Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Mikrobiologia.docx
Скачиваний:
60
Добавлен:
21.05.2015
Размер:
186.69 Кб
Скачать
  1. Основные периоды развития микробиологии. Микробиология — наука о живых организмах, невидимых невооруженным глазом (микроорганизмах): бактерии, археи, микроскопические грибы и водоросли, часто этот список продляют простейшими и вирусами. Этапы развития микробиологии: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический, молекулярно-генетический.

Изобретение микроскопа и открытие микроорганизмов (А.Левенгук и др.). Открытие первых патогенных микроорганизмов - возбудителей фавуса и сибирской язвы.

Пастеровский период в развитии микробиологии (вторая половина XIX века). Работы Л.Пастера и его школы. Их значение в становлении и развитии медицинской, ветеринарной, промышленной, сельскохозяйственной микробиологии. Работы Р.Коха и его школы. Их значение для медицинской микробиологии. Открытие возбудителей основных инфекционных заболеваний человека. Разработка методов их культивирования и дифференциации.

Медицинская микробиология в первой половине XX века. Дальнейшие открытия возбудителей инфекционных болезней (чума, сифилис и др.). Изучение патогенных бактерий. Развитие химиотерапевтического направления в микробиологии и медицине (П.Эрлих и др.). Открытие антибиотиков (А. Флеминг и др.).

Современный метод в развитии медицинской микробиологии (вторая половина XX века). Значение научно-технического прогресса и открытий в области молекулярной биологии и молекулярной генетики для дальнейшего развития теоретической и прикладной медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии. Открытие вирусов. Становление вирусологии как самостоятельной науки. Д.И. Ивановский - основоположник вирусологии. Вирусология в первой половине XX века.

Открытие вирусов, поражающих животных и человека, бактерий (бактериофагов) и вызывающих опухоли у животных (онкогенных вирусов). Разработка методов лабораторной диагностики вирусных инфекций.

Прогресс вирусологии во второй половине XX века, связанный с изучением структуры, биохимии, генетики вирусов. Открытие новых вирусов - возбудителей заболеваний человека. Разработка современных методов лабораторной диагностики, профилактики и терапии вирусных инфекций.

Определение иммунологии как самостоятельной науки. Зарождение иммунологии в пастеровский период. Разработка Л. Пастером метода приготовления вакцин. Открытие фагоцитоза как защитной реакции организма. Создание клеточной теории иммунитета (И.И. Мечников). Открытие гуморальных факторов иммунитета (П.Эрлих, Э. Беринг, Э. Ру и др.). Получение и применение лечебных сывороток.

Дальнейшее развитие иммунологии в первой половине XX века. Открытие аллергии, разработка методов получения анатоксинов, вакцин и лечебных сывороток, серологических методов диагностики инфекционных заболеваний.

Прогресс иммунологии во второй половине XX века. Создание современных теорий иммунитета (Ф. Гауровиц, Ф. Бернет, Тонегава и др.). Учение об иммунной системе организма. Открытие иммунологической толерантности, иммунологической памяти и других иммунологических реакций. Развитие инфекционной и неинфекционной иммунологии. До-стижения и развитие иммунобиотехнологии. Использование методов ген- ной инженерии для получения вакцин и других биологически активных препаратов. Синтетические, антиидиотипические вакцины.

Роль отечественных ученых в развитии микробиологии. Вклад И.И. Мечникова, Г.Н. Габричевского, Д.К. Заболотного, Н.Ф. Гамалеи, Л.И. Зильбера, З.А. Ермольевой, Д.И. Ивановского, П.Ф. Здродовского, В.М. Жданова в развитии медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии. Получение новых профилактических и лечебных препаратов, развитие микробиологической промышленности. Достижения медицинской микробиологии в ликвидации инфекционных заболеваний.

  1. Вклад Л. Пастера и Р. Коха в развитие микробиологии. Между 1875 и 1878 г Пастер формулирует «Теорию зародышей» и ее применение в медицине и хирургии, которая явилась научной основой для изучения инфекционных заболеваний. Также проводит изучение болезней вина и пива, изучение болезней шелковичных червей, ферментативная природа молочнокислого брожения, ферментативная природа спиртового брожения, ферментативная природа масляно-кислого брожения. Первый кто показал, что процессы брожения и гниения связаны с жизнедеятельностью микроорганизмов. Разработка микробной теории инфекционных заболеваний, предложение вакцинации для профилактики инфекционных заболеваний. Ввел в медицинскую практику антирабические прививки. Разработал вакцину против бешенства. Разработал вакцину против сибирской язвы. Ввел термин иммунитет.

Имя Роберта Коха принято связывать главным образом с открытием возбудителя туберкулеза. Открыл туберкулин. Разработал методику микробиологического исследования. Разработал триаду Коха - выделение одного и того же микроба во всех случаях заболевания, получение чистой культуры, воспроизведение заболевания на животных. Р. Кох выделил сибиреязвенного возбудителя в чистой культуре, открыл его способность к образованию стойких спор, объяснил, почему вблизи проклятых холмов (такие холмы создавались в местах, где зарывали падший от сибирской язвы скот) отмечается смерть многочисленных животных. Первым ввел окраску бактерий (окрашивание микробов анилиновыми красками), использовал в бактериологических исследованиях мясо-пептонный желатин и агар (твердые питательные среды). Р.Кох доказал заразность холеры. Был основоположником эпидемиологии и бактериологии.

