Razgradnja beljakovin z mikroorganizmi. Razgradnja beljakovinskih snovi mo Proces razgradnje beljakovin

V procesu presnove mikroorganizmi ne samo sintetizirajo kompleksne beljakovinske snovi lastne citoplazme, ampak povzročijo tudi globoko uničenje beljakovinskih spojin substrata. Proces mineralizacije organskih beljakovinskih snovi z mikroorganizmi, ki poteka s sproščanjem amoniaka ali s tvorbo amonijevih soli, se v mikrobiologiji imenuje gnitje ali amonifikacija beljakovin.

Tako je gnitje v strogem mikrobiološkem smislu mineralizacija organske beljakovine, čeprav je v vsakdanjem življenju "razpad" ime za številne raznolike procese, ki imajo povsem naključno podobnost in v tem konceptu združujejo kvarjenje živil ( meso, ribe, jajca, sadje, zelenjava). ), ter razgradnjo trupel živali in rastlin ter različni procesi, ki se pojavljajo v gnoju, rastlinskih odpadkih itd.

Amonifikacija beljakovin je zapleten proces v več korakih. Njegovo notranje bistvo je v energetskih transformacijah aminokislin s strani mikroorganizmov, ki uporabljajo svoj ogljikov skelet pri sintezi citoplazmatskih spojin. V naravnih razmerah se razgradnja snovi rastlinskega in živalskega izvora, bogatih z beljakovinami, ki jih vzbujajo različne bakterije, plesni, aktinomicete, poteka nenavadno enostavno tako s širokim dostopom do zraka kot v pogojih popolne anaerobioze. V zvezi s tem se lahko kemija razgradnje beljakovinskih snovi in ​​narava nastalih produktov razgradnje močno razlikujeta glede na vrsto mikroorganizma, kemično naravo beljakovin in pogoje procesa: prezračevanje, vlažnost, temperaturo.

Z dostopom do zraka, na primer, proces razpadanja poteka zelo intenzivno, vse do popolne mineralizacije beljakovinskih snovi - nastajata amoniak in celo delno elementarni dušik, tvorita se bodisi metan ali ogljikov dioksid, pa tudi vodikov sulfid in fosforjeva kislina. soli. V anaerobnih pogojih praviloma ne pride do popolne mineralizacije proteina, del nastalih (vmesnih) produktov razpada, ki imajo običajno neprijeten vonj, pa ostane v substratu, ki mu daje zoprn vonj po razpadu.

Nizka temperatura preprečuje amonifikacijo beljakovin. V plasteh permafrosta dežele skrajnega severa so na primer našli trupla mamutov, ki so ležala več deset tisočletij, vendar se niso razgradila.

Glede na posamezne lastnosti mikroorganizmov - povzročiteljev razpadanja - pride bodisi do plitkega razpada beljakovinske molekule bodisi do njenega globokega cepljenja (popolna mineralizacija). Obstajajo pa tudi takšni mikroorganizmi, ki sodelujejo pri razpadu šele po tem, ko se v substratu pojavijo produkti hidrolize beljakovinskih snovi kot posledica vitalne aktivnosti drugih mikrobov. Pravzaprav "gnili" so tisti mikrobi, ki vzbujajo globoko razgradnjo beljakovinskih snovi, kar povzroči njihovo popolno mineralizacijo.

Beljakovinskih snovi v procesu prehrane mikrobna celica ne more neposredno absorbirati. Koloidna struktura beljakovin jim preprečuje vstop v celico skozi celično membrano. Šele po hidrolitičnem razcepu enostavnejši produkti hidrolize beljakovin prodrejo v mikrobno celico in jih ta uporabi pri sintezi celične snovi. Tako hidroliza beljakovin poteka zunaj telesa mikroba. Za to mikrob izloča proteolitske eksoencime (proteinaze) v substrat. Ta način prehranjevanja povzroči razgradnjo ogromne mase beljakovinskih snovi v substratih, medtem ko se znotraj mikrobne celice le sorazmerno majhen del produktov hidrolize beljakovin pretvori v beljakovinsko obliko. Proces cepitve beljakovinskih snovi v tem primeru v veliki meri prevlada nad procesom njihove sinteze. Zaradi tega je splošna biološka vloga gnitnih mikrobov kot povzročiteljev razgradnje beljakovinskih snovi ogromna.

