Микробиология

1 Морфология, строение, размножение и классификация Клетка представляет собой элементарную целостную структурированную систему - наименьшую жизнеспособную единицу живого.

По строению клетки все живые существа следует делить на организмы «безъядерные» – прокариоты (буквально, доядерные), «ядерные» – эукариоты. В группу прокариот входят все бактерии и сине-зеленые водоросли, а в группу эукариот – грибы, растения, животные.

Прокариотические клетки – это наиболее примитивные, очень просто устроенные.

Прокариоты м.б. палочковидной или шаровидной формы, средние размеры прокариот лежат в пределах 0,5…3 мкм.

Химический состав клеток живых организмов в принципе одинаков. В прокариотной клетке содержатся: вода75 – 85%; СВ – 15 -25% и они представлены белками, нуклеиновыми кислотами, липидами и углеводами; и минеральные соли.

По химическому составу белки прокариот почти не отличаются от белков эукариот. В состав белков прокариот входят 20 аминокислот.

Основным энергетическим материалом прокариот являются углеводы, на долю которых приходится от 10 до 30% сухой массы.

Количество липидов в клетке бактерий варьируется от 5 до 40%. В клетке прокариот содержатся и минеральные соединения, составляющие от 1,3 до 13,9% сухой массы.

По форме бактерии делят на три группы: шаровидные, палочковидные и извитые.

Шаровидные (кокковые) микробы — кокки (Coccus):

Моноккоки – располагаются одиночно, диплококки – сцепление 2-х кокков, в виде цепочек, тетракокки – кокки сцепленные по 4, стрептокикки – кокки расположенные в виде цепочки, сарцины – соединения 8 – 16 и более кокков в виде тюков, стафилококки – беспорядочные скопления кокков, напоминающие виноградную гроздь.

Палочковидные, или цилиндрические, формы принято делить на бациллы и бактерии.

Бактерии - палочковидные формы, не образующие спор. Бациллы – палочковидные формы, образующие споры.

Извитые формы подвижны и имеют жгутики. Вибрионы (род Vibrio) напоминают по форме запятую. Спириллы (род Spirillum) – извитые формы, образующие до 3…5 завитков. Спирохеты (род Spirochaeta) – тонкие длинные извитые формы с множеством завитков.

Структуры прокариотной клетки. Различают основные структуры — клеточную стенку, цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с различными цитоплазматическими включениями и нуклеоид, временные структуры, которые клетка несет лишь на определенных этапах жизненного цикла, — капсулу, жгутики, фимбрии, у некоторых представителей бактерий — эндоспоры (рисунок 2).

Микробная клетка окружена оболочкой. Роль оболочки огромна: она придает клетке определенную форму, защищает ее от неблагоприятных воздействий, через нее осуществляется обмен веществ между клеткой и окружающей средой.

У некоторых микроорганизмов вокруг клеточной стенки образуется слизистый слой – капсула.

Клеточная стенка - основная структурная единица оболочки микробной клетки.

Основным компонентом клеточной стенки бактерий является муреин, относящийся к классу пептидогликанов. По содержанию муреина и специфике дополнительных компонентов, включенных в муреиновую сеть, все бактерии подразделяются на две группы: грамположительные и грамотрицательные.

Цитоплазматическая мембрана расположена между клеточной стенкой и цитоплазмой, представляет собой относительно плотное образование. Мембрана состоит из фосфолипидного бислоя и белковых глобул. Мембрана обеспечивает постоянство внутриклеточного осмотического давления, избирательную проницаемость разных веществ. В ней находятся ферменты, регулирующие процессы метаболизма клетки с окружающей средой.

Темпы роста цитоплазматической мембраны обычно превышают темпы роста клеточной стенки, в результате чего мембрана часто образует многочисленные инвагинации (впячивания) различной формы, называемые мезосомами.

Цитоплазма — это содержимое клетки, за исключением ядра, окруженное цитоплазматической мембраной.

Рибосомы – рибонуклеопротеиновые частицы цитоплазмы, количество которых в одной клетке достигает несколько тысяч. Рибосомы – место биосинтеза белка.

