Источников возможного инфицирования пищевых продуктов микроорганизмами немало. Основной из них — внешняя среда: почва, воздух, вода. Опасность представляют все объекты, контактирующие с продуктами: оборудование, тара, упаковочные материалы, руки и спецодежда рабочих и др.
Микрофлора окружающей среды в большой мере зависит от антропогенных факторов.
Антропогенные факторы и природная окружающая среда . Антропогенные факторы - это изменения, происходящие в природе, т. е. окружающей среде в результате хозяйственной деятельности человека.
Под загрязнением окружающей среды понимается поступление в нее любых твердых, газообразных или жидких веществ, микроорганизмов или тепловой, электромагнитной, радиационной, звуковой энергий. Виды загрязнений многообразны. Основные из них: выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; попадание в водную среду всевозможных производственных и коммунально-бытовых отходов; нефтепродуктов, минеральных солей; засорение ландшафтов мусором и твердыми отходами; широкое применение пестицидов; повышение уровня ионизирующих излучений; накопление тепла в атмосфере и гидросфере.
Интенсификация промышленного и сельскохозяйственного производства шла до недавнего времени по экстенсивному пути без учета экологических последствий.
Химическое загрязнение — основной фактор неблагоприятного антропогенного воздействия на окружающую среду и ее обитателей, в том числе на микроорганизмы. В окружающую среду выбрасывается большое количество различных химических веществ, в том числе и неприродных соединений.
Ежегодно производятся десятки миллионов тонн неизвестных синтетических материалов, в почвы сельскохозяйственных угодий вносится огромное количество минеральных удобрений и пестицидов (химические вещества для защиты растений от вредителей, болезней и сорняков).
Одни из этих соединений не разлагаются естественным путем или же разлагаются частично, другие очень медленно (радиоактивный изотоп стронция имеет период распада около 200 лет). Неразложившиеся остатки радиоактивных и органических соединений накапливаются в различных объектах внешней среды. Возникает опасность их попадания в пищевые продукты, а с ними в организм человека (Ю. И. Скурлатов и др.).
Сейчас в атмосферу ежегодно выбрасываются сотни миллионов тонн оксидов азота и серы, углекислоты, твердых и жидких взвешенных частиц (аэрозолей), миллионы тонн газообразных органических веществ. Загрязнение атмосферы приобретает глобальный характер, что приведет к возможному изменению климата, увеличению потока жесткой УФ-радиации на поверхности Земли, увеличению числа заболеваний среди людей.
Антропогенное загрязнение почв связано с твердыми и жидкими отходами промышленности, строительства, городского хозяйства и сельскохозяйственного производства.
Человечество активно использует около 55% суши и 50% ежегодного прироста леса. В результате строительства и горных разработок ежегодно перемещается более 4 тыс. км3 породы, сжигается 7 млрд. т топлива.
Из всех сред обитания (атмосфера, почва, вода) наибольшим воздействиям со стороны человека подвержена вода. Загрязнения, выбрасываемые в атмосферу или вносимые в почву в трансформированном или неизменном виде, поступают в водоемы.
За счет выпадения осадков и в период весеннего половодья вместе с поверхностным стоком в воду попадают загрязняющие вещества. Загрязнение природных вод связано также с использованием водных ресурсов в промышленности и сельском хозяйстве, в энергетике, на хозяйственно-бытовые нужды, в связи с развитием водного транспорта, мелиоративных преобразований и т. д. После использования вода возвращается в природные водные объекты, неся в себе следы воздействия в виде изменения химического состава, температуры, биологического загрязнения (множество микроорганизмов, в том числе и патогенных).
Для ирригации, промышленного производства, бытового снабжения отбирается более 13% речного стока и сбрасывается в водоемы ежегодно сотни миллиардов кубических метров промышленных и коммунальных стоков. Их нейтрализация требует 5—10-кратного, а в отдельных случаях и более разбавления природной чистой водой.
Способы и пути борьбы с антропогенным загрязнением окружающей среды разнообразны. Среди них строительство очистных сооружений, установка пылегазоулавливающих фильтров, создание безотходных и малоотходных технологий, утилизация отходов, использование их в качестве вторичного сырья для получения полезной продукции, применение замкнутых циклов водоиспользования, применение биологических методов борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных и лесных растений, оптимизация режима использования техники, улучшение конструкций двигателей внутреннего сгорания, поиски новых видов топлива и источников энергии.
Роль микроорганизмов в охране окружающей среды от загрязнения . Микроорганизмы могут осуществлять разрушение и обезвреживание целого ряда загрязнений воды и почвы.
Примером значимости микроорганизмов могут служить биологические методы очистки сточных вод. Перед спуском в открытые водоемы сточные воды должны подвергаться очистке. Степень очистки зависит от количества и химического состава вод, а также характера водоема, в который они могут быть спущены.
Биологические методы очистки делятся на аэробные и анаэробные. Эти методы очистки основаны на использовании биохимической деятельности аэробных и анаэробных микроорганизмов — их способности перерабатывать органические и минеральные вещества в процессах конструктивного и энергетического обменов клетки.
Аэробная биологическая очистка проводится в естественных и искусственных условиях.
В естественных условиях очистка сточных вод осуществляется путем их фильтрации через слои почвы на специальных земельных участках, называемых полями фильтрации и полями орошения, а также в биологических (очистных) прудах.
Почвенные микроорганизмы окисляют органические вещества просачивающейся воды, превращая их в неорганические соединения, т. е., минерализуя их, очищают воду. Помимо органических соединений в почве задерживается до 99% находившихся в сточной воде бактерий. Прошедшая через почву очищенная сточная вода поступает в сборные дренажные трубы, по которым отводится в открытый водоем.
Поля орошения отличаются от полей фильтрации тем, что одни и те же земельные участки используются одновременно для очистки сточных вод и для выращивания сельскохозяйственных культур (трав, овощей, плодовых деревьев и др.). На полях орошения очищается значительно меньше сточной воды, чем на полях фильтрации, но зато используются растениями ценные вещества, получающиеся при минерализации органических веществ сточной жидкости.
Биологические пруды — это искусственные последовательно соединенные водоемы, в которые отводится сточная разбавленная вода. Очистка воды в них сходна с процессами естественного самоочищения водоемов.
В месте спуска сточных вод, которые содержат загрязнения, развивается множество сапрофитных микроорганизмов (до нескольких миллионов в 1 см3 воды) и в воде активно протекают вызываемые ими процессы гниения и брожения. По мере минерализации органических веществ уменьшается и количество сапрофитных бактерий, число их составляет 105—104 в 1 см3 воды. В загрязненной зоне водоема начинают развиваться и другие водные организмы (простейшие, коловратки, водоросли и др.).
