يتم استخدام الكائنات الحية الدقيقة. دور الكائنات الدقيقة في الطبيعة والزراعة. إعادة التدوير والتخلص من مخلفات التخمير

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

استضافت في http://www.allbest.ru

مقدمة

إن إنجازات علم الوراثة والهندسة الوراثية هي أساس تطوير التكنولوجيا الحيوية - وهو علم نشأ عند تقاطع علم الأحياء مع التكنولوجيا. تعتمد التكنولوجيا الحيوية الحديثة على إنجازات العلوم الطبيعية والهندسة والتكنولوجيا والكيمياء الحيوية وعلم الأحياء الدقيقة والبيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة. تستخدم التكنولوجيا الحيوية الحديثة الأساليب البيولوجية في مكافحة التلوث البيئي وآفات الكائنات الحية النباتية والحيوانية. يمكن أن تشمل إنجازات التكنولوجيا الحيوية أيضًا استخدام الإنزيمات المعطلة ، وإنتاج اللقاحات الاصطناعية ، واستخدام تكنولوجيا الخلايا في التربية.

تلعب البكتيريا والفطريات والطحالب والأشنات والفيروسات والأوليات دورًا مهمًا في حياة الناس. منذ العصور القديمة ، استخدمها الناس في عمليات الخبز ، وصنع النبيذ والبيرة ، وفي مختلف الصناعات. في الوقت الحاضر ، فيما يتعلق بمشاكل الحصول على المواد البروتينية القيمة ، وزيادة خصوبة التربة ، وتطهير البيئة من الملوثات ، والحصول على المستحضرات البيولوجية ، والأهداف والغايات الأخرى ، فقد توسع نطاق الدراسة واستخدام الكائنات الحية الدقيقة بشكل كبير.

الرابط الرئيسي لعملية التكنولوجيا الحيوية هو كائن بيولوجي قادر على إجراء تعديل معين للمادة الأولية وتشكيل منتج ضروري أو آخر. يمكن أن تكون خلايا الكائنات الحية الدقيقة والحيوانات والنباتات والحيوانات والنباتات المعدلة وراثيًا والفطريات وكذلك أنظمة الإنزيمات متعددة المكونات للخلايا والإنزيمات الفردية بمثابة أشياء من التكنولوجيا الحيوية. أساس معظم صناعات التكنولوجيا الحيوية الحديثة هو التوليف الميكروبي ، أي تخليق مختلف المواد النشطة بيولوجيا بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة. لسوء الحظ ، لم يتم العثور على الكائنات ذات الأصل النباتي والحيواني ، لعدد من الأسباب ، مثل هذا التطبيق الواسع. لذلك ، في المستقبل ، من المستحسن اعتبار الكائنات الحية الدقيقة ككائنات رئيسية للتكنولوجيا الحيوية.

حاليًا ، هناك أكثر من 100 ألف نوع مختلف من الكائنات الحية الدقيقة معروفة. هذه هي البكتيريا في المقام الأول ، الفطريات الشعاعية ، البكتيريا الزرقاء. مع مثل هذه المجموعة المتنوعة من الكائنات الحية الدقيقة ، هناك مشكلة مهمة جدًا ومعقدة في كثير من الأحيان تتمثل في الاختيار الصحيح للكائن الحي بالضبط القادر على توفير المنتج المطلوب ، أي تخدم الأغراض الصناعية.

1. الكائنات الدقيقة هي الأشياء الرئيسية للتكنولوجيا الحيوية

تساعد الكائنات الدقيقة حاليًا البشر في إنتاج مغذيات بروتينية وغاز حيوي فعال. يتم استخدامها في تطبيق الأساليب التقنية الحيوية لتنقية الهواء والمياه العادمة ، في استخدام الأساليب البيولوجية لتدمير الآفات الزراعية ، في إنتاج المستحضرات الطبية ، في تدمير النفايات. تُستخدم بعض أنواع البكتيريا لتجديد المستقلبات والأدوية القيمة ، وتُستخدم لحل مشاكل التنظيم الذاتي البيولوجي والتخليق الحيوي ، ولتنقية المسطحات المائية. تعد الكائنات الحية الدقيقة ، وقبل كل شيء البكتيريا ، كائنًا كلاسيكيًا لحل المشكلات العامة في علم الوراثة والكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية وبيولوجيا الفضاء. تستخدم البكتيريا على نطاق واسع في حل العديد من المشاكل في مجال التكنولوجيا الحيوية.

تستخدم التفاعلات الميكروبيولوجية بسبب خصوصيتها العالية على نطاق واسع في عمليات التحولات الكيميائية لمركبات المركبات الطبيعية النشطة بيولوجيًا. هناك حوالي 20 نوعًا من التفاعلات الكيميائية التي تقوم بها الكائنات الحية الدقيقة. يتم استخدام العديد منها (التحلل المائي ، والاختزال ، والأكسدة ، والتوليف ، وما إلى ذلك) بنجاح في الكيمياء الصيدلانية. عند إنتاج هذه التفاعلات ، يتم استخدام أنواع مختلفة من البكتيريا والفطريات الشعاعية والفطريات الشبيهة بالخميرة والكائنات الدقيقة الأخرى.

ساهم الاستخدام الصناعي للكائنات الدقيقة للحصول على منتجات غذائية جديدة في إنشاء صناعات مثل الخبز ومنتجات الألبان وإنتاج المضادات الحيوية والفيتامينات والأحماض الأمينية والكحول والأحماض العضوية ، إلخ.

دور الكائنات الدقيقة في التكنولوجيا الحيوية.

1. تتميز الكائنات أحادية الخلية ، كقاعدة عامة ، بمعدلات نمو وعمليات تخليقية أعلى من الكائنات الأعلى. ومع ذلك ، هذا ليس هو الحال بالنسبة لجميع الكائنات الحية الدقيقة. بعضها ينمو ببطء شديد ، لكن له أهمية معينة ، لأنه قادر على إنتاج العديد من المواد القيمة للغاية.

2. يتم تمثيل الاهتمام الخاص كأهداف لتطوير التكنولوجيا الحيوية من خلال الكائنات الدقيقة التي تعمل بالتمثيل الضوئي والتي تستخدم طاقة ضوء الشمس في حياتها. بعض منها (البكتيريا الزرقاء وحقيقيات النوى الضوئية) تستخدم ثاني أكسيد الكربون كمصدر للكربون ، وبعض ممثلي البكتيريا الزرقاء ، بالإضافة إلى كل ما سبق ، لديهم القدرة على استيعاب النيتروجين في الغلاف الجوي (أي أنها لا تتطلب الكثير من العناصر الغذائية). تعد الكائنات الحية الدقيقة في التمثيل الضوئي واعدة كمنتجين للأمونيا والهيدروجين والبروتين وعدد من المركبات العضوية. ومع ذلك ، نظرًا للمعرفة الأساسية المحدودة حول تنظيمها الجيني والآليات البيولوجية الجزيئية للحياة ، لا ينبغي توقع حدوث تقدم في استخدامها في المستقبل القريب.

3. يتم إيلاء بعض الاهتمام لأجسام التكنولوجيا الحيوية مثل الكائنات الدقيقة المحبة للحرارة التي تنمو عند 60-80 درجة مئوية.

هذه الخاصية الخاصة بهم هي عقبة لا يمكن التغلب عليها تقريبًا لتطوير النباتات الدقيقة الأجنبية أثناء الزراعة غير المعقمة نسبيًا ، أي هو حماية موثوقة ضد التلوث. تم العثور على منتجي الكحوليات والأحماض الأمينية والإنزيمات والهيدروجين الجزيئي بين محبي الحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن معدل نموها ونشاطها الأيضي أعلى بمقدار 1.5-2 مرة من تلك الموجودة في mesophiles. تتميز الإنزيمات التي يتم تصنيعها بواسطة الحرارة بمقاومة متزايدة للحرارة ، وبعض العوامل المؤكسدة ، والمنظفات ، والمذيبات العضوية ، وعوامل ضارة أخرى. في الوقت نفسه ، لا ينشطون كثيرًا في درجات الحرارة العادية. وهكذا ، فإن البروتياز لأحد ممثلي الكائنات الحية الدقيقة المحبة للحرارة عند 20 درجة مئوية أقل نشاطًا 100 مرة من 75 درجة مئوية. هذا الأخير هو خاصية مهمة جدا لبعض المنتجات الصناعية. على سبيل المثال ، وجد إنزيم Tag-polymerase من البكتيريا المحبة للحرارة Thermus aquaticus تطبيقًا واسعًا في الهندسة الوراثية.

2. الكائنات الحية الدقيقة في الصيدلة

تم إنشاء صناعة التكنولوجيا الحيوية لإنتاج المضادات الحيوية والإنزيمات والإنترفيرون والأحماض العضوية والمستقلبات الأخرى التي تنتجها العديد من الكائنات الحية الدقيقة.

في الصيدلة ، تُستخدم التحولات الميكروبيولوجية للحصول على مواد أكثر نشاطًا من الناحية الفسيولوجية أو المنتجات شبه المصنعة ، والتي يتم تصنيعها بوسائل كيميائية بحتة بصعوبة كبيرة أو غير ممكن على الإطلاق. تستخدم التفاعلات الميكروبيولوجية في دراسة استقلاب المواد الطبية ، وآلية عملها ، وكذلك لتوضيح طبيعة وعمل الإنزيمات. منتجي المواد الفعالة بيولوجيا هم العديد من الأوليات. على وجه الخصوص ، فإن البروتوزوا التي تعيش في كرش المجترات تنتج إنزيم السليلوز ، الذي يعزز تحلل الألياف. لا تنتج البروتوزوا الإنزيمات فحسب ، بل تنتج أيضًا الهيستونات ، والسيروتونين ، وعديدات السكاريد الدهنية ، والأحماض الأمينية ، والمستقلبات المستخدمة في الطب والطب البيطري ، والأغذية والصناعات النسيجية. إنها أحد الأشياء المستخدمة في التكنولوجيا الحيوية.

