Материал по микробиологии. Теоретический материал по микробиологии. Микробиология пищевых производств
 Скачать 0.61 Mb.
|
|
Сенажирование - это процесс консервирования зеленой массы из подвяленных трав (сенаж). Траву подвяливают в естественных условиях до влажности 50%, а затем закладывают силос по обычной технологии. Ценность данного способа консервирования заключается в том, что можно консервировать трудносилосуемые растения, содержащие мало сахара и много белка, например люцерну. Сенаж хорошо хранится, его рН — 4,8—5,1. Молочнокислые бактерии обладают высокой осмотической устойчивостью, значительно превосходящей осмотическую устойчивость гнилостных бактерий. Они развиваются при концентрации глюкозы до 80% и выдерживают концентрацию NaCl до 8—10%. Молочнокислые бактерии, обитающие в сенаже, более устойчивы к NaCl и более кислотоустойчивы, чем те, которые встречаются в силосе. Высокое осмотическое давление клеточного сока подвяленных растений обеспечивает развитие молочнокислых бактерий, которые образуют молочную кислоту, подкисляющую сенаж. Гнилостные бактерии в сенаже практически не развиваются (высокое осмотическое давление, кислая среда). Кроме того, молочнокислые бактерии сенажа обладают ярко выраженной антибиотической активностью по отношению к гнилостным бактериям. Эти факторы обусловливают сохранность сенажа и при правильной технологии приготовления — его хорошее качество. Сушка — это наиболее распространенный способ консервирования зеленой массы и других кормов. Скошенная трава имеет влажность 70—80% и содержит большое количество свободной воды, которую используют для своего развития микроорганизмы. В процессе сушки свободная вода испаряется, и остается вода связанная, недоступная микроорганизмам (12—16%). Чем быстрее высушена трава, тем меньше потери питательных веществ. Однако слишком быстрое высушивание делает корм малоароматным, животные поедают его неохотно. При сушке обычно теряется 10—50% органических веществ — белки и простые сахара. Кроме того, при сушке обламываются цветки и листья, имеющие наибольшую питательную ценность. При уборке сена прибегают к искусственному вентилированию. Скошенную траву оставляют в прокосах, высушивают до влажности примерно 30%. Затем формуют просушенную траву в брикеты, укладывают в хорошо вентилируемое хранилище. Постепенно лишняя вода испаряется. Этот способ уборки сена позволяет сохранить почти все питательные вещества в высушенной траве и таким образом на 20—30% повысить питательную ценность корма. В высушенном сене сохраняется большое количество эпифитов, но так как при этом нет условий для их размножения, они находятся в анабиотическом состоянии. При попадании воды внутрь стога сена микроорганизмы активизируются, что приводит к повышению температуры сена до 40—50 °С и выше. Мезофильные микроорганизмы отмирают, а деятельность термофилов усиливается. Через несколько дней температура сена повышается до 701240 °С, происходит его обугливание, растения становятся вначале бурыми, а затем черными, образуются горючие газы — метан и водород, которые адсорбируются на пористой поверхности обуглившихся растений, вследствие чего возможно самовозгорание сена. Загореться может только недостаточно уплотненная масса. В ветреную погоду случаи самовозгорания учащаются. Энергия, выделяемая во внешнюю среду, образуется в результате окисления органических веществ кислородом воздуха. Чем выше была температура сена в стогах, тем ниже его качество. Приготовление бурого сена. Явление термогенеза можно использовать для приготовления бурого сена. В тех местностях, где по климатическим условиям сушка травы затруднена, скошенную и провяленную траву через 1—2 дня после покоса сгребают в валы, а затем плотно складывают в стог. Влажность провяленной травы составляет 45—50%. В растительной массе активизируются микробиологические и ферментативные процессы. Стог начинает саморазогреваться. Повышенная температура держится в стогу 3—4 недели, а затем по мере подсыхания растительной массы снижается. Потери питательных веществ при приготовлении бурого сена больше, чем при обычной сушке. Цвет готового сена светло-коричневый или черный, но скот его поедает охотно. В таком сене около 15% влаги. Дрожжевание кормов - добавление к кормам пекарских дрожжевых грибов, биологический способ подготовки кормов к скармливанию. Повышает их питательность, улучшает вкусовые и диетич. качества. Дрожжуют зерновые корма, богатые углеводами (ячмень, кукурузу, овёс, отруби и др.), иногда корнеклубнеплоды, а также их смеси с