Тел по Москве +7(495)-552-31-94, Тел по России 7-9999-94-95-00
Перейти к контенту

Главное меню:

Интерес к проблемам охраны водных ресурсов от истощения и загрязнения и прогнозирования качества воды

Интерес к проблемам охраны водных ресурсов от истощения и загрязнения и прогнозирования качества воды
Удивительные микробы – биобактерии
Микроорганизмы в народном хозяйстве и здравоохранении
Биобактерии в промышленности
Микробиология  и ее современное значение

Что такое микробиология

Сила биобактерий (микробов) микроорганизмов

Могущественные ферменты

ЧТО ТАКОЕ ФЕРМЕНТЫ
Нуклеопротеиды
Многочисленные и самые разнообразные отрасли народного хозяйства в настоящее время пользуются ферментами.

Дары "невижимых химиков"
Как уничтожают микробов


Интерес к проблемам охраны водных ресурсов от истощения и загрязнения и прогнозирования качества воды


 Интерес к проблемам охраны водных ресурсов от истощения и загрязнения и прогнозирования качества воды особенно возрос в последнее десятилетие в связи с резким увеличением потребления воды промышленностью, сельским и коммунальным хозяйством.

 Большая часть отработанной воды после предварительной очистки отводится или, просочившись через почву, возвращается в реки, озера, водохранилища. Однако вода загрязняется при растворении и вымывании минеральных и органических удобрений, средств химической защиты растений от болезней и вредителей. Загрязненные стоки, попадая в реки и водоемы, трансформируются в пространстве и во времени. При этом происходят физико-химические и биологические процессы, в результате которых изменяются концентрации загрязняющих веществ и биохимическое потребление кислорода, что приводит к гибели рыбы и многим другим нежелательным последствиям.

 Водность и гидродинамика потока, характер и интенсивность химических реакций и биологических процессов определяют предельно допустимую нагрузку на водный объект, необходимую степень очистки сбросных вод и распределение затрат на водоочистку между предприятиями и организациями, сбрасывающими сточные моды. В связи с этим при проектировании и разработке водоохранных комплексов огромное значение имеют расчеты процессов конвективно-диффузионного переноса и превращения веществ (КДПиПВ).

 Полностью очистить загрязненную воду, даже совершенными способами, практически невозможно и экономически нецелесообразно. Поэтому при решении проблемы охраны воды и почвы от загрязнения очень важно не допускать сброс неочищенных сточных воды в гидрологическую сеть, широко внедрять безотходные технологии и замкнутые циклы, уменьшить поливные нормы и потребление воды на единицу продукции и т. д. Все это определяет актуальность, теоретическую и практическую значимость проблемы, решению которой посвящена данная монография.


Удивительные микробы – биобактерии


Необъятен и вездесущ не видимый невооруженным глазом мир микроорганизмов. В нем много коварных врагов и добрых друзей человека. Успехи биологии, химии, физики позволяют использовать гигантскую производительность микроорганизмов для производства в крупных промышленных масштабах кормового белка, витаминов, антибиотиков, ферментов, бактериальных удобрений и безвредных для человека микробиологических препаратов, вызывающих массовую гибель вредителей полей, садов и лесов.

Микроорганизмы в народном хозяйстве и здравоохранении
Важное значение приобретают изучение и широкое использование микроорганизмов в народном хозяйстве и здравоохранении, в том числе для выработки пищевых и кормовых средств, витаминов, антибиотиков, ферментов, для изыскания новых приемов агротехники.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В последнее время наука уже на деле стала непосредственной производительной силой, причем такой, значение которой растет изо дня в день. Особенно ярко и губедительно это можно увидеть на примере микробиологии.
Фундаментальные исследования в области физиологии и биохимии микробов открыли беспредельные возможности для использования микробов — этих невидимых «химиков», способных вырабатывать биологически активные вещества, крайне важные в природе и жизни человека. Синтез ферментов, пигментов, токсинов, белков, жиров, полисахаридов, антибиотиков, витаминов — все это лишь отдельно взятые примеры, которые дают представление о могучей биохимической деятельности огромных масс микроорганизмов. С помощью микробного синтеза стало возможным получать в промышленных масштабах важнейшие кормовые продукты для скота и таким образом содействовать развитию животноводства.

Кроме того, микробиологическая промышленность уже сегодня производит бактериальные препараты, необходимые для повышения урожайности полей. Использование бактерий и вирусов для защиты растений от вредителей — еще один пример успешного применения микроорганизмов в сельскохозяйственном производстве.

В настоящее время с помощью микробиологических методов уже добывают ценные и редкие химические элементы и металлы. «Микробы—разведчики недр», «помощники геологов», «микробы — металлурги, химики», как образно говорят сами названия, уже широко используются в различных отраслях промышленности, играя все большую роль в экономике народного хозяйства.