Сапрофитные бактерии отмирают в результате недостатка пищи, под воздействием выделяемых некоторыми водорослями антибиотических веществ. Коловратки и простейшие поедают бактерии, лизируются они и бактериофагом. Число сапрофитных бактерий снижается до 102—101 клеток в 1 см3 воды.
Кроме естественной используется очистка сточных вод в искусственных условиях на специальных очистных сооружениях -- биологических фильтрах и в аэротенках. Биологической очистке предшествует механическая.
Биологические фильтры (биофильтры) представляют собой резервуары, заполненные крупнозернистым материалом (шлаком, щебнем или пластмассовыми пористыми блоками). Через толщу этого загрузочного материала фильтруют сточную воду. Подача воздуха (аэрация) в биофильтры может быть естественной и искусственной (принудительной), когда воздух продувается через толщу загрузки вентиляторами. Такие биофильтры называют аэрофильтрами. На поверхности загрузочного материала обильно развиваются разнообразные организмы (микроорганизмы, простейшие и др.), образуя более или менее мощную пленку, называемую биологической.
Процесс очистки сточной воды под влиянием микроорганизмов биологической пленки состоит из двух фаз. Сначала окисляются углеродсодержащие органические вещества, и идет аммонификация азотсодержащих органических веществ. После окисления главной массы органических веществ окислению подвергаются образовавшиеся аммиачные соли, которые переходят в соли азотистой и азотной кислот (процесс нитрификации). Первая фаза протекает главным образом в самых поверхностных слоях загрузочного материала, вторая — в более глубоких его слоях.
Аэротенки представляют собой бассейны, в которые вместе с отстоенной сточной водой вводят определенное количество так называемого активного ила (в виде хлопьев), основная масса которого состоит из различных микроорганизмов. Смесь сточной воды с илом, протекая через аэротенк, подвергается активной аэрации. Поступающий в аэротенк воздух -- источник кислорода — поддерживает ил во взвешенном состоянии и осуществляет энергичное перемешивание жидкости, что способствует постоянному и быстрому контакту организмов активного ила с питательными веществами сточной воды и кислородом.
В аэротенках происходит такой же процесс, как и в биофильтрах, — последовательное биохимическое окисление органических веществ сточной жидкости. Однако в аэротенках процесс протекает значительно интенсивнее, чем в биофильтрах, из-за лучшей аэрации сточной жидкости. Качественный состав микронаселения биопленки и активного ила может служить индикатором работы очистного сооружения.
После прохождения через биофильтр и аэротенк вода поступает в отстойники для освобождения от биопленки и активного ила, а затем сбрасывается в водоем. Иногда вода перед выпуском дезинфицируется хлором или хлорной известью.
Анаэробная биологическая очистка. В процессе очистки сточных вод накапливается большое количество осадков, содержащих много органических веществ, микроорганизмов, в том числе и патогенных. Обработка и обезвреживание осадков проводится в метантенках, септиктенках и двухъярусных отстойниках.
Независимо от типа очистного сооружения в них происходят разнообразные микробиологические процессы. Сложные органические соединения осадка (белки, жиры, клетчатка и др.) в результате брожения и гниения превращаются в жирные кислоты, спирты и газообразные продукты (углекислый газ, аммиак, метан, водород). Среди газообразных продуктов 60—65% составляет метан, который может быть использован как горючий газ. Сброженный осадок обезвоживают, сушат и вывозят на сельскохозяйственные поля в качестве удобрения, а в брикетированном виде он может быть использован и как топливо.
Аналогичные процессы, осуществляемые микроорганизмами, протекают и при естественном самоочищении от загрязнений природных водоемов и почвы.
Одним из путей предотвращения загрязнения окружающей среды является утилизация отходов промышленности на основе биотехнологии, с помощью штаммов промышленных микроорганизмов. Например, в настоящее время известны способы получения с использованием микроорганизмов различных продуктов из молочной сыворотки (отхода пищевой промышленности), превосходящих по своей пищевой и биологической ценности затраченное сырье. Получены заменители растительных масел из плодово-ягодных выжимок с помощью дрожжей - липидообразователей.
С появлением в нашей стране гидролизного производства отходы после брожения и отделения спирта стали использовать для выращивания кормовых дрожжей.
Разработаны и внедряются процессы культивирования дрожжей и бактерий, потребляющих в качестве субстрата метанол, этанол, метан, отходы органического синтеза или селективно извлекающих н- алканы непосредственно из дизельной фракции прямой перегонки нефти. Исследования в этой области продолжаются.
Микрофлора почвы. Почва является естественной средой обитания микроорганизмов. Они находят в почве все условия, необходимые для развития: пищу, влагу и защиту от губительного влияния солнечных лучей и высушивания.
Микрофлора почвы по количественному и видовому составу значительно колеблется в зависимости от региональных и климатических условий, химического состава и физических свойств почвы, реакции (рН), температуры, влажности, степени аэрации. Существенно влияют также время года, агротехнические мероприятия, характер растительного покрова и многие другие факторы.
Микроорганизмы распространены по горизонтам почвы неодинаково. Меньше всего микроорганизмов содержится обычно в самом поверхностном слое почвы толщиной несколько миллиметров, где они подвергаются неблагоприятному воздействию солнечного света и высушиванию. Особенно обильно населен следующий слой почвы толщиной до 5—10 см. По мере углубления число микроорганизмов уменьшается. На глубине 25—30 см количество их в 10—20 раз меньше, чем в поверхностном слое толщиной 1—2 см (А. С. Разумов). Изменяется с глубиной и видовой состав микрофлоры. В верхних слоях почвы, содержащих много органических веществ и подвергающихся хорошей аэрации, преобладают аэробные сапрофитные организмы, способные разлагать сложные органические соединения. Чем глубже почвенные горизонты, тем беднее они органическими веществами, доступ воздуха в них затруднен, поэтому здесь численность анаэробных бактерий увеличивается.
Микрофлора почвы представлена разнообразными видами бактерий, актиномицетов, грибов, водорослей и простейших животных.
К постоянным обитателям почвы относятся различные гнилостные, преимущественно спорообразующие, аэробные и анаэробные бактерии; бактерии, разлагающие клетчатку; нитрифицирующие, денитрифицирующие, азотфикси-рующие, серо- и железобактерии.