  1. Строение бактериальной клетки, отличия от клеток высших организмов.

Признаки

Прокариоты (без ядра)

Эукариоты (ядерные)

ЯДЕРНАЯ МЕМБРАНА

Отсутствует

Имеется

ПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБР.

Имеется

Имеется

МИТОХОНДРИИ

Отсутствуют

Имеются

ЭПС

Отсутствует

Имеется

РИБОСОМЫ

Имеются

Имеются

ВАКУОЛИ

Отсутствуют

Имеются(особенно характерны для растений)

ЛИЗОСОМЫ

Отсутствуют

Имеются

КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА

Имеется (из муреина)

Отсутствует в животных клетках, в растительных состоит из целлюлозы

КАПСУЛА

Если имеется, то состоит из соединений белка и сахара

Отсутствует

КОМПЛЕКС ГОЛЬДЖИ

Отсутствует

Имеется

ДЕЛЕНИЕ

Простое

Митоз, амитоз, мейоз

нет оформленного ядра

ядро

нет мембранных органоидов

есть мембранные органоиды

ДНК

в виде кольца - никлеоид

хромосомы - комплекс ДНК

  1. Актиномицеты, характеристика, систематика, значение. Актиномицеты (устар. лучистые грибки) — бактерии, имеющие способность к формированию на некоторых стадиях развития ветвящегося мицелия (некоторые исследователи, подчёркивая бактериальную природу актиномицетов, называют их аналог грибного мицелия тонкими нитями) диаметром 0,4—1,5 мкм, которая проявляется у них в оптимальных для существования условиях. Имеют кислотоустойчивый (англ. acid fast) тип клеточной стенки, которая окрашивается по Граму как грамположительная, однако по структуре ближе к грамотрицательным. Характеризуются высоким (60—75 %) содержанием ГЦ пар в ДНК. Не содержат в клеточной стенке хитина. Мицелий имеет вид тонких прямых палочек, образуют нити. Характерная особенность актиномицетов — способность образовывать хорошо развитый мицелий. Палочковидные формы, часто с утолщенными концами, в мазке располагаются по одиночке, парами, V- и Y-образно. Все морфологические формы способны к истинному ветвлению, особенно на тиогликолевой полужидкой среде. Типовой вид — Actinomycesbovis. Наиболее распространены в почве: в ней обнаруживаются представители почти всех родов актиномицетов. Актиномицеты обычно составляют четверть бактерий, вырастающих на традиционных средах при посевах их разведённых почвенных суспензий и 5—15 % прокариотной биомассы, определяемой с помощью люминесцентной микроскопии. Их экологическая роль заключается чаще всего в разложении сложных устойчивых субстратов; предположительно они участвуют в синтезе и разложении гумусовых (основные органические вещества почвы, содержащие питательные вещества, необходимые высшим растениям) веществ. Могут выступать симбионтами беспозвоночных и высших растений.Бактерии играют важную роль в народном хозяйстве и в быту человека. Велика их роль в почвообразовательных процессах. Бактерии нашли широкое применение в растениеводстве и животноводстве, в различных отраслях пищевой промышленности. Микробиология все шире внедряется в текстильную и кожевенную отрасли промышленности. Такие производства, как мочка льна, обработка кожи, не могут обойтись без использования продуктов жизнедеятельности бактерий.

Необычайно велико значение бактерий в патогенезе заболеваний человека, животных и растений.

Почвенные бактерии оказывают большое влияние на рост и развитие растений. Вокруг корней и на корнях растений развивается большое количество различных видов бактерий, причем не всех видов, а только определенных, специфичных для каждого вида растений. Эта микрофлора может быть полезной или вредной для растения в зависимости от окружающей среды и состояния самого растения.

В процессе жизнедеятельности бактерии образуют ряд соединений, которые широко используются человеком: антибиотики, аминокислоты, витамины, ферменты и другие соединения. Много ценнейших биологически активных веществ, продуцируемых микроорганизмами, нам пока неизвестно. С каждым годом список этих соединений пополняется; мир микробов — неисчерпаемый источник различных важных веществ.

  1. Открытие и строение вирусов. Пищевые вирусные инфекции. Вирус (лат. virus — «яд»[2]) — неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живых клеток.Вирусы состоят из нуклеиновой кислоты, окруженной белками одного или нескольких типов; некоторые вирусы имеют также липидсодержащую внешнюю оболочку. В отличие от других организмов вирусы не имеют рибосом и ферментов, катализирующих образование макроэргических фосфатов, метаболизм белков, углеводов и жиров. Вирусы размножаются только внутри зараженных клеток, используя их ресурсы, и поэтому относятся к облигатным внутриклеточным паразитам. Вирусные гены обычно кодируют белки, необходимые для репликации нуклеиновой кислоты и сборки вирусов. В 1892 году русский биолог Д. И. Ивановский использовал фильтр (поры которого меньше бактерий) для изучения вида, сейчас известного как вирус табачной мозаики. Его эксперименты показали, что экстракт перетёртых листьев заражённых растений табака сохраняет инфекционные свойства и после фильтрации. Д. И. Ивановский предположил, что инфекция может вызываться токсином, выделяемым бактериями, однако он не развил эту идею. Жизненный цикл: Прикрепление(образование специфичной связи между белками вирусного капсида и рецепторами на поверхности клетки-хозяина), Проникновение в клетку(доставка внутрь клетки генетический материал вируса), Лишение оболочек(процесс потери капсида -внешняя оболочка вируса, состоящая из белков ), Репликация(репликацию генома), Выход из клетки.