3. الكائنات الدقيقة في صناعة الأغذية

تُستخدم مستحضرات إنزيم Aspergillus oryzae في صناعة التخمير ، بينما تُستخدم إنزيمات A.niger في إنتاج وتصفية عصائر الفاكهة وحمض الستريك. يتم تحسين خبز المخبوزات عن طريق استخدام إنزيمات A.oryzae و A.awamori. تستخدم الإنزيمات البكتيرية (Bac.subtilis) للحفاظ على نضارة منتجات الحلويات وحيث يكون التكسير العميق للمواد البروتينية غير مرغوب فيه. يؤدي استخدام مستحضرات الإنزيم من Bac.subtilis في صناعة الحلويات والمخابز إلى تحسين الجودة وإبطاء عملية المنتجات التي لا معنى لها.

تستخدم الكائنات الحية الدقيقة على نطاق واسع في صناعات الأغذية والتخمير. تستخدم خميرة الحليب على نطاق واسع في صناعة الألبان. بمساعدتهم تحضير الكوميس والكفير. تعمل إنزيمات هذه الكائنات الدقيقة على تحلل سكر الحليب إلى كحول وثاني أكسيد الكربون ، مما يؤدي إلى تحسين طعم المنتج وزيادة هضمه من قبل الجسم. عند الحصول على منتجات حمض اللاكتيك في صناعة الألبان ، تستخدم الخميرة على نطاق واسع ، والتي لا تخمر سكر الحليب ولا تحلل البروتينات والدهون. تساهم في الحفاظ على الزيت وتزيد من حيوية بكتيريا حمض اللاكتيك. تساهم الخميرة الغشائية (mycoderma) في نضوج الجبن اللبني. يستخدم فطر Penicillum roqueforti في إنتاج جبن Roquefort ، ويتم استخدام فطر Penicillum camemberi في عملية نضج جبن الوجبات الخفيفة.

لطالما استخدمت العديد من الكائنات الحية الدقيقة ، بما في ذلك الفطريات الشبيهة بالخميرة وبعض أنواع الفطريات المجهرية ، في تحويل ركائز مختلفة للحصول على أنواع مختلفة من المنتجات الغذائية. على سبيل المثال ، استخدام الخميرة لإنتاج الخبز المسامي من الدقيق ، واستخدام الفطريات من أجناس Rhisopus ، الرشاشيات لتخمير الأرز وفول الصويا ، وإنتاج منتجات حمض اللاكتيك باستخدام بكتيريا حمض اللاكتيك ، والخميرة ، إلخ.

إن استخدام بكتيريا حمض اللاكتيك الحقيقية (Bact.bulgaricum ، Bact.casei ، Streptococcus lactis ، إلخ) أو توليفاتها مع الخميرة في صناعة الأغذية يجعل من الممكن الحصول ليس فقط على حمض اللاكتيك ، ولكن أيضًا على حمض اللاكتيك ومنتجات الخضروات الحامضة. وتشمل هذه الحليب الرائب ، ماتسوني ، الحليب المخمر المخمر ، القشدة الحامضة ، الجبن القريش ، مخلل الملفوف ، الخيار المخلل والطماطم ، الجبن ، الكفير ، عجينة الخبز الحامض ، خبز الكفاس ، الكوميس وغيرها من المنتجات. لتحضير الحليب الرائب والجبن ، يتم استخدام Str.lactis ، Str.diacetilactis ، Str.paracitrovorus ، Bact.acidophilum. عند تحضير الزيت ، يتم استخدام البكتيريا المنكهة والمكورات العقدية اللبنية ، Str.cremoris ، Str.diacetilactis ، Str.citrovorus ، Str.paracitrovorus.

4. الكائنات الدقيقة في الزراعة

تستخدم الزراعة الأسمدة والمبيدات. بمجرد وصول هذه المواد إلى البيئة الطبيعية ، يكون لها تأثير سلبي على العلاقات الطبيعية في التكاثر الحيوي ، وفي النهاية ، على طول السلسلة الغذائية ، يكون لهذه المواد تأثير سلبي على صحة الإنسان. تلعب الكائنات الحية الدقيقة الهوائية واللاهوائية دورًا إيجابيًا في تدمير هذه المواد في الماء.

في الزراعة ، يتم استخدام الحماية البيولوجية للنباتات من الآفات. لهذا الغرض ، يتم استخدام العديد من الكائنات الحية - البكتيريا والفطريات والفيروسات والأوليات والطيور والثدييات والكائنات الحية الأخرى.

5. خصائص أخرى للكائنات الدقيقة في التكنولوجيا الحيوية

يمكن أيضًا استخدام الكائنات الدقيقة في استخراج الفحم من الخامات. تؤكسد البكتيريا حصى التغذية (Thiobacillus ferrooxidous) كبريتات الحديدوز إلى كبريتات الحديدوز. يؤكسد أكسيد الكبريتات بدوره اليورانيوم رباعي التكافؤ ، ونتيجة لذلك يترسب اليورانيوم في شكل معقدات كبريتات إلى محلول. يُستخرج اليورانيوم من المحلول بالطرق المعدنية. بالإضافة إلى اليورانيوم ، يمكن ترشيح معادن أخرى ، بما في ذلك الذهب ، من المحاليل. يسمح النض البكتيري للمعادن بسبب أكسدة الكبريتيدات الموجودة في الخام باستخراج المعادن من الخامات غير المتوازنة.

طريقة مربحة للغاية وموفرة للطاقة لتحويل المواد العضوية إلى وقود هي توليد الميثان بمشاركة نظام ميكروبي متعدد المكونات. تقوم البكتيريا المكونة للميثان ، جنبًا إلى جنب مع النباتات الدقيقة المولدة للأسيتون ، بتحويل المواد العضوية إلى خليط من الميثان وثاني أكسيد الكربون.

يمكن استخدام الكائنات الدقيقة ليس فقط لإنتاج الوقود الغازي ، ولكن أيضًا لزيادة إنتاج الزيت. يمكن أن تشكل الكائنات الحية الدقيقة مواد خافضة للتوتر السطحي تقلل التوتر السطحي عند السطح البيني بين الزيت والماء مما يؤدي إلى إزاحته. تزداد خصائص إزاحة الماء مع زيادة اللزوجة ، والتي تتحقق عن طريق استخدام مخاط بكتيري يتكون من السكريات المتعددة. مع الأساليب الحالية لتطوير حقول النفط ، لا يتم استخراج أكثر من نصف احتياطيات النفط الجيولوجية. بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة ، من الممكن ضمان غسل الزيت من الخزانات وإطلاقه من الصخر الزيتي. تعمل البكتيريا المؤكسدة للميثان الموضوعة في طبقة الزيت على تحلل الزيت والمساهمة في تكوين الغازات (الميثان والهيدروجين والنيتروجين) وثاني أكسيد الكربون. مع تراكم الغازات ، يزداد ضغطها على الزيت ، بالإضافة إلى أن الزيت يصبح أقل لزوجة. نتيجة لذلك ، يبدأ النفط من البئر في التدفق.

يجب أن نتذكر أن استخدام الكائنات الحية الدقيقة في أي ظروف ، بما في ذلك الظروف الجيولوجية ، يتطلب خلق ظروف مواتية لنظام ميكروبي معقد.

يؤدي إدخال المواد البشرية الزائدة إلى انتهاك التوازن الطبيعي الثابت. في المراحل الأولى من تطور الصناعة ، كان يكفي تشتيت الملوثات في المجاري المائية ، والتي تمت إزالتها من خلال التنقية الذاتية الطبيعية. وتناثرت المواد الغازية في الهواء عبر أنابيب طويلة. في الوقت الحاضر ، أصبح التخلص من النفايات مشكلة خطيرة للغاية.

في أنظمة التنقية ، عند تنقية المياه من المواد العضوية ، يتم استخدام طريقة بيولوجية باستخدام نظام الميكروفلورا المختلطة (البكتيريا الهوائية ، الطحالب ، البروتوزوا ، العاثيات ، الفطريات) ، الحمأة المنشطة ، الأغشية الحيوية ، المواد المؤكسدة الواردة. يساهم ممثلو الخليط الميكروبي في تكثيف عمليات تنقية المياه الطبيعية. ولكن في الوقت نفسه ، يجب أن نتذكر أن ثبات تكوين البيئة يعمل كشرط للتشغيل المستقر للمجتمع الميكروبي.

تتمثل إحدى مهام التكنولوجيا الحيوية في تطوير تقنية للحصول على البروتينات باستخدام الكائنات الحية الدقيقة من أنواع مختلفة من ركائز النبات ، من الميثان والهيدروجين النقي ، من خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون ، من الهيدروكربونات الزيتية الثقيلة باستخدام الخمائر الميثيلوتروفيك أو البكتيريا ، المبيضات الاستوائية ، والبكتيريا المؤكسدة للميثان والسليلوز المتحللة والميكروبات الأخرى.

يساهم استخدام السلالات النشطة من أنواع الفطريات المجهرية في إثراء الأعلاف مثل العلف المختلط واللب والنخالة بالبروتينات والأحماض الأمينية. لهذا الغرض ، يتم استخدام أنواع منتقاة سريعة النمو وغير سامة من الفطريات الدقيقة بالحرارة ومتوسطة الحجم Fusarium sp. و Thirlavia sp. ، بالإضافة إلى بعض أنواع الفطريات الأعلى.

6. اختيار كائنات التكنولوجيا الحيوية

تكوين الميثان الميكروبيولوجي عضوي

جزء لا يتجزأ من عملية إنشاء المنتجين الأكثر قيمة ونشاطًا ، أي عند اختيار الأشياء في التكنولوجيا الحيوية ، يتم اختيارهم. الطريقة الرئيسية للاختيار هي البناء الواعي للجينوم في كل مرحلة من مراحل اختيار المنتج المطلوب. لا يمكن دائمًا إدراك هذا الموقف بسبب عدم وجود طرق فعالة لتغيير جينومات الكائنات الحية المختارة. تم لعب دور مهم في تطوير التقنيات الميكروبية من خلال الأساليب القائمة على اختيار المتغيرات المتغيرة التي تحدث تلقائيًا والتي تتميز بالسمات المفيدة المرغوبة. باستخدام مثل هذه الأساليب ، عادةً ما يتم استخدام الاختيار التدريجي: في كل مرحلة من مراحل الاختيار ، يتم اختيار المتغيرات الأكثر نشاطًا (طفرات تلقائية) من مجموعة الكائنات الحية الدقيقة ، والتي يتم من خلالها اختيار سلالات جديدة أكثر فاعلية في المرحلة التالية ، وما إلى ذلك. على الرغم من القيد الواضح لهذه الطريقة ، والتي تتمثل في التكرار المنخفض لحدوث الطفرات ، فمن السابق لأوانه اعتبار إمكانياتها مستنفدة تمامًا.

