Razgradnja proteina od strane mikroorganizama. Razgradnja proteinskih supstanci mo Proces razgradnje proteina

U procesu metabolizma, mikroorganizmi ne samo da sintetiziraju složene proteinske tvari vlastite citoplazme, već proizvode i duboko uništavanje proteinskih spojeva supstrata. Proces mineralizacije organskih proteinskih supstanci od strane mikroorganizama, koji se odvija oslobađanjem amonijaka ili stvaranjem amonijevih soli, u mikrobiologiji se naziva truljenje ili amonifikacija proteina.

Dakle, u strogom mikrobiološkom smislu, truljenje je mineralizacija organskog proteina, iako je u svakodnevnom životu "raspadanje" naziv za niz različitih procesa koji imaju čisto nasumične sličnosti, kombinirajući u ovom konceptu kvarenje prehrambenih proizvoda ( meso, riba, jaja, voće, povrće). ), te razgradnjom leševa životinja i biljaka, te raznim procesima koji se odvijaju u stajskom gnoju, biljnom otpadu itd.

Amonifikacija proteina je složen proces u više koraka. Njegova unutrašnja suština leži u energetskim transformacijama aminokiselina od strane mikroorganizama koji koriste svoj ugljični kostur u sintezi citoplazmatskih spojeva. U prirodnim uslovima, raspadanje proteina bogatih supstanci biljnog i životinjskog porekla, pobuđenih raznim bakterijama, plijesnima, aktinomicetama, odvija se neobično lako kako uz širok pristup zraku, tako i u uvjetima potpune anaerobioze. S tim u vezi, hemija razgradnje proteinskih supstanci i priroda nastalih produkata raspadanja mogu značajno varirati u zavisnosti od vrste mikroorganizma, hemijske prirode proteina i uslova procesa: aeracije, vlažnosti, temperature.

S pristupom zraku, na primjer, proces propadanja teče vrlo intenzivno, sve do potpune mineralizacije proteinskih supstanci - formiraju se amonijak, pa čak i djelomično elementarni dušik, nastaje metan ili ugljični dioksid, kao i sumporovodik i fosforna kiselina. soli. U anaerobnim uslovima, u pravilu, ne dolazi do potpune mineralizacije proteina, a dio nastalih (intermedijarnih) produkata raspadanja, koji obično imaju neugodan miris, ostaje u supstratu, dajući mu mučan miris raspadanja.

Niska temperatura sprečava amonizaciju proteina. U slojevima permafrosta zemlje krajnjeg sjevera, na primjer, pronađeni su leševi mamuta koji su ležali desetinama milenijuma, ali nisu podvrgnuti raspadanju.

Ovisno o individualnim svojstvima mikroorganizama - uzročnika propadanja - dolazi ili do plitkog raspada proteinske molekule, ili do njenog dubokog cijepanja (potpuna mineralizacija). Ali postoje i takvi mikroorganizmi koji sudjeluju u propadanju tek nakon što se u supstratu pojave proizvodi hidrolize proteinskih tvari kao rezultat vitalne aktivnosti drugih mikroba. Zapravo "truli" su oni mikrobi koji pobuđuju duboku razgradnju proteinskih supstanci, uzrokujući njihovu potpunu mineralizaciju.

Proteinske supstance u procesu ishrane ne mogu se direktno apsorbovati od strane mikrobne ćelije. Koloidna struktura proteina sprečava ih da uđu u ćeliju kroz ćelijsku membranu. Tek nakon hidrolitičkog cijepanja, jednostavniji produkti hidrolize proteina prodiru u mikrobnu ćeliju i ona se koriste u sintezi ćelijske tvari. Dakle, hidroliza proteina se odvija izvan tijela mikroba. Za to, mikrob luči proteolitičke egzoenzime (proteinaze) u supstrat. Ovakav način ishrane izaziva razgradnju ogromnih masa proteinskih supstanci u supstratima, dok se samo relativno mali deo produkata hidrolize proteina pretvara u proteinski oblik unutar mikrobne ćelije. Proces cijepanja proteinskih supstanci u ovom slučaju u velikoj mjeri prevladava nad procesom njihove sinteze. Zbog toga je opća biološka uloga truležnih mikroba kao uzročnika razgradnje proteinskih supstanci ogromna.

Mehanizam mineralizacije kompleksne proteinske molekule od strane truležnih mikroba može se predstaviti sljedećim lancem kemijskih transformacija:

I. Hidroliza velike proteinske molekule do albumoze, peptona, polipeptida, dipeptida.

II. Nastavljena dublja hidroliza proizvoda razgradnje proteina do aminokiselina.

III. Transformacija aminokiselina pod dejstvom mikrobnih enzima. Raznolikost aminokiselina i enzima prisutnih u enzimskom kompleksu različitih mikroba, određeni uslovi procesa, određuju i izuzetnu hemijsku raznolikost produkata transformacije aminokiselina.

Dakle, aminokiseline mogu biti podvrgnute dekarboksilaciji, deaminaciji, i oksidativnoj i reduktivnoj i hidrolitičkoj. Energetska karboksilaza uzrokuje dekarboksilaciju aminokiselina kako bi se formirale hlapljive amine ili diamine koji imaju neugodan miris. U ovom slučaju, kadaverin nastaje iz aminokiseline lizina, a putrescin se formira od aminokiseline ornitina:

Kadaverin i putrescin se nazivaju "kadverični otrovi" ili ptomaini (od grčkog ptoma - leš, strvina). Ranije se smatralo da ptomain, koji nastaje prilikom razgradnje proteina, uzrokuje trovanje hranom. Međutim, sada se pokazalo da nisu otrovni sami ptomaini, već njihovi prateći derivati ​​- neurin, muskarin, ali i neke supstance nepoznate hemijske prirode.

Tokom deaminacije, amino grupa (NH2) se cijepa od aminokiselina, iz kojih nastaje amonijak. Reakcija supstrata postaje alkalna. Tokom oksidativne deaminacije, osim amonijaka, nastaju i ketonske kiseline:

Redukciona deaminacija proizvodi zasićene masne kiseline:

Hidrolitička deaminacija i dekarboksilacija dovode do stvaranja alkohola:

Osim toga, mogu se formirati i ugljovodonici (na primjer, metan), nezasićene masne kiseline i vodonik.

U anaerobnim uslovima, smrdljivi proizvodi raspadanja nastaju iz aromatičnih aminokiselina: fenola, indola, skatola. Indol i skatol se obično formiraju iz triptofana. Od aminokiselina koje sadrže sumpor u aerobnim uslovima raspadanja nastaju vodonik sulfid ili merkaptani, koji takođe imaju neprijatan miris pokvarenih jaja. Složeni proteini - nukleoproteini - razlažu se na nukleinske kiseline i proteine, koji se zauzvrat cijepaju. Nukleinske kiseline se razlažu dajući fosfornu kiselinu, ribozu, deoksiribozu i azotne organske baze. U svakom konkretnom slučaju može se dogoditi samo dio naznačenih hemijskih transformacija, a ne cijeli ciklus.

Pojava u hrani bogatoj proteinima (kao što je meso ili riba), miris amonijaka, amina i drugih proizvoda razgradnje aminokiselina pokazatelj je njihovog mikrobnog kvarenja.

Mikroorganizmi koji stimulišu amonifikaciju proteinskih supstanci veoma su rasprostranjeni u prirodi. Nalaze se posvuda: u tlu, u vodi, u zraku - i predstavljeni su izuzetno raznolikim oblicima - aerobnim i anaerobnim, fakultativno anaerobnim, sporoformirajućim i nesporama.

Aerobni truležni mikroorganizmi

Bacil sena (Bacillus subtilis) (Sl. 35) je aerobni bacil široko rasprostranjen u prirodi, obično izolovan iz sena, veoma pokretljiv bacil (3-5 x 0,6 mikrona) sa peritrihijskim žarenjem. Ako se uzgoj vrši na tekućim podlogama (na primjer, na juhi od sijena), tada su stanice bacila nešto veće i udružuju se u duge lance, tvoreći naborani i suhi srebrno-bjelkasti film na površini tekućine. Prilikom razvoja na čvrstim podlogama koje sadrže ugljikohidrate, formira se fino naborana suha ili zrnasta kolonija koja raste zajedno sa supstratom. Na kriškama krompira kolonije štapića sijena uvijek ispadaju blago naborane, bezbojne ili blago ružičaste, nalik na baršunastu prevlaku.

Bacil sena razvija se u veoma širokom rasponu temperatura, gotovo kosmopolitski. Ali općenito se vjeruje da je najbolja temperatura za njegov razvoj 37-50 ° C. Spore u bacilu sijena su ovalne, smještene ekscentralno, bez stroge lokalizacije (ali ipak u mnogim slučajevima bliže centru ćelije). Klijanje spora je ekvatorijalno. Gram-pozitivan, razgrađuje ugljikohidrate sa stvaranjem acetona i acetaldehida, ima vrlo visoku proteolitičku sposobnost. Spore bacila sijena su vrlo otporne na toplinu - često se čuvaju u konzerviranoj hrani, steriliziranoj na 120 ° C.