Нуклеоид (генофор) – ядерное вещество прокариотической клетки, в отличие от ядер эукариотов, не имеет ядерной мембраны.

Включения бактериальной клетки: гранулеза и гликоген – полисахариды, резервные вещества микробной клетки. Волютин является основным энергетическим запасом бактериальной клетки и представлен полифосфатами.

Жгутики – органы передвижения у микробов. Они представляют собой тонкие спиральные нити, превышающие по длине размеры клетки. Они могут быть расположены следующим образом:

Споры (эндоспоры) образуются в конце экспоненциальной фазы роста, когда истощается питательная среда и накапливаются продукты жизнедеятельности.

Характеристика вирусов. Объекты живой природы, неклеточные формы жизни, проникают в клетки высокоорганизованных существ, где производят себе подобных.

Вирусы не растут на искусственных питательных средах, способны размножаться только внутри клеток восприимчивого организма или в культуре тканей. Вне организма живой клетки вирус инертен, в таком состоянии он сохраняется длительное время.

Фаги относятся к бактериальным вирусам.

От всех живых организмов вирусы отличаются кардинальными признаками:

1) содержат только один тип нуклеиновой кислоты, РНК или ДНК, в то время как все прокариоты и эукариоты содержат и ДНК, и РНК;

2) не содержат белок-синтезирующих систем и используют белок-синтезирующий аппарат клетки-хозяина, которую они поражают;

Размножение бактерий. Большинство бактерий размножаются путем равновеликого бинарного поперечного деления клетки. При таком симметричном делении образуются две одинаковые дочерние клетки.

Почкование является разновидностью бинарного деления.

3 Молочнокислые бактерии: классификация, морфология, физиология. Химизм молочнокислого брожения и его практическое значение.

Брожение – ОВП превращения УВ и других органических соединений в анаэробных условиях при участии м/мов.

По характеру самого процесса и образующимся конечным продуктам различают гомо- и гетероферментативное молочнокислое брожение.В основе первого лежит гликолитический цикл сбраживания гексозы с двух молекул пировиноградной кислоты. Энергетической выход гомоферментативного молочнокислого брожения невелик и составляет всего две молекулы АТФ на одну молекулу сброженной глюкозы:

C₆H₁₂O₆ 2CH₃CHOHCOOH + 94 кДж

Для роста нуждаются в обогащенных питательных средах, содержащих различные аминокислоты, компоненты нуклеиновых кислот, витамины группы В и другие соединения. Источником углерода для них служат молочные или растительные сахара (глюкоза, лактоза, мальтоза) и редко некоторые пентозы, сахароспирты и органические кислоты.

Пентозофосфатный путь сбраживания гексоз или пентоз с образованием молочной кислоты и ряда других продуктов — уксусной кислоты, этилового спирта, глицерина и углекислого газа лежит в основе гетероферментативного молочнокислого брожения.

Различные виды молочнокислых бактерий способны развиваться в широких температурных пределах от 7…10 до 40…42 °С, имея оптимум 25…30 °С.

Возбудителями м/к брожения м.б. бактерии на 2 групп: гомоферментативные, образующие молочную кислоту, и гетероферментативные, которые кроме молочной образуют летучие кислоты, С₂Н₅ОН, СО₂, Н₂ и др. продукты.

Среди возбудителей типичного молочнокислого брожения различают шаровидные и палочковидные формы.

Шаровидные формы молочнокислого стрептококка. Типичный представитель молочнокислого брожения - Streptococcus lactis.

Форма клеток молочнокислого стрептококка овальная; их соприкосновение происходит суженными концами. Стрептококк окрашивается по Граму положительно, спор и капсул не образует. Факультативный анаэроб. Он хорошо растет на молочных средах, а также на средах с добавлением молочных продуктов (агаре из гидролизованного молока или молочной сыворотки). Оптимальная t роста 30-35°С. Через 10-12 ч молочнокислый стрептококк свертывает молоко; при этом накапливается около 0,8-1,0% молочной кислоты.

