Industriell bruk av mikroorganismer. Anvendelse av mikroorganismer i medisin, landbruk; fordelene med probiotika

Praktisk bruk av bakterier i matproduksjon

Blant bakterier, melkesyrebakterier av slekten Lactobacillus, Streptococcus ved mottak av fermenterte melkeprodukter. Cocci har en rund, oval form med en diameter på 0,5-1,5 mikron, arrangert i par eller i kjeder av forskjellige lengder. Størrelsen på stavformede bakterier eller forenet i kjeder.

Melkesyrestreptokokker Streptococcus lactis har celler koblet sammen i par eller korte kjeder, koagulerer melk på 10-12 timer, noen raser danner antibiotikumet nisin.

C6H12O6 → 2CH3CHOHCOOH

Kremet streptokokker S. cremoris danner lange kjeder fra sfæriske celler, inaktiv syredanner, brukt til fermentering av fløte ved produksjon av rømme.

Acidophilus bacillus Lactobacillus acidophilus danner lange kjeder av stavformede celler; når de fermenteres, akkumulerer de opptil 2,2% melkesyre og antibiotiske stoffer som er aktive mot patogener fra tarmsykdommer. Basert på dem tilberedes medisinske biologiske produkter for forebygging og behandling av gastrointestinale sykdommer hos husdyr.

Melkesyre fester seg L. plantatum har celler koblet i par eller i kjeder. Fermenteringsmidler under fermentering av grønnsaker og ensilering av fôr. L. brevis fermenter sukker ved sylting av kål og agurker, danner syrer, etanol, CO 2.

Ikke-sporeløse, ikke-bevegelige, gram+ staver av slekten Propionibacterium familier Propionibacteriaceae- forårsakende stoffer ved propionsyregjæring, forårsaker omdannelse av sukker eller melkesyre og dets salter til propionsyre og eddiksyre.

3C 6 H 12 O 6 →4CH 3 CH 2 COOH+2CH 3 COOH+2CO 2 +2H 2 O

Propionsyregjæring ligger til grunn for modningen av løpeost. Noen typer propionsyrebakterier brukes til å produsere vitamin B12.

Sporedannende bakterier i familien Bacilloceae på en måte Clostridium er årsaker til smørsyregjæring, og omdanner sukker til smørsyre

C 6 H 12 O 6 → CH 3 (CH 2) COOH+2CO 2 + 2H 2

Smørsyre

Habitater– jord, siltholdige sedimenter av vannforekomster, ansamlinger av nedbrytende organiske rester, matvarer.

Disse o/oene brukes i produksjonen av smørsyre, som har en ubehagelig lukt, i motsetning til estere:

Metyleter – epleduft;

Etyl - pære;

Amyl - ananas.

De brukes som smaksstoffer.

Smørsyrebakterier kan forårsake ødeleggelse av matråvarer og produkter: hevelse av oster, harskning av melk og smør, bombing av hermetikk, død av poteter og grønnsaker. Den resulterende smørsyren gir en skarp harsk smak og en skarp ubehagelig lukt.

Eddiksyrebakterier – ikke-sporeløse gramstaver med polar flageller, tilhører slekten Gluconobacter (Acetomonas); danne eddiksyre fra etanol

CH 3 CH 2 OH+O 2 → CH 3 COOH+H 2 O

Slags pinner Acetobacter– peritrichs, i stand til å oksidere eddiksyre til CO 2 og H 2 O.

Eddiksyrebakterier er preget av variasjon i form; under ugunstige forhold tar de form av tykke, lange filamenter, noen ganger hovne. Eddiksyrebakterier er vidt distribuert på overflaten av planter, fruktene deres og i syltede grønnsaker.

Prosessen med å oksidere etanol til eddiksyre er grunnlaget for produksjon av eddik. Den spontane utviklingen av eddiksyrebakterier i vin, øl, kvass fører til at de blir ødelagt - sur, uklar. Disse bakteriene danner tørre rynkete filmer, øyer eller en ring nær karets vegger på overflaten av væsker.

En vanlig type skade er rotting er prosessen med dyp nedbrytning av proteinstoffer av mikroorganismer. De mest aktive årsakene til forråtningsprosesser er bakterier.

Høy og potetstangBacillus subtilis - aerob gram+ sporedannende stang. Sporene er varmebestandige, ovale. Celler er følsomme for et surt miljø og høyt NaCl-innhold.

BakterieslektPseudomonus – aerobe bevegelige stenger med polare flageller, danner ikke sporer, gram-. Noen arter syntetiserer pigmenter, de kalles fluorescerende pseudomonas, noen er kuldebestandige og forårsaker ødeleggelse av proteinprodukter i kjøleskap. Patogener av bakteriose av kulturplanter.

Sporedannende stenger av slekten Clostridium bryte ned proteiner med dannelse av store mengder gass NH 3, H 2 S, syre, spesielt farlig for hermetikk. Alvorlig matforgiftning er forårsaket av et giftstoff fra store bevegelige gram+-staver Clostridium botulinum. Sporene gir utseendet til en racket. Eksotoksinet til disse bakteriene påvirker sentralnerve- og kardiovaskulærsystemet (tegn: synshemming, talevansker, lammelser, respirasjonssvikt).

Nitrifiserende, denitrifiserende og nitrogenfikserende bakterier spiller en stor rolle i jorddannelsen. Disse er hovedsakelig ikke-sporedannende celler. De dyrkes under kunstige forhold og påføres i form av jordgjødsel.

Bakterier brukes i produksjonen av hydrolytiske enzymer og aminosyrer til matproduksjon.

Blant bakterier er det spesielt nødvendig å fremheve årsakene til matinfeksjoner og matforgiftning. Matbårne infeksjoner er forårsaket av patogene bakterier som finnes i mat og vann. Tarminfeksjoner – kolera – kolera virion;

Bakterier er den eldste organismen på jorden, og også den enkleste i sin struktur. Den består av bare én celle, som bare kan sees og studeres under et mikroskop. Et karakteristisk trekk ved bakterier er fraværet av en kjerne, som er grunnen til at bakterier klassifiseres som prokaryoter.

Noen arter danner små grupper av celler; slike klynger kan være omgitt av en kapsel (case). Størrelsen, formen og fargen på bakterien er svært avhengig av miljøet.

Bakterier kjennetegnes ved sin form i stavformede (basill), sfæriske (kokker) og kronglete (spirilla). Det er også modifiserte - kubiske, C-formede, stjerneformede. Deres størrelse varierer fra 1 til 10 mikron. Visse typer bakterier kan aktivt bevege seg ved hjelp av flagella. Sistnevnte er noen ganger dobbelt så store som selve bakterien.

Typer former for bakterier

For å bevege seg bruker bakterier flageller, hvor mange varierer - en, et par eller en bunt med flageller. Plasseringen av flagellene kan også være forskjellig - på den ene siden av cellen, på sidene eller jevnt fordelt over hele planet. En av bevegelsesmetodene anses også å være glidende takket være slimet som prokaryoten er dekket med. De fleste har vakuoler inne i cytoplasmaet. Justering av gasskapasiteten til vakuolene hjelper dem med å bevege seg opp eller ned i væsken, samt bevege seg gjennom luftkanalene i jorda.

Forskere har oppdaget mer enn 10 tusen varianter av bakterier, men ifølge vitenskapelige forskere er det mer enn en million arter i verden. De generelle egenskapene til bakterier gjør det mulig å bestemme deres rolle i biosfæren, samt å studere strukturen, typene og klassifiseringen av bakterieriket.

Habitater

Enkel struktur og hastighet på tilpasning til miljøforhold hjalp bakterier med å spre seg over et bredt spekter av planeten vår. De finnes overalt: vann, jord, luft, levende organismer - alt dette er det mest akseptable habitatet for prokaryoter.

Bakterier ble funnet både på sørpolen og i geysirer. De finnes på havbunnen, så vel som i de øvre lagene av jordens luftkappe. Bakterier lever overalt, men antallet avhenger av gunstige forhold. For eksempel lever et stort antall bakteriearter i åpne vannforekomster, så vel som jord.

Strukturelle funksjoner

En bakteriecelle kjennetegnes ikke bare av det faktum at den ikke har en kjerne, men også ved fravær av mitokondrier og plastider. DNAet til denne prokaryoten ligger i en spesiell kjernefysisk sone og ser ut som en nukleoid lukket i en ring. Hos bakterier består cellestrukturen av en cellevegg, kapsel, kapsellignende membran, flageller, pili og cytoplasmatisk membran. Den indre strukturen er dannet av cytoplasma, granuler, mesosomer, ribosomer, plasmider, inklusjoner og nukleoid.

Celleveggen til en bakterie utfører funksjonen som forsvar og støtte. Stoffer kan strømme fritt gjennom det på grunn av permeabilitet. Dette skallet inneholder pektin og hemicellulose. Noen bakterier skiller ut et spesielt slim som kan bidra til å beskytte mot uttørking. Slim danner en kapsel - et polysakkarid i kjemisk sammensetning. I denne formen tåler bakterien selv svært høye temperaturer. Den utfører også andre funksjoner, for eksempel vedheft til alle overflater.

