Разложение микроорганизмами белков. Бактерии гниения и разложения. Значение процесса гниения

Гниением называется разложение белковых веществ микроорганизмами. Это порча мяса, рыбы, плодов, овощей, древесины, а также процессы, происходящие в почве, навозе и др.

В более узком понимании гниением принято считать процесс разложения белков или субстратов, богатых белком, под влиянием микроорганизмов.

Белки являются важной составной частью живого и отмершего органического мира, содержатся во многих пищевых продуктах. Белки характеризуются большим разнообразием и сложностью строения.

Способность разрушать белковые вещества присуща многим микроорганизмам. Одни микроорганизмы вызывают неглубокое расщепление белка, другие могут разрушать его более глубоко. Гнилостные процессы постоянно протекают в природных условиях и нередко возникают в продуктах и изделиях, содержащих белковые вещества. Разложение белка начинается с его гидролиза под влиянием протеолитических ферментов, выделяемых микробами в окружающую среду. Гниение протекает при наличии высокой температуры и влажности.

Аэробное гниение . Протекает в присутствии кислорода воздуха. Конечными продуктами аэробного гниения являются, кроме аммиака, диоксид углерода, сероводород и меркаптаны (обладающие запахом тухлых яиц). Сероводород и меркаптаны образуются при разложении серосодержащих аминокислот (цистина, цистеина, метионина). К числу гнилостных бактерий, разрушающих белковые вещества в аэробных условиях, относится также бациллус. микоидес. Эта бактерия широко распространена в почве. Она представляет собой подвижную спорообразующую палочку.

Анаэробное гниение . Протекает в анаэробных условиях. Конечными продуктами анаэробного гниения являются продукты декарбоксилирования аминокислот (отнятие карбоксильной группы) с образованием дурно пахнущих веществ: индола, акатола, фенола, крезола, диаминов (их производные являются трупными ядами и могут вызывать отравления).

Наиболее распространенными и активными возбудителями гниения в анаэробных условиях являются бациллус путрификус и бациллус спорогенес.

Оптимальная температура развития для большей части гнилостных микроорганизмов находится в пределах 25-35°С. Низкие температуры не вызывают их гибели, а лишь приостанавливают развитие. При температуре 4-6°С жизнедеятельность гнилостных микроорганизмов подавляется. Бесспоровые гнилостные бактерии погибают при температуре выше 60°С, а спорообразующие бактерии выдерживают нагревание до 100°С.

Белки разлагаются актиномицетами или до конечных продуктов (сероводорода, аммиака и воды), или до образования промежуточных веществ (пептонов, аминокислот). Интенсивность разложения белков зависит от условий аэрации, состава питательной среды, температуры и других факторов.[ ...]

Разложение азотсодержащих веществ (белков) протекает в два этапа. На первом под влиянием аэробных и анаэробных микроорганизмов белки расщепляются с выделением содержащегося в них азота в виде МНз (стадия аммонификации) и образованием пептонов (продуктов первичного распада белков), а затем аминокислот. Последующее окислительное и восстановительное дезаминирование и декарбок-силированне приводят к полному распаду пептонов и аминокислот. Длительность первого этапа составляет от одного до нескольких лет. На втором этапе ЫНз окисляется сначала до Н1 02, а затем до НЫОз. Окончательное возвращение азота в атмосферу происходит под действием бактерий - денитрификаторов, которые разлагают нитраты молекулярного азота. Продолжительность периода минерализации составляет 30-40 лет и более.[ ...]

Разложение с ер у со держащих соединений. Сера входит в состав некоторых белков. При гидролитическом распаде белков она восстанавливается до сероводорода, который представляет собой токсичное соединение для многих групп микроорганизмов. Но в водоемах и почве встречаются серобактерии, окисляющие восстановленные соединения серы до свободной серы и сульфатов. Эти бактерии живут при высоких концентрациях сероводорода в окружающей среде. Сероводород для них служит источником энергии для синтеза органического вещества.[ ...]

Разложение включает как абиотические, так и биотические процессы. Однако обычно мертвые растения и животные разлагаются гетеротрофными микроорганизмами и сапрофагами. Такое разложение есть способ, посредством которого бактерии и грибы получают для себя пищу. Разложение, следовательно, происходит благодаря энергетическим превращениям в организмах и между ними. Этот процесс абсолютно необходим для жизни, так как без него все питательные вещества оказались бы связанными в мертвых телах и никакая новая жизнь не могла бы возникать. В бактериальных клетках и мицелии грибов имеются наборы ферментов, необходимых для осуществления специфических химических реакций. Эти ферменты выделяются в мертвое вещество; некоторые из продуктов его разложения поглощаются разлагающими организмами, для которых они служат пищей, другие остаются в среде; кроме того, некоторые продукты выводятся из клеток. Ни один вид сапротрофов не может осуществить полное разложение мертвого тела. Однако гетеротрофное население биосферы состоит из большого числа видов, которые, действуя совместно, производят полное разложение. Различные части растений и животных разрушаются с неодинаковой скоростью. Жиры, сахара и белки разлагаются быстро, а целлюлоза и лигнин растений, хитин, волосы и кости животных разрушаются очень медленно. Отметим, что около 25% сухого веса трав разложилось за месяц, а остальные 75% разлагались медленнее. Через 10 мес. еще оставалось 40% первоначальной массы трав. Остатки же крабов исчезли к этому времени полностью.[ ...]

При разложении белков образуются также аммиак и его производные, попадающие также в воздух и воду океана. В биосфере в результате нитрификации - окисления аммиака и других азотсодержащих органических соединений при участии бактерий - образуются различные оксиды азота, которые являются основой образования азотной кислоты. Азотная кислота, соединяясь с металлами, дает соли. В результате деятельности денитрофицирующих бактерий соли азотной кислоты восстанавливаются до азотистой кислоты и далее до свободного азота.[ ...]