Биобактерии в промышленности

Промышленность. Увеличить выпуск кормовых дрожжей в 3,5— 3,7 раза. Развивать промышленное производство белково-витаминных концентратов, значительно расширить производство аминокислот, микробиологических средств защиты растений, антибиотиков немедицинского назначения и кормовых витаминов. Увеличить производство и расширить ассортимент ферментных препаратов для интенсификации технологических процессов и улучшения качества продукции в пищевой и легкой промышленности, в сельском хозяйстве и в других отраслях.


МИКРОБИОЛОГИЯ И ЕЕ СОВРЕМЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Что такое микробиология.


Микробиология. Макрос — малый, биос — жизнь, логос — учение.
Итак, микробиология— это наука о мельчайших существах — микроорганизмах. Добавим к этому — наука о не видимых глазом живых существах. Впервые в истории человечества увидел микробов, этих живых «червячков», в середине XVII столетия естествоиспытатель Афанасий Кирхер, но детально изучил и зарисовал Антоний Левенгук. Он первый показал форму микробов удивленному  миру.


Это было раскрытие тайны природы, тысячелетиями скрытой от человеческого взора, открытие нового невидимого мира живых существ. Левенгук не только увидел, но и изучил микробов, потому что техника второй половины XVII в. уже давала возможность создавать увеличительные стекла (линзы). А в этом Левенгук был большим мастером. Искусно шлифуя стекла, он получал линзы, дававшие увеличение в 100 и даже 200 раз. Комбинируя линзы, Левевгук по существу, уже создавал первые микроскопы. По сравнению с современными световыми микроскопами это был простой прибор, и все же с помощью его сделано было великолепное открытие, создавшее новую эру в естествознании.

С тех пор возможности микробиологии необычайно расширились. Ученые познали необозримый мир микробов. Их нашли в воде, воздухе, почве, B глубинах морей и океанов и на большой высоте. Микробы живут в организме человека, животных, широко встречаются в растительном мире. Казалось, не было преград в познании мира микроорганизмов, и, действительно, открытия были столь многочисленными, что с величайшим трудом создавались классификации микробов.
Выдающийся шведский ботаник XVIII столетия Карл Линней, известный своей классификацией растительного мира, сделал попытку классифицировать микроорганизмы, но... беспомощно опустил руки. Мир микробов Линней назвал «хаосом». Правда, из этого хаоса ученые постепенно вышли с честью, создав стройное учение о микробах и успешно классифицируя огромный мир невидимок.


Конец XIX в. принес новое величайшее достижение. Дмитрий “Иосифович Ивановский открыл новый невидимый мир микробов, которые получили название вирусов. Они оказались в тысячи раз меньше известных к тому времени микробов. В самые сильные микроскопы их увидеть не представлялось возможным. Если видимые в микроскоп микробы измерялись микронами, т. е. тысячной долей миллиметра, то вирусы — миллимикронами— миллионными долями миллиметра. Современные электронные микроскопы, дающие большое увеличение, позволяют увидеть даже вирусы. Самое поразительное в открытии Ивановским вирусов было то, что Дмитрий Иосифович электронным микроскопом не располагал и все же вирусы были открыты.


Как только человечеству стали известны микробы и вирусы, мир микроорганизмов стал еще более необозримым. Однако как ни велики были открытия Левенгука и Ивановского, но открыть и даже увидеть микробы было лишь первой ступенью познания невидимого мира. Надо было выяснить, их роль в природе и жизни человека. Нельзя не отметить, что хотя Левенгук и убедился в существовании микроорганизмов в организме человека и во внешней среде, но роли микробов он себе не представлял. Чтобы подчеркнуть огромное множество их, Левенгук говорил, что у него во рту их больше, чем людей в Соединенном королевстве.
Настала пора, когда ученые подошли вплотную к изучению структуры микробной клетки и химического ее состава, вторглись в глубины физиологии микробов, биохимических процессов, происходящих в клетке и за пределами ее. Перед удивленным человечеством раскрылись не только новые горизонты познания невидимого мира, но и перспективы использования микробов для различных сторон деятельности человека. Историческими вехами в этом направлении были классические ис¬следования великого французского ученого Луи Пастера.

К примеру, изучают микробиологи процессы питания у микробов и вдруг обнаруживают таких, которые прекрасно усваивают углеводороды нефти. А к каким поразительным практическим результатам пришли ученые, создав с помощью таких микробов промышленные методы получения кормовых белков, столь ценных для развития животноводства. В результате этого открылись новые перспективы для расширения кормовой базы — крупной отрасли сельского хозяйства. Это один из яр¬ких примеров увлекательной и важной работы микробиологов для народного хозяйства.


Сила биобактерий (микробов) микроорганизмов


Микробы, ничтожные по своей величине, в массе представляют огромную силу, и, как говорил Пастер, этим бесконечно малым живым существам принадлежит бесконечно большая роль в природе и жизни человека.
Горизонты микробиологии, как и всякой науки, беспредельны. Как ни широко простерла «руки» микробиология, но во второй половине XX в. созданы новые ее разделы: морская микробиология (глубоководная) и космическая микробиология.Микробиологи, вторгаясь в тайны океанских глубин и космического пространства, следуют традициям прошлого, на-правляя достижения этих наук на благо человечества.

