Pieno rūgšties bakterijos plačiai naudojamos rūgpienio, kefyro, acidofilų, kumiso, grietinės, giros, sūrių gamyboje, taip pat kepant, rauginant daržoves, silosuojant pašarus, trinant kailių odas ir gaminant pieno rūgštį.
propiono rūgšties fermentacija.Šio tipo fermentaciją sukelia anaerobinės propiono rūgšties bakterijos, kurios yra trumpos, nejudrios, nesporuojančios, gramteigiamos lazdelės. Optimali temperatūra jų vystymuisi yra 30-35 ° C. Šios bakterijos lengvai fermentuoja cukrų ir pieno rūgštį, paversdamos jas propiono ir acto rūgštimis, išskirdamos anglies dioksidą ir vandenį:
ZS 6 H 12 O 6 \u003d 4CH3CH 2COOH + 2CH 3 COOH + 2CO 2 + 2H 2 O.
Tipiškas šios bakterijų grupės atstovas Blogai. acidi propionici vystosi piene ir kietuose sūriuose. Kai kurios propiono rūgšties bakterijos naudojamos vitamino B 12 gamybai pramoniniu mastu.
Sviesto fermentacija. Tai angliavandenių (cukrų, krakmolo, dekstrino, pektino) ir alkoholių (manitolio, glicerino) pavertimo bakterijomis anaerobinėmis sąlygomis procesas, kurio metu susidaro sviesto rūgštis, anglies dioksidas ir vandenilis:
C 6 H, 2O 6 \u003d CH 3 CH 2 CH 2 COOH + 2CO 2 + 2H 2 +100 800 J.
Sviesto bakterijų azoto šaltinis yra peptonai, aminorūgštys, amonio druskos ir net molekulinis atmosferos azotas. Be pagrindinių fermentacijos produktų, susidaro butilo ir etilo alkoholiai, acetonas ir acto rūgštis.
Aprašyti 25 sviesto fermentacijos patogenų tipai. Visos jos yra kilnojamos didelės nuo 4-5 iki 7-12 mikronų ilgio lazdelės, susidariusios sporoms tampa verpstės formos, gramteigiamos, anaerobinės. Dažnai randama dirvožemyje, mėšle, užterštame vandenyje ir kt. Garsiausi iš jų yra šie:
1. Clostridium pasteurianum - tipiška sviesto rūgšties bakterija, sudaro sviesto rūgštį, anglies dioksidą ir vandenilį (11 pav.).
Ryžiai. vienuolika. Clostridium pasteurianum
2. C. felsineum - fermentuoja pektino medžiagas.
3. C. acetobutilas - fermentuoja angliavandenius, susidarant butilo alkoholiui.
4. C. saccharobutyricum - angliavandenius paverčia sviesto rūgštimi ir kitais produktais.
Optimali temperatūra sviesto rūgšties bakterijoms vystytis yra 30-40 °C. Sviesto fermentacija vyksta gerai su neutralia reakcija. Jei jis patenka į rūgščią aplinką, kaupiasi butilo alkoholis ir acetonas. Sviesto rūgštis suteikia produktui nemalonų apkarstančio aliejaus skonį ir kvapą.
Sviesto rūgšties bakterijos jautrios rūgščiai aplinkai, todėl per lėtai kaupiantis pieno rūgščiai gali sugesti silosas ir raugintos daržovės.
Sviesto rūgštis plačiai naudojama inžinerijoje. Jo esteriai malonaus kvapo ir naudojami kaip aromatinės medžiagos konditerijos ir parfumerijos pramonėje, pavyzdžiui, obuolių kvapo metilo eteris, kriaušių kvapo etilo esteris, ananasų kvapo amilo eteris.
Acetono butilo fermentacija. Jo procese butilo alkoholio ir acetono susidaro daug daugiau nei sviesto fermentacijos metu. Monosacharidai, disacharidai ir krakmolas fermentuojami. Acetonobutilo fermentacijos sukėlėjas Clostridium acetobutilas - mobilus 3,5-5,0 mikronų dydžio strypas, anaerobinis, sporinis, dažnai jo ląstelės jungiasi poromis arba ilgomis grandinėmis (12 pav.).
Ryžiai. 12. Clostridium acetobutilas
Gaminant acetonobutilo fermentacija atliekama grynoje bakterijų kultūroje 37–38 ° C temperatūroje rūgščioje aplinkoje. Procesas tęsiasi 36-40 valandų.
Acetonas ir butilo alkoholis plačiai naudojami chemijos ir dažų pramonėje, taip pat sintetinės gumos gamyboje.
Aerobinis skilimas
Tai apima oksidacinius biocheminius procesus, susijusius su mikroorganizmų kvėpavimu aerobinėmis sąlygomis.