Палочковидные формы. Типичные молочнокислые палочки, по своему составу неоднородны. В эту группу входят болгарская палочка, ацидофильная палочка, палочка из сыра, палочки из кефира, кумыса. Все они тонкие, длинные, бесспоровые, грамположительные

В отличие от шаровидных форм палочковидные растут при более высокой температуре (40-45°С) и относятся к термофилам, обеспечивают накопление до 3,0-3,5% молочной кислоты.

Нетипичное (гетероферментативное) молочнокислое брожение вызывают гетероферментативные молочнокислые стрептококки. К ним относят такие, которые кроме молочной образуют летучие кислоты, ароматические вещества, СО₂.

Нетипичные молочнокислые бактерии слабые кислотообразователи. Они свертывают молоко не менее суток, а в некоторых случаях - даже через неделю.

Под воздействием молочной кислоты бактерий мясные продукты зеленеют и ослизняются. Зеленеют в результате выделения молочно-кислыми бактериями воды, которая вступает в реакцию с пигментом мяса.

Молочнокислые бактерии вызывают бомбаж банок с рыбными пресервами, так как в результате жизнедеятельности выделяют СО_2.. Развиваясь в диффузионном соке в сахарном производстве молочнокислые бактерии вызывают потери сахара, путём его разложения.

На спиртовых заводах снижают выход спирта, повышают содержание в нём растворимых веществ.

Вызывают скисание пива и заболевания вин - скисание, помутнения, превращение лимонной и винной кислот в молочную кислоту, летучие кислоты и СО₂.

2 Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы (абиотические и биотические факторы). Формы изменчивости микроорганизмов, их характеристика. Фенотипические и генотипические изменения.

Под влиянием условий среды у организмов часто появляются новые признаки, которые могут быть временными или постоянными, передающимися по наследству.

Абиотические факторы-факторы не живой природы (t, pH, состав среды).

Биотические факторы – факторы живой природы (взаимоотношение организмов.

Морфологические изменения. Температура, состав среды вызывают изменения формы микробов. Палочки принимают округлую форму, становятся более длинными и толстыми, образуют вздутия. Культуральные изменения. Одни и те же микробы при одинаковых условиях могут иметь разные культуральные признаки.

Отношений м/у организмами проявляются в виде симбиоза, метабиоза, антоганизма. Симбиоз – отношения м/мов, при которых м/у 2 симбионтами получают взаимопользу. Метабиоз – взаимоотношения м/мов, при которых продукты метаболизма одних м/мов служат питательными веществами для других. Антогонизм – форма конкурентных взаимоотношений, при которых один м/м угнетает или вызывает гибель другого. Характерны два типа изменчивости: генотипическая (наследственная) и фенотипическая (модификационная). Фенотипическая изменчивость возникает как ответная реакция организма на изменение условий окружающей среды и проявляется у большинства особей в популяции. Она не является наследственной и не приводит к изменению генетического аппарата бактерий. Фенотипическая изменчивость носит адаптационный характер. Модификации бактерий проявляются лишь временно, в период непосредственного действия фактора, и исчезают при его устранении. Модификации бактерий могут быть стабильными или лабильными, иногда сохраняются в течение нескольких поколений. Генотипическая изменчивость прокариот проявляется в виде мутаций и рекомбинаций и осуществляется в результате изменений в первичной структуре генетического аппарата.

Мутация (от лат. mutatio — изменение) — термин, употребляемый в двух смыслах: возникновение изменения в структуре генетического материала и само изменение.

Механизм мутаций заключается в выпадении, вставке или замене одной пары нуклеотидов либо группы нуклеотидов в молекуле ДНК, а также в изменении последовательности их расположения. Различают спонтанные и индуцированные мутации.

Спонтанные мутации возникают в популяциях прокариот без видимого внешнего воздействия и проявляются в самопроизвольном изменении их генома. Они носят случайный, ненаправленный характер и возникают до воздействия какого-либо селекционирующего фактора.

Индуцированные мутации вызывают экспериментально действием какого-либо фактора — химического соединения или различного рода излучениями (рентгеновские, ультрафиолетовые и гамма–лучи). Выделяют генные и хромосомные мутации по количеству мутировавших генов и характеру изменений в первичной структуре ДНК.