Mehanizem mineralizacije kompleksne beljakovinske molekule s strani gnitnih mikrobov lahko predstavimo z naslednjo verigo kemičnih transformacij:

I. Hidroliza velike beljakovinske molekule v albumozo, peptone, polipeptide, dipeptide.

II. Nadaljevanje globlje hidrolize produktov razgradnje beljakovin v aminokisline.

III. Transformacija aminokislin pod delovanjem mikrobnih encimov. Raznolikost aminokislin in encimov, prisotnih v encimskem kompleksu različnih mikrobov, določeni pogoji procesa, določajo tudi izjemno kemično raznolikost produktov transformacije aminokislin.

Tako se aminokisline lahko podvržejo dekarboksilaciji, deaminaciji, tako oksidativni kot reduktivni in hidrolitični. Energetska karboksilaza povzroči dekarboksilacijo aminokislin, da nastanejo hlapni amine ali diamine, ki imajo neprijeten vonj. V tem primeru iz aminokisline lizina nastane kadaverin, iz aminokisline ornitin pa nastane putrescin:

Kadaverin in putrescin se imenujeta "kadaverični strupi" ali ptomaini (iz grškega ptoma - truplo, mrhovina). Prej je veljalo, da ptomain, ki nastane med razgradnjo beljakovin, povzroča zastrupitev s hrano. Vendar je bilo zdaj ugotovljeno, da niso strupeni sami ptomaini, temveč njihovi spremljajoči derivati ​​- neurin, muskarin in tudi nekatere snovi neznane kemične narave.

Pri deaminaciji se od aminokislin odcepi amino skupina (NH2), iz katerih nastane amoniak. Reakcija substrata postane alkalna. Med oksidativnim deaminiranjem poleg amoniaka nastajajo tudi ketonske kisline:

Z reduktivno deaminacijo nastanejo nasičene maščobne kisline:

Hidrolitična deaminacija in dekarboksilacija vodita do tvorbe alkoholov:

Poleg tega lahko nastanejo tudi ogljikovodiki (na primer metan), nenasičene maščobne kisline in vodik.

V anaerobnih pogojih iz aromatskih aminokislin nastanejo smrdljivi produkti razpadanja: fenol, indol, skatol. Indol in skatol se običajno tvorita iz triptofana. Iz aminokislin, ki vsebujejo žveplo, se v aerobnih pogojih razpadanja tvorijo vodikov sulfid ali merkaptani, ki imajo tudi neprijeten vonj po gnilih jajcih. Kompleksne beljakovine - nukleoproteini - se razgradijo na nukleinske kisline in beljakovine, ki se nato cepijo. Nukleinske kisline se razgradijo, da nastanejo fosforna kislina, riboza, deoksiriboza in dušikove organske baze. V vsakem posameznem primeru se lahko zgodi le del navedenih kemičnih transformacij in ne celoten cikel.

Pojav v živilih, bogatih z beljakovinami (kot so meso ali ribe), vonj po amoniaku, aminih in drugih produktih razgradnje aminokislin je pokazatelj njihove mikrobne kvarjenja.

Mikroorganizmi, ki spodbujajo amonifikacijo beljakovinskih snovi, so v naravi zelo razširjeni. Najdemo jih povsod: v tleh, v vodi, v zraku - in predstavljajo jih izjemno raznolike oblike - aerobne in anaerobne, fakultativno anaerobne, spore in nespore.

Aerobni gnitni mikroorganizmi

Seneni bacil (Bacillus subtilis) (slika 35) je v naravi razširjen aerobni bacil, običajno izoliran iz sena, zelo gibljiv bacil (3-5 x 0,6 mikronov) s peritrihialno pekočo. Če se gojenje izvaja na tekočih medijih (na primer na seneni juhi), so celice bacila nekoliko večje in se združujejo v dolge verige, ki tvorijo naguban in suh srebrno belkast film na površini tekočine. Pri razvoju na trdnih medijih, ki vsebujejo ogljikove hidrate, nastane drobno nagubana suha ali zrnata kolonija, ki raste skupaj s substratom. Na rezinah krompirja se kolonije senenih palic vedno izkažejo za rahlo nagubane, brezbarvne ali rahlo rožnate, ki spominjajo na žametno prevleko.

