Значение микроорганизмов

Экзоферменты. Это ферменты, которые могут выходить при жизни клетки в окружающую среду.

Эндоферменты – это ферменты, прочно связаны со структурами клетки (дыхание).

Конституитивные ферменты (синтезируются микробной клеткой постоянно). К таким ферментам относят ферменты дыхания.

Индуцибельные ферменты (синтезируются не постоянно, а лишь в ответ на присутствие в субстрате в-ва, на  который они действуют).

 

41. Использование  микробных ферментов в промышленности.

 

Ферменты можно  получать из растений, животных и микроорганизмов, экономически целесообразнее получать ферменты из микроорганизмов, т.к. они:

1 – растут  на дешевых питательных субстратах, чаще всего отходах, различных продуктах;

2 – быстро  размножаются, накапливая биомассу;

3 – жизнедеятельностью  микробов легко управлять;

4 – из них можно получать различные ферменты.

Ферменты теоретически можно получать из бактерий и плесневых грибов. Однако использование бактериальных ферментов небезопасно для здоровья человека и поэтому в настоящее время используют только ферменты плесневых грибов. Это 3 группы ферментов:

1 – грибные  амилазы;

2 – грибные  протеазы;

3 – грибные пектазы.

 

42. Культивирование  и рост микроорганизмов. Факторы,  оказывающие влияние на рост  микроорганизмов.

 

При росте клетки претерпевают ряд морфологических и биохимических изменений. В стадии активного роста клетка быстро увеличивается в объеме. В ней нет ЗПВ, много РНК, клетка интенсивно красится красителями.

При затухании роста, клетка меньше увеличивается в объеме, в ней появляются ЗПВ, уменьшается  количество РНК, клетка хуже окрашивается красителями.

Рост клетки зависит  от внутренних и внешних  факторов. Внутренние факторы обусловлены физиологическими особенностями организма. К ним относят  генетическую предрасположенность, возраст.

К внешним факторам относят  температуру, влажность, действие солнечного света, кислотность среды, излучение, наличие химических веществ в окружающей среде и т.д.

Наиболее интенсивно клетка растет  при благоприятных  условиях жизни – на полноценной  питательной среде, отсутствии продуктов  метаболизма, оптимальной температуре, рН субстрата и т.д.

 

43. Периодическое  культивирование микроорганизмов.

 

При выращивании микроорганизмов в лабораторных условиях, т.е. культивировании, они проходят ряд одинаковых стадий. Рассматривать эти стадии можно на периодическом культивировании бактерий, т.е. культуре, живущей в замкнутом пространстве, к которым не подводятся продукты питания и не удаляются продукты жизнедеятельности. Периодическая культура проходит 4 основные стадии роста, сменяющие друг друга в определенной последовательности: начальная фаза (лаг-фаза), экспоненциальная, или логарифмическая (лог-фаза), стационарная фаза и фаза отмирания.

1. Лаг-фаза – период  задержки роста микроорганизмов. 

2. Фаза экспоненциального  роста (лог-фаза) – все клетки  в этой фазе молодые. Они  живут на питательной среде,  хорошо снабженной всеми необходимыми элементами. Они начинают быстро размножаться. Количество  клеток увеличивается в геометрической прогрессии. Однако к концу фазы субстрат начинает истощаться. В нем появляются продукты жизнедеятельности. Скорость размножения падает.

3. Фаза стационарная. В ней количество образовавшихся клеток равно количеству отмерших. Размножение замедлено.

4. Фаза затухания роста. Характеризуется превосходством количества погибающих бактерий над количеством образующихся. В этой фазе все клетки старые, они не размножаются, количество особей резко падает, в культуре наблюдается явление автолиза.

 

44. Непрерывное  культивирование микроорганизмов.

 

Непрерывное, или проточное, культивирование позволяет поддерживать культуру на оптимальной стадии развития — в фазе экспоненциального роста, когда на клетки еще не оказывается отрицательное влияние среды, обогащаемой токсичными продуктами метаболизма.

Чтобы избежать наступления фазы отрицательного ускорения, необходимо в емкость, где находятся  микроорганизмы, непрерывно, с определенной скоростью вводить свежую питательную  среду и удалять определенную часть жидкости вместе с микробными клетками. Содержание в среде всех компонентов и плотность микробных клеток в культуральной жидкости не должны задерживать их рост. Четкое управление скоростью протока позволяет поддерживать культуру в фазе экспоненциального роста.

