КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МИКРОБИОЛОГИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ Кафедра Технологии продуктов питания и экспертизы товаров Дистанционное обучение           Панов В.П., Кострова Е.И., Козырева С.М.   МИКРОБИОЛОГИЯ   (ОСНОВЫ МИКРОБИОЛОГИИ, МИКРОБИОЛОГИЯ РЫБЫ И РЫБНЫХ ПРОДУКТОВ, БИОЛОГИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ)  I ЧАСТЬ   Учебно- практическое пособие для студентов технологических специальностей www.msta.ru Москва -2004         УДК 579   © Панов В.П., Кострова Е.И., Козырева С.М.. Микробиология.  М., МГУТУ, 2004.     Настоящее учебно-практическое пособие по микробиологии, основам микробиологии, биологии и микробиологии, микробиологии рыбы и рыбных продуктов, содержит сведения о морфологии, систематике и физиологии микроорганизмов- бактерий, мицениальных грибов, дрожжей и их роли в природе и практической деятельности человека. Рассмотрению как положительное, так и отрицательное знание микроорганизмов и их использование в основных отраслях пищевой промышленности. Даны основы профилактики заболеваний передающихся через пищевые продукты. Рассмотрены также вопросы экологии микроорганизмов и их роль в водоемах.     Составители: В.П. Панов,     Е.И. Кострова,    С.М. Козырева   Рецензент: профессор, доктор биологических наук Российского                     университета дружбы народов Орлов В.С.,                    профессор, доктор биологических наук НИИ ГНЦ РАМН                    Карякин А.В.     Редактор: Коновалова Л.Ф.   ©Московский государственный университет технологий и управления, 2004, 109004, Москва, Земляной вал, 73.   КОДИФИКАТОР   Микробиология Общ.пит.-21.22.2701.очн.плн. Общ.пит.- 21.22.0135.очн.плн. Общ.пит.- 21.22.2705.очн.плн. Общ.пит.-21.22.2701.вчр.плн. Общ.пит.- 21.22.0135.зчн.скр. Общ.пит.- 21.22.2705.вчр.плн. Общ.пит.-21.22.2701.вчр.скр. Общ.пит.- 21.22.0135.зчн.плн. Общ.пит.- 21.22.2705.вчр.скр. Общ.пит.-21.22.2701.зчн.плн. Общ.пит.- 21.22.0135.вчр.скр.  Общ.пит.- 21.22.2705.зчн.плн. Общ.пит.-21.22.2701.зчн.скр. Общ.пит.- 21.22.0135.вчр.плн   Общ.пит.- 21.22.2705.зчн.скр. Общ.пит.-21.22.2703.очн.плн. Общ.пит.- 21.22.2707.очн.плн.  Общ.пит.- 21.22.2708.очн.плн. Общ.пит.-21.22.2703.вчр.плн. Общ.пит.- 21.22.2707.вчр.скр.  Общ.пит.- 21.22.2708.вчр.скр. Общ.пит.-21.22.2703.вчр.скр. Общ.пит.- 21.22.2707.вчр.плн.  Общ.пит.- 21.22.2708.вчр.плн. Общ.пит.-21.22.2703.зчн.плн. Общ.пит.- 21.22.2707.зчн.плн.  Общ.пит.- 21.22.2708.зчр.скр. Общ.пит.-21.22.2703.зчн.скр. Общ.пит.- 21.22.2707.зчн.скр.   Общ.пит.- 21.22.2708.зчр.плн. Общ.пит.-21.22.2704.очн.плн. Общ.пит.- 21.22.2710.очн.плн.  Общ.пит.- 21.22.2712.очн.плн. Общ.пит.-21.22.2704.вчр.скр. Общ.пит.- 21.22.2710.вчр.скр.   Общ.пит.- 21.22.2712.зчн.скр. Общ.пит.-21.22.2704.зчн.плн. Общ.пит.- 21.22.2710.вчр.плн.  Общ.пит.- 21.22.2712.зчн.плн. Общ.пит.-21.22.2704.зчн.скр. Общ.пит.- 21.22.2710.зчн.скр.   Общ.пит.- 21.22.2712.вчр.плн. Общ.пит.-21.22.2704.вчр.плн. Общ.пит.- 21.22.2710.зчн.плн.    Общ.пит.- 21.22.2712.вчр.скр. Общ.пит.- 21.22.3511.очн.плн Общ.пит.-21.22.3511.зчн.скр.   Общ.пит.-21.22.3511.зчн.плн.      Общ.пит.-21.22.3511.вчр.плн Общ.пит.-21.22.3511.вчр.скр.          Основы микробиологии Общ.пит.-20.22.3511.очн.плн.    Общ.пит.-20.22.3511.зчн.скр.      Общ.пит.-20.22.3511.зчн.плн.      Общ.пит.-20.22.3511.вчр.плн.      Общ.пит.-20.22.3511.вчр.скр.   Микробиология рыбы и рыбных продуктов Общ.пит.- 22.22.2710.очн.плн. Общ.пит.- 22.22.2710.зчн.скр Общ.пит.- 22.22.2710.зчн.плн Общ.пит.- 22.22.2710.вчр.плн Общ.пит.- 22.22.2710.вчр.скр.   Биология и микробиология Общ.пит.- 23.22.2710.очн.плн. Общ.пит.- 23.22.2710.зчн.скр Общ.пит.- 23.22.2710.зчн.плн Общ.пит.- 23.22.2710.вчр.плн Общ.пит.- 23.22.2710.вчр.скр.