Seneni bacil se razvija v zelo širokem temperaturnem razponu in je skoraj kozmopolitski. Toda na splošno velja, da je najboljša temperatura za njegov razvoj 37-50 ° C. Spore v senenem bacilu so ovalne, nahajajo se ekscentralno, brez stroge lokalizacije (vendar še vedno v mnogih primerih bližje središču celice). Kaljivost spor je ekvatorialna. Gram-pozitiven, razgrajuje ogljikove hidrate s tvorbo acetona in acetaldehida, ima zelo visoko proteolitično sposobnost. Spore senenega bacila so zelo toplotno odporne - pogosto jih hranimo v konzervah, steriliziranih pri 120 ° C.

Krompirjeva palica (Bac. mesentericus) (slika 36) - pogosta v naravi nič manj široko kot seno. Krompirjevo palico običajno najdemo na krompirju, ki pride sem iz zemlje.

Krompirjev bacil je morfološko zelo podoben senenemu bacilu: njegove celice (3-10 x 0,5-0,6 µm) imajo peritrihialni podvezek; najdemo tako posamezno kot povezano v verigo. Spore krompirjevih palčk, tako kot pri senu, so ovalne, včasih podolgovate, velike; nahajajo se v katerem koli delu celice (vendar pogosteje centralno). Med nastajanjem spor celica ne nabrekne, spore kalijo ekvatorialno.

Krompirjeva palčka pri gojenju na rezinah krompirja tvori obilno rumenkasto rjavo, nagubano, vlažno, sijočo prevleko, ki spominja na mezenterijo, po kateri je mikrob dobil ime. Na agar proteinskih gojiščih tvori tanke, suhe in nagubane kolonije, ki ne rastejo skupaj s substratom.

Po Gramovih besedah ​​se krompirjeva palčka pozitivno obarva. Optimalna temperatura razvoja, tako kot pri senenem bacilu, je 35-45 ° C. Med razgradnjo beljakovin tvori veliko vodikovega sulfida. Spore krompirjevega bacila so zelo toplotno odporne in tako kot spore senenih bacilov prenesejo dolgotrajno vrenje, pogosto ostanejo v konzervirani hrani.

bac. cereus. To so palice (3-5 x 1-1,5 mikronov) z ravnimi konci, enojne ali povezane v prepletene verige. Obstajajo možnosti s krajšimi celicami. Citoplazma celic je opazno zrnata ali vakuolna, na koncih celic pa se pogosto tvorijo sijoča ​​maščobi podobna zrna. Bacillusne celice so gibljive, s peritrihoznim podvezjem. Oporeka vam. cereus tvori ovalno ali elipsoidno obliko, ki se običajno nahaja sredinsko in polarno kalijo. Pri razvoju na MPA (mesni peptonski agar) bacil tvori velike kompaktne kolonije z nagubanim središčem in rizoidnimi valovitimi robovi. Včasih so kolonije drobno gomoljaste z resastimi robovi in ​​bičastimi izrastki, z značilnimi zrni, ki lomijo svetlobo. bac. cereus je aerob. Vendar se v nekaterih primerih razvije tudi ob težkem dostopu do kisika. Ta bacil se pojavlja v tleh, v vodi, na rastlinskih substratih. Utekočini želatino, peptonizira mleko, hidrolizira škrob. Optimalna temperatura za razvoj Bac. cereus 30 °С, največ 37-48 °С. Ko se razvija v mesno-peptonski juhi, tvori obilno homogeno motnost z zlahka razpadljivim mehkim sedimentom in občutljivim filmom na površini.

Od drugih aerobnih gnitnih mikrobov je mogoče opaziti zemeljsko palico (vi. mycoides), vi. megaterij, pa tudi nesporne pigmentne bakterije - "čudovita palica" (Bact. prodigiosum), Pseudomonas fluorescens.