  1. Морфология и физиология микроскопических грибов. Грибы́ (лат. Fungi или Mycota) — царство живой природы, объединяющее эукариотические организмы, сочетающие в себе некоторые признаки как растений, так и животных. У множества клеток грибов имеется клеточная стенка, отсутствует она лишь у зооспор и вегетативных клеток некоторых примитивных грибов. На 80—90 % она состоит из азотистых и безазотистых полисахаридов, у большинства основным полисахаридом является хитин, у оомицетов — целлюлоза. Также в состав клеточной стенки входят белки, липиды и полифосфаты. Внутри находится протопласт, окружённый цитоплазматической мембраной. Протопласт имеет строение типичное для эукариот. Есть запасающие вакуоли, содержащие волютин, липиды, гликоген, жирные кислоты (в основном ненасыщенные) и другие вещества. Ядер одно или несколько. Являясь редуцентами, они играют важную роль в экологии всей биосферы, разлагая всевозможные органические материалы и способствуя образованию плодородных почв. Велика роль грибов как участников взаимовыгодных симбиотических (мутуалистических) сообществ. Грибы — одни из важнейших объектов биотехнологии, применяемых для производства антибиотиков и других лекарственных средств, некоторых химических веществ, используемых в пищевой промышленности и в технических целях. С другой стороны, грибы могут наносить и значительный вред. У животных и человека грибы вызывают кожные заболевания (дерматомикозы), а иногда и поражения внутренних органов (глубокие микозы). Очень опасны и могут приводить к смертельному исходу отравления ядовитыми грибами, а также микотоксикозы — отравления пищевыми продуктами, заражёнными токсинами микроскопических грибов. Вегетативное тело грибов — ризомицелий, неклеточный или клеточный мицелий — неподвижно, закреплено в субстрате и обладает неограниченным ростом, что характерно также и для растений и отличает оба эти царства от животных. Подвижные жизненные формы (жгутиковые клетки) характерны только для хитридиомицетов, бластокладиевых и неокаллимастиговых и отсутствуют у других отделов грибов. Грибы разделяют на 2 отдела: Oomycota (Оомицеты)- стенка содержит целлюлозу. Подвижные стадии имеют один или два жгутика. У настоящих грибов (отдел Eumycota) в стенках клеток содержится хитин. Они составляют более 95% всех грибов и объединены в 5 классов: 1)хитридиемицеты-мицелий слаборазвитый,одноклеточный; 2)зигомицеты-мицелий несептированный,хорошо развитый; 3)аскомицеты; 4)базидиомицеты-хорошо развитый многоклеточный мицелий; 5)дейтеромицеты-мицелий септированный. По типу питания и способу получения энергии грибы относятся к осмотрофным гетеротрофам. Осмотрофами являются и растения, всасывающие таким же способом воду и минеральные вещества, но гетеротрофия у них встречается только у отдельных представителей и жизненных форм (например, паразиты и симбиотрофы, утратившие хлорофилл, подземные гаметофиты некоторых папоротниковидных).

  1. Химический состав клеток микроорганизмов. Вода – основная часть бактериальной клетки, составляет 75-85%, сухое вещество 15-25%. Часть воды находится в свободном состоянии, а часть в связанном. Связанная вода является структурным растворителем, свободная вода служит растворителем для кристаллических веществ, источником водородных и гидроксильных ионов. В состав любого организма входят все известные химические элементы и их изотопы. По количественному содержанию они делятся на макро-, микро – и ультрамикроэлементы. Давно известно, что 99% массы (веса) растений, животных и человека составляют 10 химических элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера и железо. Их называют макроэлементами. На долю остальных химических элементов приходится около 1%, поэтому их называют микро – и ультрамикроэлементами. К ним относятся молибден, медь, бор, йод, кобальт и др. В жизни организмов отдельные питательные макро-, микро – и ультрамикроэлементы не заменяют один другого и каждый из них выполняет определенную физиологическую роль. Так, углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера входят в состав важнейших органических соединений, поэтому их обычно называют органогенными элементами. Из них построены белки, жиры, углеводы, витамины, гормоны и др. белки являются основным структурным материалом всех клеточных мембран, выполняют различные функции: каталитическую, двигательную, транспортную, защитную, гормональную, запасную и др. Белки составляют 50-80% сухого вещества микробов. Различают протеины (простые) белки (альбумины, глобулины, гистины). Протеиды (сложные белки) – соединения простых белков с небелковыми группами, нуклеиновой кислотой, полисахаридами, жироподобными и другими веществами. Различают: гликопротеиды, липопротеиды и нуклеопротеиды. Нуклеиновые кислоты существуют в виде ДНК и РНК кислот. РНК содержится в цитоплазме бактерий(в рибосомах), ДНК-в ядре(носитель наследственности). Углеводы сост. 12-18%, это многоатомные спирты(сорбит и др.); полисахариды(гексозы, пентозы и др); моносахариды(глюкоза и др.). углеводы выполн. энергетическую роль в бактериальной клетке. Липиды(истинные жиры) и липоиды(жироподобные вещества) – у дрожжей, микобактерий, грибов липодов сод. до 40%, у др. – 3-7%. Бактрериаьные липиды сост. из свободных жирных кислот, нейтральных жиров, восков, фосфолипидов(сложные эфиры высших спиртов и кислот, содержащих азот и фосфор). Липиды использ. для синтеза белков, с ними связана кислотоустойчивость микобактерий. Влияют на проницаемость мембран.

