Шпаргалка по "Биотехнологии"

По сравнению со многими  другими пищевыми продуктами чистые жиры и масла значительнее подвержены порче в результате химических превращений, чем в результате жизнедеятельности  организмов. Это связано с тем, что микроорганизмы содержат недостаточное  количество ферментов, расщепляющих жиры. В чистых жирах и маслах отсутствует  вода, жизненно необходимая микроорганизмам, мало и минеральных питательных  веществ. Несмотря на это, в свином жире, содержащем всего 0,3% воды, встречаются  липофильные бактерии, образующие липазы, микрококки и споры Asp. niger.

Порча жиров ускоряется многими  факторами: светом, кислородом влажностью. В процессах ферментативного  расщепления жиров могут участвовать  не только микроорганизмы, разрушающие  жиры, но и ферменты, содержащиеся в  сами пищевых продуктах. Испорченные  жиры и масла называют прогорклыми. Из-за неприятного запаха и вкуса  они непригодны для питания людей. Прогорклость жира вызывается окислительными и гидролитическими процессами, которые  чаще всего протекают одновременно. Главной причиной прогорклости является окисление ненасыщенных жирных кислот под действием липоксигеназ , что  ведёт к образованию альдегидов и кетонов. Кислотная прогорклость происходит из-за гидролитического расщепления  триглицеридов с освобождением  жирных кислот. Низкомолекулярные жирные кислоты, например масляная кислота, которая  содержится в большом количестве в маслах, является дуронопахнущей водорастворимой жидкостью с  острым вкусом.

Глицерин, накапливаемый  в жирах при полном их ферментативном гидролизе микроорганизмами, хорошо используется и потребляется бактериями.

Трудно расщепляемые жирные кислоты, освобождающиеся при разложении жира, переходят в субстрат, накапливаются  и подвергаются дальнейшим превращениям.

Жирные кислоты, имеющие  среднюю длину цепей с 4-12 атомами  углерода, могут расщеплять бактериями и гифомицетами до метилкетонов, которые  интенсивно воздействуют на органы чувств, так как они ответственны за неприятный запах и вкус прогорклых продуктов. Метилкетоны могут превращаться с помощью редуктаз грибов во вторичные  спирты.

Витамин Е и другие антиоксиданты  могут препятствовать окислению  жиров. Порча фосфатидсодержащих пищевых  продуктов происходит в результате гадролиза с образованием 3-метиламинаN(CH3) 3 , из которого путём окисления получается окись 3-метиламина, придающая характерный привкус рыбе.

В прогорклых жирах и маслах также встречаются моно- и диглицериды , окси- и гидрооксижирные кислоты, вторичные спирты и лактоны.

Прогорклость воспринимается органами чувств человека как весьма неприятное свойство продукта. Даже незначительное содержание прогорклого жира может  привести к невозможности потребления  содержащих эти жиры пищевых продуктов. Например, прогорклое кокосовое масло, добавленное даже в очень малых  количествах в выпекаемые изделия, отрицательно сказывается на вкусовых качествах готового продукта. Некоторые  разрушающие жиры микроорганизмы (кокки, споровые бактерии, гифомицеты) образуют жёлтые, красные или коричневые жирорастворимые  пигменты (красящие вещества), которые  путём диффузии попадают в пищевой  продукт и вызывают нежелательное  окрашивание его.

Возбудителями процессов  разложения жира и жирных кислот являются разные бактерии и плесневелые грибы. Среди бактерий к возбудителям процессов  разложения относятся роды Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus, Serratia, Proteus и Achromobacter. Все эти  бактерии, кроме липаз, синтезируют и другие ферменты, расщепляющие белки и углеводы, поэтому они встречаются во многих пищевых продуктах. Психрофильные роды Pseudomonas и Achromobacter являются причиной порчи пищевых продуктов, содержащих жиры.

Из плесневелых грибов значительной липолитической активностью  обладают виды Odium lactis , Cladosporium herbarum , Candida lipolitica, Aspergillus, Penicillium, Fusarium и другие. Так как они менее требовательны  к влажности, чем другие плесневелые  грибы, они играют большую роль при  разрушении жиров и масел, а также  пищевых продуктов с большим  содержанием жиров, таких, как орехи, майонезы, хлебобулочные изделия, масличные  семена и другие, нанося большой  ущерб.

Для повышения стойкости  продукта к прогорканию, особенно при  длительном хранении, используют холод. Для маргаринов разработаны специальные  пастеризационные установки. В майонезы, которые особенно легко разрушаются  бактериями, дрожжами гифомицетами, допускается  в ограниченном количестве добавление химических консервантов ( бензойной  кислоты и её дериватов). Благоприятные  условия создаёт герметичная  упаковка, так как разрушающие  жир микроорганизмы являются в основном аэробами.

 

35.Гнилостные  процессы. Химизм разложения белковых  веществ.