Генные мутации затрагивают только один ген и чаще всего являются точковыми. Последние представляют собой выпадение, вставку или замену одной пары нуклеотидов.

Хромосомные мутации распространяются на несколько генов. Они носят характер крупных перестроек в отдельных фрагментах ДНК и проявляются в виде делеции — выпадении меньшего или большего числа нуклеотидов, инверсии — повороте участка ДНК на 180°, дупликации — повторении какого-нибудь фрагмента ДНК.

В результате рекомбинации генетического материала за счет частичного объединения геномов двух клеток наблюдается генотипическая изменчивость прокариот. Трансформация (от лат. transformatio — преобразование) — изменение генома, а, следовательно, и свойств бактерий в результате переноса информации при проникновении фрагмента свободной ДНК из среды в клетку. Трансдукция - перенос генетического материала из клетки-донора в клетку-реципиент умеренным бактериофагом.

Конъюгация - направленный перенос генетического материала из клетки-донора в клетку-реципиент при непосредственном контакте бактериальных клеток.

4. Спиртовое брожение и его возбудители. Химизм спиртового брожения и его промышленное использование.

Брожение – ОВП превращения УВ и других органических соединений в анаэробных условиях при участии м/мов.

Возбудители спиртового брожения явл дрожжи делят на 3 класса:

1. Ascomycetes: saccharomyces, shizosaccharomyces;

2. Basidiomycetes

3. Deuteromycetes: candida.

Температурный оптимум для размножения дрожжей 25 - 30°С, при 40°С рост их прекращается и дрожжи погибают, низкие тем – ры они переносят хорошо, хотя при этом не размножаются. Различают дрожжи верхового и низового брожения. Дрожжи верхового брожения в период интенсивного брожения скапливаются на поверхности бродящей среды в виде рыхлого слоя пены. Дрожи низового брожения во время брожения не скапливаются на поверхности среды, а в конце брожения оседают в виде плотного осадка.

Выделяют хлопьевидные и пылевидные дрожжи. Пылевидные – во время брожения находятся во взвешенном состоянии и клетки их изолированы друг от друга, а хлопьевидные представляют собой скопления дрожжевых клеток в виде хлопьев. Пылевидные дрожжи относят с к дрожжам верхового брожения, а хлопьевидные – низового.

По гликолитическому пути до образования пировиноградной кислоты проходит процесс спиртового брожения. Далее при участии ключевого фермента спиртового брожения – пирувадекарбоксилазы – происходит декарбоксилирование пировиноградной кислоты. В результате образуется ацетальдегид и углекислый газ.

Конечным акцептором водорода выступает образовавшийся ацетальдегид, который под действием НАД – зависимой алкогольдегидрогеназы восстанавливается до этилового спирта. Донором водорода служит 3 – фосфоглицериновый альдегид:

СН₃-СОН + НАД Н₂= СН₃СН₂ОН + НАД⁺ + Н⁺

Процесс спиртового брожения можно выразить следующим уравнением: С₆Н₁₂О₆ + 2Ф + 2АДФ=2 СН₃СН₂ОН +2СО₂ + 2АТФ + 2Н₂О + Н⁺

На одну молекулу сброженной глюкозы энергетический выход процесса составляет 2 молекулы АТФ.

Суммарно спиртовое брожение выражается уравнением:

С₆Н₁₂О₆ = 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 118 кДж

В основе ряда промышленных производств: виноделия, получения спирта, пивоварения, хлебопечения – лежит спиртовое брожение.

5 Общая характеристика ферментов микроорганизмов. Свойства, классификация и их роль в превращении веществ микроорганизмами. Использование микробных ферментов

Свойства ферментов. Все процессы, которые протекают в микробной клетке, полностью зависят от активности ферментов. Ферменты растворимы в воде, растворах солей, кислот, щелочей. Ферменты - это в основном белковые комплексы. Существует две группы ферментов: однокомпонентные и двухкомпонентные, в состав последних входят белок-носитель, так называемая простетическая группа и небелковая часть. В отдельности белковая и простетическая группы не обладают ферментативной активностью и только после соединения приобретают свойства ферментов.