  1. Чистые культуры дрожжей в виноделии. К чистым культурам дрожжей относят дрожжи, выделенные из одной клетки и специально подобранные путем селекции для определенных типов вин - столовых, шампанских, полусладких, десертных, крепких, хересных и др. Только применяя чистую культуру дрожжей, можно получать вина с заранее заданными качествами. Это происходит потому, что внесенная в сусло в определенном количестве (обычно 2-3%) разводка чистой культуры попадает в оптимальные условия, и дрожжи, энергично размножаясь, подавляют дикую микрофлору, завладевают брожением и быстро сбраживают сахар. Способ получения чистых культур дрожжей из одной изолированной клетки был разработан в 1881 г. датским ботаником Ганзеном применительно к пивоваренному производству. В виноделии чистые культуры дрожжей впервые применил немецкий ученый Мюллер-Тургау. Советскими учеными выделено и изучено большое количество штаммов чистых культур дрожжей, которые рекомендуются для винодельческого производства: 1) дрожжи для белых вин - к этой группе относятся все расы чистых культур дрожжей, которые в суслах из зрелого винограда находят благоприятные условия для развития, быстро размножаются, подавляют развитие вредных микроорганизмов, полностью сбраживают сахар, хорошо осаждаются и улучшают качество вина; 2) дрожжи для красных вин должны обладать теми же качествами, что и расы для белых вин, и дополнительно быть устойчивыми к повышенному содержанию дубильных и красящих веществ; спиртоустойчивые дрожжи - расы, принадлежащие к дрожжам вида Saccharomyces oviformis, хорошо размножаются в присутствии спирта и обладают другими положительными качествами; 3) дрожжи для шампанского производства - спиртоустойчивые расы дрожжей, способные бродить под высоким давлением углекислого газа (до 0,6 МПа), давая ви́на с длительной «игрой» и хорошим пенообразованием, хорошо осаждаться, не отлагаясь на стенках бутылок при бутылочной шампанизации; 4) сульфитостойкие дрожжи - расы, приученные бродить при повышенной концентрации сернистого ангидрида (150-200 мг/л) путем предварительного культивирования их в средах с возрастающим содержанием SО2; 5) холодостойкие и теплостойкие дрожжи - дрожжи, приученные соответственно к низким (4-10°С) или высоким (30-35°С) температурам брожения; 6) хересные дрожжи - расы, которые при доступе воздуха быстро образуют пленку на поверхности вина, создавая ароматические и вкусовые вещества, характерные для вина типа херес. Преимуществами сбраживания сусла чистой культурой дрожжей являются следующие: сусло забраживает быстро, причем с помощью тех дрожжей, свойства которых известны; брожение протекает плавно, без сильного пенообразования, и приводит к полному и глубокому выбраживанию сахара; в результате брожения образуется на 0,5-1,0% об. спирта больше, чем при самопроизвольном сбраживании; вина, выбродившие на чистых культурах дрожжей, содержат меньше летучих кислот и летучих эфиров, быстрее осветляются и обладают более чистым вкусом и букетом, менее подвержены заболеваниям, чем вина, получающиеся в результате самопроизвольного брожения.

  1. Способы питания и поступления питательных веществ в клетку. По типу питания живые существа делят на 2 группы: голозойные и голофильные. Голозойный тип характерен для животных. Микробы относятся к голофильному типу питания. Они не имеют специальных органов для принятия пищи, питательные вещ у них проникают через всю поверхность. Различают несколько механизмов питания: 1)пит вещ могут поступать из внешней среды в микробную клетку через клеточную стенку, капсулу слизистые слои и цитоплазматическую мембрану. Через эти структуры выделяются продукты обмена. В основе механизма такого питания лежит осмотическое явление, основанное на разнице концентрации питательных веществ в теле микроба и питательном растворе. Так происходит рост и размножение микробов. Проникновение пит.вещ в клетку может происходить с помощью диффузии, которая протекает активно и пассивно. При пассивном-пит.вещ проникают с током жидкости в клетку, если проникаемое вещ способно растворяться в клеточной стенке бактериальной клетки. При активной диффузии пит.вещ проникают в микробную клетку нерастворимыми в клеточной стенке.

При стереохимическом переносе пит.вещ из внешней среды в клетку попадают с помощью переносчиков-комплексов пермеаз. Разница в концентрации пит.вещ обеспечивает движение воды и растворенных в ней соединений, причем вода движется в сторону более высокой, а соли-менее высокой их концентрации. Приток воды в микробную клетку вызывает набухание коллоидов цитоплазмы. В результате этого она тесно прижата к оболочке клетки, находится в состоянии напряжения, которое называется тургором бактериальной клетки. Тургор определяет постоянство бактерий.

При помещении бактерий в раствор, содержащий 15-20% хлорида натрия или сахара, наступает резкое обезвоживание бактериальной клетки и сморщивание-плазмолиз, помещение бактерий в гопотонический раствор- происходит набухание и разрыв-плазмоптиз. К плазмоптизу устойчивы сенная бацилла, стафилококк, сарцины, легко подвергаются плазмолизу бактерии из группы пастерелл, эшерихий и др. Плазмолиз и плазмоптиз ведет к гибели бактериальной клетки.