зерновыми. Кроме пекарских дрожжей, в процессе участвуют и дрожжи др. видов, присутствующие на поверхности зерна. Размножение дрожжей в корме сопровождается спиртовым брожением; одновременно размножаются молочнокислые бактерии, продукты жизнедеятельности к-рых — молочная, уксусная, муравьиная и нек-рые др. летучие к-ты. В результате рН корма повышается до 3,8 — 4,2, что препятствует развитию гнилостных бактерий. Дрожжи способны синтезировать белок (близок к белку животного происхождения) из простых азотистых соединений, благодаря чему в корме увеличивается общее кол-во белка. В процессе Д. к. повышается и переваримость белка. Кормовая масса обогащается витаминами группы В и ферментами. Оптимальная темп-pa для развития дрожжей 20 — 25 °С. Дрожжуемый корм должен иметь консистенцию каши. Аэрация обеспечивается перемешиванием. Дрожжуют корма опарным, безопарным и заквасочным способами. Продолжительность Д. к. 6 — 9 ч. Для улучшения процессов дрожжевания при любом способе целесообразно добавлять к кормам 0,1% (к массе сухого корма) сернокислого или фосфорнокислого аммония, 1,5 — 2% ячменного солода или патоки, 10 — 15% мелкоизмельчённой сахарной свёклы, до 3% травяной или сенной муки и 1,0 — 1,5 мг хлористого кобальта на 1 л израсходованной воды. Скармливают дрожжёванные корма в осн. свиньям, реже коровам. В рационах ж-ных Д. к. могут составлять до 12 — 15% по питательности. Существует несколько способов дрожжевания: опарный, безопарный и заквасочный. 1. Опарный способ. Дрожжевание слагается из двух рабочих процессов: приготовление опары и само дрожжевание. Приготовление опары. На 100 кг сухого корма для опары берут 0,5—1,0 кг прессованных пекарских дрожжей, разводят их в теплой воде, после чего в ящик наливают 40—50 л теплой воды и, размешивая, прибавляют туда дрожжи. Затем в яшик постепенно, также тщательно перемешивая, всыпают 20 кг кормов и полученную болтушку через каждые полчаса перемешивают в течение 5 мин. Через 4—6 часов опара готова. Дрожжевание. В готовую опару добавляют 110—150 л теплой воды и затем постепенно, все время тщательно размешивая массу, прибавляют в ящик остальные 80 кг концентрированных кормов. Дальше перемешивание корма производится каждый час до конца дрожжевания. Продолжительность дрожжевания — 3 часа. Для приготовления опары рекомендуется пользоваться смесью преимущественно углеводистых концентрированных кормов (ячменная, овсяная, кукурузная мука, отруби и др.). Для дрожжевания можно брать и другие корма. 2. Безопарный способ. Отличается тем, что к дрожжеванию приступают сразу, не приготовляя опары. На 100 кг сухих кормов берут 0,5—1,0 кг прессованных пекарских дрожжей, которые разводят в теплой воде. В ящик вливают 150—200 л теплой воды, разведен ные дрожжи и затем постепенно всыпают 100 кг дрожжуемых кормов, тщательно размешивая их в воде. Полученную болтушку основательно перемешивают через каждые 20 мин. Дрожжевание длится 6—9 час. 3. Заквасочный способ. Как и по опарному способу, дрожжевание кормов по этому способу слагается из двух процессов: 1) приготовление опары которое производится беспрерывно, через каждые 6 час., на осоложенных кормах и 2) собственно дрожжевание. Приготовление опары-закваски. К 40 кг осоложенных кормов (из расчета на сухой корм) с температурой не выше 30—40° добавляют предварительно разведенные в теплой воде дрожжи в количестве не менее 1 кг. Воды не добавляют. После добавления дрожжей болтушку через каждые 15—20 мин. тщательно перемешивают. Приготовление опары-закваски продолжается б час. Через 6 час. половину опары используют для дрожжевания, а ко второй половине добавляют 20 кг осоложенных кормов и снова через каждые 15—20 мин. производят перемешивание болтушки. Через 6 час. снова половину опары используют для дрожжевания и опять добавляют 20 кг осоложенных кормов. Таким образом опару используют 5 раз, после чего готовится новая опара-закваска. Для приготовления опары следует цользоваться только углеводистыми кормами (ячменной, овсяной, кукурузной мукой, отрубями и т. д.). Дрожжевание. Ко взятой половине опары-закваски добавляют от 110 до 150 л теплой воды и хорошо размешивают в ней опару. Затем всыпают в ящик остальные 80 кг кормов, все время тщательно размешивая болтушку. Далее производится перемешивание болтушки каждый час до конца дрожжевания. Продолжительность дрожжевания — 3 часа. Улучшатели процесса дрожжевания. Для лучшего развития дрожжей и молочнокислых бактерий при дрожжевании по любому способу рекомендуется: 1) часть кормов (до 20%) подвергать предварительно