Человек научился выращивать биобактерии – микроорганизмы в микробиологических лабораториях.



МОГУЩЕСТВЕННЫЕ ФЕРМЕНТЫ


Наука не только лучше вооружает человека в его борьбе против болезнетворных микробов, но все больше вскрывает и полезную роль многих микроорганизмов.
Академик А. А. Имшенецкий


В воде рек и озер, в почве и воздухе, в глубинах морей и океанов, а также в недрах земли-—везде существуют мириады микроорганизмов. Их роль в природе и жизни человека столь велика, что переоценить ее невозможно. Остановимся лишь на отдельных сторонах жизнедеятельности этих бесконечно маленьких, но и бесконечно могущественных друзей и помощников человека. Го
воря об этих микроорганизмах, мы не забываем о микробах — врагах человека, с которыми микробиологи ведут тяжелую и неустанную борьбу.

Для того чтобы уяснить себе роль микробов, начнем с характеристики некоторых особенностей и свойств микробной клетки и процессов, происходящих в ней. Лишь представив себе бесконечное множество микробов и то, что микробная клетка — это, по существу, микроскопическая химическая «лаборатория», можно оценить всю сложность превращения веществ, которую осуществляют микробы в процессе своей жизнедеятельности. Начнем с размножения микробов. I
Микробы размножаются с необычайной быстротой. Путем поперечного деления одн? микробная клетка примерно
через 30 минут превращается в две, через час образуется четыре. Давайте подсчитаем, сколько из одной клетки .может образо¬ваться клеток за несколько часов. Итак, через один час образуется 4 клетки, через 2 часа — 16, за 3 — 64, за 4 — 256, а через пять— 1024 клетки.

Следовательно, за 5 часов из одной микробной клетки образуется более тысячи себе подобных клеток. Дальше, учитывая то, что микробы размножаются .в геометрической прогрессии, можно подсчитать, что за сутки образуется... Впрочем, для интереса читатель может сам попытаться это сделать.

Выдающийся советский ученый академик Владимир Иванович Вернадский вовсе не из праздного любопытства как-то произвел такие подсчеты. Создателя геохимии, биогеохимии и геомикробиологии интересовала роль микроорганизмов (столь ничтожных, как единичная клетка, и столь могущественных в бесконечной массе) в происхождении нефти и полезных ископаемых. Ученый пришел к совершенно фантастическим выводам: из одной микробной клетки в течение 36 часов при беспрепятственном ее размножении может образоваться тонкая пленка, способная покрыть
весь земной шар.
Такая оговорка (при беспрепятственном размножении), сделана не случайно. Дело в том, что размножение микробов действительно идет бурно и в геометрической прогрессии, однако в природе имеется много причин, мешающих беспрепятственному их размножению. Среди этих причин огромную роль играет вредное воздействие одних микробов на другие (антагонизм 1. влияние на микробов" различных физических й химических факторов окружающей среды и, конечно, не последнее значение имеет изменение условий питания и дыхания микроорганизмов.


Несмотря на все это, микроорганизмов в природе бесчисленное множество, огромные массы их культивируют в лабораториях и в микробиологической промышленности. Остановим свое внимание на тех веществах, которые способствуют физиологическим жизненным функциям микробов, в частности, на ферментах —- ускорителях биологических реакций. Рассказ об этом будет кратким и коснется лишь некоторых общих вопросов о ферментах, но приведет он к таким понятиям, без которых нельзя представить себе удивительную роль ферментов для жизнедеятельности самих микробов и для всего живущего на нашей планете.


Хотя микробная клетка сравнительно простой организм, она поражает необычайной сложностью тех процессов, которые протекают в ней. Жизнь микробных клеток, как и других живых существ, обусловливается обменом веществ, при котором происходит усвоение микроорганизмами из окружающей сре¬ды пищи и выделение продуктов жизнедеятельности. Питательные вещества, поступившие в микробную клетку, идут на построение живой материи клетки, а также для развития и размножения. Энергию для этих физиологических функций микробы получают, осуществляя акт дыхания.


ЧТО ТАКОЕ ФЕРМЕНТЫ


Ферменты — это специфические белковые вещества, способствующие различным превращениям белков, жиров и углеводов, расщеплению или построению их.


Ферменты — биологические катализаторы, ускоряющие химические реакции. Клетка представляет собой сложную коллоидальную, систему, содержащую до 80% воды, а также белки, жиры, углеводы, витамины, микроэлементы и т. д.

Белки являются важнейшим элементом цитоплазмы микробной клетки и играют огромную роль в ее жизнедеятельности. Микроорганизмы независимо от класса, к которому они принадлежат, содержат в своем теле как простые белки протеины), так и сложные (протеиды). Из последних огромное значение имеют нуклеопротсиды . Микробные клетки содержат также в своем составе рибонуклеиновую (РНК) и дезоксирибонуклеиновую кислоты (ДИК), с которыми, как уже говорилось, связана передача наследственных признаков и свойств, присущих данному микроорганизму (форма, окраска, характер питания и дыхания, выработка биологически ак¬тивных веществ и т. д.).


