تُستخدم بكتيريا حمض اللاكتيك على نطاق واسع لتصنيع اللبن الرائب ، والكفير ، والحمضيات ، والكوميس ، والقشدة الحامضة ، والكفاس ، والجبن ، وكذلك في الخبز ، والتخليل ، والخضروات ، والأعلاف ، وخلع جلود الفراء ، وفي إنتاج حمض اللاكتيك.
تخمير حمض البروبيونيك.هذا النوع من التخمير ناتج عن بكتيريا حمض البروبيونيك اللاهوائية ، وهي قضبان قصيرة ، غير متحركة ، غير مبوغة ، موجبة الجرام. درجة الحرارة المثلى "لتطورها هي 30-35 درجة مئوية.هذه البكتيريا تخمر بسهولة السكر وحمض اللاكتيك ، وتحولهما إلى أحماض بروبيونيك وأسيتيك مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون والماء:
ZS 6 H 12 O 6 \ u003d 4CH3CH 2 COOH + 2CH 3 COOH + 2CO 2 + 2H 2 O.
ممثل نموذجي لهذه المجموعة من البكتيريا سيء. اسيدي بروبيونيسي يتطور في الحليب والجبن الصلب. تستخدم بعض بكتيريا حمض البروبيونيك لإنتاج فيتامين ب 12 على نطاق صناعي.
التخمير الزبدي.هي عملية تحويل الكربوهيدرات (السكريات ، النشا ، الدكسترين ، البكتين) والكحولات (المانيتول ، الجلسرين) بواسطة البكتيريا تحت ظروف لاهوائية مع تكوين حمض الزبد وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين:
C 6 H ، 2O 6 \ u003d CH 3 CH 2 CH 2 COOH + 2CO 2 + 2H 2 +100800 J.
مصدر النيتروجين لبكتيريا الزبد هو البيبتون والأحماض الأمينية وأملاح الأمونيوم وحتى النيتروجين الجوي الجزيئي. بالإضافة إلى منتجات التخمير الرئيسية ، يتم تكوين كحول البوتيل والإيثيل والأسيتون وحمض الأسيتيك.
تم وصف 25 نوعًا من مسببات الأمراض من التخمر الزبداني. كلهم عبارة عن أعواد كبيرة متحركة من 4-5 إلى 7-12 ميكرون ، عندما تتشكل الجراثيم ، تصبح على شكل مغزل ، موجبة الجرام ، لاهوائية. غالبًا ما توجد في التربة والسماد والمياه الملوثة وما إلى ذلك وأشهرها ما يلي:
1. المطثية بستوريانوم - جرثومة حمض الزبد النموذجية ، تشكل حمض الزبد وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين (الشكل 11).
أرز. أحد عشر. المطثية بستوريانوم
2. ج. felsineum - يخمر مواد البكتين.
3. ج. أسيتوبوتيليكوم - يخمر الكربوهيدرات بتكوين كحول البوتيل.
4. ج. السكريات - يحول الكربوهيدرات إلى حمض الزبد ومنتجات أخرى.
درجة الحرارة المثلى لتطوير بكتيريا حمض الزبد هي 30-40 درجة مئوية. يستمر التخمير الزبدي جيدًا مع تفاعل محايد. إذا حدث ذلك في بيئة حمضية ، فإن كحول البوتيل والأسيتون يتراكمان. يعطي حمض الزبد المنتج طعمًا ورائحة كريهة للزيت الزنخ.
تعتبر بكتيريا حمض الزبد حساسة للبيئات الحمضية ، لذلك يمكن أن تسبب تلف السيلاج والخضروات المخمرة إذا كان حمض اللاكتيك يتراكم ببطء شديد.
يستخدم حمض الزبد على نطاق واسع في الهندسة. استراتها لها رائحة طيبة وتستخدم كمواد عطرية في صناعة الحلويات والعطور ، على سبيل المثال ، ميثيل الأثير برائحة التفاح ، إيثيل إستر برائحة الكمثرى ، أميل الأثير برائحة الأناناس.
تخمير الأسيتون بيوتيل.في هذه العملية ، يتم تكوين الكثير من كحول البوتيل والأسيتون مقارنة بالتخمير الزبداني. تخضع السكريات الأحادية والسكريات الثنائية والنشا للتخمير. العامل المسبب لتخمير الاسيتونوبوتيل المطثية أسيتوبوتيليكوم - قضيب متحرك بحجم 3.5-5.0 ميكرون ، لاهوائي ، مكون بوغ ، وغالبًا ما تكون خلاياه متصلة في أزواج أو في سلاسل طويلة (الشكل 12).
