Лекция № 9. Экология микроорганизмов. Микрофлора почвы, воды, воздуха.

Источников возможного инфицирования пищевых продуктов микроорганизмами немало. Основной из них — внешняя среда: почва, воздух, вода. Опасность представляют все объекты, контактирующие с продуктами: оборудование, тара, упаковочные материалы, руки и спецодежда рабочих и др.

Микрофлора окружающей среды в большой мере зависит от антропогенных факторов.

Антропогенные факторы и природная окружающая среда. Антропогенные факторы - это изменения, происходящие в природе, т. е. окружающей среде в результате хозяйственной деятельности человека.

Под загрязнением окружающей среды понимается поступление в нее любых твердых, газообразных или жидких веществ, микроорганизмов или тепловой, электромагнитной, радиационной, звуковой энергий. Виды загрязнений многообразны. Основные из них: выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; попадание в водную среду всевозможных производственных и коммунально-бытовых отходов; нефтепродуктов, минеральных солей; засорение ландшафтов мусором и твердыми отходами; широкое применение пестицидов; повышение уровня ионизирующих излучений; накопление тепла в атмосфере и гидросфере.

Интенсификация промышленного и сельскохозяйственного производства шла до недавнего времени по экстенсивному пути без учета экологических последствий.

Химическое загрязнение — основной фактор неблагоприятного антропогенного воздействия на окружающую среду и ее обитателей, в том числе на микроорганизмы. В окружающую среду выбрасывается большое количество различных химических веществ, в том числе и неприродных соединений.

Ежегодно производятся десятки миллионов тонн неизвестных синтетических материалов, в почвы сельскохозяйственных угодий вносится огромное количество минеральных удобрений и пестицидов (химические вещества для защиты растений от вредителей, болезней и сорняков).

Одни из этих соединений не разлагаются естественным путем или же разлагаются частично, другие очень медленно (радиоактивный изотоп стронция имеет период распада около 200 лет). Неразложившиеся остатки радиоактивных и органических соединений накапливаются в различных объектах внешней среды. Возникает опасность их попадания в пищевые продукты, а с ними в организм человека (Ю. И. Скурлатов и др.).

Сейчас в атмосферу ежегодно выбрасываются сотни миллионов тонн оксидов азота и серы, углекислоты, твердых и жидких взвешенных частиц (аэрозолей), миллионы тонн газообразных органических веществ. Загрязнение атмосферы приобретает глобальный характер, что приведет к возможному изменению климата, увеличению потока жесткой УФ-радиации на поверхности Земли, увеличению числа заболеваний среди людей.

Антропогенное загрязнение почв связано с твердыми и жидкими отходами промышленности, строительства, городского хозяйства и сельскохозяйственного производства.

Человечество активно использует около 55% суши и 50% ежегодного прироста леса. В результате строительства и горных разработок ежегодно перемещается более 4 тыс. км³ породы, сжигается 7 млрд. т топлива.

Из всех сред обитания (атмосфера, почва, вода) наибольшим воздействиям со стороны человека подвержена вода. Загрязнения, выбрасываемые в атмосферу или вносимые в почву в трансформированном или неизменном виде, поступают в водоемы.

За счет выпадения осадков и в период весеннего половодья вместе с поверхностным стоком в воду попадают загрязняющие вещества. Загрязнение природных вод связано также с использованием водных ресурсов в промышленности и сельском хозяйстве, в энергетике, на хозяйственно-бытовые нужды, в связи с развитием водного транспорта, мелиоративных преобразований и т. д. После использования вода возвращается в природные водные объекты, неся в себе следы воздействия в виде изменения химического состава, температуры, биологического загрязнения (множество микроорганизмов, в том числе и патогенных).

Для ирригации, промышленного производства, бытового снабжения отбирается более 13% речного стока и сбрасывается в водоемы ежегодно сотни миллиардов кубических метров промышленных и коммунальных стоков. Их нейтрализация требует 5—10-кратного, а в отдельных случаях и более разбавления природной чистой водой.