Из жиров (липидов)
в состав тела микробов входят свободные жирные кислоты, нейтральные жиры, фосфатиды и другие вещества. Углеводы также входят в состав микробной клетки в виде простых и сложных. Из последних особенно большое значение имеют полисахариды.
Из минеральных веществ в теле микроорганизмов встречаются натрий, калий, кальций, фосфор, магний, железо, сера, цинк и др. Содержание и значение их неравноценно. Также не одинаковой является и потребность в них для питания микробной клетки. Так, например, натрий играет большую роль в
прощцессах осмоса, т. е. проникновения (просачивания) в клетку пищевых веществ. Если учесть, что органов питания у микробов нет и что питание у них осуществляется путем ОШЙСД, понятна роль отдельных минеральных элементов. К этому следует добавить, что многие растворенные минеральные соединения влияют на скорость химических процессов в цитоплазме у микроорганизмов.

Для того чтобы можно было представить всю сложность химического строения микробов, отметим, что, как и клетки более организованных живых существ, микроорганизмы содержат в составе своих белков главные химические элементы органических веществ
кислород, водород, углерод, азот, фосфор, серу. Короче говоря, микробы нуждаются в сложном комплексе питательных веществ: в азотистом, углеродном и минеральном питании, но к этому надо добавить и потребность многих микроорганизмов в так называемых «факторах роста», или ростовых веществах.
Факторы роста, стимуляторы роста, ростовые вещества, биостимуляторы и т. д. — все это разные названия, характеризующие вещества, важные для физиологии микробов, активно
влияющие на их жизнедеятельность. Прибавленные в ничтожно малых количествах к искусственным питательным средам, ростовые вещества усиливают и делают более активными процессы синтеза и расщепления веществ. Они оказывают влияние на процессы питания, дыхания, биохимическую активность микробов и другие функции микробной клетки.

Дело в том, что многие микроорганизмы, в частности болезнетворные, потеряли в процессе эволюции способность усваивать из внешней среды те или иные вещества. Для этих микробов добавление к искусственным питательным средам таких веществ в готовом виде обеспечивает рост, размножение и нормальную жизнедеятельность микробной клетки.


Значение стимуляторов роста заключается еще и в другом. Оказывается, что некоторые микробы на данном этапе развития не совсем утратили способность к усвоению ряда ве-ществ, но не могут усваивать их с необходимой скоростью. Вот в этих случаях добавление к искусственным питательным средам «стимуляторов роста» повышает скорость усвоения, а вместе с этим интенсивность роста и размножения микробов. Все это очень важно в условиях естественного обитания микробов, учитывается и при искусственном их культивировании. В качестве стимуляторов роста применяются различные вещества растительного и животного происхождения, витамины, гормоны, аминокислоты. Интересно, что продукты распада одних микробов могут служить стимуляторами роста для других.


Из всего того, что рассказано, возникает вопрос, а как же через коллоидальную оболочку микробной клетки проникают сложные вещества для питания? Как из простых веществ в клетке синтезируются сложные вещества для питания? Все это происходит с помощью удивительных по своей активности и значению ферментов. Их роль поистине безгранична и касается живой и неживой материи в природе.


С чего началось победное шествие учения о ферментах? Остановимся на некоторых основных этапах. Впервые в истории науки великий французский ученый Луи Пастер доказал, что дрожжи являются не отбросами бродильного процесса, а подлинными возбудителями и причиной его. На протяжении нескольких лет Пастер открыл три асцднньне-тина брожениям спиртовое, молочнокислое и маслянокислое. Это были первые вехи подлинно научного объяснения роли микроорганизмов в процессах брожения.
В дальнейшем открытия Пастера были дополнены исследованиями других ученых, доказавших, что брожение вызывается не только живыми микробами, но и особыми веществами, вырабатывающимися в микробной клетке, получившими название ферментов, или энзимов. Это были блестящие исследования немецких ученых братьев Бухнер, которые доказали, что в результате разрушения микробов из их тел можно под давлением выделить бесклеточный сок-ферменты, или «зимазы».

Нуклеопротеиды


Нуклеопротеиды — сложные белки, представляющие собой соединения нуклеиновых кислот с простыми белками.


Питание у микробов, как уже отмечалось, происходит путем осмоса. Внутрь клетки извне поступают вещества, способные пройти через полупроницаемую оболочку. Это прежде всего растворенные минеральные соединения, соли и т. д. А как же со сложными веществами, например коллоидами? Ведь они через оболочку микробной клетки не проходят. Сложные вещества в результате действия ферментов расщепляются на простые и поэтому становится возможным всасывание их внутрь клетки.
Таким
образом, благодаря ферментам микробы осуществляют как внутри клетки, так и вне ее разнообразные биохимические процессы превращения питательных веществ, идущих на построение цитоплазмы и расщепление органических соединений с высвобождением того или иного количества энергии.