Гнилостные  процессы

В метаболизме  микроорганизмов азотсодержащие вещества подвергаются разнообразным превращениям. По внешнему сходству разные виды порчи пищевых продуктов нередко называют гниением. Однако гниение — это процесс глубокого разложения белковых веществ микроорганизмами.

Способность разрушать  в той или иной степени белковые вещества свойственна многим микроорганизмам. Некоторые разлагают непосредственно белки, другие могут воздействовать только на более или менее простые продукты распада белковой молекулы, например на пептиды, аминокислоты и др.

Разложение белков микроорганизмами связано с использованием их для синтеза веществ тела, а также в качестве энергетического материала. Одни микроорганизмы вызывают неглубокое расщепление белка, другие ведут более глубокий распад его и образуют при этом более разнообразные продукты.

Химизм  разложения белковых веществ. Гниение — сложный, многоступенчатый биохимический процесс, характер которого и конечный результат зависят от строения и состава разлагаемых белков, условий процесса и видов вызывающих его микроорганизмов.

Белковые вещества не могут непосредственно поступать в клетки микроорганизмов, поэтому использовать белки могут только те из них, которые обладают протеолитическими ферментами экзопротеазами, выделяемыми клетками в окружающую среду.

Процесс распада  белков начинается с их гидролиза. Первичными продуктами гидролиза являются пептоны и пептиды. Они расщепляются до аминокислот, которые являются конечными продуктами гидролиза.

Такие белки, как  нуклеопротеиды, под действием гнилостных микробов расщепляются на белковый комплекс и нуклеиновые кислоты.  Белки затем разлагаются аналогично тому, как описано выше, а нуклеиновые кислоты распадаются на фосфорную кислоту, углеводы и смесь азотсодержащих оснований.

Образующиеся  в процессе распада белков различные  аминокислоты используются микроорганизмами или подвергаются ими дальнейшим изменениям, например дезаминированию, в результате чего образуются аммиакⁱ и разнообразные органические соединения в соответствии с характером самих аминокислот иферментов микроорганизмов. Процесс дезаминирования может происходить различными путями.  Различают дезаминирование гидролитическое, окислительное и восстановительное.

Гидролитическое дезаминирование сопровождается образованием оксикислот и аммиака. Если при этом происходит и декарбоксилирование аминокислоты, то образуются спирт, аммиак и углекислый газ:

RCHNH₂COOH + Н₂0 ~> RCHOHCOOH + NH₃;

RCHNH₂COOH + H₂0 -+ RCH₂OH + NH₃ +CO₂.

При окислительном  дезаминировании образуются кетокислоты и аммиак:

RCHNH₂COOH +1/2 О_{2 =} RCOCOOH + NH₃.

При восстановительном  дезаминировании образуются карбоновые кислоты и аммиак:

RCHNH₂COOH + 2H =RCH₂COOH + NH₃.

Из приведенных  уравнений видно, что среди продуктов  разложения аминокислот в зависимости от строения их радикала (R) обнаруживаются различные органические кислоты и спирты. Так, при разложении аминокислот жирного ряда могут накапливаться муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная и другиекислоты, пропиловый, бутиловый, амиловый и другие спирты. При разложении аминокислот ароматического ряда промежуточными продуктами являются характерные продукты гниения: фенол, крезол, скатол, индол — вещества, обладающие очень неприятным запахом. При распаде аминокислот, содержащих серу,получается сероводород или его производные — меркаптаны (например, метилмеркаптан CH₃SH). Меркаптаны обладают запахом тухлых яиц, который ощущается даже при ничтожно малых их концентрациях.

Возбудители гниения.  

Среди множества  микроорганизмов, способных в той или иной мере разлагать белки, особое значение имеют микроорганизмы, которые вызывают глубокий распад белков — собственно гниение. Такие микроорганизмы принято называть гнилостными. Из них наибольшее значение имеют бактерии. Гнилостные бактерии могут быть спорообразующими и бесспоровыми, аэробными и анаэробными. Многие из них мезофилы, но есть холодоустойчивые и термостойкие. Большинство чувствительны к кислотности среды и повышенному содержанию в ней NaCl. Многие способны к сбраживанию углеводов.

Наиболее распространенными  и активными возбудителями гнилостных процессов являются следующие: Вас. subtilis (сенная палочка) и Вас. mesentericus(картофельная палочка) — аэробные, подвижные, спорообразующие бактерии

Клетки сенной палочки объединяются в более  или менее длинные цепочки. Споры этих бактерий отличаются высокой термоустойчивостью. Температурный оптимум развития сенной палочки 37—50° С, максимум роста — около 60° С. Температурный оптимум роста картофельной палочки 36—45°С, а максимум — около 50—55° С. При рН 4,5—5 развитие этих бактерий прекращается. Вас. mesentericus обладает более высокой амилоитической и протеолитической активностью, но менее энергично, чем Вас. subtilis, сбраживает сахара.

