Ispolzovanie_mikroorganizmov_dlya_poluch enia_pisch (Комплект полезных материалов по микробиологии)

Использование микроорганизмов для получения пищевых и кормовых продуктов, химических реактивов и лекарственных препаратов.

Сферы использования микроорганизмов

Свойства микроорганизмов, важные для человеческой практи­ки, позволяют условно подразделить области действия микроор­ганизмов на две большие группы.

Первая группа включает области действия микроорганизмов, связанные с полезной (положительной) деятельностью микро­бов. вторая группа охватывает области действия, связанные с не­гативной (отрицательной) деятельностью по отношению к инте­ресам человека.

К первой группе относятся:

• производство продуктов питания (квас, пиво. вино, спирт, уксус, хлеб, молочнокислые, заквашенные и соленые продукты, рыбные и мясные продукты ферментации);

• производство микробного белка (пищевого и кормового) и пищевых добавок;

• получение индивидуальных химических веществ (раствори­тели, газы, ферменты, витамины, антибиотики, органические и аминокислоты, нуклеотиды, биополимеры, алкалоиды, стерои­ды, гормоны, токсины, стимуляторы роста растений и т.д.);

• получение вакцин и препаратов для медицины, ветерина­рии, сельского хозяйства;

• выщелачивание металлов из руд;

• очистка и переработка промышленных и бытовых отходов;

• создание замкнутых систем жизнеобеспечения;

• использование микроорганизмов в качестве тест-систем и биосенсоров;

• использование микроорганизмов в качестве моделей и инст­рументов научных исследований.

Вторую группу составляют такие процессы, как:

• порча пищевых продуктов:

• микробная коррозия промышленных и бытовых объектов и материалов;

• микробное загрязнение почвы, воды и атмосферы:

• болезнетворность микроорганизмов для человека, животных и растений.

Пищевые производства, основанные на микробном метаболизме

Еще задолго до того, как были поняты механизмы микробного метаболизма, человек интуитивно научился использовать их в своей жизни. Давно известны способы выпечки хлеба, приготовления кваса, пива, вина. Например, у народов Севера с древних времен и до наших дней сохранился способ приготовления китового мяса, позволяющий им восполнять недостаток витаминов и аминокис­лот (сырое мясо заворачивают в шкуру и кладут под снег для «выз­ревания», происходит развитие микроорганизмов, образующих ви­тамины, а также частичный гидролиз белка, дающий пептиды и аминокислоты).

Использование молочнокислых бактерий (лакто-, бифидобактерий). Издавна люди готови­ли большое количество продуктов из молока(кефир, кумыс, йогурт, сыры). Общим для таких процес­сов является образование большого количества молочной кисло­ты из сахара, что приводит к снижению рН и предотвращает раз­витие микроорганизмов, вызывающих негативные процессы.

Молочнокислое брожение применяется при приготовлении квашеных овощей и кислой капусты, а также при силосовании кор­мов. Образующаяся молочная кислота является в этих процессах естественным консервантом.

закваски для мясных и рыбных продуктов. Так готовят некоторые сорта сосисок, колбасы типа салями, сервелат и различные рыб­ные блюда японской кухни. Исходные культуры в этих процессах — Pediococcus cere visiae. Lactobacillus plant a rum. на стадии д о зре ва н и я иногда Aspergillus giaucus.

Использование дрожжей. Для изготовления xwoa применяют специальные дрожжевые закваски. Все они относятся к Saccharo- myces cerevisiae, но для хлеба, пива, кваса, вина, спирта в насто­ящее время используют разные расы дрожжей. Закваски для хле­бопечения не должны содержать других микроорганизмов, долж­ны активно расти на глюкозе с обильным газообразованием. В настоящее время для некоторых специальных сортов хлеба при­меняют добавки в хлебные закваски из пропионовокислых или молочнокислых бак терий.

Дрожжи являются основным действующим элементом в про­цессах приготовления алкогольсодержаших напитков (вина, пива и кваса). Такие продукты могут быть получены из различных рас­тительных субстанций, которые содержат доступные углеводы.

В приготовлении пива используют зерновые субстраты, содер­жащие много крахмала. Для образования спирта необходимы са­хара, которыедолжны быть получены из крахмала путем гидро­лиза. Наиболее распространенные виды сырья для пива — ячмень, рис и кукуруза.