تُستخدم سلالات مختارة من الكاروتين الطبيعي المفرط التركيب لفطر Blakeslee trispora في الإنتاج الصناعي للكاروتين ، وهو أمر مهم في عمليات نمو وتطور الحيوانات ، مما يزيد من مقاومتها للأمراض. تُستخدم سلالات مختارة من Trichoderma viride في الإنتاج الصناعي لمستحضر trichodermin القائم عليها لمكافحة الفطريات الممرضة للنبات ، خاصة عند زراعة النباتات في ظروف الاحتباس الحراري (fusarium fusarium ، وأمراض النباتات المزهرة). يعتبر الفسفوباكتيرين ، الذي تم الحصول عليه من Baccilus megathrtium ، وسيلة فعالة لزيادة محصول بنجر العلف والملفوف والبطاطس والذرة. تحت تأثير هذا الدواء ، يزداد محتوى الفوسفور القابل للذوبان في تربة الجذور ، وكذلك الفوسفور والنيتروجين في الكتلة الخضراء.

استضافت على Allbest.ru

وثائق مماثلة

الاستخدام الصناعي للعمليات البيولوجية القائمة على الكائنات الحية الدقيقة ومزارع الخلايا والأنسجة وأجزائها. تاريخ نشأة ومراحل تكوين التكنولوجيا الحيوية. الاتجاهات والمهام والأساليب الرئيسية: الاستنساخ والهندسة الوراثية والخلوية.

عرض تقديمي ، تمت إضافة 10/22/2016

المهام الرئيسية وأقسام واتجاهات التكنولوجيا الحيوية الحديثة. إنتاج المنتجات والمركبات النشطة بيولوجيا اللازمة للإنسان بمساعدة الكائنات الحية. دراسة الهندسة الوراثية والخلوية والبيولوجية. كائنات التكنولوجيا الحيوية.

عرض تقديمي ، تمت إضافة 03/06/2014

ميزات استخدام الكائنات الدقيقة المؤكسدة للهيدروكربون لحل المشاكل البيئية. الأساليب الحديثة في مكافحة التلوث الزيتي للمياه والتربة. التحولات التي تقوم بها جراثيم الفطريات والفطريات الشعاعية. الأكسدة والإفراز المذنب.

ورقة مصطلح ، تمت الإضافة في 01/02/2012

الكائنات الدقيقة هي كائنات دقيقة لا يمكن رؤيتها إلا تحت المجهر. طرق إعادة التركيب الجيني. آلية اختيار الكائنات الحية الدقيقة. تكنولوجيا التوليف الجيني بوسائل اصطناعية وإدخالها في الجينوم البكتيري. فروع تطبيق التكنولوجيا الحيوية.

عرض تقديمي ، تمت إضافة 2012/01/22

الطحالب كمكونات للأسمدة البكتيرية وكمؤشرات بيولوجية. الفيتامينات التي تحتوي عليها. استخدام الطحالب في معالجة مياه الصرف الصحي. استخدامها كمضافات غذائية. انتاج الوقود الحيوي من الطحالب.

عرض ، تمت إضافة 02/02/2017

السمات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية للكائنات الدقيقة المحبة للملوحة. الكائنات الدقيقة المحبة للملوحة وتطبيقاتها في الصناعة. عزل الكائنات الحية الدقيقة المحبة للملوحة من عينات مياه بحيرة رخام وتحديد وفرتها. نتائج البحث.

ورقة مصطلح ، تمت الإضافة في 06/05/2009

طبيعة وتقييم تأثير العوامل البيئية المختلفة على الكائنات الحية الدقيقة: الفيزيائية والكيميائية والميكروبيولوجية. أهمية الكائنات الحية الدقيقة في صناعة الجبن ، وتطوير العمليات المناسبة في إنتاج المنتج النهائي ، ومراحل النضج.

الملخص ، تمت إضافة 06/22/2014

نظرة عامة على طرق تكاثر البكتيريا ، الفطريات الشعيرية ، الخمائر ، فطريات العفن. تأثير الطاقة المشعة والمطهرات على تطور الكائنات الحية الدقيقة. دور المنتجات الغذائية في حدوث الأمراض المنقولة بالغذاء ، مصادر العدوى ، الإجراءات الوقائية.

الاختبار ، تمت إضافة 2012/01/24

الميكروفلورا لأشكال الجرعات النهائية. كائنات الفحص الصحي والبكتريولوجي في الصيدليات. تحديد التلوث الجرثومي للمواد الخام الطبية النباتية. التلوث الجرثومي للأدوية. تعريف الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض.

عرض ، تمت إضافة 03/06/2016

دراسة قدرة بعض الكائنات الحية الدقيقة على إتلاف المواد الدهنية ذات الطبيعة الكيميائية المختلفة. دراسة الخصائص المورفولوجية والثقافية والفسيولوجية للكائنات الحية الدقيقة المحلية وتحليل وخصائص نشاطها المدمر.

من بين أكثر من 100 ألف كائن دقيق معروف ، يتم استخدام بضع مئات من الأنواع فقط في الصناعة ، حيث يجب أن تفي السلالة الصناعية بعدد من المتطلبات الصارمة:

1) تنمو على ركائز رخيصة ؛

2) لديها معدل نمو مرتفع أو تعطي عائدًا مرتفعًا للمنتج في وقت قصير ؛

3) إظهار النشاط التركيبي تجاه المنتج المطلوب ؛ يجب أن يكون تكوين المنتجات الثانوية منخفضًا ؛

4) أن تكون مستقرة فيما يتعلق بالإنتاجية ومتطلبات ظروف الزراعة ؛

5) مقاومة العاثيات وأنواع العدوى الأخرى ؛

6) تكون ضارة بالناس والبيئة ؛

7) السلالات المحبة للحرارة أو المحبة للحمض (أو القلوية) مرغوبة ، لأنه من الأسهل الحفاظ على العقم في الإنتاج معها ؛

8) السلالات اللاهوائية ذات أهمية ، حيث أن السلالات الهوائية تخلق صعوبات في الزراعة - فهي تتطلب تهوية ؛

9) يجب أن يكون للمنتج الناتج قيمة اقتصادية ويمكن عزله بسهولة.

في الممارسة العملية ، يتم استخدام سلالات من أربع مجموعات من الكائنات الحية الدقيقة:

- خميرة؛

- الفطريات الخيطية (القوالب) ؛

- بكتيريا؛

- الفطريات الزائدة.

مصطلح "الخميرة" بالمعنى الدقيق للكلمة ليس له معنى تصنيفي. هذه هي حقيقيات النوى أحادية الخلية تنتمي إلى ثلاث فئات: الفطريات الزقامية ، الفطريات القاعدية ، Deuteromycetes.

تشمل الفطريات الزقامية ، أولاً وقبل كل شيء ، Saccharomyces cerevisiae ، تُستخدم سلالات معينة منها في التخمير ، وصنع النبيذ ، وإنتاج الخبز ، والكحول الإيثيلي.

Ascomycetes Saccharomyces lipolytica تحلل الهيدروكربونات الزيتية وتستخدم للحصول على كتلة البروتين.

يستخدم المبيضات Deuteromycete المبيضات كمصدر للبروتين والفيتامينات ويزرع على المواد الخام غير الغذائية: سوائل الكبريتيت ، تحلل الخشب والهيدروكربونات السائلة.

يؤكسد deuteromycete Trichosporon cutaneum العديد من المركبات العضوية ، بما في ذلك المركبات السامة (على سبيل المثال ، الفينول) ، ويستخدم في معالجة مياه الصرف الصحي.

يستخدم الفطر الفطري:

- في الحصول على الأحماض العضوية: حامض (Aspergillus niger) ، جلوكونيك (Aspergillus niger) ، itaconic (Aspergillus terreus) ، فورماريك (Rhizopus chrysogenum) ؛

- في الحصول على المضادات الحيوية (البنسلين والسيفالوسبورين).

- في إنتاج أنواع خاصة من الجبن: كاممبرت (بنسيليوم كامامبرتي) ، روكفور (بنسيليوم روكفورتي) ؛

- يسبب التحلل المائي في الوسط الصلب: في نشا الأرز عند الحصول على الساكي ، في فول الصويا عند الحصول على تيمبيه ، ميسو.

تسمى البكتيريا المفيدة بكتيريا eubacteria.

منذ فترة طويلة تستخدم بكتيريا حمض اللاكتيك من أجناس Lactobacillus و Leuconostoc و Lactococcus صناعيًا.

تقوم بكتيريا حمض الخليك من جنس Acetobater ، Gluconobacter بتحويل الإيثانول إلى حمض الخليك.

تُستخدم البكتيريا من جنس Bacillus لإنتاج السموم الضارة بالحشرات ، وكذلك لتصنيع المضادات الحيوية والأحماض الأمينية.

تستخدم البكتيريا من جنس الوتديات لإنتاج الأحماض الأمينية.

من بين الفطريات الشعاعية ، الأكثر تمثيلا هي الأجناس Streptomyces و Micromonospora ، والتي تستخدم كمنتجين للمضادات الحيوية. عند النمو على وسائط صلبة ، تشكل الفطريات الشعاعية أفطورة رقيقة مع خيوط جوية ، والتي تتمايز إلى سلاسل من الأبواغ الكونية.

حاليًا ، بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة ، يتم تصنيع المركبات التالية:

- قلويدات ،

- أحماض أمينية،

- مضادات حيوية،

- مضادات الأيض ،

- مضادات الأكسدة،

- البروتينات ،

- فيتامينات ،

- مبيدات الأعشاب ،

- مثبطات الإنزيم ،

- مبيدات حشرية ،

- حاملات الأيونوفور ،

- الإنزيمات المساعدة

- الدهون ،

- احماض نووية،

- النيوكليوتيدات والنيوكليوسيدات

- مؤكسدات ،

- الأحماض العضوية

- أصباغ ،

- المواد الخافضة للتوتر السطحي ،

- السكريات ،

- العوامل المضادة للديدان ،

- عوامل مضادة للسرطان ،

- مذيبات

- هرمونات نمو النبات

- سكر،

- الستيرولات والمواد المحولة ،

- عوامل نقل الحديد ،

- المواد الصيدلانية

- الانزيمات

- المستحلبات.

