ZMIANY CHEMICZNE W PROCESIE PSUCIA SIE PIECZYWA NATURY MIKROBIOLOGICZNEJ

MARIA BOJANKIEWICZ

ZMIANY CHEMICZNE W PROCESIE PSUCIA SIE PIECZYWA NATURY MIKROBIOLOGICZNEJ

Z Zakładu Badania Żywności i Przedmiotów Użytku PZH

Celem pracy było poznanie istoty zmian chemicznych w procesie mikrobiologicznego zepsucia pieczywa typu

„Mesentericus”.

W zepsuciu pieczywa, szczególnie pszennego o mniejszej kwasowości

niż pieczywo żytnie lub z mąk mieszanych, biorą udział laseczki tlenowe

nazywane. ogólnie Bac. mesentericus, zaliczane obecnie do grupy Bac.

subtilis (1). Zepsucie wywołane tymi bakteriami uzewnętrznia się naj-

pierw wystąpieniem charakterystycznego zapachu, następnie miękisz staje się lepki i w końcu przy potęgującym się zapachu i kleistości wy- stępuje ciągliwość miękiszu w nitki oraz jego ciemnienie.

Bakterie wywołujące zepsucie charakteryzują się wytwarzaniem en-

zymów amylolitycznych (2, 3, 4). Wydzielanie a-amylazy jest bardzo znaczne, tak że hodowle bakteryjne Bac. subtilis są surowcem do otrzy- mywania preparatów zawierających ten enzym. Z działalnością a-amy- lazy wiąże się przede wszystkim przemiana skrobi w dekstryny. W pra-

cach na temat dodatku a-amylazy bakteryjnej przy wypieku chleba,

jako środka przeciwdziałającego' czerstwieniu, wykazywano zwiększone

ilości dekstryn proporcjonalne do ilości dodanego enzymu. Rówież ilość

glikozy i maltozy w miększu zwiększała się ze wzrostem stężenia a-amylazy bakteryjnej (6). Jednak ciasto z dodatkiem tego enzymu sta- wało się kleiste wskutek wzmożonej hydrolizy skrobi (7), a pieczywo

wypieczone z nadmiarem enzymu było również lepkie. Termostabilność

a-amylazy bakteryjnej sprawia, że enzym ten nie jest niszczony w tem-

peraturze pieczenia chleba i działa w dalszym ciągu po skleikowaniu

skrobi, wytwarzając znaczną ilość dekstryn (5, 6).

Lepkość pieczywa z nadmiarem o-amylazy bakteryjnej kojarzy się z lepkością pieczywa zepsutego przez Bac. subtilis, który rozwijając się w korzystnych warunkach wytwarza coraz to większą ilość a-amylazy.

Enzym ten zamienia skrobię w dekstryny, których znaczna ilość może powodować kleistość miękiszu; pH miękiszu pszennych bułek wynosi około 6 i leży w zakresie pH optymalnego (5—6) dla aktywności a-amy- lazy bakteryjnej w temp. 30° (8).

Odnośnie wytwarzania przez Bac. subtilis enzymów proteolitycznych

Bergey podaje (1), że bakterie tego gatunku upłynniają żelatynę. Mas-

chman stwierdził rozkład albuminy jaja, kazeiny, fibryny, żelatyny, klu-

peiny i peptonu przez bez bezbaktryjne przesącza kultur Bac. mesenteri-

cus (9). Zdolność do wytwarzania enzymów proteolitycznych przez Bac.

mesentericus na podłożach syntetycznych stwierdził Haines (9). Burbian-

ka w swej pracy nad właściwościami proteolitycznymi bakterii zarodni-

996 o M. Bojankiewicz Nr 3 kujących tlenowych wykazuje zdolność rozkładania mięsa gotowanego

przez Bac. subtilis i Bac. mesentericus (9). Peltier i Schroeder (2) uwa-

żają, że wytwarzanie enzymów proteolitycznych przez szczepy należące

do Bac. subtilis jest bardziej ogólną cechą wspólną tym drobnoustrojom

niż wytwarzanie enzymów amylolitycznych; wszystkie z 63 zbadanych szczepów tego gatunku różnego pochodzenia charakteryzowały się znacz- ną aktywnością proteolityczną niezależnie od stopnia wytwarzania amy-

lazy, co więcej, nawet u szczepów Bac. subtilis nieamylolitycznych aktywność proteolityczna była tego samego rzędu co u szczepów amylo-

litycznych. Jedynie u szczepów pochodzących ze śluzowatego chleba za- znaczyła się zależność między wytwarzaniem enzymów amylolitycznych