أرز. 12. المطثية أسيتوبوتيليكوم
في الإنتاج ، يتم إجراء تخمير الأسيتونوبوتيل على مزرعة نقية للبكتيريا عند درجة حرارة 37-38 درجة مئوية في بيئة حمضية. تستمر العملية لمدة 36-40 ساعة.
يستخدم الأسيتون وكحول البوتيل على نطاق واسع في الصناعات الكيميائية والطلاء ، وكذلك في إنتاج المطاط الصناعي.
التحلل الهوائي
وهي تشمل العمليات الكيميائية الحيوية المؤكسدة المرتبطة بتنفس الكائنات الحية الدقيقة في الظروف الهوائية.
غالبًا ما تكون المنتجات النهائية للتنفس ليس فقط ثاني أكسيد الكربون والماء ، ولكن أيضًا منتجات الأكسدة غير الكاملة أو الجزئية للمواد العضوية (حمض الستريك وحمض الخليك وما إلى ذلك). في الطبيعة ، تستخدم هذه المواد ميكروبات أخرى وتخضعها لمزيد من الأكسدة لثاني أكسيد الكربون و H2 0. في ظل الظروف الطبيعية ، لا تخضع المواد العضوية فقط ، ولكن أيضًا العديد من المواد غير العضوية للأكسدة: الهيدروجين ، كبريتيد الهيدروجين ، الأمونيا ، الحديد بيروكسيد ، مركبات مخفضة. أبسط أنواع الأكسدة هو أكسدة الهيدروجين الجزيئي إلى الماء:
2H 2 + O 2 \ u003d 2H 2 O + 579600 J.
تلعب العمليات المؤكسدة دورًا مهمًا ، خاصة في ظل ظروف الري ، حيث ترتبط المياه الزائدة غالبًا بالعمليات اللاهوائية وتراكم المركبات السامة (FeO ، FeS ، MnO ، CH 4). ستساهم التدابير التي تهدف إلى زيادة التهوية في الأكسدة - نقل FeO إلى FeO3 ، H 2 S إلى H 2 SO 4 ، إلخ ، أي إلى مركبات غير سامة للنباتات.
أكسدة الكحول الإيثيلي إلى حمض الخليك.يتم تنفيذ هذه العملية بواسطة مجموعة من بكتيريا حمض الخليك حسب المعادلة.
CH 3 CH 2 OH + O 2 \ u003d CH 3 COOH + H 2 O.
العوامل المسببة هي البكتيريا الهوائية. من بينها هناك متحركة وغير متحركة. من النوع أسيتوباكتر يتم وصف عدد من أهم أنواع بكتيريا حمض الأسيتيك النموذجية ، مثل أسيتوباكتر أسيتي (الشكل 13) ، أسيتوباكتر بستوريانوم, أسيتوباكتر ركاز شوتزينباتشي.
أرز. 13. أسيتوباكتر أسيتي.
البكتيريا من هذا الجنس هي قضبان سالبة الجرام يتراوح حجمها من 0.5 إلى 8 ميكرون ، متصلة أحيانًا بالسلاسل. لا يتشكل النزاع. تختلف بعض أنواع البكتيريا عن غيرها في الحجم ، ومقاومة مختلفة للكحول ، والقدرة على تراكم حمض أكثر أو أقل في الوسط (من 6 إلى 11.5٪).
للتحضير الصناعي لحمض الخليك ، يتم استخدام نبيذ العنب أو محلول كحول الخليك (10-12 ٪ كحول و 1 ٪ حمض أسيتيك). لتغذية بكتيريا حمض الخليك ، يتم إضافة الأملاح المعدنية والفيتامينات الضرورية إلى الركيزة. درجة الحرارة المثلى لتطوير هذه البكتيريا هي 20-35 درجة مئوية.تشكل العديد من بكتيريا حمض الأسيتيك أغشية قوية وسميكة مميزة على الركيزة.
تنتشر بكتيريا حمض الخليك على نطاق واسع في الطبيعة ، وتوجد في الفاكهة الناضجة والتوت والخضروات المخللة والنبيذ والبيرة والكفاس.