Способность вырабатывать ферменты у разных микробов неодинакова. Одни микробы вырабатывают много различных ферментов, другие, наоборот, очень ограниченное их число. Следует подчеркнуть, что функция фермента строго специфична. Это означает, что каждый из них действует лишь на какое- то определенное вещество.
В настоящее время среди ферментов различают две основные группы: эндоферменты — проявляющие свою активность внутри клеток и экзоферменты — вырабатывающиеся в клетке, но выделяющиеся наружу во внешнюю сведу, способствуя разложению находящихся в пей различных сложных веществ:
Итак, мы уже знаем, что ферменты играют огромную роль в питании и дыхании микробов. Не будет преувеличением сказать, что ферменты играют также исключительно важную роль в жизни человека, животных, растений. Биохимики, изучающие тончайшие .механизмы обмена веществ в организме, справедливо говорят, что без ферментов нет и жизни.

В обмене веществ ферменты проявляют исключительное ио своей специфичности действие. Если, скажем, расщепляются белки, то только особыми ферментами — протеазами1 2, жиры (липиды) —липазами. Больше того, в каждой из этих групп, включающих в себя множество различных веществ, каждому веществу должен соответствовать определенный фермент. Для названия отдельных ферментов также установлен указанный выше принцип, т. е. к окончанию слова, обозначающего назва¬ние вещества, присоединяется суффикс «аза». К примеру, углеводу лактозе-соответствует фермент лактаза, сахару мальтозе — мальтаза, крахмалу (по-латыни амилюм) - амилаза и т. д. и т. п.


Итак, микроорганизмы обладают набором разнообразных, часто многочисленных ферментов, которые оказывают действие на различные вещества. Способность микробов вырабатывать ферменты интересна  что набор (количество) ферментов у них под влиянием внутренних (генетических) факторов и внешних условий среды обитания может изменяться. Сначала остановимся на отдельных фактах, а затем приведем современное объяснение этому интересному явлению в жизнедеятельности микроорганизмов.


Еще в 11907 г. итальянский микробиолог Массини, изучая кишечные палочки, уже хорошо знал, что эти бактерии не обладают свойством ферментировать (расщеплять) лактозу. Иначе говоря, у них нет фермента лактазы. Обычно на плотной питательной среде (агаре), содержащей лактозу и индикатор, росли белые колонии3 микробов, но однажды в посеве наряду с белыми выросли и красные. Эти вновь появившиеся вторичные (дочерние) колонии оказались способными расщеплять лактозу. Оказалось, что в процессе изменчивости образовалась новая разновидность таких бактерий, которая приобрела свойство вырабатывать фермент—лактазу, способный расщеплять лактозу до кислоты. На изменение реакции среды в кислую сторону индикатор «ответил» изменением цвета колоний.

Многочисленные и самые разнообразные отрасли народного хозяйства в настоящее время пользуются ферментами.


Так, в пищевой промышленности с помощью ферментов, справляются с избыткарими и разрушать растительные клетки, стало возможным при пере¬работке картофеля, кукурузы, винограда увеличить выход крахмала и виноградного сока. (Катализаторы — это вещества, влияющие на скорость химической реакции. Они изменяют ее одним только своим присутствием, сами же не изменяются.)

Крайне интересны и другие примеры применения микробных ферментов в промышленности.


Так, в производстве этилового спирта и органических кислот из древесины очень важно уменьшить в ней содержание лигнина .

И вот ученые находят такие микробы, которые вырабатывают ферменты, способные разрушать лигнин. С другой стороны, используя процессы брожения, можно получать необходимый промышленности лигнин. Также получают углекислоту, метиловый спирт, фурфурол. Кстати сказать, эти ценные продукты являются побочными веществами процессов брожения. Также с помощью микробов удалось получать из целлюлозы1 2 глюкозу3, которая содержится в оболочках клеток растений.
Говоря об использовании ферментов в химической промышленности, следует упомянуть о методе применения ферментов в качестве биологических катализаторов с целью перевода некоторых технологических режимов с высоких температур и давлений на режимы комнатных температур и нормального давления. Это сулит многим отраслям химической промышленности более рациональное ведение производственного процесса и экономические выгоды.


Остановимся еще на одном примере, ярко иллюстрирующем значение ферментов для некоторых современных отраслей промышленности, в которых используются маслянокислые бактерии.


Маслянокислое брожение, расщепляя вещества, дает возможность получать исключительно ценные продукты. Не является ли убедительной иллюстрацией тот факт, что с помощью микробов ацетонобутилового брожения получают ацетон и бутиловый спирт (бутанол)? Ведь без ацетона и бутанола в качестве растворителей нельзя себе представить работу современной химической и лакокрасочной промышленности. Также с помощью маслянокислого брожения получаются эфиры масляной кислоты, широко применяемые для приготовления искусственных фруктовых эссенций.