Štap krompira (Bac. mesentericus) (Sl. 36) - uobičajen u prirodi ne manje od sijena. Obično se štapić krompira nalazi na krompiru, koji ovamo dolazi iz zemlje.

Morfološki, bacil krompira je vrlo sličan bacilu sijena: njegove ćelije (3-10 x 0,5-0,6 µm) imaju peritrihijalni podvezak; pronađeni i pojedinačni i povezani u lancu. Spore krompirovih štapića, kao i kod sijena, su ovalne, ponekad duguljaste, velike; nalaze se u bilo kojem dijelu ćelije (ali češće centralno). Tokom formiranja spora, ćelija ne bubri, spore klijaju ekvatorijalno.

Kada se uzgaja na kriškama krompira, štapić krompira formira obilni žućkasto-smeđi, naborani, vlažni, sjajni premaz, koji podseća na mezenteriju, po čemu je mikrob i dobio ime. Na agar proteinskoj podlozi formira tanke, suhe i naborane kolonije koje ne rastu zajedno sa supstratom.

Prema Gramu, štapić krompira ima pozitivne mrlje. Optimalna temperatura razvoja, kao i kod bacila sijena, je 35-45°C. Prilikom razgradnje proteina stvara mnogo vodonik sulfida. Spore bacila krompira su veoma otporne na toplotu i, kao i spore bacila sena, podnose dugotrajno ključanje, često ostaju u konzerviranoj hrani.

bac. cereus. To su štapići (3-5 x 1-1,5 mikrona) sa ravnim krajevima, pojedinačni ili povezani u zamršene lance. Postoje opcije sa kraćim ćelijama. Citoplazma ćelija je primetno granularna ili vakuolarna, a na krajevima ćelija često se formiraju sjajna zrna nalik masti. Ćelije bacila su pokretljive, sa peritrihijskim podvezom. Osporava vas. cereus formira ovalni ili elipsoidni oblik, obično smješten centralno i klijajući polarno. Kada se razvija na MPA (mesni pepton agar), bacil formira velike kompaktne kolonije sa presavijenim središtem i rizoidnim valovitim rubovima. Ponekad su kolonije sitno gomoljaste sa resastim rubovima i bičastim izraslinama, sa karakterističnim zrncima koja lome svjetlost. bac. cereus je aerob. Međutim, u nekim slučajevima se razvija i uz otežan pristup kisiku. Ovaj bacil se javlja u zemljištu, u vodi, na biljnim supstratima. Ukapljuje želatinu, peptonizira mlijeko, hidrolizira skrob. Optimalna temperatura za razvoj Bac. cereus 30 °S, maksimalno 37-48 °S. Kada se razvija u mesno-peptonskom bujonu, stvara obilno homogeno zamućenje sa lako dezintegrirajućim mekim talogom i osjetljivim filmom na površini.

Od ostalih aerobnih truležnih mikroba moguće je uočiti zemljani štap (vi. mycoides), vi. megaterijum, kao i pigmentne bakterije bez spora - "čudesni štapić" (Bact. prodigiosum), Pseudomonas fluorescens.

Zemljani štap (Bac. mycoides) (Sl. 37) - jedan od vrlo čestih truležnih bacila u zemljištu, ima prilično velike (5-7 x 0,8-1,2 mikrona) pojedinačne ćelije ili ćelije povezane u duge lance. Na čvrstim podlogama, zemljani štapić formira vrlo karakteristične kolonije - pahuljaste, rizoidne ili micelijske, koje puze po površini podloge, poput micelija gljive. Zbog ove sličnosti, bacil je nazvan Bac. mycoides, što znači "gljiva".

bac. megaterium je veliki bacil, po čemu je i dobio ime, što znači "velika životinja". Stalno se nalazi u tlu i na površini raspadajućih materijala. Mlade ćelije su obično debele - do 2 mikrona u prečniku, 3,5 do 7 mikrona duge. Sadržaj ćelija je krupnozrnast sa velikim brojem velikih inkluzija supstance slične masti ili glikogena. Često inkluzije gotovo u potpunosti ispunjavaju cijelu ćeliju, dajući joj vrlo karakterističnu strukturu po kojoj se ova vrsta lako prepoznaje. Kolonije na agar podlozi su glatke, prljavo bijele, uljano-sjajne. Rubovi kolonije su oštro podrezani, ponekad s valovitim resama.

Pigmentna bakterija Pseudomonas fluorescens je mali (1-2 x 0,6 µm) gram-negativni bacil koji ne stvara spore, pokretljiv, sa lofotrihijskim podvezom. Bakterija proizvodi zelenkasto-žuti fluorescentni pigment, koji ga, prodirajući u podlogu, pretvara u žuto-zelenu.

Pigmentna bakterija Bacterium prodigiosum (slika 38) nadaleko je poznata pod nazivom "čudesni štapić" ili "štapić divne krvi". Vrlo mali gram-negativni, pokretni štapić bez spora sa peritrihijskim podvezom. Kada se razvija na agar i želatinskoj podlozi, formira tamnocrvene kolonije metalnog sjaja, nalik kapima krvi.

Pojava ovakvih kolonija na kruhu i krompiru u srednjem vijeku izazivala je praznovjerni užas među religioznim ljudima i bila je povezana s mahinacijama "heretika" i "đavolske opsesije". Zbog ove bezopasne bakterije sveta inkvizicija je spalila na lomačama više od hiljadu potpuno nevinih ljudi.

Fakultativne anaerobne bakterije

Proteus štap, ili vulgarni proteus (Proteus vulgaris) (Sl. 39). Ovaj mikrob je jedan od najtipičnijih uzročnika truljenja proteinskih supstanci. Često se nalazi na spontano raspadnutom mesu, u crijevima životinja i ljudi, u vodi, zemljištu itd. Ćelije ove bakterije su visoko polimorfne. U dnevnim kulturama na mesno-peptonskom bujonu male su (1-3 x 0,5 μm), sa velikim brojem peritrihalnih flagela. Tada se počinju pojavljivati ​​uvijene filamentne stanice, koje dosežu dužinu od 10-20 mikrona ili više. Zbog takve raznolikosti u morfološkoj strukturi stanica, bakterija je dobila ime po bogu mora Proteusu, kojem je starogrčka mitologija pripisivala sposobnost da mijenja svoju sliku i pretvara se u razne životinje i čudovišta po želji.

I male i velike Proteusove ćelije imaju snažno kretanje. To daje kolonijama bakterija na čvrstim podlogama karakterističnu osobinu "rojenja". Proces "rojenja" sastoji se u tome da pojedinačne ćelije izlaze iz kolonije, klize duž površine supstrata i zaustavljaju se na određenoj udaljenosti od nje, razmnožavaju se, stvarajući novi rast. Ispada masa malih bjelkastih kolonija, jedva vidljivih golim okom. Nove ćelije se ponovo odvajaju od ovih kolonija i formiraju nove centre reprodukcije na delu podloge bez mikrobnog plaka, i tako dalje.

Proteus vulgaris je gram-negativna bakterija. Optimalna temperatura za njegov razvoj je 25-37°C. Na temperaturi od oko 5°C zaustavlja svoj rast. Proteolitička sposobnost proteusa je vrlo visoka: razgrađuje bjelančevine stvaranjem indola i sumporovodika, što uzrokuje oštru promjenu kiselosti medija - medij postaje jako alkalan. Kada se razvija na ugljikohidratnim podlogama, Proteus stvara mnogo plinova (CO2 i H2).

U uslovima umerenog pristupa vazduha, tokom razvoja na peptonskim podlogama, E. coli (Escherichia coli) ima izvesnu proteolitičku sposobnost. U ovom slučaju karakteristično je stvaranje indola. Ali E. coli nije tipičan truležni mikroorganizam i na ugljikohidratnim podlogama u anaerobnim uvjetima uzrokuje atipičnu mliječno kiselinsku fermentaciju uz stvaranje mliječne kiseline i niza nusproizvoda.

Anaerobni truležni mikroorganizmi

Clostridium putrificum (Sl. 40) je energetski uzročnik anaerobne razgradnje proteinskih supstanci, koji vrši ovo cijepanje uz obilno oslobađanje plinova - amonijaka i sumporovodika. Cl. putrificum je prilično čest u tlu, vodi, u ustima, u crijevima životinja i na raznim trulim namirnicama. Ponekad se može naći u konzerviranoj hrani. Cl. putrificum - pokretne šipke sa peritrihijskim podvezom, izdužene i tanke (7-9 x 0,4-0,7 mikrona). Postoje i duže ćelije povezane u lance i pojedinačne. Optimalna temperatura za razvoj Clostridium je 37 °C. Razvijajući se u dubini mesno-peptonskog agara, formira ljuskave labave kolonije. Spore su sferične, smještene terminalno. Tokom sporulacije na mjestu formiranja spora, stanica snažno nabubri. Ćelije koje nose spore Cl. putrificum liče na ćelije botulinum bacila koje nose spore.

Otpornost spora na toplotu Cl. putrificum je prilično visok. Ako se spore ne unište tokom proizvodnje konzervirane hrane, mogu se razviti tokom skladištenja gotovih proizvoda u skladištu i uzrokovati kvarenje (mikrobiološko bombardiranje) konzervirane hrane. Saharolitička svojstva Cl. putrificum ne posjeduje.

