Дихання мікроорганізмів. Аеробні та анаеробні мікроби

 

Контрольна робота з мікробіології

1. Дихання мікроорганізмів. Аеробні та анаеробні мікроби.

 

Мікроорганізми – це найдрібніші, переважно одноклітинні істоти, видимі тільки в мікроскоп, характеризуються величезною різноманітністю видів, здатних існувати в будь-яких умовах.

Мікроорганізми виконують  корисну роль в круговороті речовин  в природі, використовуються в харчовій (при виробництві пива, вин ліків  і т.д.) і мікробіологічній промисловості. Проте, деякі види мікроорганізмів  є хвороботворними, або патогенними. Вони викликають хвороби рослин, тварин і людини.

Мікроорганізми дуже маленькі об’єкти. Більшість бактерій мають величину 0.5-1 мкм., дріжджові гриби - 5-10 мкм. Мікроорганізми вивчає наука мікробіологія, їх систематику, морфологію, генетику, роль в круговороті речовин в природі, патогенна дія, що приводить до хвороб людини, тваринних рослин [1, с.98].

Дихання мікроорганізмів  уявляє собою біологічне окислення  різних органічних сполук та деяких мінеральних  речовин. Сьогодні окислення визначають як процес відокремлення водню (дегідрування), а поновлення – його приєднування (реакції, пов’язані з переносом протонів і електронів або тільки електронів).

Мікроорганізми по різному  реагують на наявність кисню. Одні з  них можуть існувати тільки при обов’язковій його наявності, тоді як для інших  – кисень шкідливий. Деякі групи  мікроорганізмів можуть змінювати  свій тип дихання залежно від  умов зовнішнього середовища. [2, с.14].

Дихання мікроорганізмів  – це дуже складний процес, що є довгим ланцюгом послідовних окислювально-відновних  реакцій за участю багатьох ферментів, які каталізують реакції перенесення електронів від системи з найбільшим негативним потенціалом до системи з найбільшим позитивним потенціалом.

Для здійснення обміну речовин  в клітинах необхідний кисень, який вони одержують з різних джерел. Кисень входить до складу води і  органічних сполук клітки. Таким чином, він міститься у всіх клітках, а будучи також компонентом води, завжди поступає ззовні у великих  кількостях.

Обмін речовин в мікробній  клітині постійно зв’язаний з  енергетичним обміном. Як енергію мікроорганізми можуть використовувати кисень, що одержуються в результаті розщеплювання  органічних сполук субстрату. Енергетичний метаболізм відбувається унаслідок  дихання і бродіння.

Мікроорганізми розрізняють  за потребами в умовах аерації. Тому їх класифікують за типами дихання: на аеробів та анаеробів.

Дихання – це всі окислювально-відновні процеси, що протікають в клітині  з виділенням енергії. При цьому  в якості донаторів електронів можуть служити як органічні, так і неорганічні сполуки, а акцепторів електронів – тільки неорганічні з’єднання. Якщо кінцевим акцептором електронів є молекулярний кисень, то такий тип дихання називають аеробним. Якщо кінцевий акцептор водню утворюється за рахунок самого субстрату, то таке дихання називають анаеробним, або бродінням.

До анаеробних процесів відносяться  спиртне, молочнокисле, маслянокисле і  інші види бродіння, в результаті яких утворюються специфічні кінцеві  продукти (етиловий спирт, молочна, масляна  кислоти і ін.). Бродіння – це енергетичні процеси, при яких органічні сполуки є одночасно як донаторами, так і акцепторами електронів. [3, с.86].

Аеробне дихання мікроорганізмів  – це процес, при якому останнім акцептором водню (протонів та електронів) є молекулярний кисень. В результаті окислення головним чином складних органічних сполук з’являється енергія, яка виділяється в навколишнє середовище або накопичується в  макроенергетичних фосфатних зв’язках АТФ. Розподіляють повне та неповне окислення. [2, с.14].

Аеробні клітини окислюють  субстрати з виділенням енергії  за реакцією:

 

С6 Н12 О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2 О +Q.

 

Енергія, яка вивільнюється  застосовується бактеріями на біосинтез, механічну роботу і виділення  енергії у вигляді світла і  тепла. Теплова енергія, яка вивільнюється  при диханні викликає явище термогінез, він має місце при самозігріванні або самозапалюванні зерна. Мікроби, які перетворюють хімічну енергію в світло називають фотогенними, а процес фотогенез. Анаероби не можуть застосовувати атмосферний кисень для отримання енергії вони використовують анаеробні дегідрогенази. Цей принцип відкрив Пастер і дав назву бродіння: спиртове, маслянокисле. Розрізняють підтипи облігатні та факультативні анаероби. [4, с.45].

