Использование человеком бактерий

Содержание

1. Особенности строения клеток бактерий. Постоянные и непостоянные компоненты бактериальной клетки. Функции. Принципы окраски по Граму

2. Способы питания бактерий. Пропионово-кислое брожение. Возбудители химизм, использование в промышленности

3. Действие температуры на микробы. Использование для удлинения сроков хранения продуктов

4. Микрофлора сливочного масла. Дефекты масла, вызываемые микробами. Санитарная оценка масла по микробиологическим показателям

Список использованной литературы

Задание № 1

Бактерии освоили все среды жизни. Они встречаются в атмосфере, литосфере, гидросфере, в организмах людей, животных и растений.

Клетки их очень мелкие - от 0,1 до 10 мкм. По форме клетки могут быть сферические (кокки), палочковидные (бациллы), изогнутые (вибрионы), спиральные (спириллы), которые могут образовывать колонии – нити шариков (стрептококки).

Бактерии не имеют дифференцированного ядра, а молекула их ДНК сосредоточена в ограниченном пространстве (нуклеоид) и замкнута в виде кольца. Небольшие молекулы ДНК (плазмиды) расположены вне нуклеоида. Митохондрии и хлоропласты в клетке отсутствуют, их функции выполняет цитоплазматическая мембрана. Имеются рибосомы. Бактерии имеют запасные вещества - полисахариды, жиры, серу, полифосфаты. Клеточная стенка бактерии состоит из белка муреина, слизистая капсула – из полисахаридов.

Бактерии имеют следующие обязательные структуры: клеточную стенку (за исключением микоплазм), цитоплазматическую мембрану, цитоплазму, нуклеоид, рибосомы.

Необязательные (непостоянные структуры бактериальной клетки): капсула, жгутики, споры, включения в цитоплазме.

Сложные методы окраски используются для выявления отдельных структур клетки и требуют применения двух и более красителей и воздействия некоторых дополнительных веществ и физических факторов.

К сложным методам окраски относятся:

по Романовскому-Гимзе;

по Граму;

по Нейссеру;

по Цилю-Нильсену и др.

Метод Грама является универсальным методом окраски и рекомендуется для окраски прокариотических клеток. Все бактерии по отношении к этому методу делятся на две группы: грамположительные (стафилококки, стрептококки, сарцины, коринебактерии, клостридии, бациллы и другие, окрашивающиеся в фиолетовый цвет) и грам отрицательные (эшерихии, псевдомонады, нейссерии, сальмонеллы, клебсиеллы, протеи и другие, окрашивающиеся в розовый цвет).

У грам положительных бактерий основным веществом клеточ ной стенки (до 90%) является муреин (пептидогликан), в соединении с тейхоевой кислотой и рубонуклеатом магния. Он располагается в три слоя.

У грамотрицательных бактерий пептидогликан однослойный, его меньше в клеточной стенке (около 10%), а основной компонент представлен липополисахаридами. Тейхоевых кислот нет.

Проницаемость клеточной стенки у грам положительных бактерий меньше, чем у грамотрицательных. Поэтому образовавшийся комплекс: генииан в полета, йода и пептидогликана у грамположительных бактерий удерживается в клеточной стенке при обработке этиловым спиртом, тогда как грамотрицательные бактерии теряют этот комплекс, обесцвечиваются спиртом и затем докрашиваются водным фуксином в розовый цвет. Бактерии, потерявшие клеточную стенку частично или полностью, называются протопластами, сферопластами, L-формами. Метод Грама не может быть применен для их идентификации.

Задание № 2

По способу питания бактерии делятся на:

-гетеротрофов, которые используют готовые органические вещества;

-сапрофитов (бактерии гниения, брожения), которые питаются мертвыми органическими веществами;

-паразитов (холерный вибрион, столбнячная палочка), которые питаются органическими веществами живых организмов;

-хемосинтетиков (железобактерии, серобактерии);

-фотосинтетиков (зеленые, пурпурные, серобактерии).

По отношению к кислороду различают следующие группы бактерий:

-аэробные, которые используют для дыхания атмосферный кислород (бактерии гниения);

-анаэробные, которые живут в отсутствие кислорода;

-факультативные, которые живут как в кислородной, так и в бескислородной среде.