Содержание

Введение_____________________________________________________4

Краткая история развития микробиологии_______________________5

Тема1. Морфология бактерий__________________________________6

Тема2. Систематика бактерий (прокариот)_______________________9

Тема3. Вирусы и влаги_______________________________________12

Тема 4. Морфология и систематика грибов______________________12

Тема5. Дрожжи_____________________________________________16

Вопросы для самоконтроля___________________________________17

Тест по теме________________________________________________17

Тема 6.Физиология микроорганизмов__________________________18

Тема7. Конструктивный обмен у микроорганизмов______________18

Тема8. Энергетический обмен у микроорганизмов_______________22

Тема 9.Основные биохимические процессы,

       вызываемые микроорганизмами

и их значение в природе и практике____________________________24

9.1. Спиртовое брожение_____________________________________24

9.2 Молочнокислое брожение_________________________________26

9.3 Масляное брожение______________________________________27

9.4 Разложение пектиновых веществ микроорганизмами__________27

9.5 Разложение целлюлозы микроорганизмами__________________28

9.6 Разложение жиров и высокомолекулярных жирных кислот._____29

Вопросы для самоконтроля____________________________________30

Тест по теме________________________________________________30

Тема 10. Превращение микроорганизмами соединений азота_______31

10.1 Аэробные процессы (неполное окисление)__________________33

Тема 11. Влияние условий внешней среды на микроорганизмы._____34

Тема. 12. Патогенные микроорганизмы._________________________39

12.1 Заболевания, передающиеся через пищевые продукты_________39

Тема 13. Микрофлора почвы, воды, воздуха._____________________42

Вопросы для самоконтроля___________________________________47

Тест по теме________________________________________________47

Тема 14. Биология и микробиология ___________________________49

Тема 15. микробиология пищевых производств.__________________53

15.1. Хлебопекарное производство______________________________53

    15.2.Кондитерское производство_______________________________56

    15.3. Макаронное производство________________________________57

    15.4. Микробиология сахарного производства____________________58

15.5. Микробиология пивоваренного производства________________64

15.6. Микробиология виноделия. _______________________________66

Вопросы для самопроверки____________________________________69

Тесты по теме_______________________________________________70

         

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Микробиология - одна из биологических наук, изучающая строение, жизнедея­тельность, закономерности и условия развития микроскопических организмов, видимых только с помощью увеличительных приборов (микроскопов). Размеры многих из них настолько малы, что в капле воды их могут быть миллионы. К числу микроорганизмов относятся бактерии, актиномицеты, грибы, в том числе мицели-альные грибы, дрожжи, мельчайшие водоросли, простейшие (одноклеточные) животные организмы и неклеточные формы - вирусы, фаги.

Ниже приведены основные отличия микроорганизмов от других живых существ, обитающих на Земле.

1) Микроскопические размеры, 2) одноклеточное строение - (большинство), 3) чрезвычайная распространенность в окружающей среде, вездесущность (повсю­ду: в почве, воде, воздухе, на поверхности тела, в кишечнике человека и животных, на поверхности растений обитают самые разнообразные виды бактерий, грибов, дрожжей и пр.), 4) высокая скорость размножения, 5) интенсивность обмена, 6) многообразие форм метаболизма и его пластичность (индуцибельные ферменты).

Микроорганизмы играют чрезвычайно важную роль в природе - осуществляют круговорот органических и неорганических (N, P, S и др. ) веществ, минерализуют растительные и животные остатки. Но могут приносить большой вред - вызывая порчу сырья, пищевых продуктов, органических материалов. При этом могут обра­зовываться токсические вещества.