Не всі аероби доводять реакції окислення до кінця. При  надлишку вуглеводів в середовищі з’являються  продукти неповного окислення, в  котрих заключна енергія. Кінцевими  продуктами неповного аеробного  окислення глюкози можуть бути органічні  кислоти: лимонна, яблучна, янтарна  та інші.

Які  утворюються  пліснявими грибами. Наприклад: аеробне дихання (окислення етилового спирту):

В деяких бактерій в процесі дихання проходить окислення неорганічних речовин. Прикладом окислення неорганічних сполук служать процеси нитрифікації, що супроводжуються окисленням аміаку до азотістої, а потім до азотної кислоти. [2, с.15-16].

 

 

 

 

 

2. Використання факторів зовнішнього середовища для регулювання життєдіяльності мікроорганізмів при консервуванні продовольчих продуктів заснованих на принципах біозу, абіозу, анабіозу, ценоабіозу.

 

Життя мікроорганізмів знаходиться  в тісній залежності від умов навколишнього  середовища. Загалом всі фактори можна поділити на три групи: хімічні, фізичні (температура, висушування, промениста енергія, ультразвук, тиск) і біологічні.

В малих концентраціях  хімічна речовина може бути харчуванням  для бактерій, а у великих —  знищувати. Наприклад, сіль NaCl у малих кількостях додають у живильні середовища. Так само існують галофільні мікроорганізми, що віддають перевагу солоному середовищу. У великих концентраціях NaCl затримує розмноження мікроорганізмів. Для приклада можна привести консервування в побуті: при недостатній кількості солі балони з овочами можуть «вибухати».

Температура: життєдіяльність  кожного мікроорганізму обмежена визначеними  температурними границями. Цю температурну залежність звичайно виражають трьома крапками: мінімальна (min) температура — нижче якої розмноження припиняється, оптимальна (opt) температура — найкраща температура для росту і розвитку мікроорганізмів і максимальна (max) температура — температура, при якій ріст чи кліток сповільнюється, чи припиняється зовсім. Вперше в історії науки Пастером були розроблені методи знищення мікроорганізмів при впливі на них високих температур.

Ультразвук викликає поразка  клітки. Під дією ультразвуку усередині  клітки виникає дуже високий тиск. Це приводить до розриву клітинної  стінки і загибелі клітки. Ультразвук використовують для стерилізації продуктів: молока, фруктових соків.

Високий тиск. До атмосферного тиску бактерії, а особливо суперечки, дуже стійкі. У природі зустрічаються  бактерії, що живуть у морях і  океанах на глибині 1000— 10 000 м під  тиском від 100 до 900 атм. Сполучення дій: підвищених температур і підвищеного тиску використовується в парових стерилізаторах для стерилізації пором під тиском.

Для знищення мікроорганізмів  у навколишнім середовищі застосовуються стерилізація і дезінфекція. До найбільш розповсюджених способів фізичної стерилізації відносяться автоклавування і сухожарова стерилізація.

До фізичних способів стерилізації відносяться також Уф-лучи і рентгенівське випромінювання. Таку стерилізацію проводять у тих випадках, коли предмети, що стерилізуються, не витримують високої температури. При хімічній стерилізації можливе використання двох токсичних газів: окису етилену і формальдегіду.

Способи зберігання продуктів (від латинського conservase – консервування), систематизуються за чотирма принципами: біоз, анабіоз, ценоанабіоз, абіоз.

1.Біоз – зберігання і транспортування живих організмів.

- зберігання у свіжому  вигляді плодів та овочів.

Біоз ділиться на Еубіоз і Гемібіоз.

Еубіоз – збереження цілих живих організмів до часу їхнього використання. Живими зберігають до часу забою домашню птицю, худобу, рибу, устриць, раків та ін.

Гемібіоз – принцип часткового біозу. Наприклад зберігання у свіжому стані плодів , овочів при зниженій температурі.

2. Абіоз – нагрівання до високих температур (термостерилізація)

- фотостерилізація – застосування різних променів (ультрафіолетові, інфрачервоні);

- хімічна стерилізація  – введення антисептиків;

- механічна стерилізація  – фільтрація;

Принцип абіозу – передбачає відсутність живих організмів у продукті.

