Термофильные микроорганизмы

К термофильным лучистым грибкам относятся актиномицеты различных систематических групп, обладающие способностью развиваться при высоких температурах (50—60 °С), независимо от температурного минимума их роста (рис. 3).

Термофильные  актиномицеты были обнаружены во всех почвах и во все сезоны года. Особенно много их в почвах, удобренных навозом (в среднем 200 000 на 1 г в весенних и летних пробах). Зимой термофильные актиномицеты составляли 10—15% от всей термофильной микрофлоры; весной и летом 70—90%. Количество термофильных лучистых грибков не зависит от географической закономерности, а определяется экологическими факторами, в частности типом почвы и степенью ее окультуреннооти.

Большинство известных  термофильных лучистых грибков быстро гидролизуют крахмал, свертывают и  пептонизируют молоко, разжижают желатин и т. д., что свидетельствует о высокой ферментативной активности и может быть использовано в практике.

Термофильные  актиномицеты обладают большой скоростью  роста. Их жизненный цикл проходит гораздо  быстрее, чем у мезофильных штаммов.  Термофильные актиномицеты образуют воздушный и субстратный мицелии. Гифы воздушного мицелия без спор термофильных лучистых грибков, как правило, белоснежно-белого цвета. Воздушный мицелий со спорами или сохраняет белый цвет, или приобретает темно-серый оттенок. Серо-зеленые, голубые и желтые штаммы встречаются реже (рис. 4).

У некоторых  термофильных актиномицетов в процессе развития изменяется цвет колоний на агаре от белоснежно-белого до желтого, грязно-зеленоватого, коричневого, красноватого и даже черного. Многие представители термофильных лучистых грибков образуют растворимый пигмент, который проникает в среду и окрашивает ее в яркие цвета.

Для получения хорошего роста  и споруляции этих микроорганизмов  обычно используют крахмал и неочищенную мальтозу. Многие термофильные актиномицеты нуждаются в дополнительных компонентах среды, представляющих собой смеси аминокислот, витаминов, пуринов и пиримидинов.

 

Рис. 4. Термофильный актиномпцет Actinomyces diastaticus, штамм 7. Вверху — споры с шиповидной поверхностью (увел. X 10 000); внизу - форма спороносцев (увел. X 900 )

1.5.Практическое значение термофильных бактерий и актиномицетов.

Термофильные бактерии используют для получения микробной биомассы, очистки сточных вод. Ценными являются продукты обмена веществ термофилов, выделяющиеся в окружающую среду. Эти микроорганизмы продуцируют такие физиологически активные вещества, как антибиотики, витамины, ферменты.

Обычно для  получения микробной биомассы используют термотолерантные дрожжи. Их выращивают на средах, содержащих углеводы (сусловые среды), некоторые спирты или углеводороды нормального строения (н-алканы). В  последнее время для этих целей применяют и термофильные бактерии.

Выросшая микробная  биомасса вполне полноценна в пищевом  отношении: содержит 40— 60% белка, незаменимые  аминокислоты, разнообразные витамины. Высушенная биомасса (в виде муки) —  белково-витаминный концентрат (БВК) — в небольшом количестве добавляется к пищевому рациону животных.

Продукты обмена веществ термофильных бактерий нашли  широкое применение в промышленности. Так, молочнокислые бактерии Bact. delbruckii используются как активные кислото-образователи. Еще в 1923 г. В. М. Шапошникову и А. Я. Мантейфель удалось наладить производство молочной кислоты с помощью термофильных бактерий. Ряд термофильных молочнокислых бактерий применяется в молочной промышленности для получения высококачественного творога.

Из различных физиологически активных веществ, продуцируемых термофильными микроорганизмами и используемых в практике, огромное значение имеют ферменты.

Список ферментов, продуцируемых термофильными микроорганизмами и применяемых в промышленности, очень обширен.

Так, в текстильной  промышленности А. А. Имшенецким с сотрудниками была применена амилаза. Этот фермент  образовывала термофильная бактерия Вас. diastaticus. Амилаза используется и в  спиртовой промышленности для размягчения  зерновых и картофельных сред при  высоких температурах.

