Рататуй. Навчальний посібник для студентів, що навчаються у вищих навчальних закладах іii1V рівнів акредитації за напрямом Ветеринарна медицина
 Скачать 5.29 Mb.
|
|
Таблиця 7.1 Мікробіологічні показники безпеки питної води № Показники Одиниці виміру Нормативи 1. Число бактерій в 1 см 3 води (ЗМЧ) КУО/см 3 не більше 100 2. Число бактерій групи кишкових паличок в 1 дм 3 води (індекс БГКП) КУО/дм 3 не більше 3 3. Число патогенних бактерій в 1 дм 3 води КУО/дм 3 відсутність 4. Число патогенних бактерій в 1 дм 3 води КУО/дм 3 відсутність 5. Число коліфагів в 1 дм 3 води КУО/дм 3 відсутність Примітки: КУО - колонієутворюючі одиниці (мікроорганізми); БУО - бляшкоутворюючі одиниці 7.3 Мікрофлора повітря Атмосферне повітря є несприятливим середовищем для розмно- ження мікроорганізмів. У ньому відсутні поживні речовини, часто недостатня вологість і неоптимальна температура, а висушування і 133 сонячне проміння згубно впливають на бактерії та віруси. У повітря мікроби потрапляють, головним чином, із ґрунту, рослин і тварин, продуктів і відходів деяких виробництв. Видовий і чисельний склад мікрофлори повітря незначний. Він дуже варіабельний, динамічний і значною мірою залежить від опадів, температури, інтенсивності сонячної радіації та наявності диму, пилу, кіптяви. Найчастіше в атмосферному повітрі знаходять актиноміцети, сарцини, мікрококи, бацили, гриби. Кількість мікроорганізмів у робочих і житлових приміщеннях тісно пов'язана з санітарно-гігієнічним режимом. При скупченні людей, поганій вентиляції, неправильному прибиранні кількість бактерій у повітрі зростає. В закритих приміщеннях у повітряний простір мікрофлора потрапляє в основному з поверхні шкіри і верхніх дихальних шляхів людини чи тварин. Патогенні мікроорганізми потрапляють у повітря від хворих людей та тварин або бактеріоносіїв при чханні, кашлі. Розсіювання бактерій і вірусів найбільш інтенсивно відбувається при чханні. Навіть короткого перебування збудників у повітрі досить для того, щоб передати їх від хворої до здорової людини (тварини). Так, повітряно-краплинним способом передаються дифтерія, коклюш, скарлатина у людини, інфекційний ринотрахеїт, парагрип у великої рогатої худоби, туберкульоз, аденовірусна інфекція та ін. у людини ітварин. Оцінку чистоти повітря закритих приміщень проводять на основі визначення загальної кількості мікробів в 1 м 3 і наявності санітарно-показових бактерій – гемолітичних стрептококів і золотистих стафілококів. Особливо важливий контроль за мікробним забрудненням повітря у хірургічних, акушерських та дитячих стаціонарах, де виникнення госпітальних інфекцій найбільш небезпечне. На жаль, державний стандарт для оцінки мікробного 134 обсіменіння повітря лікарняних закладів ще не розроблено. Для основних приміщень хірургічних відділень і пологових будинків запропоновано тимчасове положення про нормування мікробного забруднення повітряного середовища. Згідно з цим положенням, загальна кількість бактерій в операційній не повинна перевищувати 500 в 1 м 3 , а після операції – 1000. Гемолітичні стрептококи і золотисті стафілококи не повинні виявлятись в 250 л повітря. Для знезараження повітря лікарняних закладів використовують ультрафіолетове і кварцове опромінювання, аерозолі дезинфікуючих розчинів. 