Лекция № 7 Тема: Участие микроорганизмов в круговороте углерода

План:1)Понятия о брожениях

2)Химизм, характеристика возбудителей, распространение в природе и применение в народном хозяйстве спиртового, молочнокислого, протионового и мясокислого брожений.

Из всех функций м-ов самой важной для жизни на земле является та, которую они выполняют, участвуя в круговороте углерода.

По имеющимся расчётам считается, что количество С в природе равно примерно:

В каменных углях и горючих газах 10 тыс млн тонн

В почвах 400 млр тонн

В атмосфере 600 млр тонн – 0,03% по объёму

В гидросфере 16400 млр тонн

В живых организмах 600-700 млр тонн

Растения ежегодно поглащают около19 млр тонн. Следовательно, запас углерода в атмосфере может быть исчерпан растениями за 37 лет.

Однако вещества, соединяющие С не остаются в измененном состоянии. И эти изменения сопровождаются освобождением С в форме СО₂.

Постоянный переход С из газообразного состояния (СО₂)в связанное состоянме (органич.в-во) и обратное превращение органического углерода в СО₂ называется круговоротом углерода.

Источником пополнения атмосферы СО₂ являются многие процессы – извержение вулканов, сжигание топлива, дыхание растений, птиц, млекопитающих, насекомых. Но связывание углерода протекает огромных объёмах. Ежегодно фиксация СО₂ в процессе фотосинтеза составляет 19х10⁹ тонн. Равновесие различных форм С в природе сохраняется за счёт возвращения его из органических соединений Растений, м др. живых организмов. Это происходит под действием м-ов.

М-мы с помощью ферментов разлагают органическое вещество на составные части, используя его как пищу, и как энергетический материал. В результате этой деятельности в атмосферу выделяется СО₂.

Санитарная роль

Огромную роль в этих процессах играют анаэробные м-мы, разлагающие безазотичтые органические вещества без участия О₂ воздуха. Таким образом они добывают себе для жизни. Этот процесс называется брожением.

Сбраживанию подвергаются, главным образом, органические кислоты и углеводы. Происхождение слова «брожение»!

Виды брожений

Спиртовые – это бескислородное дыхание м-ов – сбраживание сахаров с образованием этилового спирта и СО₂

Зимаза - фермент

С₆Н₁₂О₆= 2С₂Н₅ОН +2СО₂+27 ккал среда кислая

Уравнение дал Гит-Мюссан в 1815 году

Промежуточный продукт

Уксусный альдегид (С₂Н³ОН) при присоединении Н₂ образуется этиловый спирт

Возбудители: дрожжи, бактерии (Sarcina ventriculi) и мукоровые грибы.

1)Saccharomyces cerevusiac (пивные или хлебные) Д-8-10 мкм, образуют до 6% С₂Н₅ОН

а)верхового – много СО₂ (tопт.- 14-24) хлеб, вино

б)низового –мало (t- 4-10) пиво

2) -//-ellipsoideus – винные – 18% С₂Н₅ОН

3)Torula kephir – кефирные, мелкие

Спиртовые дрожжи гр+, гетеротрофы факультативные аэробы при доступе О₂ хорошо размножаются. Если исключить О₂ – обр. этанол.

Перерабатывают сахар в растворах, содержащих опт 25-70%.

Размножение споробразованием и почкованием

Культуральные свойства: колонии.

Дрожжи, вызывающие образование спирта и все брожения подразделяют на культурные – букет вина, осветленное пиво, тесто.

Дикие – широко распространенные в природе – дышим парами, т.к. орг. вещества воздуха находятся в легком брожении, но запах и вкус неприятен.

Мукоровые плесени – Япония (мисаr iavanicum) Sarcina rientriculi, Thermobact.mobile.

Примечание

Пекарские дрожжи поднимают тесто врезультате образования СО₂, т.е. осуществляют сильное брожение. Их выращивают в чанах при сильной аэрации, прибавляя сахар и аммоний, пшеничный затор.

Пивные из ячменя. Поскольку дрожжи не образуют ферментов амилазы и могут сбраживать лишь сахара, вначале проращивают и осахаривают.