Анаэробное разложение белков вызывается спорообразующими палочками: Bacillus putrificus, Bacillus sporogenes. Разложение белковых соединений вызывается и факультативными анаэробами Proteus vulgaris, Bacteria coli. Степень и интенсивность разложения белковых соединений зависит от химической структуры белка и вида микроорганизмов. Аминокислоты, образующиеся в процессе распада белков в анаэробных условиях, подвергаются восстановительному дезаминированию с образованием предельных органических кислот и аммиака. Органические кислоты могут разлагаться с образованием метана и диоксида углерода. Продуктами аммонификации в анаэробных условиях будут метан, аммиак и диоксид углерода.[ ...]

Встречается при разложении алкалоидов и белков.[ ...]

АММОНИФИКАЦИЯ - процесс разложения микроорганизмами азотсодержащих органических соединений (белков, нуклеиновых кислот и др.) с выделением аммиака. АМПЛИТУДА ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ [лат. amplitude - величина] - пределы приспособляемости вида или сообщества к изменяющимся условиям среды.[ ...]

Образующийся при разложении белков и мочевины аммиак в виде аммонийных солей усваивается растениями или претерпевает дальнейшие микробиологические превращения.[ ...]

Наиболее устойчивыми продуктами разложения являются гумино-вые вещества (гумус), которые, как уже подчеркивалось, представляют собой обязательный компонент экосистем. Удобно различать три стадии разложения: 1) измельчение детрита путем физического и биологического воздействия; 2) относительно быстрое образование гумуса и высвобождение растворимых органических веществ сапротрофами; 3) медленная минерализация гумуса. Медленность разложения гумуса - один из факторов, обусловливающих запаздывание разложения по сравнению с продукцией и накоплением кислорода; о значении двух последних процессов уже говорилось. Обычно гумус выглядит как темное, часто желтовато-коричневое аморфное или коллоидное вещество. Согласно М. М. Кононовой (1961), физические свойства и химическое строение гумуса мало различаются в географически удаленных или биологически различных экосистемах. Однако охарактеризовать химически вещества гумуса весьма трудно, и это не удивительно, если учесть огромное разнообразие органических веществ, из которых он происходит. В общем гуминовые вещества представляют собой продукты конденсации ароматических соединений (фенолов) с продуктами распада белков и полисахаридов. Модель молекулярной структуры гумуса показана на стр. 475. Это бензольное кольцо фенола с боковыми цепями; такое строение обусловливает устойчивость гуминовых веществ к микробному разложению. Расщепление соединений, очевидно, требует специальных ферментов типа дезоксигеназ (Джибсон, 1968), которые часто отсутствуют у обычных почвенных и водных сапротрофов. По иронии судьбы многие токсические продукты, которые человек вводит в окружающую среду - гербициды, пестициды, промышленные сточные воды, - являются производными бензола и представляют серьезную опасность из-за своей устойчивости к разложению.[ ...]

Аммиак образуется главным образом при разложении биогенных азотсодержащих соединений - белков и мочевины. Наиболее вероятная величина потока 1>Ш3 из всех наземных источников в атмосферу составляет 70-100 Мт Ы/год. Антропогенная эмиссия аммиака составляет только примерно 4 Мт К/год.[ ...]

Это можно объяснить меньшим отношением белков и углеводов к количеству жиров в осадке сточных вод мясокомбината по сравнению с осадком бытовых сточных вод; как известно, основным материалом для построения тела микроорганизмов, участвующих в процессе разложения жиров, являются белки в соединении с углеводами, а энергетическим материалом для их жизнедеятельности служат углеводы. Поэтому соотношение сбраживаемых компонентов влияет на распад органических веществ.[ ...]

Много ценного в раскрытии сущности процесса разложения органических азотистых соединений внесли исследования В. С. Буткевича. Ему удалось показать, что накапливание аммиака при процессах аммонификации строго координировано с наличием в среде углеводов. Если в среде углеводов нет, то микроорганизмы интенсивно используют белковые вещества в качестве материала для дыхания, а азот окисленных аминокислот накапливается в форме аммиака. Если же углеводы имеются, то белковые вещества используются в меньшей мере и накапливание аммиака сильно падает, а иногда и вовсе не происходит. Эти закономерности весьма важны при сбраживании осадков сточных вод. По наличию в иловой жидкости азота аммонийных солей можно судить о том, какие вещества претерпевают разложение: белки или углеводы.[ ...]

Распад основных органических компонентов осадка - белка, жиров, углеводов - происходит с различной интенсивностью, в зависимости от преобладающей формы тех или иных микроорганизмов. Так, например, для септиков характерна обстановка, создающая условия для развития анаэробных гнилостных бактерий первой стадии (фазы) разложения органических веществ.[ ...]

Почти весь азот, взятый растением из почвы, входит в состав растительного белка, который при распаде (гниении) и отщепляет азот в форме аммиака, и его можно чувствовать в конюшне при разложении конского навоза (конский навоз характеризуется особенно энергичным разложением, почему и используется для нагревания парников).[ ...]

Азот - один из наиболее необходимых для растений ЭJ ментов. Он входит в состав белков, хлорофилла и многих Д[ гих органических веществ растений. Основная масса азе сосредоточена в органическом веществе почвы, и прежде в(го в гумусе. Азот доступен растениям главным образом в фс ме минеральных соединений - аммиака и нитратов, котор образуются при разложении органического вещества особ ми микроорганизмами. Поэтому требуется пополнение запасов почвенного азота других источников.[ ...]

