Часть 18. Риккетсии. В состав этой части входят два порядка бактерий - риккетсии (Rickettsiales) и хламидии (Chlamydiales).
Риккетсии - это неподвижные бактерии, грамотрицательньк размножаются только в клетках хозяев, вызывая риккетсиозы. Есть непатогенные виды.
Хламидии - облигатные внутриклеточные паразиты позвоночных и человека, которые могут размножаться только в цитоплазме клеток. Вызывают у человека ряд заболеваний, например трахому, воспаление дыхательных органов, сыпной тиф, лихорадку.
Часть 19. Микоплазмы. К микоплазмам относятся прокариот у которых отсутствует клеточная стенка, они ограничены одно трехслойной мембраной. Клетки очень мелкие, иногда ультрамикроскопические, плеоморфные. Способ размножения не вполне ясен; по-видимому, происходит за счет образования кокковидных структур «элементарных телец», возможно бипарное деление и размножение почкованием. Стадии покоя неизвестны. По объему генетической информации, содержащейся в геноме, микоплазмы занимают промежуточное положение между Е. coli и Т-фагами.
Микоплазмы находят в почве, в сточных водах, выделены из каменного угля и
горячих источников, существуют в ассоциациях с бактериями, низшими грибами,
растениями, птицами, животными и человеком. Иногда это комменсализм, но в
большинстве случаев - типичный паразитизм. Многие патогенны, например, М.
pneumoniae - возбудитель острых респираторных заболеваний и пневмоний у
человека. У растений описано около 40 болезней, возбудителями которых являются
микоплазмы. Есть и сапрофитные микоплазмы, которые участвуют в окислении железа
и марганца.
Спиртовое брожение - это процесс превращения в анаэробных условиях сахара
в диоксид углерода и этиловый спирт:
С6Н12О6 -» 2СО2 + 2С2Н5ОН
Этиловый спирт - один из широко распространенных продуктов сбраживания сахаров микроорганизмами. Даже растения и грибы в анаэробных условиях накапливают этиловый спирт.
Химизм спиртового брожения.
Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи, которые выращивают в аэробных условиях, подбирая соответствующие расы, обладающие необходимыми свойствами для данного производства.
Процесс спиртового брожения осуществляется с тем же запасом энергии в форме АТФ и тем же ферментативным путем, что и гликолиз, вплоть до образования пировинограднои кислоты. Превращение пировинограднои кислоты в этиловый спирт происходит в два этапа. Сначала пируват (пировиноградная кислота) декарбоксилируется пируватдекарбоксилазой при участии тиаминпирофосфата до ацетальдегида, а затем ацетальдегид восстанавливается алкогольдегидрогеназой в этанол при участии NADH2.
При этом дрожжи получают энергию для развития биохимических процессов в клетке: глюкоза -» этиловый спирт + СО2 + 166 кДж/моль.
С энергетической точки зрения брожение - процесс малоэффективный. Так, если при окислении 1 грамм молекулы глюкозы до СО2 и Н2О в процессе аэробного дыхания синтезируется 36 моль АТФ, то в процессе спиртового брожения - всего 2 моль АТФ.
Дрожжи могут переключать один тип обмена веществ (аэробный) на другой (анаэробный).
Наряду с основными продуктами брожения - этиловым спиртом и СО2 - образуются побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, уксусная кислота, янтарная кислота, а также так называемые сивушные масла. В состав сивушных масел входят пропанол, 2-бутанол, 2-метилпропанол, амиловый (пентанол) и изоамиловый (триметилбутанол) спирты, представляющие собой продукты нормального бродильного метаболизма дрожжей и обнаруживающиеся при росте дрожжей на любых средах. Пути синтеза этих веществ еще до конца не изучены.
Высшие спирты участвуют в формировании аромата и вкуса напитков спиртового брожения. Дрожжи способны сбраживать помимо глюкозы и пировиноградную кислоту. В качестве промежуточного продукта при сбраживании пировинограднои кислоты образуется ацетальдегид; если к дрожжам, сбраживающим глюкозу, добавить бисульфит, то появится новый продукт - глицерин, однако при этом снижается выход этилового спирта и СО2.
Брожение в присутствии бисульфита стали использовать в промышленности при производстве глицерина.
На условия спиртового брожения влияют многие факторы: химический состав сбраживаемой среды, т. е. ее полноценность, концентрация и кислотность среды, содержание спирта, температура, наличие посторонних микроорганизмов.
Большинство дрожжей способны сбраживать моносахариды, а из дисахаридов - сахарозу и мальтозу. Пентозы сбраживаются только некоторыми дрожжами. Дрожжи не могут сбраживать крахмал, так как они не образуют амилолитических ферментов.
Наиболее благоприятная концентрация сахара в среде для большинства дрожжей составляет 10-15%. При повышении концентрации сахара энергия брожения снижается, а при 30-35% сахара брожение обычно прекращается.