7.4 Значення мікроорганізмів у природі Біосфера сформувалась біля 3 млрд років тому. Тоді єдиними "жителями" Землі були прокаріотичні бактерії, які відіграли велику роль у її створенні. Сьогодні сумарна маса мікроорганізмів планети складає понад 740 млрд т, тоді як всіх рослин - 550, тварин -лише 15 млрд т. При цьому ферментативна активність біомаси бактерій у десятки разів перевищує цей процес у рослин і тварин. Таке широке розповсюдження мікроорганізмів, участь у глибокому розщепленні різноманітних органічних сполук зумовлює їх колосальну роль у кругообігу речовин і енергії в природі. Із трупами тварин і рослин у ґрунт і воду постійно надходить велика кількість органічних сполук, переважно білкової і вуглеводневої природи. Із виділеннями людей і тварин у довкілля потрапляє сечовина, сечова кислота, продукти білкового розкладу. Ці азотовмісні сполуки безперервно розкладаються бактеріями й повністю мінералізуються до амонійних і азотнокислих солей. Мікроорганізми - чудові санітари Землі. Вони очищають нашу планету від нечистот, 135 розкладають їх до мінеральних солей і природа знову дістає можливість творити дивовижний органічний світ. Деякі мікроби здатні засвоювати з повітря елементарний азот і відкладати його у вигляді складних азотистих сполук, що збагачує ґрунт і підвищує врожайність полів. Усі ці процеси розкладу і синтезу азотистих речовин лежать в основі грандіозного кругообігу азоту в природі. Існують мікроорганізми, які з діоксиду вуглецю, карбонатів і мінеральних речовин синтезують вуглеводи. Інші види в результаті бродіння знову перетворюють їх у діоксид вуглецю і карбонати. Ці процеси складають кругообіг вуглецю. Подібна трансформація відбувається з сіркою, залізом, фосфором та іншими елементами. Надзвичайно важливо оберігати екологічну рівновагу в біосфері, захищати від промислових викидів групи мікроорганізмів, які здійснюють кругообіг речовин у природі. Адже шкідливі впливи порушують екологічний баланс, пригнічують життєдіяльність корисних організмів у екосистемах, і вони часто гинуть. 7.5. РОЛЬ МІКРООРГАНІЗМІВ У КРУГООБІГУ РЕЧОВИН У РИРОДІ Мікроорганізми є обліuатним компонентом біосфери планети та мають суттєве значення в кругообігу речовин у природі. Щоб ознайомитись з названою функцією мікроорганізмів важливо проаналізуємо їх роль у перетворенні азоту, вуглецю та деяких інших речовин. 7.5.1Роль мікроорганізмів у кругообігу вуглецю. 136 Як відомо, зелені рослини за допомогою енергії Сонця синтезують з вуглекислого газу повітря і води різні органічні речовини,зокрема вуглеводи. Приблизний розрахунок синтезованих рослинами вуглеводів сягає десятків міліардів тон щороку Розпад органічних речовин може відбуватись двома основними шляхами – фітогенним та зоогенним. Фітогенний розпад органічних речовин здійснюється за участю бактерій, грибів,актиноміцетів , а зоогенний – за участю різних тварин – від найпростіших протозоа до ссавців. Фітогенний розпад органічних речовин за інтенсивністю значно переважає зоогенний. Інтенсивність розпаду органічних речовин залежить як від хімічного їх складу так і від наявності відповідних фітогенних (зоогенних) факторів. Швидше розпадаються прості і мало полімеризовані цукри (моно-, дисахарриди) , повільніше- полісахариди, жири. В залежності від умов середивища органічні речовини можуть розщеплюватись аеробними чи анаеробними мікроорганізмами. У першому випадку кінцевими продуктами розщеплення буде вода та вуглекислий газ, в останньому – кислоти і спирти. Розщеплення органічних речовин в анаеробних умовах відкрив Л.Пастер та назвав його бродінням. Залежно від переважаючої кількості продуктів, які виділяються під час розпаду органічних речовин розрізняють: спиртове, молочнокисле, пропіоновокисле, маслянокисле та інші види бродінь. Кожен тип бродінь викликає певна група мікроорганізмів. 