Лекція 3. Тема: Мікробіологічні основи екології навколишнього середовища.

Мета:вивчити мікробіологічні основи та складових навколишнього середовища та взаємозв’язок між ними.

План

1.Мікрофлора повітря

2.Мікрофлора грунту

3.Мікрофлора води

1. Мікрофлора повітря

Проте, що в повітрі вміщуються мікроорганізми, люди знали давно. Довести їх існування в повітрі вперше вдалося Л. Пастеру.

Мікроби розповсюджені нерівномірно. Їх більше в центрі міст і менше на окраїнах.

В повітря мікроби попадають з грунту. Чим інтенсивніше рух, тим більше в повітрі зважених частинок, разом з ними і мікробів. Чим далі від житла, тим мікробів стає менше. Там діють ще й фітонциди, тому повітря в окремих місцях буває стерильним.

Повітря-субстрат, непридатний для сприятливого розвитку мікроорганізмів через нестачу в ньому поживних речовин, крапельної вологи і згубного впливу прямих сонячних променів. Мікроорганізми можуть певний час зберігати свою життєдіяльність.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

Повітря - це середовище через яке передаються патогенні мікроби, що розповсюджуються повітряно-крапельним або повітряно пиловим методом. Дробні краплі, що знаходяться в зваженому стані, можуть переміщатися струмом повітря на більшу відстань, а потім осідати на поверхню різних предметів. Повітряним шляхом розповсюджуються збудники грипу, туберкульозу, оспи, сибірської язви, плеснявих грибів та інше.

Таким чином, мікроби в атмосфері розповсюджені нерівномірно, а їх склад в загалі визначається середовищем. Тому в приміщеннях необхідно підтримувати чистоту, проводити дезінфекцію, кварцевання , провітрювання.

2. Мікрофлора грунту.

Велика роль мікроорганізмів в формуванні грунту. Завдяки їм він одержує властивості живої системи. Так, наприклад, 1г чорнозема вміщує від десятків мільйонів до декількох мільйардів мікробних клітин при загальній їх біомасі 3-5 т/га. Мікроби в грунті розподілені неравномірно: їх більше в верхніх шарах грунту та поблизу рослин. Чим далі від поверхні грунту, тим менше мікробів, а на глибині 2-3м їх взагалі не буває.

До складу мікробного населення грунту входять: ціанобактерії, плесняві гриби, актиноміцети, мікроби та інші організми.

Водорості - перші мешканці, формуючі грунт, що вміщують хлорофіл і розташовані в верхніх шарах грунту, де достатньо вологи та світла. До складу водоростей входять пігменти, в зв’язку з чим їх розділяють на синє зелені (ціанобактерії), зелені та діатомові. Вміщення пігментів дозволяє їм за допомогою енергії сонця засвоїти вуглець з повітря, а азот та інші мінеральні речовини- з грунту . В глибинних шарах, де відсутнє світло, вони використовують енергію розкладення органічних сполук. Таким чином водорості можуть жити як вищі рослини або як гриби. Живучі в грунті водорості(ціанобактерій) синтезують органічну речовину, фіксуючи азот з повітря та тим самим підвищуючи її родючість.

Гриби- безхлорофільні організми, що представлені багаточисленною групою живих істот, що розповсюджені в грунті. Базідіоміцети частіше зустрічаються в лісових грунтах, де разом з вищими рослинами утворюють грибокорінь. Плісняві гриби найбільш розповсюджені в кислих, що багаті органічними речовинами та добре аерируємих грунтах.

Актиноміцети розповсюджені в лужніх, добре аерируємих грунтах, а також в грунтах, що небагаті вологою, але які вміщують достатню кількість органічних речовин. Чисельність актиноміцетів в 1г поверхневого шару грунту може досягати декількох десятків міліонів при їх загальній біомасі 700кг/га. Актиноміцети руйнують органічну речовину та роблять багату кількість елементів доступними для вищих рослин. Чисельність актиноміцетів більше у поверхневих шарах, з підвищенням глибини, вона зменшується, але менше, ніж інших грибів. На глибині 75 см чисельність актиноміцетів досягає 65%. Серед них багато продуцентів антибіотичних речовин, що дозволяють їм піддержувати рівновагу мікроорганізмів в зоні мешкання.