Различают азотное и углеродное питание микроорганизмов. По типу углеродного питание микробы делят на аутотрофы и гетеротрофы.

Аутотрофы -получают углерод из диоксида углерода воздуха и создают органическое вещетво при помощи энергии, освободившейся в процессе окисления некоторых минеральных соединений, или энергии солнца(хемолитотрофы, фотолитотрофы).

Гетеротрофы -для питания используют углерод из готовых органических соединений(сапротрофы-питаются мертвой тканью животных и растений,паразиты-использ.орг.соед.живых организмов и ведут паразитический образ жизни).

Фототрофы –обладают фотосинтезирующей способностью, т.к содержат пигменты(красящие вещ).Представители: цианобактерии, пурпурные серобактерии и др.микробы.

  1. Фотосинтез и хемосинтез у микроорганизмов. Хемосинтез - тип питания, свойственный некоторым бактериям, способным усваивать CO2 как единственный источник углерода за счёт энергии окисления неорганических соединений. В отличие от фотосинтеза, при хемосинтезе используется не энергия света, а энергия, получаемая при окислительно-восстановительных реакциях. Например, водородные бактерии – наиболее многочисленная и разнообразная группа хемосинтезирующих организмов; осуществляют реакцию 6H2 + 2O2 + CO2 = (CH2O) + 5H2O, где (CH2O) – условное обозначение образующихся органических веществ. По сравнению с др. автотрофными микроорганизмами характеризуются высокой скоростью роста и могут давать большую биомассу; тионовые бактерии окисляют сероводород, тиосульфат, молекулярную серу до серной кислоты; нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитрита (1-я стадия нитрификации) и нитрит в нитрат (2-я стадия); и другие группы бактерии. Биосинтез органических соединений при хемосинтезе осуществляется в результате автотрофной ассимиляции CO2 (цикл Калвина) точно так же, как при фотосинтезе. Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий). Бесхлорофильный фотосинтез: Осуществляется археями рода Halobacterium и является наиболее примитивным типом фотосинтеза. Кванты света поглощаются белком-бактериородопсином, имеющим сходство с родопсином(основной зрительный пигмент) из-за наличия ретиналя. Этот тип фотосинтеза отличается отсутствием электрон-транспортной цепи, синтез АТФ осуществляется через создание электрохимического градиента протонов или ионов хлора при помощи бактериородопсиновой и галородопсиновой ионной помпы. Общее уравнение фотосинтеза: 6CO2 + 6H2O –солнечный свет→C6H12O6 + 6O2 . У растений существует 2 фазы: световая и темновая. Световая фаза: 1)фотолиз воды 2)синтез АТФ на гранах хлоропластов 3) возбуждение молекул хлорофилла 4) образование НАДФ-Н2 5) выделение молекулярного кислорода. Темновая фаза: 1)фиксация углерода 2)синтез глюкозы в строме хлоропластов 3)расходование энергии АТФ 4)восстановление углекислого газа 5)образование глюкозы. Процесс фотосинтеза происходит следующим образом: энергия солнечного света превращается в энергию электронов хлорофилла→фотолиз воды→энергия хим.связей АТФ и НАДФ-Н2→энергия хим.свзей в глюкозу.

  1. Методы пастеризации, сущность, значение, примеры. Пастеризация –нагревание материала до 95◦С. При этом погибают вегетативные формы микробов, а споровые сохраняются. Чтобы споры не прорастали, пастеризованный материал хранят при низких темп-х(4-6◦С). Технология была предложена в середине XIX века французским микробиологом Луи Пастером. Применяется для обеззараживания пищевых продуктов, а также для продления срока их хранения. Считается, что пищевая ценность продуктов при пастеризации практически не изменяется, так как сохраняются вкусовые качества и ценные компоненты (витамины, ферменты). В зависимости от вида и свойств пищевого сырья используют разные режимы пастеризации. Различают: длительную (при температуре 63—65 °C в течение 30—40 мин), короткую (при температуре 85—90 °C в течение 0,5—1 мин) и мгновенную пастеризацию (при температуре 98 °C в течение нескольких секунд). Пример: Пастеризованное молоко хранится гораздо дольше обычного.

  1. Круговорот углерода в природе и роль микроорганизмов в распаде органического вещества. Под круговоротом азота и углерода понимают процессы синтеза и распада органических веществ. Синтез органических соединений в природе начинают растения. В растительных клетках, содержащих хлорофилл, из неорганических веществ и воды при помощи солнечной энергии образуются различные органические соединения. При этом источником азота для растений являются главным образом соли азотной кислоты или соли аммония, а углерод они получают из углекислого газа атмосферы. Круговорот углерода также совершается с участием микроорганизмов. Они играют главную роль в разрушительной работе. Микробы, воздействуя на растительные и животные остатки, разлагают составляющие их органические соединения на простые вплоть до таких простейших минеральных веществ, как углекислый газ, аммиак и вода. Таким образом микроорганизмы возвращают в природу углерод в виде углекислого газа, а азот - в виде аммиака, который может быть использован растениями непосредственно в виде солей аммония или после превращения его в азотнокислые соли. Также разрушение органических соединений и пополнение в известной мере расходуемой углекислоты в природе происходят в процессе дыхания животных и растений.