 

45. Способы  культивирования микроорганизмов, их преимущества и недостатки.

 

Существует два способа  культивирования микроорганизмов  – продуцентов ферментов: поверхностный и глубинный.

Первый способ, применяемый  для культивирования микроскопических грибов, характеризуется развитием  мицелия на поверхности твердого или жидкого субстрата. На жидком субстрате образуется пленка мицелия, продуцирующего не только амилолитические ферменты, но и органические кислоты, инактивирующие их, поэтому используют твердые субстраты с развитой поверхностью – пшеничные отруби, картофельную мезгу и др.

Поверхностный способ выращивания  грибов имеет ряд преимуществ. Так  как во время роста гриба отруби (мезга и др.) не перемешиваются, посторонние  микроорганизмы не распространяются по всей их массе и вызывают лишь незначительное местное инфицирование, которое не влияет на активность ферментов. Однако все же необходимо стерилизовать воздух, среды и оборудование.

Недостаток поверхностного способа – необходимость устанавливать  множество кювет, работу с которыми трудно механизировать. Себестоимость культуры гриба-продуцента высока, причем в основном из-за затраты большого количества ручного труда.

Глубинную культуру микроорганизмов выращивают на жидкой питательной среде при энергичной аэрации и в стерильных условиях. Процесс полностью механизирован.

 

46. Питательные  среды, применяемые для культивирования  микроорганизмов. Их классификация.

 

По консистенции выделяют жидкие, плотные (1,5-3% агара) и полужидкие (0,3-0,7% агара) питательные среды.

Агар – полисахарид  сложного состава из морских водорослей, основной отвердитель для плотных (твердых) сред.

В качестве универсального источника углерода и азота применяют  пептоны – продукты ферментации  белков пепсином, различные гидролизаты  – мясной, рыбный, дрожжевой и  др.

 

По назначению среды разделяют на ряд групп:

- универсальные (простые), пригодные для различных нетребовательных  микроорганизмов (мясо-пептонный  бульон (МПБ), мясо-пептонный агар (МПА));

- специальные – среды  для микроорганизмов, не растущих  на универсальных средах (среда  Мак-Коя на туляремию, среда Левенштейна-Иенсена для возбудителя туберкулеза);

- дифференциально-диагностические  – для дифференциации микроорганизмов  по ферментативной активности  и культуральным свойствам ( среды  Эндо, Левина, Гисса);

- селективные (элективные) – для выделения определенных видов микроорганизмов и подавления роста сопутствующих – пептонная вода, селенитовая среда, среда Мюллера.

 

По происхождению  среды делят на естественные, полусинтетические  и синтетические.

 

47. Влияние  влажности на жизнедеятельность микроорганизмов.

 

Влажность является главным  фактором, обуславливающим развитие м/о. Это объясняется большой ролью  воды в жизни микробной клетки.

По отношению к влаге  м/о делят на 3 группы:

1 – гидрофиты или  влаголюбивые м/о (дрожжи, плесневые  грибы)

2 – мезофиты или  средневлаголюбивые

3 – ксерофиты –  сухолюбивые м/о

При обезвоживании микробная  клетка не погибает, а переходит  в состояние анабиоза. На знании действия механизма обезвоживания м/о основаны такие способы сохранения пищевых продуктов от микробной порчи, как сушка и вяление. При сушке м/о теряют свободную воду. Вяление – продукт дополнительно обрабатывают поваренной солью, увеличивается осмотическое давление.

Поскольку м/о на таких  продуктах не уничтожены, а переведены в состояние анабиоза, то такие продукты нестойки в хранении, их следует сберегать в условиях пониженной влажности и температуры.

 

48. Влияние  температуры на жизнедеятельность  микроорганизмов.

 

Различают три основные температурные границы, обусловливающие  интенсивность развития м/о: минимальную, оптимальную и максимальную.

По отношению к температуре  м/о условно подразделяют на три  физиологические группы:

• психрофилы (холодолюбивые);
• мезофилы (развивающиеся при средних температурах);
• термофилы (теплолюбивые);

М/о хуже переносят  повышение температур, чем ее понижение. Существует понятие термостойкости или термоустойчивости – отношение м/о к температуре, превышающей максимальную. Наибольшей термоустойчивостью обладают споры бактерий.