På overflaten av bakteriecellen er det tynne proteinfibre kalt pili. Det kan være et stort antall av dem. Pili hjelper cellen med å overføre genetisk materiale og sørger også for adhesjon til andre celler.

Under veggens plan er det en tre-lags cytoplasmatisk membran. Det garanterer transport av stoffer og spiller også en betydelig rolle i dannelsen av sporer.

Cytoplasmaet til bakterier er 75 prosent laget av vann. Sammensetning av cytoplasma:

  • Fishsomes;
  • mesosomer;
  • aminosyrer;
  • enzymer;
  • pigmenter;
  • sukker;
  • granulat og inneslutninger;
  • nukleoid.

Metabolisme i prokaryoter er mulig både med og uten deltakelse av oksygen. De fleste av dem lever av ferdige næringsstoffer av organisk opprinnelse. Svært få arter er i stand til å syntetisere organiske stoffer fra uorganiske. Dette er blågrønne bakterier og cyanobakterier, som spilte en betydelig rolle i dannelsen av atmosfæren og dens metning med oksygen.

Reproduksjon

Under forhold som er gunstige for reproduksjon, utføres den ved spirende eller vegetativt. Aseksuell reproduksjon skjer i følgende sekvens:

  1. Bakteriecellen når sitt maksimale volum og inneholder nødvendig tilførsel av næringsstoffer.
  2. Cellen forlenges og en skillevegg vises i midten.
  3. Nukleotiddeling skjer inne i cellen.
  4. Hoved- og separert DNA divergerer.
  5. Cellen deler seg i to.
  6. Resterende dannelse av datterceller.

Med denne reproduksjonsmetoden er det ingen utveksling av genetisk informasjon, så alle datterceller vil være en eksakt kopi av moren.

Prosessen med bakteriell reproduksjon under ugunstige forhold er mer interessant. Forskere lærte om evnen til seksuell reproduksjon av bakterier relativt nylig - i 1946. Bakterier har ikke deling i kvinnelige og reproduktive celler. Men deres DNA er heterogent. Når to slike celler nærmer seg hverandre, danner de en kanal for overføring av DNA, og en utveksling av steder skjer - rekombinasjon. Prosessen er ganske lang, og resultatet er to helt nye individer.

De fleste bakterier er svært vanskelig å se under et mikroskop fordi de ikke har sin egen farge. Få varianter er lilla eller grønne på grunn av innholdet av bakterioklorofyll og bakteriopurpurin. Selv om vi ser på noen kolonier av bakterier, blir det klart at de frigjør fargede stoffer i miljøet og får en lys farge. For å studere prokaryoter mer detaljert, blir de farget.


Klassifisering

Klassifisering av bakterier kan baseres på indikatorer som:

  • Skjema
  • måte å reise på;
  • metode for å skaffe energi;
  • Avfallsprodukt;
  • grad av fare.

Bakteriesymbioter lever i fellesskap med andre organismer.

Bakterier saprofytter lever av allerede døde organismer, produkter og organisk avfall. De fremmer prosessene med råtne og gjæring.

Råtning renser naturen for lik og annet organisk avfall. Uten forfallsprosessen ville det ikke vært noen syklus av stoffer i naturen. Så hva er bakterienes rolle i stoffets syklus?

Råtnende bakterier er en assistent i prosessen med å bryte ned proteinforbindelser, samt fett og andre forbindelser som inneholder nitrogen. Etter å ha utført en kompleks kjemisk reaksjon bryter de bindingene mellom molekylene til organiske organismer og fanger opp proteinmolekyler og aminosyrer. Når de brytes ned, frigjør molekylene ammoniakk, hydrogensulfid og andre skadelige stoffer. De er giftige og kan forårsake forgiftning hos mennesker og dyr.

Råtnende bakterier formerer seg raskt under forhold som er gunstige for dem. Siden dette ikke bare er gunstige bakterier, men også skadelige, har folk lært å behandle dem for å forhindre for tidlig råtning av produkter: tørking, sylting, salting, røyking. Alle disse behandlingsmetodene dreper bakterier og hindrer dem i å formere seg.

Fermenteringsbakterier ved hjelp av enzymer er i stand til å bryte ned karbohydrater. Folk la merke til denne evnen tilbake i antikken og bruker fortsatt slike bakterier til å lage melkesyreprodukter, eddik og andre matvarer.

Bakterier, som jobber sammen med andre organismer, gjør svært viktig kjemisk arbeid. Det er veldig viktig å vite hvilke typer bakterier som finnes og hvilke fordeler eller skader de tilfører naturen.

Mening i naturen og for mennesker

Den store betydningen av mange typer bakterier (i forråtnelsesprosessene og ulike typer gjæring) er allerede bemerket ovenfor, dvs. oppfylle en sanitær rolle på jorden.

Bakterier spiller også en stor rolle i syklusen av karbon, oksygen, hydrogen, nitrogen, fosfor, svovel, kalsium og andre elementer. Mange typer bakterier bidrar til aktiv fiksering av atmosfærisk nitrogen og omdanner det til organisk form, og bidrar til å øke jordens fruktbarhet. Av spesiell betydning er de bakteriene som bryter ned cellulose, som er hovedkilden til karbon for livet til jordmikroorganismer.

Sulfatreduserende bakterier er involvert i dannelsen av olje og hydrogensulfid i medisinsk gjørme, jord og hav. Dermed er laget av vann mettet med hydrogensulfid i Svartehavet et resultat av den vitale aktiviteten til sulfatreduserende bakterier. Aktiviteten til disse bakteriene i jordsmonn fører til dannelse av brus og sodasalinisering av jorda. Sulfatreduserende bakterier omdanner næringsstoffer i risplantasjejord til en form som blir tilgjengelig for røttene til avlingen. Disse bakteriene kan forårsake korrosjon av metall under bakken og undervannsstrukturer.

Takket være den vitale aktiviteten til bakterier, er jorda frigjort fra mange produkter og skadelige organismer og er mettet med verdifulle næringsstoffer. Baktericide preparater brukes med suksess for å bekjempe mange typer skadeinsekter (maisborer, etc.).

Mange typer bakterier brukes i ulike industrier for å produsere aceton, etyl- og butylalkoholer, eddiksyre, enzymer, hormoner, vitaminer, antibiotika, protein-vitaminpreparater, etc.

Uten bakterier er prosessene med å garve lær, tørke tobakksblader, produsere silke, gummi, bearbeide kakao, kaffe, bløtlegging av hamp, lin og andre bastfiberplanter, surkål, avløpsvannbehandling, utvasking av metaller, etc. umulig.


Moderne bioteknologi er basert på mange vitenskaper: genetikk, mikrobiologi, biokjemi, naturvitenskap. Hovedobjektene for deres studie er bakterier og mikroorganismer. Mange problemer innen bioteknologi løses ved bruk av bakterier. I dag er området for deres bruk i menneskelivet så bredt og mangfoldig at det gir et uvurderlig bidrag til utviklingen av slike bransjer som:

  • medisin og helsetjenester;
  • husdyrhold;
  • planteproduksjon;
  • fiskeindustrien;
  • mat industri;
  • gruvedrift og energi;
  • tung og lett industri;
  • septiktank;
  • økologi.

Helsevesen og farmakologi

Anvendelsesområdet for bakterier i farmakologi og medisin er så bredt og betydelig at deres rolle i behandlingen av mange menneskelige sykdommer rett og slett er uvurderlig. I livet vårt er de nødvendige for å lage bloderstatninger, antibiotika, aminosyrer, enzymer, antivirale og kreftmedisiner, DNA-prøver for diagnostikk og hormonelle legemidler.

Forskere har gitt et uvurderlig bidrag til medisinen ved å identifisere genet som er ansvarlig for hormonet insulin. Ved å implantere det i coli-bakterier produserte de insulin, og reddet livet til mange pasienter. Japanske forskere har oppdaget bakterier som skiller ut et stoff som ødelegger plakk, og dermed forhindrer forekomsten av karies hos mennesker.

Et gen som koder for enzymer som er verdifulle i vitenskapelig forskning, er avledet fra termofile bakterier, siden de er ufølsomme for høye temperaturer. I produksjonen av vitaminer i medisin brukes mikroorganismen Clostridium, og oppnår derved riboflavin, som spiller en viktig rolle for menneskers helse.

Egenskapen til bakterier for å produsere antibakterielle stoffer ble brukt til å lage antibiotika, og løste problemet med å behandle mange smittsomme sykdommer, og reddet dermed livet til mer enn én person.