2.إنتاج البروتينات أحادية الخلية

الكائنات الحية

2.1 جدوى استخدام الكائنات الحية الدقيقة ل

إنتاج البروتين

وفقًا لمعايير التغذية ، يجب أن يتلقى الشخص من 60 إلى 120 جرامًا من البروتين الكامل يوميًا مع الطعام.

للحفاظ على الوظائف الحيوية للجسم ، وبناء الخلايا والأنسجة ، من الضروري التوليف المستمر لمركبات البروتين المختلفة. إذا كانت النباتات ومعظم الكائنات الحية الدقيقة قادرة على تصنيع جميع الأحماض الأمينية من ثاني أكسيد الكربون والماء والأمونيا والأملاح المعدنية ، فلن يتمكن البشر والحيوانات من تصنيع بعض الأحماض الأمينية (فالين ، ليسين ، إيزولوسين ، ليسين ، ميثيونين ، ثريونين ، تريبتوفان وفينيل ألانين). تسمى هذه الأحماض الأمينية أساسية. يجب أن يأتوا من الطعام. يتسبب نقصها في أمراض بشرية خطيرة ويقلل من إنتاجية حيوانات المزرعة.

حاليا ، يبلغ عجز البروتين في العالم حوالي 15 مليون طن. التوليف الميكروبيولوجي الواعد. إذا كانت الماشية تستغرق شهرين لمضاعفة كتلة البروتين ، للخنازير - 1.5 شهر ، للدجاج - شهر واحد ، ثم للبكتيريا والخميرة - من 1 إلى 6 ساعات. يبلغ الإنتاج العالمي لمنتجات البروتين الغذائي بسبب التوليف الميكروبي أكثر من 15 ألف طن سنويًا.

ضع في اعتبارك مثالاً: زمن مضاعفة Escherichia coli هو 20 دقيقة ، ثم بعد 20 دقيقة تتكون خليتان ابنتان من خلية واحدة ، بعد 40 دقيقة - أربع "حفيدات" ، بعد 60 دقيقة - ثماني "بنات حفيدات" ، بعد 80 دقيقة - 16 "حفيد حفيد". بعد 10 ساعات و 40 دقيقة ، سيتم تكوين أكثر من 6 مليارات بكتيريا من بكتيريا واحدة ، والتي تتوافق مع عدد سكان الأرض ، وبعد 44 ساعة ، من بكتيريا واحدة تزن 1 10-12 جم ، سيتم تكوين الكتلة الحيوية بالكمية من 6 10 24 جم ، وهو ما يتوافق مع كتلة الأرض.

يعود استخدام الكائنات الحية الدقيقة المختلفة كمصادر للبروتينات والفيتامينات إلى العوامل التالية:

أ) إمكانية استخدام مركبات كيميائية مختلفة لزراعة الكائنات الحية الدقيقة ، بما في ذلك نفايات الإنتاج ؛

ب) تقنية بسيطة نسبيًا لإنتاج الكائنات الحية الدقيقة ، والتي يمكن تنفيذها على مدار السنة ؛ إمكانية أتمتة ذلك ؛

ج) نسبة عالية من البروتين (حتى 60 ... 70٪) والفيتامينات ، وكذلك الكربوهيدرات والدهون في المستحضرات الميكروبية ؛

د) نسبة عالية من الأحماض الأمينية الأساسية مقارنة بالبروتينات النباتية.

هـ) إمكانية التأثير الجيني الموجه على التركيب الكيميائي للكائنات الدقيقة من أجل تحسين قيمة البروتين والفيتامينات للمنتج.

للإنتاج الصناعي للمنتجات الغذائية القائمة على الكائنات الحية الدقيقة ، يلزم إجراء بحث طبي حيوي دقيق. يجب أن تخضع هذه المنتجات لاختبارات شاملة لتحديد التأثيرات المسببة للسرطان والمطفرة والجنينية على الإنسان والحيوان. تعد دراسات السمية ، وهضم منتجات التوليف الميكروبي هي المعايير الرئيسية لمدى ملاءمة تكنولوجيا إنتاجها.

تستخدم الخميرة والبكتيريا والطحالب والفطريات الخيطية لإنتاج البروتينات.

ميزة الخميرة على الكائنات الحية الدقيقة الأخرى هي قابليتها للتصنيع: مقاومة العدوى ، سهولة الفصل عن الوسط بسبب الحجم الكبير للخلايا. إنهم قادرون على تجميع ما يصل إلى 60٪ من البروتين الغني بالليسين والثريونين والفالين والليوسين (هذه الأحماض الأمينية نادرة في الأطعمة النباتية). يصل الجزء الكتلي للأحماض النووية إلى 10٪ ، مما له تأثير ضار على الجسم. نتيجة لتحللها المائي ، يتم تشكيل العديد من قواعد البيورين ، والتي تتحول بعد ذلك إلى حمض البوليك وأملاحه ، والتي تسبب تحص بولي ، تنخر العظم وأمراض أخرى. المعدل الأمثل لإضافات كتلة الخميرة في علف حيوانات المزرعة هو من 5 إلى 10٪ من المادة الجافة. تستخدم الخميرة في أغراض الغذاء والأعلاف.

من مزايا البكتيريا معدل نمو مرتفع والقدرة على تخليق ما يصل إلى 80٪ من البروتين. يحتوي البروتين الناتج على العديد من الأحماض الأمينية الناقصة: ميثيونين وسيستين. العيوب هي صغر حجم الخلايا وتركيزها المنخفض في وسط المزرعة ، مما يعقد عملية العزل. قد تحتوي بعض الدهون البكتيرية على سموم. نسبة الكتلة من الأحماض النووية تصل إلى 16٪. تستخدم لأغراض التغذية فقط.

مزايا الطحالب هي المحتوى العالي من البروتين الكامل من حيث تكوين الأحماض الأمينية ، المتراكم بمقدار 65٪ ، سهولة عزل الطحالب عن وسط الاستزراع ، المحتوى المنخفض من الأحماض النووية - 4٪ (للمقارنة - في النباتات العليا 1 ... 2٪). تستخدم الطحالب لأغراض الغذاء والأعلاف.

يستخدم عيش الغراب العضلي تقليديًا كمنتج غذائي في البلدان الأفريقية ، في الهند ، إندونيسيا ، الصين ، إلخ. إنه يجمع ما يصل إلى 50 ٪ من البروتين ، والذي يقترب من البروتين من أصل حيواني ، من حيث تكوين الأحماض الأمينية ، وهو غني بالبروتين. فيتامينات ب: جدران الخلايا رقيقة ويسهل هضمها في القناة الهضمية والجهاز المعوي للحيوانات. نسبة كتلة الأحماض النووية 2.5٪.

منذ عام 1985 ، تم استخدام البروتين الميكروبي في صناعة المواد الغذائية لتصنيع العديد من المنتجات والمنتجات شبه المصنعة.

يتم أخذ ثلاثة استخدامات رئيسية للبروتين الميكروبي في الاعتبار في إنتاج الغذاء:

1) كتلة كاملة (دون تدمير جدران الخلايا) ؛

2) الكتلة الحيوية المنقاة جزئيًا (من المتوقع تدمير جدران الخلايا وإزالة المكونات غير المرغوب فيها) ؛

3) بروتينات معزولة من الكتلة الحيوية (عزلات).

خلصت منظمة الصحة العالمية (منظمة الصحة العالمية) إلى أنه يمكن استخدام بروتين الكائنات الحية الدقيقة في الغذاء ، لكن الكمية المسموح بها من الأحماض النووية التي يتم إدخالها مع البروتين في النظام الغذائي للبالغين يجب ألا تتجاوز 2 جرام يوميًا. لا يتسبب إدخال البروتين الميكروبي في حدوث عواقب سلبية ، ولكن تحدث تفاعلات الحساسية وأمراض المعدة وما إلى ذلك.

الرابط الرئيسي لعملية التكنولوجيا الحيوية ، الذي يحدد جوهرها بالكامل ، هو كائن بيولوجي قادر على إجراء تعديل معين للمادة الأولية وتشكيل منتج ضروري أو آخر. يمكن أن تكون خلايا الكائنات الحية الدقيقة والحيوانات والنباتات والحيوانات والنباتات المعدلة وراثيًا ، وكذلك أنظمة الإنزيمات متعددة المكونات للخلايا والإنزيمات الفردية بمثابة أشياء من التكنولوجيا الحيوية.

لا يزال أساس معظم صناعات التكنولوجيا الحيوية الحديثة هو التخليق الميكروبي ، أي توليف مختلف المواد النشطة بيولوجيًا بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة. لسوء الحظ ، لم يتم العثور على الكائنات ذات الأصل النباتي والحيواني ، لعدد من الأسباب ، مثل هذا التطبيق الواسع.

بغض النظر عن طبيعة الكائن ، فإن المرحلة الأولية في تطوير أي عملية تقنية حيوية هي الحصول على مزارع نقية من الكائنات الحية (إذا كانت ميكروبات) أو الخلايا أو الأنسجة (إذا كانت كائنات أكثر تعقيدًا - نباتات أو حيوانات). العديد من مراحل التلاعب مع الأخير (أي بالخلايا النباتية أو الحيوانية) ، في الواقع ، هي المبادئ والطرق المستخدمة في الإنتاج الميكروبيولوجي. لا تختلف كل من ثقافات الخلايا الميكروبية ومزارع الأنسجة للنباتات والحيوانات عمليًا عن ثقافات الكائنات الحية الدقيقة من وجهة نظر منهجية.