Протеазы применяют  для переработки сырья животного  происхождения (обезволашивания кожи, получения клея и т. д.). Выделены и изучены термофильные актиномицеты, активно образующие протеолитические и амилолитические ферменты, комплекс целлюлозе- и гемицеллюлозолитических ферментов.

Для получения  целлюлолитических ферментов пытались использовать термофильные анаэробные бактерии и актиномицеты. С помощью  целлюлолитических ферментов можно  повысить питательную ценность грубых кормов для животных, осахаривать сульфатную целлюлозу до глюкозы, получая таким образом из непищевого сырья ценный питательный продукт. Эти ферменты способны расщеплять полисахариды одревесневших, растительных материалов (шелуха злаковых культур, подсолнечная лузга) до Сахаров (глюкозы и ксилозы). Следовательно, открывается возможность замены кислотного гидролиза древесины и различных отходов ферментативным гидролизом. При этом полностью ликвидируются расход минеральных кислот и необходимость применения высоких температур и давлений при превращении целлюлозы в сахара.

Чешские ученые используют термофильные грибы и  актиномицеты, которые продуцируют  разлагающие целлюлозу ферменты, для воздействия на различные  субстраты.

Л. Г. Логиновой  выделен термофильный актиномицет Micromonospora vulgaris штамм РА-П4, образующий комплекс литических ферментов. Эти ферменты разрушают клеточные стенки различных бактерий и дрожжей (мертвых и живых). Литические ферменты могут найти применение в различных областях народного хозяйства: в повышении усвояемости и питательной ценности кормовой микробной биомассы, в борьбе с бактериальными инфекциями человека и животных и в других областях.

Термофильные  бактерии издавна применяются для  очистки сточных вод. Интерес  к метановому брожению резко возрос, когда была обнаружена способность бактерий продуцировать витамин В12. В. Н. Букин показал возможность получения этого ценного витамина при сбраживании термофильными метановыми бактериями ацетоно-бутиловой барды. Одновременно может быть собран выделяющийся при этом метан (10—20 м3 на 1 м3 сброженной жидкости).

Термофильные  микроорганизмы играют существенную роль в круговороте веществ в природе: в разрушении нефтей и озокеритов, превращениях серы и других процессах.

В ряде промышленных производств термофильные бактерии могут приносить и существенный вред: вызывают заражение сусла на пивоваренных заводах, порчу консервов (особенно анаэробные бактерии), сгущенного стерилизованного молока, сахарных сиропов. Поэтому необходимы надежные методы стерилизации.

Как для культивирования полезных форм термофильных бактерий, так и для методов борьбы с вредными для определенных процессов видами необходимо вести глубокое изучение морфологических, физиологических и биохимических особенностей этих микроорганизмов.

 

 

Глава 2. Разложение пектиновых веществ микроорганизмами.

Пектины играют важную роль в тканях молодых растений. Особенно богаты пектином ягоды и  косточковые плоды. Значение пектинов обусловлено главным образом  их способностью придавать растительным тканям необходимую прочность. Пектин входит в состав срединных пластинок, образующихся между стенками соседних растительных клеток.

Пектины представляют собой полигалактурониды – неразветвленные цепи, состоящие из остатков D-галактуроновых кислот. В нерастворимых пектинах цепи большей частью связаны между собой и образуют сеть. Микроорганизмы расщепляют пектины с помощью пектолитических ферментов – эстераз и деполимераз. Пектинэстеразы разрывают эфирные связи, в результате чего высвобождаются  метанол и полигалактуроновые кислоты, расщепляемые специальными гидролизами до олигомеров и мономеров Д-галактуроновой кислоты, которые сбраживаются по типу маслянистого брожения. Кальциевые соли полигалактуроновых кислот используются для приготовления фруктовых желе.

Пектин расщепляют многие грибы и бактерии. Патогенность различных микроорганизмов зависит от образования ими ферментов, растворяющих пектины, вызывающих распад тканей у салата, моркови, сельдерея и др.

Микроорганизмы, разлагающие пектин, играют важную роль при мочке льна и конопли. Цель этого процесса -  отделение пучков целлюлозных волокон от остальных растительных тканей. В аэробной росяной мочке льна участвуют грибы, а в анаэробной водяной – главным образом бактерии. Пектолитические ферменты, которые используются для различных целей, например для осветления фруктовых соков, получают путем в основном при культивировании грибов на средах с пектином.

