בית › מדריך לימוד

חיידקי חומצה לקטית נמצאים בשימוש נרחב לייצור חלב מכורבל, קפיר, אסידופילוס, קומיס, שמנת חמוצה, קוואס, גבינות, כמו גם באפייה, כבישת ירקות, הצפנת מספוא, הלבשת עורות פרווה ובייצור חומצת חלב.

תסיסה של חומצה פרופיונית.סוג זה של תסיסה נגרם על ידי חיידקי חומצה פרופיונית אנאירובית, שהם מוטות קצרים, חסרי תנועה, לא נבגים, גראם חיוביים. הטמפרטורה האופטימלית ל"התפתחותם היא 30-35 מעלות צלזיוס. חיידקים אלה מתסיסים בקלות סוכר וחומצה לקטית, והופכים אותם לחומצות פרופיוניות ואצטית עם שחרור פחמן דו חמצני ומים:

ZS 6 H 12 O 6 \u003d 4CH3CH 2 COOH + 2CH 3 COOH + 2CO 2 + 2H 2 O.

נציג טיפוסי של קבוצת חיידקים זו רַע. acidi propionici מתפתח בחלב וגבינות קשות. חלק מחיידקי חומצה פרופיונית משמשים לייצור ויטמין B 12 בקנה מידה תעשייתי.

תסיסה בוטירית.זהו תהליך המרת פחמימות (סוכרים, עמילן, דקסטרין, פקטין) ואלכוהול (מניטול, גליצרין) על ידי חיידקים בתנאים אנאירוביים עם היווצרות חומצה בוטירית, פחמן דו חמצני ומימן:

C 6 H, 2O 6 \u003d CH 3 CH 2 CH 2 COOH + 2CO 2 + 2H 2 +100 800 J.

מקור החנקן לחיידקי בוטירי הם פפטון, חומצות אמינו, מלחי אמוניום, ואפילו חנקן אטמוספרי מולקולרי. בנוסף למוצרי התסיסה העיקריים נוצרים בוטיל ואתיל אלכוהול, אצטון וחומצה אצטית.

תוארו 25 סוגים של פתוגנים של תסיסה בוטירית. כולם מקלות גדולים ניתנים להזזה באורך 4-5 עד 7-12 מיקרון, כאשר נוצרים נבגים, הם הופכים לצורת ציר, גרם חיובי, אנאירובי. נמצא לעתים קרובות באדמה, זבל, מים מזוהמים וכו' המפורסמים שבהם הם הבאים:

1. קלוסטרידיום pasteurianum - חיידק חומצה בוטירית טיפוסית, יוצר חומצה בוטירית, פחמן דו חמצני ומימן (איור 11).

אורז. אחד עשר. קלוסטרידיום pasteurianum

2. ג. felsineum - מתסיס חומרי פקטין.

3. ג. acetobutylicum - מתסיס פחמימות עם היווצרות אלכוהול בוטיל.

4. ג. saccharobutyricum - הופך פחמימות לחומצה בוטירית ומוצרים אחרים.

הטמפרטורה האופטימלית להתפתחות של חיידקי חומצה בוטירית היא 30-40 מעלות צלזיוס. התסיסה הבוטירית מתקדמת היטב עם תגובה ניטרלית. אם זה הולך בסביבה חומצית, אז בוטיל אלכוהול ואציטון מצטברים. חומצה בוטירית מעניקה למוצר טעם וריח לא נעימים של שמן מעופש.

חיידקי חומצת בוטירית רגישים לסביבות חומציות, ולכן הם עלולים לגרום לקלקול של תחמיץ וירקות מותססים אם חומצת חלב מצטברת לאט מדי.

חומצה בוטירית נמצאת בשימוש נרחב בהנדסה. לאסטרים שלו ריח נעים ומשמשים כחומרים ארומטיים בתעשיות הממתקים והבישום, למשל מתיל אתר עם ריח תפוח, אתיל אסטר עם ריח אגסים, עמיל אתר עם ריח אננס.