Спирт получают из картофеля, мелисы, гидролизата древесины (18% ш >)

Спиртовый завод.

Кормовые дрожжи – отходы органики

Кефир кумыс

В питательной среде рН=8,0 образуется глицерин

2С₆Н₁₂О₆+Н₂О=СН₃СООН+С₂Н₅ОН+ уксусн.кислота

2СН₂ОН СНОН₂ОН+2СО₂ глицерин

переработка органических отходов животноводства

(Не потребляют м-мы спирта!)

Молочнокислое – сбраживание углеводов с образованием молочной кислоты

С₆Н₁₂О₆-2СН₃СНОНСООН+18 ккал

Дегидраза - фермент

2 типа: гомоферментативное м/к брожение, при котором образуется около 90% м.к-ты и незначительное количество молочных продуктов. Специфические ферменты лактолидегидраза, лантатрацемаза.

Возбудители : L .lactici acidi

L.bulgarium

Str.lactis -||- aciduphilum

-||-faecalis -||- plantarum

-||- cremoris -||- brassicum

-||- thermophilus-||- delbrucki

-||- cassei

Характеристика Гр+, неподвижные, бесспоровые. Источник жизни углеводы; анаэробы, они нуждаются в ростовых веществах: витаминах (рибофлавин, тиамин, никотиновая кислота) и в аминокислотах. А связи с образованием СН₃, СНОН СООН мел (СаСО₃) исп. в питательных средах при глубинном посеве и по зонам просветления и обнаруживают колонии.

Распространение в природе Сложные потребности в питательных веществах и способ получения энергии определяет экологию этой группы. Они почти не встречаются в почве и водоёмах, но обнаруживаются 1) молоке и молочных продуктах.

2)на целых растениях и растительных остатках

3)в кишечнике, а также на некоторых слизистых оболочках млекопитающих Lb.aciplophilum.

Благодаря образованию больших количеств СН₃ СНОН СООН, к который сами они телерантны м/к бактерии могут быстро размножаться. Поэтому они преобладают в кислом молоке, тесте, кислой капусте, силосе.

Применение: 1)приготовление силоса из листьев сахарной свёклы, кукурузы, картофеля, травы и люцерны.

2)приготовление кислой капусты L.plaubarum

3)в молочной промышленности

а)масло (Str.lactis, S.eremoris, L.citrovorum) аромат, консистенцию

б)творог (L.bulgaricum, Str.thermophilbm)

в)кефир, кумыс – смешанное брожение

г)в хлебопечении (Lb.plantarum) кислый хлеб

д)в мясной промышленности (Lb.plantarum)

Гетероферментативное брожение с образованием > количества побочных продуктов и < количеством СН₃СНОН СООН.

Спец.ферменты эпимеразы

Возбудители: Lb.citrovorum

-||- -||- brevis

-||- -||- fermenti

E.coli

-||- lact, saerogenes

1)белки расщепляют до органических оснований и NH₃

2)мало СН₃ СНОН СООН и много СО₂ С₆Н₅ОН, СН₃-СООН.

Не используется но имеются в ЭН КТ и С₂Н₅ОН есть % образ.в-в Bact.coli, cпирт – 42, янтарная кислота -29, молочная -14, уксусная -4, муравьиная, Н_2,, СО₂.

Пропионовокислое брожение

Это сбраживание сахаров, органических кислот и некоторых других соединений с образованием пропионовой кислоты.

Транскортоксилаза, изомеразы, В₁₂

3СН₃СНОН СООН=2СН₃СН₂СООН+СН₃СООН+СО₂+Н₂О+ х ккал

Возбудители 9 видов

Наиболее известные – Propionibacterium – род

Виды: pentosaceum, freudenreichii, Clostridium – род

Вид propionicum

Характеристика: Гр+, неподвижные, большинство не образуют спор, анаэробы.

Обитают в рубце и кишечнике жвачных. В почве, воде, молоке не обнаружены. Можно получить культуру из мягкого сыра.

Примечание: 1)для приготовления сыров (150 млн в 1г сыра)

2)для получения витамина В₁₂

3)в силосовании

4)играет положительную роль в пищеварении жвачных, образуя жирные кислоты