Clostridium sporogenes (Sl. 41) - prema morfološkim karakteristikama, to je prilično veliki štap sa zaobljenim krajevima, koji lako formiraju lance. Mikrob je vrlo pokretljiv zbog peritrihalnih flagela. Naziv Clostridium sporogenes, koji je dao I. I. Mechnikov (1908), karakterizira sposobnost ovog mikroba da brzo formira spore. Nakon 24 sata, pod mikroskopom se može vidjeti mnogo štapića i labavih spora. Nakon 72 sata proces sporulacije se završava i vegetativni oblici uopće ne ostaju. Mikrob formira spore ovalne, smještene centralno ili bliže jednom od krajeva štapića (subterminalno). Ne formira kapsule. Optimalni razvoj 37 °C.

Cl. sporogenes - anaerobni. Ne posjeduje toksična i patogena svojstva. U anaerobnim uslovima na agar podlozi formira površinu male, nepravilnog oblika, u početku prozirne, a zatim se pretvaraju u neprozirne žućkasto-bijele kolonije sa zarubljenim rubovima. U dubini agara formiraju se kolonije "dlakave", okrugle, sa gustim središtem. Slično, u anaerobnim uvjetima, mikrob uzrokuje brzo zamućenje mesno-peptonskog bujona, stvaranje plina i pojavu neugodnog truležnog mirisa. Enzimski kompleks Clostridium sporogenes sadrži vrlo aktivne proteolitičke enzime koji mogu razgraditi protein do posljednje faze. Pod uticajem Clostridium sporogenes mlijeko se peptonizira nakon 2-3 dana i slabo koagulira, želatin se ukapljuje. Medij jetre ponekad proizvodi crni pigment s bijelim kristalima tirozina. Mikrob izaziva zacrnjenje i probavu moždane sredine i oštar truli miris. Komadići tkiva se brzo probavljaju, olabave i tope gotovo do kraja u roku od nekoliko dana.

Clostridium sporogenes takođe ima saharolitička svojstva. Rasprostranjenost ovog mikroba u prirodi, izražena proteolitička svojstva, visoka termička stabilnost spora karakterišu ga kao jednog od glavnih uzročnika truležnih procesa u prehrambenim proizvodima.

Cl. sporogenes je uzročnik kvarenja mesa i mesnih i biljnih konzervi. Najčešće se oštećuju konzerve "dinstano meso" i prva jela za ručak sa i bez mesa (boršč, kiseli krastavci, čorba od kupusa itd.). Prisustvo male količine spora koje ostaju u proizvodu nakon sterilizacije može uzrokovati kvarenje konzervirane hrane kada se čuva na sobnoj temperaturi. Prvo se uočava crvenilo mesa, zatim crnilo, pojavljuje se oštar truležni miris, a staklenke se često bombardiraju.

U truležnoj razgradnji proteina učestvuju i razne plesni i aktinomicete - Penicillium, Mucor mucedo, Botrytis, Aspergillus, Trichoderma itd.

Značaj procesa propadanja

Opšti biološki značaj procesa propadanja je ogroman. Putrefaktivni mikroorganizmi su "zemaljski redari". Izazivajući mineralizaciju ogromne količine proteinskih supstanci koje ulaze u tlo, razlaganjem leševa životinja i biljnih otpadaka, proizvode biološko čišćenje zemlje. Duboko cijepanje proteina uzrokovano je aerobima spora, manje duboko - anaerobima spora. U prirodnim uslovima, ovaj proces se odvija u fazama u zajednici mnogih vrsta mikroorganizama.

Ali u proizvodnji hrane truljenje je štetan proces i uzrokuje veliku materijalnu štetu. Kvarenje mesa, ribe, povrća, jaja, voća i drugih prehrambenih proizvoda nastaje brzo i odvija se vrlo energično ako se skladišti nezaštićeno, u uslovima pogodnim za razvoj mikroba.

Samo u nekim slučajevima u proizvodnji hrane se truljenje može koristiti kao koristan proces - tokom zrenja usoljenih haringa i sireva. Truljenje se koristi u industriji kože za šivenje koža (uklanjanje vune sa životinjskih koža tokom proizvodnje kože). Poznavajući uzroke procesa propadanja, ljudi su naučili da štite prehrambene proizvode proteinskog porijekla od njihovog propadanja korištenjem širokog spektra metoda konzerviranja.

procesi truljenja. Koncept aerobnog i anaerobnog raspadanja. Patogeni. Uloga truležnih procesa u prirodi, u prehrambenoj industriji

Truljenje je proces duboke razgradnje proteina. Jedan od krajnjih proizvoda razgradnje proteinskih supstanci je amonijak, pa se proces truljenja naziva amonifikacija.

Proteini su makromolekularna jedinjenja, pa se prvo podvrgavaju ekstracelularnom cijepanju proteolitičkim enzimima mikroorganizama, koji su egzoenzimi.

Razgradnja proteina se odvija u koracima:

proteini > peptoni > polipeptidi > aminokiseline

Rezultirajuće aminokiseline difundiraju u stanice i mogu se koristiti u konstruktivnom i energetskom metabolizmu.

Razgradnja aminokiselina počinje njihovom deaminacijom i dekarboksilacijom. Kada se aminokiseline deaminiraju, amino grupa se cijepa sa stvaranjem amonijaka, organskih kiselina (maslačne, sirćetne, propionske, hidroksi i keto kiseline) i makromolekularnih alkohola.

U budućnosti, formiranje krajnjih proizvoda zavisi od uslova procesa i od vrste mikroorganizma - uzročnika propadanja.

Aerobno raspadanje. Javlja se u prisustvu atmosferskog kiseonika. Krajnji produkti aerobnog raspadanja su, pored amonijaka, ugljični dioksid, sumporovodik i merkaptani (koji imaju miris pokvarenih jaja). Vodonik sulfid i merkaptani nastaju prilikom razgradnje aminokiselina koje sadrže sumpor (cistin, cistein, metionin).

Anaerobno raspadanje. Javlja se u anaerobnim uslovima. Krajnji produkti anaerobnog raspadanja su proizvodi dekarboksilacije aminokiselina (uklanjanje karboksilne grupe) sa stvaranjem supstanci neprijatnog mirisa: indol, akatol, fenol, krezol, diamini (njihovi derivati ​​su kadaverični otrovi i mogu izazvati trovanje) .

Uzročnici truležnih procesa

Uzročnici aerobnog propadanja su bakterije koje stvaraju spore iz roda Bacillus: Bacillus mycoides (bacil kruške); Bacillus megaterium (bacil kupusa); Bacillus mesentericus (štapić krompira); Bacillus subtilis (štap sena), kao i štapići koji ne stvaraju spore: Serrate marcencens (čudesni štap); Proteus vulgaris (Proteus štap); Escherichia coli (E. coli) i drugi mikroorganizmi.

Uzročnici anaerobnog propadanja su anaerobni štapići spora iz roda Clostridium (proteolitičke klostridije): Clostridium sporogenes, Clostridium subterminalis, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum.

Praktični značaj truležnih procesa

Putrefaktivni mikroorganizmi često nanose veliku štetu nacionalnoj ekonomiji, uzrokujući kvarenje hrane bogate proteinima: mesa i mesnih prerađevina, jaja, mlijeka, ribe i ribljih proizvoda itd.

U prirodi (u vodi, tlu) truležne bakterije aktivno razgrađuju mrtva životinjska i biljna tkiva, mineraliziraju proteinske tvari i tako igraju važnu ulogu u ciklusu ugljika i dušika.

Razgradnja vlakana i pektinskih supstanci od strane mikroorganizama

Razgradnja pektinskih tvari je bliska maslačnoj fermentaciji. Javlja se u anaerobnim uslovima. Pod uticajem pektolitičkih enzima mikroorganizama, prototopektin se pretvara u rastvorljivi pektin, koji se razlaže dajući galakturonske kiseline, ugljene hidrate (ksilozu, galaktozu, arabinozu), metil alkohol i druge supstance. Nadalje, šećere fermentiraju bakterije roda Clostridium uz stvaranje maslačne i octene kiseline, ugljičnog dioksida i vodika.

Svi ovi procesi dovode do mineralizacije (propadanja) zahvaćenih objekata (voće, povrće) i do drugih vrsta kvarenja.

Fermentacija vlakana se sastoji u njihovoj razgradnji u anaerobnim uvjetima uz stvaranje maslačne, octene kiseline, ugljičnog dioksida, etil alkohola i vodonika. Ovaj proces provode mezofilne i termofilne celulozne bakterije koje stvaraju spore iz roda Clostridium.

U aerobnoj razgradnji vlakana, krajnji proizvodi su ugljični dioksid i voda. Aerobni mikroorganizmi koji oksidiraju vlakna uključuju mezofilne aerobne bakterije iz rodova Cytophaga, Anginococcus. Cellvibrio, Pseudomonas, aktinomicete iz roda Streptomyces i mikroskopske gljive (rod Penicillium, Alternaria, Fusarium, itd.).

U prirodi, bakterije koje razgrađuju pektin i celulozu igraju važnu ulogu u razgradnji biljnih ostataka i, posljedično, u ciklusu ugljika.