Органические вещества, содержащиеся в почве, включают в себя вещества, образующиеся при разложении белков, жиров, углеводов, в том числе: смолы, клетчатку, эфирные масла. Для процессов разложения органики важно содержание организмов - деструкторов (бактерий, простейших). На одном гектаре почвы могут находиться от 1000 до 7000 кг различных бактерий, 350-1000 кг червей, до 1000 кг членистоногих, от 100 до 1000 кг микроскопических грибов. Эти микроорганизмы встречаются по всей толщине почвы, которая может достигать нескольких метров. Беспозвоночные животные в основном обитают в верхних слоях. Аналогично - корневая система растений расположена в основном на глубинах в несколько метров (за исключением некоторых, например, верблюжьей колючки, корни которой проникают вглубь на 15 м).[ ...]

Запах сточных вод населенных мест, представляющий собой смесь запаха фекалий с запахами разложения жиров, белков, мыла и т. д., является довольно характерным. Он зависит от разложения хозяйственно-бытовых стоков и от того, какие в воде преобладают процессы - окислительные или восстановительные. Подобный запах могут иметь также некоторые сточные воды предприятий пищевой промышленности. Сточные воды от термической переработки угля имеют запах фенолов, смолы, сероводорода; сточные воды химической промышленности имеют характерные запахи, зависящие от вида производства, например запах органических соединений: сероуглерода, сложных и простых эфиров, спиртов, органических кислот, азотсодержащих соединений, меркаптанов, ацетилена и т. д.[ ...]

Полисапробная зона характерна для свежезагрязненной воды, где протекают начальные этапы разложения органических соединений. Полисапробные воды содержат большое количество органических веществ, в первую очередь белков и углеводов. При разложении этих веществ в большом количестве выделяются углекислота, сероводород, метан. Вода бедна кислородом, поэтому химические процессы носят восстановительный характер. Резко выраженные неблагоприятные условия среды ведут к ограничению числа видов в растительном и животном населении водоема. Основными обитателями являются бактерии, количество которых достигает сотен миллионов в 1 мл воды. Очень много серобактерий и инфузорий. Все обитатели полисапробной зоны по способу питания относятся к коясуйентам (потребителям), или иначе гетеротрофам. Они г нуждаются в готовом органическом веществе. Продуценты (производители), т. е. автотрофы, к которым относятся зеленые растения, создающие органическое вещество из минеральных соединений, здесь совершенно отсутствуют.[ ...]

Состав органических веществ многообразен и включает компоненты, образующиеся на разных стадиях разложения сложных углеводов, белков, жиров и углеводов; почвенные органические вещества содержат лигнин, клетчатку, эфирные масла, смолы, дубильные вещества. Определенную роль в создании гумуса играет почвенная фауна -черви и специфическая почвенная микрофлора. В целом происходит обогащение почв аминокислотами и другими органическими соединениями.[ ...]

В литературе указывается, что гуминовые вещества возникают в естественных условиях как продукты разложения белков, целлюлозы и лигнина. Они делятся на гуминовые кислоты и нерастворимый лигнин. В данной работе рассматриваются только гуминовые кислоты, соли которых растворимы в воде и способны к выщелачиванию.[ ...]

Другие физиологические группы анаэробов участвуют в круговороте азотсодержащих веществ: разлагают белки, аминокислоты, пурины (протеолитические, пуринолитические бактерии). Многие же способны активно фиксировать атмосферный азот, переводя его в органическую форму. Эти анаэробы способствуют повышению плодородия почв. Количество клеток протеолитических и сахаролитических анаэробов в 1 г плодородных почв достигает даже миллионов. Особое значение имеют те группы микроорганизмов, которые участвуют в разложении труднодоступных форм органических соединений, таких, как пектиновые вещества и целлюлоза. Именно эти вещества составляют большую долю растительных остатков и являются главным источником углерода для почвенных микроорганизмов.[ ...]

В процессе жизнедеятельности многие бактерии могут подкислять или подщелачивать среду. Например, при разложении мочевины или белков образуется аммиак, а при потреблении солей органических кислот в среде накапливаются катионы щелочных металлов.[ ...]

Окисление белковых соединений происходит до конца с образованием аммиака, диоксида углерода, воды. Если в белках содержится сера, то в качестве промежуточных соединений образуются еще меркаптаны (тиоспирты), а при полном распаде образуется сероводород. Наиболее распространенные аэробные возбудители разложения белков: Bacterium fluorescens, Bacillus subtilis, Bacillus mycoides. Кроме того, разложение белковых соединений может вызываться актиномицетами и многими грибами. Нуклеопротеицы, содержащие нуклеиновые кислоты, связанные с аминокислотными остатками, разлагаются с образованием углеводов - рибозы и де-зоксирибозы, азотистых органических оснований и фосфорной кислоты.[ ...]

Сернистый газ выделяется в атмосферу при сгорании органического топлива (уголь, нефть, бензин, газ) за счет разложения содержащих серу белков, а также от предприятий, перерабатывающих сернистые руды. Мощным источником выделения сернистого газа в городах является автотранспорт.[ ...]

Азотсодержащие вещества (аммонийные соли, нитриты и нитраты) образуются в воде главным образом в результате разложения белковых соединений, попадающих в водоем со сточными бытовыми и промышленными водами. Реже в воде встречается аммиак минерального происхождения, образовавшийся в результате восстановления органических азотистых соединений. Если причиной образования аммиака является гниение белков, то такие воды не пригодны для питья.[ ...]