Gruvedrift og prosessering av mineraler

Bruk av bioteknologi i gruveindustrien kan redusere kostnader og energikostnader betydelig. Således brukes bruken av litotrofiske bakterier (Thiobacillus ferrooxidous), med deres evne til å oksidere jern, i hydrometallurgi. Bakteriell utvasking brukes til å utvinne edle metaller fra lavverdige bergarter. Metanholdige bakterier brukes for å øke oljeproduksjonen. Ved utvinning av olje med vanlig metode utvinnes ikke mer enn halvparten av naturreservene fra undergrunnen, og ved hjelp av mikroorganismer frigjøres reserver mer effektivt.

Lett og tung industri

Mikrobiologisk utlekking brukes i gamle gruver for å oppnå sink, nikkel, kobber og kobolt. I gruveindustrien brukes bakteriesulfater til reduksjonsreaksjoner i gamle gruver, siden svovelsyrerester har ødeleggende effekter på bærere, materialer og miljø. Anaerobe mikroorganismer bidrar til en grundig nedbrytning av organisk materiale. Denne egenskapen brukes til vannrensing i metallurgisk industri.

Mennesker bruker bakterier i produksjon av ull, kunstskinn, tekstilråvarer og til parfymeri og kosmetiske formål.

Rensing av avløp og vannforekomster

Bakterier involvert i nedbrytning brukes til å rense septiktanker. Grunnlaget for denne metoden er at mikroorganismer lever av avløpsvann. Denne metoden sikrer luktfjerning og avløpsvanndesinfeksjon. Mikroorganismer som brukes i septiktanker dyrkes i laboratorier. Resultatet av deres handling bestemmes av nedbrytningen av organisk materiale til enkle stoffer som er ufarlige for miljøet. Avhengig av typen septiktank velges anaerobe eller aerobe mikroorganismer. Aerobe mikroorganismer, i tillegg til septiktanker, brukes i biofiltre.

Mikroorganismer er også nødvendig for å opprettholde kvaliteten på vann i reservoarer og avløp, og for å rense forurensede overflater av hav og hav fra oljeprodukter.

Med utviklingen av bioteknologi i livene våre, har menneskeheten gått frem i nesten alle sektorer av sin virksomhet.

Bakterier er encellede, kjernefysiske mikroorganismer som tilhører klassen prokaryoter. Til dags dato er det mer enn 10 tusen studerte arter (det antas at det er omtrent en million av dem), mange av dem er patogene og kan forårsake ulike sykdommer hos mennesker, dyr og planter.

For deres reproduksjon kreves en tilstrekkelig mengde oksygen og optimal fuktighet. Størrelsen på bakterier varierer fra tideler av en mikron til flere mikron; i henhold til deres form er de delt inn i sfæriske (cocci), stavformede, filamentøse (spirilla) og i form av buede staver (vibrios).

De første organismene som dukket opp for milliarder av år siden

(Bakterier og mikrober under et mikroskop)

Bakterier spiller en veldig viktig rolle på planeten vår, og er en viktig deltaker i enhver biologisk syklus av stoffer, grunnlaget for eksistensen av alt liv på jorden. De fleste av både organiske og uorganiske forbindelser endres betydelig under påvirkning av bakterier. Bakterier, som dukket opp på planeten vår for mer enn 3,5 milliarder år siden, sto ved de opprinnelige kildene til det levende skallet på planeten og behandler fortsatt aktivt ikke-levende og levende organisk materiale og involverer resultatene av den metabolske prosessen i den biologiske syklusen .

(Strukturen til en bakterie)

Saprofytiske jordbakterier spiller en stor rolle i den jorddannende prosessen; de behandler restene av plante- og dyreorganismer og hjelper til med dannelsen av humus og humus, som øker fruktbarheten. Den viktigste rollen i prosessen med å øke jordens fruktbarhet spilles av nitrogenfikserende knutebakterier, som "lever" på røttene til belgfrukter, takket være hvilke jorda er beriket med verdifulle nitrogenforbindelser som er nødvendige for plantevekst. De fanger opp nitrogen fra luften, binder det og lager forbindelser i en form som er tilgjengelig for planter.

Betydningen av bakterier i stoffkretsløpet i naturen

Bakterier har utmerkede sanitære egenskaper; de fjerner smuss i avløpsvannet, bryter ned organiske stoffer og gjør dem til ufarlige uorganiske stoffer. Unike cyanobakterier, som oppsto i uberørte hav og hav for 2 milliarder år siden, var i stand til fotosyntese, de tilførte molekylært oksygen til miljøet, og dannet dermed jordens atmosfære og skapte ozonlaget, som beskytter planeten vår mot de skadelige effektene av ultrafiolett. stråler. Mange mineraler ble skapt over mange tusen år ved påvirkning av luft, temperatur, vann og bakterier på biomassen.

Bakterier er de vanligste organismene på jorden; de definerer de øvre og nedre grensene til biosfæren, trenger inn overalt og utmerker seg ved stor utholdenhet. Hvis det ikke fantes bakterier, ville døde dyr og planter ikke blitt behandlet videre, men ville rett og slett hopet seg opp i enorme mengder; uten dem ville den biologiske syklusen blitt umulig, og stoffer ville ikke kunne returnere til naturen igjen.

Bakterier er et viktig ledd i trofiske næringskjeder; de fungerer som nedbrytere, bryter ned restene av døde dyr og planter, og renser dermed jorden. Mange bakterier spiller rollen som symbionter i kroppen til pattedyr og hjelper dem med å bryte ned fiber, som de ikke er i stand til å fordøye. Livsprosessen til bakterier er en kilde til vitamin K og B-vitaminer, som spiller en viktig rolle i den normale funksjonen til organismene deres.

Nyttige og skadelige bakterier

Et stort antall patogene bakterier kan forårsake enorme helseskader for mennesker, husdyr og dyrkede planter, nemlig forårsake infeksjonssykdommer som dysenteri, tuberkulose, kolera, bronkitt, brucellose og miltbrann (dyr), bakteriose (planter).

Det er bakterier som gagner mennesker og deres økonomiske aktiviteter. Folk har lært å bruke bakterier i industriell produksjon, ved å produsere aceton, etyl- og butylalkohol, eddiksyre, enzymer, hormoner, vitaminer, antibiotika, protein og vitaminpreparater. Bakterienes rensekraft brukes i vannbehandlingsanlegg, til å rense avløpsvann og omdanne organisk materiale til ufarlige uorganiske stoffer. Moderne fremskritt innen genteknologi har gjort det mulig å skaffe legemidler som insulin, interferon fra Escherichia coli-bakterier og fôr- og matprotein fra visse bakterier. I landbruket brukes spesiell bakteriegjødsel, og bøndene bruker også bakterier for å bekjempe ulike ugress og skadelige insekter.

(Bakterier favorittrett av ciliates tøfler)

Bakterier er involvert i prosessen med å garve skinn, tørke tobakksblader, med deres hjelp produserer de silke, gummi, kakao, kaffe, suge hamp, lin og utvaskingsmetaller. De er involvert i produksjonsprosessen av legemidler, så kraftige antibiotika som tetracyklin og streptomycin. Uten melkesyrebakterier, som forårsaker gjæringsprosessen, er prosessen med å tilberede slike meieriprodukter som yoghurt, fermentert bakt melk, acidophilus, rømme, smør, kefir, yoghurt, cottage cheese umulig. Melkesyrebakterier er også involvert i prosessen med sylting av agurker, surkål og ensilering av fôr.

Mikrobiologiske prosesser er mye brukt i ulike sektorer av den nasjonale økonomien. Mange prosesser er basert på metabolske reaksjoner som oppstår under vekst og reproduksjon av visse mikroorganismer.

Ved hjelp av mikroorganismer produseres fôrproteiner, enzymer, vitaminer, aminosyrer, organiske syrer osv.

Hovedgruppene av mikroorganismer som brukes i næringsmiddelindustrien er bakterier, gjær og muggsopp.

Bakterie. De brukes som aktivatorer av melkesyre, eddiksyre, smørsyre og aceton-butyl-gjæring.

Dyrkede melkesyrebakterier brukes i produksjonen av melkesyre, i baking og noen ganger i alkoholproduksjon. De omdanner sukker til melkesyre i henhold til ligningen

C6H12O6 ® 2CH3 – CH – COOH + 75 kJ

Ekte (homofermentative) og ikke-ekte (heterofermentative) melkesyrebakterier er involvert i produksjonen av rugbrød. Homofermentative stoffer er bare involvert i syredannelse, mens heterofermentative stoffer sammen med melkesyre danner flyktige syrer (hovedsakelig eddiksyre), alkohol og karbondioksid.

I alkoholindustrien brukes melkesyregjæring for å surgjøre gjærurt. Ville melkesyrebakterier påvirker de teknologiske prosessene for fermenteringsproduksjon negativt og forringer kvaliteten på det ferdige produktet. Den resulterende melkesyren hemmer den vitale aktiviteten til fremmede mikroorganismer.

Smørsyregjæring, forårsaket av smørsyrebakterier, brukes til å produsere smørsyre, hvis estere brukes som aromatiske stoffer.