Деятельность почвенных микроорганизмов играет большую роль в формировании плодородия почвы. Последовательно сменяя друг друга, микроорганизмы осуществляют процессы, определяющие круговорот веществ в природе. Органические вещества, попадающие в почву в виде остатков растений, трупов животных и с другими загрязнениями, постепенно минерализуются, и происходит самоочищение почвы. Соединения углерода, азота, фосфора и других элементов из недоступных для растений форм преобразуются микробами в усваиваемые ими вещества.
Наряду с обычными обитателями, в почве встречаются и болезнетворные микроорганизмы, преимущественно спорообразующие бактерии: например, возбудители столбняка, газовой гангрены, пищевого отравления (ботулизма) и др., поэтому загрязнение пищевых продуктов почвой представляет опасность для здоровья человека.
Патогенные бесспоровые бактерии (например, брюшно-тифозные, дизентерийные), попадая в почву, сохраняются в ней неделями и месяцами, споры бактерий и некоторые аспорогенные виды — годами.
Санитарно-микробиологические исследования почвы проводят с целью выявления бактерий группы кишечных палочек, общего числа сапрофитных бактерий, бактерий рода Ргоtеus, анаэробов (С1.регfringens) и термофильных микроорганизмов, определяющих характер загрязнения ее.
Микрофлора воды. Природные воды являются, как и почва, естественной средой обитания многих микроорганизмов, где они способны жить, размножаться, участвовать в процессах круговорота углерода, азота, серы, железа и других элементов. Численный и видовой состав микрофлоры природных вод разнообразен.
Состав микрофлоры подземных вод (артезианской, ключевой, грунтовой) зависит главным образом от глубины залегания водоносного слоя, его защищенности от попадания загрязнений извне. Артезианские воды, находящиеся на больших глубинах, содержат очень мало микроорганизмов. Подземные воды, добываемые через обычные колодцы из некоторых водоносных слоев, куда могут просачиваться поверхностные загрязнения, содержат обычно значительные количества бактерий, среди которых могут быть и болезнетворные. Чем ближе к поверхности расположены грунтовые воды, тем обильнее их микрофлора.
Поверхностные воды — воды открытых водоемов (рек, озер, водохранилищ и др.) — характеризуются большим разнообразием видов микрофлоры в зависимости от химического состава воды, характера использования водоема, заселенности прибрежных районов, времени года, метеорологических и других условий. Помимо постоянных обителей, в открытые водоемы попадает много микроорганизмов извне. Например, в реке, протекающей в районе крупных населенных пунктов или промышленных предприятий, вода может содержать сотни тысяч и миллионы бактерий в 1 см3, а выше этих пунктов — всего лишь сотни или тысячи бактерий в таком же объеме.
В воде прибрежной зоны водоемов, особенно стоячих, микроорганизмов больше, чем вдали от берега. Больше микроорганизмов содержится также в поверхностных слоях воды, но особенно много их в иле, главным образом в его верхнем слое, где образуется как бы пленка из бактерий, играющая большую роль в процессах превращения веществ в водоеме. Значительно возрастает число бактерий в открытых водоемах во время весеннего половодья или после обильных дождей, а также при сбрасывании хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. С различными органическими и минеральными загрязнениями сточных вод в водоемы попадают как сапрофитные, так и патогенные микроорганизмы.
Хотя вода и не является благоприятной средой для размножения болезнетворных микроорганизмов, многие из них в ней длительно сохраняют жизнеспособность и вирулентность. Например, бруцелла — 72 дня, туберкулезная палочка— 5 мес., некоторые патогенные вирусы — более 100 дней.
Для хозяйственно-питьевых целей в качестве источников водоснабжения используют, кроме открытых водоемов, и подземные (артезианские, родниковые) воды.
Питьевая вода по составу и свойствам должна быть безопасной в эпидемиологическом отношении, безвредной по химическому составу и иметь хорошие органолептические показатели.
Наиболее удовлетворяют этим требованиям артезианские воды, многие из них не нуждаются в очистке. Воду из открытых водоемов подвергают на водопроводных станциях обработке с целью улучшения ее физических и химических свойств и обеззараживания — освобождения от микроорганизмов, главным образом болезнетворных.
Обеззараживают (дезинфицируют) воду обычно методом хлорирования. В практику водоснабжения внедряются новые методы дезинфекции воды — озонирование и облучение бактерицидными ультрафиолетовыми лучами и др. Ультрафиолетовое облучение может быть применено только для обработки воды с незначительной цветностью и мутностью. Озонирование, кроме бактерицидного действия, улучшает органолептические свойства воды.
Санитарно-микробиологическое исследование воды, поступающей в систему централизованного водоснабжения, осуществляется в районных и городских центрах санитарно-эпидемиологического надзора. В воде определяют содержание мезофильных аэробов и факультативных анаэробов (МАФАМ), бактерий группы кишечных палочек, фекальных кишечных палочек, энтерококков, сальмонелл, бактерий рода Рroteus, Сlostridium perfringens, энтеровирусов.
Оценку качества питьевой воды проводят по комплексу химических, органолептических и бактериологических показателей. В соответствии с ГОСТ 2874-82 общее число бактерий (МАФАМ) не должно превышать 100 клеток в 1 см] куб, количество кишечных палочек должно быть не более 3 в 1 л, а коли-титр — не менее 300 см3.
Вода колодцев и открытых водоемов признается доброкачественной при коли-титре не менее 100 см3, общее число бактерий должно быть не выше 1000 в 1 см3.
В отдельных случаях при санитарной оценке воды в качестве санитарно-показательного микроорганизма, наряду с бактериями группы кишечных палочек, используют энтерококк.
В Международном Европейском стандарте на питьевую воду энтерококк введен как дополнительный показатель фекального загрязнения воды.
Санитарно-гигиенические нормы для воды, используемой в торговле, в пищевой промышленности и на предприятиях общественного питания, такие же, как и нормы для питьевой воды централизованного водоснабжения.
Микрофлора воздуха. В атмосферный воздух микроорганизмы попадают из почвы, с растений, тела человека и животных. Попадают они и с пылью, поднимающейся с различных объектов.
Воздух не является благоприятной средой для развития многих видов микроорганизмов из-за отсутствия в нем капельно-жидкой влаги. В воздухе микроорганизмы сохраняют жизнеспособность лишь определенное время, а некоторые из них довольно быстро погибают под влиянием солнечной радиации и частичного обезвоживания клетки.
Численный и видовой состав микрофлоры воздуха существенно изменяется в зависимости от географических и климатических особенностей региона, времени года, метеорологических условий, санитарного состояния местности и ряда других факторов.
