Биологические факторы

Микроорганизмы в природных условиях входят составной частью в биоценоз (совокупность растений и животных, населяющих участок среды обитания с более или менее однородными условиями жизни). Микробы находятся в природе в ассоциациях, между которыми происходит постоянная борьба за существование. Взаимоотношения между этими организмами носят весьма разнообразный характер и существенно сказываются на их развитии. Между различными группами микробов существует несколько типов взаимоотношений.

• Симбиоз представляет собой сожительство организмов разных видов, обычно приносящее им взаимную пользу; они совместно развиваются лучше, чем каждый из них в отдельности. Например, сожительство гриба и синезеленой водоросли; азотфиксирующих микробов и целлюлозо-разрушающих бактерий; симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми растениями; различных грибов с корнями растений и т.д.

• Метабиоз - такой вид взаимоотношений, когда один организм продолжает процесс, вызванный другим, освобождая его от продуктов жизнедеятельности и тем самым создавая условия для его дальнейшего развития (нитрифицирующие и аммонифицирующие бактерии).

• Сателлизм - один из сожителей, называемый благоприятствующим микробом, стимулирует рост другого сочлена (некоторые дрожжи и сарцины, продуцирующие аминокислоты, витамины и другие вещества, способствуют росту более требовательных к питательным средам микробов).

• Синергизм характеризуется усилением физиологических функций у членов микробной ассоциации (дрожжи и молочнокислые бактерии, фузобактерии и боррелии). Одной из форм симбиоза является вирогения - совместное сосуществование некоторых бактерий, дрожжей и простейших с вирусами. Установлены сочетания разных вирусов и бактерий: вируса омской геморрагической лихорадки с возбудителями бруцеллеза, туляремии; вирусагепатита - с Candida.

• Антагонизм - при этих взаимоотношениях происходит борьба за кислород, пищевые вещества и место обитания. Бактерии, грибы, высшие растения вырабатывают вещества, получившие названия антибиотиков , которые губительно действуют на другие микробы. Они широко применяются в лечении многих инфекционных болезней. В обезвреживании внешней среды от патогенных микроорганизмов вследствие антагонизма большую роль играют фаги , широко распространенные в почве и воде, и фитонциды - летучие вещества многих растений.

Микробиологические процессы

Превращение безазотистых органических веществ	Превращение азотосодержащих веществ

Превращение органических веществ, не содержащих азота

Анаэробные процессы Спиртовое брожение Молочнокислое брожение Пропионовокислое брожение Маслянокислое брожение

Аэробные процессы Уксуснокислое брожение Лимоннокислое брожение

Анаэробные процессы

Многие микробы способны к дыханию в среде, не содержащей свободного кислорода. Такой тип дыхания называется брожением. Именно брожения наиболее важны в практическом отношении.

Спиртовое брожение

Основные возбудители спиртового брожения - дрожжи - играют большую роль в жизни человека. Они необходимы для получения этилового спирта, пива, вина, а также хлебопечения. Совместно с молочнокислым брожением оно используется для производства кваса, кефира, кумыса. В процессе спиртового брожения наряду с основным продуктом - этанолом образуются побочные продукты: глицерин, высшие спирты, сивушные масла, альдегиды, органические кислоты, эсриры, углекислый газ. Большинство из них также находит практическое использование.

Большинство дрожжей способно сбраживать моносахариды (глюкозу, фруктозу) и дисахариды (сахарозу, мальтозу). Крахмал дрожжи не сбраживают, так как амилолитические ферменты у них отсутствуют. Поэтому крахмалосодержащее сырье для бродильных производств предварительно подвергают осахариванию (частичному гидролизу) при участии амилаз различного происхождения. Концентрация сахара 10-15% наиболее благоприятна для большинства дрожжей.

По отношению к температуре сахаромицеты подразделяются на расы низового и верхового брожения. К расам низового брожения относится большинство винных и пивных дрожжей, к расам верхового - спиртовые и хлебопекарные. Дрожжи низового брожения функционируют в производстве при температуре 6-10°С и ниже до (0°С ), а верхового - обычно при 14-25°С . В конце брожения низовые дрожжи оседают на дно, формируя плотный осадок, верховые - всплывают на поверхность и образуют "шапку". Способность последних подниматься на поверхность обусловлена тем, что клетки после почкования остаются соединенными в небольшой цепочке; пузырьки углекислого газа поднимают их на поверхность.

Дрожжи широко распространены в природе. Встречаются на фруктах, ягодах, винограде, в почве и воздухе, особенно в летнее время. Принято различать культурные и дикие дрожжи. Применение чистых культур специально селекционированных микроорганизмов - важный этап борьбы за качество и чистоту процесса брожения. Чистые культуры дрожжей размножают в производственных лабораториях на оптимальных для их роста средах, пересевая во все возрастающие емкости. В стадии высокой физиологической активности культуры передают в цех, где продолжают выращивать в дрожжерастительных аппаратах на обогащенных производственных субстратах и затем используют в технологическом процессе. В цехах создают условия, необходимые для жизнедеятельности дрожжей в заданном направлении и позволяющие подавить рост микроорганизмов. Уравнение спиртового брожения в общем виде выглядит следующим образом:

С₆Н₁₂О₆  ->  2СН₃СН₂ОН + 2CО₂ + 118 кДж. глюкоза      этиловый спирт

Спиртовое брожение протекает при кислых значениях рН 4-4,5. При подщелачивании среды до рН 8 или при введении в среду сульфита (или бисульфита) натрия дрожжи в качестве основного продукта брожения накапливают не спирт, а глицерин (до 40% по отношению к сброженному сахару). Это так называемая глицериновая форма спиртового брожения:

С₆Н₁₂О₆   ->  2CH₂OHCHOHCH₂OH + СН₃СН₂ОН + CH₃COOH + 2СО₂ + Энергия глюкоза              глицерин              этиловый спирт     уксусная кислота

Как и любое брожение, это сложный многоэтапный процесс, протекающий при участии комплекса разнообразный ферментов, имеющихся у дрожжей. Каждая стадия катализируется соответствующим ферментом.

Дикие дрожжи имеют более слабую бродильную способность и образуют вещества, придающие неприятные привкус и запах. Попадая в пищевые продукты, они могут наносить значительный урон ряду отраслей пищевой промышленности. Так, при производстве сахара дрожжи вызывают разложение сахарозы, ослизнение соков и сиропов, образуют органические кислоты, ухудшают процесс фильтрации, снижают качество полупродуктов и готовой продукции. Дрожжи, развивающиеся в рассолах при квашении различных овощей и фруктов, образуют при доступе воздуха пленку на поверхности или размножаются в глубинных слоях. Дрожжи - основные возбудители порчи плодово-ягодных соков и безалкогольных напитков . Развитию дрожжей в них благоприятствует ряд факторов: наличие хорошо сбраживаемых Сахаров, азотсодержащих и других необходимых соединений, а также низкое рН среды и относительно анаэробные условия. Развитие дрожжей отрицательно сказывается на качестве напитков: снижается содержание сахара, частично он сбраживается в спирт; продукты жизнедеятельности дрожжей ухудшают вкус напитков, а образующаяся в результате брожения углекислота может вызвать разрыв бутылок.