Zemeljska palica (Bac. mycoides) (slika 37) - eden izmed zelo pogostih gnilobenih bacilov v tleh, ima precej velike (5-7 x 0,8-1,2 mikrona) posamezne celice ali celice, povezane v dolge verige. Na trdnih medijih zemeljska palica tvori zelo značilne kolonije - puhaste, rizoidne ali micelijske, ki se plazijo po površini medija, kot micelij gob. Zaradi te podobnosti so bacil poimenovali Bac. mycoides, kar pomeni "goba".

bac. megaterium je velik bacil, po katerem je dobil ime, kar pomeni "velika žival". Nenehno se nahaja v tleh in na površini razpadajočih materialov. Mlade celice so običajno debele - do 2 mikrona v premeru, dolge od 3,5 do 7 mikronov. Vsebina celic je grobo zrnata z velikim številom velikih vključkov maščobe ali glikogenu podobne snovi. Pogosto vključki skoraj popolnoma zapolnijo celotno celico in ji dajo zelo značilno strukturo, po kateri je to vrsto zlahka prepoznati. Kolonije na agarskem gojišču so gladke, sivo bele, mastno sijoče. Robovi kolonije so ostro obrezani, včasih valoviti.

Pigmentna bakterija Pseudomonas fluorescens je majhen (1-2 x 0,6 µm) gram-negativni bacil, ki ne tvori spor, gibljiv, z lofotrihialnim podvezjem. Bakterija proizvaja zelenkasto rumen fluorescentni pigment, ki ga, ko prodre v substrat, obarva rumeno-zeleno.

Pigmentna bakterija Bacterium prodigiosum (slika 38) je splošno znana pod imenom »čudežna palica« ali »palica čudovite krvi«. Zelo majhna po Gramu negativna, nesporna, gibljiva palica s peritrihijskim podvezjem. Ko se razvija na agarju in želatini, tvori temno rdeče kolonije s kovinskim leskom, ki spominjajo na kapljice krvi.

Pojav tovrstnih kolonij na kruhu in krompirju v srednjem veku je vzbujal vraževerno grozo med vernimi ljudmi in je bil povezan z mahinacijami »heretikov« in »hudičeve obsedenosti«. Zaradi te neškodljive bakterije je sveta inkvizicija požgala na grmadi več kot tisoč popolnoma nedolžnih ljudi.

Fakultativne anaerobne bakterije

Proteus palica ali vulgarni proteus (Proteus vulgaris) (slika 39). Ta mikrob je eden najpogostejših povzročiteljev gnitja beljakovinskih snovi. Pogosto ga najdemo na spontano razpadlem mesu, v črevesju živali in ljudi, v vodi, v tleh itd. Celice te bakterije so zelo polimorfne. V dnevnih kulturah na mesno-peptonski juhi so majhne (1-3 x 0,5 μm), z velikim številom peritrihijskih flagel. Nato se začnejo pojavljati zvite nitaste celice, ki dosežejo dolžino 10-20 mikronov ali več. Zaradi takšne raznolikosti v morfološki zgradbi celic je bila bakterija poimenovana po bogu morja Proteusu, ki mu je starogrška mitologija pripisovala sposobnost spreminjanja svoje podobe in spreminjanja v različne živali in pošasti po želji.

Tako majhne kot velike celice Proteus imajo močno gibanje. To daje kolonijam bakterij na trdnih medijih značilnost "rojenja". Proces "rojenja" je v tem, da posamezne celice izstopijo iz kolonije, drsijo po površini substrata in se na neki razdalji od nje ustavijo, se razmnožujejo in povzročijo novo rast. Izkaže se množica majhnih belkastih kolonij, komaj vidnih s prostim očesom. Nove celice se ponovno ločijo od teh kolonij in tvorijo nova središča razmnoževanja na delu medija brez mikrobnih oblog itd.