i proteolitycznych, szczepy te bowiem wytwarzały oba typy enzymów, przy czym ich aktywność była najwyższa spośród szczepów Bac. subtilis

innego pochodzenia. Autorzy wykazali proteolizę za pomocą upłynniania żelatyny oraz na podłożu z kazeinianem sodu i wyciągiem z otrąb pszen- nych. Gluten w podłożu stosowanym przez tych badaczy okazał się

szczególnie oporny na hydrolizę bakteryjną i tylko 2 szczepy z 63 bada-

nych (w tym 17 pochodzących ze śluzowatego chleba) wytwarzały na tym podłożu przejaśnione strefy świadczące o rozkładzie glutenu.

W oparciu o powyższe dane moje badania zmian wywołanych lasecz-

kami tlenowymi z grupy Bac. subtilis, ze względu na wytwarzanie przez

bakterie wywołujące zepsucie pieczywa obu typów enzymów, szły w kie- runku poszukiwań produktów rozkładu skrobi i białka.

CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

Badania przeprowadzono na bułkach pszennych wagi 400 g (co naj- mniej 2 bułki z jednej partii); jedną badano w dniu zakupu, pozostałe

bułki wkładano do woreczka z folii polietylenowej i umieszczano w ter-

mostacie o temp. 28”. Tę właśnie temperaturę a nie 37” zastosowano dla- tego, że jest ona bliższa przeciętnej temperaturze panującej latem, kiedy

tzw. choroba ziemniaczana chleba występuje najczęściej.

W miękiszu bułek oznaczano ilość cukrów redukujących oraz dekstryn.

Zmiany w białku oznaczano, badając ilość wytwarzanego azotu amonia- kalnego i azotu aminokwasowego. Ogółem przebadano 16 przypadków zepsucia. Do oznaczeń chemicznych miękisz rozdrabniano z wodą lub od- powiednim płynem w homogenizatorze typu Ato-Mix przez 2 minuty.

Przy oznaczeniach mikrobiologicznych do rozdrabniania używano miesza- dełko elektryczne.

Dekstryny w miękiszu wytrącano wg metodyki Grossfelda i Hollatza

(10). Po wytrąceniu dekstryn alkoholem próbę odstawiano do następnego

dnia, odsączano dekstryny na wytarowanym tyglu Goocha, przepłukując osad alkoholem i suszono w temperaturze 102” — 105? do stałej wagi.

Z różnicy wag tygla z osadem i pustego obliczano ilość dekstryn w pró-

bie.

Cukry redukujące ekstrahowano z 50 g miękiszu za pomocą mieszaniny

alkalicznej polecanej przez Iwanowskiego i Grabowską (11), zawierającej 75%/0 0,15-n NasCO3 i 25% 0,15-n NaHCO;3 z dodatkiem kilku kropli chloroformu, a następnie oznaczano cukry redukujące metodą Fellenber- ga-Demonta (12) w przeliczeniu na glikozę.

Azot amoniakalny oznaczano metodą przepuszczania powietrza (13)

przez wyciąg wodny z 20 g miękiszu.

Azot aminokwasowy oznaczano metodą formolową Sórensena (14), wy-

korzystując zalkalizowaną pozostałość po odpędzeniu amoniaku i zobo-

jętniając 0,1-n kwasem solnym wobec fenoloftaleiny.

Do oznaczeń mikrobiologicznych rozdrabniano 20 g miękiszu w 180 mł płynu fizjologicznego za pomocą mieszadełka elektrycznego w ciągu

3 minut. Dla wykazania właściwości amylolitycznych bakterii obecnych

w miękiszu używano podłoże mineralne ze skrobią wg Waksmana (15):

10 g skrobi ziemniaczanej zawieszano w 800 ml wody, odparowywano do objętości 500 ml i mieszano z podłożem syntetycznym o następującym

składzie: K,HPO, 1 g, NaCl 1 g, (NH4/+SO4 2 g, CaCO3 5 g, agar 20 g, woda destylowana 500 ml.

Doprowadzano pH do 6,3 i sterylizowano w temp. 117° przez 20 minut.

Płytki po posianiu wstawiano do termostatu o temp. 28” na przeciąg 48 godzin, po czym wyjmowano i zalewano powierzchnię podłoża rozcień- czonym w stosunku 1:1 płynem Lugola, nadmiar płynu zlewając. Obec- ność jasnej strefy wyraźnie odcinającej się od podłoża skrobiowego, które pod wpływem płynu Lugola przybrało barwę granatową świadczy

o rozkładzie skrobi przez drobnoustroje, wokół których strefa powstała.