Многие виды микроорганизмов являются возбудителями болезней человека, животных и растений.

В то же время микроорганизмы в настоящее время широко используются в народном хозяйстве: с помощью разных видов бактерий и грибов получают органи­ческие кислоты (уксусную, лимонную и др. ), спирты, ферменты, антибиотики, витамины, кормовые дрожжи. На основе микробиологических процессов работают хлебопечение, виноделие, пивоварение, производство молочнокислых продуктов, квашение плодов и овощей, а также другие отрасли пищевой промышленности. В настоящее время специализировались основные разделы микробиологии:

Медицинская микробиология - наиболее "старая" по времени микробиологичес­кая дисциплина - изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания человека, и разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения этих болезней. Изучает пути и механизмы их распространения и методы борьбы с ними. Ветеринарная микробиология - то же в отношении животных. К курсу медицин­ской и ветеринарной микробиологии примыкает обособленный курс - вирусология. Техническая микробиология - рассматривает особенности и условия развития микроорганизмов, используемых для получения соединений и препаратов, исполь­зуемых в народном хозяйстве. Она разрабатывает и совершенствует научные мето­ды биосинтеза ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и других биоло­гически активных веществ. Перед технической микробиологией стоит также задача разработки мер предохранения сырья, продуктов питания, органических материалов от порчи микроорганизмами, исследование процессов, протекающих при их хранении и переработке.

Почвенная микробиология изучает роль микроорганизмов в образовании и пло­дородии почвы, в питании растений.

Водная микробиология исследует микрофлору водоемов, ее роль в пищевых цепях, в круговороте веществ, в загрязнении и очистке питьевой и сточных вод.

Генетика микроорганизмов, как одна из наиболее молодых дисциплин, - рассма­тривает молекулярные основы наследственности и изменчивости микроорганизмов, закономерности процессов мутагенеза, разрабатывает методы и принципы управле­ния жизнедеятельностью микроорганизмов и получения новых штаммов для исполь­зования их в промышленности и сельском хозяйстве.

 

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МИКРОБИОЛОГИИ

 

Заслуга открытия микроорганизмов принадлежит голландскому натуралисту А. Левенгуку (1632 - 1723), создавшему первый микроскоп с увеличением до 300 раз. В 1695 г. он издал книгу «Тайны природы» с рисунками кокков, палочек, спи­рилл. Это вызвало большой интерес среди естествоиспытателей. С каждым годом увеличивалось число "охотников за микробами" и росло число описываемых видов, однако, состояние науки того времени позволяло только описывать новые виды (морфологический период). Этот период продолжался до середины XIX в. Начало физиологического периода связано с деятельностью великого французского ученого Луи Пастера (1822 - 1895 г.). С именем Пастера связаны наиболее крупные открытия в области микробиологии: исследовал природу брожения, установил воз­можность жизни без кислорода (анаэробиоз), отверг теорию самозарождения, исследовал причины порчи вин, пива. Предложил действенные способы борьбы с возбудителями порчи продуктов (пастеризация), болезней человека и животных (инфекции, вакцины против бешенства и т.д.).

Р. Кох, современник Пастера, ввел посевы на плотные питательные среды, под­счет микроорганизмов, выделение чистых культур, стерилизацию материалов.

И. Мечников - открыл учение о невосприимчивости организма к инфекционным заболеваниям (иммунитет), явился родоначальником фагоцитарной теории иммуни­тета, раскрыл антагонизм у микробов.

Гамалея Н. Ф. - основоположник иммунологии и вирусологии, открыл бактериофагию.

Виноградский С. Н. - основоположник экологии почвенных микроорганизмов.

Омелянский В. Л. - раскрыл роль микроорганизмов в круговороте веществ в при­роде - углерода, азота, серы, железа, открыл целлюлозоразрушающие бактерии.

Исаченко Б. Л - автор работ в области водной микробиологии.

Лебедев А. И., Костычев С. П. - раскрыли химизм процесса спиртового брожения.

Шапошников В. Н. - усовершенствовал бродильные производства.

Многие исследователи работали и работают в настоящее время в обларти пище­вой микробиологии, специализируясь в ее разных отраслях - хлебопечении, виноде­лии, консервировании, переработке мясных, рыбных, молочных продуктов и т.д.

 

ТЕМА1. МОРФОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ

 

       Известно, что универсальной биологической единицей всего живого является клетка. Клетки разных организмов построены однотипно. Важнейшими компонентами их являются три типа макромолекул: нуклеиновые кислоты, белки и полисахариды. Биосинтез органических веществ осуществляется сходным образом, что объединяет разные организмы в единый мир живых существ.