Размножаются бактерии путем деления каждые 20-30 минут (может встречаться половой процесс в форме конъюгации). Некоторые бактерии способны образовывать споры. Из одной клетки образуется крупная эндоспора, покрытая толстой защитной оболочкой. Она способна длительно выдерживать замораживание, иссушение, нагревание и т.д.

Жизнь микробов возможна и без доступа кислорода воздуха. Энергия, необходимая для жизнедеятельности организма, в этих условиях образуется в результате процессов брожения. Наиболее распространены виды брожений, в процессе которых происходит распад органических веществ (преимущественно Сахаров) под влиянием микроорганизмов, представляющий совокупность окислительно-восстановительных реакций. Брожения никогда не приводят к полному окислению органических веществ. Многие характерные формы брожения протекают без участия кислорода воздуха - анаэробно.

Поскольку свободный кислород, имеющийся на нашей планете, образовался в результате фотосинтеза, возникшего на более поздних этапах развития жизни на Земле, совершенно очевидно, что анаэробный способ извлечения энергии - брожение - более древний, чем процесс дыхания.

Брожение известно людям с незапамятных времен. Тысячелетиями человек пользовался спиртовым брожением при изготовлении вина. Еще раньше было известно о молочнокислом брожении. Люди употребляли в пищу молочные продукты, готовили сыры. При этом они не подозревали, что эти процессы происходят с помощью микроорганизмов. Термин "брожение" был введен голландским алхимиком Ван Хельмонтом в XVII в. для процессов, идущих с выделением газов (fermentatio - кипение). Затем в XIX в. основоположник современной микробиологии Луи Пастер показал, что брожение является результатом жизнедеятельности микробов, и установил, что различные брожения вызываются разными микроорганизмами.

Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении конечным продуктом является молочная кислота.

С этим брожением люди знакомы издавна. Сквашивание молока, приготовление простокваши, кефира, квашение овощей - результаты молочнокислого сбраживания сахара молока или углеводов растений. Этот вид брожения осуществляется с помощью молочнокислых бактерий, которые подразделяются на две большие группы (в зависимости от характера брожения): гомоферментативные, образующие из сахара только молочную кислоту, и гетероферментативные, образующие, кроме молочной кислоты, спирт, уксусную кислоту, углекислый газ.

Гомоферментативное молочнокислое брожение вызывают бактерии рода Lactobacillus и стрептококки. Они могут сбраживать различные сахара с 6-ю (гексозы) или 5-ю (пентозы) углеродными атомами, некоторые кислоты. Однако круг сбраживаемых ими продуктов ограничен.

У молочнокислых бактерий нет ферментативного аппарата для использования кислорода воздуха. Кислород для них или безразличен, или угнетает развитие.

Процесс образования молочной кислоты чрезвычайно близок к процессу спиртового брожения. Глюкоза также расщепляется до пировиноградной кислоты. Но затем ее декарбоксилирование (отщепление СО2), как при спиртовом брожении, не происходит, так как молочнокислые бактерии лишены соответствующих ферментов. У них активны дегидрогеназы (НАД). Поэтому пировиноградная кислота сама (а не уксусный альдегид, как при спиртовом брожении) принимает водород от восстановленной формы НАД и превращается в молочную кислоту. В процессе молочнокислого брожения бактерии получают энергию, необходимую им для развития в анаэробных условиях, где использование других источников энергии затруднено.

Гетероферментативное молочнокислое брожение - процесс более сложный, чем гомоферментативное: сбраживание углеводов приводит к образованию ряда соединений, накапливающихся в зависимости от условий процесса брожения. Одни бактерии образуют, помимо молочной кислоты, этиловый спирт и углекислоту, другие - уксусную кислоту; некоторые гетероферментативные молочнокислые бактерии могут образовывать различные спирты, глицерин, маннит.

Гетероферментативное молочнокислое брожение вызывают бактерии рода Lactobacterium и рода Streptococcus. Химизм этих брожений изучен не так хорошо, как спиртового или гомоферментативного молочнокислого брожения.