Hemija amonifikacije.

Truljenje je razgradnja proteina od strane mikroorganizama. To su oštećenja na mesu, ribi, voću, povrću, drvetu, kao i procesi koji se dešavaju u zemljištu, stajnjaku itd.

U užem smislu, truljenje se smatra procesom razgradnje proteina ili supstrata bogatih proteinima pod uticajem mikroorganizama.

Proteini su važna komponenta živog i mrtvog organskog svijeta i nalaze se u mnogim namirnicama. Proteini se odlikuju velikom raznolikošću i složenošću strukture.

Sposobnost uništavanja proteinskih supstanci svojstvena je mnogim mikroorganizmima. Neki mikroorganizmi uzrokuju plitko cijepanje proteina, drugi ga mogu dublje uništiti. Procesi truljenja se stalno javljaju u prirodnim uslovima i često se javljaju u proizvodima i proizvodima koji sadrže proteinske supstance. Razgradnja proteina počinje njegovom hidrolizom pod utjecajem proteolitičkih enzima koje mikrobi oslobađaju u okoliš. Truljenje se odvija u prisustvu visoke temperature i vlage.

Aerobno raspadanje. Javlja se u prisustvu atmosferskog kiseonika. Krajnji produkti aerobnog raspadanja su, pored amonijaka, ugljični dioksid, sumporovodik i merkaptani (koji imaju miris pokvarenih jaja). Vodonik sulfid i merkaptani nastaju prilikom razgradnje aminokiselina koje sadrže sumpor (cistin, cistein, metionin). Među truležnim bakterijama koje uništavaju proteinske supstance u aerobnim uslovima je i bacil. mycoides. Ova bakterija je široko rasprostranjena u tlu. To je pokretni štap koji stvara spore.

anaerobno raspadanje. Javlja se u anaerobnim uslovima. Krajnji produkti anaerobnog raspadanja su proizvodi dekarboksilacije aminokiselina (uklanjanje karboksilne grupe) sa stvaranjem supstanci neprijatnog mirisa: indol, akatol, fenol, krezol, diamini (njihovi derivati ​​su kadaverični otrovi i mogu izazvati trovanje) .

Najčešći i aktivni uzročnici propadanja u anaerobnim uslovima su Bacillus puthrificus i Bacillus sporogenes.

Optimalna temperatura razvoja za većinu truležnih mikroorganizama je u rasponu od 25-35°C. Niske temperature ne uzrokuju njihovu smrt, već samo zaustavljaju razvoj. Na temperaturi od 4-6°C, vitalna aktivnost truležnih mikroorganizama je potisnuta. Bakterije koje ne izazivaju truljenje umiru na temperaturama iznad 60°C, a bakterije koje stvaraju spore podnose zagrijavanje do 100°C.

Uloga truležnih mikroorganizama u prirodi, u procesima kvarenja hrane.

U prirodi propadanje igra veliku pozitivnu ulogu. Sastavni je dio cirkulacije tvari. Gnojni procesi osiguravaju obogaćivanje tla takvim oblicima dušika koji su neophodni za biljke.

Pre vek i po, veliki francuski mikrobiolog L. Pasteur je shvatio da bi bez mikroorganizama raspadanja i fermentacije, koji organsku materiju pretvaraju u neorganska jedinjenja, život na Zemlji postao nemoguć. Najveći broj vrsta ove grupe živi u tlu - ima ih nekoliko milijardi u 1 g plodnog obradivog tla. Zemljišna flora je uglavnom predstavljena bakterijama propadanja. Oni razgrađuju organske ostatke (mrtva tijela biljaka i životinja) u tvari koje biljke konzumiraju: ugljični dioksid, vodu i mineralne soli. Ovaj proces u globalnim razmjerima naziva se mineralizacija organskih ostataka, što je više bakterija u tlu, to je proces mineralizacije intenzivniji, dakle, veća je plodnost tla. Međutim, truležni mikroorganizmi i procesi koje izazivaju u prehrambenoj industriji uzrokuju kvarenje proizvoda, a posebno životinjskog porijekla i materijala koji sadrže proteinske tvari. Kako bi se spriječilo kvarenje proizvoda truležnim mikroorganizmima, potrebno je osigurati takav režim skladištenja koji bi isključio razvoj ovih mikroorganizama.

Za zaštitu prehrambenih proizvoda od propadanja koriste se sterilizacija, soljenje, dimljenje, zamrzavanje itd. Međutim, među trulim bakterijama postoje sporonosni, halofilni i psihrofilni oblici, oblici koji uzrokuju kvarenje usoljenih ili smrznutih proizvoda.

Tema 1.2. Utjecaj uslova okoline na mikroorganizme. Rasprostranjenost mikroorganizama u prirodi.

Faktori koji utiču na mikroorganizme (temperatura, vlažnost, srednja koncentracija, zračenje)

Plan

1. Utjecaj temperature: psihrofilni, mezofilni i termofilni mikroorganizmi. Mikrobiološke osnove skladištenja hrane u rashlađenom i smrznutom obliku. Termička stabilnost vegetativnih ćelija i spora: pasterizacija i sterilizacija. Utjecaj toplinske obrade prehrambenih proizvoda na mikrofloru.

2. Utjecaj vlažnosti proizvoda i okoline na mikroorganizme. Vrijednost relativne vlažnosti zraka za razvoj mikroorganizama na suhim proizvodima.

3. Utjecaj koncentracije otopljenih tvari u staništu mikroorganizama. Utjecaj zračenja, korištenje UV zraka za dezinfekciju zraka.

Utjecaj temperature: psihrofilni, mezofilni i termofilni mikroorganizmi. Mikrobiološke osnove skladištenja hrane u rashlađenom i smrznutom obliku. Termička stabilnost vegetativnih ćelija i spora: pasterizacija i sterilizacija. Utjecaj toplinske obrade prehrambenih proizvoda na mikrofloru.

Temperatura je najvažniji faktor za razvoj mikroorganizama. Za svaki od mikroorganizama postoji minimalni, optimalni i maksimalni temperaturni režim za rast. Prema ovom svojstvu mikrobi se dijele u tri grupe:

§ psihrofili - mikroorganizmi koji dobro rastu na niskim temperaturama sa minimumom na -10-0 °C, optimumom na 10-15 °C;

§ mezofili - mikroorganizmi za koje je optimalan rast opažen na 25-35 °C, minimalni - na 5-10 °C, maksimalni - na 50-60 °C;

§ termofili - mikroorganizmi koji dobro rastu na relativno visokim temperaturama sa optimalnim rastom na 50-65 °C, maksimalno na temperaturama iznad 70 °C.

Većina mikroorganizama pripada mezofilima, za čiji razvoj je optimalna temperatura od 25-35 °C. Stoga, skladištenje prehrambenih proizvoda na ovoj temperaturi dovodi do brzog razmnožavanja mikroorganizama u njima i kvarenja proizvoda. Neki mikrobi sa značajnom akumulacijom u hrani mogu dovesti do trovanja hranom kod ljudi. Patogeni mikroorganizmi, tj. koji izazivaju zarazne bolesti ljudi su takođe mezofili.

Niske temperature usporavaju rast mikroorganizama, ali ih ne ubijaju. U rashlađenim prehrambenim proizvodima rast mikroorganizama je spor, ali se nastavlja. Na temperaturama ispod 0°C većina mikroba prestaje da se razmnožava, tj. kada se hrana zamrzne, rast mikroba prestaje, neki od njih postepeno odumiru. Utvrđeno je da na temperaturama ispod 0 °C većina mikroorganizama pada u stanje slično anabiozi, zadržava vitalnost i nastavlja svoj razvoj kada temperatura poraste. Ovo svojstvo mikroorganizama treba uzeti u obzir prilikom skladištenja i dalje kulinarske obrade prehrambenih proizvoda. Na primjer, salmonela se može dugo čuvati u smrznutom mesu, a nakon odmrzavanja mesa, pod povoljnim uvjetima, brzo se nakuplja do opasne količine za čovjeka.

Kada su izloženi visokim temperaturama, koje prelaze maksimalnu izdržljivost mikroorganizama, dolazi do njihove smrti. Bakterije koje nemaju sposobnost stvaranja spora umiru kada se zagriju u vlažnom okruženju na 60-70 °C nakon 15-30 minuta, na 80-100 °C - nakon nekoliko sekundi ili minuta. Bakterijske spore su mnogo otpornije na toplotu. Oni su u stanju da izdrže 100 ° C 1-6 sati, na temperaturi od 120-130 ° C spore bakterija umiru u vlažnom okruženju za 20-30 minuta. Spore plijesni su manje otporne na toplinu.

Termička kulinarska obrada prehrambenih proizvoda u javnom ugostiteljstvu, pasterizacija i sterilizacija proizvoda u prehrambenoj industriji dovode do djelimičnog ili potpunog (sterilizacionog) odumiranja vegetativnih ćelija mikroorganizama.

Tokom pasterizacije, prehrambeni proizvod je podvrgnut minimalnom temperaturnom dejstvu. U zavisnosti od temperaturnog režima, razlikuju se niska i visoka pasterizacija.