عالم الكائنات الحية الدقيقة متنوع للغاية. حالياً

تتميز (أو معروفة) بشكل جيد نسبيًا بأكثر من 100 ألف نوع مختلف. هذه هي بدائيات النوى في المقام الأول (البكتيريا ، الفطريات الشعاعية ، الريكتسيا ، البكتيريا الزرقاء) وجزء من حقيقيات النوى (الخمائر ، الفطريات الخيطية ، بعض الأوليات والطحالب). مع مثل هذه المجموعة المتنوعة من الكائنات الحية الدقيقة ، فإن المشكلة المهمة جدًا والمعقدة في كثير من الأحيان هي الاختيار الصحيح للكائن الحي بالضبط القادر على توفير المنتج المطلوب ، أي يخدم الأغراض الصناعية. تنقسم الكائنات الدقيقة إلى صناعية وغير صناعية ، وهي الكائنات الحية الدقيقة التي تستخدم في الإنتاج الصناعي - الصناعي ، وتلك غير المستخدمة - غير الصناعية.

أساس الإنتاج الصناعي عبارة عن مجموعات قليلة من الكائنات الحية الدقيقة المدروسة بعمق ، ولكنها تعمل ككائنات نموذجية في دراسة عمليات الحياة الأساسية. لم يتم دراسة جميع الكائنات الحية الدقيقة الأخرى من قبل علماء الوراثة وعلماء الأحياء الجزيئية ومهندسي الجينات على الإطلاق أو تمت دراستها على نطاق محدود للغاية. تشمل الأنواع الأولى الإشريكية القولونية (E. coli) وعصيات القش (Bac. subtilis) وخميرة الخباز (S. cerevisiae).

تستخدم العديد من عمليات التكنولوجيا الحيوية عددًا محدودًا من الكائنات الحية الدقيقة المصنفة على أنها GRAS (المعترف بها عمومًا على أنها آمنة). وتشمل هذه الكائنات الدقيقة البكتيريا Bacillus subtilis و Bacillus amyloliquefaciens وأنواع أخرى من العصيات والعصيات اللبنية وأنواع Streptomyces. وهذا يشمل أيضًا أنواع الفطريات Aspergillus ، Penicillium ، Mucor ، Rhizopus ، الخميرة Saccharomyces ، إلخ. الكائنات الحية الدقيقة GRAS غير مسببة للأمراض وغير سامة ولا تشكل عمومًا مضادات حيوية ، لذلك ، عند تطوير عملية تقنية حيوية جديدة ، يجب التركيز على هذه الكائنات الحية الدقيقة ككائنات أساسية للتكنولوجيا الحيوية.

تستخدم صناعة علم الأحياء الدقيقة اليوم آلاف السلالات من مئات الأنواع الميكروبية التي تم عزلها في البداية من المصادر الطبيعية بناءً على خصائصها المفيدة ثم (في الغالب) تم تحسينها باستخدام طرق مختلفة. فيما يتعلق بتوسيع الإنتاج ومجموعة المنتجات ، يشارك المزيد والمزيد من ممثلي عالم الميكروبات في صناعة الأحياء الدقيقة. يجب أن ندرك أنه في المستقبل المنظور لن يتم دراسة أي منها بنفس القدر مثل E.coli و Bac.subtilis. والسبب في ذلك بسيط للغاية - الجهد الهائل والتكلفة العالية لهذا النوع من الأبحاث.

الأشياء الأكثر شيوعًا في مجال التكنولوجيا الحيوية هي:

البكتيريا والبكتيريا الزرقاء.

الأعشاب البحرية.

الكائنات الاوليه؛

مزارع الخلايا للنباتات والحيوانات ؛

نباتات - أقل (أنابينا أزولا) وأعلى - طحلب بط.

الهياكل الخلوية (الفيروسات ، البلازميدات ، الحمض النووي).

البكتيريا والبكتيريا الزرقاء

تتنوع وظائف التكنولوجيا الحيوية للبكتيريا.

بكتيريا حمض الخليك ، أجناس Gluconobacter و Acetobacter.

البكتيريا سالبة الجرام التي تحول الإيثانول إلى حمض الأسيتيك وحمض الخليك إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.

يستخدم ممثلو جنس Bacillus - B.subtilis Bthuringiensis للحصول على البروبيوتيك ، والمواد التي لها تأثير مضاد حيوي على الكائنات الحية الدقيقة الأخرى ، وكذلك على الحشرات (B.thuringiensis). إنها بكتيريا موجبة الجرام وتشكل الأبواغ الداخلية.

بكتيريا B.subtilis هي عبارة عن هوائي صارم ، بينما يمكن أن تعيش بكتيريا B.thuringiensis في ظروف لاهوائية.

يتم تمثيل البكتيريا اللاهوائية المكونة للجراثيم بواسطة جنس المطثية. C.acetobutylicum تخمر السكريات إلى الأسيتون والإيثانول والأيزوبروبانول و n- بيوتانول (تخمير الأسيتوبوتانول) ، ويمكن للأنواع الأخرى أيضًا تخمير النشا والبكتين ومركبات النيتروجين المختلفة.

تشمل بكتيريا حمض اللاكتيك ممثلين عن أجناس Lactobacillus و Leuconostoc و Streptococcus ، التي لا تشكل جراثيم ، إيجابية الجرام وغير حساسة للأكسجين.

تقوم البكتيريا غير المتجانسة من جنس Leuconostoc بتحويل الكربوهيدرات إلى حمض اللاكتيك والإيثانول وثاني أكسيد الكربون.

تنتج البكتيريا المتجانسة من جنس Streptococcus حمض اللبنيك فقط.

يقدم ممثلو جنس Lactobacillus عددًا من المنتجات المختلفة جنبًا إلى جنب مع حمض اللاكتيك.

ممثل للجنس الوتدية ، الخلايا غير المتحركة إيجابية الجرام C. الجلوتاميك يعمل كمصدر لليسين والجلوتامات أحادية الصوديوم.

تستخدم أنواع أخرى من البكتيريا الوتدية في الترشيح الجرثومي للخامات والتخلص من نفايات التعدين.

هذه الخاصية لبعض البكتيريا تستخدم على نطاق واسع ، مثل ديازوتروفي، أي القدرة على إصلاح النيتروجين في الغلاف الجوي.

هناك مجموعتان من الديازوتروف:

المتعايشات: بدون عقيدات جذرية (أشنات في الغالب) ، مع عقيدات جذرية (بقوليات) ؛

الحياة الحرة: غيرية التغذية (أزوتوباكتر ، كلوستريديوم ، ميثيلوباكتر) ، ذاتية التغذية (كلوروبيوم ، رودوسبيريلوم ، أميبوباكتر).

تستخدم البكتيريا أيضًا لأغراض الهندسة الوراثية.

تتمتع البكتيريا الزرقاء بالقدرة على إصلاح النيتروجين ، مما يجعلها منتجة للبروتين واعدًا جدًا. في سيتوبلازم الخلايا ، يتم ترسيب منتج قريب من الجليكوجين.

ممثلو البكتيريا الزرقاء مثل nostoc و spirulina و trichodesmium صالحون للأكل ويؤكلون مباشرة. تشكل قشور Nostok على الأراضي الوعرة التي تنتفخ عندما تكون رطبة. في اليابان ، يأكل السكان المحليون طبقات النوستوك المتكونة على منحدرات البركان ويسمونها خبز الشعير تنجو (تنجو هو روح جبلية جيدة).

سبيرولينا (سبيرولينا بلاتنسيس) تأتي من أفريقيا - منطقة بحيرة تشاد.

تنمو سبيرولينا ماكسيما في مياه بحيرة تيكسكوكو في المكسيك. حتى الأزتيك جمعوها من على سطح البحيرات وأكلوها.

تم استخدام سبيرولينا لصنع البسكويت ، والتي كانت كتلة سبيرولينا المجففة.

أظهر التحليل أن السبيرولينا تحتوي على 65٪ بروتينات (أكثر من فول الصويا) ، 19٪ كربوهيدرات ، 6٪ أصباغ ، 4٪ دهون ، 3٪ ألياف و 3٪ رماد. تتميز البروتينات بمحتوى متوازن من الأحماض الأمينية. يتم هضم جدار الخلية لهذه الطحالب جيدًا.

يمكن زراعة السبيرولينا في الأحواض المفتوحة أو في نظام مغلق من أنابيب البولي إيثيلين. العائد مرتفع للغاية: يتم الحصول على ما يصل إلى 20 جرامًا من الوزن الجاف من الطحالب لكل 1 م 2 يوميًا ، وهو ما يزيد بنحو 10 أضعاف عن محصول القمح.

تنتج صناعة الأدوية المحلية عقار "سبلات" على أساس البكتيريا الزرقاء سبيرولينا بلاتنسيس. يحتوي على مركب من الفيتامينات والعناصر الدقيقة ويستخدم كعامل منشط ومحفز للمناعة.

الإشريكية القولونية

الإشريكية القولونيةهي واحدة من أكثر الكائنات الحية التي تمت دراستها. على مدار الخمسين عامًا الماضية ، كان من الممكن الحصول على معلومات شاملة حول علم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية وعلم وظائف الأعضاء وعلم الأحياء العام. الإشريكية القولونية. وهو عبارة عن رف متحرك سالب الجرام ويقل طوله عن 10 ميكرومتر. موطنها هو أمعاء البشر والحيوانات ، ولكن يمكنها أيضًا العيش في التربة والمياه. عادة ، الإشريكية القولونية ليست مسببة للأمراض ، ولكن في ظل ظروف معينة يمكن أن تسبب المرض للإنسان والحيوان.

نظرًا لقدرته على الضرب عن طريق القسمة البسيطة على الوسائط التي تحتوي فقط على Na + و K + و Mg 2+ و Ca 2+ و NH 4 + و Cl - و HPO 4 2 و SO 4 2- أيونات وعناصر النزرة وكربون المصدر (على سبيل المثال ، الجلوكوز) ، ه. القولونيةأصبح موضوع البحث العلمي المفضل.

عند الزراعة ه. القولونيةعلى وسائط مغذية سائلة غنية تحتوي على الأحماض الأمينية والفيتامينات والأملاح والعناصر النزرة ومصدر الكربون ، وقت التوليد (أي الوقت بين تكوين البكتيريا وتقسيمها التالي) في مرحلة النمو اللوغاريتمي عند درجة حرارة 37 درجة مئوية حوالي 22 دقيقة.

ه. القولونيةيمكن زراعتها تحت ظروف هوائية (في وجود الأكسجين) وظروف لاهوائية (بدون أكسجين). ومع ذلك ، من أجل الإنتاج الأمثل للبروتينات المؤتلفة ه. القولونيةعادة ما تزرع تحت ظروف هوائية.