  1. Спиртовое брожение, возбудители, значение. Дрожжи низового и верхового брожения. При спиртовом брожении микроорганизмы превращают углеводы с образованием этилового спирта как основного продукта брожения:

С6 Н12О6= 2СН3СН2ОН + 2СО2

К возбудителям спиртового брожения относятся некоторые дрожжи, главным образом из рода Saccharomyces. в промышленности использ.культурные дрожжи. По структуре накапливаемой дрожжевой массы их делят на: пылевидные-клетки отделены,изолированы друг от друга(использ для произ-ва спирта) и хлопьевидные-склеены, они образуют хлопья и оседают на дно(в виноделии и пивоварении). В зависимости от того, в каких условиях (аэробные или анаэробные) проходит процесс, дрожжи делят на дрожжи верхового и низового брожения.

Др.верхового брож.( S. cerevisiae)-находятся в верхних слоях сусла, куда они поднимаются образующимся диоксидом углерода и пеной. Брожение идет с незначительным повышением тем-ры (20-28◦С). Незадолго до конца брожения дрожжи образуют хлопья и оседают на дно бродильных емкостей. Через 5-7 дней верховое брожение заканчивается.

Дрожжи низового брож. (S. vini)-развиваются в анаэробных условиях и при более низкой тем-ре (6-12◦С). Дрожжи оседают на дно и образуют хлопьевидный осадок.

  1. Микробиологические процессы при виноделии. Вино представляет собой продукт спиртового брожения виноградного или плодово-ягодного сока. В виноградном соке (сусле) содержится вода —до 80%, сахара (глюкоза, фруктоза)—15%, пектиновые, красящие, дубильные, азотистые вещества, органические кислоты, витамины и др. Важнейшей операцией в виноделии является брожение сока. В процессе брожения сахар, содержащийся в соке, сбраживается дрожжами с образованием этилового спирта и СО2. Первичный процесс брожения протекает в больших емкостях (бочках, бутах) или непрерывным способом в бродильных резервуарах. Оптимальные условия брожения: t=20—25°С, содержание сахара—10—20%, кислотность сусла — 8—10г/л. В ходе брожения образуются соли органических кислот—кислый виннокислый калий и кальций, которые выпадают в осадок в виде винного камня. По окончании брожения вина снимают с осадка и фильтруют. Некоторые из них в таком виде уже считаются готовыми, другие являются лишь полуфабрикатами — виноматериалами и используются для дальнейшей переработки — купажа вин и шампанского, а также используются для переработки на коньячные виноматериалы (вторичное виноделие). Далеко не все виды дрожжей играют положительную роль в брожении. Многие из них тормозят процесс и ухудшают качество продуктов. Винодельческие (“культурные”) дрожжи должны быть устойчивыми к низким температурам, спирту, высокой кислотности, высокому давлению углекислоты, накапливать до 20% спирта, давать хорошие осадки. Типичными представителями этой группы являются дрожжи Saccharomyces vini и Saccharomyces oviformis. Они размножаются почкованием и способны образовывать споры, сбраживают глюкозу, фруктозу, мальтозу, сахарозу; образуют до 18% спирта. Кроме “культурных” дрожжей в виноградное сусло постоянно попадают (иногда в больших количествах) так называемые “дикие” дрожжи, которые слабо сбраживают сахара и образуют побочные продукты, резко ухудшающие качество вин (“болезни вина”).

  1. Микробиологические процессы в силосе при холодном и горячем силосовании. Силосование – это сложный биохимический процесс превращения свежей растительной массы в заквашенный корм. Главная роль в процессе силосования принадлежит микробам. На поверхности растений находится самые различные физиологические группы микроорганизмов. Больше всего среди них гнилостных, для развития которых требуется определенные условия среды: пит.вещ., кислород воздуха и рН не менее 4,5-4,7. В пр.силосования масса сильно уплотняется и поступление воздуха уменьшается до минимума, создаются условии, благоприятные для развития молочнокислых микроорганизмов. Они сбраживают углеводы (сахар), образуют молочную и частично уксусную кислоты. Молочнокислые бактерии уменьшают рН корма до 4,2-4,0 и тем самым создают неблагоприятные условия для развития гнилостных микроорганизмов. Но если в силосуемою массу попадает почва, а вместе с ней и маслянокислые бациллы, развивается маслянокислое брожение, что ухудшает кач-во силоса, он приобретает горький вкуси плохо поедается животными. Существует два способа силосования кормов: горячий и холодный.

Горячий способ силосования применяется сравнительно редко: при квашении грубостебельных малоценных кормов. Чтобы температуру повысить до 50◦С, корм укладывают рыхло и постепенно, что создает условия для более бурного развития микробиологических процессов. При такой технологии происходит потеря больших количеств питательных веществ.

Холодный способ силосования проходит при сравнительно невысокой тем-ре (25-35◦С). Такая тем-ра достигается в результате плотной укладки силосуемой массы и хорошей изоляции ее от воздуха. В таких условиях развитие аммонофикаторов не только сдерживается, но и подавляется. Уменьшаются распад веществ и образование энергии. Для лучшего уплотнения силосуемую массу измельчают. В настоящее время имеется большое количество полимерных пленок, с помощью которых можно предотвращать попадание в силосуемую массу почвы и других загрязнений, что улучшает качество корма. Холодный способ силосования в нашей стране распространен повсеместно.