7.5.2. Спиртове бродіння 137 Спиртове бродіння надзвичайно поширене. Це процес розкладу цукру мікроорганізмами на спирт і вуглекислий газ. С 6 Н 12 О 6 = 2СН 3 СН 2 ОН+2СО 2 Збудниками спиртового бродіння є дріжджі, деякі мукорові гриби і бактерії. В природі дріжджі надзвичайно поширені. Їх знаходять на повехні рослин, овочів і фруктів та ін. Так звані дикі дріжджі обумовлюють бродіння під час приготування вина у домашніх умовах. Вони витримують концентрацію спирту до 13 о С, що і лімітує міцність сухих вин. У промисловості використовують переважно ь дріжджі двох видів - Saccharomyces cerevisiае та Saccharomyces ellipsoides. Будь-яке бродіння відбувається в дві стадії: перша — окислення, яка включає перетворення глюкози до піровиноградної кислоти і відняття двох пар водню (при окисленні 3-фосфогліцеринового альдегіду), і друга — відновлення, коли НАД•Н 2 передає водень кінцевому акцепторові. За спиртового бродіння піровиноградна кислота, яка утворилася на стадії окислення, не перетворюється на ацетил-КоА, як при аеробному метаболізмі, а декарбоксилюється до оцтового альдегіду. Цю реакцію каталізує дріжджовий фермент піруватдекарбоксилаза - ключовий фермент спиртового бродіння. Оцтовий альдегід відіграє роль кінцевого акцептора водню. Вступаючи у взаємодію з НАД • Н 2 , він відновлюється до етанолу, а НАД • Н 2 окислюється до НАД: 2СН 3 СНО+2НАД-Н 2 = 2СН 3 СН 2 ОН+2НАД. Ця реакція каталізується ферментом алкогольдегідрогеназою. 138 Поряд із головним продуктом бродіння — С 2 Н 5 ОН і СО 2 у невеликій кількості утворюються побічні продукти: гліцерол, оцтовий альдегід, оцтова і янтарна кислоти, сивушні олії — суміш вищих спиртів. Походження сивушних олій (вищих спиртів — бутилового, ізобутилового, ізоамілового) пов'язане з перетворенням амінокислот, які утворюються у процесі живлення дріжджів. Сивушні олії утворюються дезамінуванням і декарбоксилюванням окремих амінокислот під дією ферментів дріжджів. Наприклад, у разі гідролітичного дезамінування лейцину утворюється ізоаміловий спирт. Відомо понад 200 видівдріжджів - сахароміцетів. Найважливіше значення для промисловості має Saccharomyces cerevisiae. Виробничі дріжджі поділяють на верхові (хлібопекарські, спиртові, винні) і низові (пивні). Найкращою концентрацією цукру в бродильному середовищі для переважної більшості рас дріжджів є 10—15 %, оптимальне рН=4 ... 5, температура 20—28 °С. При порівняно високих температурах (до 30 °С) найчастіше відбувається, так зване, верхове бродіння, яке спричиняють раси верхових дріжджів. Цей вид бродіння використовують у виробництві спирту і хлібопекарських дріжджів. При низьких температурах (5-10 °С) відбувається низове бродіння, яке зумовлюють раси низових дріжджів. Ці раси, на відміну від верхових, повністю зброджують рафінозу і не виносяться на поверхню бродильного субстрату. Низове бродіння використовують у пивоварному виноробстві. При надмірному доступі кисню дріжджі розпочинають окислювати вуглеводи., тобто бродильний процес змінюється на дихальний (аеробний). При цьому суттєво зростає коефіцієнт 139 використання вуглеводів і збільшення біомаси дріжджів. Останнє важливе під час отримання пекарських дріжджів, тому у таких випадках живильне середовище , де їх культивують, піддають інтенсивній аерації. При виробництві етилового спирту, навпаки, створюють анаеробні умови. 