תסיסת אצטון בוטיל.בתהליך שלו נוצרים הרבה יותר בוטיל אלכוהול ואצטון מאשר במהלך התסיסה בוטירית. חד סוכרים, דו סוכרים ועמילן עוברים תסיסה. הגורם הסיבתי של תסיסת אצטונובוטיל קלוסטרידיום acetobutylicum - מוט נייד בגודל 3.5-5.0 מיקרון, אנאירובי, יוצר נבגים, לרוב התאים שלו מחוברים בזוגות או בשרשראות ארוכות (איור 12).

אורז. 12. קלוסטרידיום acetobutylicum

בייצור, תסיסת אצטונובוטיל מתבצעת על תרבית טהורה של חיידקים בטמפרטורה של 37-38 מעלות צלזיוס בסביבה חומצית. התהליך נמשך 36-40 שעות.

אצטון ובוטיל אלכוהול נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות הכימיות והצבע, כמו גם בייצור גומי סינטטי.

פירוק אירובי

הוא כולל תהליכים ביוכימיים חמצוניים הקשורים לנשימה של מיקרואורגניזמים בתנאים אירוביים.

התוצרים הסופיים של הנשימה יכולים לרוב להיות לא רק פחמן דו חמצני ומים, אלא גם תוצרים של חמצון חלקי או חלקי של חומרים אורגניים (חומצת לימון, חומצה אצטית וכו'). בטבע, חומרים אלו משתמשים בחיידקים אחרים ומעבירים אותם לחמצון נוסף ל-CO 2 ו- H 2 0. בתנאים טבעיים, לא רק חומרים אורגניים, אלא גם חומרים לא אורגניים רבים נתונים לחמצון: מימן, מימן גופרתי, אמוניה, פרוקסיד ברזל, תרכובות מופחתות. הסוג הפשוט ביותר של חמצון הוא החמצון של מימן מולקולרי למים:

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + 579600 J.

תהליכי חמצון ממלאים תפקיד חשוב, במיוחד בתנאי השקיה, שבהם עודפי מים קשורים לעתים קרובות לתהליכים אנאירוביים והצטברות של תרכובות רעילות (FeO, FeS, MnO, CH 4). אמצעים שמטרתם הגברת אוורור יתרמו לחמצון - העברה של FeO ל-FeO 3, H 2 S ל-H 2 SO 4 וכו', כלומר לתרכובות שאינן רעילות לצמחים.

חמצון של אלכוהול אתילי לחומצה אצטית.תהליך זה מתבצע על ידי קבוצה של חיידקי חומצה אצטית לפי המשוואה.

CH 3 CH 2 OH + O 2 \u003d CH 3 COOH + H 2 O.

הגורמים הגורמים הם חיידקים אירוביים. ביניהם יש ניידים וחסרי תנועה. מהסוג אצטובקטר מתוארים מספר מהסוגים החשובים ביותר של חיידקי חומצה אצטית טיפוסיים, כגון אצטובקטר aceti (איור 13), אצטובקטר pasteurianum, אצטובקטר אוריאן Schutzenbachii.

אורז. 13. אצטובקטר aceti.

חיידקים מהסוג הזה הם מוטות גרם שליליים בגודל של 0.5 עד 8 מיקרון, לפעמים מחוברים בשרשראות. מחלוקת לא נוצרת. סוגים מסוימים של חיידקים שונים מאחרים בגודלם, בעמידות שונה לאלכוהול וביכולת לצבור פחות או יותר חומצה במדיום (מ-6 עד 11.5%).

להכנה תעשייתית של חומצה אצטית, נעשה שימוש ביין ענבים או בתמיסת אלכוהול אצטית (10-12% אלכוהול ו-1% חומצה אצטית). כדי להאכיל את חיידקי חומצה אצטית, מוסיפים למצע את המלחים המינרלים והוויטמינים הדרושים. הטמפרטורה האופטימלית להתפתחות חיידקים אלו היא 20-35 מעלות צלזיוס. חיידקי חומצה אצטית רבים יוצרים סרטים עבים חזקים אופייניים על המצע.