осолаживанию; 2) добавлять 1,5—2,0% пророщенного зерна — ячменя, овса или ржи (солод); 3) добавлять 1—2% патоки; 4) добавлять 10—15% вареного мятого картофеля или сырых обмытых мелко измельченных корнеплодов — свеклы, моркови и т. п.; 5) прибавлять до 3% сена бобовых в виде муки или мелкой резки. Помещение для дрожжевания и весь инвентарь необходимо содержать в совершенной чистоте. Помещение следует систематически проветривать и периодически производить побелку его известью. Инвентарь необходимо тщательно обмывать кипятком со щетками или жгутами и время от времени дезинфицировать раствором марганцевокислого калия. Скармливание дрожжеванных кормов. Приучать животных к дрожжеванным кормам необходимо постепенно, начиная с количеств в 10—15% и доводя до 40—50% скармливаемой нормы концентратов. При использовании дрожжеванных кормов рекомендуется периодически, после 20—30 дней скармливания, исключать их на 10—15 дней из рациона животных. Дрожжёванный корм может скармливаться всем видам животных и в разном возрасте. Молодняк следует приучать к дрожжеванному корму после того, как он освоился с поеданием обычных кормов, применяющихся для его подкормки. Поросятам начинают давать такой корм дней за 15—20 до отъема, телятам в 1 — 1,5 - месячном возрасте. Осолаживание кормов. Вследствие большого количества содержащегося крахмала лучше всего осолаживаются зерновые злаковые корма. Осолаживание производится в ящиках или кадках в теплом помещении. Размолотый корм (или смесь кормов) насыпают в ящики слоем не более 30—35 см и заливают 3-кратным количеством горячей воды (температура 80—90°). Корм с водой тщательно перемешивают и сверху засыпают его толстым слоем сенной резки, или, если осолаживаются одни концентрированные корма, их накрывают мешковиной или рогожами для сохранения тепла. Спустя 2—3 часа корм готов. За это время корм приобретает запах солода и сладковатый вкус. Содержание сахара в осоложенном корме повышается в 2—3 раза и достигает 8—12%. Для лучшего осолаживания в корм после замешивания горячей водой рекомендуется добавить 2% солода (проросшего ячменя, ржи или овса). Осоложенный корм скармливают после охлаждения. Чаще всего перед скармливанием его смешивают с грубыми или сочными кормами. Рекомендуется осолаживать каждую дачу корма отдельно, так как осоложенный корм быстро портится. В осоложенном виде следует скармливать не более половины требующейся животным нормы концентратов. Для крупного рогатого скота и особенно для лошадей хорошую смесь для осолаживания составляет: 30% овсянки, 10% отрубей и 60% сенной или соломенной резки. Приготовление «маша». Такая подготовка корма рекомендуется для переутомленных лошадей, отказывающихся от других кормов, а также для лошадей, поставленных на усиленное питание. Готовится маш следующим образом: 1 кг плющенного овса, 0,5 кг отрубей, стакан льняного семени или жмыха и столовая ложка поваренной соли (все это из расчета на разовую дачу для 1 лошади) насыпают в ящик или кадку, тщательно перемешивают (закрывают сверху небольшим количеством хорошего сена и заливают горячим кипятком. Воды наливают столько, чтобы корма были ею вполне пропитаны, но чтобы вода не стекала. Залитые кипятком корма оставляют на 1—2 часа. Приготовленный таким способом маш охотно поедается лошадьми, хорошо переваривается и действует слегка послабляющим образом. Вследствие хорошего действия маша его рекомендуют вообще давать лошадям для регулирования пищеварения 1—2 раза в неделю, особенно в зимний период, при кормлении их одними сухими кармами. Приготовление диетического корма из овсянки, отрубей и сенной резки. Для больных лошадей или слабых после перенесенного заболевания может еще применяться такая подготовка кормов: на 1 кг овсяной муки или дробленого овса берут 0,5 кг отрубей (из расчета на разовую дачу для одной лошади) и засыпают их в кадку или деревянный ящик, где эту смесь заливают теплой водой (температура 18—20°) до получения полужидкой кашицы. После тщательного перемешивания кормов с водой к ним добавляют сенную резку по 0,5 кг на одну лошадь и разовую дачу поваренной соли. Всю эту смесь снова перемешивают вилами или лопатой. Готовят такую смесь за полчаса — час до скармливания. Проращивание зерна. Проращивание зерна имеет значение главным образом для улучшения витаминного питания при зимнем кормлении животных. Наряду с этим при проращивание повышается переваримость содержащихся в зерне углеводов. Для проращивания можно пользоваться зерном овса, ячменя, ржи. Производится проращивание в светлом