Гетероферментативные бактерии образуют молочную кислоту иным путем. Последняя стадия - восстановление пировиноградной кислоты до молочной - та же самая, что и в случае гомоферментативного брожения. Но сама пировиноградная кислота образуется при ином расщеплении глюкозы - гексозомонофосфатном. Выход энергии гораздо меньше, чем при спиртовом брожении.

Гетероферментативные бактерии сбраживают ограниченное число веществ: некоторые гексозы (причем определенного строения), пентозы, сахароспирты и кислоты.

Молочнокислое брожение широко используется при выработке молочных продуктов: простокваши, ацидофилина, творога, сметаны. При производстве кефира, кумыса наряду с молочнокислым брожением, вызываемым бактериями, имеет место и спиртовое брожение, вызываемое дрожжами. Молочнокислое брожение происходит на первом этапе изготовления сыра, затем молочнокислые бактерии сменяются пропионово кислыми.

Молочнокислые бактерии нашли широкое применение при консервировании плодов и овощей, в силосовании кормов. Чистое молочнокислое брожение применяется для получения молочной кислоты в промышленных масштабах.

Молочная кислота находит широкое применение в производстве кож, красильном деле, при выработке стиральных порошков, изготовлении пластмасс, в фармацевтической промышленности и во многих других отраслях. Молочная кислота также нужна в кондитерской промышленности и для приготовления безалкогольных напитков.

Задание № 3

Действие низкой и высокой температур является одним из основных методов консервирования пищевых продуктов. Консервированием пищевых продуктов называют создание таких условий их обработки или хранения, при которых прекращается размножение микробов и действие тканевых ферментов. Этим предотвращается порча продуктов и сохраняются их пищевая ценность и доброкачественность.

Действие низкой температуры. Для сохранения качества пищевых продуктов применяют охлаждение и замораживание. Под охлаждением понимают хранение продуктов при температуре, близкой к 0°С, под замораживанием - при температуре -25-40 °С и ниже. Охлаждение чаще применяется для храпения продуктов, содержащих большое количество влаги (фрукты, овощи, молоко). Замораживание используется для хранения скоропортящихся продуктов, богатых белком (мясо, рыба, яичный меланж).

Сущность действия низкой температуры на микробную клетку заключается в том, что ее протоплазма уплотняется, жидкая фаза превращается в лед, а при очень низкой температуре (-20 °С) - в стекловидное состояние. Обменные процессы в микробной клетке с окружающей средой (продуктом) становятся невозможными. При кратковременном действии низкой температуры этот процесс обратим, т. е. после размораживания продукта микробы сохраняют свою жизнедеятельность. При длительном действии низкой температуры в протоплазме микробных клеток наступают необратимые изменения и микробы погибают. Однако некоторые микроорганизмы (психрофилы), особенно плесени, способны размножаться даже при очень низкой температуре.

Поэтому при хранении продуктов в холодильных камерах нередко отмечается их плесневение. Патогенные для человека микробы не размножаются при низкой температуре, но могут сохранять жизнеспособность длительное время: например, палочка брюшного тифа при температуре -18°С сохраняет жизнеспособность в течение 6 мес, золотистый стафилококк - 5 мес, микробы группы сальмонелла - 5 мес. Следовательно, низкая температура предотвращает размножение патогенных микробов, но не вызывает их гибели. Продукты, подлежащие замораживанию, должны быть доброкачественными как в санитарном, так и в эпидемиологическом отношении. Нельзя замораживать продукты, уже имеющие признаки порчи, так как замораживание только замаскирует, а не улучшит их качество. Нельзя замораживать и продукты, содержащие патогенные микробы.

Большое значение для сохранения вкусовых качеств продукта и его питательной ценности имеют способ замораживания и правильное проведение дефростации - размораживания. Рекомендуется замораживание производить быстро, помещая продукт в специальные камеры-морозилки, где температура воздуха -24 °С и ниже. При быстром замораживании образуется много точек кристаллизации воды (образование льда), кристаллы получаются мелкие, не травмируют и не разрушают мышечную ткань. Размораживание, наоборот, целесообразно осуществлять медленно, чтобы жидкость, освободившаяся при таянии льда, впитывалась обратно в клетки тканей. Это важно потому, что в жидкости содержатся водорастворимые питательные вещества, некоторые белки, соли, витамины.