חיידקי חומצה אצטית מופצים באופן נרחב בטבע, נמצאים על פירות בשלים, פירות יער, ירקות כבושים, יין, בירה וקוואס.

חמצון של פחמימות לחומצת לימון. חומצת לימון מתקבלת באמצעות פטריות עובש אספרגילוס, אשר מופצים באופן נרחב בטבע ונמצאים במגוון רחב של מצעים.

חומר הגלם העיקרי לייצור חומצת לימון הוא מולסה (מולסה שחורה). התמיסה שלו, המכילה כ-15% סוכר בתוספת מלחים מינרליים שונים, מחוסנת בנבגי פטריות בקובטות פתוחות שטוחות. עם אוורור טוב בתאים מיוחדים, התהליך נמשך 6-7 ימים בטמפרטורה של כ-30 מעלות צלזיוס. תפוקת חומצת לימון היא 50-60% מהסוכר הנצרך. עם כמות לא מספקת של סוכר, פטריות צורכות חומצת לימון בעצמה.

לאחרונה החלה להכניס את השיטה ה"עמוקה" של טיפוח הפטרייה במיכלים סגורים מיוחדים (תסיסים) עם אוורור אינטנסיבי. שיטה זו מגבירה את הפרודוקטיביות של התהליך ומונעת זיהום הנוזל על ידי מיקרופלורה זרה.

חומצת לימון נמצאת בשימוש נרחב ברפואה, כמו גם בייצור ממתקים, משקאות קלים ובבישול.

חמצון שומןוחומצות שומן.השומנים נכנסים לאדמה יחד עם שאריות של בעלי חיים וצמחים, שומנים נהרסים לחלוטין (הידרוליזה) על ידי מיקרואורגניזמים שונים. זה מייצר גליצרול וחומצות שומן. התהליך ממשיך תחת פעולת האנזים ליפאז בטמפרטורה רגילה בנוכחות מים. ישנם לא מעט חיידקים שמפרישים את האנזים הזה. בין חיידקים אירוביים, הוא נמצא ב תוֹאַר רִאשׁוֹן- קטריה coli, פרוטאוס וולגריס, בצילוס mycoides, אתה.לִי- אוסף, סלמונלה, כמו גם בסטפילוקוק, פנאומוקוק וסטרפטוקוק. כמה חיידקים פיגמנטים ופלורסנטים מפרקים שומנים בצורה הנמרצת ביותר. (רַע. פרודיגיוסום, רַע. pyocyanerum, רַע. פלואורסצנטי), actinomycetes ופטריות. מבין הפטריות, יש להן יכולת ליפוליטית גבוהה אוידיום איקטדיס, מינים רבים מהסוגים אספרגילוס ו מִחָדָשׁניציליום.

הידרוליזה של שומנים על ידי מיקרואורגניזמים מתרחשת ללא הרף וממלאת תפקיד משמעותי במחזור הכללי של חומרים בטבע.

הגליצרול וחומצות השומן החופשיות המתקבלות בתהליך הידרוליזה מתחמצנים באדמה בהדרגה על ידי חיידקים שונים והופכים לחומצות חומוס, פחמן דו חמצני ומים.

חִמצוּןפחמימנים.מיקרואורגניזמים בקרקע משתמשים בחומרים אלה כמקור אנרגיה.

חיידקים רבים מחמצנים בנזן, נפתלין, פנולים חמצן, פוליפנולים וקראוסולים.

קסילן, טולואן ובנזין מעורבים בתגובות החלפה של סוגים רבים של חיידקים, במיוחד פסאודומו- לָנוּ ומיקובקטריה.

ישנה קבוצה גדולה של מיקרואורגניזמים המסוגלים לפרק פחמימנים נפט. ניתן לחמצן את המתאן באדמה בעזרת מקל קצר רַע. metaniלְנַפּוֹתעם היווצרות תרכובות אורגניות ו-CO 2 . גם יכולת זו רַע. ptjocyaneum, רַע. פלואורסצנטי.