Proteus vulgaris je gram-negativna bakterija. Optimalna temperatura za njegov razvoj je 25-37°C. Pri temperaturi približno 5 ° C ustavi svojo rast. Proteolitična sposobnost proteusa je zelo visoka: razgrajuje beljakovine s tvorbo indola in vodikovega sulfida, kar povzroči močno spremembo kislosti medija - medij postane zelo alkalen. Pri razvoju na ogljikovih hidratih Proteus tvori veliko plinov (CO2 in H2).

V pogojih zmernega dostopa zraka ima E. coli (Escherichia coli) med razvojem na peptonskih gojiščih določeno proteolitično sposobnost. V tem primeru je značilno nastajanje indola. Toda Escherichia coli ni tipičen gnitni mikroorganizem in na ogljikovih hidratih v anaerobnih pogojih povzroča netipično mlečnokislinsko vrenje s tvorbo mlečne kisline in številnih stranskih produktov.

Anaerobni gnitni mikroorganizmi

Clostridium putrificum (slika 40) je energijski povzročitelj anaerobne razgradnje beljakovinskih snovi, ki to cepljenje izvaja z obilnim sproščanjem plinov - amoniaka in vodikovega sulfida. Cl. putrificum je precej pogost v zemlji, vodi, v ustih, v črevesju živali in na različnih gnilih živilih. Včasih ga lahko najdemo v konzervirani hrani. Cl. putrificum - premične palice s peritrihijskim podvezjem, podolgovate in tanke (7-9 x 0,4-0,7 mikronov). Obstajajo tudi daljše celice, povezane v verige in posamezne. Optimalna temperatura za razvoj Clostridium je 37 °C. Razvija se v globini mesno-peptonskega agarja in tvori luskaste ohlapne kolonije. Spore so sferične, nahajajo se končno. Med sporulacijo na mestu nastanka spor celica močno nabrekne. Celice, ki nosijo spore Cl. putrificum so podobni celicam botulinskega bacila, ki nosijo spore.

Toplotna odpornost spor Cl. putrificum je precej visok. Če se spore med proizvodnjo konzervirane hrane ne uničijo, se lahko razvijejo med skladiščenjem končnih izdelkov v skladišču in povzročijo kvarjenje (mikrobiološko bombardiranje) konzervirane hrane. Saharolitične lastnosti Cl. putrificum nima.

Clostridium sporogenes (slika 41) - glede na morfološke značilnosti je precej velika palica z zaobljenimi konci, ki zlahka tvorijo verige. Mikrob je zaradi peritrihijskih flagel zelo gibljiv. Ime Clostridium sporogenes, ki ga je dal I. I. Mechnikov (1908), označuje sposobnost tega mikroba, da hitro tvori spore. Po 24 urah je mogoče pod mikroskopom videti veliko palic in ohlapnih spor. Po 72 urah se postopek sporulacije konča in vegetativnih oblik sploh ne ostane. Mikrob tvori spore ovalne oblike, ki se nahajajo sredinsko ali bližje enemu od koncev palice (subterminalno). Ne tvori kapsul. Optimalni razvoj 37 °C.

Cl. sporogeni - anaerobni. Nima toksičnih in patogenih lastnosti. V anaerobnih pogojih na agarskem gojišču tvori površinske majhne, ​​nepravilne oblike, sprva prozorne, nato pa se spremenijo v neprozorne rumenkasto bele kolonije z resastimi robovi. V globini agarja se kolonije oblikujejo "dlakave", okrogle, z gostim središčem. Podobno v anaerobnih pogojih mikrob povzroči hitro motnost mesno-peptonske juhe, nastajanje plinov in pojav neprijetnega gnitnega vonja. Encimski kompleks Clostridium sporogenes vsebuje zelo aktivne proteolitske encime, ki lahko razgradijo beljakovine do zadnje stopnje. Pod vplivom Clostridium sporogenes se mleko po 2-3 dneh peptonizira in ohlapno koagulira, želatina se utekočini. Jetrni medij včasih proizvaja črn pigment z belimi kristali tirozina. Mikrob povzroča črnilo in prebavo možganskega okolja ter oster gnilosten vonj. Kosi tkiva se v nekaj dneh hitro prebavijo, zrahljajo in stopijo skoraj do konca.