Единичные клетки микроорганизмов в 1 м куб обнаружены над морями, океанами, льдами Арктики, высоко в горах, в тайге. В воздухе населенных пунктов (особенно крупных промышленных городов) содержится значительно больше микроорганизмов. Особенно много их в местах скопления отходов, свалок. По мере удаления от населенных мест количество микроорганизмов в воздухе снижается.
Большую роль в снижении численности микробов в воздухе играют зеленые насаждения. Листья деревьев и кустарников обладают значительной пылезадерживающей способностью. Кроме того, фитонциды растений оказывают на микроорганизмы губительное воздействие.
В воздухе находятся обычно микрококки, сарцины, различные спороносные и бесспоровые бактерии, дрожжи, споры грибов. Встречаются патогенные микроорганизмы: вирусы, туберкулезная палочка, пневмококки, возбудители стрептококковых и стафилококковых инфекций.
Основными источниками инфицирования воздуха патогенными микроорганизмами являются больные люди и животные, различные отходы и отбросы.
Численный и видовой состав микрофлоры воздуха жилых и производственных помещений изменяется в широких пределах в зависимости от скопления людей, санитарно-гигиенического состояния помещений, периодичности их уборки и вентилирования, а также вида перерабатываемой продукции и характера технологических операций. Так, в 1 м3 воздуха холодильных камер (при 1—0"С), где хранились корнеплоды, число спор мицелиальных грибов достигало нескольких десятков тысяч, дрожжей и бактерий — несколько тысяч, а в 1 м3 воздуха холодильной камеры с яблоками были обнаружены лишь единичные споры мицелиальных грибов, несколько десятков дрожжей и сотен бактерий (А. А. Кудряшова). При сортировке и расфасовке овощей число микробов в воздухе помещения увеличивается в сотни тысяч раз, а в местах складирования отходов их еще больше.
Существенное влияние на численный и видовой состав микрофлоры воздуха камер хранения оказывает их санитарное состояние (степень обсеменения микробами стен, потолка, пола). При наличии на стенах и потолке визуально обнаруженного роста микроорганизмов количество их в 1 м3 воздуха помещения составляет сотни тысяч и даже миллионы клеток. Воздух таких помещений является источником инфицирования микроорганизмами хранящихся в них пищевых продуктов.
Развиваются на стенах и потолке чаще грибы родов аспергиллус, пенициллиум, мукор, ботритис. Микрофлора воздуха, стен, потолка камер хранения изменяется в зависимости от температуры, вида продукции и длительности ее хранения. Чем ниже температура, тем меньше микроорганизмов; с увеличением срока хранения число их возрастает, при этом изменяется и видовой состав микрофлоры — он становится менее разнообразным.
Для предотвращения развития микробов в камерах хранения необходимо регулярно проводить побелку и окраску стен и потолков, а также систематически мыть и дезинфицировать пол. В побелку целесообразно добавлять дезинфицирующие средства. Обрабатывать производственные помещения следует до закладки продукции на хранение, а также непосредственно после освобождения складов от длительно хранившейся продукции.
При санитарно-гигиенической оценке помещений определяют в воздухе общую бактериальную обсемененность (в 1 м куб), содержание санитарно-показательных микроорганизмов, наличие патогенных форм, дрожжей и мицелиальных грибов. Санитарно-показательными микроорганизмами служат гемолитические (растворяющие эритроциты крови) стрептококки.
Воздух закрытых помещений считается чистым, если количество микроорганизмов в 1 м куб его не превышает 2000 клеток, содержание гемолитических стрептококков не более десяти.
На предприятиях пищевой промышленности основное внимание должно быть уделено выявлению санитарно-показательных микроорганизмов, возбудителей пищевых заболеваний, а также микроорганизмов, вызывающих порчу пищевых продуктов. Считается, что в воздухе пищевых производственных цехов должно содержаться не более 100— 500 бактерий в 1 м куб в зависимости от характера производства.
Воздух помещений цехов, например, на предприятиях молочной промышленности оценивается на "хорошо", если в посевах (5 мин оседания микрофлоры воздуха) на поверхности питательной среды в чашке Петри вырастает: колоний бактерий - 20—50, дрожжей и мицелиальных грибов — до 5; "удовлетворительно" — соответственно 50—70 и до 5 (Н. С. Королева, В. Ф. Семенихина).
Воздух холодильных камер исследуют на загрязненность спорами мицелиальных грибов. Для обеззараживания воздух пищевых производственных помещений, холодильных камер, технологических цехов пропускают через специальные фильтры, задерживающие микроорганизмы. Применяют также дезинфицирование воздуха химическими веществами, безвредными для человека, продукции и оборудования. Используют озонирование воздуха, ультрафиолетовое облучение и др.
Первая попытка применения озона для дезинфицирования воздуха холодильных камер была сделана еще в 1909 г, (в г. Кельне) с целью увеличения сроков хранения пищевых продуктов. В СССР в 1938 г. в Ленинграде М. В. Тухнайдом проводилось озонирование холодильных камер с плодами, яйцом, мясом при концентрациях озона 3—6 мг/м3.
Эффективность озонирования существенно зависит от концентрации озона, продолжительности обработки, численности и видового состава микрофлоры объекта.
В результате озонирования камеры хранения в течение 3,5— 4 ч при концентрации озона 10 мг/м3 количество микроорганизмов резко снижается не только в воздухе, но и на полу и стенах. Количество мицелиальных грибов на поверхности стен уменьшается на 97—98%, бактерий — на 87— 88%, а дрожжи почти все погибают; в воздухе гибнет до 99% всех видов микроорганизмов (А. А. Кудряшова).
Высокий бактерицидный и фунгицидный эффект дает даже непродолжительная (в течение 10 мин) обработка воздуха производственных помещений двуокисью азота, которая, как и озон, обладает сильными окислительными свойствами, что и обусловливает широкий антимикробный спектр действия и высокий эффект.
Обработку двуокисью азота и озоном осуществляют в соответствии с санитарными правилами только в камерах, имеющих хорошую герметизацию
Молочная кислота в виде аэрозоля также дает положительные результаты при дезинфицировании воздуха производственных помещений.
Лекция № 10 Важнейшие биохимические процессы превращений, вызываемые микроорганизмами: брожения - спиртовое, молочнокислое, масляно-кислое и их модификации; окислительные брожения - уксусно-кислое, лимонно-кислое; превращение белков - гниение.
Луи Пастером установлено, что изменения, происходящие при брожении, являются результатом жизнедеятельности микроорганизмов. В зависимости от преобладающих конечных продуктов различают типы брожений: спиртовое, молочно-кислое, масляно-кислое, их модификации и др. виды брожения.