7.5.3. Молочнокисле бродіння Молочнокисле бродіння – це процес перетворення цукру в молочну кислоту в результаті життєдіяльності молочнокислих бактерій. Молочнокисле бродіння люди використовували з давніх часів, однак природа його була з»ясована Луї Пастером лише у 1857 р., який довів, що молочнокисле бродіння викликається мікроорганізмами, проте виділити збудників цього бродіння у вигляді чистих культур йому не вдалось. Чиста культура збудників молочнокислого бродіння була виділена лише в 1878 р. Нині відомо багато різних бактерій, які ферментують цукор із утворенням молочної кислоти. При цьому, деякі з них перетворюють цукор лише в молочну кислоту, інші, поряд з молочною кислотою, утворюють ще й побічні продукти (оцтову, янтарну кислоти, етиловий спирт, вуглекислий газ, водень та інші продукти). Якщо в процесі молочнокислого бродіння із цукру утворюється лише молочна кислота, його називають типовим (гомоферментативним) молочнокислим бродінням. Якщо ж при бродінні поряд із молочною кислотою утворюються інші продукти, - процес 140 називається нетиповим (гетероферментативним молочнокислим бродінням). Процес типового молочнокислого бродіння можна виразити таким сумарним рівнянням: Це лише узагальнені рівняння, а насправді процес відбувається за дуже складною схемою, через низку проміжних продуктів. До моменту утворення піровиноградної кислоти процес проходить за такою ж схемою, як і спиртове бродіння. Далі, у зв'язку з відсутністю у молочнокислих бактерій ферменту карбоксилази (піроватдекарбоксилази), реакція декарбоксилювання піровиноградної кислоти не відбувається. Натомість, завдяки ферменту лактиколегілгюгенази, що притаманний молочнокислим бактеріям, піровиноградна кислота вступає в окисно-відновну реакцію з фосфогліцериновим альдегідом. При цьому, в результаті відновлення піровиноградної кислоти, утворюється молочна кислота, а в результаті окиснення фосфогліцеринового альдегіду - фосфогліцеринова: 141 Процес гетероферментативного молочнокислого бродіння відбувається за значно складнішою схемою. Збудники молочнокислого бродіння.Група молочнокислих бактерій має значну різнорідність як за морфологічними, так і за біохімічними властивостями. Розрізняють типові молочнокислі бактерії (викликають процес типового молочнокислого бродіння), і нетипові (викликають процес нетипового молочнокислого бродіння). Для всіх молочнокислих бактерій спільними є такі ознаки: всі молочнокислі бактерії (як кулясті, так і паличкоподібні) нерухомі, спор не утворюють. Грампозитивні. Факультативні анаероби , утворюють молочну кислоту. Молочнокислі бактерії можуть перетворювати в молочну кислоту моно- і дисахариди. Крохмаль та інші полісахариди - не ферментують. Окрім здатності викликати молочнокисле бродіння, деякі молочнокислі бактерії можуть розкладати білкові речовини до амінокислот. При цьому різні види молочнокислих бактерій мають різну протеолітичну активність. Протеолітичні ферменти, які є в молочнокислих бактерій, головним чином належать до ендоферментів і діють на білки навколишнього середовища тільки після відмирання клітини та її автолізу. 142 Молочнокислі бактерії дуже поширені в природі. Вони зустрічаються на рослинах, в повітрі і в ґрунті , входять до складу облігатної мікрофлори організму людини і тварин. Найважливішими представниками типових молочнокислих бактерій є: Streptococcus lactis, Str. сremori, Bact. Bulgaricum, Bact. сasei, Bact. Acidophylum. Streptococcus lactis (молочний стрептокок)– коки, діаметром близько 1 мкм, з'єднані в короткі ланцюжки або попарно. Вони завжди присутні в молоці і найчастіше викликають його скисання. Оптимальною температурою для їхнього розвитку є температура 36°С. Вони є відносно слабкими кислотоутворювачами, накопичують не більше 1% молочної кислоти. Вища концентрація кислоти діє на них згубно. Тому кисле молоко, яке отримують у домашніх умовах самоскисанням без застосування спеціальних заквасок, ніколи не буває надто кислим. Молочнокислі стрептококи ферментують лактозу, мальтозу, глюкозу і галактозу. Str. cremoris– діаметр клітини не більше 0,7 мк, утворюють довгі ланцюги. Ферментують