Специфичность действия - одно из наиболее характерных свойств ферментов. Они способны реагировать только с определенными химическими веществами или группой родственных соединений. Например, фермент лактаза расщепляет только молочный сахар, амилаза расщепляет крахмал.

Ферменты термолабильны. Они активируются при слабом нагревании. При 5О...6О°С ферменты снижают свою активность, при 80°С происходит инактивация большинства из них, а при 100 °С наступает полное разрушение. Это объясняется, прежде всего, тем, что большинство ферментов имеют белковую природу. Оптимальная температура их действия от 30 до 50°С, для ферментов же животного происхождения от 37 до 40 °С.

Ферменты действуют при определенном значении рН. В общем оптим рН = 4,0 – 9,0. Ферменты не изменяются к концу реакции, не входят в состав конечных продуктов. Они нетоксичны.

Классификация ферментов. Все ферменты объединены в шесть классов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы или синтетазы.

Оксидоредуктазы – катализируют ОВР.

Трансферазы - катализируют перенос между молекулами отдельных групп, радикалов и атомов (метильные, карбоксильные и другие группы; группы, содержащие азот, фосфор, серу, альдегидные и кетонные остатки и т.д.).

Гидролазы - ферменты, ускоряющие реакции гидролиза в присутствии Н₂О, т.е. процесс расщепления сложных веществ на более простые.

Лиазы - ферменты,катализирующие реакции негидролитического отщепления каких – либо групп от субстратов с образованием двойной связи или присоединением какой – либо группы по месту разрыва двойной связи.

Изомеразы - ферменты, ускоряющие реакции изомеризации. Лигазы, или синтетазы, - ферменты, ускоряющие синтез сложных соединений из более простых за счет распада пирофосфорных связей (в АТФ или других богатых энергией пирофосфатах).

Ферменты и их роль в превращении веществ микроорганизмами. Почти все реакции, происходящие в микроорганизмах, в растительных и животных организмах, катализируются соответствующими ферментами.

Ферменты микробов делят на эндо- и экзоферменты.

Эндоферменты прочно связаны с цитоплазмой, осуществляют дальнейшее расщепление внутри клетки.

Экзоферменты выделяются в окружающую среду, где производят превращение питательных веществ в более простые соединения, которые проходят через оболочку микробной клетки и служат пластическим материалом.

Использование микробных ферментов. Ферментативные процессы являются основой множества производств: хлебопечения, виноделия, пивоварения, сыроделия, производства спирта, чая, уксуса. В спиртовой и других отраслях предложено применение ферментных препаратов, получаемых из плесневых грибов или бактерий. В ряде стран этот способ широко используется для осахаривания с помощью амилаз крахмалистого сырья с целью получения кристаллической глюкозы или его сбраживания на спирт. Концентрированные амилолитические препараты ферментов плесневых грибов при добавке в тесто приводят к улучшению качества хлеба и ускорению технологического процесса.

Препараты протеолитических ферментов, получаемых из микроорганизмов, употребляются в кожевенной промышленности — для замены дефицитного сычужного фермента (реннина).

6 Дрожжи, их классификация, морфология и физиология (типы питания, дыхания, условия роста и брожения). Положительная и отрицательная роль в производстве

Клетки дрожжей имеют округлую, овальную или палочковидную фор­му, диаметром от 4 до 12 мкм.

По способу вегетативного размножения дрожжи подразделяются на три семейства: Saccharomycetaceae — дрожжевые организмы, размножающиеся почкованием; Schizosaccharomycetaсеае — дрожжевые организмы, размножающиеся делением клетки перегородкой; Saccharomycodaceae — дрожжевые организмы, размножение которых начинается почкованием, а завершается делением с образованием перегородки между почкой и материнской клеткой.

Дрожжи – одноклеточные эукориоты.