Niska pasterizacija se vrši na temperaturi koja ne prelazi 65-80°C, najmanje 20 minuta kako bi se bolje garantovala sigurnost proizvoda.

Visoka pasterizacija je kratkotrajno (ne duže od 1 minute) izlaganje pasteriziranog proizvoda temperaturi iznad 90°C, što dovodi do smrti patogene mikroflore koja ne nosi spore, a pritom ne povlači značajne promjene u prirodnim svojstvima pasteriziranih proizvoda. Pasterizovana hrana se ne može čuvati bez hlađenja.

Sterilizacija uključuje oslobađanje proizvoda od svih oblika mikroorganizama, uključujući spore. Sterilizacija konzervirane hrane vrši se u posebnim uređajima - autoklavima (pod pritiskom pare) na temperaturi od 110-125 ° C u trajanju od 20-60 minuta. Sterilizacija pruža mogućnost dugotrajnog skladištenja konzervirane hrane. Mlijeko se sterilizira ultravisokim temperaturnim tretmanom (na temperaturama iznad 130 °C) u roku od nekoliko sekundi, što vam omogućava da sačuvate sva korisna svojstva mlijeka.

Proteine ​​se razlažu aktinomicetima ili do krajnjih proizvoda (sulfid vodonik, amonijak i voda), ili do stvaranja međusupstanci (peptona, aminokiselina). Intenzitet razgradnje proteina zavisi od uslova aeracije, sastava hranljive podloge, temperature i drugih faktora.[...]

Razgradnja tvari koje sadrže dušik (proteina) odvija se u dvije faze. U prvoj fazi, pod utjecajem aerobnih i anaerobnih mikroorganizama dolazi do razgradnje proteina uz oslobađanje dušika sadržanog u njima u obliku MN3 (faza amonifikacije) i stvaranje peptona (proizvoda primarne razgradnje proteina) , a zatim aminokiseline. Naknadna oksidativna i reduktivna deaminacija i dekarboksilacija dovode do potpunog razlaganja peptona i aminokiselina. Trajanje prve faze je od jedne do nekoliko godina. U drugoj fazi, NH3 se prvo oksidira u H102, a zatim u HNO3. Konačni povratak dušika u atmosferu nastaje pod djelovanjem bakterija - denitrifikatora, koji razgrađuju nitrate molekularnog dušika. Trajanje perioda mineralizacije je 30-40 godina ili više.[...]

Razgradnja sa spojevima koji sadrže ep y. Sumpor je dio nekih proteina. Tokom hidrolitičke razgradnje proteina, on se reducira u sumporovodik, koji je otrovno jedinjenje za mnoge grupe mikroorganizama. Ali u rezervoarima i tlu postoje sumporne bakterije koje oksidiraju redukovane spojeve sumpora u slobodni sumpor i sulfate. Ove bakterije žive u visokim koncentracijama sumporovodika u okolini. Vodonik sulfid za njih služi kao izvor energije za sintezu organske tvari.[ ...]

Razgradnja uključuje i abiotske i biotičke procese. Međutim, obično mrtve biljke i životinje razgrađuju heterotrofni mikroorganizmi i saprofagi. Ova razgradnja je način na koji bakterije i gljive dobijaju hranu za sebe. Do razgradnje dolazi zbog transformacija energije unutar i između organizama. Ovaj proces je apsolutno neophodan za život, jer bi bez njega svi nutrijenti bili vezani u mrtvim tijelima i novi život ne bi mogao nastati. U bakterijskim ćelijama i micelijumu gljiva postoje skupovi enzima neophodnih za sprovođenje specifičnih hemijskih reakcija. Ovi enzimi se oslobađaju u mrtvu materiju; neke od njegovih proizvoda raspadanja apsorbiraju organizmi koji se raspadaju za koje služe kao hrana, drugi ostaju u okolišu; osim toga, neki proizvodi se izlučuju iz ćelija. Nijedna vrsta saprotrofa ne može izvršiti potpunu razgradnju mrtvog tijela. Međutim, heterotrofna populacija biosfere sastoji se od velikog broja vrsta koje, djelujući zajedno, proizvode potpunu razgradnju. Različiti dijelovi biljaka i životinja uništavaju se različitom brzinom. Masti, šećeri i proteini se brzo razgrađuju, dok se biljna celuloza i lignin, hitin, životinjska dlaka i kosti uništavaju vrlo sporo. Treba napomenuti da se oko 25% suhe mase bilja razgradi za mjesec dana, dok se preostalih 75% sporije razgrađuje. Nakon 10 mjeseci i dalje je ostalo 40% prvobitne mase bilja. Ostaci rakova su do tada potpuno nestali.[ ...]

Prilikom razgradnje proteina nastaju i amonijak i njegovi derivati, koji takođe ulaze u vazduh i vodu okeana. U biosferi, kao rezultat nitrifikacije - oksidacije amonijaka i drugih organskih spojeva koji sadrže dušik, uz sudjelovanje bakterija - nastaju različiti dušikovi oksidi, koji su osnova za stvaranje dušične kiseline. Dušična kiselina se spaja sa metalima i formira soli. Kao rezultat aktivnosti denitrifikacijskih bakterija, soli dušične kiseline reduciraju se u dušičnu kiselinu i dalje u slobodni dušik.[...]

Anaerobnu razgradnju proteina izazivaju štapići koji stvaraju spore: Bacillus putrificus, Bacillus sporogenes. Razgradnju proteinskih jedinjenja uzrokuju i fakultativni anaerobi Proteus vulgaris, Bacteria coli. Stepen i intenzitet razgradnje proteinskih jedinjenja zavisi od hemijske strukture proteina i vrste mikroorganizama. Aminokiseline nastale razgradnjom proteina u anaerobnim uslovima podležu reduktivnoj deaminaciji sa stvaranjem zasićenih organskih kiselina i amonijaka. Organske kiseline se mogu razgraditi i formirati metan i ugljični dioksid. Proizvodi amonifikacije u anaerobnim uvjetima bit će metan, amonijak i ugljični dioksid.[ ...]

Nastaje tokom razgradnje alkaloida i proteina.[ ...]

AMONIFIKACIJA - proces razgradnje mikroorganizmima organskih spojeva koji sadrže dušik (proteini, nukleinske kiseline itd.) uz oslobađanje amonijaka. AMPLITUDA EKOLOŠKA [lat. amplituda - vrijednost] - granice prilagodljivosti vrste ili zajednice promjenjivim uvjetima okoline.[...]

Nastao tokom razgradnje proteina i uree, amonijak u obliku amonijum soli biva apsorbovan u biljke ili prolazi dalje mikrobiološke transformacije.[...]

Najstabilniji produkti raspadanja su humusne tvari (humus), koje su, kao što je već naglašeno, bitna komponenta ekosistema. Pogodno je razlikovati tri faze razgradnje: 1) mljevenje detritusa fizičkim i biološkim djelovanjem; 2) relativno brzo stvaranje humusa i oslobađanje rastvorljivih organskih materija od strane saprotrofa; 3) spora mineralizacija humusa. Sporost razgradnje humusa jedan je od faktora koji određuju kašnjenje u razgradnji u odnosu na proizvodnju i akumulaciju kiseonika; značaj posljednja dva procesa je već spomenut. Humus se obično pojavljuje kao tamna, često žućkasto-smeđa, amorfna ili koloidna supstanca. Prema M. M. Kononovi (1961), fizička svojstva i hemijska struktura humusa se malo razlikuju u geografski udaljenim ili biološki različitim ekosistemima. Međutim, vrlo je teško okarakterizirati kemijske tvari humusa, a to nije iznenađujuće s obzirom na ogromnu raznolikost organskih tvari iz kojih potječe. Općenito, humusne tvari su produkti kondenzacije aromatičnih spojeva (fenola) sa produktima razgradnje proteina i polisaharida. Model molekularne strukture humusa prikazan je na strani 475. Ovo je benzenski prsten fenola sa bočnim lancima; ova struktura određuje otpornost humusnih tvari na mikrobnu razgradnju. Za cijepanje jedinjenja očito su potrebni posebni enzimi tipa deoksigenaze (Gibson, 1968), koji su često odsutni u običnom zemljištu i vodenim saprotrofima. Ironično, mnogi toksični proizvodi koje čovjek unosi u okoliš – herbicidi, pesticidi, industrijske otpadne vode – su derivati ​​benzola i predstavljaju ozbiljnu opasnost zbog svoje otpornosti na raspadanje.[...]

Amonijak nastaje uglavnom tokom razgradnje biogenih spojeva koji sadrže dušik - proteina i uree. Najvjerovatnija vrijednost fluksa I>N3 iz svih zemaljskih izvora u atmosferu je 70-100 Mt N/god. Antropogena emisija amonijaka iznosi samo oko 4 Mt K/god.[ ...]

Ovo se može objasniti nižim omjerom proteina i ugljikohidrata prema količini masti u kanalizacijskom mulju postrojenja za preradu mesa u odnosu na mulj domaće otpadne vode; Kao što znate, glavni materijal za izgradnju tijela mikroorganizama uključenih u proces razgradnje masti su proteini u kombinaciji s ugljikohidratima, a ugljikohidrati služe kao energetski materijal za njihovu vitalnu aktivnost. Dakle, odnos fermentabilnih komponenti utiče na razgradnju organskih materija.[...]