На Востоке сырьем для алкогольсодержащих напитков (сакэ) является рис, и тогда для гидролиза крахмала используется мик­робиологическая стад и я — гриб Aspergillus aryzae, обра зу ющи й ами­лазы. При этом происходит осахаривание и начинается спиртовое брожение, вызываемое S. cerevisiae var. sake. Брожение при изго­товлении сакэ длится до 1 месяца, и конечная концентрация спирта в продукте может доходить до 18%.

Американские индейцы, изготовляя алкогольные напитки из зерен кукурузы, используют собственную слюну, содержащую амилазы.

Более крепкие напитки получают отгонкой спирта из вина или пива и отличаются начальным субстратом и модификацией пос- леотгоночных операций.

Использование уксуснокислых бактерий. Получение уксуса ос­новано на способности уксуснокислых бактерий рода Gluconobacter осуществлять неполное окисление этанола в ацетат. Бактерии рода Acetobacter не используют, так как у них имеется замкнутый ЦТК и они осущес твляют «переокислсние» ацетата до Н_;0 и СО_;. Про­мышленный процесс проходит в колонне с буковыми стружка­ми, на которых закреплены клетки бактерий и через которые идет противоток кислорода и спирта. По типу субстрата, из которого получают уксус, он делится на столовый (из спирта), яблочный, виноградный (из соответствующих вин).

Использование биомассы микроорганизмов. Благодаря тому, что микроорганизмы быстро растут и содержат в клетках все необ­ходимые питательные элементы, они сами могут быть источ­ником пищи для человека и животных, а также добавками к основ­ной диете. В качестве примеров можно привести белково-вита- минный комплекс (БВК), биомассу хлореллы в замкнутых си­стемах жизнеобеспечения, пекарские и кормовые дрожжи, био­логически активную добавку (БАД) «Сплат» на основе Spirulina platensis. Развитие микробиологического производства пищевого белка сдерживается отсутствием дешевого и безопасного сырья для роста. Это могут быть либо отходы пищевых производств, либо керосиновые фракции нефти, природный газ или метанол. Пока же соевый белок обходится дешевле и более привычен.

Микробиологические процессы получения соединений различного назначения

Вещества микробного происхождения для диагностики и лече­ния заболеваний. К соединениям, получаемым с помощью микро­организмов и служащим для диагностики и лечения различных заболеваний, относятся антибиотики, различные анти­микробные агенты (вакцины, сыворотки, антитела, интерферон, многие ферменты и т.д.).

В качестве продуцентов используются как микроорганизмы, выделенные из естественных мест, так и мутанты и искусственно «'сконструированные» штаммы. Одни процессы являются чисто микробиологическими, другие — содержат микробиологический этап только как одну из фаз производства (яркий пример — транс­формация с помощью микробов молекул стероидов).

Для получения вакцин, сывороток и препаратов для животно­водства и сельского хозяйства используются как живые ослаблен­ные или видоизмененные возбудители, гак и убитые клетки, либо их отдельные части (антигены), которые вводятся во время при­вивки в здоровый организм, чтобы с профилактической целью научить его вырабатывать антитела. Вакцина — это собственно воз­будитель (антиген), а сыворотка — полученные на антиген гото­вые антитела, вводимые уже заболевшему человеку или животно­му для быстрого ответа на инфекцию.

Несколько другую стратегию применяю! для защиты сельскохо­зяйственных растений. Микроорганизмы-антагонисты фи гопатоген- ных грибов либо вносят в почву, либо обрабатывают ими семена и корни высаживаемых растений. Проблема состоит в том, что в ла­бораторных условиях и в природной обстановке активность таких препаратов существенно различается, так как попадая в почву, интродуцированные микроорганизмы поневоле вступают в самые разные отношения с резидентной микробиотой почвы. В настоящее время бурно развивается направление по борьбе с вредителями, сель­ского хозяйства биологическими методами. Микробиологическая часть этих методов включает применение бактерий и грибов, выра­батывающих шпомопатогенные субстанции (например, белковые кристаллы Bacillus thuringiensis), и заражение микробам и-возбуди­телями инфекционных болезней насекомых и грызунов, неопас­ными для других членов экосистемы и человека.

Получение индивидуальных веществ микробиологическим спо­собом. Микробиологические процессы играют огромную роль при получении индивидуальных веществ разного назначения (табл. 34). С помощью микроорганизмов получают также вещества для науч­ных исследований (НАДН. НАДФН, цитохромы. убихиноны, пигменты и т.д.).