Smørsyrebakterier omdanner sukker til smørsyre i henhold til ligningen

C6H12O6® CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + H2 + Q

Eddiksyrebakterier brukes til å produsere eddik (eddiksyreløsning), pga de er i stand til å oksidere etylalkohol til eddiksyre i henhold til ligningen

C2H5OH + O2® CH3COOH + H2O +487 kJ

Eddiksyregjæring er skadelig for alkoholproduksjon, pga fører til en reduksjon i alkoholutbytte, og i brygging forårsaker ødeleggelse av øl.

Gjær. De brukes som gjæringsmidler i produksjon av alkohol og øl, i vinproduksjon, i produksjon av brødkvass og i bakeri.

For matproduksjon er gjærsopp viktig - Saccharomyces, som danner sporer, og ufullkommen gjær - ikke-Saccharomycetes (gjærlignende sopp), som ikke danner sporer. Saccharomyces-familien er delt inn i flere slekter. Den viktigste slekten er Saccharomyces (saccharomycetes). Slekten er delt inn i arter, og individuelle varianter av arten kalles raser. Hver industri bruker separate raser av gjær. Det er støvete og flokkulerte gjær. I støvlignende celler er cellene isolert fra hverandre, mens de i flokkulente celler holder seg sammen, danner flak og legger seg raskt.

Kultivert gjær tilhører Saccharomyces-familien S. cerevisiae. Den optimale temperaturen for forplantning av gjær er 25-30 0C, og minimumstemperaturen er ca. 2-3 0C. Ved 40 0C stopper veksten, gjæren dør, og ved lave temperaturer stopper reproduksjonen.

Det finnes toppgjærende og undergjærende gjær.

Av de kultiverte gjærene inkluderer undergjærende gjær de fleste vin- og ølgjær, og toppgjær inkluderer alkohol, bakeri og noen raser av ølgjær.

Som kjent, i prosessen med alkoholisk gjæring, dannes to hovedprodukter fra glukose - etanol og karbondioksid, samt mellomliggende sekundære produkter: glyserin, ravsyre, eddiksyre og pyrodruesyre, acetaldehyd, 2,3-butylenglykol, acetoin , etere og fuseloljer (isoamyl, isopropyl, butyl og andre alkoholer).

Fermentering av individuelle sukkerarter skjer i en bestemt sekvens, bestemt av hastigheten på deres diffusjon inn i gjærcellen. Glukose og fruktose fermenteres raskest av gjær. Sukrose, som sådan, forsvinner (inverterer) i mediet ved begynnelsen av fermenteringen under påvirkning av gjærenzymet b - fruktofuranosidase, med dannelse av glukose og fruktose, som lett brukes av cellen. Når det ikke er igjen glukose og fruktose i mediet, forbruker gjæren maltose.

Gjær har evnen til å gjære svært høye konsentrasjoner av sukker - opptil 60%; de tåler også høye konsentrasjoner av alkohol - opptil 14-16 vol. %.

I nærvær av oksygen stopper alkoholgjæringen og gjæren mottar energi gjennom oksygenrespirasjon:

C6H12O6 + 6O2® 6CO2 + 6H2O + 2824 kJ

Siden prosessen er mer energirik enn gjæringsprosessen (118 kJ), bruker gjæren sukker mye mer økonomisk. Opphør av gjæring under påvirkning av atmosfærisk oksygen kalles Pasteur-effekten.

I alkoholproduksjonen brukes gjærarten S. cerevisiae som har høyest gjæringsenergi, produserer maksimalt alkohol og fermenterer mono- og disakkarider, samt noen dekstriner.

I bakegjær er hurtigvoksende raser med god løftekraft og lagringsstabilitet verdsatt.

I brygging brukes undergjærende gjær, tilpasset relativt lave temperaturer. De må være mikrobiologisk rene, ha evnen til å danne flokker og raskt legge seg til bunnen av gjæringsapparatet. Gjæringstemperaturen er 6-8 0C.

I vinproduksjon verdsettes gjær fordi den formerer seg raskt, har evnen til å undertrykke andre typer gjær og mikroorganismer og gi vinen en passende bukett. Gjæren som brukes til vinproduksjon tilhører arten S. vini og gjærer kraftig glukose, fruktose, sukrose og maltose. I vinproduksjon er nesten alle produksjonsgjærkulturer isolert fra unge viner i ulike områder.

Zygomycetes– muggsopp, de spiller en viktig rolle som enzymprodusenter. Sopp av slekten Aspergillus produserer amylolytiske, pektolytiske og andre enzymer, som brukes i alkoholindustrien i stedet for malt til forsukring av stivelse, i brygging når man delvis erstatter malt med umaltede råvarer, etc.

I produksjonen av sitronsyre er A. niger årsaken til sitronsyregjæring, og omdanner sukker til sitronsyre.

Mikroorganismer spiller en dobbel rolle i næringsmiddelindustrien. På den ene siden er dette kulturelle mikroorganismer, på den andre siden kommer en infeksjon inn i matproduksjonen, d.v.s. fremmede (ville) mikroorganismer. Ville mikroorganismer er vanlige i naturen (på bær, frukt, luft, vann, jord) og kommer inn i produksjon fra miljøet.

For å opprettholde riktige sanitære og hygieniske forhold i næringsmiddelbedrifter, er en effektiv måte å ødelegge og undertrykke utviklingen av fremmede mikroorganismer desinfeksjon.

Les også:

II. KRAV TIL ARBEIDSSIKKERHET TIL ORGANISERING AV ARBEID (PRODUKSJONSPROSESSER) I UTTAK OG FOREDRING AV FISK OG SJØMAT
Tema: Informasjonsteknologi (Informasjonsteknologi)
V. Konkurranse mellom import og innenlandsk produksjon
Automatisert produksjon.
Aktiv del av anleggsmidler
Analyse av bruk av produksjonsutstyr.
Analyse av produksjonskapasitetsutnyttelse.
Analyse av de viktigste økonomiske indikatorene for industrien
ANALYSE AV PRODUKSJON OG ØKONOMISK AKTIVITET I EN LANDBRUKSORGANISASJON
Analyse av produksjonsreservene til Kursk OJSC "Pribor"

Les også:

Betydningen av bakterier i livet vårt. Oppdagelse av penicillin og utvikling av medisin. Resultater av bruk av antibiotika i flora og fauna. Hva er probiotika, prinsippet om deres handling på kroppen til mennesker og dyr, planter, fordelene ved bruk.

Studenter, hovedfagsstudenter, unge forskere som bruker kunnskapsbasen i studiene og arbeidet vil være deg veldig takknemlig.

Anvendelse av mikroorganismer i medisin, landbruk; fordelene med probiotika

Rodnikova Inna

INTRODUKSJON

Folk har fungert som bioteknologer i tusenvis av år: de bakte brød, brygget øl, laget ost og andre melkesyreprodukter, ved hjelp av ulike mikroorganismer og uten å vite om deres eksistens.

Faktisk dukket selve begrepet "bioteknologi" opp i vårt språk for ikke så lenge siden, i stedet ble ordene "industriell mikrobiologi", "teknisk biokjemi" etc. brukt. Sannsynligvis var den eldste bioteknologiske prosessen fermentering. Dette støttes av en beskrivelse av ølfremstillingsprosessen som ble oppdaget i 1981.

under utgravninger av Babylon på en tavle som dateres tilbake til omtrent det 6. årtusen f.Kr. e. I det 3. årtusen f.Kr. e. Sumererne produserte opptil to dusin typer øl. Ikke mindre eldgamle bioteknologiske prosesser er vinproduksjon, brødbaking og produksjon av melkesyreprodukter.

Fra det ovenstående ser vi at menneskelivet i ganske lang tid har vært uløselig knyttet til levende mikroorganismer. Og hvis folk har lykkes, om enn ubevisst, "samarbeidet" med bakterier i så mange år, ville det være logisk å stille spørsmålet: hvorfor, nøyaktig, trenger vi å utvide kunnskapen vår på dette området?

Tross alt ser alt ut til å være bra, vi vet hvordan vi baker brød og brygger øl, lager vin og kefir, hva mer trenger vi? Hvorfor trenger vi bioteknologi? Noen svar finner du i dette essayet.

MEDISIN OG BAKTERIER

Gjennom menneskets historie (til begynnelsen av det tjuende århundre) fikk familier mange barn fordi...

svært ofte levde barn ikke til voksen alder, de døde av mange sykdommer, selv av lungebetennelse, som er lett å kurere i vår tid, for ikke å si noe om slike alvorlige sykdommer som kolera, koldbrann og pest. Alle disse sykdommene er forårsaket av patogene mikroorganismer og ble ansett som uhelbredelige, men til slutt innså medisinske forskere at andre bakterier, eller ekstrakter fra deres enzymer, kan overvinne "onde" bakterier.

Alexander Fleming var den første som la merke til dette ved å bruke eksemplet med elementær mugg.