Veliku vrijednost u otkrivanju suštine procesa razgradnje organskih azotnih spojeva imale su studije V. S. Butkevicha. Uspio je pokazati da je akumulacija amonijaka tokom procesa amonifikacije striktno usklađena sa prisustvom ugljikohidrata u mediju. Ako u mediju nema ugljikohidrata, tada mikroorganizmi intenzivno koriste proteinske tvari kao materijal za disanje, a dušik oksidiranih aminokiselina akumulira se u obliku amonijaka. Ako su ugljikohidrati dostupni, onda se proteinske tvari koriste u manjoj mjeri i akumulacija amonijaka uvelike opada, a ponekad uopće ne dolazi. Ovi obrasci su veoma važni u fermentaciji kanalizacionog mulja. Po prisustvu amonijeve soli azota u muljnoj tečnosti može se proceniti koje su supstance podvrgnute razgradnji: proteini ili ugljeni hidrati.[ ...]

Propadanje glavnih organskih komponenti sedimenta - bjelančevina, masti, ugljikohidrata - događa se različitim intenzitetom, ovisno o dominantnom obliku pojedinih mikroorganizama. Tako, na primjer, septičke jame karakterizira okruženje koje stvara uvjete za razvoj anaerobnih truležnih bakterija prve faze (faze) razgradnje organskih tvari.[...]

Gotovo sav dušik koji biljka uzima iz tla dio je biljnog proteina, koji razgradnjom (truljenjem) odvaja dušik u obliku amonijaka, a osjeća se u štali tokom razgradnje konjskog stajnjaka ( konjsko đubrivo odlikuje se posebno snažnom razgradnjom, zbog čega se koristi za grijanje plastenika).[ ...]

Dušik je jedan od najvažnijih nutrijenata za biljke. Sastojak je proteina, klorofila i mnogih drugih organskih tvari u biljkama. Najveći deo aze je koncentrisan u organskoj materiji zemljišta, a prvo u humusu.Azot je biljkama dostupan uglavnom u fsme mineralnih jedinjenja - amonijaka i nitrata, koji nastaju pri razgradnji organske materije od strane specifičnih mikroorganizama. Stoga je potrebno dopunjavanje rezervi azota u tlu iz drugih izvora.[ ...]

Organske tvari sadržane u tlu uključuju tvari nastale razgradnjom proteina, masti, ugljikohidrata, uključujući: smole, vlakna, eterična ulja. Za procese razgradnje organske materije važan je sadržaj organizama - destruktora (bakterije, protozoe). Na jednom hektaru tla može biti od 1000 do 7000 kg raznih bakterija, 350-1000 kg crva, do 1000 kg člankonožaca, od 100 do 1000 kg mikroskopskih gljiva. Ovi mikroorganizmi se nalaze u cijeloj debljini tla, koja može doseći nekoliko metara. Beskičmenjaci uglavnom žive u gornjim slojevima. Slično tome, korijenski sistem biljaka nalazi se uglavnom na dubini od nekoliko metara (sa izuzetkom nekih, na primjer, kamiljeg trna, čiji korijeni prodiru do 15 m duboko).[ ...]

Prilično je karakterističan miris kanalizacije iz naseljenih mjesta, koji je mješavina mirisa fekalija sa mirisom raspadanja masti, proteina, sapuna i sl. Zavisi od razgradnje kućne otpadne vode i od toga koji procesi prevladavaju u vodi - oksidativni ili redukcijski. Neke otpadne vode iz prehrambene industrije također mogu imati sličan miris. Otpadne vode termičke obrade uglja imaju miris fenola, katrana, sumporovodika; otpadne vode hemijske industrije imaju karakteristične mirise u zavisnosti od vrste proizvodnje, na primer, miris organskih jedinjenja: ugljični disulfid, estri i eteri, alkoholi, organske kiseline, jedinjenja koja sadrže azot, merkaptani, acetilen itd.[ ...]

Polisaprobna zona je karakteristična za svježe zagađene vode, gdje se odvijaju početne faze razgradnje organskih jedinjenja. Polisaprobne vode sadrže veliku količinu organskih materija, prvenstveno proteina i ugljenih hidrata. Kada se ove tvari razgrađuju, ugljični dioksid, sumporovodik i metan se oslobađaju u velikim količinama. Voda je siromašna kiseonikom, pa su hemijski procesi reduktivni. Oštro izraženi nepovoljni ekološki uslovi dovode do ograničenja u broju vrsta u biljnoj i životinjskoj populaciji akumulacije. Glavni stanovnici su bakterije, čiji broj dostiže stotine miliona u 1 ml vode. Postoji mnogo sumpornih bakterija i cilijata. Svi stanovnici polisaprobne zone klasifikovani su kao kojazujenti (konzumenti), odnosno heterotrofi, prema načinu ishrane. Potrebna im je gotova organska materija. Proizvođači (proizvođači), odnosno autotrofi, koji uključuju zelene biljke koje stvaraju organsku tvar iz mineralnih jedinjenja, ovdje su potpuno odsutni.[ ...]

Sastav organskih supstanci je raznolik i uključuje komponente nastale u različitim fazama razgradnje složenih ugljikohidrata, proteina, masti i ugljikohidrata; organska tvar tla sadrži lignin, vlakna, eterična ulja, smole, tanine. Određenu ulogu u stvaranju humusa igra fauna tla - crvi i specifična mikroflora tla. Generalno, tla su obogaćena aminokiselinama i drugim organskim jedinjenjima.[...]

Literatura pokazuje da humusne tvari nastaju u prirodnim uvjetima kao produkti razgradnje proteina, celuloze i lignina. Dijele se na huminske kiseline i nerastvorljivi lignin. U ovom radu razmatraju se samo huminske kiseline čije su soli rastvorljive u vodi i sposobne za ispiranje.[ ...]

Druge fiziološke grupe anaeroba uključene su u ciklus tvari koje sadrže dušik: razgrađuju proteine, aminokiseline, purine (proteolitičke, purinolitičke bakterije). Mnogi su u stanju aktivno fiksirati atmosferski dušik, pretvarajući ga u organski oblik. Ovi anaerobi doprinose poboljšanju plodnosti tla. Broj ćelija proteolitičkih i saharolitičkih anaeroba u 1 g plodnog tla dostiže čak milione. Od posebnog značaja su one grupe mikroorganizama koje su uključene u razgradnju teško dostupnih oblika organskih jedinjenja, poput pektina i celuloze. Upravo te tvari čine veliki dio biljnih ostataka i glavni su izvor ugljika za mikroorganizme u tlu.[...]

U procesu života mnoge bakterije mogu zakiseliti ili alkalizirati okolinu. Na primjer, kada se urea ili proteini razgrađuju, nastaje amonijak, a kada se troše soli organskih kiselina, katjoni alkalnih metala se akumuliraju u okolini.[...]

Oksidacija proteinskih spojeva odvija se do kraja sa stvaranjem amonijaka, ugljičnog dioksida, vode. Ako proteini sadrže sumpor, tada se kao intermedijarni spojevi formiraju i merkaptani (tioalkoholi), a potpunom razgradnjom nastaje sumporovodik. Najčešći aerobni agensi razgradnje proteina su Bacterium fluorescens, Bacillus subtilis, Bacillus mycoides. Osim toga, razgradnju proteinskih spojeva mogu uzrokovati aktinomicete i mnoge gljive. Nukleoproteini koji sadrže nukleinske kiseline povezane s ostacima aminokiselina razlažu se u ugljikohidrate - ribozu i dezoksiribozu, dušične organske baze i fosfornu kiselinu.[...]

Sumpor dioksid se oslobađa u atmosferu tokom sagorevanja fosilnih goriva (uglja, nafte, benzina, gasa) usled razgradnje proteina koji sadrže sumpor, kao i iz preduzeća koja prerađuju sumporne rude. Motorna vozila su snažan izvor emisije sumpor-dioksida u gradovima.[...]

Supstance koje sadrže dušik (amonijeve soli, nitriti i nitrati) nastaju u vodi uglavnom kao rezultat razgradnje proteinskih spojeva koji ulaze u rezervoar sa kućnim i industrijskim otpadnim vodama. Manje uobičajen u vodi je amonijak mineralnog porijekla, nastao kao rezultat redukcije organskih azotnih spojeva. Ako je razlog za stvaranje amonijaka raspadanje proteina, onda takve vode nisu pogodne za piće.[...]

Prve dvije grupe koriste lakše razgradljive organske tvari kao što su šećeri, aminokiseline i jednostavni proteini. Tada celulozne bakterije počinju svoj "rad" na stabilnijim spojevima, dok su aktinomicete direktno povezane s humusom. Mogući model strukture molekula huminske kiseline prikazan je u nastavku.[...]