лактозу, глюкозу і галактозу; мальтозу і сахарозу не перетворюють. Оптимальна температура розвитку 30° С. Bact. bulgaricum (болгарська паличка)- довжина клітини сягає 5 мкм. В мазках часто розташовані ланцюжками. Ферментують глюкозу, фруктозу, галактозу, лактозу; сахарозу і мальтозу не ферментують. Оптимальна температура розвитку 40-45 °С. Обумовлює накопичення молочної кислоти до 3,5 %. Bact. casei (сирна паличка)- довжина клітини майже 6 мкм. Ферментує мальтозу, лактозу, глюкозу і фруктозу. Оптимальна температура - 40°С. 143 Bact. acidophylum (ацидофільна паличка)— довжина сягає 5 мкм. Ферментує лактозу, мальтозу, сахарозу і глюкозу. Оптимальна температура для її розвтку - 40°С. Обумовлює накопичення молочної кислоти до 2,5 %. Деякі види ацидофільної палички здатні до слизоутворення (утворюють слизисті капсули). Ацидофільні бактерії поряд із молочною кислотою продукують антибіотичні речовини, які згубно діють на збудників кишкових захворювань, тому її використовують для лікування і профілактики шлунково-кишкових захворювань людини та свійських тварин. Окрім названих існують також інші види молочнокислих паличок (Bact. delbrueckii ,Bact. cucumeris fermentati,і Bact. рlantarum- Останні дві використовують під час квашення овочів та силосування кормів. Температурний оптимум для них – близько 30°С. Нетипових молочнокислих бактерій надзвичайно багато. Практичний інтерес мають, так звані, ароматоутворюючі бактерії видів Str. paracitrovorus, Str. citrovorus, Str. diacetilactis. Ці бактерії утворюють значну кількість летких кислот, вуглекислого газу і ацетилметилкарбінолу, який під час окислення переходить у диацетил. Останній надає продуктам, зокрема маслу, особливого аромату. Завдяки цьому, названі культури широко використовують у різних галузях молочної промисловості, зокрема в маслоробній. Ароматоутворюючі молочнокислі бактерії поряд із цукром перетворюють солі лимонної кислоти, яка завжди є в молоці. Ацетилметилкарбінол, а далі діацетил і ацетоін утворюються саме із солей лимонної кислоти. Молочнокисле бродіння застосовують також для консервування кормів шляхом силосування. Останнє дозволяє зберегти різні види кормів, незалежно від погоди і без втрат вітамінів. Шляхом 144 силосування консервують траву, кукурудзу, гичку картоплі, буряків та ін. При силосуванні подрібнену зелену масу завантажують у траншеї, силосні башти або складають у наземні бурти. Є два способи силосування: гарячий і холодний. При гарячому способі силосування рослинну масу не трамбують під час закладання, а тому в ній розвиваються енергійні мікробіологічні і ферментативні процеси, внаслідок чого температура корму може підніматись до 50 °С. Цей спосіб силосування використовується в окремих випадках, коли на силос використовують грубостеблові та малоцінні корми. Холодний спосіб силосування застосовують частіше. Рослинну масу подрібнюють і щільно трамбують, завдяки чому під час дозрівання силосу температура в ньому не піднімається вище 25-35 °С. До типових молочнокислих бактерій, які відіграють основну роль при силосуванні, належать: Streptococcus lactis, S. thermophilus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis та Betabacterium breve. Процес силосування характеризується трьома послідовними фазами: а) розвиток мішаної мікрофлори; б) домінантний розвиток молочнокислих бактерій (головне бродіння); в) припинення розвитку молочнокислих бактерій внаслідок накопичення молочної кислоти і зниження рН до 4-4,2. На основі молочнокислих бактерій розроблено цілий ряд пробіотиків , які успішно застосовують для профілактики і лікування шлунково-кишкових захворювань у людини і тварин. |