Энергией брожения называется способность определенного количества дрожжей сбраживать за определенный промежуток времени то или иное количество сахара. В природе встречаются дрожжи, способные вызывать брожение сахара даже при концентрации его 50-60% и выше.
Хорошим источником азота для большинства дрожжей являются аммонийные соли, но дрожжи могут использовать также аминокислоты и пептиды.
Брожение обычно протекает в кислой среде при рН 4-5. В щелочной среде в результате брожения образуется глицерин.
Наибольшая скорость брожения наблюдается при температуре около 30 °С; при температуре 45-50 °С брожение прекращается в результате гибели клеток дрожжей. Снижение температуры приводит к замедлению брожения, но полностью оно не прекращается даже при температуре ниже О °С.
Этиловый спирт, образующийся в процессе брожения, неблагоприятно влияет на дрожжи. Накопление дрожжами спирта в концентрации 2-5 % в зависимости от вида и расы дрожжей действует на них уже угнетающе. В большинстве случаев брожение прекращается при накоплении дрожжами 12-14% (объемных) спирта. Выведены селекционерами расы дрожжей, устойчивые к накоплению 16-18 и даже 20 % спирта.
Использование спиртового брожения лежит в основе производства этилового спирта, пива, вина и пекарских дрожжей.
Для получения этилового спирта используют разное сырье трех основных групп: содержащее сахар (сахарная свекла, кормовая патока, или меласса, сахарный тростник, фруктовые соки); содержащее крахмал (картофель, земляная груша, кукуруза, ячмень, овес, рожь, пшеница); содержащее целлюлозу (древесина и сульфитные щелока). Сырье используют в зависимости от хозяйственных возможностей; оно должно быть дешевым и в достаточном количестве.
Крахмалсодержащее сырье разваривают и подвергают осахариванию. Источником амилолитических ферментов служит солодовое молоко, изготовляемое из проросших зерен ячменя, или ферментный препарат из грибов рода Aspergillus.
В солоде кроме амилаз содержатся и протеолитические ферменты, которые вызывают частичное превращение белковых веществ в растворимые азотсодержащие вещества. В результате получается сусло, богатое как сахаристыми веществами, так и другими питательными веществами для дрожжей. Вносят и дополнительные источники питания. Это делается всегда по рецепту сред для каждого данного производства.
В полученное сусло вносят дрожжи, чаще всего применяют расы Saccharomyces cerevisiae, которые быстро размножаются, спиртоустойчивы, обладают высокой энергией брожения. Есть и другие промышленно важные расы дрожжей.
По окончании брожения дрожжи отделяют от сброженных заторов, а спирт отгоняют на специальных перегонных аппаратах.
Получается спирт-сырец и остается отход производства - барда, которую используют для получения кормовых дрожжей. Отработанные дрожжи тоже используются в виде жидких и сухих кормовых дрожжей.
Спирт-сырец используют как для технических целей, так и для дальнейшей очистки - ректификации. Микроорганизмы в спирт-сырец могут попадать из воздуха, сырья, аппаратуры. Ими могут быть молочнокислые бактерии и дикие дрожжи, которые способны развиваться в анаэробных условиях в присутствии спирта. Они используют питательные вещества среды, угнетают дрожжи продуктами своего обмена, при этом снижается выход спирта.
Спирт применяют в медицине, производстве различных спиртовых напитков. В последние десятилетия спирт рассматривают как перспективное топливо. Производство спирта на топливо налажено в США, Японии, Германии, во Франции, в Швеции, Австралии и других странах. В некоторых странах (США, Бразилия) мощность заводов составляет ~ 200 тыс. л в сутки. Спирт является сырьем для химической промышленности. С уменьшением запасов нефти (полагают многие ученые) на смену нефтехимии придет алкохимия (химия биоэтанола).
К солоду добавляют несоложеные ячмень, рис, кукурузную муку, воду, хмель и получают пивное сусло. Пивное сусло является полноценной питательной средой для дрожжей. Вещества хмеля обладают антибактериальным действием и придают пиву специфические горечь и аромат.
Для получения большинства сортов пива используют преимущественно дрожжи низового брожения (расы Saccharomyces carlsbergensis), для некоторых сортов пива - дрожжи верхового брожения (Saccharomyces cerevisiae). Брожение, вызываемое низовыми дрожжами, протекает медленно и спокойно, ведут его при сравнительно низких температурах - от 5 до 10 °С. Газ выделяется постепенно, пены образуется меньше, дрожжи не выносятся на поверхность сбраживаемой среды и быстро оседают на дно бродильных емкостей.
Брожение, вызываемое верховыми дрожжами, протекает бурно и быстро при температуре 20-28 °С. На поверхности бродящей жидкости образуется много пены. Под действием выделяющегося СО2 дрожжи выносятся в верхние слои субстрата.
По окончании брожения дрожжи оседают на дно бродильных емкостей рыхлым слоем. Процесс получения пива идет в два этапа, т. е. осуществляется два периода брожения - главное и дображивание.