Спиртовое брожение. Спиртовым брожением называют процесс превращения сахаров под действием ферментативной активности некоторых видов бактерий, мицелиальных и дрожжевых грибов с накоплением в качестве основного продукта этилового спирта и углекислого газа:
С6Н12О6®2С2Н5ОН + 2СО2+ Q
Но основными возбудителями этого вида брожения являются дрожжи (сахаромицеты). В анаэробных условиях превращение сахара в спирт происходит не сразу, процесс идет через ряд промежуточных реакций и протекает как бы в две стадии: первая (окислительная) включает превращение глюкозы до пировиноградной кислоты с образованием двух молекул восстановленного НАД×Н2 (первичный акцептор водорода):
С6Н12О6®2СН3СОСООН+2 НАД×Н2.
Под действием фермента пируватдекарбоксилазы дрожжи катализируют реакцию декарбоксилирования пировиноградной кислоты с отщеплением СО2 и образованием уксусного альдегида:
2СН3СОСООН®2СН3СНО+ 2СО2,
а вторая стадия (восстановительная) - НАД×Н2 передает Н конечному акцептору (уксусный альдегид), который превращается в этиловый спирт:
2СН3СНО+ 2НАД×Н2 ®2С2Н5ОН+ НАД
С энергетической точки зрения брожение - процесс мало экономичный, так как при сбраживании грамм-молекулы глюкозы синтезируется всего два моля АТФ.
Наряду с главными продуктами брожения в небольшом количестве образуются побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, уксусная и янтарная кислоты, сивушные масла (смесь высших спиртов) и некоторые другие вещества.
Нормальное спиртовое брожение протекает в кислой среде при рН 4-5. В щелочной среде при подщелачивании среды до рН 8 или при введении в среду бисульфита натрия направление брожения изменяется в сторону увеличения выхода глицерина (глицериновое брожение):
2С6Н12О6®2СН2ОНСНОНСН2ОН +С2Н5ОН +СН3СООН + 2СО2+ Q
При интенсивной аэрации среды дрожжевые грибы меняют тип энергетического обмена и переходят с процесса брожения на процесс дыхания, что называют эффектом Пастера:
С6Н12О6 + 6О2 ®6СО2 +6Н2О + Q
Дыхание является более выгодным энергетическим процессом, так как при сбраживании грамм-молекулы глюкозы синтезируется 36 молекул АТФ.
Процесс спиртового брожения лежит в основе хлебопечения, бродильных производств (виноделие, пивоварение, производство этилового спирта), глицерина. Совместно с молочно-кислым брожением используется при получении некоторых молочно-кислых продуктов (кефира, кумыса), при квашении овощей. Эффект Пастера используется для получения большого количества биомассы дрожжей (хлебопекарные и кормовые).
Молочно-кислое брожение. Это процесс превращения сахара в молочную кислоту. По характеру брожения различают две группы молочно-кислых бактерий: гомоферментативные (типичные) и гетероферментативные (нетипичные).
Гомоферментативные бактерии образуют в основном (не менее 85-90%) молочную кислоту и очень мало побочных продуктов:
2С6Н12О6®2СН3СНОНСООН + Q
Гетероферментативные бактерии наряду с молочной кислотой образуют значительное количество других веществ:
2С6Н12О6®2СН3СНОНСООН +СООН (СН2)2 СООН+ С2Н5ОН + СН3СООН+ Q
Есть такие гетероферментативные молочно-кислые бактерии, которые кроме того продуцируют четырехуглеродные соединения ацетоин (СН3СНОНСООСН3) и диацетил (СН3СОСОСН3), обладающие своебразным приятным ароматом.
В зависимости от условий развития (рН, температуры, степени аэробности и др.) характер конечных продуктов брожения может меняться у одного и того же вида молочно-кислых бактерий. Процесс превращения глюкозы до пировиноградной кислоты у гомоферментативных молочно-кислых бактерий протекает по гликолитическому пути. Затем, ввиду отсутствия фермента пируватдекарбоксилазы у этих бактерий, пировиногрданая кислота не подвергается расщеплению и является конечным акцептором водорода под действием фермента лактатдегидрогеназы:
СН3СОСООН+ НАД×Н2. ®2СН3СНОНСООН + НАД
Превращение глюкозы гетероферментативными молочно-кислыми бактериями происходит по-иному, так как они отличаются набором ферментов. Из-за отсутствия у них фермента альдолазы изменяется начальный путь превращения глюкозы, и процесс протекает не по гликолитическому пути, а по пентозофосфатному. Все молочно-кислые бактерии имеют форму кокков и палочек, неподвижны, не образуют спор, грамположительны, являются факультативными анаэробами.
Молочно-кислые бактерии широко применятся в различных отраслях пищевой промышленности (особенно молочно-кислой). Большое значение эти бактерии имеют при квашении овощей, силосовании кормов, в хлебопечении при приготовлении ржаного хлеба, при производстве некоторых колбас и солено-вареных мясных изделий, при созревании слабо соленой рыбы, при получении молочной кислоты.
Спонтанно (самопроизвольно) возникающее молочно-кислое брожение в пищевых продуктах приводит к их порче: прокисание, помутнение, ослизнение.
Пропионово-кислое брожение. Это превращение сахара или молочной кислоты и ее солей под действием ферментативной активности пропионово-кислых бактерий в пропионовую и уксусную кислоты с выделением углекислого газа и воды:
3С6Н12О6 ® 4СН3СН2СООН+ 2СН3СООН+ 2СО2 + 2Н2О+Q;
3 СН3СНОНСООН ® 2СН3СН2СООН+ СН3СООН+ СО2 + Н2О+Q
Некоторые пропионово-кислые бактерии могут образовывать, кроме того, муравьиную, янтарную и изовалериановую кислоты. При пропионово-кислом брожении превращение глюкозы до пировиноградной кислоты протекает также по гликолитическому пути. В дальнейшем пировиноградная кислота, претерпевая ряд превращений, восстанавливается в пропионовую. Пропионово-кислые бактерии относятся к актиномицетам. Это неподвижные, бесспоровые, грамположительные палочки, слегка изогнутые, факультативные анаэробы.
Пропионово-кислое брожение является одним из важных процессов при созревании сычужных сыров.
Пропионовая кислота и ее соли служат ингибиторами мицелиальных грибов и могут быть использованы для предотвращения плесневения пищевых продуктов. Некоторые виды пропионово-кислых бактерий применяют для получения витамина В12.