Dla wykazania właściwości proteolitycznych posługiwano się podłożem mineralnym z glutenem. Gluten wymywano z mąki pszennej -(16) aż do

zaniku reakcji na skrobię z jodem, rozdrabniano na małe kawałeczki i suszono w temp. 102”; następnie mielono na miałki proszek i w tej postaci stosowano do podłoża o następującym składzie: gluten 10 g,

NaCl 5 g, K+HPOĄ 1 g, MgSO, 0,1 g, woda destylowana 1000 ml, agar 15 g.

Po rozlaniu do flaszek podłoże sterylizowano w temp. 117° przez 20 minut. Płytki po posianiu wstawiano do termostatu o temp. 28” na przeciąg 48 godz. po czym wyjmowano i zalewano powierzchnię podłoża

10?/0-0wym roztworem taniny; w miejscu, gdzie gluten był rozłożony,

ujawniały się strefy przejrzyste na białawym tle ściętego przez taninę

nierozłożonego glutenu.

OMÓWIENIE WYNIKÓW

Uchwycenie zmian chemicznych w białku za pomocą stosowanych metod było dość trudne. Oznaczenia przeprowadzano w dniu zakupu

oraz po 48 godz. przechowywania w temp. 28. Odnośnie ilości azotu amoniakalnego można mówić o lekkiej tendencji do zwiększenia się cd 0 w świeżym pieczywie do zaledwie kilku mg”/» w pieczywie prze- chowywanym i to zarówno takim, u którego cechy organoleptyczne

zostały nieznacznie zmienione w postaci występowania słabego zapachu

typu „,„Mesentericus” jak i takiego, w którym zepsucie poszło dalej,

uzewnętrzniając się w postaci pojedynczych nitek przy przełomie pie-

czywa.

Zawartość azotu aminokwasowego nie charakteryzowała stopnia ze- psucia pieczywa. Uzyskiwano wyniki śladowej obecności, rzędu, kilku mg'/o już w świeżym pieczywie, przy czym ilość ta w ciągu 48 godzin

pozostawała na tym samym poziomie bądź nieznacznie wzrastała.

W przypadku, gdy w tym samym pieczywie przechowywanym w. róż- nych warunkach występował różny stopień zepsucia typu „Mesenteri-

cus” — azot aminokwasowy w obu przypadkach był na tym samym

poziomie.

228 M. Bojankiewicz Nr 3 Zmiany chemiczne węglowodanów przedstawiały się następująco.

Ilość cukrów redukujących obliczanych jako glikoza w świeżej bułce nie przekraczała 1% (0,3%/0—0,9'/0). Po 48 godz. przy znacznym zepsu- ciu ilość ta wzrastała kilkakrotnie, ale przy cechach organoleptycznych

zmienionych w stopniu nieznacznym utrzymywała się raczej na tym samym poziomie. Tłumaczyć ten fakt można tym, że Bacillus subtilis

charakteryzuje się przede wszystkim właściwościami dekstrynotwórczy- mi i aktywność ta jest 6,5-krotnie wyższa od aktywności cukrotwórczej.

(17).

Najbardziej charakterystyczna dla zepsucia pieczywa typu ,,Mesente-

ricus” była zawartość dekstryn. W świeżym pieczywie ilość dekstryn wynosiła około 2% (2,1%/0-—2,5%/0), wyjątkowo około 6%/o, (przy czym pieczywo to miało również cechy prawidłowe). Po 48 godz. przechowy- wania bułek ilość dekstryn wzrastała, przy czym była tym większa, im

bardziej zmienione były cechy organoleptyczne pieczywa, czyli im większy był jego stopień zepsucia. I tak np. w różnych bułkach przy

wyjściowej ilości około 2%/0 w świeżym pieczywie, po 48 godz. uzyski-

wano następujące ilości przy towarzyszących im cechach organolep-

tycznych bułek.

Cechy organoleptyczne prawidłowe — ilość dekstryn w miękiszu 3,4°/o.

Stwierdza się lekko zmieniony zapach typu „„Mesentericus” — ilość dekstryn w miekiszu 4,5%/o.

zapach typu „,Mesentericus”, pojedyncze ciągliwe nitki (jedna na kilka lub kilkanaście przełamań) — ilość dekstryn w miękiszu 9,1%. .

Zapach typu ,„Mesentericus”, miękisz zaczyna być lepki, pojedyncze nitki przy każdym przełamaniu — ilość dekstryn w miękiszu 14,7*/.

Zapach typu „Mesentericus, miękisz 'epki, ciągliwy — ilość dekstryn w miękiszu 22,5°/o.