Kanalizacijski mulj i koncentrisana industrijska otpadna voda sa WPC iznad 5 g/l podliježu biohemijskoj razgradnji u anaerobnim uvjetima. Može se pojaviti u septičkim jamama, koje su jama kroz koje kanalizacija polako prolazi. U dvoslojnom taložniku sediment se odvaja od otpadne tekućine koja prolazi, a njegova razgradnja se vrši u komori za mulj. U postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda velikog kapaciteta, kanalizacijski mulj se odvaja u primarnim taložnicima i zajedno sa viškom aktivnog mulja razgrađuje u digestorima. Intenzitet i dubina razgradnje sedimenta prvenstveno su determinisani njegovim sastavom, koji varira u zavisnosti od odnosa sadržaja glavnih organskih komponenti (ugljikohidrati/proteini, jedinjenja slična mastima) i neorganskih materija. Tipično, mulj gradske kanalizacije sadrži 70-80% organske materije. Dakle, približan sastav sedimenta (%): proteini 24, ugljikohidrati 23, tvari slične mastima do 30. Najčešće se kiselom fermentacijom sedimenta dobivaju sirćetna, maslačna i propionska kiselina. Nastali plinovi sadrže ugljični dioksid, metan, vodonik, sumporovodik. Vodena faza ima kiselu reakciju (pHS5), nema puferska svojstva i ima oštar neprijatan miris.[ ...]

Sa kućnim i industrijskim otpadnim vodama, uključujući otpadne vode iz industrijskih postrojenja, u vodna tijela ulaze proteini, masti, ulja, ulja i naftni proizvodi, boje, smole, tanini, deterdženti i mnogi drugi zagađivači. Sa polja se ispiraju đubriva i pesticidi - sredstva za suzbijanje štetočina poljoprivrednih kultura. Stoga, u vodama otvorenih izvora vodoopskrbe u različitim koncentracijama, sadržani su gotovo svi kemijski elementi, uključujući štetne po zdravlje kao što su olovo, cink, kalaj, krom, bakar. Bez namjere da damo potpuni pregled sastava onečišćenja koje ulazi s otpadnim vodama, i vjerujući da su svojstva bioloških nečistoća dovoljno detaljno razmotrena u prethodnom dijelu ovog poglavlja, fokusirat ćemo se samo na neke vrste onečišćenja, koje razlikuju čije su karakteristike: široko rasprostranjene, posebno poslednjih godina; toksična svojstva; teško odvajanje u tretmanu otpadnih voda; spora oksidacija i razgradnja u otvorenoj vodi; ometajući učinak na procese prečišćavanja vode, uključujući koagulaciju; sposobnost „da budu indikatori dubine prečišćavanja vode od pojedinačnih [elemenata.[...]

Formiranje humusnih tvari odvija se uz sudjelovanje dvije vrste procesa. Procesi prvog tipa obezbjeđuju djelomičnu razgradnju (cijepanje) mrtve organske tvari do jednostavnijih spojeva: proteini se razlažu na aminokiseline, ugljikohidrati na jednostavne šećere, a razgradnja lignina nije dovoljno proučavana. Kao rezultat procesa drugog tipa, aromatična jedinjenja fenolnog tipa (proizvodi razgradnje lignina i celuloze) kondenzuju se sa aminokiselinama (proizvodi razgradnje mikroorganizama). Rezultat je sistem organskih makromolekularnih kiselina sposobnih za dalju polimerizaciju. U procesu formiranja humusa i održavanja njegovog sastava važnu ulogu imaju heterotrofni i autotrofni mikroorganizmi, čija je geohemijska aktivnost ranije razmatrana.[...]

organski sastav. Nastaje od spojeva sadržanih u velikim količinama u biljnim i životinjskim ostacima. To su bjelančevine, ugljikohidrati, organske kiseline, masti, lignin, tanini itd., koji ukupno čine 10-15% ukupne mase organske tvari u tlu. Kada se organska tvar raspadne, dušik koji se nalazi u njima pretvara se u oblike dostupne biljkama. Organske tvari igraju važnu ulogu u formiranju tla, određuju veličinu upijajućeg kapaciteta tla, utiču na strukturu gornjih horizonata tla i njegova fizička svojstva.[...]

Značajan deo azota huminskih kiselina prelazi u rastvor slabijom hidrolizom (S. S. Dragunov) u poređenju sa tipičnim proteinima. Osim toga, bjelančevine biljnih ostataka lako i brzo razgrađuju mikroorganizmi u tlu, njihovo raspadanje je praćeno resintezom mikrobnog proteina plazme, koji se, zauzvrat, lako razgrađuje. Stoga, dio dušika huminske kiseline koji se može hidrolizirati nije predstavljen, po svemu sudeći, proteinima, već produktima njihovog dubokog raspadanja - aminokiselinama, koje su u obliku labave veze s jezgrom huminske kiseline.[ .. .]

TOKSINI - otrovne tvari koje stvaraju određeni mikroorganizmi, biljke i životinje. Po hemijskoj prirodi - polipeptidi i proteini. Ponekad se pojam T. proširuje i na otrove neproteinske prirode. Najviše proučavani su mikrobni toksini, koji se dijele na egzotoksine (izlučuju se u okoliš tokom rasta) i endotoksine (izlučuju se nakon smrti organizama). TOKSIFIKACIJA - povećanje toksičnosti kao rezultat stvaranja novih, toksičnijih supstanci tokom razgradnje (biološke ili fizičko-hemijske) pesticida. sri Zagađivač, štetna supstanca. TOKSIČNO DEJSTVO ZAGAĐIVAČA - štetno dejstvo hemijske supstance na organizme (ljude, životinje, biljke, gljive, mikroorganizme). Zajedničkim toksičnim djelovanjem više zagađivača dolazi do: zbrajanja štetnih učinaka; prekomjerno sumiranje ili potenciranje; nihilacija - efekat je manji nego kod sumiranja; promjena u prirodi toksičnog djelovanja (npr. pojava kancerogenih svojstava). TOKSIČNOST - toksičnost, svojstvo hemijskih jedinjenja da imaju štetan ili čak smrtonosni efekat na organizam.[...]

U vodi netopivi graft kopolimeri celuloze i biološki aktivnih proteina (enzimi, antigeni) su od značajnog naučnog i praktičnog interesa. Graft kopolimeri celuloze i enzima mogu se koristiti kao specifični katalizatori, koji se mogu lako ukloniti iz reakcije u bilo kojem trenutku. Upotreba ovih kopolimera omogućava rješavanje niza problema koji se ne mogu riješiti korištenjem konvencionalnih enzima topivih u vodi, na primjer, izolacija čistih proizvoda enzimske razgradnje supstrata, izolacija i naknadno proučavanje međuproizvoda enzimske razgradnje supstrata, aktivacija enzima nakon čega slijedi potpuno uklanjanje aktivacionog agensa, sorpcija, naknadna izolacija i proučavanje inhibitora enzima. U vodi netopivi graft kopolimeri celuloze i antigena, koji se nazivaju imunoadsorbenti, koriste se za adsorpciju antitijela kako bi se kvantificirali, izolirali u čistom obliku za naknadno proučavanje i upotrebu. Za sintezu u vodi netopivih graft kopolimera biološki aktivnih proteina, preporučljivo je koristiti celulozu, a ne sintetičke polimere, budući da je nespecifična adsorpcija proteina na celuloznim materijalima mnogo manja nego na sintetičkim polimerima.[...]

Razvoj više vegetacije u blizini vodnih tijela uzrokuje da otopljeni organski proizvodi njihove vitalne aktivnosti i raspadanja ulaze u vodu. Kao rezultat razgradnje makrofita, u vodi se mogu pojaviti bjelančevine, ugljikohidrati, organske kiseline, tanini, kao i lignin, hemiceluloza, masti, vosak i smole koje su praktično nerastvorljive u vodi.[...]

U živoj ćeliji istovremeno se odvijaju najraznovrsniji i, osim toga, višestepeni procesi: oksidacija i redukcija, sinteza i propadanje, transfer metil radikala, hidroliza itd. Neki mikrobi imaju sposobnost da učestvuju u više faza raspadanje supstance. Na primjer, mogu koristiti proteine ​​pa ugljikohidrate, oksidirati alkohole i kiseline, alkohole pa aldehide, konzumirati elementarni dušik pa kombinirani dušik, itd. Ali postoje i mikrobi koji mogu konzumirati samo određene ugljikohidrate i aminokiseline, a da ne koriste druge .[ ...]

Tkiva algi sastoje se od otprilike 87% vode i 13% organskih i mineralnih supstanci, pri čemu prve čine 55 do 62% suhog ostatka. Proteini koji čine 5-7% suhog ostatka po nutritivnoj vrijednosti odgovaraju proteinima soje i mogu se koristiti kao aditivi u stočnoj hrani. Kullney upoređuje šikare gantske alge sa pravim podvodnim šumama, koje pružaju n) sklonište za masu morskih organizama i riba. Isto se može reći i za šikare japanskih algi, koje neće izgubiti ulogu prirodnih „zaštitnika“ mladunaca čak ni uz vještački uzgoj na okeanskim farmama.[ ...]

Brzina hemijskih reakcija u biljnim uzorcima uzetim tokom perioda aktivne vegetacije znatno je veća nego u mnogim analiziranim objektima (npr. zrno, slama, sjeme). Zbog rada enzima nastavljaju se biohemijski procesi koji rezultiraju razgradnjom supstanci poput škroba, proteina, organskih kiselina i posebno vitamina.[...]

