Микроорганизмы, используемые в биотехнологии. Биологическая роль микроорганизмов в охране окружающей среды. Роль микроорганизмов в пищевой и кормовой промышленности.
К объектам промышленной микробиологии и биотехнологии можно отнести бактерии, дрожжи, микроскопические (плесневые) грибы, культуры клеток растений и животных, а также субклеточные структуры (вирусы, плазмиды, ДНК митохондрий и хлоропластов, ядерная ДНК)
В настоящее время разработаны и развиваются современные технологии по очистке бытовых, промышленных и сельскохозяйственных отходов. Наибольший интерес представляют (и имеют перспективу) естественные и самые дешевые биологические методы очистки, представляющие собой интенсификацию природных процессов разложения органических соединений микроорганизмами в аэробных или анаэробных условиях.
Деградация органических веществ осуществляется микроорганизмами как в аэробных, так и в анаэробных условиях, с разными энергетическими балансами суммарных реакций.
Аэробный процесс При аэробном биоокислении глюкозы 59 % энергии, содержащейся в ней, расходуется на прирост биомассы и 41 % составляют тепловые потери:
С6Н12О6 + 6О2 —> 6СО2 + 6Н2О + микробная биомасса + теплота.
Аэробное микробное сообщество представлено разнообразными микроорганизмами, в основном бактериями, окисляющими различные органические вещества в большинстве случаев независимо друг от друга, хотя окисление некоторых веществ осуществляется путем соокисления (кометаболизм).
Преимущество аэробного процесса состоит в высокой скорости ис-пользовании веществ в низких концентрациях, недостаток – в образовании большого количества микробной биомассы. Аэробный процесс используется при очистке бытовых, некоторых промышленных и свиноводческих сточных вод с ХПК не выше 2000 мг/л. Компостирование твердых отходов также является аэробным процессом.
|
|
|
Анаэробный процесс При анаэробной деградации глюкозы с образованием метана лишь 8 % энергии расходуется на прирост биомассы, 3 % составляют тепловые потери, 89 % переходит в метан:
С6Н12О6 —> 3СН4 + 3СО2 + микробная биомасса + теплота.
Анаэробная деградация органических веществ при метаногенезе осу-ществляется как многоступенчатый процесс, в котором необходимо уча-стие по меньшей мере четырех групп микроорганизмов: гидролитиков, бродилыциков, ацетогенов и метаногенов.
Преимущество анаэробного процесса заключается в относительно незначительном образовании микробной биомассы, возможности обработки концентрированных стоков, а также в образовании энергоносителя – метана. К недостаткам следует отнести невозможности удаления органических загрязнений в низких концентрациях, и для глубокой очистки анаэробную обработку следует использовать в комбинации с последующей аэробной стадией.
|
|
|
Биологическая очистка сточных вод представляет интенсифицированную модель процессов, происходящих в природных водоемах при попадании в них избытка органических соединений:
В сточных водах обычно присутствует до 1010/л микробных клеток, при этом содержание патогенных микроорганизмов очень мало. Так, численность клеток индикатора фекальных загрязнений Escherichia coli составляет обычно не более 1 % от общей численности микробных клеток. Среди непатогенных бактерий доминируют Pseudomonas fluorescens, P. aeruginosa, Bacillus cereus, В. subtilis, Proteus vulgaris, Klebsiella. pneumonie, Enterobacter cloacae, Zoogloea ramigera.
На современных предприятиях очистки воды обеспечивается не только окисление органических загрязнений, но и удаление соединений азота и фосфора
Компостирование, аэробный процесс окисления органических веществ биомассы микроорганизмами, сопровождается выделением большого количества тепла. Оно традиционно широко используется для получения удобрений на сельскохозяйственных предприятиях и в индивидуальных крестьянских и садоводческих хозяйствах.
Основными факторами, ограничивающими скорость деградации, яв-ляются низкая влажность и необходимость развития высокой плотности микроорганизмов, способных разлагать различные органические соединения, в том числе ксенобиотики.
|
|
|
В хозяйственной деятельности человека наиболее широко применя-ются микроорганизмы, вызывающие различные виды брожения.
Спиртовое брожение проводят при участии дрожжей рода Saccharo-myces и используется в процессе производства спирта и глицерина, вина и пива, шампанского и коньяка. Большое значение оно имеет также в техно-логии хлебопечения.
Хлебопекарное производство. Возбудителями брожения теста являются дрожжи.
Роль дрожжей заключается в разрыхлении теста. Дрожжи сбра-живают сахара муки и мальтозу, образующуюся из крахмала, с выделением спирта, углекислого газа. Побочные продукты брожения – уксусный альдегид, бутиловый, изобутиловый, изоамиловый спирты, органический кислоты (молочная, янтарная, винная, щавелевая) создают вкус и аромат хлеба.
При производстве пшеничного хлеба применяют Saccharomyces cerevisiae, ржаного – Saccharomyces cerevisiae и Saccharomyces minor (специфичны для ржаного теста).
Большую роль в хлебопечении играют молочнокислые бактерии. Эти микроорганизмы осуществляют молочнокислое брожение в полуфабрикатах, в результате которого повышается кислотность, что способствует набуханию и пептонизации муки, особенно ржаной, повышаются вязкость и газоудерживающая способность теста. Молочнокислые бактерии участвуют в создании вкуса и аромата ржаного хлеба за счет накопления летучих органических кислот, спиртов, карбонильных соединений (альдегидов), способствуют лучшему разрыхлению теста за счет газообразования.
|
|
|
В хлебопечении используются следующие виды молочнокислых бак-терий:
Lactobacillus dellbrueckkii, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, . Lactobacillus fermenti.
Производство пищевого спирта. При производстве спирта биохимическим способом используют сле-дующие микроорганизмы:
Дрожжи. В спиртовом производстве используют хлебопекарные дрожжи Saccharomyces cerevisia (верхового брожения) или гибридные расы пивоваренных дрожжей Saccharomyces carlsbergensis и рас хлебопе-карных дрожжей.
Производство пива. Дрожжи, используемые в пивоварении, относятся к видам Saccharomyces cerevisiae и Saccharomyces carlsbergensis.
Дрожжи Saccharomyces cerevisiae относятся к дрожжам верхового брожения и используются редко, в основном для темных и специальных сортов пива.
Дрожжи Saccharomyces carlsbergensis осуществляют низовое брожение пивного сусла – оседая на дно бродильных емкостей. Эти дрожжи хорошо бродят при температуре 5 – 10 °С и широко используются для приготовления стандартного и сортового пива.
Производство вина. Главная роль при брожении виноградного и плодово – ягодного сусла принадлежит дрожжам. Под влиянием дрожжей всегда имеющихся на поверхности спелых ягод и плодов (эпифитная микрофлора) брожение сока может возникнуть спонтанно (самопроизвольно) Винные дрожжи принадлежат к семейству Saccharomycetaceae, видам Saccharomyces vini и Saccharomyces oviformis.
Производства, основанные на молочнокислом брожении. Молочнокислое брожение нашло широкое применение в пищевой промышленности. Молочнокислые бактерии используют в молочном производстве, в хлебопечении, при квашении овощей и силосовании кормов, при изготовлении кваса, в производстве молочной кислоты и т. д.
Молочнокислые бактерии применяют также для производства молочной кислоты, которую используют в кондитерской промышленности, при изготовлении безалкогольных напитков, в текстильном производстве, в химико-фармацевтической промышленности и в медицине.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 901; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!