Важнейшие биохимические процессы, вызванные микроорганизмами,их использование в пищевой промышленности
ТЕМА: важнейшие биохимические процессы, вызванные микроорганизмами,их использование в пищевой промышленности
1. Превращение азота.
2. Превращение углерода. Типы брожения.
Жизнедеятельность микроорганизмов обусловливает различные превращения веществ в природе. К ним относят гниение, тление, нитрификацию, денитрификацию, брожение.
Превращение азота. Азот входит в состав всех белковых соединений является важной составной частью воздуха. Однако животные и растения для своего питания не могут усваивать азот воздуха. Для жизни растений необходимы азотосодержащие соединения. Растения усваивают азот в виде растворов солей азотной кислоты. Пополнение запасов этих солей в почве идёт за счёт жизнедеятельности микробов, одни из которых расщепляют белки погибших животных и растений, другие фиксируют атмосферный азот.
Разложение мёртвого белка – г н и е н и е - происходит в результате деятельности гнилостных микроорганизмов, которые обусловливают гидролитический распад белка с образованием ряда промежуточных соединений (альбуминов, пептонов, амино- и амидокислот) и дурно пахнущих веществ (индола, скатола, сероводорода, летучих жирных кислот). Конечным продуктом дезаминирования является аммиак. Так осуществляется в природе превращение органического азота в аммиачный, т.е. а м м о н и ф и к а ц и я белковых веществ.
Степень распада белка зависит от микробов, участвующих в этом процессе, и условий. При обильном доступе кислорода происходит глубокий распад белка с полным окислением образующихся продуктов. Этот процесс называется т л е н и е м. В отличие от него гниение протекает, как правило, в анаэробных условиях, и поэтому полного окисления некоторых продуктов (жирных кислот) не происходит. Гнилостные микробы разлагают белок с помощью выделяемых ими протеолитических ферментов. К ним принадлежат анаэробы Clostridium sporogenes, Cl. putrificus, Cl. septique- постоянные обитатели кишечника животных и навоза. Другую группу гнилостных микробов составляют аэробы B. cloacae, Proteus vulgaris, B. prodigiosum, Bac. subtilis, Bac.mycoides, Bac.megaterium, плесени и др. Гнилостные процессы замедляются или прекращаются при низкой температуре, кислой рН, в гипертонической среде, в высушенных материалах, под воздействием дезинфицирующих веществ. Эти особенности используются человеком для сохранения скоропортящихся продуктов.
В процессе белкового обмена в организме животных и человека накапливается мочевина, которая выводится во внешнюю среду с мочой. Уробактерии сбраживают мочевину с образованием аммиака, углекислоты и воды. Таким образом, органический азот мочевины, которая выделяется животными и людьми в громадных количествах (более 50 млн т мочевины в год), становится доступным для растениями.
Аммиачные соли, образующиеся при распаде белков или расщеплении мочевины, окисляются в азотнокислые соли, которые усваиваются растениями. Этот процесс именуется н и т р и ф и к а ц и е й. Она протекает в две фазы: 1) окисление аммиачных солей до солей азотистой кислоты, осуществляемое нитрозобактериями, которые были открыты русским учёным С.Н.Виноградским; 2) окисление солей азотистой кислоты (нитритов) в соли азотной кислоты (нитраты), происходящее под влиянием нитробактерий.
Рекомендуемые материалы
Процессы, обратные нитрификации,- д е н и т р и ф и к а ц и я, осуществляются микроорганизмами, восстанавливающими соли азотной кислоты в соли азотистой кислоты. В результате этого образуется азот, который улетучивается в атмосферу. Почва при этом обедняется, и плодородие её снижается. Частым перепахиванием и рыхлением создают условия усиленной аэрации почвы, чем уменьшают или прекращают денитрификацию. Процессы денитрификации компенсируются деятельностью азотусваивающих или азотфиксирующих бактерий, которые усваивают атмосферный азот и переводят его в соединения, доступные для питания растений. К ним относят некоторые свободноживущие почвенные бактерии, азотобактер, а также клубеньковые бактерии, которые живут на корнях бобовых растений, находясь с последними в симбиотических отношениях.
