Волгоградская обл, Волгоград г, Колпинская ул, 3/5.

Бродильные бактерии: описание, размножение и значение для человека

Люди уже давно получают и используют продукты природного процесса брожения в своих интересах. Квашеные овощи, вино, сыр, кисломолочные продукты – все это результат жизнедеятельности бактерий для брожения, которые, вкладывая собственную энергию в ходе ряда химических реакций-превращений, одни органические соединения преобразуют в другие. Новообразованная органика имеет для человека особую ценность.

Мезофилы, психрофилы, термофилы

Что такое брожение?

Брожением называется анаэробный процесс превращения безазотистых органических веществ (главным образом углеводов) микроорганизмами, при котором происходит накопление продуктов неполного окисления (спиртов, органических кислот, углеводов и др.) и который сопровождается выделением энергии.

Биологическое значение брожения заключается в образовании энергии для осуществления жизнедеятельности микроорганизмов подобно дыханию животных и растений.

Бродильные бактерии

Процессы брожения

В зависимости от превалирующих или особо типичных продуктов выделяют:

  • спиртовой бродильный процесс, которое осуществляется мукоровыми грибами и дрожжами;
  • молочнокислый тип брожения — молочнокислыми бактериями;
  • маслянокислый тип бродильного процесса — клостридиями;
  • муравьинокислый тип брожения — энтеробактериями;
  • лимоннокислый тип брожения — грибами;
  • пропионовокислая реакция брожения — пропионовокислые бактериями
  • бутанол-ацетоновый вид брожения — клостридиями;
  • метановый вид брожения – особыми метановыми бактериями.

Биологическая суть реакции брожения была открыта в середине XIX в. Луи Пастером, который определил брожения как «жизнь без кислорода».

Микроорганизмы в пищевой промышленности

Основные группы микроорганизмов, используемых в отраслях пищевой промышленности — бактерии, дрожжи и плесени.

Бактерии

Используют в качестве возбудителей молочнокислого, уксуснокислого, маслянокислого брожения.
Культурные молочнокислые бактерии используют при получении молочной кислоты, в хлебопечении, при производстве кисломолочных продуктов, иногда в спиртовом производстве. Молочнокислые микроорганизмы могут вызывать два типа брожения: — гомоферментативное брожение — при разложении углеводов (лактозы) образуется в основном молочная кислота и гетероферментативное — кроме молочной кислоты образуются другие вещества (диацетил, ацетоин, ароматообразующие, СО2, летучие жирные кислоты, спирт и другие).

Возбудители сибирской язвы

Дрожжи

Широко применяются в качестве возбудителей брожения при производстве спирта и пива, в виноделии, при производстве хлебного кваса, а также в хлебопечении для разрыхления теста и в составе кефирного грибка — для производства кефира, кумыса и айрана.

Зигомицеты

Ранее зигомицеты называли плесневыми грибами. Они играют большую роль в качестве продуцентов ферментов. Грибы рода Aspergillus продуцируют амилолитические, протеолитические, пектолитические и другие ферменты, которые используют в спиртовой промышленности вместо солода для осахаривания крахмала, в пивоваренной — при частичной замене солода несоложеным зерном и так далее.

Какие бывают бродильные бактерии?

Бактерии в бродильной промышленности используют в качестве возбудителей брожения:

  • молочнокислого — молочнокислые бактерии;
  • уксуснокислого — уксуснокислые;
  • маслянокислого — маслянокислые;
  • ацетоно-бутилового—ацетоно-бутиловые.

Молочнокислые бактерии

Культурные молочнокислые бактерии используют в производстве молочной кислоты путем брожения, в хлебопечении и спиртовом производстве. Они превращают сахар в молочную кислоту.

В спиртовой промышленности молочнокислое брожение может применяться для подкисления дрожжевого сусла. Молочная кислота стимулирует развитие дрожжей и подавляет развитие посторонних микроорганизмов.

Дикие молочнокислые бактерии кроме молочной кислоты образуют ряд летучих кислот, неблагоприятно влияющих на ход технологического процесса, поэтому в бродильной промышленности с ними ведут борьбу.

К молочнокислым бактериям относятся бактерии лейконостоки (Leuconostoc mesenterioides и Leuconostoc agglutinans), часто встречающиеся в мелассе, перерабатываемой на спиртовых и дрожжевых заводах; в производственной практике их называют клек. Эти бактерии имеют форму очень короткой палочки, Почти кокка, размером 1,5 — 1,3х1,4 — 1,2 мкм ( Микрометр, или микрон (мкм) = 1 • 10 – 6 м). Чаще их обнаруживают в виде диплококков или коротких цепочек — стрептоформ. Лейконостоки спор не образуют, но легко образуют капсулу и поэтому весьма устойчивы к нагреванию, выдерживая температуру до 90°С.