Galutiniais kvėpavimo produktais dažnai gali būti ne tik anglies dioksidas ir vanduo, bet ir nevisiško ar dalinio organinių medžiagų (citrinų rūgšties, acto rūgšties ir kt.) oksidacijos produktai. Gamtoje šios medžiagos naudoja kitus mikrobus ir toliau juos oksiduoja iki CO 2 ir H 2 0. Natūraliomis sąlygomis oksiduojasi ne tik organinės, bet ir daugelis neorganinių medžiagų: vandenilis, sieros vandenilis, amoniakas, geležies peroksidas, redukuoti junginiai. Paprasčiausias oksidacijos būdas yra molekulinio vandenilio oksidavimas į vandenį:
2H2 + O2 \u003d 2H2O + 579600 J.
Oksidaciniai procesai atlieka svarbų vaidmenį, ypač drėkinimo sąlygomis, kai vandens perteklius dažnai yra susijęs su anaerobiniais procesais ir toksiškų junginių (FeO, FeS, MnO, CH 4) kaupimu. Priemonės, kuriomis siekiama padidinti aeraciją, prisidės prie oksidacijos – FeO pernešimo į FeO 3, H 2 S į H 2 SO 4 ir kt., t.y. į augalams netoksiškus junginius.
Etilo alkoholio oksidavimas iki acto rūgšties.Šį procesą pagal lygtį vykdo acto rūgšties bakterijų grupė.
CH 3 CH 2 OH + O 2 \u003d CH 3 COOH + H 2 O.
Sukėlėjai yra aerobinės bakterijos. Tarp jų yra mobiliųjų ir nejudančių. Tokios Acetobakterija aprašyta nemažai svarbiausių tipinių acto rūgšties bakterijų tipų, pvz Acetobakterija aceti (13 pav.), Acetobakterija pasteurianum, Acetobakterija rūdos Schutzenbachii.
Ryžiai. 13. Acetobakterija aceti.
Šios genties bakterijos yra gramneigiamos lazdelės, kurių dydis svyruoja nuo 0,5 iki 8 mikronų, kartais sujungtos grandinėmis. Ginčas nesusidaro. Kai kurios bakterijų rūšys nuo kitų skiriasi dydžiu, skirtingu atsparumu alkoholiui, gebėjimu kaupti terpėje daugiau ar mažiau rūgšties (nuo 6 iki 11,5%).
Pramoniniam acto rūgšties paruošimui naudojamas vynuogių vynas arba acto alkoholio tirpalas (10-12% alkoholio ir 1% acto rūgšties). Kad pamaitintų acto rūgšties bakterijas, į substratą dedama reikalingų mineralinių druskų ir vitaminų. Optimali temperatūra šių bakterijų vystymuisi yra 20-35° C. Daugelis acto rūgšties bakterijų ant pagrindo suformuoja būdingas stiprias storas plėveles.
Acto rūgšties bakterijos plačiai paplitusios gamtoje, aptinkamos ant prinokusių vaisių, uogų, raugintų daržovių, vyno, alaus, giros.
Angliavandenių oksidacija iki citrinos rūgšties. Citrinų rūgštis gaunama naudojant pelėsinius grybus Aspergilas, kurie plačiai paplitę gamtoje ir randami įvairiausiuose substratuose.
Pagrindinė citrinų rūgšties gamybos žaliava yra melasa (juodoji melasa). Jo tirpalas, kuriame yra apie 15% cukraus, pridedant įvairių mineralinių druskų, yra pasėjamas grybelio sporomis plokščiose atvirose kiuvetėse. Esant gerai aeracijai specialiose kamerose, procesas tęsiasi 6-7 dienas apie 30°C temperatūroje. Citrinų rūgšties išeiga sudaro 50-60% suvartojamo cukraus. Esant nepakankamam cukraus kiekiui, grybai suvartoja pačią citrinos rūgštį.
Pastaruoju metu pradėtas diegti „gilusis“ grybo auginimo specialiuose uždaruose induose (fermentatoriuose) su intensyvia aeracija būdas. Šis metodas padidina proceso produktyvumą ir apsaugo nuo skysčio užteršimo svetima mikroflora.
Citrinų rūgštis plačiai naudojama medicinoje, taip pat konditerijos gaminių, gaiviųjų gėrimų gamyboje, kulinarijoje.