Способы и пути борьбы с антропогенным загрязнением окружающей среды разнообразны. Среди них строительство очистных сооружений, установка пылегазоулавливающих фильтров, создание безотходных и малоотходных технологий, утилизация отходов, использование их в качестве вторичного сырья для получения полезной продукции, применение замкнутых циклов водоиспользования, применение биологических методов борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных и лесных растений, оптимизация режима использования техники, улучшение конструкций двигателей внутреннего сгорания, поиски новых видов топлива и источников энергии.

Роль микроорганизмов в охране окружающей среды от загрязнения. Микроорганизмы могут осуществлять разрушение и обезвреживание целого ряда загрязнений воды и почвы.

Примером значимости микроорганизмов могут служить биологические методы очистки сточных вод. Перед спуском в открытые водоемы сточные воды должны подвергаться очистке. Степень очистки зависит от количества и химического состава вод, а также характера водоема, в который они могут быть спущены.

Биологические методы очистки делятся на аэробные и анаэробные. Эти методы очистки основаны на использовании биохимической деятельности аэробных и анаэробных микроорганизмов — их способности перерабатывать органические и минеральные вещества в процессах конструктивного и энергетического обменов клетки.

Аэробная биологическая очистка проводится в естественных и искусственных условиях.

В естественных условиях очистка сточных вод осуществляется путем их фильтрации через слои почвы на специальных земельных участках, называемых полями фильтрации и полями орошения, а также в биологических (очистных) прудах.

Почвенные микроорганизмы окисляют органические вещества просачивающейся воды, превращая их в неорганические соединения, т. е., минерализуя их, очищают воду. Помимо органических соединений в почве задерживается до 99% находившихся в сточной воде бактерий. Прошедшая через почву очищенная сточная вода поступает в сборные дренажные трубы, по которым отводится в открытый водоем.

Поля орошения отличаются от полей фильтрации тем, что одни и те же земельные участки используются одновременно для очистки сточных вод и для выращивания сельскохозяйственных культур (трав, овощей, плодовых деревьев и др.). На полях орошения очищается значительно меньше сточной воды, чем на полях фильтрации, но зато используются растениями ценные вещества, получающиеся при минерализации органических веществ сточной жидкости.

Биологические пруды — это искусственные последовательно соединенные водоемы, в которые отводится сточная разбавленная вода. Очистка воды в них сходна с процессами естественного самоочищения водоемов.

В месте спуска сточных вод, которые содержат загрязнения, развивается множество сапрофитных микроорганизмов (до нескольких миллионов в 1 см³ воды) и в воде активно протекают вызываемые ими процессы гниения и брожения. По мере минерализации органических веществ уменьшается и количество сапрофитных бактерий, число их составляет 10⁵—10⁴ в 1 см³ воды. В загрязненной зоне водоема начинают развиваться и другие водные организмы (простейшие, коловратки, водоросли и др.).

Сапрофитные бактерии отмирают в результате недостатка пищи, под воздействием выделяемых некоторыми водорослями антибиотических веществ. Коловратки и простейшие поедают бактерии, лизируются они и бактериофагом. Число сапрофитных бактерий снижается до 10²—10¹ клеток в 1 см³ воды.

Кроме естественной используется очистка сточных вод в искусственных условиях на специальных очистных сооружениях -- биологических фильтрах и в аэротенках. Биологической очистке предшествует механическая.

Биологические фильтры (биофильтры) представляют собой резервуары, заполненные крупнозернистым материалом (шлаком, щебнем или пластмассовыми пористыми блоками). Через толщу этого загрузочного материала фильтруют сточную воду. Подача воздуха (аэрация) в биофильтры может быть естественной и искусственной (принудительной), когда воздух продувается через толщу загрузки вентиляторами. Такие биофильтры называют аэрофильтрами. На поверхности загрузочного материала обильно развиваются разнообразные организмы (микроорганизмы, простейшие и др.), образуя более или менее мощную пленку, называемую биологической.

Процесс очистки сточной воды под влиянием микроорганизмов биологической пленки состоит из двух фаз. Сначала окисляются углеродсодержащие органические вещества, и идет аммонификация азотсодержащих органических веществ. После окисления главной массы органических веществ окислению подвергаются образовавшиеся аммиачные соли, которые переходят в соли азотистой и азотной кислот (процесс нитрификации). Первая фаза протекает главным образом в самых поверхностных слоях загрузочного материала, вторая — в более глубоких его слоях.