Сенная и картофельная палочки помимо продуктов, богатых  белками, портят пищу, содержащую углеводы (кондитерские изделия, сахарные сиропы и др.), поражают хлеб (преимущественно пшеничный), клубни картофеля. Вас. mesentericus вызывает побурение мякоти косточковых плодов (абрикосов, персиков). Оба вида широко распространены в природе и способны вырабатывать антибиотические вещества, подавляющие развитие многих болезнетворных и сапрофитных бактерий.

 

36.Возбудители  гниения. Практическое значение  процессов гниения.

Возбудителями аэробного гниения являются спорообразующие бактерии рода Bacillus: Bacillus mycoides (грушевидная бацилла); Bacillus megaterium (капустная бацилла); Bacillus mesentericus (картофельная палочка); Bacillus subtilis (сенная палочка), а также неспорообразующие палочки: Serrate marcencens (чудесная палочка); Proteus vulgaris (палочка протея); Escherichia coli (кишечная палочка) и другие микроорганизмы.

Возбудителями анаэробного гниения  являются анаэробные споровые палочки  рода Clostridium (протеолитические клостридии): Clostridium sporogenes, Clostridium subterminalis, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum.

Практическое значение гнилостных процессов

Гнилостные микроорганизмы нередко  наносят большой ущерб народному  хозяйству, вызывая порчу богатых  белками продуктов питания: мяса и мясопродуктов, яиц, молока, рыбы и  рыбопродуктов и др.

В природе (в воде, почве) гнилостные бактерии активно разлагают отмершие животные и растительные ткани, минерализуют белковые вещества и тем самым  играют важную роль в круговороте  углерода и азота.

 

37.Нитрификация.Автотрофная  и гетеротрофная нитрификация.

Нитрификация — микробиологический процесс окисления аммиака до азотистой кислоты или её самой далее до азотной кислоты, что связано либо с получением энергии (хемосинтез, автотрофная нитрификация), либо с защитой от активных форм кислорода, образующихся при разложениипероксида водорода (гетеротрофная нитрификация).

Протекает в аэробных условиях в почве а также природных водах. Часто может вызывать появление в них нитратов в токсичном количестве, а поскольку нитраты — наиболее активно мигрирующее в растворе соединение азота — происходит их вынос из почвы в расположенные ниже по склону водоемы, что влечет за собой уменьшение коэффициента использования азотных удобрений и эвтрофикацию данных водоемов.

 

 

Автотрофная нитрификация

Нитрификация проходит в  две стадии, которые осуществляются разными микроорганизмами.

Окисление аммиака до нитрит-аниона

Первая стадия — окисление аммиака до нитрит-аниона, которое осуществляют нитрозные бактерии родов Nitrosomonas, Nitrosococcus и Nitrosospira(ранее выделялись также рода Nitrosolobus, Nitrosovibrio, но сейчас их представители включены в Nitrosospira ) по следующему механизму:

1. NH₃ + O₂ + НАДН₂ → NH₂OH + H₂O + НАД⁺
2. NH₂OH + H₂O → HNO₂ + 4H⁺ + 4e⁻
3. 1/2O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂O

Предполагается, что на первом этапе субстратом является именно аммиак, а не аммоний, поэтому процесс  не идёт в кислой среде. Ферментом  для первой реакции служит аммиакмонооксигеназа, фермент с очень низкой субстратной специфичностью, окисляющая также метан, оксид углерода,циклогексан, фенол, бензиловый спирт, однако со скоростью на порядки ниже. Гидроксиламин ингибирует работу фермента. В бесклеточных экстрактах восстановителем может служить НАД(Ф)·H, однако в клетке его роль, скорее всего, выполняет один из компонентов дыхательной цепи.

Следующую реакцию осуществляет гидроксиламиноксидоредуктаза, расположенная в периплазме. Окислителем в них служит цитохром c, с него электрон передаётся на убихинон и далее в дыхательную цепь, на цитохромоксидоредуктазу и, в конечном итоге, на кислород. При этом запасается энергия в виде трансмембранного протонного потенциала.

Образование НАД(Ф)·H для  фиксации углекислого газа в цикле Кальвина происходит путём обратного переноса части электронов.

Окисление нитрит-аниона до нитрат-аниона

Вторая стадия — окисление аниона азотистой кислоты до аниона азотной, производимое нитратными бактериями (почвенный род Nitrobacter и водные Nitrospira, Nitrococcus, Nitrospina). Процесс протекает в одну реакцию:

NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻

катализируемую нитрит:нитрат-оксидоредуктазой, локализованной в ЦПМ. Далее электроны передаются на цитохромы дыхательной цепи, в которой единственным пунктом транслокации протонов является цитохромоксидаза.