Det viste seg at enkelte typer bakterier kommer godt overens med muggsopp, men streptokokker og stafylokokker utviklet seg ikke i nærvær av mugg.

Tallrike tidligere eksperimenter med spredning av skadelige bakterier har vist at noen av dem er i stand til å ødelegge andre og ikke tillater deres utvikling i det generelle miljøet. Dette fenomenet ble kalt "antibiose" fra det greske "anti" - mot og "bios" - liv. Mens han jobbet med å finne et effektivt antimikrobielt middel, var Fleming godt klar over dette. Han var ikke i tvil om at han på koppen med den mystiske muggsoppen hadde møtt fenomenet antibiotika. Han begynte å undersøke formen nøye.

Etter en tid klarte han til og med å isolere et antimikrobielt stoff fra mugg. Siden muggsoppen han hadde å gjøre med hadde det latinske artsnavnet Penicilium notatum, kalte han det resulterende stoffet penicillin.

I 1929, i laboratoriet til Londons St. Mary fødte det velkjente penicillinet.

Foreløpige tester av stoffet på forsøksdyr viste at selv når det injiseres i blodet, forårsaker det ikke skade, og samtidig i svake løsninger undertrykker det streptokokker og stafylokokker perfekt.

Mikroorganismers rolle i matproduksjonsteknologi

Flemings assistent, Dr. Stuart Graddock, som ble syk av purulent betennelse i det såkalte maksillære hulen, var den første personen som bestemte seg for å ta et ekstrakt av penicillin.

En liten mengde muggekstrakt ble injisert i hulrommet hans, og innen tre timer var det klart at helsen hans hadde forbedret seg betydelig.

Dermed begynte antibiotikatiden, som reddet millioner av liv, både i fredstid og i krigstid, da de sårede døde ikke av alvorlighetsgraden av sårene, men av infeksjoner knyttet til dem. Deretter ble nye antibiotika basert på penicillin og metoder for deres produksjon for utbredt bruk utviklet.

BIOTEKNOLOGI OG LANDBRUK

Konsekvensen av gjennombruddet innen medisinen var en rask demografisk vekst.

Befolkningen økte kraftig, noe som betyr at det var nødvendig med mer mat, og på grunn av forverring av miljøet på grunn av atomprøver, industriell utvikling og utarming av humusen i det dyrkede landet, dukket det opp mange sykdommer i planter og husdyr.

Først behandlet folk dyr og planter med antibiotika, og dette ga resultater.

La oss vurdere disse resultatene. Ja, hvis du behandler grønnsaker, frukt, urter osv. i løpet av vekstsesongen med sterke soppdrepende midler, vil dette bidra til å undertrykke utviklingen av noen patogener (ikke alle og ikke fullstendig), men for det første fører dette til akkumulering av giftstoffer og giftstoffer i fruktene, noe som betyr at fosterets fordelaktige egenskaper reduseres, og for det andre utvikler skadelige mikrober raskt immunitet mot stoffer som forgifter dem og påfølgende behandlinger må utføres med stadig sterkere antibiotika.

Det samme fenomenet er observert i dyreverdenen og, dessverre, hos mennesker.

I tillegg, i kroppen til varmblodige dyr, forårsaker antibiotika en rekke negative konsekvenser, som dysbiose, fosterdeformasjoner hos gravide, etc.

Hvordan være? Naturen selv gir svaret på dette spørsmålet! Og det svaret er PROBIOTIKK!

Ledende institutter for bioteknologi og genteknologi har lenge vært engasjert i utviklingen av nye og utvalg av kjente mikroorganismer som har fantastisk motstandskraft og evnen til å "vinne" i kampen mot andre mikrober.

Disse elitestammene som "bacillus subtilis" og "Licheniformis" er mye brukt for å behandle mennesker, dyr og planter utrolig effektivt og helt trygt.

Hvordan er dette mulig? Slik gjør du: kroppen til mennesker og dyr inneholder nødvendigvis mange viktige bakterier. De er involvert i prosessene med fordøyelsen, dannelsen av enzymer og utgjør nesten 70% av det menneskelige immunsystemet. Hvis en persons bakteriebalanse av en eller annen grunn (tar antibiotika, dårlig ernæring) blir forstyrret, er han ubeskyttet mot nye skadelige mikrober, og i 95% av tilfellene vil han bli syk igjen.

Det samme gjelder dyr. Og elitestammer, når de kommer inn i kroppen, begynner å aktivt formere seg og ødelegge patogen flora, fordi allerede nevnt ovenfor, har de større vitalitet. Dermed, ved hjelp av stammer av elitemikroorganismer, er det mulig å opprettholde makroorganismen i helse uten antibiotika og i harmoni med naturen, siden disse stammene i seg selv er i kroppen, gir bare fordel og ingen skade.

De er bedre enn antibiotika også fordi:

Svaret fra mikrokosmos på introduksjonen av superantibiotika i forretningspraksis er åpenbart og følger av det eksperimentelle materialet som allerede er til disposisjon for forskere - fødselen av en supermikrobe.

Mikrober er utrolig perfekte selvutviklende og selvlærende biologiske maskiner, i stand til å huske i deres genetiske minne mekanismene de har skapt for å beskytte dem mot de skadelige effektene av antibiotika og overføre informasjon til deres etterkommere.

Bakterier er en slags "bioreaktor" der det produseres enzymer, aminosyrer, vitaminer og bakteriociner, som i likhet med antibiotika nøytraliserer patogener.

Imidlertid er det ingen avhengighet av dem eller bivirkninger som er typiske ved bruk av kjemiske antibiotika. Tvert imot er de i stand til å rense tarmveggene, øke deres permeabilitet for essensielle næringsstoffer, gjenopprette den biologiske balansen i tarmmikrofloraen og stimulere hele immunsystemet

Forskere utnyttet naturens naturlige måte å opprettholde helsen til makroorganismen på, nemlig fra det naturlige miljøet isolerte de bakterier - saprofytter, som har egenskapen til å undertrykke veksten og utviklingen av patogen mikroflora, inkludert i mage-tarmkanalen av varm- blodige dyr.

Millioner av år med utvikling av livet på planeten har skapt så fantastiske og perfekte mekanismer for å undertrykke patogen mikroflora av ikke-patogene at det er ingen tvil om suksessen til denne tilnærmingen.

Ikke-patogen mikroflora vinner konkurransen i det ubestridte flertallet av tilfellene, og hvis dette ikke var slik, ville du og jeg ikke vært på planeten vår i dag.

Basert på ovenstående har forskere som produserer gjødsel og soppdrepende midler til landbruksbruk også forsøkt å gå fra et kjemisk til et biologisk syn.

Og resultatene var ikke sene til å vise seg! Det viste seg at den samme bacillus subtilis med suksess bekjemper så mange som sytti varianter av sykdomsfremkallende representanter som forårsaker slike sykdommer i hagevekster som bakteriekreft, fusariumvisne, rot- og basalråte, etc., tidligere ansett som uhelbredelige plantesykdommer som ikke kunne behandles INGEN Soppdreper kan håndtere det!

I tillegg har disse bakteriene en tydelig positiv effekt på plantens vekstsesong: perioden med fruktfylling og modning reduseres, de fordelaktige egenskapene til frukten økes, innholdet av nitrater i dem reduseres, etc.

giftige stoffer, og viktigst av alt, behovet for mineralgjødsel er betydelig redusert!

Preparater som inneholder stammer av elitebakterier tar allerede førsteplassen på russiske og internasjonale utstillinger; de vinner medaljer for sin effektivitet og miljøvennlighet. Små og store landbruksprodusenter har allerede begynt å bruke dem aktivt, og soppdrepende midler og antibiotika er etter hvert i ferd med å bli en saga blott.

Produktene til Bio-Ban-selskapet er preparatene "Flora-S" og "Fitop-Flora-S" som tilbyr tørr torvhumusgjødsel som inneholder konsentrerte humussyrer (og mettet humus er nøkkelen til en utmerket høsting) og en stamme av bakterier "bacillus subtilis" for kamp mot sykdommer. Takket være disse stoffene kan du raskt gjenopprette utarmet land, øke produktiviteten til landet, beskytte avlingene dine mot sykdommer, og viktigst av alt, det er mulig å få utmerkede avlinger i risikofylte jordbruksområder!

Jeg tror at argumentene ovenfor er nok til å evaluere fordelene med probiotika og forstå hvorfor forskere hevder at det tjuende århundre er antibiotikaens århundre, og det tjueførste århundre er probiotikaens århundre!

Lignende dokumenter

    Utvalg av mikroorganismer

    Konseptet og betydningen av seleksjon som vitenskapen om å skape nye og forbedre eksisterende raser av dyr, plantevarianter og stammer av mikroorganismer.