إذا كان الغرض من زراعة البكتيريا في المختبر هو تخليق وعزل بروتين معين ، فإن الثقافات تُزرع على وسائط مغذية سائلة معقدة في قوارير. للحفاظ على درجة الحرارة المرغوبة وضمان التهوية الكافية لوسط الاستزراع ، توضع القوارير في حمام مائي أو غرفة يتم التحكم بدرجة حرارتها وتهتز باستمرار. هذه التهوية كافية لتكاثر الخلايا ، ولكن ليس دائمًا لتخليق بروتين معين.

لا يقتصر نمو الخلايا وإنتاج البروتين على محتوى الكربون أو مصادر النيتروجين في وسط المغذيات ، ولكن بمحتوى الأكسجين المذاب: عند 20 درجة مئوية ، يكون حوالي تسعة ملايين. يصبح هذا مهمًا بشكل خاص في الإنتاج الصناعي للبروتينات المؤتلفة. لضمان الظروف المثلى لإنتاج أقصى قدر من البروتين ، تم تصميم أجهزة تخمير خاصة وإنشاء أنظمة تهوية.

لكل كائن حي ، هناك فترة حرارة معينة مثالية لنموه وتكاثره. تؤدي درجات الحرارة المرتفعة جدًا إلى تمسخ البروتينات وتدمير المكونات الخلوية المهمة الأخرى ، مما يؤدي إلى موت الخلايا. في درجات الحرارة المنخفضة ، تتباطأ العمليات البيولوجية بشكل كبير أو تتوقف تمامًا بسبب التغيرات الهيكلية التي تخضع لها جزيئات البروتين.

استنادًا إلى نظام درجة الحرارة الذي تفضله بعض الكائنات الحية الدقيقة ، يمكن تقسيمها إلى أنواع محببة للحرارة (من 45 إلى 90 درجة مئوية وما فوق) ، و mesophylls (من 10 إلى 47 درجة مئوية) ومركبات نفسية (من -5 إلى 35 درجة مئوية). يمكن أن تكون الكائنات الحية الدقيقة التي تتكاثر بنشاط فقط في نطاق درجة حرارة معينة أداة مفيدة لحل مشاكل التكنولوجيا الحيوية المختلفة. على سبيل المثال ، غالبًا ما توفر المحفزات الحرارية جينات ترميز الإنزيمات المقاومة للحرارة التي تُستخدم في العمليات الصناعية أو المختبرية ، في حين تُستخدم العوامل النفسية المعدلة وراثيًا للتحلل البيولوجي للنفايات السامة الموجودة في التربة والمياه عند درجات حرارة منخفضة.

بعيدا ه. القولونية، يتم استخدام العديد من الكائنات الحية الدقيقة الأخرى في التكنولوجيا الحيوية الجزيئية (الجدول 1). يمكن تقسيمها إلى مجموعتين: الكائنات الحية الدقيقة كمصادر لجينات محددة والكائنات الحية الدقيقة التي تم إنشاؤها بواسطة طرق الهندسة الوراثية لحل بعض المشاكل. تشمل الجينات المحددة ، على سبيل المثال ، الجين الذي يشفر بوليميراز DNA القابل للحرارة ، والذي يستخدم في تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) المستخدم على نطاق واسع. تم عزل هذا الجين من البكتيريا المحبة للحرارة واستنساخه ه. القولونية. تشمل المجموعة الثانية من الكائنات الحية الدقيقة ، على سبيل المثال ، سلالات مختلفة الوتدية الجلوتاميك، والتي تم تعديلها وراثيًا لزيادة إنتاج الأحماض الأمينية المهمة صناعيًا.

الجدول 1. بعض الكائنات الحية الدقيقة المعدلة وراثيًا المستخدمة في التكنولوجيا الحيوية.

أكريمونيوم أقحوان

Bacillus brevis

العصوية الرقيقة

عصية تورينجينستس

الوتدية الجلوتاميك

اروينيا هيربيكولا

الإشريكية القولونية

الزائفة النيابة.

Rhizoderm النيابة.

Trichoderma reesei

Xanthomonas campestris

Zymomonas Mobilis

في المرحلة الحالية ، تبرز مشكلة تطوير استراتيجية وتكتيكات البحث التي من شأنها أن تجعل من الممكن ، مع إنفاق معقول للعمالة ، استخراج كل ما هو أكثر قيمة من إمكانات الكائنات الحية الدقيقة الجديدة في إنشاء سلالات منتجة مهمة صناعيًا مناسبة. لاستخدامها في عمليات التكنولوجيا الحيوية. النهج الكلاسيكي هو عزل الكائنات الحية الدقيقة المرغوبة عن الظروف الطبيعية.

1. يتم أخذ عينات المواد من الموائل الطبيعية للمنتج المزعوم (يتم أخذ عينات من المواد) ويتم تلقيحها في بيئة اختيارية تضمن التطور السائد للكائن الدقيق محل الاهتمام ، أي ما يسمى بثقافات الإثراء التي يتم الحصول عليها.

2. الخطوة التالية هي عزل الثقافة النقية مع مزيد من الدراسة التشخيصية التفاضلية للكائن الدقيق المعزول ، وإذا لزم الأمر ، تحديد تقريبي لقدرته الإنتاجية.

هناك طريقة أخرى لاختيار الكائنات الدقيقة المنتجة - هذا هو اختيار الأنواع المرغوبة من المجموعات المتاحة للكائنات الدقيقة المدروسة جيدًا والمميزة بدقة. هذا ، بالطبع ، يلغي الحاجة إلى إجراء عدد من العمليات كثيفة العمالة.

المعيار الرئيسي لاختيار كائن التكنولوجيا الحيوية (في حالتنا ، الكائن الدقيق المنتج) هو القدرة على توليف المنتج المستهدف. ومع ذلك ، بالإضافة إلى ذلك ، قد تحتوي تقنية العملية نفسها على متطلبات إضافية ، والتي تكون أحيانًا مهمة جدًا جدًا ، ناهيك عن كونها حاسمة. بشكل عام ، يجب على الكائنات الحية الدقيقة:

لديك معدل نمو مرتفع ؛

1. تتميز الكائنات أحادية الخلية ، كقاعدة عامة ، بمعدلات نمو وعمليات تخليقية أعلى من الكائنات الأعلى. ومع ذلك ، هذا ليس هو الحال بالنسبة لجميع الكائنات الحية الدقيقة. هناك بعض منها (على سبيل المثال ، قليلة التغذية) تنمو ببطء شديد ، لكنها ذات أهمية معينة ، لأنها قادرة على إنتاج العديد من المواد القيمة للغاية.

التخلص من الركائز الرخيصة اللازمة لحياتهم ؛

تعد الكائنات الحية الدقيقة في التمثيل الضوئي واعدة كمنتجين للأمونيا والهيدروجين والبروتين وعدد من المركبات العضوية. ومع ذلك ، فإن التقدم في استخدامها بسبب المعرفة الأساسية المحدودة حول تنظيمها الجيني والآليات البيولوجية الجزيئية للنشاط الحيوي ، على ما يبدو ، لا ينبغي توقعه في المستقبل القريب.

أن تكون مقاومة للنباتات الدقيقة الدخيلة ، أي أن تكون ذات قدرة تنافسية عالية.

3. يتم إيلاء بعض الاهتمام لمثل هذه الأشياء من التكنولوجيا الحيوية مثل الكائنات الحية الدقيقة المحبة للحرارة التي تنمو عند 60-80 درجة مئوية.تعتبر خاصية هذه الكائنات عقبة لا يمكن التغلب عليها تقريبًا أمام تطور النباتات الدقيقة الأجنبية أثناء الزراعة غير المعقمة نسبيًا ، أي أنها حماية موثوقة ضد التلوث. تم العثور على منتجي الكحوليات والأحماض الأمينية والإنزيمات والهيدروجين الجزيئي بين محبي الحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن معدل نموها ونشاطها الأيضي أعلى بمقدار 1.5 - 2 مرة من تلك الموجودة في mesophiles. تتميز الإنزيمات التي يتم تصنيعها بواسطة الحرارة بمقاومة متزايدة للحرارة ، وبعض العوامل المؤكسدة ، والمنظفات ، والمذيبات العضوية ، وعوامل ضارة أخرى. في الوقت نفسه ، لا ينشطون كثيرًا في درجات الحرارة العادية. وبالتالي ، فإن البروتياز لأحد ممثلي الكائنات الحية الدقيقة المحبة للحرارة يكون أقل نشاطًا بنسبة 100 مرة عند 200 درجة مئوية مقارنة عند درجة حرارة 750 درجة مئوية. وهذه الأخيرة هي خاصية مهمة جدًا لبعض المنتجات الصناعية.

يوفر كل ما سبق تخفيضًا كبيرًا في تكلفة إنتاج المنتج المستهدف.

اختيار

يعد اختيارهم مكونًا أساسيًا في عملية إنشاء المنتجين الأكثر قيمة ونشاطًا ، أي في اختيار الأشياء في التكنولوجيا الحيوية. والطريقة العامة للاختيار هي البناء الواعي للجينوم في كل مرحلة من مراحل اختيار المنتج المطلوب. في تطوير التقنيات الميكروبية ، لعبوا في وقت واحد (وما زالوا يلعبون) دورًا مهمًا للغاية يعتمد على اختيار المتغيرات المعدلة التي تحدث تلقائيًا والتي تتميز بالسمات المفيدة الضرورية. باستخدام هذه الأساليب ، عادةً ما يتم استخدام الاختيار التدريجي: في كل مرحلة من مراحل الاختيار ، يتم اختيار المتغيرات الأكثر نشاطًا (طفرات تلقائية) من مجموعة الكائنات الحية الدقيقة ، والتي يتم من خلالها اختيار سلالات جديدة أكثر فاعلية في المرحلة التالية.

يتم تسريع عملية اختيار المنتجين الأكثر فاعلية بشكل كبير عند استخدام طريقة الطفرات المستحثة.

كآثار مطفرة ، يتم استخدام الأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة السينية ، وأشعة جاما ، وبعض المواد الكيميائية ، وما إلى ذلك. ومع ذلك ، فإن هذه التقنية أيضًا لا تخلو من العيوب ، وأهمها شدها ونقص المعلومات حول طبيعة التغييرات ، منذ ذلك الحين يختار المجرب وفقًا للنتيجة النهائية.