Две первые группы используют легче разлагаемые органические вещества, такие, как сахара, аминокислоты и простые белки. Затем начинают свою «работу» над более стойкими соединениями целлюлозные ■бактерии, актиномицеты же имеют прямое отношение к гумусу. Возможная модель структуры молекулы гуминовой кислоты показана ниже.[ ...]

Осадок сточных вод и концентрированные производственные сточные воды с ВПК выше 5 г/л подвергаются биохимическому разложению в анаэробных условиях. Оно может происходить в сооружениях-септиках, представляющих собой отстойник, через который медленно проходит сточная жидкость. В двухъярусном отстойнике осадок отделен от проходящей сточной жидкости, его разложение осуществляется в иловой камере. На очистных сооружениях большой производительности осадок сточных вод выделяется в первичных отстойниках и вместе с избыточным активным илом подвергается сбраживанию в метантенках. Интенсивность и глубина разложения осадка прежде всего определяются его составом, который колеблется по соотношению содержания основных органических компонентов (углеводов/ белков, жироподобных соединений) и неорганических веществ. Обычно в осадке городских сточных вод содержится 70-80% органических веществ. Так, примерный состав осадка (%): белки 24, углеводы 23, жироподобные вещества до 30. Чаще всего при кислом брожении осадка получаются уксусная, масляная, пропионовая кислоты. Образующиеся газы содержат диоксид углерода, метан, водород, сероводород. Водная фаза имеет кислую реакцию среды (pHС5), не обладает буферными свойствами, имеет резкий неприятный запах.[ ...]

С хозяйственно-бытовыми и производственными сточными водами, в том числе со стоками с промплощадок, в водоемы попадают белки, жиры, масла, нефть и нефтепродукты, красители, смолы, дубильные вещества, моющие средства и многие другие загрязнения. С полей вымываются удобрения и пестициды - средства борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур. Поэтому в водах открытых источников водоснабжения в разных концентрациях содержатся фактически любые химические элементы, в том числе такие вредные для здоровья, как свинец, цинк, олово, хром, медь. Не имея целью дать полный обзор состава загрязнений, попадающих со сточными водами, и полагая, что свойства биологических примесей достаточно подробно рассмотрены в предыдущем разделе этой главы, остановимся лишь на некоторых видах загрязнений, отличительными признаками которых являются: широкая распространенность, особенно в последние годы; токсические свойства; трудное отделение при очистке сточных вод; медленное окисление и разложение в открытых водоемах; мешающее действие, оказываемое на процессы очистки воды, в том числе на коагуляцию; способность“быть индикаторами глубины очистки воды от отдельных [элементов.[ ...]

Образование гумусовых веществ совершается при участии процессов двух типов. Процессы первого типа обеспечивают частичное разложение (расщепление) мертвого органического вещества до более простых соединений: белки расщепляются на аминокислоты, углеводы - на простые сахара, расщепление лигнина изучено недостаточно. В результате процессов второго типа происходит конденсация ароматических соединений фенольного типа (продуктов распада лигнина и целлюлозы) с аминокислотами (продуктами распада микроорганизмов). В итоге возникает система органических высокомолекулярных кислот, способных к дальнейшей полимеризации. В процессе формирования гумуса и поддерживания его состава важную роль играют гетеротрофные и автотрофные микроорганизмы, геохимическая деятельность которых была рассмотрена ранее.[ ...]

Органический состав. Он формируется из соединений, содержащихся в большом количестве в растительных и животных остатках. Это белки, углеводы, органические кислоты, жиры, лигнин, дубильные вещества и др., в сумме составляющие 10-15% от всей массы органического вещества в почве. При разложении органических веществ содержащийся в них азот переходит в формы, доступные растениям. Органические вещества играют важную роль в почвообразовании, определяют величину поглотительной способности почв, воздействуют на структуру верхних горизонтов почвы и ее физические свойства.[ ...]

Значительная часть азота гуминовых кислот переходит в раствор при более слабом гидролизе (С. С. Драгунов) по сравнению с типичными белками. Кроме того, белки растительных остатков легко и быстро разлагаются почвенными микроорганизмами, распад их сопровождается ресинтезом белка микробной плазмы, который, в свою очередь, легко подвергается разложению. Поэтому гидролизуемая часть азота гуминовой кислоты представлена, по-видимому, не белками, а продуктами глубокого их распада - аминокислотами, находящимися в форме непрочной связи с ядром гуминовой кислоты.[ ...]

ТОКСИНЫ - ядовитые вещества, образуемые некоторыми микроорганизмами, растениями и животными. По химической природе - полипептиды и белки. Иногда термин Т. распространяется и на яды небелковой природы. Наиболее изучены микробные Т., которые делят на экзотоксины (экскретируются в среду во время роста) и эндотоксины (выделяются после гибели организмов) . ТОКСИФИКАЦИЯ - увеличение токсичности в результате образования новых более ядовитых веществ при разложении (биологическом или физико-химическом) пестицидов. Ср. Загрязняющее вещество, Вредное вещество. ТОКСИЧНОЕ ДЕЙСТВИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА - вредное воздействие химического вещества на организмы (человека, животных, растений, грибов, микроорганизмы). При совместном токсичном действии нескольких загрязняющих веществ различают: суммирование вредных эффектов; сверхсуммирование, или потенцирование; нигиляцию - эффект меньший, чем при суммировании; изменение характера токсичного действия (напр., появление канцерогенных свойств) . ТОКСИЧНОСТЬ - ядовитость, свойство химических соединений оказывать вредное или даже летальное воздействие на организм.[ ...]