Слизевое (декстрановое) брожение. Вызывают слизеобразующие бактерии, которые по своим свойствам близки к молочно-кислым и способны образовывать вокруг клеточной стенки капсулу, состоящую из слизистых веществ (полисахариды, полипептиды). Процесс идет в несколько этапов:
С12Н22О11+ Н2О + ®С6Н12О6 +С6Н12О6.
сахароза глюкоза фруктоза
С6Н12О6. ®(С6Н10О5)n+Н2О
глюкоза декстран
С6Н12О6®2СН3СНОНСООН +СООН (СН2)2 СООН+ С2Н5ОН + СН3СООН+ Q
фруктоза
Сбраживание глюкозы протекает по гетероферментативному молочно-кислому брожению.
Слизеобразующие бактерии вызывают ослизнение овощей, фруктов, хлебобулочных изделий (картофельная болезнь), сахарных сиропов, различных слабоалкогольных напитков и вина. Промышленного значения это брожение не имеет.
Масляно-кислое брожение. Этот процесс представляет собой превращение сахара масляно-кислыми бактериями в анаэробных условиях с образованием масляной кислоты, углекислого газа и водорода:
С6Н12О6. ®СН3СН2СН2СООН + 2 СО2 +2Н2 + Q
В качестве побочных продуктов могут накапливаться бутиловый спирт, ацетон, этиловый спирт, уксусная кислота.
При масляно-кислом брожении сахар претерпевает те же превращения, что и при спиртовом и гомоферментативном молочно-кислом брожениях, вплоть до образования пировиноградной кислоты. Пировиноградная кислота подвергается декарбоксилированию и при участии кофермента А расщепляется до ацетилКоА, СО2, Н2. Две молекулы образовавшегося двууглеродного соединения конденсируются при участии фермента карболигазы. Из синтезированного четырехуглеродного соединения в сложном цикле последоваельных превращений образуется масляная кислота:
СН3СОСООН®СН3СНО + СО2;
СН3СНО+ СН3СНО® СН3СН2СН2СООН
Масляно-кислые бактерии представляют собой подвижные, крупные спорообразующие грамположительные палочки, строгие анаэробы.
В природе это брожение имеет положительное значение как звено в цепи многообразных превращений органических веществ. В пищевом производстве часто приносит значительный ущерб, так как может вызвать порчу картофеля и овощей, вспучивание сыров, порчу консервов (бомбаж), прогоркание молока, масла, увлажненной муки и т.д. Могут вызывать порчу квашеных овощей при замедленном молочно-кислом брожении, образующаяся при этом масляная кислота придает продуктам острый прогорклый вкус и резкий неприятный запах.
Масляно-кислое брожение применяют для производства масляной кислоты, которая представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с неприятным резким запахом, а эфиры масляной кислоты отличаются приятным ароматом, как, например: метиловый эфир имеет яблочный запах, этиловый - грушевый, амиловый – ананасовый. Их используют как ароматические вещества в кондитерской, парфюмерной промышленности и при изготовлении фруктовых напитков.
Брожение пектиновых веществ. В тканях растений, овощей и фруктов пектины входят в состав клеточных стенок и срединных пластинок между отдельными клетками в виде труднорастворимого протопектина. Под действием пектолитических ферментов микроорганизмов, развивающихся в растительном пищевом сырье, протопектин превращатся в растворимый пектин. Пектин разлагается с образованием галактуроновых кислот, углеводов (ксилозы, галактозы, арабинозы), метилового спирта и других веществ. Сахара сбраживаются бактериями по типу масляно-кислого брожения с образованием уксусной и масляной кислот, СО2 и Н2 . Все эти процессы приводят к мацерации (распаду) пораженных объектов и другим видам повреждений. Разложение пектиновых веществ может быть выражено следующей схемой:
С46Н68О40 + nН2О® СНО (СНОН)4СООН + С6Н12О6 + С5Н10О5
Пектин галактуроновая к-та галактоза ксилоза
+ С5Н10О5 + СН3ОН +СН3СООН
арабиноза
С6Н12О6® СН3СН2СН2СООН + СН3СООН +СО2 +Н2+ Q
С5Н10О5® СН3СН2СН2СООН + СН3СООН +СО2 +Н2О+ Q
Продукты распада пектиновой кислоты (галактоза, арабиноза и др.) подвергаются сбраживанию или окислению разнообразными микроорганизмами. При анаэробных условиях они сбраживаются масляно-кислыми бактериями, относящимися к роду клостридий. Пектиновое брожение наблюдается при мочке лубоволокнистых растений - льна, конопли, кенафа, джута, канатника и др. Для освобождения волокон клетчатки необходимо разложение пектина, что и происходит под действием пектиноразлагающих ферментов анаэробных бактерий.
Брожение клетчатки. Клетчатка (целлюлоза) является основным веществом клеточных стенок растений. Брожение клетчатки состоит из разложения ее в анаэробных условиях палочковидными споробразуюищими бактериями рода клостридий. Они гидролизуют клетчатку до глюкозы в результате активности ферментов целлюлазы (до целлобиозы) и целлобиазы (до глюкозы) (см.уравнение 1-ниже). Глюкозу они сбраживают с образованием уксусной, масляной, молочной, муравьиной кислот, этилового спирта, СО2 и Н2 (уравнение 2 ниже):
(С6Н10О5)n + nН2О ®С12Н22О11 ® С6Н12О6;
С6Н12О6® СН3СООН +СН3СН2СН2СООН+ СН3СНОНСООН + С2Н5ОН +НСООН +СО2+ Q
Среди этих бактерий есть мезофилы и термофилы, которые накапливают различные органические кислоты.
Окислительные брожения. Окислительное брожение- это процесс окисления органических веществ (спиртов, углеводов) под действием ферментативной активности микроорганизмов не до конечных продуктов, как при дыхании, а до органических кислот и спиртов, как при брожении.
Уксусно - кислое брожение. Это процесс окисления этилового спирта под действием ферментов уксусно - кислых бактерий до уксусной кислоты и воды. Окисление этилового спирта протекает в две стадии - сначала образуется уксусный альдегид, который далее окисляется до уксусной кислоты:
2С2Н5ОН +О2® 2 СН3СНО + 2Н2О;
2СН3СНО+О2® 2 СН3СООН
Уксусно-кислые бактерии - бесспоровые палочки, грамотрицательные, строгие аэробы. Среди них есть подвижные и неподвижные формы. Уксусно-кислые бактерии относят к двум родам бактерий: Глюконобактер (Gluconobacter) и Ацетобактер ( Acetobacter). Ацетобактер – перитрихи, способные окислять уксусную кислоту до СО2 и Н2О (переокисление).