  1. Силосование кормов, квашение овощей, основные стадии и микрофлора. Силосование – это сложный биохимический процесс превращения свежей растительной массы в заквашенный корм. Силосуемую массу закладывают в траншеи, ямы, башни, уплотняют и изолируют от воздуха. В таком состоянии корм хорошо сохраняется благодаря происходящим в нем микробиологическим процессам. Силосование имеет ряд положительных сторон. Во-первых, силосовать сочную растительную массу можно в любую погоду. При этом потери составных частей корма, в том числе и витаминов, значительно ниже, чем, например, при заготовке сена. Правильно заквашенный корм хорошо поедается животными, в результате чего повышается их продуктивность. Во-вторых, силосовать можно такие корма, которые часто не используются в хоз-ве(ботва свеклы, картофеля и др). Засилосованный корм можно хранить длительное время, иногда десятилетиями. В-третьих, правильно приготовленный силос имеет хорошие вкусовые качества, возбуждает аппетит и в сбалансированных рационах улучшает использование разных составных частей корма. Соление и квашение. Чаще всего этот способ консервирования применяется для сохранения капусты, огурцов и помидоров, иногда солят арбузы, дыни, цветную капусту, морковь и др.принцип метода заключается в то, чтобы создать преимущественные условия для развития одних микроорганизмов -молочнокислые бактерии и подавить размножение других -гнилостных. Создается как бы накопительная культура м.о. определенных групп, продукты жизнедеятельности которых в данном случае -молочная кислота, подавляют развитие вредных –гнилостных бактерий и одновременно придают продукту новые полезные вкусовые и пищевые кач-ва.

Квашение капусты: ее очищают, измельчают, смешивают с солью и укладывают в деревянный чан, бочку. Происходит плазмолиз клеток ткани измельченных листьев и из них выделяется клеточный сок. В пит.среду переходят различные м.о., находившиеся на капустных листьях, и начинают в ней размножаться. После заполнения чана на верхний слой капусты помещают деревянный диск и гнет, чтобы капуста вся была покрыта соком. При правильном протекании процесса молочнокислое брожение заканчивается через 7-8 дней. В брожении принимают участие различные виды гетероферментативных и гомоферментативных молочнокислых бактерий, которые сменяют друг друга по мере накопления молочной кислоты и др. продуктов обмена.

Силосование– динамический процесс, в котором выделяют 3 фазы.

Первая фаза- развитие смешанной микрофлоры. После сквашивания растений изменяется их физиологическое состояние. Нарушается целостность клеток, состояние тургора, изменяется состоянием расслабленности. В окружающую среду выделяется сок и легкорастворимые сахара. Пространство между растениями заполняется соком, но не полностью, создаются условия для развития разных физиологических групп. С уплотнение силосной массы условия меняются, прекращается доступ кислорода воздуха, интенсивнее развиваются молочнокислые бактерии, накапливаются кислоты, тормозится развитие др. физиологических групп м.о.

Вторая фаза- основное брожение, в котором преобладают молочнокислые бактерии. Они продолжают подкислять корм. Происходит гибель и задержка роста некоторых неспорообразующих микробов, сохраняются бациллы. Молочнокислые кокки заменяются молочнокислыми палочками. Питательные кормовые вещества израсходованы и наступают неблагоприятные условия для развития микроорганизмов, их кол-во уменьшается.

Третья фаза- накопление молочной кислоты в большом кол-ве и постепенное отмирание кокковых и палочковидных форм микробов. Через 2 недели заканчиваются микробиологические процессы.

Молочнокислые бактерии в силосуемой массе представлены кокковыми и палочковидными формами. Возбудителей молочнокислого брожения делят на 2 группы: 1)гомоферментативные(образующие из сахаров в основном молочную кислоту); 2) гетероферментативные(кроме молочной образуют уксусную кислоту, диоксид углерода, иногда этиловый спирт).

17.Дрожжевание кормов, порча, хранение, значение

Корма дрожжуют в отдельном систематически вентилируемом помещении, температура воздуха в котором должна быть 18-20 градусов. При дрожжевании необходимо обеспечить хороший доступ воздуха в корма. Это достигается систематическим и старательным перемешиванием кормовой массы ручными или механическими мешалками. При дрожжевании большое значение имеет качество корма, температура, кислотность, густота замешивания. Не все корма хорошо дрожжуются. Лучше дрожжуются те корма, в которых содержится большое количество углеводов (ячмень, овес, кукуруза, свекла, тыква и др.). При дрожжевании к кормам можно добавлять до 15% бобовых (горох, вика и др.), около 15% жмыха.

Дрожжевание корма проводят так: к 20 кг закваски добавляют 110-150 л воды и старательно перемешивают. Затем в ящик насыпают 80 кг концентрированных кормов и выдерживают в нем в виде густо замешенной массы в течение 5-6 часов, перемешивая через каждые 30-40 минут. После этого корм можно скармливать свиньям.

18. Ферменты, классификация и их роль в жизнедеятельности микробов.

Ферменты (энзимы) - обычно белковые молекулы или молекулы РНК или их комплексы, ускоряющие химические реакции в живых системах.

Все ферменты разде­лены по их действию на 6 классов:

Оксидоредуктазы- катализаторы ОВР.

Трансферазы - катализаторы переноса функциональных групп с одной молекулы субстрата на другую.

Гидролазы – ускоряют реакции гидролиза.

Лиазы - катализируют разрыв химических связей без гидролиза с образованием двойной связи в одном из продуктов.

Изомеразы - ускоряют всевозможные структурные или геометрические изменения в молекуле субстрата (реакции изомеризации).

Лигазы - осуществляют реакции син­теза с использованием энергии.