Действие высокой температуры. Высокая температура (60 °С и выше) вызывает коагуляцию белка в протоплазме микробной клетки. Эти изменения необратимы, в результате чего микробная клетка становится нежизнеспособной. Коагуляция белка в протоплазме микробов быстрее происходит под действием высокой температуры во влажной среде. При температуре 60°С большинство вегетативных форм микробов (но не все) погибает в течение 1-10 мин, а при 100 °С - мгновенно. Очень устойчивы к высокой температуре споры бацилл. Например, споры Cl. botulinum выдерживают кипячение в течение 6 ч, а температуру 120°С - несколько минут. Термоустойчивость спор объясняется тем, что вода в их клетках находится в связанном состоянии, не происходит коагуляции белка. Однако жизнеспособность прогретых при высокой температуре спор понижается.

В практике консервирования пищевых продуктов применяются следующие температурные режимы.

Пастеризация - уничтожение вегетативных форм микробов.

Применяется длительная (низкотемпературная) пастеризация - нагревание пищевых продуктов при температуре 63-65°С в течение 30 мин и кратковременная (высокотемпературная) - нагревание пищевого продукта при температуре выше 80 °С несколько минут. Более широко применяется высокотемпературная пастеризация как более эффективная и экономически выгодная. Моментальная пастеризация проводится при 90 °С в течение нескольких секунд.

Стерилизация - уничтожение вегетативных и споровых форм микробов. Споры Cl. botulinum, например, погибают при температуре 120 °С в течение 10-20 мин, при 105°С они выдерживают 2 ч, при 100°С - 5 ч. Токсин Cl. botulinum менее термоустойчив: он разрушается при 100°С в течение нескольких минут, при 80 °С - через 30 мин, а при 58 °С разрушается только через 3 ч.

Стерилизация с помощью высокой температуры производится при нагревании продукта свыше 100 °С; такая температура достигается в автоклавах при давлении до 1,5 атм и более. Совершенствование технологического оборудования для консервирования пищевых продуктов позволяет достигать температуры 130-150 °С и в соответствии с этим сокращать время стерилизации. Так, в ГДР предложена уперизация - нагревание молока до 150 °С в течение 3/4 с, после чего молоко охлаждают. Уперизация позволяет получить молоко без специфического привкуса кипяченого или стерилизованного молока; при этом сохраняются витамины С, В1,D.

Обезвреживающее действие высокой температуры повышается при добавлении к продукту пищевых кислот или повышении щелочности продукта, а также при больших концентрациях соли (8-10%); малые концентрации соли (1-2%), наоборот, повышают устойчивость микробов к действию высокой температуры.

Приготовление баночных консервов. При действии высокой температуры не только погибают микроорганизмы, но также происходят глубокие изменения в белке самого продукта (коагуляция и денатурация). В результате этого белок становится более благоприятной средой для роста патогенных микробов, если они попадут в него. Этому способствует также отсутствие микробов -конкурентов и антагонистов. Пастеризованные и стерилизованные пищевые продукты являются консервированными при герметической упаковке, защищающей от проникновения микроорганизмов из внешней среды. На этом принципе основано приготовление баночных консервов.

Схема последовательности приготовления консервов:

1) подготовка сырья (продукта) - рассортирование, порционирование, бланширование (обработка паром, кипятком);

2) закладывание порций в банки;

3) герметизация банок (закатывание);

4) проверка на герметичность в вакуум-аппарате;

5) стерилизация в автоклаве.

Каждому виду консервов соответствует определенный режим стерилизации. Например, консервы "Говядина тушеная" стерилизуют при температуре 113°С в течение 90 мин; при этом необходимая температура должна быть достигнута в течение 20 мин, а затем после стерилизации в течение 20 мин продукт должен быть охлажден под холодным душем. При режиме стерилизации (экспозиция 50 мин вместо 90) белки мяса меньше денатурируются, вместе с тем достигается полная стерильность продукта. Улучшается эффект стерилизации при вращении банок в автоклаве.