Clostridium sporogenes ima tudi saharolitične lastnosti. Razširjenost tega mikroba v naravi, izrazite proteolitične lastnosti, visoka toplotna stabilnost spor ga označujejo kot enega glavnih povzročiteljev gnitnih procesov v živilih.

Cl. sporogenes je povzročitelj kvarjenja mesa ter mesnih in zelenjavnih konzerv. Najpogosteje se poškodujejo konzervirana hrana "dušeno meso" in prve jedi za kosilo z in brez mesa (boršč, kisle kumarice, zeljna juha itd.). Prisotnost majhne količine spor, ki ostane v izdelku po sterilizaciji, lahko pri sobni temperaturi povzroči kvarjenje konzervirane hrane. Najprej opazimo pordelost mesa, nato črnitev, pojavi se oster gnojni vonj, kozarci se pogosto bombardirajo.

Pri gnitnem razkroju beljakovin sodelujejo tudi različne plesni in aktinomicete - Penicillium, Mucor mucedo, Botrytis, Aspergillus, Trichoderma itd.

Pomen procesa razpadanja

Splošni biološki pomen procesa razpadanja je ogromen. Gnitni mikroorganizmi so "zemeljski redarji". Povzročajo mineralizacijo ogromne količine beljakovinskih snovi, ki vstopajo v tla, razgrajujejo trupla živali in rastlinske odpadke, povzročajo biološko čiščenje zemlje. Globoko cepitev beljakovin povzročajo sporni aerobi, manj globoko - sporni anaerobi. V naravnih razmerah ta proces poteka po stopnjah v skupnosti številnih vrst mikroorganizmov.

Toda pri pridelavi hrane je gnitje škodljiv proces in povzroča veliko materialno škodo. Pokvarjenje mesa, rib, zelenjave, jajc, sadja in drugih živil poteka hitro in poteka zelo intenzivno, če jih hranimo nezaščiteno, v pogojih, ugodnih za razvoj mikrobov.

Le v nekaterih primerih se pri pridelavi hrane lahko gnitje uporablja kot koristen proces - med zorenjem soljenega sleda in sirov. Gnitje se uporablja v usnjarski industriji za šivanje kož (odstranjevanje volne z živalskih kož pri izdelavi usnja). Ob poznavanju vzrokov za procese razpada so se ljudje naučili zaščititi živila beljakovinskega izvora pred razpadom z uporabo najrazličnejših metod konzerviranja.

gnitnih procesov. Koncept aerobnega in anaerobnega razpada. Patogeni. Vloga gnojnih procesov v naravi, v živilski industriji

Gnitje je proces globoke razgradnje beljakovin. Eden od končnih produktov razgradnje beljakovinskih snovi je amoniak, zato se proces gnitja imenuje amonifikacija.

Beljakovine so makromolekularne spojine, zato jih sprva zunajcelično cepijo proteolitični encimi mikroorganizmov, ki so eksoencimi.

Razgradnja beljakovin poteka v korakih:

proteini > peptoni > polipeptidi > aminokisline

Nastale aminokisline difundirajo v celice in se lahko uporabljajo tako v konstruktivni kot energetski presnovi.

Razgradnja aminokislin se začne z njihovo deaminacijo in dekarboksilacijo. Ko se aminokisline deaminirajo, se amino skupina odcepi s tvorbo amoniaka, organskih kislin (maslene, ocetne, propionske, hidroksi in keto kisline) in makromolekularnih alkoholov.

V prihodnosti je tvorba končnih produktov odvisna od pogojev procesa in od vrste mikroorganizma - povzročitelja razpada.

Aerobni razpad. Pojavi se v prisotnosti atmosferskega kisika. Končni produkti aerobnega razpada so poleg amoniaka še ogljikov dioksid, vodikov sulfid in merkaptani (ki imajo vonj po gnilih jajcih). Pri razgradnji aminokislin, ki vsebujejo žveplo (cistin, cistein, metionin), nastanejo vodikov sulfid in merkaptani.