Почкующаяся дрожжевая клетка состоит из оболочки, протоплазмы и ядра. Оболочка состоит из полисахаридов типа гемицеллюлоза, преимущественно типа маниана и хитина. Толщина клеточной стенки дрожжей приблизительно 400 нм. Толщина ЦПМ 7-8 мм. Расположена под клеточной стенкой и отделяет её от цитоплазмы. ЦПМ обеспечивает избирательное движение питательных веществ из среды в клетку и вывод метаболитов из клетки. Состоит из бимолекулярного слоя липидов, в который включаются белковые молекулы. WGV определяет осмотическое давление клетки.

Ядро – небольшое шаровидное или овальное тело, окружённое цитоплазмой и не растворимое в ней. В ядре в витде включений обособленно расположены ДНК, РНК. Обязательный органоид клетки – вакуоли- полости, заполненные клеточным соком и отделённые от цитоплазмы вакуолярной мембраной. Вакуоль в молодых клетках состоит из множества мелких полостей, в старой – одной большой. Клеточный сок представляет собой водный раствор минеральных солей, УВ, белков, жиров и ферментов. В молодых клетках жира обычно нет, в зрелых он содержится в небольших количествах в виде мелких капель, а в старых в виде – крупных. Гликоген – запасное вещество дрожжей. Наибольшей бродильной активностью обладают зрелые клетки. Сбраживание глюкозы дрожжами является анаэробным процессом, хотя сами дрожжи аэробы. В анаэробных условиях брожение идёт интенсивно, а рост дрожжей не наблюдается, а в аэробных условиях скорость брожения снижается и интенсифицируется дыхание и размножение дрожжей.

Дрожжи лучше всего используют гексозы (глюкоза, фруктоза, раффиноза) некоторые пентозы, высшие спирты. Источником азота для дрожжей служат соли аммония, аминокислоты, и короткие пентозы и короткие пептиды. Для дрожжей необходимы витамины, но некоторые дрожжи сами могут синтезировать витамины. Оптимальный рН для развития дрожжей 3,3-6,5 , оптимальная t для культивирования 28-30ºС. В анаэробных условиях дрожжи используют энергию, которую получают в результате сбраживания углеводов. В аэробных условиях дрожжи получают энергию за счёт аэробного дыхания. Дрожжи для бродильных производств: в спиртовой, пивоваренной, винодельческой, кваса, хлебопечении применяются разные расы дрожжей. Отрицательная роль: дрожжи на молочно-кислых заводах вызывают порчу масла, сметаны и др. продуктов, а также нежелательно присутствие диких дрожжей, т.к. они более конкурентно способны перед культурными расами дрожжей, усваивают в бродящей среде питательные вещества. Присутствие дрожжей нежелательно в готовом продукте после его консервирования.

7 Мицелиальные грибы. Классификация. Морфология. Физиология (типы питания и дыхания, условия роста). Положительная и отрицательная роль в производстве

Грибы — бесхлорофилльные растительные организмы, относятся к эукариотам. Живут на поверхности различных субстра­тов. Они не требовательны к питательным средам, но нуж­даются в кислороде воздуха. Грибы выдерживают низкие температуры. Для большинства грибов характерны наличие грибницы, или мицелия, гетеротрофный тип пи­тания. Размножение - вегетативное, половое и бесполовое (участками мицелия, спорами, почкованием, слиянием по­ловых клеток — гамет).

Сформировано два отдела. У представителей отдела Oomycota, как и у растений, в стенках клеток содержится целлюлоза. У настоящих грибов (отдел Pumycota) в стенках клеток содержится хитин. Они объединены в пять классов:

1. хитридиемицеты (Chytridiomycetes) - мицелий слабо развит, одноклеточный;

2. зигомщеты (Zygomycetes) - мицелий несептированный, хорошо развит;

3. аскомицеты, или сумчатые грибы (Ascomycetes) - мейоспоры (споры полового размноже­ния) образуются внутри специальных клеток — сумок, или асков; митоспоры (споры полового размножения) представлены конидиями;

4. базидиомицеты (Basidiomycetes) - имеют хорошо развитый, многоклеточный ми­целий; митоспоры представлены конидиями, мейоспоры образуются на специальных клетках — базидиях; к это­му классу относится большинство съедобных грибов — макромицетов;

5. дейтеромицеты (Deuteromycetes) - раз­множаются бесполым путем — конидиями; мицелий септированный.