    Vurdering av mikroorganismers rolle og betydning i biosfæren, og trekk ved deres bruk. Former for melkesyrebakterier.

    presentasjon, lagt til 17.03.2015

    Dyrebiologi

    Betydningen av edderkoppdyr og insekter i medisin og landbruk, skadedyrbekjempelse. Kriterier for å dele virveldyr i anamnia og fostervann. Livssyklus av malariaplasmodium.

    test, lagt til 05.12.2009

    Genmodifiserte organismer. Prinsipper for innhenting, søknad

    De viktigste metodene for å skaffe genmodifiserte planter og dyr. Transgene mikroorganismer i medisin, kjemisk industri, landbruk.

    Bivirkninger av genetisk konstruerte organismer: toksisitet, allergier, onkologi.

    kursarbeid, lagt til 11.11.2014

    Metoder for avl av dyr og mikroorganismer

    Forskjeller mellom dyr og planter.

    Funksjoner ved utvalg av dyr for avl. Hva er hybridisering, dens klassifisering. Moderne varianter av dyreutvalg. Bruksområder for mikroorganismer, deres fordelaktige egenskaper, metoder og funksjoner for seleksjon.

    presentasjon, lagt til 26.05.2010

    Klassifisering av mikroorganismer. Grunnleggende om bakteriell morfologi

    Studie av emnet, hovedoppgaver og historie om utviklingen av medisinsk mikrobiologi.

    Systematikk og klassifisering av mikroorganismer. Grunnleggende om bakteriell morfologi. Studie av de strukturelle egenskapene til en bakteriecelle. Betydningen av mikroorganismer i menneskelivet.

    foredrag, lagt til 10.12.2013

    Kjennetegn på melkesyremikroorganismer, bifidobakterier og propionsyrebakterier brukt i produksjon av biois

    Probiotika er bakterier som ikke er patogene for mennesker og som har antagonistisk aktivitet mot patogene mikroorganismer.

    Introduksjon til egenskapene til probiotiske laktobaciller. Analyse av fermenterte melkeprodukter med probiotiske egenskaper.

    abstrakt, lagt til 17.04.2017

    Moderne doktrine om opprinnelsen til mikroorganismer

    Hypoteser om opprinnelsen til livet på jorden.

    Studiet av den biokjemiske aktiviteten til mikroorganismer, deres rolle i naturen, menneske- og dyreliv i verkene til L. Pasteur. Genetiske studier av bakterier og virus, deres fenotypiske og genotypiske variabiliteter.

    sammendrag, lagt til 26.12.2013

    Forbedring av forbrukeregenskapene til probiotiske preparater

    Effekten av probiotika på menneskers helse.

    Immunstimulerende, antimutagene egenskaper til propionsyrebakterier. Jods påvirkning på de biokjemiske egenskapene til probiotiske bakterier. Kvalitative egenskaper av iodiserte preparater, biokjemiske parametere.

    artikkel, lagt til 24.08.2013

    Bioengineering – bruk av mikroorganismer, virus, transgene planter og dyr i industriell syntese

    Produksjon av mikrobielle synteseprodukter av første og andre fase, aminosyrer, organiske syrer, vitaminer.

    Storskala produksjon av antibiotika. Produksjon av alkoholer og polyoler. Hovedtyper av bioprosesser. Metabolisk konstruksjon av planter.

    kursarbeid, lagt til 22.12.2013

    Bruk av nyttige mikroorganismer

    Mikroorganismers rolle i natur og landbruk.

    test, lagt til 27.09.2009

MIKROBIOLOGISK INDUSTRI, produksjon av ethvert produkt ved hjelp av mikroorganismer. Prosessen som utføres av mikroorganismer kalles fermentering; beholderen som den flyter i kalles en fermentor (eller bioreaktor).

Prosesser som involverer bakterier, gjær og muggsopp har blitt brukt av mennesker i hundrevis av år for å produsere mat og drikke, og for å behandle tekstiler og lær, men mikroorganismers deltakelse i disse prosessene ble tydelig vist først på midten av 1800-tallet.

På 1900-tallet industrien har utnyttet mangfoldet av de bemerkelsesverdige biosyntetiske egenskapene til mikroorganismer, og fermentering inntar nå en sentral plass i bioteknologien. Med dens hjelp oppnås en rekke kjemikalier og medisiner med høy renhet, øl, vin og fermentert mat.

I alle tilfeller er gjæringsprosessen delt inn i seks hovedtrinn.

Å skape et miljø. Først av alt er det nødvendig å velge et passende kulturmedium. Mikroorganismer krever organiske karbonkilder, en passende nitrogenkilde og ulike mineraler for å vokse. Ved produksjon av alkoholholdige drikker må mediet inneholde maltet bygg, frukt eller bærrester.

For eksempel er øl vanligvis laget av malt vørter, og vin er vanligvis laget av druejuice. I tillegg til vann og eventuelt noen tilsetningsstoffer, utgjør disse ekstraktene vekstmediet.

Miljøene for produksjon av kjemikalier og legemidler er mye mer komplekse. Oftest brukes sukker og andre karbohydrater som karbonkilde, men ofte oljer og fett, og noen ganger hydrokarboner.

Kilden til nitrogen er vanligvis ammoniakk og ammoniumsalter, samt ulike produkter av vegetabilsk eller animalsk opprinnelse: soyabønnemel, soyabønner, bomullsfrømel, peanøttmel, maisstivelse biprodukter, slakteriavfall, fiskemel, gjærekstrakt. Formulering og optimalisering av vekstmedier er en svært kompleks prosess, og oppskrifter for industrielle medier er en nidkjært bevoktet hemmelighet.

Sterilisering. Mediet må steriliseres for å ødelegge alle forurensende mikroorganismer. Selve fermenteringsbeholderen og tilleggsutstyr er også sterilisert. Det er to steriliseringsmetoder: direkte injeksjon av overopphetet damp og oppvarming ved hjelp av en varmeveksler.

Ønsket grad av sterilitet avhenger av arten av fermenteringsprosessen.

Hovedgrupper av mikroorganismer som brukes i næringsmiddelindustrien

Det skal være maksimalt når du mottar medisiner og kjemikalier. Kravene til sterilitet ved produksjon av alkoholholdige drikkevarer er mindre strenge.

Slike gjæringsprosesser sies å være "beskyttet" fordi forholdene som skapes i miljøet er slik at bare visse mikroorganismer kan vokse i dem. For eksempel, i ølproduksjon blir vekstmediet ganske enkelt kokt i stedet for sterilisert; Fermenteringsbeholderen brukes også ren, men ikke steril.

Mottakskultur. Før du starter gjæringsprosessen, er det nødvendig å oppnå en ren, høyproduktiv kultur. Rene kulturer av mikroorganismer lagres i svært små volumer og under forhold som sikrer deres levedyktighet og produktivitet; dette oppnås vanligvis ved lagring ved lave temperaturer.

Fermenteringsbeholderen kan inneholde flere hundre tusen liter kulturmedium, og prosessen starter med å introdusere en kultur (inokulum) i den, som utgjør 1-10 % av volumet som fermenteringen skal finne sted. Den opprinnelige kulturen bør derfor dyrkes i etapper (med subkulturer) til et nivå av mikrobiell biomasse er nådd som er tilstrekkelig for at den mikrobiologiske prosessen skal skje med den nødvendige produktiviteten.

Det er absolutt nødvendig å opprettholde renheten til kulturen hele denne tiden, og forhindre forurensning av fremmede mikroorganismer.

Å opprettholde aseptiske forhold er kun mulig med nøye mikrobiologisk og kjemisk-teknologisk kontroll.

Vekst i en industriell fermentor (bioreaktor). Industrielle mikroorganismer må vokse i fermenteringsbeholderen under optimale forhold for dannelsen av det nødvendige produktet.

Disse forholdene er strengt kontrollert for å sikre at de tillater mikrobiell vekst og produktsyntese. Utformingen av fermentoren skal tillate deg å regulere vekstforholdene - konstant temperatur, pH (surhet eller alkalinitet) og konsentrasjonen av oksygen oppløst i mediet.

En konvensjonell fermentor er en lukket sylindrisk tank der mediet og mikroorganismene blandes mekanisk.

Luft, noen ganger mettet med oksygen, pumpes gjennom mediet. Temperaturen kontrolleres ved hjelp av vann eller damp som føres gjennom varmevekslerrørene. Denne omrørte fermenteren brukes når gjæringsprosessen krever mye oksygen. Noen produkter blir derimot dannet under oksygenfrie forhold, og i disse tilfellene brukes fermentorer av en annen utforming. Dermed brygges øl i svært lave konsentrasjoner av oppløst oksygen, og innholdet i bioreaktoren blir ikke luftet eller omrørt.

Noen bryggere bruker fortsatt tradisjonelt åpne beholdere, men i de fleste tilfeller utføres prosessen i lukkede, ikke-luftede sylindriske beholdere som smalner mot bunnen, noe som gjør at gjæren kan sette seg.

Produksjonen av eddik er basert på oksidasjon av alkohol til eddiksyre av bakterier.