Аэротенки представляют собой бассейны, в которые вместе с отстоенной сточной водой вводят определенное количество так называемого активного ила (в виде хлопьев), основная масса которого состоит из различных микроорганизмов. Смесь сточной воды с илом, протекая через аэротенк, подвергается активной аэрации. Поступающий в аэротенк воздух -- источник кислорода — поддерживает ил во взвешенном состоянии и осуществляет энергичное перемешивание жидкости, что способствует постоянному и быстрому контакту организмов активного ила с питательными веществами сточной воды и кислородом.

В аэротенках происходит такой же процесс, как и в биофильтрах, — последовательное биохимическое окисление органических веществ сточной жидкости. Однако в аэротенках процесс протекает значительно интенсивнее, чем в биофильтрах, из-за лучшей аэрации сточной жидкости. Качественный состав микронаселения биопленки и активного ила может служить индикатором работы очистного сооружения.

После прохождения через биофильтр и аэротенк вода поступает в отстойники для освобождения от биопленки и активного ила, а затем сбрасывается в водоем. Иногда вода перед выпуском дезинфицируется хлором или хлорной известью.

Анаэробная биологическая очистка. В процессе очистки сточных вод накапливается большое количество осадков, содержащих много органических веществ, микроорганизмов, в том числе и патогенных. Обработка и обезвреживание осадков проводится в метантенках, септиктенках и двухъярусных отстойниках.

Независимо от типа очистного сооружения в них происходят разнообразные микробиологические процессы. Сложные органические соединения осадка (белки, жиры, клетчатка и др.) в результате брожения и гниения превращаются в жирные кислоты, спирты и газообразные продукты (углекислый газ, аммиак, метан, водород). Среди газообразных продуктов 60—65% составляет метан, который может быть использован как горючий газ. Сброженный осадок обезвоживают, сушат и вывозят на сельскохозяйственные поля в качестве удобрения, а в брикетированном виде он может быть использован и как топливо.

Аналогичные процессы, осуществляемые микроорганизмами, протекают и при естественном самоочищении от загрязнений природных водоемов и почвы.

Одним из путей предотвращения загрязнения окружающей среды является утилизация отходов промышленности на основе биотехнологии, с помощью штаммов промышленных микроорганизмов. Например, в настоящее время известны способы получения с использованием микроорганизмов различных продуктов из молочной сыворотки (отхода пищевой промышленности), превосходящих по своей пищевой и биологической ценности затраченное сырье. Получены заменители растительных масел из плодово-ягодных выжимок с помощью дрожжей - липидообразователей.

С появлением в нашей стране гидролизного производства отходы после брожения и отделения спирта стали использовать для выращивания кормовых дрожжей.

Разработаны и внедряются процессы культивирования дрожжей и бактерий, потребляющих в качестве субстрата метанол, этанол, метан, отходы органического синтеза или селективно извлекающих н - алканы непосредственно из дизельной фракции прямой перегонки нефти. Исследования в этой области продолжаются.

Микрофлора почвы. Почва является естественной средой обитания микроорганизмов. Они находят в почве все условия, необходимые для развития: пищу, влагу и защиту от губительного влияния солнечных лучей и высушивания.

Микрофлора почвы по количественному и видовому составу значительно колеблется в зависимости от региональных и климатических условий, химического состава и физических свойств почвы, реакции (рН), температуры, влажности, степени аэрации. Существенно влияют также время года, агротехнические мероприятия, характер растительного покрова и многие другие факторы.

Микроорганизмы распространены по горизонтам почвы неодинаково. Меньше всего микроорганизмов содержится обычно в самом поверхностном слое почвы толщиной несколько миллиметров, где они подвергаются неблагоприятному воздействию солнечного света и высушиванию. Особенно обильно населен следующий слой почвы толщиной до 5—10 см. По мере углубления число микроорганизмов уменьшается. На глубине 25—30 см количество их в 10—20 раз меньше, чем в поверхностном слое толщиной 1—2 см (А. С. Разумов). Изменяется с глубиной и видовой состав микрофлоры. В верхних слоях почвы, содержащих много органических веществ и подвергающихся хорошей аэрации, преобладают аэробные сапрофитные организмы, способные разлагать сложные органические соединения. Чем глубже почвенные горизонты, тем беднее они органическими веществами, доступ воздуха в них затруднен, поэтому здесь численность анаэробных бактерий увеличивается.