помещении, при температуре 20—25°, в лотках шириной в 0,2 м, длиной в 1 м и с бортами высотой в 4,5—5 см. Лотки размещают на скамьях или лучше на специальных полках, устраиваемых в помещении ближе к свету. Зерно для проращивания предварительно вымачивается в воде в течение 12—24 часов, после чего его насыпают в лотки слоем в 3—4 см и накрывают мешковиной. В дальнейшем зерно поддерживают все время во влажном состоянии, для чего его время от времени поливают (раза 2—3 в день), избегая однако излишка воды. Когда зерно даст хорошие ростки, мешковину снимают. Примерно на 8—9-й день пророщенное зерно используют для скармливания. Оно задается животным вместе с ростками и корешками. Перед каждой новой закладкой зерна на проращивание для предупреждения развития плесени лотки необходимо тщательно промыть горячей водой и просушить. Наиболее часто пророщенное зерно используют для подкормки поросят с 8—10 -го дня их жизни и цыплят — с 3—4-го дня. Однако скармливание такого зерна очень уместно и для производителей и вообще для племенных животных. Суточная дача его на голову может составлять от 100 до 500 г. 3.3. Применение методов биоконверсии в сельском хозяйстве. Биоконверсия – процесс превращения веществ с участием живых организмов, точнее процесс превращения одних соединений в другие при участии ферментных систем живых организмов. Особенности биоконверсии: идет превращение веществ-субстратов в структурно-родственные соединения (под воздействием ферментов органические вещества превращаются в родственные им по структуре вещества); не идет полная деградация субстрата, присутствует лишь незначительные его изменения, которые приводят к получению целевого продукта (это связано с ограниченным числом ферментных реакций, т.е., если есть несколько субстратов: S1, S2, …, Sn, но есть только один вид фермента, то будет идти превращение только одного вида). Реакции, катализируемые ферментами: окисление гидролиз декарбоксилирование; дегидрирование гидрирование метилирование деметилирование изомеризация ацелирование восстановление фосфорелирование галагенирование Виды процессов биоконверсии: 1. Одноступенчатые: брожение (продуктами являются спирты и органические кислоты); изомеризация (превращение глюкозы во фруктозу); получение стероидных гормонов (из гидрокортизона получают преднизалон). 2. Многоступенчатые (требуются смешанные культуры микроорганизмов или последовательное, многостадийное добавление штаммов микроорганизмов): получение кормового белка; получение БАВ: гормоны, антибиотики, витамины; биоконверсионная очистка сточных вод; вермикультивирование (природная биоконверсия). Преимущества биоконверсионных превращений в сравнении с химическими: получаются продукты точно химически заданного состава, без побочных включений; необходимые катализаторы синтезируются клетками микроорганизмов, что уменьшает число стадий производства, что в свою очередь влечет за собой удешевление; высокая специфичность реакций (протекает только один тип реакций); стереоспецифичность (образуются соединения родственные по структуре); мягкие условия протекания реакций; энергетически выгодно (т.к. мягкие условия, то реакции протекают при низких температурах, т.е. идут малые затраты энергии, при значительной скорости процесса); большое КПД целевых веществ (93-100%); возможность использования иммобилизованных клеток-микроорганизмов, которые более стабильны чем ферменты, как следствие увеличивается эффективность процесса и падает его цена); в результате очистки загрязнений (биоразрушения) не появляется второй загрязняющий агент. Использование продукции биоконверсии: Фармация, медицина (инсулин, преднизалон, соматотропин). Пищевая промышленность (пищевой и кормовой белок, клеточная биомасса дрожжей, водоросли, грибы). Очистка окружающей среды (вод) и ограничение загрязнений бытовыми и сельско-хозяйственными отходами (от нефти). Большинство веществ может удаляться с помощью ана-, аэробных микроорганизмов в результате биоконверсии (брожение, метаногенез, ацетогенез). Сельское хозяйство (биодеградация пестицидов в почве, биоразрушения ядохимикатов, использование натуральных удобрений). Методы биоконверсии могут быть использованы в комбикормовой промышленности при переработке различных видов растительного сырья, включая отходы растениеводства, мукомольного, элеваторного производства, а также пищевой, спиртовой и пивоваренной промышленности. Известны способы получения кормовых белковых добавок, включающие подготовку сырья, добавление минеральных солей, ферментацию полученной биомассы