Drugi mikrobi koji razgrađuju šećer, škrob, pa čak i vlakna proizvode hlapljive kiseline, a pored njih ugljičnu, vodonik i metan, koji su nepotrebni organizmu, dok toplinska energija koristi samo mikroorganizmu i gubi se za organizam domaćina. Konačno, treće bakterije razgrađuju proteine, kao i enzime, na male molekule albumoza i peptona i dalje u aminokiseline i baze. Ali aktivnost bakterija tu ne prestaje, kao što bi bila neophodna organizmu domaćina, već vodi dalje do razgradnje ovih jedinjenja na amonijak, masne kiseline, alkohol i ugljovodonike koji nisu potrebni domaćinu.[... ]

Glavni element aerobne biocenoze je bakterijska ćelija. U ćeliji se odvijaju različiti višestepeni procesi transformacije organskih supstanci. U sklopu biocenoze postoje bakterije koje su u stanju da konzumiraju samo određene ugljikovodike ili aminokiseline. Uz to, postoji veliki broj bakterija uključenih u nekoliko faza razgradnje organske tvari. Oni mogu prvo koristiti proteine, a zatim ugljikohidrate, oksidirati alkohole, pa kiseline ili alkohole i aldehide itd. Neke vrste mikroba mogu razgraditi organsku materiju do kraja, npr. do stvaranja ugljičnog dioksida i vode, druge samo do formiranje međuproizvoda. Iz tog razloga, prilikom pročišćavanja otpadnih voda, ne daju potrebne efekte pojedinačne kulture mikroorganizama, već njihov prirodni kompleks, uključujući i više razvijene vrste [Rogovskaya Ts. I., 1967].[ ...]

Vonros o supstancama koje se koriste u procesu disanja dugo je zaokupljao fiziologe. Čak iu djelima I. II. Borodina, pokazalo se da je intenzitet procesa disanja direktno proporcionalan sadržaju ugljikohidrata u biljnim tkivima. To je dalo razlog za pretpostavku da su ugljikohidrati glavna supstanca koja se konzumira tokom disanja. U razjašnjavanju ovog pitanja od velike je važnosti određivanje respiratornog koeficijenta. Ako se ugljikohidrati koriste u procesu disanja, tada se proces odvija prema jednadžbi CeH 120b + 6O2 \u003d 6CO2 + 6H2O, u ovom slučaju je respiratorni koeficijent jednak jedinici - p = 1. Međutim, ako je više oksidiranih spojeva, kao što su organske kiseline, podležu razgradnji tokom disanja, unos kiseonika se smanjuje, respiratorni koeficijent postaje veći od jedan. Kada se više redukovanih jedinjenja, kao što su masti ili proteini, oksidiraju tokom disanja, potrebno je više kiseonika i respiratorni koeficijent postaje manji od jedan.[...]

Već smo razmatrali procese koji se odvijaju u anaerobnoj probavi pod uticajem pet glavnih grupa bakterija. Ovaj put ćemo se osvrnuti na aspekte koji se odnose na nijanse anaerobne probave. Višak aktivnog mulja koji nastaje tokom aerobnog biološkog tretmana ima karakteristike sastava određene uslovima njegovog sadržaja u aerotanku. Sa velikim opterećenjem na organsko zagađenje povećava se i povećanje biomase, odnosno povećava se, dok dolazi do nepotpune oksidacije organske materije i povećava koncentracija organskih materija u aktivnom mulju, sa manjim opterećenjem povećava se stepen autooksidacije i sadržaj organska materija se smanjuje. Prinos i procentualni sastav biogasa koji nastaje tokom anaerobne mineralizacije zavisi od kvalitativnog i kvantitativnog sastava mulja koji je podvrgnut mineralizaciji. Ugljikohidrati u sedimentima aktivnog mulja u većoj mjeri mogu biti predstavljeni celulozom, ligninom i hemicelulozama koje se nalaze u biljnim stanicama. Celuloza je glukozni polimer linearne strukture, hemoceluloze su složeni polisaharidi razgranate ili linearne strukture, lignin je složeni transalkoholni polimer. U prvoj fazi biohemijske razgradnje, hidroliza hemiceluloza ih razlaže u složenu smjesu polisaharida, a celuloza se hidrolizira da nastane glukan, polisaharid na bazi D-polimera glukoze. Nadalje, polisaharidi i glukan u drugoj fazi, formiranju kiseline, ili na drugi način, acitogenezi, prolaze biohemijskom oksidacijom u hlapljive masne kiseline, alkohole. Kao rezultat ovih reakcija oslobađaju se vodik i ugljični dioksid.

Osobine razgradnje proteina, masti i ugljikohidrata u fazi hidrolize

Nerastvorljiva proteinska jedinjenja tokom fermentacije metanom se prvo pretvaraju u peptone, zatim u peptide i, na kraju, u rastvorljive aminokiseline ravnog lanca. U fazi acitogeneze lako se biohemijski pretvaraju u masne kiseline, koje se u narednim fazama metanske fermentacije lako oksidiraju, kao i u aromatične aminokiseline, kao što su tirozin, triptofan i fenilamin, koje se dalje teže razgrađuju. Tijekom razgradnje proteina nastaju amonijak i ugljični dioksid, koji u interakciji s drugim tvarima, ili jedni s drugima, pomjeraju reakciju medija na alkalnu stranu.

Masti u fazi hidrolize bakterije pretvaraju u glicerol i masne kiseline. Oni se već jednostavno dalje prenose u fazi acitogeneze u složene karboksilne kiseline, koje u kasnijim fazama lako prelaze u metan. Osim što je sastav biogasa određen jednadžbama reakcija za biorazgradnju ugljikohidrata, proteina i masti, na njegov prinos utiče i učešće vode u njima. Ako se reakcija razgradnje odvija uz potrošnju vode, tada se količina gasa koji se razvija povećava, ako s evolucijom, onda se smanjuje. Izuzetak od ovog pravila su aminokiseline, čija se razgradnja događa uz sudjelovanje vode, ali u isto vrijeme dio nastalih plinovitih tvari prelazi u vezani oblik. Osim toga, dio ugljika u spojevima troši se na rast bakterijske biomase. Sve ove odredbe potvrđuju i eksperimentalna istraživanja koja pokazuju da se pri razgradnji proteinske komponente biogas oslobađa u manjoj količini, zbog vezivanja gasovitih produkata njihovog raspadanja. Nadalje, utvrđeno je da tijekom razgradnje masti emituju jedan i po puta više plina od proteinskih i ugljikohidratnih supstrata. Što se tiče kvalitativnog sastava, veći procenat metana u biogasu nastaje prilikom razgradnje proteina i masti.

Granice anaerobne digestije i proračun unosa i sastava biogasa

Treba napomenuti da se procesi anaerobne probave odvijaju do određenih granica, a to su 70% za masti, 62,5% za ugljikohidrate i 48% za proteine. Istovremeno, temperatura anaerobnog procesa utiče samo na brzinu razgradnje organskog supstrata, dok se proteini najbrže razgrađuju, zatim masti, a najsporija fermentacija ugljikohidrata. Odnosno, prilikom fermentacije otpada, koji se sastoji od masti, možete dobiti više biogasa nego iz aktivnog mulja, koji se sastoji uglavnom od proteina, kao i mješavine stajnjaka i biljnog otpada, koji su uglavnom ugljikohidratne sirovine.

Prilikom razgradnje organskog supstrata nastaje velika količina huminskih materija koje se talože u kiseloj reakciji medijuma, a u alkalnoj su prisutne u fazi koloidnog rastvora. Da bi se odredio prinos biogasa iz anaerobne digestije organskog mulja, može se odrediti analizom COD mulja nakon razgradnje. U ovom slučaju pretpostavlja se da jedan mol zapremine metana reaguje sa dva molarna zapremina kiseonika, odnosno izračunata zapremina oslobođenog metana će biti jednaka dvostrukoj vrednosti COD. Nadalje, izračunavanje oslobođenog ugljičnog dioksida vrši se prema McCarthy formuli, prema kojoj postoji 3,75 molskih volumena ugljičnog dioksida na 6,24 molskih volumena metana. Precizniji proračuni teoretskog izdašnosti i volumetrijskih omjera oslobođenih plinova vrše se primjenom Buswell formule, za koju je potrebno poznavati elementarni sastav mineraliziranog sedimenta. Ali u oba slučaja se ne uzima u obzir potrošnja organske materije koja se koristi za povećanje biomase uključene u proces biohemijske oksidacije. Stoga je za precizniji proračun rada postrojenja za prečišćavanje, kao i instalacija za mineralizaciju mulja i proizvodnju biogoriva, potrebno odrediti granice razgradnje mulja za svaki konkretan slučaj njegovog biosastava.

Dakle, kvalitativni i kvantitativni sastav nastalog biogasa usko je povezan sa sadržajem masti, proteina i ugljikohidrata u organskom supstratu podvrgnutom anaerobnoj digestiji. Volumen ispuštenih plinova i procenat izlaznog metana također zavise od potrošnje biogenih elemenata za rast biomase, te granice razgradnje mineraliziranog sedimenta, određene njegovom organskom prirodom.