وبالتالي ، فإن الاتجاه الحالي هو التصميم الواعي لسلالات الكائنات الحية الدقيقة ذات الخصائص المرغوبة بناءً على المعرفة الأساسية للتنظيم الجيني والآليات البيولوجية الجزيئية لتنفيذ الوظائف الرئيسية للجسم.

غالبًا ما يهدف اختيار الكائنات الدقيقة للصناعة الميكروبيولوجية وإنشاء سلالات جديدة إلى تعزيز قدرتها الإنتاجية ، أي تشكيل منتج معين. يرتبط حل هذه المشكلات ، بدرجة أو بأخرى ، بتغيير في العمليات التنظيمية في الخلية.

يمكن أن تحدث التغييرات في معدل التفاعلات الكيميائية الحيوية في البكتيريا بطريقتين على الأقل. أحدها سريع جدًا (يتحقق خلال ثوانٍ أو دقائق) وهو تغيير النشاط التحفيزي لجزيئات الإنزيم الفردية. الثانية ، أبطأ (تتحقق على مدى عدة دقائق) ، تتمثل في تغيير معدلات تخليق الإنزيم. تستخدم كلتا الآليتين مبدأ التحكم في نظام واحد - مبدأ التغذية الراجعة ، على الرغم من وجود آليات أبسط لتنظيم نشاط التمثيل الغذائي للخلية. إن أبسط طريقة لتنظيم أي مسار استقلابي تعتمد على توافر الركيزة أو وجود إنزيم. يؤدي انخفاض كمية الركيزة (تركيزها في الوسط) إلى انخفاض معدل تدفق مادة معينة من خلال مسار أيضي معين. من ناحية أخرى ، تؤدي زيادة تركيز الركيزة إلى تحفيز مسار التمثيل الغذائي. لذلك ، بغض النظر عن أي عوامل أخرى ، يجب اعتبار وجود (توافر) الركيزة بمثابة آلية محتملة لأي مسار استقلابي. في بعض الأحيان تكون الوسيلة الفعالة لزيادة محصول المنتج المستهدف هي زيادة التركيز في خلية سلائف معينة.

الطريقة الأكثر شيوعًا لتنظيم نشاط التفاعلات الأيضية في الخلية هي التنظيم حسب نوع التثبيط الرجعي.

يتميز التخليق الحيوي للعديد من المستقلبات الأولية بحقيقة أنه مع زيادة تركيز المنتج النهائي لمسار التخليق الحيوي هذا ، يتم إعاقة نشاط أحد الإنزيمات الأولى لهذا المسار. تم الإبلاغ عن وجود مثل هذه الآلية التنظيمية لأول مرة في عام 1953 من قبل A. تتكون الخطوة الأخيرة في التخليق الحيوي لحمض أميني عطري معين من عدة مراحل يتم تحفيزها بواسطة إنزيمات فردية.

وجد هؤلاء المؤلفون أنه في واحدة من طفرات الإشريكية القولونية التي تعاني من خلل في التخليق الحيوي للتربتوفان ، فإن إضافة هذا الحمض الأميني (وهو المنتج النهائي لمسار التخليق الحيوي هذا) يثبط بشكل حاد تراكم أحد السلائف ، الإندول جليسيروفوسفات ، في الخلايا. حتى ذلك الحين ، تم اقتراح أن التربتوفان يثبط نشاط بعض الإنزيمات التي تحفز تكوين إندول الجلسروفوسفات. تم تأكيد ذلك.

تستخدم الكائنات الحية الدقيقة على نطاق واسع في صناعة الأغذية ، والأسر المعيشية ، وصناعة الأحياء الدقيقة للحصول على الأحماض الأمينية ، والإنزيمات ، والأحماض العضوية ، والفيتامينات ، وما إلى ذلك. تشمل الصناعات الميكروبيولوجية التقليدية صناعة النبيذ ، والتخمير ، وصنع الخبز ، ومنتجات حمض اللاكتيك ، وخل الطعام. على سبيل المثال ، يعد صنع النبيذ والتخمير وإنتاج عجينة الخميرة أمرًا مستحيلًا بدون استخدام الخميرة ، والتي يتم توزيعها على نطاق واسع في الطبيعة.

بدأ تاريخ إنتاج الخميرة الصناعية في هولندا ، حيث تم تأسيس أول مصنع للخميرة في عام 1870. المنتج الرئيسي عبارة عن خميرة مضغوطة بنسبة رطوبة تصل إلى حوالي 70٪ ، والتي يمكن تخزينها لبضعة أسابيع فقط. كان التخزين طويل الأمد مستحيلًا ، لأن خلايا الخميرة المضغوطة ظلت حية واحتفظت بنشاطها ، مما أدى إلى انحلالها الذاتي وموتها. أصبح التجفيف إحدى طرق الحفظ الصناعي للخميرة. في الخميرة الجافة ذات الرطوبة المنخفضة ، تكون خلية الخميرة في حالة Anabiotic ويمكن أن تستمر لفترة طويلة. ظهرت أول خميرة جافة في عام 1945. وفي عام 1972 ظهر الجيل الثاني من الخميرة الجافة ، والتي تسمى الخميرة الفورية. منذ منتصف التسعينيات ، ظهر جيل ثالث من الخميرة الجافة: خميرة الخباز. خميرة الخميرة ،التي تجمع بين مزايا الخميرة الفورية ومركب عالي التركيز من إنزيمات الخبز المتخصصة في منتج واحد. تسمح هذه الخميرة ليس فقط بتحسين جودة الخبز ، ولكن أيضًا بمقاومة عملية الركود.

خميرة الخباز خميرة الخميرةتستخدم أيضًا في إنتاج الكحول الإيثيلي.

تستخدم صناعة النبيذ سلالات مختلفة من الخميرة لإنتاج نوع فريد من النبيذ بصفات فريدة.

تشارك بكتيريا حمض اللاكتيك في تحضير الأطعمة مثل مخلل الملفوف والمخللات والزيتون المخلل والعديد من الأطعمة المخللة الأخرى.

تقوم بكتيريا حمض اللاكتيك بتحويل السكر إلى حمض اللاكتيك الذي يحمي الطعام من البكتيريا المتعفنة.

بمساعدة بكتيريا حمض اللاكتيك ، يتم تحضير مجموعة كبيرة من منتجات حمض اللاكتيك والجبن والجبن.

ومع ذلك ، فإن العديد من الكائنات الحية الدقيقة تلعب دورًا سلبيًا في حياة الإنسان ، كونها من مسببات الأمراض البشرية والحيوانية والنباتية ؛ يمكن أن تسبب تلف المواد الغذائية ، إتلاف المواد المختلفة ، إلخ.

لمكافحة مثل هذه الكائنات الحية الدقيقة ، تم اكتشاف المضادات الحيوية - البنسلين ، الستربتومايسين ، الجراميسيدين ، وما إلى ذلك ، وهي منتجات أيضية من الفطريات والبكتيريا والفطريات الشعاعية.

تزود الكائنات الحية الدقيقة الإنسان بالأنزيمات اللازمة. وبالتالي ، يتم استخدام الأميليز في الصناعات الغذائية والمنسوجات والورق. يتسبب البروتياز في تدهور البروتينات في المواد المختلفة. في الشرق ، تم استخدام بروتياز الفطر لعدة قرون لصنع صلصة الصويا. حاليا ، يتم استخدامه في صناعة المنظفات. عند حفظ عصائر الفاكهة ، يتم استخدام إنزيم مثل البكتيناز.

تستخدم الكائنات الدقيقة لمعالجة مياه الصرف الصحي ، ومعالجة نفايات صناعة الأغذية. ينتج عن التحلل اللاهوائي لمخلفات المواد العضوية غاز حيوي.

في السنوات الأخيرة ، ظهرت إنتاجات جديدة. يتم الحصول على الكاروتينات والمنشطات من الفطر.

تصنع البكتيريا العديد من الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات والكواشف الأخرى لأغراض البحث البيوكيميائي.

علم الأحياء الدقيقة هو علم سريع التطور ، ترتبط إنجازاته إلى حد كبير بتطور الفيزياء والكيمياء والكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية ، إلخ.

لدراسة علم الأحياء الدقيقة بنجاح ، يلزم معرفة العلوم المدرجة.

يركز هذا المقرر على علم الأحياء الدقيقة الغذائي. تعيش العديد من الكائنات الحية الدقيقة على سطح الجسم ، وفي أمعاء الإنسان والحيوان ، وعلى النباتات ، وعلى الطعام وعلى جميع الأشياء من حولنا. تستهلك الكائنات الحية الدقيقة مجموعة متنوعة من الأطعمة ، وتتكيف بسهولة شديدة مع الظروف المعيشية المتغيرة: الحرارة ، والبرودة ، وقلة الرطوبة ، وما إلى ذلك. وهي تتكاثر بسرعة كبيرة. بدون معرفة علم الأحياء الدقيقة ، من المستحيل إدارة عمليات التكنولوجيا الحيوية بكفاءة وفعالية ، والحفاظ على الجودة العالية للمنتجات الغذائية في جميع مراحل إنتاجها ومنع استهلاك المنتجات التي تحتوي على مسببات الأمراض التي تنتقل عن طريق الأغذية والتسمم.

يجب التأكيد على أن الدراسات الميكروبيولوجية للمنتجات الغذائية ، ليس فقط من وجهة نظر الميزات التكنولوجية ، ولكن أيضًا ، ليس أقل أهمية ، من وجهة نظر سلامتها الصحية والميكروبيولوجية ، هي أصعب موضوع في علم الأحياء الدقيقة الصحي. لا يفسر ذلك فقط تنوع ووفرة النباتات الدقيقة في المنتجات الغذائية ، ولكن أيضًا من خلال استخدام الكائنات الحية الدقيقة في إنتاج العديد منها.

في هذا الصدد ، في التحليل الميكروبيولوجي لجودة الأغذية وسلامتها ، يجب التمييز بين مجموعتين من الكائنات الحية الدقيقة:

- نبتات دقيقة محددة ؛

- ميكروبات غير محددة.