смесью культур микроорганизмов (дрожжей, грибов). Примерами способа прямой биоконверсии растительного сырья являются процессы твёрдофазного культивирования: выращивание микроорганизмов и высших грибов на растительном сырье с целью получения биологически активных веществ, а также компостирование растительных отходов, в том числе и с калифорнийскими червями, с целью получения органических удобрений. К способу прямой биоконверсии можно отнести процесс силосования растительного сырья, а также получение кормовых белковых добавок микробиологическим путём из зерносырья. Исследованы процессы прямой биоконверсии древесных и сельскохозяйственных отходов поверхностным и глубинным культивированием микроорганизмов, образующих ферментные системы, катализирующие расщепление целлюлозы, гемицеллюлоз, лигнина и хорошо растущих на лигноцеллюлозных материалах с целью обогащения их белком. Способ применяют в производстве целлюлолитических ферментов с использованием микроскопических грибов Trichoderma viride (Tr. reesei 18б2/КК). В последнее время во многих странах мира возрос интерес к проблеме получения белка пищевого и кормового назначения путём культивирования различных микроорганизмов на твёрдых питательных средах, чаще всего на целлюлозосодержащих промышленных и городских отходах. Биоконверсионные разрушения могут внести большой вклад в решение комплексных экологических проблем. Хотя надо помнить, что экологическая проблема – это в первую очередь философская проблема – человек ее должен осознать, пропустить через себя. Применение натуральных удобрений: К их числу относятся вермикоспосты, полученные при переработке органических отходов красным калифорнийским червем Eisenia foetida. Жидкий гной поддают сепарации, фракцию, содержащую 15-20% твердых веществ, выкладывают слоем 15-20 см на стеллажи. Из гноя, с помощью червяков, получают удобрения – биогумус или вермикомпост, а червяки, используются для кормления животных или как биодобавки и лекарственные препараты с применением очистки. Жировые отходы с добавлением осадков сточных вод пригодны для вермикультивирования, но из-за большого содержания тяжелых металлов использовать его как удобрение можно только для декоративных растений и лесонасаждений (как это делают во Франции). Бесхребетные дробят растительный материал, увеличивая общую поверхность и тем самым содействуют размножению микроорганизмов. Пропуская измельченную еду через пищеварительный тракт, бесхребетные изменяют и увлажняют ее при пищеварении, т.е. создают более оптимальные условия для развития микроорганизмов. Также в кишечнике червяков присутствуют микроорганизмы Bacillis agglomeratus, которые способны извлекать нитросоединения из белков. Червяки, также, выделяют витамин D и витамины группы B (В1, В2, В12). Окислительные ферменты выделяемые червяками в грунт, обогащают его, увеличивая тем самым число активных веществ (ауксины, гиберелины), которые ускоряют прорастание зерен, значительно уменьшают стресс растений и увеличивают устойчивость к заболеваниям. При использовании биогумуса уменьшается содержание нитратного азота, при необходимом обеспечении витаминами. Также установлено положительное влияние вермикомпоста на нормализацию содержания нитратов и микроэлементов в зерне, благодаря повышенной активности пироксидазы в листах и зерне зерновых культур. Биогумус смягчает действие гербицида, восстанавливает биологические процессы в грунте, загрязненном тяжелыми металлами, которые связываются в малодоступные растительные комплексы. Биогумус также уменьшает уровень радиации в разных органах растений, в том числе и в плодах. Преимущества биогумуса: большая влагоемкость; гидрофильность; механическая прочность (ходы червяков); отсутствие семян бурьянов; большое содержание БАВ (фитогормонов); большое разнообразие полезной микрофлоры; пролонгированное действие; оптимальная реакция среды для развития растений. Благодаря этим преимуществам увеличивается плодородность грунта, активизируются процессы роста и увеличивается урожайность культур. Вермикомпосты кроме того, что экологически полезны ещё и экономически выгодны: из 1 тонны отходов можно получить около 600 кг экологически чистого удобрения, полученную биомассу червей можно применить как кормовую добавку или лекарственные препараты. Выводы: Вермикультивирование позволяет на биологической основе решать актуальные экологические проблемы: утилизация органических отходов; увеличение плодородности грунта; получение высококачественного экологически чистого органического удобрения. |