Уксусно-кислым бактериям свойственна изменчивость формы клеток, в неблагоприятных условиях могут образовывать толстые длинные нити, иногда раздутые уродливые клетки.
Уксусно-кислое брожение лежит в основе получения уксуса для пищевых целей. Исходным сырьем может служить спиртовый раствор, разбавленное подкисленное плодово-ягодное или виноградное вино.
Лимонно-кислое брожение. Это процесс неполного окисления углеводов ферментативной активностью мицелиальных грибов с образованием органических кислот (лимонной, щавелевой и др.). Окисление глюкозы в лимонную кислоту можно представить следующим суммарным уравнением:
2С6Н12О6+3О2® 2С6Н8О7 +4 Н2О
Химизм протекает по гликолитическому пути до образования пировиноградной кислоты. Пировинограданая кислота через ацетил-coA включается в цикл Кребса (цикл ди- и трикарбоновых кислот), в котором происходит накопление яблочной, фумаровой, янтарной и лимонной кислот.
Наибольшее практическое значение имеет процесс получения лимонной кислоты, которую получают в настоящее время с помощью гриба Аспергиллус нигер (Aspergillus niger) в кислой среде. При изменении кислотности среды до нейтральной происходит накопление щавелевой кислоты.
Технические приемы биохимического получения лимонной кислоты в нашей стране были разработаны С.П. Костычевым В.С. Буткевичем. Используют поверхностный и глубинный (более перспективный) способы промышленного получения лимонной кислоты
Превращения белков - гниение . В метаболизме микроорганизмов азотсодержащие вещества подвергаются разнообразным превращениям. По случайно поверхностному сходству разные виды порчи пищевых продуктов нередко называют гниением. Однако гниение - это процесс глубокого разложения белковых веществ микроорганизмами.
Способность разлагать в той или иной степени белковые вещества свойственна многим микроорганизмам. Некоторые из них разлагают непосредственно белки, другие могут воздействовать только на более или менее простые продукты распада белковой молекулы, например на пептиды, аминокислоты и др.
Продукты разложения белков микробы используют для синтеза веществ своего организма, а также в качестве энергетического материала.
Химизм разложения белковых веществ. Гниение - сложный, многоступенчатый биохимический процесс, характер и конечный результат которого зависят от состава разлагаемых белков, условий процесса и видов вызывающих его микроорганизмов.
Белковые вещества не могут непосредственно поступать в клетки микроорганизмов, поэтому использовать белки могут только те микроорганизмы, которые обладают протеолитическими ферментами — экзопротеазами, выделяемыми клетками в окружающую среду.
Процесс распада белков начинается с их гидролиза. Первичными продуктами гидролиза являются пептоны и пептиды. Они расщепляются до аминокислот, которые являются конечными продуктами гидролиза.
Образующиеся в процессе распада белков различные аминокислоты используются микроорганизмами или подвергаются ими дальнейшим изменениям, например дезаминированию, в результате чего образуются аммиак и разнообразные органические соединения. Процесс дезаминирования может происходить различными путями. Различают дезаминирование гидролитическое, окислительное и восстановительное.
Гидролитическое дезаминирование сопровождается образованием оксикислот и аммиака. Если при этом происходит и декарбоксилирование аминокислоты, то образуются спирт, аммиак и углекислый газ:
RCHNH 
СOOН + Н О RСНOНСООН + NН 
;
RСНNН СООН + Н О RCH OH + NН + CO ;
При окислительном дезаминировании образуются кетокислоты и аммиак:
RСНNН СООН + ½ O RСОCOOН+NНз
При восстановительном деэаминировании образуются карбоновые кислоты и аммиак:
RСНNН СООН + 2Н RCH СООН + NН
Из приведенных уравнений видно, что среди продуктов разложения аминокислот в зависимости от строения их радикала (R) обнаруживаются различные органические кислоты и спирты. Так, при разложении аминокислот жирного ряда могут накапливаться муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная и другие кислоты, пропиловый, бутиловый, амиловый и другие спирты. При разложении аминокислот ароматического ряда промежуточными продуктами являются характерные продукты гниения: фенол, крезол, скатол, индол - вещества, обладающие очень неприятным запахом. При распаде аминокислот, содержащих серу, получается сероводород или его производные - меркаптаны (например, метилмеркаптан СН SН). Меркаптаны обладают запахом тухлых яиц, который ощущается даже при ничтожно малых концентрациях.
Образующиеся при гидролизе белка диаминокислоты могут подвергаться декарбоксилированию без отщепления аммиака, в результате чего получаются диамины и углекислый газ. Например, лизин превращается в кадаверин:
NH 
(CH ) 
CHNH COOOH декарбоксилаза NH (CH ) 
+ CO
Аналогично этому орнитин превращается в путресцин.
Кадаверин, путресцин и другие амины, образующиеся при гниении, часто объединяют под общим названием птомаины (трупные яды), некоторые из них обладают ядовитыми свойствами.
Дальнейшее превращение азотистых и безазотистых органических соединений, получающихся при распаде различных аминокислот, зависит от окружающих условий и состава микрофлоры. Аэробные микроорганизмы подвергают эти соединения окислению, так что они могут быть полностью минерализованы. В таком случае конечными продуктами гниения являются аммиак, углекислый газ, вода, сероводород, соли фосфорной кислоты. В анаэробных условиях не происходит полного окисления промежуточных продуктов распада аминокислот. В связи с этим, кроме аммиака и углекислого газа, накапливаются различные органические кислоты, спирты, амины и другие органические соединения, в числе которых могут быть вещества, обладающие ядовитыми свойствами, и вещества, придающие гниющему материалу отвратительный запах.
Возбудители гниения. Среди множества микроорганизмов, способных в той или иной мере разлагать белки, особое значение имеют микроорганизмы, которые вызывают глубокий распад белков - собственно гниение. Такие микроорганизмы принято называть гнилостными. Из них наибольшее значение имеют бактерии. Гнилостные бактерии могут быть спорообразующими и бесспоровыми, аэробными и анаэробными. Многие из них мезофилы, но есть холодоустойчивые и термостойкие. Большинство чувствительны к кислотности среды.
Наиболее распространенными и активными возбудителями гнилостных процессов являются следующие.
Сенная и картофельная палочки* - аэробные, подвижные, грамположительные, спорообразующие бактерии. Споры их отличаются высокой термоустойчивостью. Температурный оптимум развития этих бактерий 35 – 45 °С, максимум роста - при температуре около 50 - 55°С; при температуре ниже 5°С они не размножаются.
* В соответствии с Международным кодексом номенклатуры бактерий сенная и картофельная палочки ввиду большого сходства объединены в один вид - Васillus subtilis.