מיקרואורגניזמים אחרים, המופצים באופן נרחב באדמה ליד בארות נפט, מחמצנים נמרצות אתאן, פרופאן (פסאודומונס, פרופניקה), שמנים מינרליים הכלולים בנפט ובפרפין (דסולפובריו).

פחמימנים מפורקים לא רק על ידי חיידקים, אלא גם על ידי אקטינומיציטים רבים וכמה פטריות.

פירוק תאית (סיבים).בין החומרים הכימיים נטולי חנקן של שאריות צמחים, חומרים תאית, ליגנין ופקטין מתפרקים לאט יחסית בפעולת מיקרואורגניזמים.

בטבע, תאית, בהשפעת האנזים תאית, הופכת תחילה לדיסכריד צלוביוזה, ולאחר מכן, בפעולת האנזים צלוביאז, היא הופכת לגלוקוז. מיקרואורגניזמים המפרקים סיבים נפוצים ביותר בקרקע, והם מצויים גם בבוצה, בזבל ואפילו במערכת העיכול של בעלי חיים רבים.

נציג טיפוסי של חיידקים מתפרקים תאית אנאירוביים קלוסטרידיום צלולוזים omelianskii (איור 14).

אורז. 14. קלוסטרידיום צלולוזים omelianskii: 1 - תאים צעירים; 2 - "מקלות תיפוף"; 3 - מחלוקות.

הוא בודד לראשונה על ידי V. L. Omelyansky בשנת 1902. זהו חיידק נייד בצורת מוט באורך 4-7 מיקרון, כאשר נבגים לובשים צורה של מקל תוף. חיידקים תרמופילים המפרקים תאית נמצאים בטבע: ג. תרמוצלום - בצילוס קטן גרם שלילי היוצר נבגים ו בצילוס צלולוזים מתמוסס - מקל באורך 12 מיקרון. הטמפרטורה האופטימלית עבורם היא 55-56 מעלות צלזיוס, התגובה של המדיום קרובה לנייטרלי.

מהחיידקים האירוביים המפרקים תאית, חיידקים מהסוג ציטופאגהמהכיתה Myxobacteriae. אלו הם תאים גרם שליליים מעוקלים ארוכים ללא ממברנה.

מבין סוגי החיידקים האחרים המפרקים תאית באופן פעיל, ניתן לציין את הדברים הבאים:

1. Cellvibrio - חיידקים קטנים, מעוקלים מעט, בצורת מוט עם קצוות מעוגלים, בגודל ממוצע של 1.5 מיקרון, לעתים קרובות יותר מונוטריכיים או לופוטריים, חיוביים לגרם. כאשר מטפחים אותם על נייר, הם יוצרים פיגמנט צהוב. הטמפרטורה האופטימלית להתפתחותם היא 28-30 מעלות צלזיוס. מחשוף התא ממשיך טוב יותר עם תגובה ניטרלית או מעט בסיסית.

2. Cellfacicula- מקל בצורת מגל עם קצוות מחודדים, ניתן להזזה. כאשר הוא גדל על נייר סינון, הוא מייצר פיגמנט ירוק.

בהשפעת צורות אירוביות של חיידקים, הסיבים הופכים לחומר ג'לטיני, עמיד מאוד בפני פעולתם של חיידקים.

בנוסף לחיידקים, סוגים מסוימים של proactinomycetes, actinomycetes יכולים לפרק סיבים. (Streptomyces) ופטריות (טריכודרמה, בוטריטיס, אספרגילוס וכו.).

בקרקעות חומציות, תאית נהרסת בעיקר על ידי פטריות.

חומוס נוצר באדמה במהלך הידרוליזה של סיבים על ידי מיקרואורגניזמים. במערכת העיכול של אוכלי עשב, עד 70% מהסיבים הנלקחים עם מזון מפורקים על ידי חיידקים, מה שתורם לעיכול טוב יותר של חומר הגלם.

פירוק של ליגנין.הליגנין מתפורר על ידי מעט מאוד מיקרואורגניזמים, בעיקר אקטינומיציטים, פטריות וכמה חיידקים. מבין הפטריות המפרקות ליגנין באדמה, ניתן לציין נציגים מרוליוס (איור 15) , קוניפורה, פוסריום, Mucor.