Грунт може бути передатчиком збудників багатьох інфекцій: сибірської язви, емфізематозного карбункула, ботулізма, стовбняка та інших. Деякі мікроби , особливо бацили, в грунті зберігаються протягом довгого часу.

Збудники деяких хвороб не тільки зберігаються, але й розмножуються в грунті. Мікробіологічні процеси найбільш інтенсивно протікають в південних грунтах: підвищення температури на 10˚С підвищує їх біологічну активність вдвічі. В процесі розкладу органічних речовин здійснюється зміна мікробних асоціацій. Спочатку на рослинних залишках розвиваються гриби та бактерії, далі- бацили та актиноміцети.

3. Мікрофлора води.

Вода - сприятливе поживне середовище для життєдіяльності мікробів. Вони дуже поширені в озерах, ріках, морях та океанах. Їх більше буває в прибережній зоні та на поверхні; менше - віддаллі від берега та на глибині. За складом мікроорганізмів у воді її поділяють на три зони.

Полісапробна зона – характеризується мікробоценозів в сильно забрудненій воді з більшою кількістю легко розкладаючих та легкозасвоюючих речовин. Мікробіологічні протікають в анаеробних умовах, тому що в таких умовах інтенсивно поглинається кисень. В процесі розкладення з’являється неприємний запах в результаті утворення метану, меркаптану, сірководню. Кількість мікробів в 1мл води досягає декількох мільйонів.

Мезосапробна зона – мікробоценози розвиваються в середовищі з меншим вмістом органічних речовин. В ній інтенсивніше проходить мінералізація, а також процеси окислення і нітрифікації. Кількість кишкової палички зменшується, а загальне число мікробів не перевищує 100 тис. в 1мл води.

Олігосапробна зона – мікробоценози малочисленні: в 1мл води вміщуються десятки або сотні мікробних клітин; кишкова паличка відсутня. Мінералізація органічних речовин, самоочищення води закінчилось або знаходиться у стадії завершення.

До складу мікро біоценозів входять різні водорості; простійші, плесняві гриби, фаги та інші мікроорганізми. Між ними існують складні взаємовідносини. Живі водорості- антагоністи бактерій, а після їх загибелі являються споживними для цих же організмів. Хлорела( масовім розвитку) в процесі масового розвитку на світу викликає інтенсивне пригнічення кишкової палички. Єдина інфузорія здатна поглинати за годину 30 тисяч мікробних клітин. Патогенні мікроби бистріше зачинають в забрудненій воді та повільніше – в чистій. В забрудненій воді можуть бути мікроби – антагоністи, фаги та інші неблагоприятні фактори. Такі взаємовідношення сприяють підтримки рівноваги живих істот у гідросфері.

Визначити збудників інфекційних хвороб у воді не завжди легка справа. Тому на практиці використовують побічні методи визначення забруднення води: мікробне число, колі-титр, колі-індекс.

Мікробне число - кількість колоній, яка виросла в чашці Петрі на МПА із 1 мл водопровідної або артезіанської води при температурі 37◦ C протягом 24 годин або з того ж самого об’єму води поверхневих водоємів як при температурі 37˚ С у той самій екенозиції, так і при 20˚С, але протягом 48 годин. Так визначають загальну бактеріальну забрудненість води. Стосовно ГОСТ 2874-82 мікробне число питної (водопровідної) води повинна бути не більше 100, шахтних колодязів - 300-400.

Колі-титр-найменший об’єм води в мл, в котрому можуть бути визначена кишкова паличка. Колі-титр питної водопровідної води повинен бути н/м 300, води шахтних колодязів - н/м 100.

Колі-індекс-кількість кишкових паличок в 1л води. В водопровідній воді він складає н/б 3, в шахтних колодязях - н/б 10.

Лекція 4. ТЕМА: Найважливіші біохімічні процеси збудниками яких є мікроорганізми

Мета:вивчити основні біохімічні процеси, збудники яких є мікроорганізми, що беруть участь у процесах перетворення харчових продуктів.

План

1. Класифікація біохімічних процесів, що викликаються мікроорганізмами.

2. Процеси бродіння, їх види..

3. Роль біохімічних процесів у перетворенні речовин в природі, зміна якостей харчових продуктів під час зберігання та використання.