Acetobacter. Gjæringsprosessen foregår i beholdere kalt acetatorer med intens lufting. Luft og medium suges inn av en roterende mikser og tilføres veggene i fermenteringsbeholderen.

Isolering og rensing av produkter. Ved fullført gjæring inneholder buljongen mikroorganismer, ubrukte ernæringskomponenter av mediet, ulike avfallsprodukter fra mikroorganismer, og produktet som var ønsket produsert i industriell skala. Derfor er dette produktet renset fra andre komponenter i buljongen.

Når du produserer alkoholholdige drikker (vin og øl), er det nok å bare skille gjæren ved filtrering og bringe filtratet i stand. Imidlertid blir de individuelle kjemikaliene produsert ved gjæring ekstrahert fra den komplekse buljongen.

Selv om industrielle mikroorganismer er spesifikt utvalgt for sine genetiske egenskaper slik at utbyttet av det ønskede produktet av deres metabolisme maksimeres (i biologisk forstand), er konsentrasjonen fortsatt liten sammenlignet med den som oppnås i produksjon basert på kjemisk syntese.

Derfor er det nødvendig å ty til komplekse isolasjonsmetoder - løsningsmiddelekstraksjon, kromatografi og ultrafiltrering. Resirkulering og deponering av gjæringsavfall. Eventuelle industrielle mikrobiologiske prosesser genererer avfall: buljong (væske som gjenstår etter utvinning av produksjonsproduktet); celler av brukte mikroorganismer; skittent vann som brukes til å vaske installasjonen; vann som brukes til kjøling; vann som inneholder spormengder av organiske løsemidler, syrer og alkalier.

Flytende avfall inneholder mange organiske forbindelser; hvis de slippes ut i elver, vil de stimulere intensiv vekst av naturlig mikrobiell flora, noe som vil føre til utarming av elvevann i oksygen og skape anaerobe forhold. Derfor utsettes avfallet for biologisk behandling for å redusere innholdet av organisk karbon før deponering. Industrielle mikrobiologiske prosesser kan deles inn i 5 hovedgrupper: 1) dyrking av mikrobiell biomasse; 2) å oppnå metabolske produkter av mikroorganismer; 3) å oppnå enzymer av mikrobiell opprinnelse; 4) oppnå rekombinante produkter; 5) biotransformasjon av stoffer.

Mikrobiell biomasse. Mikrobielle celler i seg selv kan tjene som sluttproduktet av en produksjonsprosess. I industriell skala produseres to hovedtyper av mikroorganismer: gjær, nødvendig for baking, og encellede mikroorganismer, brukt som en kilde til proteiner som kan tilsettes til mennesker og dyr.

Baker's gjær har blitt dyrket i store mengder siden tidlig på 1900-tallet. og ble brukt som matvare i Tyskland under første verdenskrig.

Imidlertid ble teknologien for å produsere mikrobiell biomasse som en kilde til matproteiner utviklet først på begynnelsen av 1960-tallet. En rekke europeiske selskaper har gjort oppmerksom på muligheten for å dyrke mikrober på et substrat som hydrokarboner for å få den såkalte.

protein fra encellede organismer (SOO). En teknologisk triumf var produksjonen av et produkt tilsatt husdyrfôr, bestående av tørket mikrobiell biomasse dyrket i metanol.

Prosessen foregikk kontinuerlig i en fermenteringsbeholder med et arbeidsvolum på 1,5 millioner liter

På grunn av stigende priser på olje og dens produkter ble imidlertid dette prosjektet økonomisk ulønnsomt, og ga plass til produksjon av soyabønner og fiskemel. På slutten av 80-tallet ble anleggene for produksjon av biologisk aktivt avfall demontert, noe som satte en stopper for den raske, men korte perioden med utvikling av denne grenen av den mikrobiologiske industrien. En annen prosess viste seg å være mer lovende - å skaffe soppbiomasse og soppproteinmykoprotein ved å bruke karbohydrater som substrat.

Metabolske produkter. Etter tilsetning av kulturen til næringsmediet, observeres en etterslepfase når synlig vekst av mikroorganismer ikke forekommer; denne perioden kan betraktes som en tilpasningstid. Deretter øker veksthastigheten gradvis, og når en konstant, maksimal verdi for de gitte forholdene; Denne perioden med maksimal vekst kalles eksponentiell eller logaritmisk fase.

Gradvis avtar veksten, og den såkalte stasjoner fase. Da synker antallet levedyktige celler og veksten stopper.

Etter kinetikken beskrevet ovenfor, kan dannelsen av metabolitter overvåkes på forskjellige stadier.

I den logaritmiske fasen dannes produkter som er avgjørende for vekst av mikroorganismer: aminosyrer, nukleotider, proteiner, nukleinsyrer, karbohydrater, etc. De kalles primære metabolitter.

Mange primære metabolitter er av betydelig verdi. Således er glutaminsyre (mer presist, dens natriumsalt) inkludert i mange matvarer; lysin brukes som et tilsetningsstoff; Fenylalanin er en forløper til sukkererstatningen aspartam.

Primære metabolitter syntetiseres av naturlige mikroorganismer i mengder som bare er nødvendige for å tilfredsstille deres behov. Derfor er oppgaven til industrielle mikrobiologer å lage mutante former for mikroorganismer - superprodusenter av de tilsvarende stoffene.

Det er gjort betydelige fremskritt på dette området: for eksempel var det mulig å skaffe mikroorganismer som syntetiserer aminosyrer opp til en konsentrasjon på 100 g/l (til sammenligning akkumulerer villtypeorganismer aminosyrer i mengder beregnet i milligram).

I vekstdecelerasjonsfasen og i stasjonær fase syntetiserer noen mikroorganismer stoffer som ikke dannes i logaritmisk fase og som ikke spiller en klar rolle i metabolismen. Disse stoffene kalles sekundære metabolitter. De syntetiseres ikke av alle mikroorganismer, men hovedsakelig av filamentøse bakterier, sopp og sporedannende bakterier. Dermed tilhører produsenter av primære og sekundære metabolitter forskjellige taksonomiske grupper. Hvis spørsmålet om den fysiologiske rollen til sekundære metabolitter i produsentceller har vært gjenstand for alvorlig debatt, er deres industrielle produksjon av utvilsomt interesse, siden disse metabolittene er biologisk aktive stoffer: noen av dem har antimikrobiell aktivitet, andre er spesifikke enzymhemmere , og andre er vekstfaktorer. , mange har farmakologisk aktivitet.

Produksjonen av slike stoffer tjente som grunnlag for etableringen av en rekke grener av den mikrobiologiske industrien. Den første i denne serien var produksjonen av penicillin; Den mikrobiologiske metoden for å produsere penicillin ble utviklet på 1940-tallet og la grunnlaget for moderne industriell bioteknologi.

Farmasøytisk industri har utviklet svært sofistikerte metoder for screening (massetesting) av mikroorganismer for evnen til å produsere verdifulle sekundære metabolitter.

I utgangspunktet var formålet med screeningen å skaffe nye antibiotika, men det ble raskt oppdaget at mikroorganismer også syntetiserer andre farmakologisk aktive stoffer.

I løpet av 1980-tallet ble produksjonen av fire svært viktige sekundære metabolitter etablert. Disse var: ciklosporin, et immundempende middel som brukes for å forhindre avstøting av implanterte organer; imipenem (en av modifikasjonene av karbapenem) er et stoff med det bredeste spekteret av antimikrobiell virkning av alle kjente antibiotika; lovastatin er et medikament som senker kolesterolnivået i blodet; Ivermectin er et anthelmintikum som brukes i medisin for å behandle onchocerciasis, eller "elveblindhet", så vel som i veterinærmedisin.

Enzymer av mikrobiell opprinnelse. I industriell skala hentes enzymer fra planter, dyr og mikroorganismer. Bruken av sistnevnte har den fordelen at den lar enzymer produseres i enorme mengder ved bruk av standard fermenteringsteknikker.

I tillegg er det mye lettere å øke produktiviteten til mikroorganismer enn planter eller dyr, og bruk av rekombinant DNA-teknologi gjør det mulig å syntetisere dyreenzymer i cellene til mikroorganismer.

Enzymer oppnådd på denne måten brukes hovedsakelig i næringsmiddelindustrien og relaterte felt. Syntesen av enzymer i celler styres genetisk, og derfor ble de eksisterende industrielle mikroorganismeprodusentene oppnådd som et resultat av målrettede endringer i genetikken til villtype mikroorganismer.

Rekombinante produkter. Rekombinant DNA-teknologi, bedre kjent som genteknologi, gjør det mulig å inkorporere gener fra høyere organismer i genomet til bakterier. Som et resultat får bakterier evnen til å syntetisere "fremmede" (rekombinante) produkter - forbindelser som tidligere bare kunne syntetiseres av høyere organismer.

På dette grunnlaget er det laget mange nye bioteknologiske prosesser for å produsere humane eller animalske proteiner som tidligere var utilgjengelige eller brukt med stor helserisiko.