Цей принцип полягає в  перетворенні продукту в неживу стерильну  органічну масу, або в продукті (чи на його поверхні) знищується певна  група організмів (мікробів, комах).

Цей принцип має ряд  модифікацій:

1. термостерилізація (термоанабіоз) – припинення життєвого стану в продуктах під дією високих температур;
2. хімстерилізація (хімабіоз) – консервування продуктів обробкою їх хімічними засобами. Найчастіше речовинами , які вбивають мікроорганізми (антисептиками) і комах (інсектицидами);
3. механічна стерилізація – видалення мікроорганізмів з продукту фільтруванням або центрифугуванням;
4. променева стерилізація – спосіб абіозу, спрямований на знищення мікроорганізмів або комах ультразвуковими, інфрачервоними, рентгенівськими і гамма променями.

3. Анабіоз (приховане життя) – зберігання в охолодженому або             замороженому стані;

-  зберігання в результаті часткового або повного зневоднювання продукту.

Принцип анабіозу – доведення  продукту до стану при якому сповільнюються або зовсім не проявляються біологічні процеси але живі організми не знищені. Анабіоз створений в результаті зниження температури при збереженні продуктів називається термоанабіоз.

Розрізняють два види термоанабіозу:

-         психроанабіоз;

-         кріоанабіоз;

При психроанабіозі продукти зберігають при температурі близькій до «0», але так щоб не замерзли, а при кріоанабіозі  продукти зберігають у замороженому стані.

Анабіоз викликаний зміною осмотичного тиску в продукті називається осмоанабіоз. Певною кислотністю середовища – ацидоанабіоз;

Застосуванням специфічних  анестезуючих засобів – наркоанабіоз ( з СО₂ і О_{2 ,} парами ефіру, хлороформу);

4.Ценоанабіоз(ацидоанабіоз) – підвищення кислотності в продукті в результаті розвитку мікроорганізмів.

В його основу покладено  антагонізм між мікроорганізмами. Створюючи  при зберіганні продуктів сприятливих  умов для розвитку певної групи корисних мікробів вдається запобігти розмноженню  мікробів які псують продукти. [5, с.70-72].

 

 

3. Мікробіологія молока і кисломолочних продуктів (згущеного і сухого молока, кисломолочних продуктів, сирів). Інфіциювання молока патогенними мікроорганізмами. Заходи попередженню псування.

 

Мікробіологія – наука про живі організми, невидимих ​​неозброєним оком ( мікроорганізмах): бактерії, архебактерії, мікроскопічні гриби і водорості, часто цей список продовжують найпростішими і вірусами.

Основна маса мікроорганізмів  потрапляє в молоко у процесі  його отримання. Первинне обсіменіння  молока мікроорганізмами відбувається за рахунок мікрофлори молочної залози (вим’я), шкіряного покриву тварини, підстилочного матеріалу, кормів, води, повітря, доїльного обладнання та посуду, рук та одягу обслуговуючого персоналу. Це і є основні джерела первинного мікробного обсіменіння молока.

В 1 мл асептичного молока міститься невелика кількість бактерій: від декількох сотень до 1 – 2 тис. Це в основному мікроорганізми, що адаптувалися до існування в умовах бактерицидної дії молока та тканин молочної залози і знаходячись в молочних протоках та цистернах, не тільки не гинуть, а й навіть і розмножуються. Такими мікроорганізмами-кометсалами  є мікрококи, інколи маститні стрептококи та ентерококи.

Основним джерелом забруднення  шкіри мікроорганізмами є фекалії  тварини, в 1 г яких містяться десятки  мільярдів мікроорганізмів: молочнокислі бактерії, бактерії групи кишкової палички, маслянокислі бактерії, гнилісні бактерії та ентерококи.

Іншим, не менш важливим джерелом забруднення шкіри тварини, а  згодом і молока, може бути підстилочний матеріал. Особливо небезпечними є зіпсоване сіно і солома, в яких у великих кількостях находяться спорогенні гнилоосні і маслянокислі бактерії, дріжджі та пліснява.

Кількість мікроорганізмів, що встигає потрапити в молоко з повітря при відкритому його зберіганні порівняно не велика і  вони не є небезпечним джерелом  бактеріального забруднення молока.