1. Класифікація біохімічних процесів, що викликаються мікроорганізмами

Здатність мікробів активно перетворювати різні сполуки в процесах дихання і харчування широко використовуються людиною для отримання цінних харчових продуктів. Завдяки цьому мікроорганізми можуть також бути винуватцями їх псування. На особливу увагу заслуговують процеси перетворення речовин під час дихальних процесів(в основному анаеробних)- типові бродіння.

Бродіння- анаеробний окисно- відновлювальний процес, що викликають як живі клітини мікроорганізмів, так і ферменти, що вони виділяють.

У 1857р. Біологічна природа бродіння, яку викликають живі клітини мікроорганізмів, була доведена Луї Пастером. Пізніше(1897р.) Едуард Бухнер встановив, що бродіння має місце і у без клітинному середовищі-сік зруйнованих дріжджових клітин- біохімічним шляхом. За своє відкриття в 1907р. Він одержав Нобелівську премію з хімії.

На перших стадіях бродіння або окислення вуглеводів з’являється піровіноградна кислота (піруват) , яка в залежності від умов, а також

В анаеробних умовах піровіноградна кислота перетворюється до спирту, молочної, масляної кислоти та інших продуктів. В анаеробних умовах вона окислюється до ацтової , лимонної або іншої органічної кислоти, а при повному окисленні з’являються диоксид вуглецю і води. Таким чином, процес бродіння протікає в дві фази: 1) в початковій або загальній фазі, яка проходить в анаеробних умовах, глюкоза розщеплюється до піровіноградної кислоти; 2) кінцева фаза залежить від умов культивування та особливостей мікроорганізма при цьому утворюються різні продукти.

Перетворення органічних речовин супроводжується виділенням енергії, яка акумулюється в процесі фотосинтезу, що частково в виді тепла використовується мікробною клітиною або виділяється в навколишнє середовище. Між бродінням і диханням багато спільного, але при диханні окислення речовин іде до кінця – до утворення диоксиду вуглецю і води, в той час як продукти бродіння вміщують ще багато енергії.

2. Процеси бродіння, їх види.

У залежності від переважного накопичення при бродінні тих чи інших продуктів розрізнюють спиртове, молочнокисле, пропіоновокисле, маслянокисле, оцтовокисле, лимоннокисле бродіння та таке інше.

Процеси бродіння протікають з використанням в основному вуглеводів( крохмалю, цукрів), але деколи вихідною сировиною можуть бути спирти, органічні кислоти і навіть білки.

Анаеробні процеси бродіння

Спиртове бродіння. Являє собою ряд послідовних окисно-відновних та інших біохімічних процесів, в результаті яких утворюються етиловий спирт

(основний продукт), вуглекислий газ, інші речовини.

С6Н12О6→ 2С2Н5ОН+2СО2 (6)

Основний збудник спиртового бродіння- дріжджі. Вони ростуть в кислому середовищі при рН 4,0-4,5 . В промисловості використовують культурні дріжджі. Застосування культурних дріжджів прискорює процеси бродіння, вино може бути одержано ліпшої якості та смаку, з меншою кількістю побічних продуктів.

Молочнокисле бродіння: гомоферментативне і гетероферментативне.

Збудники: типового молочнокислого бродіння (гомоферментативного бродіння) розщеплюють гексозу з утворенням двох молекул молочної кислоти:

Це є кінцевий продукт процесу, який з’являється з проміжних:

Збудниками нетипового молочнокислого бродіння (гетероферментативного бродіння) являються молочнокислі стрептококки. До них належать такі що крім молочної утворюють леткі кислоти, ароматичні речовини, диоксид вуглецю. Деякі з них мають здатність збражувати лимону кислоту.

Пропіоновокисле бродіння

Завдяки наявності специфічних ферментів,пропіоновокислі бактерії на

Відміну від попередніх , можуть розкладати крім цукрів, піровіноградну кислоту, глицерин, молочну кислоту:

Кінцевими продуктами пропіоновокислого бродіння являються пропіонова та оцтова кислота,а також диоксид вуглецю і вода,

Маслянокисле бродіння - складний біохімічний процес перетворення

Вуглеводів ,спиртів або різних кислот у масляну кислоту. В результаті маслянокислого бродіння утворюється масляна кислота, диоксид вуглецю, водень і виділяється енергія: