрозоля.

Аэрозольные частицы имеют величину 10–2000 нм. В момент чихания формируется до 40 000 капель. Различают капельную и пы­левую фазы аэрозоля, а также капельные ядрышки. Деление на фазы зависит от размера частиц, электрического заряда, ско­рости движения в воздухе.

Капельная фаза представлена мелкими каплями, длительно со­храняющимися в воздухе, но испаряющимися до оседания.

Пылевая фаза представлена крупными, оседающими каплями, в результате образующими частицы, которые могут подниматься вверх движением воздуха.

Капельные ядрышки – это мелкие капельки аэрозоля (до 100 нм). Высыхая, они остаются в воздухе во взвешенном состоянии и обра­зуют устойчивую аэродисперсную систему. В них частично сохра­няется влага, поддерживающая жизнеспособность микро­орга­низмов. Последние в составе капельных ядрышек могут перено­ситься на зна­чительные расстояния.

Состав микробов воздуха весьма разнообразен, в нем встреча­ются пигментные микроорганизмы всех групп. Количество ми­кробов в 1 м 3 воздуха колеблется от несколь­ких клеток до десятков тысяч. В воздухе сельской местности меньше микробов, особенно их мало в воздухе над лесами, горами, морями, местами, покры­тыми снегом, и т.д.

Очищению воздуха от микробов способствуют атмосферные осадки, вместе с кото­рыми микроорганизмы оседают на землю и воду. Количество микроорганизмов в воздухе помещений обычно выше, чем в воздухе открытых мест, особенно при их недоста­­точном вентилировании и несоблюдении санитарных мер.

Контаминация воздуха патогенными микроорганизмами проис­ходит капельным путем при кашле, чихании. Кроме того, микроор­ганизмы попадают в воздух со слущивающимся эпителием кожных покровов, из кормов и фекалий.

В окружающей больных животных и людей, инфицированных мышевидных грызунов, членистоногих и насекомых пыли могут находиться патогенные микроорганизмы. Из патогенных видов в воздухе закрытых помещений обнаруживали гноеродные кокки, туберкулезные микобактерии, сибиреязвенные споры, возбуди­телей туляремии, риккетсии, Ку-лихорадки, газовой гангрены и др. Многие заразные болезни животных передаются преимущественно через воздух (оспа овец, грипп, ларинготрахеит кур и др.). Больные при кашле, чихании вместе с каплями слизи или мокроты выбра­сывают патогенных бактерий в окружающую среду на расстояние 2–2,5 м и более.

В воздухе всегда содержатся микроорганизмы. При помощи воз­духа происходит их распространение. Воздушным путем могут рас­пространяться патогенные микробы, вызывающие болезни рас­тений, животных и человека.

Количество микроорганизмов в 1 м 3 воздуха может достигать: на скотном дворе – до 2 млн м. т.; в жилых помещениях – 20 тыс. м. т.; на улицах городов – 5 тыс. м. т.; в парках – 200 м. т.; в морском воздухе – 1–2 м. т.

В воздухе методом стекол обрастания обнаружено размножение микробов на органическом веществе.

В воздухе животноводческих и производственных помещений всегда обнаруживаются E. coli, стафилококки, грибы, протей; может происходить аэрогенное перезаражение патогенными видами.

Санитарно-гигиеническая характеристика бактериального за­грязнения воздуха опреде­ляется общим количеством микроорга­низмов, содержащихся в 1 м 3 воздуха, наличием отдельных микро­организмов (стрептококка и стафилококка), которые могут служить биологическим показателем загрязненности воздуха.

Обеззараживание воздуха проводят: фильтрованием; с исполь­зованием газов (фенола, молочной кислоты), аэрозолей (форма­лина), УФ-лучей; посредством удаления воздуха (вентиляции), применения аэроионизаторов.

6.4. МИКРОФЛОРА ТЕЛА ЖИВОТНЫХ

В естественных условиях организм любого животного населен множеством микроорганизмов. Среди них могут быть случайные формы, но для многих видов тело животного является основным или единственным местом обитания. В значительной части ми­крофлора одинакова у всех млекопитающих в сравниваемых био­топах, но в составе микробиоценоза имеются индивидуальные раз­личия. Аутомикрофлора здорового животного остается постоянной и поддерживается гомеостазом. Ткани и органы, не сообщающиеся с внешней средой, стерильны. Организм и его нормальная микро­флора составляют единую экологическую систему: микрофлора служит своеобразным «экстракорпоральным органом», играющим важную роль в жизнедеятельности животного.

Будучи биологическим фактором защиты, нормальная микро­флора является барьером, после прорыва которого индуцируется включение неспецифических механизмов защиты. Если факторы, действующие прямо и косвенно на колонизационную резистент­ность и функционирование нормальной микрофлоры, по интен­сивности и длительности будут превышать компенсаторные воз­можности микроорганизма как экосистемы, то неизбежно воз­никнут микроэкологические нарушения, степень выраженности и длительность которых будут зависеть от дозы и продолжитель­ности воздействия.

Микрофлора кожи. На 1 см 2 участков кожи, покрытых волосами, находится около
1,5 · 10 6 клеток. Некоторые виды клеток приуро­чены к строго определенным участкам кожи. Обычно на коже преобладают грамположительные бактерии родов Staphylococcus, Micrococcus, Propionibacterium, Corynebacterium, Brevibacterium, Acinetobacter.

На коже постоянно обитают представители рода Staphylococcus (St. epidermidis). Нали­чие St. aureus нежелательно и может привести к возникновению гноеродных очагов инфек­ции. Некоторые виды бактерий являются липофильными, т.е. образуют липазы, разруша­ющие выделения жировых желез. Представляет опасность для хо­зяина прежде всего St. aureus как условно патогенный вид.

Нарушение нормального сообщества бактерий кожи может иметь неблагоприятные последствия для макроорганизма.

На кожных покровах микроорганизмы подвержены действию бактерицидных факторов сального секрета, повышающих кислот­ность (соответственно значение pH снижается). В подобных условиях живут преимущественно S. epidermidis, микрококки, сарцины, аэробные и анаэробные дифтероиды. Другие виды (S. aureus, a-гемолитические и негемолитические стрептококки) правильнее рассматривать как транзиторные. Местом заселения кожи микро­организмами является эпидермис, откуда бактерии проникают в кожные железы и волосяные фолликулы.

Микрофлора желудочно-кишечного тракта. Кишечный тракт жи­вотных заселен разнообразными видами микроорганизмов, в основном анаэробных.

Кишечная микрофлора ферментирует целлюлозу, гемицеллюлозы, пектины. В. succinogenes был обнаружен в кишечнике ло­шадей, коров, баранов, антилоп, крыс, обезьян. К сбраживающим клетчатку кишечным бактериям относятся также Butyrivibrio fibrisolvens и Eubacterium cellulosolvens. В содержимом кишечника те­плокровных представлены виды, которые расщепляют белковые вещества.

В составе кишечной микрофлоры разных животных обнаружи­ваются характерные различия. В кишечнике, рубце жвачных жи­вотных и других органах представители нормальной микрофлоры распределены определенным образом. Часть форм приурочена к поверхности клеток, другие находятся на некотором удалении от ткани. Состав прикрепленных форм может изменяться при осла­блении или заболевании хозяина и даже при стрессе. При нервных стрессах, например, за счет активизации протеаз происходит разру­шение белка на поверхности глоточного эпителия, что позволяет прикрепляться клеткам условно патогенной бактерии Р. aeruginosa, которые начинают здесь активно размножаться вместо безвредных представителей нормальной микрофлоры. Образовав­шаяся попу­ляция P. aeruginosa в дальнейшем может вызвать поражение легких.

Анатомическое строение и условия в рубце почти идеально отве­чают требованиям жизнедеятельности микроорганизмов. Количество бактерий в рубцовом содержимом может достигать 1 · 10 12 клеток в 1 г сухого вещества.

Обитающие в рубце микроорганизмы (бактерии, простейшие, дрожжи, актиномицеты и др.) активно участвуют в пищеварении.

В молочный период в рубце телят преобладают лактобациллы и некоторые виды протеолитических бактерий. Полное станов­ление рубцовой микрофлоры завершается при переходе животных на кормление грубыми кормами. У взрослых жвачных видовой со­став рубповых бактерий, по мнению некоторых авторов, посто­янен, существенным образом не изменяется в зависимости от корм­ления, времени года и ряда других факторов. Представляют наи­более важное в функциональном отношении значение следующие виды бактерий: Bacteroides succinogenes, Butyrivibrio fibrisolvens, Ruminococcus flavefaciens, R. aibus, Cillobacterium cellulosolvens, Clostridium cellobioparus, Clostridium locheadi и др.