Biorąc pod uwagę, że w badaniach "Millera i współprac. (5) ilość dekstryn w pieczywie kontrolnym oraz z dodatkiem a-amylazy bakte-

ryjnej malała w ciągu przechowywania, to zwiększające się w moich

badaniach ilości dekstryn są wynikiem zwiększania się ilości o-amylazy bakteryjnej wskutek rozwoju mikroflory wywołującej zmiany w mię- kiszu.

Z rezultatów powyższych badań chemicznych wynikałoby, że główne zmiany zachodzą nie w białku, lecz w węglowodanach. Zostało jed- nak wykazane mikrobiologicznie za pomocą posiewów na podłoże mine-

ralne ze skrobią wg Waksmana i podłoże mineralne z glutenem, że

drobnoustroje biorące udział w zepsuciu bułek są zdolne do hydrolizy zarówno skrobi, jak i glutenu. Umieszczano pieczywo świeże w ilości 0,1 g, oraz przechowywane, w ilościach odpowiednio mniejszych rów-

nolegle na 5 płytek Petriego, po czym zalewano zwykłym agarem od-

żywczym. Po 48 godz. inkubacji każdą kolonię z posiewu świeżej bułki

i losowo część kolonii wyrosłych z bułki przechowywanej przesiewano

na podłoża z glutenem i skrobią. Ogromną większość bakterii obecnych

w bułkach, zwłaszcza przechowywanych, stanowiła mikroflora posiada-

jąca zdolność jednoczesnego rozkładu skrobi i glutenu. Peltier i Schroe-

der (2) stwierdzili wprawdzie zdolność rozkładu glutenu tylko u 2 z 63 badanych szczepów Bac. subtilis, ale podłoże stosowane przez tych badaczy zawierało mniejszy procent glutenu (0,01°/o), a ponadto auto-

rzy nie wspominają o stosowaniu „wywoływacza”, którym w moich

badaniach był roztwór taniny, pod wpływem którego strefy rozłożone-

go glutenu stają się bardzo wyraźne na tle ściętego białka i oznaczenie:

to nie nasuwa żadnych wątpliwości.

Ilość bakterii rozkładających skrobię w świeżym pieczywie wynosiła

od 12 do 108 w 1 g miękiszu różnych bułek. W ciągu 48 godz. ilość

zwiększała się nierównomiernie i była rzędu tysięcy lub milionów.

Zwiększenie się tysiąckrotne ilości bakterii z 24 do 21 tysięcy w 1 g miękiszu nie znalazło jeszcze odzwierciedlenia w zmienionych cechach

organoleptycznych, ale już wpłynęło na zwiększenie ilości dekstryn

z 2,3%o do 3,4*/0. Ilości bakterii rzędu kilkuset tysięcy a nawet kilku-

nastu milionów w 1 g miękiszu po 48 godz. przechowywania. odpowia-

dało już zapoczątkowujące się lub dalej posunięte zepsucie, chociaż.

zdarzały się wyjątki i np. w bułce zawierającej 510 tysięcy w 1 g nie

zauważono zmian organoleptycznych odpowiadających zepsuciu typu

„Mesentericus”. Bardzo znacznemu zepsuciu odpowiadały ilości bakterii

rzędu milionów w 1 g, ale ilości te występowały zazwyczaj po dłuższym

niż 48 godzin przechowywaniu.

W różnych okresach badania, przy podobnym ilościowo początkowym

zakażeniu bułek świeżych, wzrost w ciągu 48 godzin przechowywania pieczywa nie przebiegał jednakowo i cechy organoleptyczne miękiszu

nie zawsze były podobne. Wybrane przykłady podaje tabela I.

Tabela I Ilość bakterii Ilość bakterii

w 1g pieczywa | w 1 g pieczywa Cechy pieczywa przechowywanego świeżego przechowywanego

24 21 tysięcy Prawidłowe

20 510 » Prawidłowe

12 16 milionów Zapach typu „Mesentericus”, kleistość, ciąg- liwość

108 144 tysiące Zapach typu „Mesentericus”, pojedyncze, ciągliwe nitki

Wynikałoby z tego, że sama wysokość zakażenia nie odgrywa decydu-

jącej roli w zepsuciu i zapewne ważna tu jest żywotność i aktywność enzymatyczna rozwijającej się mikroflory, jak również i cechy pieczy- wa, jego kwasowość i stopień wypieczenia; niemniej jednak stawianie wysokich wymagań higienicznych odnośnie zakażenia mąki odgrywa pewną rolę zapobiegawczą.