Riebalų oksidacijaIrriebalų rūgštys. Patekę į dirvą kartu su gyvūnų ir augalų liekanomis, riebalai visiškai sunaikinami (hidrolizuojasi) įvairių mikroorganizmų. Taip susidaro glicerolis ir riebalų rūgštys. Procesas vyksta veikiant lipazės fermentui įprastoje temperatūroje, esant vandeniui. Šį fermentą išskiria nemažai mikrobų. Tarp aerobinių bakterijų jo randama Ba- cterija coli, Proteusas vulgaris, bacila mikoidai, Tu.aš- susirinkimas, Salmonella, taip pat sergant stafilokokais, pneumokokais ir streptokokais. Kai kurios pigmentinės ir fluorescencinės bakterijos intensyviausiai skaido riebalus. (Blogai. prodigiosum, Blogai. pyocyanerum, Blogai. fluorescencinis), aktinomicetai ir grybai. Iš grybų jie turi didelį lipolitinį gebėjimą Oidiumas Ictdis, daug rūšių iš genčių Aspergilas Ir Renicilija.
Riebalų hidrolizė, atliekama mikroorganizmų, vyksta nuolat ir vaidina svarbų vaidmenį bendroje medžiagų apykaitoje gamtoje.
Hidrolizės procese gautas glicerolis ir laisvosios riebalų rūgštys dirvožemyje palaipsniui oksiduojasi įvairių mikrobų ir virsta humuso rūgštimis, anglies dioksidu ir vandeniu.
Oksidacijaangliavandeniliai. Dirvožemio mikroorganizmai šias medžiagas naudoja kaip energijos šaltinį.
Daugelis bakterijų oksiduoja benzeną, naftaleną, deguonies fenolius, polifenolius ir kreozolius.
Ksilenas, toluenas ir benzinas dalyvauja daugelio rūšių mikrobų mainų reakcijose, ypač Pseudomo- mus ir mikobakterijos.
Yra didelė grupė mikroorganizmų, galinčių skaidyti naftos angliavandenilius. Metaną dirvoje galima oksiduoti trumpa lazdele Blogai. metanisietelis susidarant organiniams junginiams ir CO 2 . Šis gebėjimas taip pat yra Blogai. ptjocyaneum, Blogai. fluorescencinis.
Kiti mikroorganizmai, plačiai paplitę dirvožemyje prie naftos gręžinių, stipriai oksiduoja etaną, propaną (Pseudomonas, Propanica), mineralinės alyvos, esančios naftoje ir parafine (Desulfovibrio).
Angliavandenilius skaido ne tik bakterijos, bet ir daugelis aktinomicetų bei kai kurie grybai.
Celiuliozės (pluošto) skilimas. Tarp cheminių azoto neturinčių augalų liekanų medžiagų, veikiant mikroorganizmams, gana lėtai skyla celiuliozė, ligninas ir pektino medžiagos.
Gamtoje celiuliozė, veikiama celiuliozės fermento, pirmiausia paverčiama disacharidu celobioze, o vėliau, veikiant celobiazės fermentui, paverčiama gliukoze. Skaidulą skaidančių mikroorganizmų dažniausiai pasitaiko dirvožemyje, taip pat jų yra dumble, mėšle ir net daugelio gyvūnų virškinamajame trakte.
Tipiškas anaerobinę celiuliozę skaidančių bakterijų atstovas Clostridium celiuliozės omelianskii (14 pav.).
Ryžiai. 14. Clostridium celiuliozės omelianskii: 1 - jaunos ląstelės; 2 - „Būgnų lazdelės“; 3 - ginčai.
Pirmą kartą ją išskyrė V. L. Omeljanskis 1902 m. Tai lazdelės formos judri 4-7 mikronų ilgio bakterija, kai sporuliacija įgauna būgnelio formą. Termofilinės bakterijos, skaidančios celiuliozę, randamos gamtoje: C. termoceliuliozės - maža gramneigiama sporas formuojanti bacila ir bacila celiuliozės ištirpsta - 12 mikronų ilgio lazdelė. Optimali joms temperatūra 55-56°C, terpės reakcija artima neutraliai.
Iš aerobinių bakterijų, skaidančių celiuliozę, genties bakterijos Citofaga iš Myxobacteriae klasės. Tai ilgos išlenktos gramneigiamos ląstelės be membranos.
Iš kitų bakterijų rūšių, kurios aktyviai skaido celiuliozę, galima paminėti:
1. Cellvibrio - mažos, šiek tiek išlenktos, lazdelės formos bakterijos suapvalintais galais, vidutiniškai 1,5 mikrono dydžio, dažniau monotrichinės arba lofotrichos, gramteigiamos. Kai auginami ant popieriaus, jie sudaro geltoną pigmentą. Optimali temperatūra joms vystytis – 28-30°C. Ląstelės skilimas vyksta geriau esant neutraliai arba šiek tiek šarminei reakcijai.
2. Cellfacicula- pjautuvo formos lazda su smailiais galais, judama. Auginant ant filtravimo popieriaus, susidaro žalias pigmentas.