Из рубца выделены В. amylophilus, В. ruminicola и др. В расще­плении крахмала большое участие принимают также определенные виды инфузорий. Основными продуктами брожения являются ук­сусная, янтарная, муравьиная кислоты, углекислый газ, а в неко­торых случаях сероводород.

В содержимом рубца широко представлены бактерии, утилизи­рующие различные моносахара. Кроме описанных выше, обла­дающих ферментами, разрушающими полисахариды и дисахариды, в рубце жвачных находится ряд видов бактерий, предпочтительно использующих моносахара, главным образом глюкозу: Lachnospira multiparus, Selenomonas ruminantium, Lactobacillus acidophilus, Bifido­bacterium bidum, Bacteroides coagulans, Lactobacillus fermentum и др.

Дезаминирующими свойствами обладают культуры, относя­щиеся к видам Selenomonas ruminantium, Megasphaera eisdenii, Bacteroides ruminicola и др.

Тонкий отдел кишечника содержит сравнительно небольшое количество микроорганизмов. В этом отделе кишечника чаще всего находятся устойчивые к действию желчи энтерококки, кишечная палочка, ацидофильные и споровые бактерии, актиномицеты, дрожжи и др.

Толстый отдел кишечника наиболее богат микроорганизмами. В нем постоянно обнаруживаются такие группы, как энтеробак­терий, энтерококки, термофилы, ацидофилы, споровые бактерии, актиномицеты, дрожжи, плесени, большое количество гнилостных и некоторых патогенных анаэробов (Cl. sporogenes, Cl. putrificus, Cl. perfringens, Cl. tetani, F. necrophorum). Микрофлору желудочно-кишечного тракта принято делить на облигат­ную (молочнокислые бактерии, Е. coli, энтерококки, Сl. perfringens, Cl. sporogenes и др.), которая адаптировалась к условиям этой среды и стала ее посто­янным обитателем, и факультативную, изменяющуюся в зависи­мости от вида корма и воды.

Микрофлора органов дыхания. Исследования последних лет по­казали, что чаще всего из дыхательных путей клинически здоровых животных выделяется сапрофитная микрофлора: S. saprophiticus, бактерии родов Micrococcus, Bacillus, коринеформные бактерии, не­гемолитические стрептококки, грамотрицательные кокки. Кроме того, выделены патогенные и условно патогенные микроорга­низмы: альфа- и бета-гемолитические стрептококки, стафилококки (S. aureus, S. hycus), энтеробактерии (эшери­хии, сальмонеллы, протей и др.), пастереллы, Ps. aeruginosa, а в единичных случаях грибы рода Candida.

Сапрофитные микроорганизмы чаше выделялись из дыха­тельных путей нормально развитых животных, чем слабо развитых. Альвеолы стерильны.

При снижении иммунитета у животных (особенно у молодняка) микрофлора органов дыхания проявляет патогенные свойства.

Мочеполовая система. Почки, мочеточники и мочевой пузырь, как правило, стерильны; в других отделах системы обнаруживают стафилококки, стрептококки; встречается грибная флора. В на­ружных отделах самцов доминирует Mycobacterium smegmatis.

Во влагалище обитает В. vaginale vulgare, которая действует анта­гонистически по отношению к другим находящимся здесь ми­кробам. При физиологическом состоянии мочеполовых путей ми­крофлора обнаруживается только в их наружных отделах (стрепто­кокки, молочнокислые бактерии).

Матка, яичники, семенники не содержат микробов. У здоровой самки плод в матке стерилен до момента начавшихся родов.

При гинекологических заболеваниях нормальная микрофлора изменяется.

Контрольные вопросы и задания

1. Опишите микрофлору почвы (распределение, ризосфера растений и ее роль, состав и численность почвенной микрофлоры).
2. Охарактеризуйте почву как источник патогенных, условно пато­генных и санитарно-показательных микроорганизмов.
3. Дайте определение эпифитной микрофлоры и укажите ее роль в порче кормов, при силосовании.
4. Охарактеризуйте микрофлору воды: ее состав, методы санитарно-микробиологической оценки и оббезараживания.
5. Охарактеризуйте микрофлору воздуха производственных помещений. Укажите методы санитарно-микробиологической оценки и обеззара­живания.
6. Назовите и опишите основных представителей микрофлоры желу­дочно-кишечного тракта.
7. Назовите и опишите основных представителей микрофлоры кожи, органов дыхания и мочеполовой системы.

Источник