Помимо разложения белков, такие бактерии способны разлагать пектиновые вещества, полисахариды растительных тканей, сбраживать углеводы.
Сенная и картофельная палочки широко распространены в природе и являются возбудителями порчи многих пищевых продуктов. Они вырабатывают антибиотические вещества, подавляющие рост многих болезнетворных и сапрофитных бактерий.
Бактерии рода Рsеudоmоnas - аэробные подвижные палочки, с полярным жгутиком, не образующие спор, грамотрицательные (рисунок 2, а). Многие виды холодоустойчивы, минимальная температура их роста от - 2 до - 5°С, оптимум - около 20°С. Многие псевдомонасы помимо протеолитической обладают липолитической активностью; они способны сбраживать углеводы с образованием кислот, выделять слизь.
Развитие и биохимическая активность этих бактерий значительно тормозятся при рН ниже 5,5 и 5 - 6%-ной концентрации NаСl в среде. Псевдомонасы широко распространены в природе, являются антагонистами ряда бактерий и плесеней, так как образуют антибиотические вещества. Некоторые виды Рsеudоmоnas являются возбудителями болезней (бактериозов) культурных растений, плодов и овощей.
Протей (Ргоtеus vulgаris) - мелкие грамотрицательные бесспоровыс палочки с резко выраженными гнилостными свойствами. Белковые субстраты при развитии в них протея приобретают сильный гнилостный запах. В зависимости от условий жизни эти бактерии способны заметно менять свою форму и размеры (рисунок 2,6).
Протей - факультативный анаэроб; сбраживает углеводы с образованием кислот и газов. Он хорошо развивается как при температуре 25 °С, так и при 37°С, прекращая размножаться лишь при температуре около 5°С, однако может сохраняться и в замороженных продуктах.
Характерной особенностью протея является его очень высокая подвижность. Это свойство лежит в основе метода выявления протея на пищевых продуктах и отделения его от сопутствующих бактерий. Некоторые виды протея выделяют токсические для человека вещества.
Клостридиум путрификум (Сlоstridium putrificum) - анаэробная подвижная, спорообразующая палочка. Относительно крупные споры ее располагаются ближе к концу клетки, которая при этом приобретает сходство с барабанной палочкой. Споры довольно термоустойчивы. Углеводы эта бактерия не сбраживает. Белки разлагает с образованием большого количества газов (NН , Н 
S). Оптимальная температура развития 37 – 43 °С, минимальная 5 °С.
Клостридиум спорогенес (Сlоstridium sporogenes) - анаэробная подвижная спороносная палочка. Споры термоустойчивы, в клетке они расположены ближе к ее концу. Характерным является очень быстрое (в течение первых суток роста) образование спор. Эта бактерия сбраживает углеводы с образованием кислот и газа, обладает липолитической способностью. При разложении белков обильно выделяется сероводород. Оптимальная температура развития 35-40 °С, минимальная-около 5°С.
Оба вида клостридий известны как возбудители порчи баночных консервов (мясных, рыбных и др.).
Практическое значение процессов гниения. Гнилостные микроорганизмы наносят нередко большой ущерб народному хозяйству, вызывая порчу ценнейших и богатых белками продуктов питания, наприме, мяса и мясопродуктов, рыбы и рыбопродуктов, яиц, молока и др. Но эти микроорганизмы играют большую положительную роль в круговороте веществ в природе, минерализуя белковые вещества, попадающие в почву, воду.
Нитрификация. Процесс последовательного окисления аммиака до азотистой и азотной кислот называется нитрификацией, а возбудители его — нитрифицирующими бактериями. Сущность этого процесса была раскрыта и изучена С. Н. Виноградским.
Работами С. Н. Виноградского установлено, что процесс нитрификации происходит в две фазы, каждая из которых обусловлена деятельностью специализированных аэробных бактерий. Возбудители первой фазы — нитрозные бактерии - окисляют аммиак до солей азотистой кислоты (нитритов). Возбудители второй фазы - нитратные бактерии - окисляют соли азотистой кислоты в соли азотной кислоты (нитраты).
Нитрифицирующие бактерии относятся к хемоавтотрофам. Они живут в почве, природных водоемах, обогащая их нитратами - лучшим источником азотистого питания для растений.
Денитрификация. Процесс восстановления нитратов до молекулярного азота называется денитрификацией, а бактерии, осуществляющие его, — денитрифицирующими бактериями.
Денитрифицирующие бактерии - факультативные анаэробы. В аэробных условиях в процессе их дыхания конечным акцептором водорода является кислород. В анаэробных условиях в качестве акцептора водорода используются нитраты (некоторые используют нитриты), которые и восстанавливаются до молекулярного азота. Многие микроорганизмы восстанавливают нитраты только до нитритов.
Денитрифицирующие бактерии широко распространены в природе. Они живут в почве, природных водах. Деятельность денитрифицирующих бактерий в почве отрицательна, особенно при анаэробных условиях, так как азот нитратов, усваиваемый растениями, переходит в неиспользуемый ими свободный азот.
Фиксация молекулярного азота. Некоторые бактерии способны фиксировать свободный атмосферный азот, т. е. переводить его в связанное состояние. Они восстанавливают азот до аммиака; часть его используется самими микроорганизмами, а часть выделяется в окружающую среду.
Одни азотфиксирующие (азотусваивающие) бактерии живут свободно в почве и в воде; другие — в симбиотическом сожительстве с растениями, преимущественно бобовыми. Бактерии поселяются в бородавчатых вздутиях — клубеньках корней этих растений. Отсюда произошло и название этих бактерий — клубеньковые. Необходимую для фиксации азота энергию они получают в процессе окисления безазотистых органических соединений.
Среди свободно живущих азотфиксирующих бактерий наибольшее значение имеют следующие: аэробные бактерии рода азотобактер (Аzоtоbасtег) — слегка приплюснутые кокки, часто объединенные попарно, имеющие слизистую капсулу; анаэробные бактерии, открытые С. Н. Виноградскнм, Clostridium pasterianum — подвижные спорообразующие палочки, способные сбраживать углеводы по типу масляно - кислого брожения, которое и служит этим бактериям источником энергии для связывания молекулярного азота.
Азотфиксирующие бактерии имеют большое значение. В результате их деятельности почва обогащается доступной для растений формой азотистого питания.
В практике сельского хозяйства в качестве бактериального удобрения используют препараты азотфиксирующих бактерий — азотобактерин (из культур азотобактера) и нитрагин (из культур клубеньковых бактерий).
Дата: 2019-11-01, просмотров: 244.