Для удобрения почвы применяют бактериальные препараты: нитрагин – чистую культуру клубеньковых бактерий в стерилизованной почве и азотобактерин – культуру азотобактера на нейтральном торфе.
Превращение углерода. В превращениях веществ в природе большое значение имеют процессы брожения – расщепления безазотистых органических соединений.
С п и р т о в о е б р о ж е н и е. Расщепление сахара на спирт и углекислоту зависит от жизнедеятельности дрожжевых клеток, которые выделяют фермент – зимазу. Спиртовое брожение нашло широкое применение в пищевой промышленности. Вызывают спиртовое брожение дожжи: пивные или хлебные (Saccharomyces cerevisiae), винные(Saccharomyces ellipsoides) и кефирные (Torula Kephiri).
У к с у н о к и с л о е б р о ж е н и е - процее окисления спирта в уксусную кислоту. Под воздействием уксусунокислых бактерий скисают виноградные вина и пиво. Этиловый спирт превращается в уксуный альдегид, а затем в уксусную кислоту. Уксуснокислые бактерии объединяются в род Acetobacter.
М а с л я н о к и с л о е б р о ж е н и е – расщепление углеводов, жиров и белков на масляную кислоту, углекислоту и водород. Его вызывают анаэробные спорообразующие микробы из группы Cl.butiricum.
М о л о ч н о к и с л о е б р о ж е н и е – процесс расщепления сахара на две частицы молочной кислоты. Обусловливают молочнокислое брожение микробы Streptococcus lactis, B.acidophilus, B.bulgaricum, Cl.butiricum, B.casei. Их применяют при изготовлении молочнокислых продуктов (кефир, ацидофилин, кумыс), сливочного масла, сыра, кислого хлебного теста, квашеной капусты и огурцов, силоса. Все они обеспечивают типичное молочнокислое брожение. Известны также микроорганизмы, вызывающие нетипичное молочнокислое брожение, в результате которого молочная кислота накапливается в небольших количествах и образуются побочные продукты брожения (уксусная и пропионовая кислота, этиловый спирт и др.). Для профилактики и лечения болезней молодняка животных применяют бактерии, которые взывают типичное молочнокислое брожение и являются антагонистами гнилостных микробов. Среди таких препаратов наиболее известны лактобациллин, ацидофилин, ацидофильная бульонная культура (АБК) и пропионово-ацидофильная бульонная культура (ПАБК).
Б р о ж е н и е к л е т ч а т к и - расщепление целлюлозы растений с освобождением углерода, осуществляемое аэробными и анаэробными бактериями, а также грибами. Анаэробное брожение клетчатки, установил В.Л.Омелянский, происходит под действием двух бактерий-целлюлозоразрушителей: Cl.cellulosae methanicus и Cl.cellulosae hidrogenicus. В зависимости от вида микроорганизмов, участвующих в этих процессах, конечным продуком распада бывает метан или водород. Аэробное брожение клетчатки осуществляют три группы бактерий: Cytophaga, Cellvibrio, Cellfacicula. Их открыл С.Н.Виноградский.
Брожение клетчатки играет большую роль в пищеварении травоядных, так как бактерии, разлагая клетчатку, способствуют усвоению кормов. Если этот процесс нарушается, происходит накопление газов (метана и водорода) в рубце жвачных и возникает тимпания.
Рекомендуем посмотреть лекцию "Список дополнительной литературы".
Процессы брожения нашли широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Их используют в пищевой, целлюлозно-бумажной, химической промышленности, при обработке льна, кож. Брожение происходит при силосовании кормов в анаэробных условиях, для чего зелёную массу плотно утрамбовывают. В таких условиях обильно размножаются молочнокислые бактерии, а роста гнилостной микрофлоры не происходит. В доброкачественном силосе количество молочной кислоты достигает 1,5-2% к массе силоса, рН 4,0-4,2.
Широко применяется дрожжевание кормов, в результате чего корма обогащаются витаминами и белками.
Вопросы для самоконтроля: 1.Как происходит превращение азота и углерода
в природе?
2. Какие типы брожения вы знаете и какова
их характеристика?