Лейконостоки могут причинить большой ущерб в производстве: они расщепляют сахарозу на фруктозу, и глюкозу, а последнюю превращают в сложное соединение —декстран. Зараженное лейконостоком мелассное сусло за несколько часов превращается в слизистую массу, засоряющую трубопроводы и вентили. Лейконостоки вызывают также закисание мелассы, превращая содержащуюся в ней сахарозу в молочную и другие кислоты.

Лактобактерии

Уксуснокислые бактерии

Уксуснокислые бактерии используют в бродильной промышленности для получения уксуса (раствор уксусной кислоты).

В спиртовом производстве уксуснокислое брожение является вредным процессом, так как окисление спирта приводит к уменьшению выхода его, а образующаяся уксусная кислота угнетает развитие дрожжей. В пивоварении уксуснокислые бактерии ухудшают качество пива, могут вызвать порчу его.

Окислять уксуснокислые микроорганизмы способны не только этиловый спирт и глюкозу. Такие бактерии превращают пропиловый спирт в пропиловую кислоту, а бутиловый — в масляную.

Такие микроорганизмы не способны окислять метиловый спирт, а также высшие спирты. Представляют собой такие бактерии в большинстве случаев палочковидные короткие клетки длиной 2-1.5х1.0. Особенностью этих микроорганизмов является то, что они не образуют спор. По форме и величине такие клетки могут значительно различаться, в зависимости от разновидности, возраста, условий питательной среды и пр.

Оптимальной температурой реакции уксуснокислого брожения являются 15-34 °С. При охлаждении среды до 12-15 °С развитие таких микроорганизмов замедляется. Сами бактерии при таких условиях приобретают вид коротких толстых палочек. При повышении температуры до 35-45 °С некоторые виды уксуснокислых бактерий могут принимать уродливые формы и становиться похожими на прозрачные нити со вздутиями.

При наличии в среде большого количества кислот — винной, яблочной и пр., спирта, а также солей, в ней могут появляться гипертрофированно большие микрооганизмы этого типа. Также в таких условиях у уксуснокислых бактерий обычно начинает осклизняться оболочка. В некоторых случаях этот процесс принимает настолько серьезный характер, что в среде появляются зооглеи. При этом сами бактерии в таких слизистых скоплениях обычно достаточно рассеяны.

bakteroidy

Маслянокислые бактерии

Маслянокислые бактерии сбраживают сахар в масляную кислоту.

Маслянокислое брожение используют для производства масляной кислоты, эфиры которой применяются в качестве ароматических веществ. В спиртовом производстве маслянокислые бактерии являются вредителями, так как масляная кислота подавляет развитие дрожжей и инактивирует фермент амилазу.

В качестве побочных продуктов при брожении образуются бутиловый спирт, ацетон, этиловый спирт и уксусная кислота. Маслянокислые бактерии — подвижные, довольно крупные палочки, строгие анаэробы, образуют термоустойчивые споры. Оптимальная температура развития 30-40 °С. Бактерии чувствительны к кислой среде (оптимум рН 6,9-7,3).

Маслянокислые бактерии относятся к роду Клостридиум. Многие из них способны сбраживать не только простые сахара, но и более сложные углеводы: декстрины, крахмал, пектиновые вещества и др.

Маслянокислые бактерии широко распространены в природе. Они постоянно обитают в почве, илистых отложениях на дне водоемов, скоплениях разлагающихся растительных остатков. Встречаются маслянокислые бактерии и в различных пищевых продуктах.

Маслянокислое брожение приносит значительный ущерб народному хозяйству, вызывая гибель картофеля и овощей, вспучивание сыра, порчу консервов (бомбаж), прогоркание масла и др. Маслянокислые бактерии могут вызвать также порчу заквашенных овощей — обильное выделение газов и острый запах масляной кислоты придают продукту неприятный вкус и запах.

Маслянокислое брожение применяют для производства масляной кислоты. Сырьем служит дешевое сахаросодержащее сырье: картофель, отходы крахмало-паточного производства и др.

Особым видом маслянокислых бактерий являются ацетоно-бутиловые бактерии. Они превращают крахмал и другие углеводы в ацетон, бутиловый и этиловый спирты.