אורז. 15. Merulius lacrymans.

פירוק הליגנין הוא תמיד תוצאה של סימביוזה או אסוציאציה של חיידקים. מכיוון שלחומר זה יש יציבות רבה, תהליך ההרס שלו מתקדם באיטיות יחסית. לכן, ליגנין נוטה להצטבר באדמה ומשמש בסיס להיווצרות מתחמי חומוס.

פירוק הפקטינים.חומרים פקטיים הם פוליסכרידים מורכבים. נראה שהם מדביקים תאים ברקמות הצמחים. שמם נובע מהיכולת לתת מסה ג'לטינית בעת רתיחה (פקטוס יווני - חתיך ללא צורה).

הפירוק המלא של הפקטין מתבצע בהשפעת האנזימים פרוטופקטינאז, פקטינאז ופקטאז לחומצות אורגניות, אלכוהולים וגזים. לחיידקים אנאירוביים רבים, פטריות עובש, אקטינומיציטים יש תכונות פקטינוליטיות.

הגורמים הסיבתיים של תסיסת פקטין בתנאים אנאירוביים כוללים חיידקים תנועתיים גראם חיוביים היוצרים נבגים בגודל 10-15 מיקרון. מבין אלה, המפורסם ביותר Clo- סטרידיום pectinovorumו ג. felsineus.

חיידקים אירוביים המסוגלים לפרק חומרי פקטין כוללים בצילוס mesenterctis, פסאודומונס פלואו- הפסקות. בין פטריות עובש, הפעילים ביותר אספרגילוס ניז'ר, פניציליוםובוטריטיס סינריאה, IN.subtilis (איור 16).

אורז. 16. bacillus subtilis.

תהליך הפירוק של חומרי פקטין נמצא בשימוש נרחב בבידוד סיבים מגבעולים של צמחי באסט (פשתן, קנבוס, יוטה וכו') המשמשים לייצור חוטים. כדי להשמיד את חומרי הפקטין של צמחי באסט, משתמשים באונה מים אנאירובית.

לאחר הרס הפקטין, הקשרים בין סיבי הבאסט ותאי רקמות אחרות של הגבעול נחלשים ולאחר הייבוש מופרדים בקלות מכנית (על ידי שפשוף ושריטה).

המרת 9 מיקרואורגניזמים של תרכובות חנקן

חנקן, יחד עם יסודות מינרלים כמו גופרית, זרחן, ברזל, אשלגן וכו', הוא חלק בלתי נפרד מהחומר החי. רזרבה גדולה על הפלנטה שלנו היא חנקן מולקולרי אטמוספרי. חלק המסה של חנקן חופשי באוויר יבש הוא 0.755 (75.5%), ושבר הנפח שלו הוא 0.781 (78.1%). מעל כל דונם של אדמה מתנשא עמוד אוויר ובו מרוכזים 80,000 טון חנקן מולקולרי. צמחים אינם יכולים להטמיע חנקן זה, אולם לחלק ממיקרואורגניזמים בקרקע יש את היכולת לקבע חנקן אטמוספרי בעזרת אנזימים ולסנתז חלבון. לפיכך, השלב הראשון בהמרה של חנקן בטבע הוא קיבועו על ידי מיקרואורגניזמים.

החנקן החלבון של מיקרואורגניזמים, כמו גם החנקן של צמחים ובעלי חיים, לאחר מותם, עובר מינרליזציה באדמה על ידי קבוצה גדולה של חיידקים האמוניציונים לאמוניה. לכן, השלב השני של המרת חנקן נקרא אמוניפיקציה.

בשלב השלישי, חנקן אמוניום מחומצן חלקית לחנקות על ידי חיידקים מחנקים, תהליך זה נקרא ניטריפיקציה.

לבסוף, בשלב הרביעי, חנקן חנקתי מופחת חלקית לחנקן מולקולרי על ידי סוגים מסוימים של חיידקים בתנאים מסוימים - תהליך הדניטריפיקציה מתרחש.