Однако наряду с чертами сходства в последние годы при изучении строения клетки с применением электронной микроскопии выявлены существенные различия в структуре клеток различных организмов. Наиболее резкие различия установлены между бактериями с одной стороны и всеми остальными организмами (низшими и высшими) с другой. Эти различия дали основания разделить живые существа на две противоположные группы: прокариоты (доядерные и эукариотные истинно- ядерные). К прокариотам, как отмечалось выше, отнесены бактерии, цианобактерии (сине- зеленые водоросли), а к эукариотным- грибы, в т.ч. дрожжи, одноклеточные водоросли, простейшие

В клетках прокариот отсутствует истинное ядро и ядерная мембрана, нет ядрышка. Ядерный аппарат представлен одной хромосомой, расположенной непосредственно в цитоплазме. Прокариоты не имеют митохондрий, хлоропластов и других органоидов, характерных для эукариотов. Они содержат функциональные аналоги этих органоидов, которые не четко дифференцированы. Не развита сеть внутрикле­точных мембран, фотосинтетический аппарат у цианобактерий и фотосинтезирую-щих бактерий представлен в виде простых пластинчатых образований (тилакоиды). В составе клеточной стенки преобладает специфический гетерополимер - муреин пептидогликан (только для прокариот). (Рис. 1).

Клетка эукариот характеризуется более сложным строением, она имеет настоя­щее (истинное) ядро с ядрышком, отделенное от цитоплазмы ядерной мембраной. В ядре содержится набор хромосом, постоянный для каждого вида организмов. В цитоплазме клетки расположены вакуоли, пластиды, митохондрии, все органеллы четко ограничены от цитоплазмы собственными мембранами. Основными вещества­ми в составе клеточных стенок у эукариот (грибов, растений) являются хитин, цел­люлоза. (Рис. 2).

Различия в структуре клеток прокариот и эукариот относятся к числу самых крупных биологических "разрывов", отмеченных в эволюции органического мира. Прокариоты рассматриваются как реликтовые формы, появившиеся на первых этапах биологической эволюции еще в анаэробных условиях. Несмотря на простоту организации клетки, прокариоты в процессе развития приобрели разносторонние физиолого-биохимические функции, обеспечивающие многообразие метаболичес­ких путей и как следствие - широкое распространение в природе. Развитие эукарио­тов произошло значительно позже - с появлением кислорода в атмосфере и рассматривается как гигантский скачок в эволюции организмов, проявившийся в ус­ложнении структурной организации и морфологической дифференциации.

Формы клеток, особенности строения и функции структурных элементов прока-риотной (бактериальной) клетки.

Палочковидные, шаровидные и извитые. Размеры в микрометрах (мкм) 1 мкм=0,001 мм. В среднем диаметр тела кокков-0,5-1 мкм, а средняя длина палоч­ковидных - 2-5 мкм. (Рис. 3).

Клеточная стенка (оболочка) бактериальной клетки служит механическим барь­ером для предохранения содержимого клетки от вредного действия окружающей среды. Придает клетке определенную форму и сохраняет ее. В составе клеточной стенки прокариот преобладает специфическое полимерное соединение - пептидог­ликан (муреин), отсутствующий в клеточных стенках эукариотных организмов. Изве­стно, что одним из важнейших показателей при определении рода и вида бактерий служит окраска по Граму. Все бактерии делятся на Грам+ (положительные) и Грам-(отрицательные). Такое разделение основано на способности клеток окрашиваться фиолетовым красителем (генцианвиолетом) и не обесцвечиваться (или наоборот) спиртом, ацетоном. Этот метод окраски введен впервые в 1884 году датским физи­ком Христианом Грамом и используется как важнейший таксономический признак. Установлено, что свойство бактерий окрашиваться или не окрашиваться по Граму обусловлено различиями в химическом составе и ультраструктуре их клеточных сте­нок. У Грам+ клеточные стенки более толстые, многослойные, содержание муреина через 20-30 минут, другие - через несколько часов, это часто наблюдается на пи­щевых продуктах: скисание молока, порча мясных, рыбных продуктов и т. д. Высо­кая интенсивность размножения имеет для бактерий большое биологическое зна­чение. Она обеспечивает сохранение микроорганизмов в окружающей среде. При изучении роста бактерий необходимо разграничивать рост или увеличение разме­ров клеток от роста культуры, т.е. от увеличения числа особей в данной бактери­альной популяции, которое происходит в результате процессов размножения. Численность особей в культуре устанавливается прямыми и косвенными методами подсчета. К прямым методам относятся:

1)микроскопический подсчет клеток в счетной камере или на мембранных филь­
трах (этим методом учитывается общее число живых и мертвых клеток),

2)подсчет колоний на чашках Петри с питательной средой. Здесь определяется толь­ко число жизнеспособных клеток, которые на питательной среде образовали колонии.