 

2.1. Химизм, возбудители, значение при хранении и переработке плодовоовощного сырья.

Микробиологические  процессы происходят при участии микроорганизмов. В зависимости от класса микроорганизмов различают бактериальные и грибные процессы. Обсеменение микроорганизмами начинается с сырья, а затем микроорганизмы проникают в пищевые продукты на стадии производства из воздуха или при контакте с упаковкой, оборудованием через поверхность, механические повреждения. Поэтому достаточно часто на хранение закладываются уже обсемененные микроорганизмами продукты. При хранение загрязнение продуктов микроорганизмами продолжается. Особенно интенсивно этот процесс происходит в неупакованных товарах. Предотвращает развитие микроорганизмов упаковка товаров в герметичную тару, а также наличие в них консервантов.

При хранении большинство  микробиологических процессов вызывает порчу товаров. При этом за счет разрушения поверхностных слоев усиливается испарение воды. У живых объектов усиливается дыхание. В результате этого возрастает естественная убыль. При жизнедеятельности многих микроорганизмов, использующих питательные вещества пищевых продуктов, накапливаются вредные компоненты: микотоксины, амины и амиды. Эти вещества придают продуктам несвойственные вкус, запах и консистенцию.

Наиболее распространенные микробиологические процессы предоставлены  в табл.1.

Таблица 1.

Микробиологические  процессы, вызывающие порчу,

 при хранении  пищевых продуктов

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

            Процессы                      Микроорганизмы-                         Основные продукты

                                                     возбудители                               жизнедеятельности

                                                                                                              микроорганизмов

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

  Брожения:

      спиртовое                        Дрожжи                                          Этиловый спирт и

                                                                                                        промежуточные продукты

      молочнокислое               Молочнокислые бактерии            Молочная кислота

      уксуснокислое                Уксуснокислые бактерии             Уксусная кислота

      маслянокислое                Маслянокислые бактерии            Масляная кислота

  Гниение                               Гнилостные бактерии                   Амины и амиды - продукты

                                                                                                         распада белков

  Плесневение                        Плесневые грибы                          Микотоксины

  Ослизнение                          Слизистые бактерии                     Слизи

  Токсоинфекции:                  Патогенные

                                                 микроорганизмы:

     ботулизм                            бактерии ботулинус                     Токсины

     сальмонеллоз                     бактерии сальмонеллы                Токсины

     стафилококоз                     золотистый стафилококк             Токсины

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Брожения чаще вызывают порчу жидких продуктов, не содержащих консервантов или с низким их количеством. Например, порча натуральных вин, пива, безалкогольных напитков, молока происходит под действием молочнокислого и уксуснокислого (кроме молока) брожений. Забраживание твердых продуктов, в том числе и сухих (например, сухофруктов), происходит только при увлажнении. Спиртовое брожение может вызвать порчу варенья, соков, меда, сухофруктов, в маслянокислое – сыров, квашеных овощей , вин и т.п.

Гниение наиболее характерно для продуктов, сожержащих белки и повышенное количество воды (мясо, рыба, творог, сыр, свежие плоды и овощи).

Плесневению могут  подвергаться любые продукты питания  при наличии значительного количества воды и отсутствие консервантов (спирта, повышенных концентраций поваренной соли и т.п.).

Ослизнение наблюдается у квашеных овощей, сыров, мяса, рыбы и продуктов их переработки. Ботулинус вызывает порчу некислых консервантов, мясных, рыбных, молочных продуктов; сальмонелла – мяса, особенно птицы, и продуктов их переработки, реже творожистых изделий; стафилококк – тортов и пирожных с заварным кремом.

При возникновении  большинства микробиологических процессов  утрачивается безопасность продуктов  вследствие образования опасных  для организма человека конечных (основных) и/или промежуточных веществ. Поэтому продукты с микробиологической порчей относят к отходу или актируемым потерям.

Чтобы обеспечить или увеличить срок готовой продукции  по сравнению с исходным сырьем применяют  метод консервирования. Методы консервирования  разнообразны и имеют строго ограниченную область применения. Рассмотрим некоторые из них,  и что происходит с микроорганизмами.