أكسدة الكربوهيدرات إلى حامض الستريك. يتم الحصول على حامض الستريك باستخدام فطريات العفن فطر الرشاشيات, التي يتم توزيعها على نطاق واسع في الطبيعة وتوجد في مجموعة متنوعة من الركائز.
المادة الخام الرئيسية لإنتاج حامض الستريك هي دبس السكر (دبس السكر الأسود). يتم تلقيح محلولها ، الذي يحتوي على حوالي 15٪ سكر مع إضافة أملاح معدنية مختلفة ، بجراثيم فطرية في أوعية مفتوحة مسطحة. مع وجود تهوية جيدة في غرف خاصة ، تستمر العملية لمدة 6-7 أيام عند درجة حرارة حوالي 30 درجة مئوية. ناتج حامض الستريك هو 50-60٪ من السكر المستهلك. مع وجود كمية غير كافية من السكر ، يستهلك الفطر حمض الستريك نفسه.
في الآونة الأخيرة ، بدأ إدخال الطريقة "العميقة" لزراعة الفطر في حاويات خاصة مغلقة (تخمير) مع تهوية مكثفة. تزيد هذه الطريقة من إنتاجية العملية وتمنع تلوث السائل بالميكروبات الغريبة.
يستخدم حمض الستريك على نطاق واسع في الطب ، وكذلك في صناعة الحلويات والمشروبات الغازية والطهي.
أكسدة الدهونوأحماض دهنية.عند الوصول إلى التربة مع المخلفات الحيوانية والنباتية ، يتم تدمير الدهون تمامًا (تحللها) بواسطة الكائنات الحية الدقيقة المختلفة. ينتج عن ذلك الجلسرين والأحماض الدهنية. تستمر العملية تحت تأثير إنزيم الليباز عند درجة حرارة عادية في وجود الماء. هناك عدد غير قليل من الميكروبات التي تفرز هذا الإنزيم. من بين البكتيريا الهوائية ، يوجد في با- كتريا القولونية, بروتيوس الشائع, عصية mycoides، أنت.أنا- التجمع, السالمونيلا, وكذلك في المكورات العنقودية والمكورات الرئوية والعقديات. تتحلل بعض البكتيريا الصباغية والفلورية للدهون بقوة. (سيء. معجزة, سيء. بيوسيانيروم, سيء. الفلوريسين), الفطريات الشعاعية والفطريات. من الفطر ، لديهم قدرة عالية على تحلل الدهون أوديوم Ictdis, أنواع كثيرة من الأجناس فطر الرشاشيات و يكررنيسيليوم.
يحدث التحلل المائي للدهون بواسطة الكائنات الحية الدقيقة باستمرار ويلعب دورًا مهمًا في الدوران العام للمواد في الطبيعة.
يتأكسد الجلسرين والأحماض الدهنية الحرة التي يتم الحصول عليها في عملية التحلل المائي تدريجياً في التربة بواسطة الميكروبات المختلفة وتتحول إلى أحماض الدبال وثاني أكسيد الكربون والماء.
أكسدةالهيدروكربونات.تستخدم الكائنات الحية الدقيقة في التربة هذه المواد كمصدر للطاقة.
تؤكسد العديد من البكتيريا البنزين والنفتالين وفينولات الأكسجين والبوليفينول والكريوزولات.
ويشارك الزيلين والتولوين والبنزين في تفاعلات التبادل لأنواع عديدة من الميكروبات على وجه الخصوص الزائفة- نحن والمتفطرات.
هناك مجموعة كبيرة من الكائنات الحية الدقيقة القادرة على تكسير الهيدروكربونات الزيتية. يمكن أكسدة الميثان في التربة بعصا قصيرة سيء. ميتانيغربالمع تكوين المركبات العضوية وثاني أكسيد الكربون. هذه القدرة هي أيضا سيء. بتجوسيانوم, سيء. الفلوريسين.
الكائنات الحية الدقيقة الأخرى ، الموزعة على نطاق واسع في التربة بالقرب من آبار النفط ، تعمل على أكسدة الإيثان والبروبان بقوة (الزائفة, بروبانيكا), الزيوت المعدنية الموجودة في البترول والبارافين (ديسولفوفيبريو).
يتم تكسير الهيدروكربونات ليس فقط عن طريق البكتيريا ، ولكن أيضًا عن طريق العديد من الفطريات الشعاعية وبعض الفطريات.
تحلل السليلوز (الألياف).من بين المواد الكيميائية الخالية من النيتروجين من المخلفات النباتية ، تتحلل مواد السليلوز واللجنين والبكتين ببطء نسبيًا تحت تأثير الكائنات الحية الدقيقة.
في الطبيعة ، يتم تحويل السليلوز ، تحت تأثير إنزيم السليلوز ، أولاً إلى السليلوبيوز ثنائي السكاريد ، ثم يتم تحويله إلى جلوكوز تحت تأثير إنزيم السليلوبيز. الكائنات الحية الدقيقة التي تتحلل من الألياف هي الأكثر شيوعًا في التربة ، وتوجد أيضًا في الحمأة ، والسماد ، وحتى في الجهاز الهضمي للعديد من الحيوانات.
ممثل نموذجي للبكتيريا اللاهوائية المتحللة للسليلوز المطثية السليلوز omelianskii (الشكل 14).
أرز. 14. المطثية السليلوز omelianskii: 1 - خلايا شابة 2 - "أفخاذ" ؛ 3 - الخلافات.
تم عزله لأول مرة بواسطة V. L. Omelyansky في عام 1902. هذه بكتيريا متحركة على شكل قضيب يبلغ طولها 4-7 ميكرون ، عندما يتخذ الأبواغ شكل مضرب. تم العثور على البكتيريا المحبة للحرارة التي تتحلل السليلوز في الطبيعة: ج. الحرارية - عصية صغيرة سالبة الجرام لتشكيل الأبواغ و عصية السليلوز يذوب - عصا بطول 12 ميكرون. درجة الحرارة المثلى بالنسبة لهم هي 55-56 درجة مئوية ، تفاعل الوسط قريب من المحايد.
من البكتيريا الهوائية التي تتحلل من السليلوز ، بكتيريا الجنس سيتوفاجامن فئة Myxobacteriae. هذه خلايا سالبة الجرام منحنية طويلة بدون غشاء.
من بين الأنواع الأخرى من البكتيريا التي تعمل على تحلل السليلوز بشكل فعال ، يمكن ذكر ما يلي:
1. سيلفيبريو - بكتيريا صغيرة ، منحنية قليلاً ، على شكل قضيب وذات نهايات مستديرة ، يبلغ متوسط حجمها 1.5 ميكرون ، وغالبًا ما تكون أحادية الثراء أو لوبوتريتش ، موجبة الجرام. عندما تزرع على الورق ، فإنها تشكل صبغة صفراء. درجة الحرارة المثلى لتنميتها هي 28-30 درجة مئوية. يستمر انقسام الخلية بشكل أفضل مع تفاعل محايد أو قلوي قليلاً.
2. سيلفاسيكولا- العصا على شكل منجل مع نهايات مدببة ، متحرك. عندما تنمو على ورق ترشيح ، فإنها تنتج صبغة خضراء.
تحت تأثير الأشكال الهوائية للبكتيريا ، تتحول الألياف إلى مادة هلامية شديدة المقاومة لعمل الميكروبات.
بالإضافة إلى البكتيريا ، يمكن أن تتحلل أنواع معينة من الفطريات الشعاعية ، والألياف الشعاعية. (ستربتوميسيس) والفطر (الترايكوديرما, التهاب بوتريت, فطر الرشاشيات وإلخ.).
في التربة الحمضية ، يتم تدمير السليلوز بشكل رئيسي عن طريق الفطريات.
يتكون الدبال في التربة أثناء التحلل المائي للألياف بواسطة الكائنات الحية الدقيقة. في الجهاز الهضمي للحيوانات العاشبة ، يتحلل ما يصل إلى 70٪ من الألياف المأخوذة مع العلف بواسطة الميكروبات ، مما يساهم في تحسين هضم الخشن.
انهيار اللجنين.يتحلل اللجنين بواسطة عدد قليل جدًا من الكائنات الحية الدقيقة ، وخاصة الفطريات الشعاعية والفطريات وبعض البكتيريا. من بين الفطريات التي تكسر اللجنين في التربة ، يمكن ملاحظة الممثلين ميروليوس (الشكل 15) , كونيفورا, الفيوزاريوم, مكور.
أرز. 15. Merulius lacrymans.
دائمًا ما يكون تفكك اللجنين نتيجة تعايش أو ارتباط البكتيريا. نظرًا لأن هذه المادة تتمتع باستقرار كبير ، فإن عملية تدميرها تسير ببطء نسبيًا. لذلك ، يميل اللجنين إلى التراكم في التربة ويعمل كأساس لتكوين مجمعات الدبال.
انهيار البكتين.المواد البكتيرية هي عديد السكاريد المعقدة. يبدو أنهم يلتصقون بالخلايا في الأنسجة النباتية. يأتي اسمها من القدرة على إعطاء كتلة هلامية عند الغليان (يوناني بيكتوس - مسمار غير شكل).
يتم إجراء الانهيار الكامل للبكتين تحت تأثير إنزيمات البروتوبكتيناز والبكتيناز والبكتاز إلى الأحماض العضوية والكحول والغاز. العديد من البكتيريا اللاهوائية ، فطريات العفن ، الفطريات الشعاعية لها خصائص تحلل البكتين.
تشمل العوامل المسببة لتخمير البكتين في ظل الظروف اللاهوائية البكتيريا الحركية إيجابية الجرام المكونة للجرام والتي يتراوح حجمها بين 10 و 15 ميكرون. من بين هؤلاء ، الأكثر شهرة كلو- ستريديوم بكتينوفورومو ج. فلسينيوس.
تشمل البكتيريا الهوائية القادرة على تحلل مواد البكتين عصية المسينتيركتيس, الزائفة فلو- الموارد. من بين الفطريات العفن ، الأكثر نشاطا فطر الرشاشيات النيجر, بنسيليوموالتهاب بوتريت سينيريا، في.الرقيقة (الشكل 16).
أرز. 16. العصوية الرقيقة.
تستخدم عملية تحلل مواد البكتين على نطاق واسع في عزل الألياف من سيقان نباتات اللحاء (الكتان ، القنب ، الجوت ، إلخ) المستخدمة في صناعة الغزل. لتدمير مواد البكتين من نباتات اللحاء ، يتم استخدام شحمة الماء اللاهوائية.
بعد تدمير البكتين ، تضعف الروابط بين ألياف اللحاء وخلايا الأنسجة الأخرى للساق ، وبعد التجفيف ، يمكن فصلها بسهولة ميكانيكيًا (عن طريق الفرك والخدش).
9 تحويل الكائنات الدقيقة لمركبات النيتروجين
يعتبر النيتروجين ، إلى جانب العناصر المعدنية مثل الكبريت والفوسفور والحديد والبوتاسيوم وما إلى ذلك ، جزءًا لا يتجزأ من المادة الحية. احتياطي كبير على كوكبنا هو النيتروجين الجزيئي في الغلاف الجوي. نسبة كتلة النيتروجين الحر في الهواء الجاف هي 0.755 (75.5٪) ، وجزء حجمها 0.781 (78.1٪). يرتفع عمود هوائي فوق كل هكتار من التربة ، حيث يتركز 80000 طن من النيتروجين الجزيئي. لا تستطيع النباتات استيعاب هذا النيتروجين ، ومع ذلك ، فإن بعض الكائنات الحية الدقيقة في التربة لديها القدرة على تثبيت النيتروجين في الغلاف الجوي بمساعدة الإنزيمات وتوليف البروتين. وبالتالي ، فإن الخطوة الأولى في تحويل النيتروجين في الطبيعة هي تثبيته بواسطة الكائنات الحية الدقيقة.
يتم تمعدن النيتروجين البروتيني للكائنات الحية الدقيقة ، وكذلك نيتروجين النباتات والحيوانات ، بعد موتها ، في التربة بواسطة مجموعة كبيرة من البكتيريا المحولة إلى الأمونيا. لذلك ، فإن المرحلة الثانية من تحويل النيتروجين تسمى ammonification.
في المرحلة الثالثة ، يتأكسد نيتروجين الأمونيوم جزئياً إلى نترات بواسطة بكتيريا نترجة ، وتسمى هذه العملية النترجة.
أخيرًا ، في المرحلة الرابعة ، يتم تقليل نيتروجين النترات جزئيًا إلى نيتروجين جزيئي بواسطة بعض أنواع البكتيريا في ظل ظروف معينة - تتم عملية نزع النتروجين.