Задание № 4

Различают два основных типа сливочного масла: сладкосливочное и кислосливочное. Сладкосливочное масло готовится из пастеризованных сливок, которые не заквашиваются.

В технологии этого типа масла микрофлора нежелательна: чем меньше микроорганизмов, тем лучше масло. Понижение численности микрофлоры достигается пастеризацией сливок с последующей упаковкой и хранением масла при низких температурах (-18, -20°С) и надлежащим уходом за оборудованием. Важным фактором загрязнения масла может быть недоброкачественная вода, которая употребляется для его промывания.

В 1 мл свежего сладкосливочного масла содержится 50-100 тыс. клеток бактерий.

Технология кислосливочного масла основана на использовании молочнокислых бактерий для сквашивания сливок. Для этого после пастеризации сливок в них вносят закваску, состав микрофлоры которой имеет значение для повышения прочности (устойчивости при хранении) и аромата масла. В состав закваски входят Str. lactis, Str. cremoris и ароматообразующие бактерии: Str, diacetilactis, Str. citrovorus и Str. paracitrovo. В 1 мл кислосливочного масла содержится от 1 млн. до 10 млн. бактерий. Масло для исследования берут стерильным щупом цз двух-трех мест по 10-15 г и помещают его в стерильные банки с притертыми пробками. При исследовании на плесневые грибы делают соскобы с поверхности масла, особенно с тех мест, где простым глазом или в лупу виден мицелий гриба.

Перед исследованием сливочное масло в банке расплавляют на водяной бане, нагретой до 40-50°С. Из расплавленного масла, после тщательного перемешивания, стерильной пипеткой берут 1 мл и вносят в пробирку с 9 мл стерильной воды, подогретой до 40°С. Из полученного таким образом разведения Ю-1 готовят все последующие (Ю-2, 10_3, Ю-4, Ю-5). Из соответствующих разведений делают высев на элективные среды: для учета общего количества бактерий - на агар с гидролизованным молоком или мясо-пептонный агар, для учета протеолитических бактерий на молочный агар, для учета молочнокислых бактерий - на агар с гидролизованным обратом и мелом, для учета количества дрожжей - на сусловый агар со стрептомицином, для учета бродильного титра - на среду Кесслера.

Микроскопическое исследование микрофлоры масла.

Для знакомства с микрофлорой масла (свежего и несвежего) его плавят в стеклянном стакане на водяной бане при температуре 40°С, перемешивают, наливают в центрифужную пробирку и центрифугируют 10 мин. Верхний слой сливают, из осадка готовят препарат. Мазок прогревают на пламени горелки и обезжиривают, прикладывая к неостывшему мазку фильтрованную бумагу. Окрашивают метиленовым синим в течение 2-3 мин.

В свежем кислосливочном масле наблюдаются молочнокислые стрептококки, в несвежем - наряду с молочнокислыми бактериями встречаются дрожжи, плесени, флуоресцирующие и гнилостные бактерии.

Длительному сохранению качества масла способствуют низкая температура (ниже 0°С), молочная кислота, соль, минимальная микробная обсемененность сладкосливочного масла, применение специальных культур дрожжей, определенный способ выработки и правильная структура масла, а также набивка и упаковка с соблюдением санитарно-гигиенических правил.

Низкая температура. При температуре ниже -11°С прекращается развитие любых микробов и резко замедляются химические процессы в масле, что значительно увеличивает стойкость его при хранении. При этом, если масло помещать в холодильник сразу после выработки, более стойким окажется сладкосливочное масло, и необходимость использования других консервирующих факторов отпадает. Кислота и соль при холодильном хранении даже снижают стойкость масла (по сравнению с сладко-сливочным несоленым), вызывая образование в нем пороков химического происхождения (например, рыбный вкус).

Молочная кислота. Когда масло хранят некоторое время при температуре выше нуля (до помещения в холодильник), используют второй фактор защиты - молочную кислоту. В этих условиях будет более стойким несоленое кислосливочное масло.

Поваренная соль. При вынужденном длительном хранении масла при температуре выше 0°С наиболее стойким будет кислосливочное соленое масло (концентрация соли в масле должна быть не более 1,5%).