В процессе главного брожения при температуре от 6 до 10 °С дрожжи активно размножаются и интенсивно сбраживают сахар. Получают так называемое зеленое (незрелое) пиво. Его сливают с дрожжевого осадка и направляют на дображивание при температуре около 1 °С. Дрожжи, оставшиеся в зеленом пиве, почти не размножаются и медленно сбраживают оставшийся сахар. Накапливаются диоксид углерода, 3-6 % (по массе) этилового спирта, побочные продукты брожения: высшие спирты, органические кислоты, диацетил, эфиры. Все они принимают участие в формировании вкуса и аромата пива.
Созревшее пиво осветляют и направляют на розлив, а дрожжи удаляют путем фильтрования или центрифугирования. Химический состав и вкусовые свойства разных сортов пива зависят от используемого сырья, использованной расы дрожжей и технологии производства.
Часть дрожжей, осевших на дно бродильных емкостей, вновь используют для получения пива, часть выпускают в виде жидких или сухих пивных дрожжей в качестве продукта, богатого витаминами В1, В2, В6, РР, пантотеновой кислотой, а часть идет на корм животным.
Пиво - скоропортящийся продукт. Для увеличения срока хранения пива его пастеризуют, иногда добавляют химические консерванты (сорбиновую кислоту, юглон), обрабатывают СВЧ.
Для получения вина исходным сырьем служат виноградный сок, а также плодово-ягодные соки. Все соки являются хорошей питательной средой для различных микроорганизмов. Для избавления от вредной микрофлоры и от диких дрожжей соки сульфитируют (обрабатывают сернистым ангидридом SO2), а затем подвергают брожению. Сернистый ангидрид играет роль как антисептика, так и антиокислителя. Он связывает кислород, при этом снижается окислительно-восстановительный потенциал среды, что препятствует развитию аэробной микрофлоры и благоприятствует брожению.
Брожение соков для изготовления вин осуществляют с применением чистых культур винных дрожжей низового брожения Sacch. (ellipsoideus), а для вин хересного типа еще и Sacch. oviformis. Для получения определенных вин выбирают производственные расы дрожжей, отвечающие следующим требованиям: они должны полностью выбраживать сусло, быть устойчивыми к повышенному содержанию сахара и спирта, к SO2, к низкому рН быстро оседать после брожения и давать плотный осадок. Разные расы Sacch. vini, селекционированные для определенны) типов вин, обладают различным температурным оптимумом брожения, образуют разное количество спирта (10-18%), разные побочные продукты, что отражается на вкусовых и ароматически) свойствах вин.
Для предохранения вин от микробной порчи их пастеризуют, вводят антисептики (SO2, сорбиновую кислоту), обрабатывают ультразвуком, ультрафиолетом.
На всех бродильных производствах качество и выход готовое продукции в значительной степени зависят от общего санитарного состояния производства. На всех предприятиях должен поддерживаться строгий санитарный режим, а также проводиться постоянный микробиологический контроль на всех стадия) производственного процесса, включая помещения, тару и т.п.
Пекарские дрожжи (расы Sacch. cerevisiae) прессованные и сухие для производства хлебобулочных изделий получают на специализированных дрожжевых заводах. При получении пекарских дрожжей в качестве питательной среды используют очищенную и разбавленную водой свекловичную мелассу - отход свеклосахарного производства. К свекловичной мелассе, содержащей все необходимое для дрожжей, дополнительно добавляют азот и фосфорсодержащие соли. Дрожжи размножаются при температуре около 30 °С, рН 4,5 - 5,5, при непрерывной аэрации. Дрожжи дышат и активно размножаются, а не бродят. Большая часть сахара используется ими для синтеза веществ клетки.
Выросшую массу дрожжей отделяют от среды, промывают водой, сгущают и прессуют до содержания влаги 73-75 %. Полученную дрожжевую массу формуют в виде брикетов с содержанием дрожжевых клеток от 8 до 12 млрд в 1 г. Брикеты упаковывают в бумагу и охлаждают до температуры 4°С. Сухие дрожжи выпускают влажностью 8-10 %.
Используемые расы пекарских дрожжей должны хорошо размножаться, обладать высокой бродильной активностью, быть стойким при хранении в прессованном виде и при высушивании. В настоящее время используют следующие расы пекарских дрожжей: Киевская 21, Одесская 14, гибриды № 176 и 196-6. Сохранять прессованные дрожжи следует на холоде.
бактерия клетка спиртовой брожение
Список использованной литературы
1. Жарикова Г.Г. Микробиология продовольственных товаров. Санитария и гигиена: Учебник для студ. высш. учеб, заведений / Галина Григорьевна Жарикова. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 304 с.
2. Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология: Учебник для студ. высш. учеб, заведений. 3-е изд., испр. - М.: Издательский центр "Академия" 2009. - 352 с.