Микрофлора почвы представлена разнообразными видами бактерий, актиномицетов, грибов, водорослей и простейших животных.

К постоянным обитателям почвы относятся различные гнилостные, преимущественно спорообразующие, аэробные и анаэробные бактерии; бактерии, разлагающие клетчатку; нитрифицирующие, денитрифицирующие, азотфикси-рующие, серо- и железобактерии.

Деятельность почвенных микроорганизмов играет большую роль в формировании плодородия почвы. Последовательно сменяя друг друга, микроорганизмы осуществляют процессы, определяющие круговорот веществ в природе. Органические вещества, попадающие в почву в виде остатков растений, трупов животных и с другими загрязнениями, постепенно минерализуются, и происходит самоочищение почвы. Соединения углерода, азота, фосфора и других элементов из недоступных для растений форм преобразуются микробами в усваиваемые ими вещества.

Наряду с обычными обитателями, в почве встречаются и болезнетворные микроорганизмы, преимущественно спорообразующие бактерии: например, возбудители столбняка, газовой гангрены, пищевого отравления (ботулизма) и др., поэтому загрязнение пищевых продуктов почвой представляет опасность для здоровья человека.

Патогенные бесспоровые бактерии (например, брюшно-тифозные, дизентерийные), попадая в почву, сохраняются в ней неделями и месяцами, споры бактерий и некоторые аспорогенные виды — годами.

Санитарно-микробиологические исследования почвы проводят с целью выявления бактерий группы кишечных палочек, общего числа сапрофитных бактерий, бактерий рода Ргоtеus, анаэробов (С1.регfringens) и термофильных микроорганизмов, определяющих характер загрязнения ее.

Микрофлора воды. Природные воды являются, как и почва, естественной средой обитания многих микроорганизмов, где они способны жить, размножаться, участвовать в процессах круговорота углерода, азота, серы, железа и других элементов. Численный и видовой состав микрофлоры природных вод разнообразен.

Состав микрофлоры подземных вод (артезианской, ключевой, грунтовой) зависит главным образом от глубины залегания водоносного слоя, его защищенности от попадания загрязнений извне. Артезианские воды, находящиеся на больших глубинах, содержат очень мало микроорганизмов. Подземные воды, добываемые через обычные колодцы из некоторых водоносных слоев, куда могут просачиваться поверхностные загрязнения, содержат обычно значительные количества бактерий, среди которых могут быть и болезнетворные. Чем ближе к поверхности расположены грунтовые воды, тем обильнее их микрофлора.

Поверхностные воды — воды открытых водоемов (рек, озер, водохранилищ и др.) — характеризуются большим разнообразием видов микрофлоры в зависимости от химического состава воды, характера использования водоема, заселенности прибрежных районов, времени года, метеорологических и других условий. Помимо постоянных обителей, в открытые водоемы попадает много микроорганизмов извне. Например, в реке, протекающей в районе крупных населенных пунктов или промышленных предприятий, вода может содержать сотни тысяч и миллионы бактерий в 1 см³, а выше этих пунктов — всего лишь сотни или тысячи бактерий в таком же объеме.

В воде прибрежной зоны водоемов, особенно стоячих, микроорганизмов больше, чем вдали от берега. Больше микроорганизмов содержится также в поверхностных слоях воды, но особенно много их в иле, главным образом в его верхнем слое, где образуется как бы пленка из бактерий, играющая большую роль в процессах превращения веществ в водоеме. Значительно возрастает число бактерий в открытых водоемах во время весеннего половодья или после обильных дождей, а также при сбрасывании хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. С различными органическими и минеральными загрязнениями сточных вод в водоемы попадают как сапрофитные, так и патогенные микроорганизмы.

Хотя вода и не является благоприятной средой для размножения болезнетворных микроорганизмов, многие из них в ней длительно сохраняют жизнеспособность и вирулентность. Например, бруцелла — 72 дня, туберкулезная палочка— 5 мес., некоторые патогенные вирусы — более 100 дней.