В народном хозяйстве широко используются чистые, культуры микробов, вызывающие брожение пектиновых веществ при мочке льна. Микробы мочки льна благодаря своим ферментам, расщепляя пектин, высвобождают волокна, которые в дальнейшей обработке легко отделяются друг от друга.

Так
 Лигнин — богатое углеродом вещество, содержащееся в древесине.
 Целлюлоза — клетчатка, углевод.
 Глюкоза — виноградный сахар.
 Пектин — это органическое вещество, склеивающее волокна в стеб¬лях лубоволокнистых растений (лен, джут, конопля). Находится также в ягодах и фруктах.


получается сырье для приготовления пряжи. Мочка льна широко распространена в колхозах в виде водяной или росяной мочки, когда лен погружают в ямы с водой либо расстилают по земле. В настоящее время построены заводы, где мочка льна проводится в огромных резервуарах с применением чистых культур микробов, расщепляющих пектин.


Но не только в этой области нашли применение ферменты, расщепляющие пектин. Пищевой промышленностью выпускается огромное количество фруктовых соков. Фруктовые соки должны быть прозрачными, однако в процессе их получения они мутны и имеют неприятный вид. Это зависит от плотных частиц, но их легко удалить фильтрованием, а как быть с пектином плодов и фруктов? Вот тут-то на помощь снова приходят ферменты. Расщепляя пектин, они просветляют фруктовые соки.


Если налить в блюдце немного виноградного вина и оставить постоять открытым, то через несколько дней вы почувствуете запах уксуса да и на вкус вино превратится в уксус. Это и есть винный уксус, образовавшийся благодаря деятельности уксуснокислых бактерий. Ферменты уксуснокислых бактерий обладают свойством расщеплять этиловый спирт, окисляя его до уксусной кислоты.


В процессах брожения огромная роль принадлежит дрожжам. Речь идет о невидимых микроскопических «тружениках», которые по воле человека широко применяются в различных отраслях промышленности. Всем известны продолговатые или квадратные плиточки, завернутые в этикетки. И по особому запаху и по внешнему виду можно догадаться, что это дрожжи. По всей стране развозятся клеточки живых микроорганизмов, спбсобные размножаться, вырабатывать ферменты и вызывать брожение. Несомненный интерес представляет получение и применение дрожжей в производственных масштабах.


Совершим экскурсию на дрожжевой завод
. Здесь выращивают чистые культуры дрожжей. Как и всякие микроорганизмы, дрожжи для своего роста и размножения нуждаются в соответствующих условиях. Для них должна быть создана подходящая температура. Для питания дрожжам нужен сахар и соли. Принимая во внимание большие производственные масштабы изготовления дрожжей и для снижения сто
имости их, нужно, чтобы «корм» для дрожжей не был дорог.

Ученые предложили применять в качестве питательной среды для выращивания дрожжей дешевые сорта патоки и еще более дешевый продукт — отход сахарной промышленности — мелассу. Патоку или мелассу разводят водой. Получается слегка сладенькая жидкость, в которую для большей питательности прибавляют соль. Теперь в эту питательную среду засевают небольшое количество чистой культуры дрожжей. От размножившихся в ней дрожжевых клеток она становится до вольно густой. В капле под микроскопом видны дрожжевые клетки того же типа, которые были засеяны в разведенную мелассу. Если отмытую массу микроорганизмов спрессовать, то получаются всем хорошо известные прессованные дрожжи. Проследим их дальнейший путь.


Мы на хлебозаводе. Интересно, какова же роль дрожжей в хлебопечении? Не раз, вероятно, читатель видел, как дрожжи кладут в тесто. Это хлебные дрожжи. Есть еще много других дрожжей, но о них скажем далее. Сейчас же рассмотрим, для чего нужны дрожжи в хлебопечении.


Вы едите хорошо выпеченный, душистый, мягкий хлеб. В другой раз вам попадается хлеб как лепешка, тяжелый и плотный, как камень, горьковатый на вкус. В чем дело?


Все объясняется просто. В первом случае использовали хорошие чистые культуры дрожжей и строго соблюдали технологию приготовления хлеба. В процессе брожения тесто начинает «подходить» и буквально все пропитывается пузырьками. Происходит это потому, что ферменты дрожжей начинают проявлять свою деятельность. Небольшое количество сахара, имеющееся в тесте, расщепляется. В результате этого получается ничтожное количество спирта и много углекислоты. Углекислый газ и нужен при хлебопечении. Это благодаря ему хлеб получается пушистый и мягкий. Фермент амилаза также улучшает качество хлеба.

Часто при выпечке черного хлеба пользуются так называемой закваской, в которой находится та чистая культура дрожжей, которая была применена для предыдущей выпечки. Закваской можно пользоваться до тех пор, пока она не загрягнится какими-либо «дикими дрожжами» из воздуха. Тогда уже можно ожидать порчи хлеба.