Selve begrepet «bioteknologi» fikk nytteverdi på 1970-tallet i forbindelse med utviklingen av metoder for å produsere rekombinante produkter. Imidlertid er dette konseptet mye bredere og inkluderer enhver industriell metode basert på bruk av levende organismer og biologiske prosesser.

Det første rekombinante proteinet produsert i industriell skala var humant veksthormon. For å behandle hemofili brukes et av proteinene i blodkoagulasjonssystemet, nemlig faktor

VIII. Før metoder for å produsere dette proteinet gjennom genteknologi ble utviklet, ble det isolert fra menneskeblod; bruken av et slikt medikament var forbundet med en risiko for infeksjon med humant immunsviktvirus (HIV).

I lang tid ble diabetes mellitus vellykket behandlet med animalsk insulin. Forskere mente imidlertid at det rekombinante produktet ville skape færre immunologiske problemer hvis det kunne oppnås i sin rene form, uten urenheter av andre peptider produsert av bukspyttkjertelen.

I tillegg var det forventet at antallet personer med diabetes ville øke over tid på grunn av faktorer som endringer i kostholdsmønstre, forbedret medisinsk behandling for gravide kvinner med diabetes (og den resulterende økningen i forekomsten av genetisk disposisjon for diabetes), og til slutt den forventede økningen i forventet levealder for diabetikere.

Det første rekombinante insulinet ble solgt i 1982, og på slutten av 1980-tallet hadde det praktisk talt erstattet animalsk insulin.

Mange andre proteiner syntetiseres i menneskekroppen i svært små mengder, og den eneste måten å produsere dem i en skala tilstrekkelig for klinisk bruk er gjennom rekombinant DNA-teknologi. Disse proteinene inkluderer interferon og erytropoietin.

Erytropoietin, sammen med myeloide kolonistimulerende faktor, regulerer dannelsen av blodceller hos mennesker. Erytropoietin brukes til å behandle anemi assosiert med nyresvikt og kan finne bruk som en blodplateforsterker i kreftkjemoterapi.

Biotransformasjon av stoffer. Mikroorganismer kan brukes til å omdanne visse forbindelser til strukturelt like, men mer verdifulle stoffer. Siden mikroorganismer kan vise sin katalytiske effekt i forhold til bare visse stoffer, er prosessene som skjer med deres deltakelse mer spesifikke enn rent kjemiske. Den mest kjente biotransformasjonsprosessen er produksjon av eddik ved å omdanne etanol til eddiksyre.

Men blant produktene som dannes under biotransformasjon er det også slike svært verdifulle forbindelser som steroidhormoner, antibiotika og prostaglandiner. se også GENTEKNOLOGI. Industriell mikrobiologi og fremskritt innen genteknologi(spesialutgave av magasinet Scientific American).

M., 1984
Bioteknologi. Prinsipper og anvendelse. M., 1988

Produksjon Bruk av mikroorganismer av mennesker.

Mikroorganismer er mye brukt i næringsmiddelindustrien, husholdninger og den mikrobiologiske industrien for å produsere aminosyrer, enzymer, organiske syrer, vitaminer, etc.

Klassisk mikrobiologisk produksjon inkluderer vinproduksjon, brygging, brødbaking, melkesyreprodukter og mateddik. For eksempel er vinproduksjon, brygging og produksjon av gjærdeig umulig uten bruk av gjær, som er utbredt i naturen.

Historien om industriell gjærproduksjon begynte i Holland, hvor i 1870 ᴦ. Den første fabrikken som produserte gjær ble grunnlagt. Hovedtypen produkt var komprimert gjær med et fuktighetsinnhold på ca. 70 %, som kun kunne lagres i noen få uker.

Langtidslagring var umulig, siden de pressede gjærcellene forble i live og beholdt sin aktivitet, noe som førte til autolyse og død. En av metodene for industriell konservering av gjær er tørking. I tørrgjær, ved lav luftfuktighet, er gjærcellen i en anabiotisk tilstand og kan vedvare i lang tid.

Den første tørrgjæren dukket opp i 1945. I 1972. Den andre generasjonen tørrgjær dukket opp, den såkalte instant-gjæren.

Bruk av mikroorganismer i næringsmiddelindustrien

Siden midten av 1990-tallet har en tredje generasjon tørrgjær dukket opp: bakegjær Saccharomyces cerevisiae, som kombinerer fordelene med instant gjær med et svært konsentrert kompleks av spesialiserte bakeenzymer i ett produkt.

Denne gjæren forbedrer ikke bare kvaliteten på brødet, men motstår også aktivt foreldingsprosessen.

Bakegjær Saccharomyces cerevisiae brukes også i produksjon av etylalkohol.

Vinproduksjon bruker mange forskjellige raser av gjær for å produsere et unikt merke av vin med unike kvaliteter.

Melkesyrebakterier er involvert i tilberedning av matvarer som surkål, syltede agurker, syltede oliven og mange andre syltede matvarer.

Melkesyrebakterier omdanner sukker til melkesyre, som beskytter matvarer mot råtnebakterier.

Ved hjelp av melkesyrebakterier tilberedes et bredt spekter av melkesyreprodukter, cottage cheese og ost.

Samtidig spiller mange mikroorganismer en negativ rolle i menneskers liv, og er årsaker til sykdommer hos mennesker, dyr og planter; de kan forårsake matødeleggelse, ødeleggelse av ulike materialer osv.

For å bekjempe slike mikroorganismer ble antibiotika oppdaget - penicillin, streptomycin, gramicidin, etc., som er metabolske produkter av sopp, bakterier og actinomycetes.

Mikroorganismer gir mennesker de nødvendige enzymene.

Således brukes amylase i mat-, tekstil- og papirindustrien. Protease forårsaker nedbrytning av proteiner i ulike materialer. I øst ble protease fra sopp brukt for flere århundrer siden for å lage soyasaus.

I dag brukes det i produksjon av vaskemidler. Ved konservering av fruktjuicer brukes et enzym som pektinase.

Mikroorganismer brukes til behandling av avløpsvann og matforedling av avfall. Den anaerobe nedbrytningen av organisk materiale i avfall produserer biogass.

De siste årene har det dukket opp nye produksjonsanlegg.

Karotenoider og steroider er hentet fra sopp.

Bakterier syntetiserer mange aminosyrer, nukleotider og andre reagenser for biokjemisk forskning.

Mikrobiologi er en vitenskap i rask utvikling, hvis prestasjoner i stor grad er relatert til utviklingen av fysikk, kjemi, biokjemi, molekylærbiologi, etc.

For å lykkes med å studere mikrobiologi, kreves kunnskap om de listede vitenskapene.

Dette kurset fokuserer primært på matmikrobiologi.

Mange mikroorganismer lever på overflaten av kroppen, i tarmen til mennesker og dyr, på planter, på matvarer og på alle gjenstander rundt oss. Mikroorganismer konsumerer et bredt utvalg av matvarer og tilpasser seg ekstremt enkelt til endrede levekår: varme, kulde, mangel på fuktighet, etc.

n. Οʜᴎ reproduseres veldig raskt. Uten kunnskap om mikrobiologi er det umulig å kompetent og effektivt administrere bioteknologiske prosesser, opprettholde den høye kvaliteten på matprodukter i alle stadier av produksjonen og forhindre forbruk av produkter som inneholder patogener fra matbårne sykdommer og forgiftning.

Det bør spesielt understrekes at mikrobiologiske studier av matprodukter, ikke bare fra et synspunkt av teknologiske funksjoner, men også, ikke mindre viktig, fra synspunkt av deres sanitære og mikrobiologiske sikkerhet, er det mest komplekse objektet for sanitær mikrobiologi .

Dette forklares ikke bare av mangfoldet og overfloden av mikroflora i matprodukter, men også av bruken av mikroorganismer i produksjonen av mange av dem.

I denne forbindelse, i mikrobiologisk analyse av matkvalitet og sikkerhet, bør to grupper av mikroorganismer skilles:

- spesifikk mikroflora;

– uspesifikk mikroflora.

Spesifikk— ϶ᴛᴏ kulturelle raser av mikroorganismer som brukes til å tilberede et bestemt produkt og er et viktig ledd i produksjonsteknologien.

Denne mikrofloraen brukes i teknologien for produksjon av vin, øl, brød og alle fermenterte melkeprodukter.

Uspesifikk— ϶ᴛᴏ mikroorganismer som kommer inn i matvarer fra miljøet og forurenser dem.

Blant denne gruppen av mikroorganismer skilles saprofytiske, patogene og opportunistiske mikroorganismer ut, samt mikroorganismer som forårsaker matødeleggelse.

Graden av forurensning avhenger av mange faktorer, som inkluderer riktig innkjøp av råvarer, lagring og behandling av dem, overholdelse av teknologiske og sanitære regimer for produksjon av produkter, lagring og transport av dem.