Применение ферментов микробов в пищевой и легкой промышленности позволяет значительно интенсифицировать технологический процесс, повысить выход и улучшить качество готовой продукции. Применение ферментных препаратов в пивоварении позволяет частично заменить солод ячменем. С помощью грибной глюкоамилазы получают глюкозную патоку и кристаллическую глюкозу из крахмала. Пектолитические ферментные грибные препараты используют в сокоморсовом производстве и виноделии.

19.Экзо- и эндоферменты микроорганизмов. Использование в пищевой промышленности и кормопроизводстве.

Эндоферменты функционируют только внутри клетки. Они катализируют реакции биосинтеза и энергетического обмена. Экзоферменты выделяются клеткой в среду и катализируют реакции гидролиза сложных органических соединений на более простые, доступные для ассимиляции микробной клеткой. К ним относятся гидролитические ферменты, играющие исключительно важную роль в питании микроорганизмов.

Применение ферментов микробов в пищевой и легкой промышленности позволяет значительно интенсифицировать технологический процесс, повысить выход и улучшить качество готовой продукции. Применение ферментных препаратов в пивоварении позволяет частично заменить солод ячменем. С помощью грибной глюкоамилазы получают глюкозную патоку и кристаллическую глюкозу из крахмала. Пектолитические ферментные грибные препараты используют в сокоморсовом производстве и виноделии.

  1. Маслянокислое брожение, возбудители, значение

При маслянокислом брожении происходит процесс разложения сахара под действием бактерий в анаэробных условиях с образованием масляной кислоты, углекислого газа и водорода. Оно протекает по уравнению:

С6Н12О6 = С3Н7СООН + 2СО2 + 2Н2 + 20 ккал

В качестве побочных продуктов этиловый и бутиловый спирты, уксусная кислота и др. Такое брожение может протекать в молоке и молочных продуктах, придавая неприятные вкус и запах, характерный для масляной кислоты. Маслянокислые бактерии, вызывающие это брожение, представляют собой перитрихиально жгутованные подвижные, спорообразующие палочки, температурный оптимум их развития находится в пределах 30-40°С. Эти бактерии вызывают порчу пастеризованного молока, в котором исключено молочнокислое брожение, а также сырого молока при длительном хранении его на холоде, когда деятельность молочнокислых бактерий ослаблена. Развиваясь во влажной муке, маслянокислые бактерии придают ей прогорклый вкус.

Маслянокислое брожение находит практическое применение в производстве масляной кислоты, которая широко используется в технике.

  1. Метановое брожение, возбудители, значение

Брожение метановое - брожение, одним из продуктов которого является метан; осуществляется в основном микроорганизмами, расщепляющими клетчатку, например при очистке сточных вод.

Органические соединения + Н2О→ СН4+СО2+С5Н7NО2+NH4+HCO3.

Гниение (метановое брожение) представляет собой процесс, протекающий без доступа кислорода воздуха, при котором органические вещества под действием различных симбиотических организмов, переходя через большое число промежуточных продуктов, разлагаются до метана и углекислоты. Последняя стадия разложения происходит под действием метановых бактерий.

  1. Отношение микроорганизмов к кислороду. Типы биологического окисления, примеры

В зависимости от отношения микроорганизмов к молекулярному кислороду их принято делить на облигатные аэробы, факультативные анаэробы, аэротолерантные анаэробы и облигатные анаэробы. Большинство микроорганизмов, как и макроорганизмы, являются облигатными аэробами (для роста им необходим молекулярный кислород). Наряду с этим есть микроорганизмы, которые, хотя и нуждаются в наличии О2, но могут расти или лучше растут только при низком его содержании (2–10 %). Такие микроорганизмы называют микроаэрофилами. Факультативные анаэробы растут как в присутствии, так и в отсутствие О2. Но в зависимости от условий роста происходят изменения в их метаболизме. Как правило, при наличии молекулярного кислорода такие микроорганизмы переключаются на окисление субстрата с участием О2, т. е. на аэробное дыхание. К аэротолерантным анаэробам принадлежат многие молочнокислые бактерии, способные расти в присутствии молекулярного кислорода, но при этом их метаболизм остается таким же, как и в анаэробных условиях. Облигатные анаэробы не только не нуждаются в наличии молекулярного кислорода для роста, но и для многих видов он токсичен даже в малой концентрации. Синтез биополимеров бактериальной клетки требует энергии. Она образуется в ходе биологического окисления и запасается в виде молекул макроэргов – АТФ и АДФ. Органеллами дыхания у большинства бактерий являются производные цитоплазматической мембраны – мезосомы, на которых локализуются специальные дыхательные ферменты типа цитохромоксидаз. Тип биологического окисления является одним из ключевых признаков, позволяющих дифференцировать различные микроорганизмы. По этому признаку выделяют три группы бактерий: первая группа – облигатные аэробы, которые способны получать энергию только путем дыхания и нуждаются в молекулярном кислороде как конечном акцепторе электронов. Для них как тип ок-вос. процессов характерно окисление, при котором конечным акцептором электронов является кислород. вторая группа – облигатные анаэробы – бактерии, способные расти только в среде, лишенной кислорода. Для них как тип ок-вос. процессов характерна ферментация, при которой происходит перенос электронов от субстрата-донора к субстрату-акцептору. третья группа – факультативные анаэробы – бактерии, способные расти как в присутствии, так и в отсутствии кислорода, и использовать в качестве терминальных акцепторов электронов как молекулярный кислород, так и органические соединения.