Значительный научный и практический интерес представляют нерастворимые в воде привитые сополимеры целлюлозы и биологически активных белков (ферментов, антигенов). Привитые сополимеры целлюлозы и ферментов могут быть использованы в качестве специфических катализаторов, которые в любой момент легко удалить из сферы реакции. Применение этих сополимеров позволяет решить ряд задач, которые не могут быть решены при использовании обычных водорастворимых ферментов, например выделение чистых продуктов ферментативного разложения субстрата, выделение и последующее исследование промежуточных продуктов ферментативного разложения субстрата, активация фермента с последующим полным удалением активирующего вещества, сорбция, последующее выделение и изучение ингибиторов ферментов . Нерастворимые в воде привитые сополимеры целлюлозы и антигенов, которые получили название иммуноадсорбентов, применяются для адсорбции антител с целью их количественного определения, выделения в чистом виде для последующего изучения и применения . Для синтеза нерастворимых в воде привитых сополимеров биологически активных белков целесообразно использовать целлюлозу, а не синтетические полимеры, так как неспецифическая адсорбция белка на целлюлозных материалах значительно ниже, чем на синтетических полимерах.[ ...]

Развитие вблизи водоемов высшей растительности является причиной попадания в воду растворенных органических продуктов их жизнедеятельности и распада. В результате разложения макрофитов в воде могут появляться белки, углеводы, органические кислоты, дубильные вещества, а также практически нерастворимые в воде лигнин, гемицеллюлоза, жиры, воск и смолы.[ ...]

В живой клетке одновременно протекают самые разнообразные и притом многоэтапные процессы: окисление и восстановление, синтез и распад, перенос метильных радикалов, гидролиз и т. п. Некоторые микробы обладают способностью участвовать в ряде этапов разложения вещества. Например, они могут использовать белки, а затем углеводы, окислять спирты и кислоты, спирты и затем альдегиды, потреблять элементарный азот, а потом связанный азот и т. п. Но есть и такие микробы, которые способны потреблять только некоторые определенные углеводороды и аминокислоты, не используя других.[ ...]

Ткани келпа состоят примерно на 87% из воды и на 13°/ органических и минеральных веществ, причем первые составл от 55 до 62 % сухого остатка. Белки, составляющие 5-7 % сухого оста по пищевой ценности соответствуют белку сои и могут быть пользованы как добавки в корм животных. Кулллни сравнивает заросли гантского келпа с настоящими подводными лесами, дающими п) и кров массе морских организмов и рыб. То же самое можно (зать и о зарослях ламинарии японской. Роль природных «защи ков» молоди эти заросли не потеряют и при искусственном ра, дении на океанских фермах.[ ...]

Скорость химических реакций в растительных образцах, взятых в период активной вегетации, намного выше, чем во многих анализируемых объектах (например, зерно, солома, семена). За счёт работы ферментов продолжаются биохимические процессы, в результате которых происходит разложение таких веществ, как крахмал, белки, органические кислоты и особенно витамины.[ ...]

Другие микробы, расщепляющие сахар, крахмал и даже клетчатку, производят летучие кислоты, и рядом угольную, водород и метан, ненужные организму, при чем тепловая энергия идет на пользу только микроорганизму и теряется для организма хозяина. Наконец, третьи бактерии расщепляют белки, так же, как и ферменты, в мелкие молекулы альбумозов и пептонов и далее в аминовые кислоты и основания. Но деятельность бактерий на этом не останавливается, как то нужно было бы для организма хозяина, а ведет дальше к разложению этих соединений на аммиак, жирные кислоты, алкоголь и углеводород, не нужные для хозяина.[ ...]

Основным элементом аэробного биоценоза является бактериальная клетка. В клетке происходят разнообразные многоэтапные процессы трансформации органических веществ. В составе биоценоза имеются бактерии, которые способны потреблять только определенные углеводороды или аминокислоты. Наряду с этим имеется большое число бактерий, участвующих в нескольких этапах разложения органического вещества. Они могут использовать сначала белки, а затем углеводы, окислять спирты, а затем кислоты или спирты и альдегиды и т. д. Одни виды микробов могут вести распад органического вещества до конца, например до образования углекислого газа и воды, другие только до образования промежуточных продуктов. По этой причине при очистке сточных вод дают необходимый эффект не отдельные культуры микроорганизмов, а их естественный комплекс, включая и более высокоразвитые виды [Роговская Ц. И., 1967 г.].[ ...]

Вонрос о веществах, используемых в процессе дыхания, издавна занимал физиологов. Еще в работах И. II. Бородина было показано, что интенсивность процесса дыхания прямо пропорциональна содержанию в тканях растений углеводов. Это дало основание предположить, что именпо углеводы являются основным веществом, потребляемым при дыхании. В выяснении данного вопроса большое значение имеет определение дыхательпого коэффициента. Если в процессе дыхания используются углеводы, то процесс идет, согласно уравнению СеН 120б + 6O2 = 6СО2+6Н2О, в этом случае дыхательный коэффициент равен единице- р = 1.Однако,если разложению в процессе дыхания подвергаются более окисленные соединения, например органические кислоты, поглощение кислорода уменьшается, дыхательный коэффициент становится больше единицы. При окислении в процессе дыхания более восстановленных соединений, таких, как жиры или белки, требуется больше кислорода и дыхательный коэффициент становится меньше единицы.[ ...]

Бактерии обитают везде: на земле и на воде, под землей и под водой, в воздушной среде, в телах других созданий природы. Так, к примеру, в организме здорового взрослого представителя рода людского обитает свыше 10 тысяч видов микроорганизмов, а общая их масса составляет от 1 до 3 процентов всего веса человека. Часть микроскопических созданий в качестве питания используют органику. Среди них значимое место занимают бактерии гниения. Они разрушают останки мертвых тел животных и растений, питаясь данной материей.