Косвенными методами считаются:

1)учет количества клеток с помощью прибора нефелометра по степени рассе­яния света, которая увеличивается с увеличением числа клеток,

2)учет бактериальной массы взвешиванием или по содержанию общего азота.

Совокупность бактерий, развивающихся в ограниченном объеме среды, пред­ставляет собой бактериальную популяцию. Размножение популяции в замкнутой среде протекает в определенной закономерности. Различают четыре основных фазы: начальная (лаг-фаза), логарифмическая (экспоненциальная), стационарная и фаза отмирания. Лаг-фаза имеет место от засева клеток в питательную среду до достижения максимальной скорости роста. Размножения почти не происходит, клетки приспосабливаются к условиям (иногда мешает избыток питательных ве­ществ), синтезируют индуцибельные (адаптивные) ферменты, белки, увеличивают­ся размеры клеток. Длительность лаг-фазы зависит от состава среды (чем она пол­ноценнее по составу, тем короче лаг-фаза), от количества и возраста клеток (чем старше культура и меньшее число клеток, тем лаг-фаза продолжительнее).

В логарифмической фазе все клетки находятся в состоянии активного деления. Нарастание количества клеток идет в геометрической прогрессии. Продолжитель­ность генерации, т. е. время между двумя последовательными делениями клетки, минимальная. Продолжительность скорости размножения в экспоненциальной фа­зе различна у разных видов бактерий. В процессе роста культуры происходит изме­нение состава среды, накапливаются продукты распада. Рост культуры замедляется и наступает стационарная фаза. Число жизнеспособных клеток перестает увеличи­ваться. Количество появляющихся клеток - примерно равно количеству отмерших. После достижения стационарной фазы начинается фаза отмирания. В этой фазе от­мирание клеток превышает скорость их размножения. Отмирание происходит в ре­зультате истощения питательной среды, накопления продуктов распада, старения клеток, спонтанного автолиза, т. е. под действием собственных ферментов (главным образом, протеолитических).

Кривая размножения бактериальной популяции.

А-В - лаг-фаза; В-Д - экспоненциальная фаза, Д-Е - стационарная фаза; Е-Н - фаза отмирания.

 Подвижность бактерий. Шаровидные бактерии - чаше всего неподвижны, извитые - подвижны, палочко­видные - подвижны и неподвижны. Их движение осуществляется за счет жгутиков.

лофотрих

 

амфитрих

Скорость движения различна и не зависит от числа жгутиков. Движение клеток может быть направленным - таксисы.

Фимбрии (волоски или ворсинки) - эти нитевидные структуры образуются у всех бактерий. Они короче и тоньше жгутиков и покрывают всю поверхность клетки. Служат для объединения клеток или прикрепления их к субстратам.

Спорообразование у бактерий.

При неблагоприятных условиях развития (недостаток питательных веществ, влаги и т. д.) у некоторых видов бактерий (преимущественно у палочковидных родов Bacillus, Clostndium) в клетках образуются споры. В каждой клетке образуется только одна спора (эндоспора).

При образовании споры в клетке происходит сложный физиологический процесс. Клетка обезвоживается, идет концентрирование цитоплазмы, образуется специфическое для споры вещество дипиколиновая кислота. Дипиколинат Са является основным веществом оболочек споры. С наличием его, а также высоким содержанием липидов связывают высокую термоустойчивость спор по сравнению с вегетативными клетками. Пример: вегетативные клетки Bacillus subtilis отмирают при нагревании до 75° в течение 1-2 мин, споры - при 120° в течение 30 мин. Споры сохраняют свою жизнеспособность (но не жизнедеятельность, т. к. это (покоящееся состояние клетки) неограниченное время. Попадая на подходящую питательную среду, спора прорастает и превращается в вегетативную форму. Споры имеют округлую или овальную форму. У Clostndium диаметр споры превышает ширину клетки, клетка приобретает форму веретена или теннисной ракетки. Порчу пищевых продуктов вызывают лишь вегетативные клетки бактерий. Знание условий, способствующих образованию спор у бактерий, и условий, вызывающих их прорас­тание, имеет большое значение в выборе способа обработки продуктов для предот­вращения их микробной порчи.

---

Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 685; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!