Аскомицеты — сумчатые грибы. Представителем этого класса являются дрожжи — безмицелиальные, не образующие хлорофилла одноклеточные грибы. Внешне — это довольно крупные (до 10 мкм) овальные или округлые клетки с дифференцированным ядром. В их цитоплазме можно встретить одну-две вакуоли, гликоген, волютин, капли жира. Почкование — наиболее распространенный способ размножения дрожжей. Он характеризуется об­разованием на поверхности зрелой клетки одного или нескольких бугорков (почек), в которые переходит часть цитоплазмы и ядра. Перетяжка (место сужения) между материнской и дочерней клетками постепенно уменьша­ется, и затем наступает такой момент, когда дочерняя клетка отделяется и начинает самостоятельную жизнь.

Деление у дрожжей происходит так же, как и у других микробов. Клетка (цитоплазма и ядро) делится на две равные части. Посередине клетки от периферии к центру начинает расти клеточная стенка. К концу деле­ния новая клеточная стенка удваивается и расщепляется — образуются две дочерние клетки.

Род аспергилл, или леечная плесень (семейство Moniliасеае) - типичным представителем этого рода является гриб Aspergillus niger.

Плесневый гриб состоит из мицелия и спор. Мицелий представляет совокупность гиф – индивидуальные отростки протоплазмы. Гифы м.б. септированы и несептированы. В первом случае у них имеются поперечные перегородки, которые разделяют тело плесневого гриба, во втором случае они отсутствуют. Клеточная стенка их состоит из хитина. Молодые клетки плесневого гриба наполнены плотной цитоплазмой, тогда как старые клетки содержат много вакуолей. Для роста плесневых грибов обязательно наличие углерода, азота, водорода, серы, кислорода, калия, фосфора, магния, тамин и др. Источниками азота являются аммонийные соли, белки и аминокислоты. Источники углерода сахара, пентозаны, крахмал. Для аспергиллов характерен поверхностный стелющийся рост, но при соблюдении правил асептики и хорошей аэрации оин могут развиваться в толще твёрдой среды и в глубине жидкой среды. Конидиеносцы представляют собой утолщённые неветвящиеся, не септированые сильно зернистые на вид гифы.

Конидии расположены радиально и напоминают струйки воды, выходящей из лейки, отсюда второе название гриба. Конидии леечной плесени бывают окрашены в разные цвета, но чаще встречаютсяя черные (Aspergillus niger).

Аспергиллы используются для приготовления лимонной, щавелевой и других кислот. Некоторые аспергиллы — продуценты антибиотиков (аспергиллин, фумига­цин, клавацин).

8. Уксуснокислое брожение, его возбудители и промышленное применение. Образование органических кислот плесневыми грибами. Использование этого процесса в практике.

Брожение – ОВП превращения УВ и других органических соединений в анаэробных условиях при участии м/мов.

УКБ – процесс окисления в аэробных условиях этилового спирта в уксусную кислоту.

Окисление спирта, происходящее за счет кислорода воздуха, совершается при помощи особых бактерий, называемых уксусными, принадлежащими к роду Acetobacter, семейства Pseudomonadaceae. В природе уксуснокислые бактерии обитают на листьях, цветах и плодах многих растений. Их можно обнаружить на пчелах и в созревшем меде, в почвах фруктовых садов и виноградников, в растительных соках, вине и пиве, молоке, чайном грибе и пальмовом вине, т.е. в субстратах, содержащих спирт, углеводы, органические формы азота, витамины.

Уксуснокислые бактерии - грамотрицательные аэробные хемоорганогетеротрофы.

Бактерии обычно имеют палочковидную, редко удлиненную или нитевид­ную форму. Спор не образуют.

Факторами развития уксуснокислых бактерий относятся: значение ис­ходной популяции, температура, рН, содержание спирта, микроэлементов. Температура является одним из определяющих факто­ров; уксуснокислые бактерии относятся к мезофилам. Оптимальная темпера­тура их роста от 25 до 30 °С.