Естественный процесс

Разложение органики является естественным процессом и к тому же обязательным, словно бы четко запланированным самой природой. Без гниения невозможен был бы на Земле. И в любом случае признаки разложения означают появление новой жизни, зарождающейся вначале. Бактерии гниения здесь - важные персоны! Среди всего богатства органических форм жизни именно они отвечают за этот трудоемкий и незаменимый процесс.

Что такое гниение

Суть в том, что сложнейшая по своему составу материя распадается на более простые элементы. Современное представление ученых об этом процессе, превращающем в неорганические, можно описать следующими действиями:

Бактерии гниения обладают метаболизмом, что разрывает химическим путем связи молекул органики, содержащих азот. Процесс питания происходит в форме захвата молекул белка и аминокислот.
Ферменты, что выработаны микроорганизмами, в процессе расщепления высвобождают аммиак, амины, сероводород из молекул белка.
Продукты, поступающие в гниения, используются для получения энергии.

Высвобождая аммиак

Круговорот азота - важная составляющая жизни на Земле. А микроорганизмы, в нем участвующие, - одна из самых многочисленных групп. В природных экосистемах они играют основную восстанавливающую роль в минерализации почвы. Отсюда и название - редуцент (что означает "восстанавливающий"). Здесь широко представлены бактерии разложения и гниения аммонифицирующие, то есть способные высвобождать азот из мертвой органики. Это неспорообразующие энтеробактерии, бациллы, спорообразующие клостридии.

Сенная палочка

Bacillus subtilis - одна из самых распространенных и изученных исследователями бактерий. Живет в почве, в основном осуществляет дыхание при помощи кислорода. Состав тела - одна Это довольно крупный микроорганизм, изображение которого можно получить при помощи простого увеличения. Для питания сенная палочка вырабатывает протеазы - ферменты катализации, которые пребывают на внешней оболочке ее клетки. С помощью ферментов бактерия разрушает структуру молекулы белка (пептидную связку аминокислот), тем самым высвобождается аминогруппа. Как правило, этот процесс происходит в несколько этапов и приводит к синтезу энергии в клетке (АТФ). Разложение, вызванное бактериями (гниение), сопровождается образованием токсичных соединений, вредных для человека.

Что это за вещества

В первую очередь это конечные продукты: аммиак и сероводород. Также при неполной минерализации образуются:

(кадаверин, например);
соединения ароматического характера (скатол, индол);
при гниении аминокислот, содержащих серу, образуются тиолы, диметилсульфоксид.

Вообще-то, в рамках, контролируемых иммунитетом, процесс разложения - часть пищеварительного процесса для многих животных и для человека. Он происходит, как правило, в толстом кишечнике, и бактерии, вызывающие гниение, играют в нем первостепенную роль. Но в больших масштабах отравление продуктами гниения может привести к плачевным результатам. Человек нуждается в срочной медицинской помощи, и восстанавливающей микрофлору терапии. К тому же накопление в организме аммиака может инициироваться некоторыми видами бактерий, в том числе и В результате в некоторых тканях накапливается аммиак. Но при нормальном функционировании всех систем он связывается до мочевины и затем выводится из организма человека.

Сапротрофы

Бактерии гниения относят к сапротрофам, наряду с бактериями брожения. И те и другие расщепляют органические соединения - азотсодержащие и углеродсодержащие соответственно. В обоих случаях высвобождается энергия, используемая для питания и жизнеобеспечения микроорганизмов. Без бактерий брожения (к примеру, кисломолочных) человечество не получило бы таких важнейших продуктов питания, как кефир или сыр. Также широко они нашли применение в кулинарии и виноделии.

Но сапротрофные бактерии гниения могут вызывать и Данный процесс, как правило, сопровождается обширным выделением углекислот, аммиака, энергии, ядовитых для человека веществ, а также нагреванием субстрата (иногда до самовоспламенения). Поэтому люди научились создавать условия, при которых бактерии гниения утрачивают способность к размножению или просто погибают. К таким предохраняющим продукты мерам можно отнести стерилизацию и пастеризацию, благодаря которым консервация может сохраняться относительно долгое время. Утрачивают свои свойства бактерии и при заморозке продукта. А в древности, когда еще не были известны современные способы, от порчи патогенной микрофлорой продукты предохраняли при помощи высушивания, соления, засахаривания, так как в соленой и сахарной среде микроорганизмы прекращают свою жизнедеятельность, а при сушке удаляется большая часть воды, нужной для размножения бактерий.

Бактерии гниения: значение микроорганизмов в биосфере

Роль бактерий такого рода для всего живого на Земле трудно переоценить. В биосфере, благодаря их аммонифицирующей жизнедеятельности, постоянно идет процесс разложения умерших животных и растений с последующей их минерализацией. Образовавшиеся в результате этого простые вещества и соединения неорганического характера, среди которых углекислый газ, аммиак, сероводород и другие, участвуют в круговороте веществ, служат питанием для растений, замыкают переход энергии от одного представителя флоры и фауны Земли к другому, предоставляя возможность зарождения новой жизни.

Высвобождение азота недоступно для высших растений, и без участия бактерий гниения они не смогли бы полноценно питаться и развиваться.

Бактерии гниения напрямую участвуют в почвообразовательных процессах, разлагая отмершую органику на составные части. Это их свойство играет незаменимую роль в сельском хозяйстве и других видах деятельности человека.

Наконец, без упомянутой жизнедеятельности микроорганизмов поверхность Земли, включая водные пространства, была бы усеяна не разложившимися трупами животных и растений, а их за время существования планеты умерло немалое количество!

Роль гнилостных микроорганизмов в природе, в процессах порчи пищевых продуктов.