Для хозяйственно-питьевых целей в качестве источников водоснабжения используют, кроме открытых водоемов, и подземные (артезианские, родниковые) воды.

Питьевая вода по составу и свойствам должна быть безопасной в эпидемиологическом отношении, безвредной по химическому составу и иметь хорошие органолептические показатели.

Наиболее удовлетворяют этим требованиям артезианские воды, многие из них не нуждаются в очистке. Воду из открытых водоемов подвергают на водопроводных станциях обработке с целью улучшения ее физических и химических свойств и обеззараживания — освобождения от микроорганизмов, главным образом болезнетворных.

Обеззараживают (дезинфицируют) воду обычно методом хлорирования. В практику водоснабжения внедряются новые методы дезинфекции воды — озонирование и облучение бактерицидными ультрафиолетовыми лучами и др. Ультрафиолетовое облучение может быть применено только для обработки воды с незначительной цветностью и мутностью. Озонирование, кроме бактерицидного действия, улучшает органолептические свойства воды.

Санитарно-микробиологическое исследование воды, поступающей в систему централизованного водоснабжения, осуществляется в районных и городских центрах санитарно-эпидемиологического надзора. В воде определяют содержание мезофильных аэробов и факультативных анаэробов (МАФАМ), бактерий группы кишечных палочек, фекальных кишечных палочек, энтерококков, сальмонелл, бактерий рода Рroteus, Сlostridium perfringens, энтеровирусов.

Оценку качества питьевой воды проводят по комплексу химических, органолептических и бактериологических показателей. В соответствии с ГОСТ 2874-82 общее число бактерий (МАФАМ) не должно превышать 100 клеток в 1 см^{] куб}, количество кишечных палочек должно быть не более 3 в 1 л, а коли-титр — не менее 300 см³.

Вода колодцев и открытых водоемов признается доброкачественной при коли-титре не менее 100 см³, общее число бактерий должно быть не выше 1000 в 1 см³.

В отдельных случаях при санитарной оценке воды в качестве санитарно-показательного микроорганизма, наряду с бактериями группы кишечных палочек, используют энтерококк.

В Международном Европейском стандарте на питьевую воду энтерококк введен как дополнительный показатель фекального загрязнения воды.

Санитарно-гигиенические нормы для воды, используемой в торговле, в пищевой промышленности и на предприятиях общественного питания, такие же, как и нормы для питьевой воды централизованного водоснабжения.

Микрофлора воздуха. В атмосферный воздух микроорганизмы попадают из почвы, с растений, тела человека и животных. Попадают они и с пылью, поднимающейся с различных объектов.

Воздух не является благоприятной средой для развития многих видов микроорганизмов из-за отсутствия в нем капельно-жидкой влаги. В воздухе микроорганизмы сохраняют жизнеспособность лишь определенное время, а некоторые из них довольно быстро погибают под влиянием солнечной радиации и частичного обезвоживания клетки.

Численный и видовой состав микрофлоры воздуха существенно изменяется в зависимости от географических и климатических особенностей региона, времени года, метеорологических условий, санитарного состояния местности и ряда других факторов.

Единичные клетки микроорганизмов в 1 м куб обнаружены над морями, океанами, льдами Арктики, высоко в горах, в тайге. В воздухе населенных пунктов (особенно крупных промышленных городов) содержится значительно больше микроорганизмов. Особенно много их в местах скопления отходов, свалок. По мере удаления от населенных мест количество микроорганизмов в воздухе снижается.

Большую роль в снижении численности микробов в воздухе играют зеленые насаждения. Листья деревьев и кустарников обладают значительной пылезадерживающей способностью. Кроме того, фитонциды растений оказывают на микроорганизмы губительное воздействие.

В воздухе находятся обычно микрококки, сарцины, различные спороносные и бесспоровые бактерии, дрожжи, споры грибов. Встречаются патогенные микроорганизмы: вирусы, туберкулезная палочка, пневмококки, возбудители стрептококковых и стафилококковых инфекций.

Основными источниками инфицирования воздуха патогенными микроорганизмами являются больные люди и животные, различные отходы и отбросы.