WNIOSKI

1. Przy badaniu miękiszu bułek świeżych oraz przechowywanych 48 godzin w temp. 28? na obecność produktów enzymatycznego rozkładu

białek i węglowodanów stwierdzono, że zmiany chemiczne w węglowo-

danach były lepiej uchwytne i bardziej charakterystyczne dla zepsucia

typu „Mesentericus” niż zmiany w białku. °

2. Największym zmianom ilościowym ulegały dekstryny, których:

ilość w miękiszu była tym większa, im większy był stopień zepsucia pieczywa typu „Mesentericus”.

3. Zepsucie typu „Mesentericus” miękiszu bułek charakteryzowała

obecność produktów rozkładu skrobi a nie glutenu, pomimo, że drobno-

ustroje rozwijające się w pieczywie posiadały właściwości rozkładania

zarówno skrobi, jak i glutenu, co wykazano na odpowiednich podłożach.

230 M. Bojankiewicz Nr 3

М. Боянкевич

ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ПЕРИОДЕ ПОРЧИ ХЛЕБНЫХ ИЗДЕЛИЙ СВЯЗАННЫХ С МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Содержание

В мякише свежих и хранимых в продолжении 48 часов в температуре 28°

пщеничных булок обозначены были продукты энзиматического распада белка и углеводов: амячный азот, аминокислотный азот, восстановляющие сахара и декстрины. Перемены углеводов были более свойственны для порчи мякиша Tuna ,Mesentericus” нежели перемены белка; Наиболее свойственным коли- чественным переменам подвергались декстрины, вместимость которых увели- чивалась с увеличением степени микробиологической порчи мякиша. И хотя в мякише булок отмечались прежде всего химические превращения возни- кающие из распада крахмала а не глютина, то однакоже бактериологические штаммы, обособленные из испорченных булок, при посеве на минеральную питательную среду с добавкой глютина, проявили способность разлагать этот белок.

M. Bojankiewicz

CHEMICAL CHANGES IN BREAD WITH MICROBIAL SPOILAGE Summary

In crumb of white wheat bread both fresh and stored 48 hours at 28°C follow- ing contents were determined: ammonium, amino nitrogen, reducing sugars and dex- trins. Changes in carbohydrates were better correlated with extent of Mesentericus type spoilage than changes in protein were. The extent of spoilage was exactly followed by increase in the content of dextrins. Although the changes in car- bohydrate fraction were much more accentuated during spoilage than the chan- ges in gluten, all bacterial strains isolated from spoiled bread were capable of digesting gluten when grown as plate cultures.

PISMIENNICTWO

1. Bergeys Manual of Determinative Bacteriology, Bailliere Tindal, Cox, Lon- don 1948. — 2. Peltier G. L., Schroeder F, R.: Journal of Bacteriology, 57, 127, 1949. — 3. Streuli H., Staub M.: Mitteilungen aus dem Gebiete der Lebensmitte- luntersuchung und Hygiene, 46, 334, 1955. — 4. Bojankiewicz M.: Roczniki PZH, 13, 93, 1962. — 5. Miller B, S., Johnson J. A., Palmer D. L.: Food Technology, 7, 38, 1953. — 6. Beck H., Johnson J. A., Miller B. S.: Cereal Chemistry, 34, 211, 1957.

— 7. Gyarfas A.: Food Science Abstr, 29, 85, 1957. — 8. DiCarloF.J., Redfern S.:

Chemical Abstr., 42, 3019 i 1948. — 9. Burbianka M.: Roczniki PZH, 3, 145, 1952, — 10. Grossfeld J., Hellatz G.: Zeitschrift fiir Untersuchung der Lebensmittel, 59, 216,

1930.

ll. IwanowskiW., GrabowskaC.: Roczniki Chemii, 17, 398, 1937.—12. Fellenberg T., Demont P.: Mitteilungen aus dem Gebiete der Lebensmitteluntersuchung und Hygiene, 26, 168, 1935. — 13. Krauze S.: Materiały do Polskiego Kodeksu Żywno- Ściowego 466, 1948, — 14. Kalendarz Przemysłu Spożywczego 1, 304, Wyd. Prze- mysłu Lekkiego i Spożywczego 1954, — 15, Spicher G.: Zentralblatt fiir Bakterio- logie, Parasitenkunde, Infektionskrankheiten und Hygiene, Zweite Abteilung, 110, 153, 1957, — 16. Krauze S.: Materiały do Polskiego Kodeksu Żywnościowego 352, 1948. — 17. Adams M.: Food Technology, 7, 35, 1953,

Wpłynęło: 15.III.1962 r.