В природе гниение играет большую положительную роль. Оно является составной частью круговорота веществ. Гнилостные процессы обеспечивают обогащение почвы такими формами азота, которые необходимы растениям.

Еще полтора века назад великий французский микробиолог Л. Пастер понял, что без микроорганизмов гниения и брожения, превращающих органику в неорганические соединения, жизнь на Земле стала бы невозможной. Наибольшее количество видов этой группы обитают в почве – в 1 г плодородной пахотной почвы их содержится несколько млрд. Почвенная флора в основном представлена бактериями гниения. Они разлагают органические остатки (отмершие тела растений и животных) до веществ, которые потребляют растения: углекислого газа, воды и минеральных солей. Этот процесс в масштабах планеты называется минерализацией органических остатков, чем больше бактерий в почве, тем интенсивнее идет процесс минерализации, следовательно, тем выше плодородие почвы. Однако гнилостные микроорганизмы и вызываемые ими процессы, в пищевой промышленности вызывают порчу продуктов и в особенности животного происхождения и материалов, содержащих белковые вещества. Для предотвращения порчи продуктов гнилостными микроорганизмами следует обеспечивать такой режим их хранения, который исключал бы развитие этих микроорганизмов.

Для предохранения продуктов питания от гниения применяют стерилизацию, засолку, копчение, замораживание и др. Однако среди гнилостных бактерий есть спороносные, галофильные и психрофильные формы, формы, вызывающие порчу засоленных или замороженных продуктов.

Тема 1.2. Влияние условий внешней среды на микроорганизмы. Распространение микроорганизмов в природе.

Факторы, влияющие на микроорганизмы (температура, влажность, концентрация среды, излучения)

План

1. Влияние температуры: психрофильные, мезофильные и термофильные микроорганизмы. Микробиологические основы хранения пищевых продуктов в охлажденном и замороженном виде. Термоустойчивость вегетативных клеток и спор: пастеризация и стерилизация. Влияние тепловой обработки пищевых продуктов на микрофлору.

2. Влияние влажности продукта и окружающей среды на микроорганизмы. Значение относительной влажности воздуха для развития микроорганизмов на сухих продуктах.

3. Влияние концентрации растворенных веществ в среде обитания микроорганизмов. Влияние излучений, использование УФ-лучей для дезинфекции воздуха.

Влияние температуры: психрофильные, мезофильные и термофильные микроорганизмы. Микробиологические основы хранения пищевых продуктов в охлажденном и замороженном виде. Термоустойчивость вегетативных клеток и спор: пастеризация и стерилизация. Влияние тепловой обработки пищевых продуктов на микрофлору.

Температура - важнейший фактор для развития микроорганизмов. Для каждого из микроорганизмов существует минимум, оптимум и максимум температурного режима для роста. По этому свойству микробы подразделяются на три группы:

§ психрофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при низких температурах с минимумом при -10-0 °С, оптимумом при 10-15 °С;

§ мезофилы - микроорганизмы, для которых оптимум роста наблюдается при 25-35 °С, минимум - при 5-10 °С, максимум - при 50-60 °С;

§ термофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при относительно высоких температурах с оптимумом роста при 50-65 °С, максимумом - при температуре более 70 °С.

Большинство микроорганизмов относится к мезофилам, для развития которых оптимальной является температура 25-35 °С. Поэтому хранение пищевых продуктов при такой температуре приводит к быстрому размножению в них микроорганизмов и порче продуктов. Некоторые микробы при значительном накоплении в продуктах способны привести к пищевым отравлениям человека. Патогенные микроорганизмы, т.е. вызывающие инфекционные заболевания человека, также относятся к мезофилам.

Низкие температуры замедляют рост микроорганизмов, но не убивают их. В охлажденных пищевых продуктах рост микроорганизмов замедленно, но продолжается. При температуре ниже О °С большинство микробов прекращают размножаться, т.е. при замораживании продуктов рост микробов останавливается, некоторые из них постепенно отмирают. Установлено, что при температуре ниже О °С большинство микроорганизмов впадают в состояние, похожее на анабиоз, сохраняют свою жизнеспособность и при повышении температуры продолжают свое развитие. Это свойство микроорганизмов следует учитывать при хранении и дальнейшей кулинарной обработке пищевых продуктов. Например, в замороженном мясе могут длительно сохраняться сальмонеллы, а после размораживания мяса они в благоприятных условиях быстро накапливаются до опасного для человека количества.

При воздействии высокой температуры, превышающей максимум выносливости микроорганизмов, происходит их отмирание. Бактерии, не обладающие способностью образовывать споры, погибают при нагревании во влажной среде до 60-70 °С через 15-30 мин, до 80-100 °С - через несколько секунд или минут. У спор бактерий термоустойчивость значительно выше. Они способны выдерживать 100 °С в течение 1-6 ч, при температуре 120-130 °С споры бактерий во влажной среде погибают через 20-30 мин. Споры плесеней менее термостойки.

Тепловая кулинарная обработка пищевых продуктов в общественном питании, пастеризация и стерилизация продуктов в пищевой промышленности приводят к частичной или полной (стерилизация) гибели вегетативных клеток микроорганизмов.

При пастеризации пищевой продукт подвергается минимальному температурному воздействию. В зависимости от температурного режима различают низкую и высокую пастеризацию.

Низкая пастеризация проводится при температуре, не превышающей 65-80 °С, не менее 20 мин для большей гарантии безопасности продукта.

Высокая пастеризация представляет собой кратковременное (не более 1 мин) воздействие на пастеризуемый продукт температуры выше 90 °С, которая приводит к гибели патогенной неспороносной микрофлоры и в то же время не влечет за собой существенных изменений природных свойств пастеризуемых продуктов. Пастеризованные продукты не могут храниться без холода.