Численный и видовой состав микрофлоры воздуха жилых и производственных помещений изменяется в широких пределах в зависимости от скопления людей, санитарно-гигиенического состояния помещений, периодичности их уборки и вентилирования, а также вида перерабатываемой продукции и характера технологических операций. Так, в 1 м³ воздуха холодильных камер (при 1—0"С), где хранились корнеплоды, число спор мицелиальных грибов достигало нескольких десятков тысяч, дрожжей и бактерий — несколько тысяч, а в 1 м³ воздуха холодильной камеры с яблоками были обнаружены лишь единичные споры мицелиальных грибов, несколько десятков дрожжей и сотен бактерий (А. А. Кудряшова). При сортировке и расфасовке овощей число микробов в воздухе помещения увеличивается в сотни тысяч раз, а в местах складирования отходов их еще больше.

Существенное влияние на численный и видовой состав микрофлоры воздуха камер хранения оказывает их санитарное состояние (степень обсеменения микробами стен, потолка, пола). При наличии на стенах и потолке визуально обнаруженного роста микроорганизмов количество их в 1 м³воздуха помещения составляет сотни тысяч и даже миллионы клеток. Воздух таких помещений является источником инфицирования микроорганизмами хранящихся в них пищевых продуктов.

Развиваются на стенах и потолке чаще грибы родов аспергиллус, пенициллиум, мукор, ботритис. Микрофлора воздуха, стен, потолка камер хранения изменяется в зависимости от температуры, вида продукции и длительности ее хранения. Чем ниже температура, тем меньше микроорганизмов; с увеличением срока хранения число их возрастает, при этом изменяется и видовой состав микрофлоры — он становится менее разнообразным.

Для предотвращения развития микробов в камерах хранения необходимо регулярно проводить побелку и окраску стен и потолков, а также систематически мыть и дезинфицировать пол. В побелку целесообразно добавлять дезинфицирующие средства. Обрабатывать производственные помещения следует до закладки продукции на хранение, а также непосредственно после освобождения складов от длительно хранившейся продукции.

При санитарно-гигиенической оценке помещений определяют в воздухе общую бактериальную обсемененность (в 1 м куб), содержание санитарно-показательных микроорганизмов, наличие патогенных форм, дрожжей и мицелиальных грибов. Санитарно-показательными микроорганизмами служат гемолитические (растворяющие эритроциты крови) стрептококки.

Воздух закрытых помещений считается чистым, если количество микроорганизмов в 1 м куб его не превышает 2000 клеток, содержание гемолитических стрептококков не более десяти.

На предприятиях пищевой промышленности основное внимание должно быть уделено выявлению санитарно-показательных микроорганизмов, возбудителей пищевых заболеваний, а также микроорганизмов, вызывающих порчу пищевых продуктов. Считается, что в воздухе пищевых производственных цехов должно содержаться не более 100— 500 бактерий в 1 м куб в зависимости от характера производства.

Воздух помещений цехов, например, на предприятиях молочной промышленности оценивается на "хорошо", если в посевах (5 мин оседания микрофлоры воздуха) на поверхности питательной среды в чашке Петри вырастает: колоний бактерий - 20—50, дрожжей и мицелиальных грибов — до 5; "удовлетворительно" — соответственно 50—70 и до 5 (Н. С. Королева, В. Ф. Семенихина).

Воздух холодильных камер исследуют на загрязненность спорами мицелиальных грибов. Для обеззараживания воздух пищевых производственных помещений, холодильных камер, технологических цехов пропускают через специальные фильтры, задерживающие микроорганизмы. Применяют также дезинфицирование воздуха химическими веществами, безвредными для человека, продукции и оборудования. Используют озонирование воздуха, ультрафиолетовое облучение и др.

Первая попытка применения озона для дезинфицирования воздуха холодильных камер была сделана еще в 1909 г, (в г. Кельне) с целью увеличения сроков хранения пищевых продуктов. В СССР в 1938 г. в Ленинграде М. В. Тухнайдом проводилось озонирование холодильных камер с плодами, яйцом, мясом при концентрациях озона 3—6 мг/м³.

Эффективность озонирования существенно зависит от концентрации озона, продолжительности обработки, численности и видового состава микрофлоры объекта.