Интересно отметить, что дрожжам в тесте «помогают» и другие микроорганизмы. Это бактерии молочнокислого брожения. Они расщепляют сахар и образуют молочную кислоту. Для дрожжей это не вредно, но зато вредно для всяких гнилостных микробов, что весьма важно при хлебопечении.


В СССР хлебопечение является большой государственной отраслью пищевой промышленности. У нас построены большие хлебозаводы, многие из них имеют собственные лаборатории для получения чистых культур дрожжей, обеспечивающих высокое качество хлеба. Вот примеры того, как микробиология помогает такой важной отрасли народного хозяйства, как хлебопечение.


На пивоваренном заводе мы снова встретим старых знакомых— дрожжи. Но это уже будут пивные дрожжи. В пивоварении без них никак не обойтись. К пивному суслу прибавляют чистую культуру пивных дрожжей. При этом начинается спиртовое брожение. Образующийся спирт придает определенную крепость пиву.

В сложных химических процессах пивоварения дрожжам принадлежит большая роль, «о они могут проявить себя лишь на определенном этапе указанного процесса. Сначала должен образоваться сахар из крахмала. Для этой цели пивовары используют солод, ибо в нем есть особый фермент — амилаза, превращающий крахмал в сахар. А с этого момента и начинается деятельность дрожжей. Что она важна и что ею нужна сознательно руководить, об этом говорят труды Пастера, открывшего возбудителей брожения.


Пиво, как и вино, были первыми «пациентами» Пастера. К нему пивовары и виноделы обратились по поводу того, что пиво и вино от неизвестной тогда причины то горкли, то скисали, словом, портились. Это на языке пивоваров и виноделов называлось «болезнями» пива и вина. Пиво «болело», потому что в сусло попадали «дикие» дрожжи из окружающей среды и они изменяли нормальный ход брожения. Вот и получалось, что в одном случае .продукт скисал, в другом — становился горьким, а в третьем — слизистым и т. д.


Тщательно изучив это, Пастер сделал величайшие открытия в микробиологии, доказав микробный характер брожения и открыв различные типы брожения. Пастер учил пивоваров и виноделов: если такое испорченное сусло прогреть, можно убить все живые клетки. При этом прекратится всякий процесс брожения. Но если затем прибавить к этому же суслу свежих хороших дрожжей, то процесс будет направлен в нужную сторону и продукт получится хороший.


Вообще дрожжи настолько распространены в природе, что можно получить вино, не прибегая даже к искусственному использованию дрожжей. Объясняется это тем, что дрожжи находятся обычно на поверхности ягод винограда. Когда выдавливают из винограда сок для приготовления виноградного сусла, то с поверхности виноградных ягод в сусло попадают дрожжи. Они и начинают процесс брожения и превращения виноградного сахара в спирт. Другое дело, в какой мере выгодно полагаться на случайные «дикие» культуры дрожжей.


Немало потрудившись над развитием идей Пастера, н
емецкий ученый Эмиль Гансен разработал метод использования чистых специально подобранных культур дрожжей. Благодаря этому теперь в виноделии получают вино не только определенной крепости, но влияют также на вкус « запах его, создавая то, что называется «букетом» вин. К сказанному следует добавить, что микробные ферменты в спиртовом и пивоваренном производствах применяются для частичной или полной замены солода, в виноделии — для увеличения выхода виноградного сусла.
На спиртовом заводе мы снова убеждаемся в большой роли дрожжей. В настоящее время спиртовое брожение хорошо изучено с разных точек зрения и результаты его широко применяются в технике и промышленности. Исследуя спиртовое брожение, ученые попутно получили из спирта чудесные синтетические продукты, без которых сейчас трудно представить современное народное хозяйство. Огромные количества спирта используются в химической, парфюмерной, лакокрасочной, электротехнической и других отраслях промышленности.
Замечательным достижением науки и техники явилось открытие советским ученым академиком С. В. Лебедевым способа получения из спирта синтетического каучука. Можно ли
в настоящее время переоценить значение промышленного по¬лучения синтетического каучука для народного хозяйства, особенно автомобильной и многих других отраслей промышленности? Оно исключительно велико.

Разработанные методы получения спирта синтетическим путем нашли широкое применение в производстве. Но поскольку в книге речь идет о микробах, рассмотрим достижения микробиологии в этой области. Спирт получают из различного растительного сырья, например картофеля, зерна, кукурузы и т. д. Сначала крахмал, содержащийся в этих продуктах, с помощью известного уже читателю фермента — амилазы превращается в сахар, а затем уже дрожжи начинают спиртовое брожение, в результате которого сахар сбраживается в спирт.
Полученный спирт не очень крепкий и, кроме того, содержит в себе ряд примесей, в том числе сивушные масла. Сивушные масла ядовиты для человека. Они очень вредно действуют на сердце и мозговые сосуды, вызывают головные боли, боли в желудке и т. д. Описано много случаев отравления при упо¬треблении неочищенного спирта — самогона, содержащего сивушные масла. Для очистки спирт подвергается ректификации, т. е. перегоняется. В результате получается чистый винный спирт до 96° крепости, не содержащий побочных примесей. Примеси тоже не пропадают. Они улавливаются и успешно используются в разных отраслях промышленности. Так, например, из сивушных масел получают амиловый спирт, применяемый в химической промышленности.