Стерилизация предусматривает освобождение продукта от всех форм микроорганизмов, в том числе и спор. Стерилизация баночных консервов проводится в специальных устройствах - автоклавах (под давлением пара) при температуре 110-125°С в течение 20-60 мин. Стерилизация обеспечивает возможность длительного хранения консервов. Молоко стерилизуется метолом ультравысокотемпературной обработки (при температуре выше 130 °С) в течение нескольких секунд, что позволяет сохранить все полезные свойства молока.

При длительном хранении мяса при положительных температурах в нем развиваются процессы, протекающие с участием ферментов самого мяса, но к этому вскоре присоединяются процессы, вызываемые ферментами гнилостных микроорганизмов, размножающихся на такой прекрасной питательной среде, как мясо. Для своего обмена микроорганизмы используют белковые вещества.
Микроорганизмы при соответствующих условиях температуры и влажности развиваются исключительно быстро, так что действие ферментов микроорганизмов значительно опережает автолиз, вследствие чего мясо подвергается гниению.
Гниением называется процесс разложения белковых веществ, вызываемый микроорганизмами.
Клетки микроорганизмов непроницаемы для белков, так как белки являются высокомолекулярными коллоидными веществами, неспособными диффундировать через клеточные оболочки.
Микроорганизмы могут усваивать белки только после их расщепления, которое осуществляется с помощью ферментов, выделяемых ими. Продукты расщепления белков усваиваются клетками микроорганизмов.
Таким образом, в процессе жизнедеятельности микроорганизмов происходит изменение белковых веществ, при глубоком распаде которых образуются продукты гниения.
В процессе гниения участвует большое число разнообразных микроорганизмов. Общий биохимический характер этих процессов довольно постоянен; детали изменяются в зависимости от вида микрофлоры, внешних условий, состава и свойств разлагающихся белков. Например, в желатине отсутствует триптофан, мало тирозина и аминокислот, в состав которых входит сера. В кератине, наоборот, много таких аминокислот.
В зависимости от состава белков продукты гниения будут различны. Легче поддаются действию микроорганизмов растворимые белки: желатин, белки крови, белки яиц.
Например, при гниении мяса или крови в результате распада белков образуются полипептиды, которые быстро подвергаются дальнейшим изменениям. Превращение продуктов распада белков происходит через промежуточные вещества с образованием конечных плохо пахнущих продуктов гниения, а именно: аммиака, сероводорода, скатола, индола, крезола, фенола, меркаптанов и пр. Постепенно и непрерывно накапливаются летучие жирные кислоты, выделяется и накапливается СО2.
Гниение может происходить при доступе кислорода (аэробное гниение) и в отсутствии кислорода (анаэробное гниение). В анаэробных условиях образуется больше дурно пахнущих продуктов гниения.
Химические процессы, происходящие при гниении, многообразны. Ниже приводятся пути образования некоторых главных продуктов гниения.
NH3 и оксикислоты образуются при гидролитическом дезаминировании под действием ферментов микроорганизмов

NH3 и летучие жирные кислоты образуются под действием ферментов анаэробных бактерий при восстановительном дезаминировании

NH3 и кетокислоты образуются при окислительном дезаминировании; при этом кетокислоты под действием фермента микроорганизмов карбоксилазы превращаются в альдегиды и углекислый газ

NH3, спирт и углекислый газ образуются при гидролитическом дезаминировании с одновременным декарбоксилированием

Амины образуются в результате декарбоксилирования, протекающего при участии ферментов микроорганизмов - декарбоксилаз

Простейшим амином является метиламин, образующийся из глицина:

Из лизина образуется кадаверин, а из гистидина - гистамин.
Кадаверин обладает ядовитыми свойствами.

Из аминокислот тирозина и триптофана в результате дезаминирования и декарбоксилирования образуются крезол, фенол, скатол, индол, а также аммиак и углекислый газ.

В процессе гниения из аминокислот, содержащих серу, выделяются сероводород и аммиак, и образуются меркаптаны.

В протоплазме клеток мышечной и других тканей липоиды содержатся большей частью в виде липопротеидов - нестойких соединений с белками.
При гниении от липопротеидов прежде всего отщепляется липоидная часть. Составной частью фосфатида лецитина, содержащегося в мясе, мозге, яичном желтке, является холин, который в процессе гниения превращается в триметиламин, диметиламин и метиламин. При окислении триметиламина образуется окись триметила мина, имеющая рыбный запах:

Из холина при гниении может образоваться также ядовитое вещество нейрин.
Нуклеопротеиды при гниении разлагаются на белок и нуклеиновую кислоту, которая затем распадается на составные части. Образуются гипоксантин и ксантин - продукты разложения нуклеопротеидов:

Таким образом, характерными продуктами гниения мяса являются аммиак, углекислый газ, сероводород, летучие жирные кислоты, фенол, крезол, индол, скатол, амины, триметиламин, альдегиды, спирты и т. д. Все эти продукты можно обнаружить химическим путем.
Наиболее просто открываются аммиак, сероводород, летучие жирные кислоты, углекислый газ, которые, являясь конечными продуктами гниения, накапливаются в тех или иных количествах в зависимости от глубины гнилостного распада. Эти вещества образуются на ранних стадиях порчи; индол, скатол, фенол, крезол - на глубоко зашедших стадиях порчи.
Гнилостные микроорганизмы широко распространены в природе, и если белковые вещества хранятся незащищенными и имеются условия для размножения микроорганизмов, то гниение наступает очень быстро. Поэтому в процессе технологической переработки крови, желатина, эндокринного сырья, мяса и мясопродуктов приходится пользоваться холодом или химическими консервирующими средствами.