В результате озонирования камеры хранения в течение 3,5— 4 ч при концентрации озона 10 мг/м³ количество микроорганизмов резко снижается не только в воздухе, но и на полу и стенах. Количество мицелиальных грибов на поверхности стен уменьшается на 97—98%, бактерий — на 87— 88%, а дрожжи почти все погибают; в воздухе гибнет до 99% всех видов микроорганизмов (А. А. Кудряшова).

Высокий бактерицидный и фунгицидный эффект дает даже непродолжительная (в течение 10 мин) обработка воздуха производственных помещений двуокисью азота, которая, как и озон, обладает сильными окислительными свойствами, что и обусловливает широкий антимикробный спектр действия и высокий эффект.

Обработку двуокисью азота и озоном осуществляют в соответствии с санитарными правилами только в камерах, имеющих хорошую герметизацию

Молочная кислота в виде аэрозоля также дает положительные результаты при дезинфицировании воздуха производственных помещений.

Лекция № 10 Важнейшие биохимические процессы превращений, вызываемые микроорганизмами: брожения - спиртовое, молочнокислое, масляно-кислое и их модификации; окислительные брожения - уксусно-кислое, лимонно-кислое; превращение белков - гниение.

Луи Пастером установлено, что изменения, происходящие при брожении, являются результатом жизнедеятельности микроорганизмов. В зависимости от преобладающих конечных продуктов различают типы брожений: спиртовое, молочно-кислое, масляно-кислое, их модификации и др. виды брожения.

Спиртовое брожение. Спиртовым брожением называют процесс превращения сахаров под действием ферментативной активности некоторых видов бактерий, мицелиальных и дрожжевых грибов с накоплением в качестве основного продукта этилового спирта и углекислого газа:

Но основными возбудителями этого вида брожения являются дрожжи (сахаромицеты). В анаэробных условиях превращение сахара в спирт происходит не сразу, процесс идет через ряд промежуточных реакций и протекает как бы в две стадии: первая (окислительная) включает превращение глюкозы до пировиноградной кислоты с образованием двух молекул восстановленного НАД×Н₂ (первичный акцептор водорода):

Под действием фермента пируватдекарбоксилазы дрожжи катализируют реакцию декарбоксилирования пировиноградной кислоты с отщеплением СО₂ и образованием уксусного альдегида:

а вторая стадия (восстановительная) - НАД×Н₂ передает Н конечному акцептору (уксусный альдегид), который превращается в этиловый спирт:

С энергетическойточки зрения брожение - процесс мало экономичный, так как при сбраживании грамм-молекулы глюкозы синтезируется всего два моля АТФ.

Наряду с главными продуктами брожения в небольшом количестве образуются побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, уксусная и янтарная кислоты, сивушные масла (смесь высших спиртов) и некоторые другие вещества.

Нормальное спиртовое брожение протекает в кислой среде при рН 4-5. В щелочной среде при подщелачивании среды до рН 8 или при введении в среду бисульфита натрия направление брожения изменяется в сторону увеличения выхода глицерина (глицериновое брожение):

2С₆Н₁₂О₆®2СН₂ОНСНОНСН₂ОН +С₂Н₅ОН +СН₃СООН + 2СО₂+ Q

При интенсивной аэрации среды дрожжевые грибы меняют тип энергетического обмена и переходят с процесса брожения на процесс дыхания, что называют эффектом Пастера:

Дыхание является более выгодным энергетическим процессом, так как при сбраживании грамм-молекулы глюкозы синтезируется 36 молекул АТФ.

Процесс спиртового брожения лежит в основе хлебопечения, бродильных производств (виноделие, пивоварение, производство этилового спирта), глицерина. Совместно с молочно-кислым брожением используется при получении некоторых молочно-кислых продуктов (кефира, кумыса), при квашении овощей. Эффект Пастера используется для получения большого количества биомассы дрожжей (хлебопекарные и кормовые).

Молочно-кислое брожение. Это процесс превращения сахара в молочную кислоту. По характеру брожения различают две группы молочно-кислых бактерий: гомоферментативные (типичные) и гетероферментативные (нетипичные).