Интересно, что направление спиртового брожения можно изменить, тогда получим глицерин — важный продукт для различных отраслей промышленности. Существуют различные методы, позволяющие направленно получать глицерин при спиртовом брожении. Распространенным методом является добавление к суслу сульфита. Германия еще во время первой мировой войны таким путем производила до 1000 тонн глицерина в месяц.
О дрожжах можно рассказывать долго, но и этого достаточно. Остановимся теперь на роли других микроорганизмов, имеющих большое значение для народного хозяйства.


При производстве таких важных продуктов питания, как
простокваша, кефир, варенец и др., используют процессы молочно-кислого брожения, вызываемые молочнокислыми бактериями, дрожжами.

В ряде районов нашей страны издавна налажено производство кумыса (напиток, который приготовляют из кобыльего молока). Для получения кумыса применяют молочнокислые бактерии (так называемые болгарские палочки) и особый вид дрожжей (кумысные), которые вызывают спиртовое брожение, поэтому кумыс содержит небольшой процент алкоголя. Кумыс завоевал славу лечебного и диетического продукта, повышает аппетит, улучшает всасывание пищи в кишечнике и подавляет
в нем гнилостные процессы.

Молочнокислое брожение широко применяется в сельском хозяйстве при силосовании кормов. Благодаря молочнокислым бактериям можно заготавливать впрок не только зеленый корм, но и другие растения и даже отходы сельскохозяйственного производства, например ботву картофеля, свеклы. При этом животные получают высококачественный корм. Вероятно, не все знают, что квашение капусты, засолка огурцов, помидоров, арбузов также основаны на молочнокислом брожении. Даже из тех примеров, которые были приведены, очевидна огромная роль ферментов в природе и жизни человека. Ее поистине трудно переоценить, ибо ферменты, вырабатываемые клетками и тканями живых организмов, имеют общебиологическое значение.
микроорганизмов в народном хозяйстве и здравоохранении


Дары "невижимых химиков"


Промышленная микробиология получает в наше время огромное развитие. Круг ее задач и области практического применения микробов поистине невообразим. На основе научных достижений создается микробиологическая промышленность.
Микробиологи ищут бактерии с полезными свойствами . Поиски их напоминают работу геологов.

Живые микроорганизмы найдены в нефтяных пластах на глубине нескольких километров. Приспособившиеся к существованию в этих условиях микробы ывдерживают давление более 1000 атмосфер. Доказано участие различных микроорганизмов не только в разрушении горных пород, но и в созданиизалежей полезных ископаемых на большой глубине. В этих же условиях шла незримая работа микроорганизмов в образовании газов. Например метана, микробы способствовали окислению водорода кислородом угле
кислоты.

Участие микробов в превращении растительных и животных остатков в горючие ископаемые - доказанный факт.

Особые группы микроорганизмов принимают участие в образовании в природе железа и марганца.



Как уничтожают микробов


Ученые разработали различные методы, с помощью которых можно уничтожить или затормозить развитие микроорганизмов. На этом основаны современные методы стерилизации и пастеризации, широко применяемые на практике не только в пищевой промышленности, но и в других производствах.

Физические методы

Влияние света. Наиболее сильным действием на микробы обладают прямые лучи солнца. Ультрафиолетовые лучи (длина волны 10—330 ммк) обладают выраженным антимикробным действием. В этом заключается гигиеническое значение солнечного света. На этом основано применение ультрафиолетовых лучей в медицине для лечения различных инфекционных заболеваний кожи. С помощью ультрафиолетовых лучей производят обеззараживание воздуха в боксах, хирургических операционных, производственных помещениях, где получают стерильные биологические препараты, и т. д.

Ионизирующие излучения.
Губительно также действуют на микробов рентгеновские лучи и поток элементарных частиц — нейтронов.

Температура.
Высокие температуры убивают микробы, низкие же и даже сверхнизкие1 этим свойством не обладают, но -тормозят развитие микроорганизмов.

Когда мы говорим о действии высоких температур, допустим + 100° С, то даже такая высокая температура убивает не все микробы. Вегетативные формы микробов действительно гибнут, но споровые выдерживают кипячение. Даже среди вегетативных форм одни гибнут при 70—80° С (кипячение убивает их мгновенно), а другие —лишь через 15—30 минут. Следовательно, среди микробов могут быть более чувствительные или менее чувствительные к действию высоких температур, различие лишь в степени чувствительности. Высокие температуры (выше 100° С) губительно действуют на все микробы.

Низкие температуры, не убивая микробов, вместе с тем тормозят их жизнедеятельность



Блинкин Семен Александрович
Б69 Удивительные профессии микробов (микробиология народному хозяйству). М., «Знание»,
1974.


Назад к содержимому | Назад к главному меню