Минимальная микробная обсемененность. Независимо от условий хранения более стойким является масло (любого вида), полученное из сливок высокого качества. Если масло выработано из сливок низкого качества со значительной бактериальной обсемененностью, то уже в свежем состоянии оно имеет пороки вкуса, которые усиливаются в процессе хранения.

Для сохранения масла хорошего качества решающее значение имеет быстрое и глубокое его охлаждение (до -18-20°С), полностью задерживающее развитие микроорганизмов. В масле, охлажденном непосредственно после выработки до температуры ниже -11°С, микробы не размножаются, и продукт не портится. Если же сладкосливочное масло охладить после длительной выдержки (сутки и более) при температуре выше 0°С, то количество бактерий увеличится в сотни и тысячи раз и это приведет к его порче.

Применение культур дрожжей. В качестве фактора порчи масла наряду с протеолитическими и пептонизирующими бактериями большую роль играют плесени. Для задержки плесневения и прогоркания масла С. В. Паращук и С. А. Королев предложили использовать специально отобранные виды дрожжей. В промышленности применяют штаммы дрожжей, не разлагающие белков и жира и не сбраживающие молочного сахара. Эти штаммы относятся к родам Torulopsis и Candida (Г. Г. Блок, В. М. Богданов). Считают, что дрожжи замедляют повышение окислительно-восстановительного потенциала масла, задерживают окислительные процессы, а значит, предотвращают осаливание и разложение жира. Дрожжи подавляют развитие протеолитических бактерии, разлагающих белки и жир; образуя CO₂, они угнетают развитие плесеней.

Способ выработки и структура масла. Технологический процесс выработки масла любым способом влияет, с одной стороны, на первичное обсеменение масла микроорганизмами и, с другой стороны, на развитие при хранении масла тех микроорганизмов, которые попали в него в процессе выработки. В этом отношении наибольшее значение имеет промывание масла и его структура. Если для промывания масла применяют чистую воду, удовлетворяющую требованиям ГОСТа по микробиологическим показателям, то она практически не увеличивает микрофлоры масла, но существенно влияет на развитие его микрофлоры при хранении, поскольку вода - основная часть плазмы масла, в которой могут развиваться микроорганизмы. От способа выработки масла и качества его обработки зависит структура масла, прежде всего характер распределения (диспергирования) плазмы. Чем лучше влага вработана в масло, чем больше мелких капель и чем лучше они изолированы друг от друга, тем слабее будут развиваться микроорганизмы в глубине масла и на его поверхности. Это является одной из мер предупреждения плесневения масла.

С точки зрения резкого ограничения обсеменения масла микроорганизмами и создания условий, ограничивающих их развитие в масле, большое преимущество имеет выработка масла путем преобразования высокожирных сливок (в потоке). Масло вырабатывают из пастеризованных при высокой температуре (80-85°С) высокожирных сливок. Процесс превращения сливок в масле совершается в закрытом аппарате без доступа воздуха. Поэтому незначительное бактериальное обсеменение пастеризованных сливок возможно только в маслообразователе и при фасовке масла. В итоге содержание бактерий в 1 г масла, выработанного в потоке, не превышает сотен или нескольких тысяч. Степень дисперсности влаги в этом масле значительно выше, чем в обычном. Ограничение первичной микрофлоры и замедленное развитие микробиологических процессов в масле обусловливает его высокую стойкость при хранении.

Набивка и упаковка. Они существенно влияют отчасти на обсеменение масла плесенями, а в большей степени на развитие плесеней как внутри масла (там не должно быть пустот, заполненных воздухом), так и на его поверхности (упаковочные материалы должны хорошо прилегать к маслу).

Список использованной литературы

1.Ассонов Н.Р. Микробиология. – М.: Колос, 2007.

2.Волков Л. Д. Пищевые заболевания микробной природы: Учеб. пособ. для вузов. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2006.

3.Мудрецова-Висс К.Л., Кудряшова А.А., Дедюхина В.П. Микробиология, санитария и гигиена. – М.: ИД Деловая литература, 2008.

Использование человеком бактерий

Похожие курсовые работы