Veikiant aerobinėms bakterijų formoms, ląsteliena virsta želatine medžiaga, labai atsparia mikrobų veikimui.
Be bakterijų, tam tikrų rūšių proaktinomicetai, aktinomicetai gali skaidyti skaidulą. (Streptomyces) ir grybai (Trichoderma, Botritas, Aspergilas ir pan.).
Rūgščiame dirvožemyje celiuliozę naikina daugiausia grybai.
Humusas susidaro dirvožemyje mikroorganizmams hidrolizuojant skaidulą. Žolėdžių virškinamajame trakte mikrobai suskaido iki 70 % su pašarais gaunamos skaidulos, o tai prisideda prie geresnio stambiųjų pašarų virškinamumo.
lignino skilimas. Ligniną skaido labai nedaug mikroorganizmų, daugiausia aktinomicetų, grybų ir kai kurių bakterijų. Iš grybų, kurie skaido ligniną dirvožemyje, galima pastebėti atstovus Merulius (15 pav.) , Coniphora, Fuzariumas, Mucor.
Ryžiai. 15. Merulius lacrymans.
Lignino skilimas visada yra simbiozės arba bakterijų susiejimo rezultatas. Kadangi ši medžiaga turi didelį stabilumą, jos naikinimo procesas vyksta gana lėtai. Todėl ligninas linkęs kauptis dirvožemyje ir yra humuso kompleksų susidarymo pagrindas.
Pektinų skilimas. Pektino medžiagos yra sudėtingi polisacharidai. Atrodo, kad jie sulipdo ląsteles augalų audiniuose. Jų pavadinimas kilęs iš gebėjimo verdant suteikti želatininę masę (graikiškai pectos – be smeigės formos).
Visiškas pektino skaidymas vyksta veikiant fermentams protopektinazei, pektinazei ir pektazei į organines rūgštis, alkoholius ir dujas. Daugybė anaerobinių bakterijų, pelėsių grybų, aktinomicetų turi pektinolitinių savybių.
Pektino fermentacijos anaerobinėmis sąlygomis sukėlėjai yra sporas formuojančios judrios 10-15 mikronų gramteigiamos bakterijos. Iš jų žinomiausi Clo- stridiumas pectinovorum Ir C. felsineus.
Aerobinės bakterijos, galinčios skaidyti pektino medžiagas, apima bacila mesenterctis, Pseudomonas fluo- pertraukos. Tarp pelėsinių grybų aktyviausi Aspergilas Nigeris, PenicilliumIrBotritas cinerea, IN.subtilis (16 pav.).
Ryžiai. 16. bacillus subtilis.
Pektino medžiagų skilimo procesas plačiai taikomas išskiriant pluoštus nuo verpalų gamybai naudojamų basutinių augalų (linų, kanapių, džiuto ir kt.) stiebų. Pektininėms medžiagoms sunaikinti, naudojama anaerobinė vandens skiltis.
Sunaikinus pektiną, susilpnėja ryšiai tarp šerdies skaidulų ir kitų stiebo audinių ląstelių, o po džiovinimo lengvai atsiskiria mechaniškai (trinant ir įbrėžiant).
9 MIKROORGANIZMAI AZOTO JUNGINIŲ KONVERSIJA
Azotas, kartu su tokiais mineraliniais elementais kaip siera, fosforas, geležis, kalis ir kt., yra neatsiejama gyvosios medžiagos dalis. Didelė mūsų planetos atsarga yra atmosferos molekulinis azotas. Laisvo azoto masės dalis sausame ore yra 0,755 (75,5%), o tūrinė dalis – 0,781 (78,1%). Virš kiekvieno dirvožemio hektaro pakyla oro stulpelis, kuriame sutelkta 80 000 tonų molekulinio azoto. Augalai šio azoto pasisavinti negali, tačiau kai kurie dirvožemio mikroorganizmai turi galimybę fermentų pagalba fiksuoti atmosferos azotą ir sintetinti baltymus. Taigi pirmasis azoto pavertimo gamtoje žingsnis yra jo fiksavimas mikroorganizmais.
Mikroorganizmų baltyminį azotą, taip pat augalų ir gyvūnų azotą, jiems žuvus, dirvoje didelė grupė amonifikuojančių bakterijų mineralizuoja į amoniaką. Todėl antrasis azoto konversijos etapas vadinamas amonifikavimu.
Trečiajame etape amonio azotą nitrifikuojančios bakterijos iš dalies oksiduoja į nitratus, šis procesas vadinamas nitrifikacija.
Galiausiai, ketvirtajame etape kai kurių tipų bakterijos tam tikromis sąlygomis nitratinį azotą iš dalies redukuoja į molekulinį azotą – vyksta denitrifikacijos procesas.