Гомоферментативные бактерии образуют в основном (не менее 85-90%) молочную кислоту и очень мало побочных продуктов:

Гетероферментативные бактерии наряду с молочной кислотой образуют значительное количество других веществ:

2С₆Н₁₂О₆®2СН₃СНОНСООН +СООН (СН₂)₂ СООН+ С₂Н₅ОН + СН₃СООН+ Q

Есть такие гетероферментативные молочно-кислые бактерии, которые кроме того продуцируют четырехуглеродные соединения ацетоин (СН₃СНОНСООСН₃) и диацетил (СН₃СОСОСН₃), обладающие своебразным приятным ароматом.

В зависимости от условий развития (рН, температуры, степени аэробности и др.) характер конечных продуктов брожения может меняться у одного и того же вида молочно-кислых бактерий. Процесс превращения глюкозы до пировиноградной кислоты у гомоферментативных молочно-кислых бактерий протекает по гликолитическому пути. Затем, ввиду отсутствия фермента пируватдекарбоксилазы у этих бактерий, пировиногрданая кислота не подвергается расщеплению и является конечным акцептором водорода под действием фермента лактатдегидрогеназы:

Превращение глюкозы гетероферментативными молочно-кислыми бактериями происходит по-иному, так как они отличаются набором ферментов. Из-за отсутствия у них фермента альдолазы изменяется начальный путь превращения глюкозы, и процесс протекает не по гликолитическому пути, а по пентозофосфатному. Все молочно-кислые бактерии имеют форму кокков и палочек, неподвижны, не образуют спор, грамположительны, являются факультативными анаэробами.

Молочно-кислые бактерии широко применятся в различных отраслях пищевой промышленности (особенно молочно-кислой). Большое значение эти бактерии имеют при квашении овощей, силосовании кормов, в хлебопечении при приготовлении ржаного хлеба, при производстве некоторых колбас и солено-вареных мясных изделий, при созревании слабо соленой рыбы, при получении молочной кислоты.

Спонтанно (самопроизвольно) возникающее молочно-кислое брожение в пищевых продуктах приводит к их порче: прокисание, помутнение, ослизнение.

Пропионово-кислое брожение. Это превращение сахара или молочной кислоты и ее солей под действием ферментативной активности пропионово-кислых бактерий в пропионовую и уксусную кислоты с выделением углекислого газа и воды:

3С₆Н₁₂О₆ ® 4СН₃СН₂СООН+ 2СН₃СООН+ 2СО2 + 2Н2О+Q;

3 СН₃СНОНСООН ® 2СН₃СН₂СООН+ СН₃СООН+ СО2 + Н₂О+Q

Некоторые пропионово-кислые бактерии могут образовывать, кроме того, муравьиную, янтарную и изовалериановую кислоты. При пропионово-кислом брожении превращение глюкозы до пировиноградной кислоты протекает также по гликолитическому пути. В дальнейшем пировиноградная кислота, претерпевая ряд превращений, восстанавливается в пропионовую. Пропионово-кислые бактерии относятся к актиномицетам. Это неподвижные, бесспоровые, грамположительные палочки, слегка изогнутые, факультативные анаэробы.

Пропионово-кислое брожение является одним из важных процессов при созревании сычужных сыров.

Пропионовая кислота и ее соли служат ингибиторами мицелиальных грибов и могут быть использованы для предотвращения плесневения пищевых продуктов. Некоторые виды пропионово-кислых бактерий применяют для получения витамина В₁₂.

Слизевое (декстрановое) брожение. Вызывают слизеобразующие бактерии, которые по своим свойствам близки к молочно-кислым и способны образовывать вокруг клеточной стенки капсулу, состоящую из слизистых веществ (полисахариды, полипептиды). Процесс идет в несколько этапов:

С₆Н₁₂О₆®2СН₃СНОНСООН +СООН (СН₂)₂ СООН+ С₂Н₅ОН + СН₃СООН+ Q

Сбраживание глюкозы протекает по гетероферментативному молочно-кислому брожению.

Слизеобразующие бактерии вызывают ослизнение овощей, фруктов, хлебобулочных изделий (картофельная болезнь), сахарных сиропов, различных слабоалкогольных напитков и вина. Промышленного значения это брожение не имеет.

Масляно-кислое брожение. Этот процесс представляет собой превращение сахара масляно-кислыми бактериям

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: