Las bacterias del ácido láctico se utilizan ampliamente para la producción de yogur, kéfir, acidophilus, koumiss, crema agria, kvas, quesos, así como para hornear, fermentar verduras, ensilar piensos, en el aderezo de pieles y en la producción de ácido láctico.
Fermentación del ácido propiónico. Este tipo de fermentación es causada por bacterias anaeróbicas del ácido propiónico, que son bacilos grampositivos cortos, inmóviles, que no contienen esporas. La temperatura óptima para su desarrollo es de 30-35° C. Estas bacterias fermentan fácilmente el azúcar y el ácido láctico, convirtiéndolos en ácido propiónico y acético con liberación de dióxido de carbono y agua:
ZS6H12O6 = 4CH3CH2COOH + 2CH3COOH + 2CO2 + 2H2O.
Un representante típico de este grupo de bacterias. Malo. ácido propionici Se desarrolla en la leche y los quesos duros. Algunas bacterias del ácido propiónico se utilizan para producir vitamina B 12 a escala industrial.
Fermentación con ácido butírico. Se trata del proceso de conversión de carbohidratos (azúcares, almidón, dextrina, pectina) y alcoholes (manitol, glicerina) por bacterias en condiciones anaeróbicas con formación de ácido butírico, dióxido de carbono e hidrógeno:
C6H,2O6 = CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2 +100800 J.
La fuente de nitrógeno para las bacterias del ácido butírico son las peptonas, los aminoácidos, las sales de amonio e incluso el nitrógeno molecular de la atmósfera. Además de los principales productos de fermentación, se forman alcoholes butílicos y etílicos, acetona y ácido acético.
Se han descrito 25 tipos de patógenos de la fermentación del ácido butírico. Todos ellos son grandes bastones móviles de 4-5 a 7-12 micrones de longitud, cuando se forman esporas, adquieren una forma fusiforme, grampositivas, anaerobias. A menudo se encuentra en el suelo, estiércol, agua contaminada, etc. Los más famosos son los siguientes:
1. clostridio pasteuriano - una bacteria típica del ácido butírico, produce ácido butírico, dióxido de carbono e hidrógeno (Fig. 11).
Arroz. once. clostridio pasteuriano
2. C. felsineo - fermenta sustancias pectínicas.
3. C. acetobutílico - fermenta los carbohidratos con la formación de alcohol butílico.
4. C. saccharobutyricum - convierte carbono-agua en ácido butírico y otros productos.
La temperatura óptima para el desarrollo de las bacterias del ácido butírico es de 30 a 40 °C. La fermentación del ácido butírico avanza bien con una reacción neutra. Si ocurre en un ambiente ácido, se acumulan alcohol butílico y acetona. El ácido butírico confiere al producto un sabor desagradable y un olor a aceite rancio.
Las bacterias del ácido butírico son sensibles a la reacción ácida del medio ambiente, por lo que pueden provocar el deterioro del ensilaje y de las verduras fermentadas si el ácido láctico se acumula demasiado lentamente.
El ácido butírico se utiliza ampliamente en tecnología. Sus ésteres tienen un olor agradable y se utilizan como sustancias aromáticas en las industrias de confitería y perfumería, por ejemplo, el éster metílico con olor a manzana, el éster etílico con olor a pera y el éster amílico con olor a piña.
Fermentación de acetona-butilo. Durante su proceso se forma mucho más alcohol butílico y acetona que durante la fermentación del ácido butírico. Los monosacáridos, disacáridos y el almidón sufren fermentación. Agente causante de la fermentación de acetona-butilo. clostridio acetobutílico - una varilla móvil de 3,5 a 5,0 micrones de tamaño, anaeróbica, formadora de esporas, a menudo sus células están conectadas en pares o en largas cadenas (Fig. 12).
Arroz. 12. clostridio acetobutílico
En la producción, la fermentación de acetona-butilo se lleva a cabo utilizando un cultivo bacteriano puro a una temperatura de 37 a 38 °C en un ambiente ácido. El proceso dura entre 36 y 40 horas.
La acetona y el alcohol butílico se utilizan ampliamente en las industrias química y de pinturas y barnices, así como en la producción de caucho sintético.
Descomposición aeróbica
Incluye procesos bioquímicos oxidativos asociados con la respiración de microorganismos en condiciones aeróbicas.
Los productos finales de la respiración a menudo pueden ser no solo dióxido de carbono y agua, sino también productos de oxidación incompleta o parcial de sustancias orgánicas (ácido cítrico, ácido acético, etc.). En la naturaleza, estas sustancias son utilizadas por otros microbios y las someten a una mayor oxidación a C0 2 y H 2 0. En condiciones naturales, no solo las sustancias orgánicas están sujetas a oxidación, sino también muchas inorgánicas: hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, amoníaco, óxido nitroso de hierro, compuestos reducidos. El tipo de oxidación más simple es la oxidación del hidrógeno molecular a agua:
2H2 + O2 = 2H2O + 579600 J.
Los procesos oxidativos juegan un papel importante, especialmente en condiciones de riego, donde el exceso de agua suele asociarse a procesos anaeróbicos y a la acumulación de compuestos tóxicos (FeO, FeS, MnO, CH 4). Las medidas destinadas a aumentar la aireación contribuirán a la oxidación: la conversión de FeO en FeO 3, H 2 S en H 2 SO 4, etc., es decir, en compuestos que no sean tóxicos para las plantas.
Oxidación del alcohol etílico en ácido acético. Este proceso lo lleva a cabo un grupo de bacterias del ácido acético según la ecuación.
CH3CH2OH + O2 = CH3COOH + H2O.
Los agentes causantes son las bacterias aeróbicas. Entre ellos se encuentran móviles e inmóviles. De la familia acetobacteria Se han descrito varias de las especies más importantes de bacterias típicas del ácido acético, como acetobacteria aceti (Figura 13), acetobacteria pasteuriano, acetobacteria oreanes schutzenbachii.
Arroz. 13. acetobacteria aceti.
Las bacterias de este género son bacilos gramnegativos que varían en tamaño de 0,5 a 8 micrones, a veces conectados en cadenas. No hay disputa. Algunos tipos de bacterias se diferencian de otros en tamaño, diferente resistencia al alcohol y capacidad de acumular más o menos ácido en el ambiente (del 6 al 11,5%).
Para la preparación industrial de ácido acético se utiliza vino de uva o una solución de alcohol acético (10-12% de alcohol y 1% de ácido acético). Para alimentar a las bacterias del ácido acético, se añaden al sustrato las sales minerales y vitaminas necesarias. La temperatura óptima para el desarrollo de estas bacterias es de 20 a 35° C. Muchas bacterias del ácido acético forman películas gruesas y duraderas características sobre el sustrato.
Las bacterias del ácido acético están muy extendidas en la naturaleza y se encuentran en frutas maduras, bayas, verduras encurtidas, vino, cerveza y kvas.
Oxidación de carbohidratos a ácido cítrico. El ácido cítrico se obtiene mediante moldes. Aspergilo, que están muy extendidos en la naturaleza y se encuentran en una amplia variedad de sustratos.
La principal materia prima para la producción de ácido cítrico es la melaza (melaza negra). Su solución, que contiene aproximadamente un 15% de azúcar con la adición de diversas sales minerales, se inocula con esporas de hongos en cubetas planas y abiertas. Con buena aireación en cámaras especiales, el proceso dura de 6 a 7 días a una temperatura de unos 30°C. El rendimiento de ácido cítrico es del 50-60% del azúcar consumido. Cuando la cantidad de azúcar es insuficiente, los hongos consumen el propio ácido cítrico.
Recientemente, se ha comenzado a introducir un método "profundo" de cultivo del hongo en recipientes especiales cerrados (fermentadores) con aireación intensa. Este método aumenta la productividad del proceso y evita la contaminación del líquido por microflora extraña.
El ácido cítrico se utiliza ampliamente en medicina, así como en la fabricación de productos de confitería, bebidas no alcohólicas y cocina.
oxidación de grasasYácidos grasos. Al ingresar al suelo junto con los residuos de animales y plantas, las grasas son completamente destruidas (hidrolizadas) por varios microorganismos. Esto produce glicerol y ácidos grasos. El proceso ocurre bajo la acción de la enzima lipasa a temperatura normal en presencia de agua. Hay muchos microbios que secretan esta enzima. Entre las bacterias aeróbicas se encuentra en Licenciado en Letras- cteria coli, Proteo vulgar, Bacilo micoides, Tú.a mí- reunión, Salmonela, así como estafilococos, neumococos y estreptococos. Algunas bacterias pigmentadas y fluorescentes descomponen las grasas con mayor energía (Malo. prodigioso, Malo. piocianero, Malo. fluorescente), actinomicetos y mohos. De los hongos, tienen una alta capacidad lipolítica. Oidio Ictdis, muchas especies de géneros Aspergilo Y Renicilio.
La hidrólisis de grasas por microorganismos ocurre constantemente y juega un papel importante en el ciclo general de sustancias en la naturaleza.
El glicerol y los ácidos grasos libres obtenidos durante la hidrólisis se oxidan gradualmente en el suelo por varios microbios y se convierten en ácidos humus, dióxido de carbono y agua.
Oxidaciónhidrocarburos. Los microorganismos del suelo utilizan estas sustancias como fuente de energía.
Muchas bacterias oxidan benceno, naftaleno, oxígeno, fenoles, polifenoles y creosoles.
El xileno, el tolueno y la gasolina participan en las reacciones metabólicas de muchos tipos de microbios, en particular seudomo- nas y micobacterias.
Existe un gran grupo de microorganismos capaces de descomponer los hidrocarburos del petróleo. El metano se puede oxidar en el suelo con un palo corto. Malo. metanisentarse con la formación de compuestos orgánicos y CO 2. Esta habilidad también la posee Malo. ptocianeum, Malo. fluorescente.
Otros microorganismos, muy extendidos en el suelo cerca de los pozos petroleros, oxidan vigorosamente el etano y el propano. (Pseudomonas, propánica), Aceites minerales contenidos en petróleo y parafina. (Desulfovibrio).
Los hidrocarburos son descompuestos no solo por bacterias, sino también por muchos actinomicetos y algunos hongos.
Descomposición de celulosa (fibra). Entre las sustancias químicas libres de nitrógeno de los residuos vegetales, la celulosa, la lignina y las pectinas se descomponen con relativa lentitud bajo la influencia de microorganismos.
En la naturaleza, la celulosa, bajo la influencia de la enzima celulosa, se convierte primero en el disacárido celobiosa y luego, bajo la acción de la enzima celobiosa, se convierte en glucosa. Los microorganismos que degradan las fibras son más comunes en el suelo y también se encuentran en el lodo, el estiércol e incluso en el tracto digestivo de muchos animales.
Un representante típico de las bacterias anaeróbicas que descomponen la celulosa. clostridio celulosa omelianskii (Figura 14).
Arroz. 14. clostridio celulosa omelianskii: 1 - células jóvenes; 2 - "Baquetas"; 3 - disputas.
Fue aislada por primera vez por V. L. Omelyansky en 1902. Esta bacteria móvil en forma de bastón, de 4 a 7 micrones de largo, toma la forma de un muslo durante la formación de esporas. Las bacterias termófilas que descomponen la celulosa se encuentran en la naturaleza: C. termocelda - un pequeño bacilo gramnegativo formador de esporas y Bacilo celulosa se disuelve - varilla de 12 micras de largo. La temperatura óptima para ellos es de 55-56°C, la reacción del medio ambiente es casi neutra.
De las bacterias aeróbicas que descomponen la celulosa, bacterias del género citofaga de la clase Mixobacteriae. Son células gramnegativas largas y curvas sin membrana.
Otros tipos de bacterias que descomponen activamente la celulosa incluyen las siguientes:
1. Cellvibrio - bacterias pequeñas, ligeramente curvadas en forma de bastón con extremos redondeados, con un tamaño promedio de 1,5 micrones, con mayor frecuencia monótricas o lofótricas, grampositivas. Cuando se cultivan sobre papel, forman un pigmento amarillo. La temperatura óptima para su desarrollo es de 28-30°C. La descomposición de la celulosa se produce mejor con una reacción neutra o ligeramente alcalina.
2. facicula celular- un palo en forma de hoz con extremos puntiagudos, móvil. Cuando se cultiva en papel de filtro, produce un pigmento verde.
Bajo la influencia de formas aeróbicas de bacterias, la fibra se convierte en una sustancia gelatinosa muy resistente a la acción de los microbios.
Además de las bacterias, ciertos tipos de proactinomicetos y actinomicetos pueden descomponer la fibra. (estreptomices) y champiñones (Trichoderma, botritis, Aspergilo y etc.).
En suelos ácidos, la celulosa es destruida principalmente por hongos.
En el suelo, cuando la fibra es hidrolizada por microorganismos, se forma humus. En el tracto digestivo de los animales herbívoros, hasta el 70% de la fibra ingerida con los alimentos es descompuesta por microbios, lo que contribuye a una mejor digestibilidad del forraje.
Descomposición de la lignina. La lignina es destruida por muy pocos microorganismos, principalmente actinomicetos, hongos y algunas bacterias. De los hongos que descomponen la lignina en el suelo, podemos destacar representantes Merulius (Figura 15) , Conífora, fusarium, Mucor.
Arroz. 15. Merulius lacrymans.
La descomposición de la lignina es siempre el resultado de una simbiosis o asociación de bacterias. Dado que esta sustancia es muy resistente, el proceso de destrucción avanza con relativa lentitud. Por tanto, la lignina tiende a acumularse en el suelo y sirve de base para la formación de complejos de humus.
Descomposición de sustancias pectínicas. Las sustancias pectinas son polisacáridos complejos. Parecen unir células en tejidos vegetales. Su nombre proviene de su capacidad para producir una masa gelatinosa cuando se hierve (del griego pectos - gelatinoso).
La degradación completa de la pectina se lleva a cabo bajo la influencia de las enzimas protopectinasa, pectinasa y pectasa en ácidos orgánicos, alcoholes y gases. Numerosas bacterias anaeróbicas, mohos y actinomicetos tienen propiedades pectinolíticas.
Los agentes causantes de la fermentación de pectina en condiciones anaeróbicas incluyen bacterias grampositivas móviles formadoras de esporas con un tamaño de 10 a 15 micrones. De estos, el más famoso clo- estridio pectinovorum Y C. felsineus.
Las bacterias aeróbicas capaces de descomponer sustancias pectínicas incluyen Bacilo mesenterctis, Pseudomonas fluo- rescesos. Entre los hongos del moho, los más activos son Aspergilo Níger, PenicilliumYbotritis cinerea, EN.subtilis (Figura 16).
Arroz. dieciséis. Bacillus subtilis.
El proceso de descomposición de sustancias pectínicas se utiliza ampliamente para aislar fibras de los tallos de las plantas del líber (lino, cáñamo, yute, etc.) que se utilizan para fabricar hilos. Para destruir las sustancias pectínicas de las plantas del líber, se utiliza un remojo en agua anaeróbica.
Después de la destrucción de las sustancias pectínicas, los enlaces entre las fibras del líber y las células de otros tejidos del tallo se debilitan y, después del secado, se separan fácilmente mecánicamente (mediante raspado y raspado).
9 TRANSFORMACIÓN DE COMPUESTOS NITRÓGENOS POR MICROORGANISMOS
El nitrógeno, junto con elementos minerales como azufre, fósforo, hierro, potasio, etc., es una parte integral de la materia viva. Un gran suministro de nitrógeno molecular atmosférico en nuestro planeta. La fracción de masa de nitrógeno libre en aire seco es 0,755 (75,5%) y su fracción de volumen es 0,781 (78,1%). Por encima de cada hectárea de suelo se eleva una columna de aire, en la que se concentran 80.000 toneladas de nitrógeno molecular. Las plantas no pueden absorber este nitrógeno, pero algunos microorganismos del suelo tienen la capacidad, con la ayuda de enzimas, de fijar el nitrógeno atmosférico y sintetizar proteínas. Por tanto, la primera etapa de la transformación del nitrógeno en la naturaleza es su fijación por microorganismos.
El nitrógeno proteico de los microorganismos, así como el nitrógeno de las plantas y los animales, después de su muerte, es mineralizado en el suelo por un gran grupo de bacterias amonificadoras hasta formar amoníaco. Por tanto, la segunda etapa de la conversión de nitrógeno se llama amonificación.
En la tercera etapa, las bacterias nitrificantes oxidan parcialmente el nitrógeno amónico a nitratos; este proceso se llama nitrificación.
Finalmente, en la cuarta etapa, algunos tipos de bacterias reducen parcialmente el nitrógeno nitrato a nitrógeno molecular bajo ciertas condiciones: se produce el proceso de desnitrificación.