محدد- هذه هي الأجناس الثقافية للكائنات الحية الدقيقة التي تستخدم لإعداد منتج معين وهي حلقة وصل لا غنى عنها في تكنولوجيا إنتاجه.

تُستخدم هذه البكتيريا الدقيقة في تقنية إنتاج النبيذ والبيرة والخبز وجميع منتجات الألبان المخمرة.

غير محددهذه كائنات دقيقة تدخل الغذاء من البيئة وتلوثها. من بين هذه المجموعة من الكائنات الحية الدقيقة ، يتم تمييز الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض والممرضة والممرضة مشروطًا ، وكذلك الكائنات الحية الدقيقة التي تسبب تلف المنتجات.

تعتمد درجة التلوث على العديد من العوامل ، والتي تشمل الشراء الصحيح للمواد الخام ، وتخزينها ومعالجتها ، والامتثال للشروط التكنولوجية والصحية لإنتاج المنتجات وتخزينها ونقلها.

تستخدم العمليات الميكروبيولوجية على نطاق واسع في مختلف قطاعات الاقتصاد الوطني. تعتمد العديد من العمليات على التفاعلات الأيضية التي تحدث أثناء نمو وتكاثر بعض الكائنات الحية الدقيقة.

بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة ، يتم إنتاج البروتينات العلفية والإنزيمات والفيتامينات والأحماض الأمينية والأحماض العضوية وما إلى ذلك.

المجموعات الرئيسية للكائنات الدقيقة المستخدمة في صناعة الأغذية

المجموعات الرئيسية للكائنات الدقيقة المستخدمة في صناعة الأغذية هي البكتيريا والخمائر والعفن.

بكتيريا.تستخدم كعوامل مسببة لحمض اللاكتيك وحمض الخليك والزبدية وتخمير الأسيتون بوتيل.

تُستخدم بكتيريا حمض اللاكتيك الثقافية في إنتاج حمض اللاكتيك ، وفي الخبز ، وأحيانًا في إنتاج الكحول. يقومون بتحويل السكر إلى حمض اللاكتيك وفقًا للمعادلة

C 6 H 12 O 6 ® 2CH 3 - CH - COOH + 75 كيلو جول

تشارك بكتيريا حمض اللاكتيك الحقيقية (المخمرة) وغير الحقيقية (غير المتجانسة) في إنتاج خبز الجاودار. تشارك التخمير المتجانس فقط في تكوين الحمض ، في حين أن التخمير المتغاير ، جنبًا إلى جنب مع حمض اللاكتيك ، يشكلان أحماض متطايرة (الخليك بشكل أساسي) والكحول وثاني أكسيد الكربون.

في صناعة الكحول ، يتم استخدام تخمير حمض اللاكتيك لتحمض نبتة الخميرة. تؤثر بكتيريا حمض اللاكتيك البرية سلبًا على العمليات التكنولوجية لمصانع التخمير ، وتؤدي إلى تدهور جودة المنتجات النهائية. يثبط حمض اللاكتيك الناتج النشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة الدخيلة.

يستخدم التخمير الزبداني ، الذي تسببه بكتيريا الزبد ، لإنتاج حمض الزبد ، الذي تستخدم استراته كعطريات.

تقوم بكتيريا حمض الزبد بتحويل السكر إلى حمض الزبد وفقًا للمعادلة

C 6 H 12 O 6 ® CH 3 CH 2 CH 2 COOH + 2CO 2 + H 2 + Q

تستخدم بكتيريا حمض الخليك لإنتاج الخل (محلول حمض الخليك) ، لأن. إنهم قادرون على أكسدة الكحول الإيثيلي إلى حمض أسيتيك وفقًا للمعادلة

C 2 H 5 OH + O 2 ® CH 3 COOH + H 2 O +487 kJ

تخمر حامض الخليك ضار بإنتاج الكحول ، لأنه. يؤدي إلى انخفاض محصول الكحول ، وفي تخميره يسبب تلف الجعة.

خميرة.يتم استخدامها كعوامل تخمير في إنتاج الكحول والبيرة ، في صناعة النبيذ ، في إنتاج الخبز كفاس ، في الخبز.

بالنسبة لإنتاج الغذاء ، تعتبر الخميرة مهمة - الفطريات السكرية ، التي تشكل الأبواغ ، والخميرة غير الكاملة - الفطريات غير السكرية (الفطريات الشبيهة بالخميرة) ، والتي لا تشكل جراثيم. تنقسم عائلة Saccharomyces إلى عدة أجناس. الأهم هو جنس السكارومايس (الفطريات السكرية). ينقسم الجنس إلى أنواع ، وتسمى الأنواع الفردية من الأنواع الأجناس. في كل صناعة ، يتم استخدام سلالات منفصلة من الخميرة. التمييز بين الخميرة المسحوقة والقشارية. في الخلايا الشبيهة بالغبار ، يتم عزلها عن بعضها البعض ، بينما في الخلايا غير المستقرة ، تلتصق ببعضها البعض ، وتشكل رقائق ، وتستقر بسرعة.

تنتمي الخميرة المزروعة إلى عائلة S. cerevisiae من Saccharomycetes. درجة الحرارة المثلى لتكاثر الخميرة هي 25-30 درجة مئوية ، ودرجة الحرارة الدنيا حوالي 2-3 0 درجة مئوية ، عند 40 درجة مئوية ، يتوقف النمو ، وتموت الخميرة ، ويتوقف التكاثر عند درجات حرارة منخفضة.

هناك خمائر تخمير من الأعلى والأسفل.

من بين الخمائر الثقافية ، تشمل الخميرة المخمرة في القاع معظم خميرة النبيذ والبيرة ، وتشمل الخميرة عالية التخمير الكحول والخباز وبعض سلالات خميرة البيرة.

كما هو معروف ، في عملية التخمير الكحولي من الجلوكوز ، يتم تكوين منتجين رئيسيين - الإيثانول وثاني أكسيد الكربون ، وكذلك المنتجات الثانوية الوسيطة: أحماض الجلسرين ، السكسينيك ، الأسيتيك والبيروفيك ، الأسيتالديهيد ، 2،3-بيوتيلين جليكول ، أسيتوين ، زيوت الاسترات والفيوزل (أيزو أميل ، إيزوبروبيل ، بوتيل وكحولات أخرى).

يحدث تخمير السكريات الفردية في تسلسل معين ، بسبب معدل انتشارها في خلية الخميرة. الجلوكوز والفركتوز هما أسرع أنواع الخميرة تخميرًا. السكروز ، على هذا النحو ، يختفي (ينقلب) في الوسط في بداية التخمير تحت تأثير إنزيم الخميرة ب - فركتوفورانوسيداز ، مع تكوين الجلوكوز والفركتوز ، والتي تستخدمها الخلية بسهولة. عندما لا يتبقى الجلوكوز والفركتوز في الوسط ، تستهلك الخميرة المالتوز.

تتمتع الخميرة بالقدرة على تخمير تركيزات عالية جدًا من السكر - تصل إلى 60٪ ، كما أنها تتحمل تركيزات عالية من الكحول - تصل إلى 14-16 حجمًا. ٪.

في وجود الأكسجين ، يتوقف التخمير الكحولي وتحصل الخميرة على الطاقة من تنفس الأكسجين:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 ® 6CO 2 + 6H 2 O + 2824 kJ

نظرًا لأن العملية غنية بالطاقة أكثر من عملية التخمير (118 كيلو جول) ، فإن الخميرة تنفق السكر بشكل اقتصادي أكثر. يسمى إنهاء التخمير تحت تأثير الأكسجين الجوي بتأثير باستور.

في إنتاج الكحول ، يتم استخدام الخميرة العلوية من النوع S. cerevisiae ، التي تتمتع بأعلى طاقة تخمير ، وتشكل الحد الأقصى من الكحول والسكريات الأحادية والسكريات المخمرة ، بالإضافة إلى جزء من الدكسترينات.

في خميرة الخباز ، يتم تقييم السباقات سريعة النمو مع قوة الرفع الجيدة واستقرار التخزين.

في عملية التخمير ، يتم استخدام خميرة تخمير القاع ، بحيث تتكيف مع درجات الحرارة المنخفضة نسبيًا. يجب أن تكون نظيفة من الناحية الميكروبيولوجية ، ولديها القدرة على التلبد ، وتستقر بسرعة في قاع المخمر. درجة حرارة التخمير 6-8 0 درجة مئوية.

في صناعة النبيذ ، يتم تقييم الخمائر ، والتي تتكاثر بسرعة ، ولديها القدرة على قمع أنواع أخرى من الخميرة والكائنات الحية الدقيقة وإعطاء النبيذ باقة مناسبة. الخمائر المستخدمة في صناعة النبيذ هي S. vini وتخمر الجلوكوز والفركتوز والسكروز والمالتوز بقوة. في صناعة النبيذ ، يتم عزل جميع مزارع الخميرة المنتجة تقريبًا عن الخمور الصغيرة في مناطق مختلفة.

الفطريات الفطرية- فطريات العفن ، تلعب دورًا مهمًا كمنتجي الإنزيم. تنتج الفطريات من جنس Aspergillus الإنزيمات المحللة للنشواني والإنزيمات المحللة للبكتيريا وغيرها من الإنزيمات ، والتي تُستخدم في صناعة الكحول بدلاً من الشعير لتكسير النشا ، في عملية التخمير عندما يتم استبدال الشعير جزئيًا بمواد خام غير مملوءة ، إلخ.

في إنتاج حامض الستريك ، A. niger هو العامل المسبب لتخمير السترات ، وتحويل السكر إلى حامض الستريك.

تلعب الكائنات الدقيقة دورًا مزدوجًا في صناعة الأغذية. من ناحية ، هذه كائنات دقيقة ثقافية ، ومن ناحية أخرى ، تدخل العدوى في إنتاج الغذاء ، أي الكائنات الحية الدقيقة الأجنبية (البرية). الكائنات الحية الدقيقة البرية شائعة في الطبيعة (على التوت والفواكه وفي الهواء والماء والتربة) ومن البيئة تدخل في الإنتاج.

التطهير هو وسيلة فعالة لتدمير وقمع تطور الكائنات الحية الدقيقة الأجنبية من أجل الامتثال للنظام الصحي والصحي الصحيح في المؤسسات الغذائية.