Макситмальная скоростоь роста у/к бактерий при рН 5,4 – 5,8.

Снабжение клеток этанолом обязательно. Ес­ли концентрация спирта оказывается ниже 0,2% об. в растворе, то скорость на­ступления гибели клеток увеличивается. Но максимальная концентрация этанола не должна превышать 10%, в противном случае процесс окисления будет проте­кать медленно и при 12% совсем прекратится.

Для того чтобы уксуснокислые бактерии могли размножаться и осущест­влять брожение, нужно много воздуха. Потребность в больших объемах кислоро­да обусловливает их развитие только на поверхности, имеющей контакт с возду­хом, кроме того, нужно, чтобы контакт осуществлялся в состоянии покоя.

Acetobacter acetiхарактерный представитель УКБ, короткая, грамотрицательная, неподвижная, бесспоровая палочка. Располагается цепочками, выдерживает до 11% спирта в среде. На поверхности пива образует пленку. Оптимальная температура роста 34°С.

Клетки ацетобактеров - прямые или слегка изогнутые палочки (0,6...0,8 х 1,0...3,0 мкм). Клетки глюконобактеров также палочковидные или эллипсоидной формы (0,6...0,8 х 1,5...2,0 мкм). Для бактерий этих родов характерно образова­ние инволюционных форм - гипертрофированных клеток, часто нитевидных со вздутиями. Это явление наблюдается в культурах уксуснокислых бактерий в условиях, неблагоприятных для размножения (клетки растут, но не могут делиться). Представители рода Acetobacter - перетрихи (клетки непо­движны), тогда как G.oxydans - лофотрихи.

В качестве источника азота уксуснокислые бактерии используют минераль­ные соли, лучше всего аммонийные. В промышленности в питательные среды для G.oxydans в ка­честве источника указанных витаминов добавляют дрожжевой или кукурузный экстракты. Ацетобактер сам синтезирует все необходимые витамины.

Опытным путём установлено, что из 1%об этанола образуется 1 г уксусной кислоты. УКбакт узрасходовав весь спирт и накопив предельное количество уксусной кислоты способны к переокислению:

СН₃СООН +2О₂ = 2СО₂+2Н₂О

Окисление протекает в две стадии: сначала винный спирт окисляется в ацетальдегид:

2C₂H₅OH + O₂= 2CH₃CHO + 2H₂O,

этанол ацетальдегид

а затем последний окисляется в уксусную кислоту

2CH₃CHO + O₂ = CH₃COOH.

уксусная кислота

Суммарный процесс можно выразить уравнением:

C₂H₅OH + CH₃COOH + H₂O + 489,5 кДж (117ккал).

Образование органических кислот плесневыми грибами.

Получение лимонной кислоты из лимонов, в которых содержится её от 7 до 9 %, экономически невыгодно. Поэтому были предприняты попытки по изысканию других методов её производства. Установлено, что грибы рода Aspergillus окисляют углеводы с образованием лимонной и щавелевой кислот.

Питательным субстратом в промышленных условиях для роста Aspergillus niger является меласса (отходы сахарной промышленности). При поверхностном способе культивирования стерильную среду, содержащую от 30 до 40 % мелассы, разливают в металлические кюветы. На поверхность среды (рН 2…4) высевают споры гриба и культивируют в специальных камерах в течение 8…12 суток. К концу периода концентрация лимонной кислоты в такой среде достигает 15…20 %. При глубинном способе среда аэрируется. Биосинтез лимонной кислоты проводится при температуре 31…32 °С в течение 5…7 суток. Образуемый продукт извлекают из культуральной жидкости путём осаждения с последующими упариванием, кристаллизацией и сушкой. Одновременно с лимонной кислотой (особенно при повышении рН среды) образуется и щавелевая кислота.

Янтарную и фумаровую кислоты образуют мукоровые грибы, окисляя углеводы.

В бродильной промышленности УКБакт являются посторонней микрофлорой, на поверхности продукта (вина, пива) образуют плёнку, придавая неприятный специфический запах и вкус. Используется в производстве уксуса.