Высокие температуры  вызывают в микробной клетке денатурацию белков, инактивацию ферментов, разрушение структур клетки. Причем во влажной среде эти процессы происходят быстрее и полнее даже при более низких температурах.

Для сохранения продуктов  питания от микробной порчи в  быту используется варка, обжарка, бланширование продуктов, а в пищевой промышленности:

1 – пастеризация;

2 – стерилизация.

Низкие температуры  уменьшают активность ферментов, снижают  интенсивность обмена веществ в  микробной клетке. Это приводит к  замедлению жизнедеятельности м/о. В пищевой промышленности используется 2 способа воздействия низких температур для предохранения продуктов питания от микробной порчи: охлаждение и замораживание.

 

49. Влияние  осматического давления на жизнедеятельность  микроорганизмов.

 

Каждый м/о живет  на субстрате со строго определенным осмотическим давлением, что обусловливает нормальный ход поступления питательных веществ в клетку, когда клетка будет находиться в состоянии тургора. Изменение осмотического давления в субстрате может приводить либо к явлению плазмолиза в микробной клетке и ее переходу в состояние анабиоза, либо явлению плазмоптиза (снижая осмотическое давление), которое сопровождается гибелью клетки. По отношению к осмотическому давлению м/о делят на 2 группы:

1 – осмотолерантные  (могут выдерживать небольшие изменения осмотического давления)

2 – осмофильные (способны  жить на субстрате с повышенным  осмотическим давлением).

Разновидностью осмофильных  м/о являются галофильные (приспособившиеся жить на субстрате с повышенной концентрацией поваренной соли.

На практике для сохранения продуктов питания от микробной  порчи реально увеличивать осмотическое давление субстрата. Это достигается  путем добавления в продукт сахара или соли.

Однако при этом м/о  не погибают, а переходят лишь в  состояние анабиоза, поэтому такие продукты будут нестойки в хранении. Для предупреждения микробной порчи их следует хранить при пониженной влажности и температуре.

 

50. Влияние  лучистой энергии на жизнедеятельность  микроорганизмов.

 

Лучистая энергия представлена в виде видимого света, ультрафиолетовых лучей, радиоактивного излучения, радиоволн.

Видимый свет

Необходим для развития лишь фототрофов, способных использовать солнечные лучи для процесса близкого к фотосинтезу. Для бесцветных м/о видимый свет губителен.

Ультрафиолетовые лучи (УФ-лучи)

Эффект действия лучей  зависит от дозы. Малые дозы ускоряют развитие м/о. Средние дозы действуют на генетический аппарат и могут приводить к появлению новых форм. Большие дозы  оказывают бактерицидный эффект.

Радиоактивные излучения

К радиоактивным излучениям относят α-, β-, γ-лучи, образующиеся при распаде атомных ядер. Наибольшей проникающей способностью обладают γ-лучи. Эффект действия зависит от дозы. Он аналогичен действию УФ.

Влияние радиоволн

Радиоволны – это  электромагнитные волны с относительно большой длинной волны. На м/о действуют короткие и ултракороткие радиоволны. Проходя через субстрат они вызывают появление в нем токов высокой и сверхвысокой частоты. В электромагнитном поле электрическая энергия превращается в тепловую и это приводит к быстрому разогреванию субстратов и гибели м/о за счет теплового шока.

Ультразвуковое  воздействие

При высокой интенсивности  звука распад микробных клеток происходит чрезвычайно быстро. Наличие в составе среды липидов, углеводов и особенно белков, а также увеличение концентрации микробных клеток снижают бактерицидный эффект ультразвука.

 

51. Влияние  рН среды на жизнедеятельность  микроорганизмов.

 

Каждый м/о  живет на субстрате со строго определенным рН. Сдвиг хотя бы на 0,1 единицу приводит либо к замедлению роста, либо к полной гибели.

По отношению к рН м/о делят на 2 большие группы:

1 – ацидофильные  (кислотолюбивые) – живущие в кислой среде  (рН=3,0–6,5). Это плесневые грибы,  дрожжи и лишь некоторые бактерии (молочнокислые и уксуснокислые).