Бактерии колиформы в пищевых продуктах: что это и причины появления

Ацетоно-бутиловые бактерии

Ацетоно-бутиловые бактерии используют в качестве возбудителей брожения в ацетоно-бутиловом производстве.

Вид ацетоно-бутилового брожения сходен с маслянокислым, но при нем образуется значительно больше бутилового спирта и ацетона. Кроме того, в процессе ацетонобутилового брожения накапливаются этиловый спирт, масляная и уксусная кислоты, выделяются СО2 и водород. Возбудители брожения — спорообразующие подвижные палочки, анаэробы.

В промышленности для производства ацетона и бутилового спирта применяют крахмалистое сырье. Оба эти продукта брожения широко используют в химической промышленности.

Размножение микроорганизмов

Процесс размножения микроорганизмов разделяют на четыре основные фазы:

  • лаг-фаза,
  • фаза логарифмического роста,
  • стационарная фаза,
  • фаза затухания.

Период, непосредственно следующий за внесением посевного материала в питательную среду, называется фазой задержки, или лаг-фазой. В этой фазе при посеве микроорганизмов в питательную среду клетки не сразу начинают размножаться; некоторое время они находятся в питательной среде и не размножаются. В лаг-фазе происходит процесс приспособления микроорганизмов к новой среде и, по-видимому, микроорганизмы приспосабливают среду к своим потребностям. Если в очень благоприятную по составу питательную среду внесены молодые, только что делившиеся клетки, то лаг-фаза может отсутствовать.

Следующий период — это фаза логарифмического роста. В этой фазе клетки хорошо снабжены питательными веществами и не накопили еще вредных продуктов обмена.

Размножение микроорганизмов в этой фазе может быть определено прогрессией, подчиняющейся закону сложных процентов.

Период, называемый фазой логарифмического роста, фактически характеризуется не логарифмическим, а экспоненциальным уравнением, в котором время стоит в показателе степени (экспоненте). Следовательно, эту фазу правильнее бы назвать экспоненциальной.

Citrobacter freundii

По мере исчерпания питательных веществ среды и накопления продуктов обмена размножение микроорганизмов замедляется, некоторые клетки перестают размножаться и отмирают. Наступает такой момент, когда количество образующихся и отмирающих клеток становится равным. Этот период называется стационарной фазой.

Вслед за ней наступает фаза затухания, в которой отмирание клеток преобладает над размножением. В этой фазе все больше клеток теряет жизнеспособность и погибает из-за отсутствия питательных веществ и накопления в среде продуктов обмена.

Для микроорганизмов, обладающих активными протеолитическими ферментами, например дрожжей, фаза затухания сопровождается автолизом — распадом белков мертвых клеток под действием собственных ферментов. Применяют и метод непрерывного размножения (культивирования) микроорганизмов, техническое оформление которого сводится к тому, что культура находится в специальном сосуде, куда непрерывно поступает свежая питательная среда и с такой же скоростью вытекает жидкость вместе с размножившимися клетками.

Непрерывное культивирование микроорганизмов позволяет выращивать их в постоянных, установившихся условиях, устраняет лаг-фазу в развитии микроорганизмов, в результате чего сокращается общая длительность процесса размножения.

Последние новости

Похожие статьи

Популярное на сайте

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Related Post

Хламидии в глазах у человека: симптомы, анализы и лечениеХламидии в глазах у человека: симптомы, анализы и лечение

Хламидиоз глаз – это различное поражение слизистой глаз. Специалисты так же называют это заболевание – офтальмохламидиозом. Чаще всего хламидиоз глаз является сопутствующим заболеванием на фоне основного, урогенитального хламидиоза. Данной инфекцией

Лечение вируса папилломы человека у мужчин и женщин, список лучших препаратовЛечение вируса папилломы человека у мужчин и женщин, список лучших препаратов

Около 85% людей инфицировано вирусом папилломы человека, но проявляется заболевание не у всех. Источником инфекции является вирусоноситель (больной мужчина или женщина). Чтобы заразиться, необязательно иметь прямой контакт с наростами на

Патогенные и условно патогенные стрептококки: свойства и видыПатогенные и условно патогенные стрептококки: свойства и виды

Стрептококк – это один из тех патогенных микробов, которые в норме обнаруживаются в микрофлоре любого человека. Бактерия гостит на слизистой оболочке носа и глотки, в дыхательных путях, толстом кишечнике и