Anaerobni razpad. Pojavlja se v anaerobnih pogojih. Končni produkti anaerobnega razpada so produkti dekarboksilacije aminokislin (odstranitev karboksilne skupine) s tvorbo snovi z neprijetnim vonjem: indol, akatol, fenol, krezol, diamini (njihovi derivati ​​so trupli strupi in lahko povzročijo zastrupitev) .

Povzročitelji gnitnih procesov

Povzročitelji aerobnega razpada so bakterije, ki tvorijo spore iz rodu Bacillus: Bacillus mycoides (hruškov bacil); Bacillus megaterium (zeljni bacil); Bacillus mesentericus (krompirjeva palica); Bacillus subtilis (palica sena), pa tudi palčke, ki ne tvorijo spor: Serrate marcencens (čudežna palica); Proteus vulgaris (Proteus palica); Escherichia coli (E. coli) in drugi mikroorganizmi.

Povzročitelji anaerobnega razpada so anaerobne spore iz rodu Clostridium (proteolitične klostridije): Clostridium sporogenes, Clostridium subterminalis, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum.

Praktični pomen gnitnih procesov

Gnilni mikroorganizmi pogosto povzročajo veliko škodo nacionalnemu gospodarstvu, povzročajo kvarjenje hrane, bogate z beljakovinami: meso in mesne izdelke, jajca, mleko, ribe in ribje izdelke itd.

V naravi (v vodi, tleh) gnilobe aktivno razgrajujejo odmrla živalska in rastlinska tkiva, mineralizirajo beljakovinske snovi in ​​tako igrajo pomembno vlogo v ciklu ogljika in dušika.

Razgradnja vlaknin in pektinskih snovi z mikroorganizmi

Razgradnja pektinskih snovi je blizu maslene fermentacije. Pojavlja se v anaerobnih pogojih. Pod vplivom pektolitičnih encimov mikroorganizmov se prototopektin pretvori v topni pektin, ki se razgradi v galakturonske kisline, ogljikove hidrate (ksiloza, galaktoza, arabinoza), metilni alkohol in druge snovi. Nadalje sladkorje fermentirajo bakterije iz rodu Clostridium s tvorbo maslene in ocetne kisline, ogljikovega dioksida in vodika.

Vsi ti procesi vodijo do mineralizacije (propadanja) prizadetih predmetov (sadja, zelenjave) in do drugih vrst kvarjenja.

Fermentacija vlaken je njihova razgradnja v anaerobnih pogojih s tvorbo maslene, ocetne kisline, ogljikovega dioksida, etilnega alkohola in vodika. Ta proces izvajajo mezofilne in termofilne celulozne bakterije, ki tvorijo spore iz rodu Clostridium.

Pri aerobni razgradnji vlaken sta končna produkta ogljikov dioksid in voda. Aerobni mikroorganizmi, ki oksidirajo vlakna, vključujejo mezofilne aerobne bakterije iz rodov Cytophaga, Anginococcus. Cellvibrio, Pseudomonas, aktinomicete iz rodu Streptomyces in mikroskopske glive (rod Penicillium, Alternaria, Fusarium itd.).

Bakterije, ki razgrajujejo pektin in celuloze, imajo v naravi pomembno vlogo pri razgradnji rastlinskih ostankov in posledično v ogljikovem ciklu.

Kemija amonifikacije.

Gnitje je razgradnja beljakovin z mikroorganizmi. To je poškodba mesa, rib, sadja, zelenjave, lesa, pa tudi procesi, ki se pojavljajo v tleh, gnoju itd.

V ožjem smislu se za gnitje šteje proces razgradnje beljakovin ali z beljakovinami bogatih substratov pod vplivom mikroorganizmov.

Beljakovine so pomembna sestavina živega in mrtvega organskega sveta in jih najdemo v številnih živilih. Za beljakovine je značilna velika raznolikost in kompleksnost strukture.

Sposobnost uničenja beljakovinskih snovi je lastna številnim mikroorganizmom. Nekateri mikroorganizmi povzročijo plitvo cepitev beljakovine, drugi jo lahko globlje uničijo. Gnilni procesi se nenehno pojavljajo v naravnih razmerah in se pogosto pojavljajo v izdelkih in izdelkih, ki vsebujejo beljakovinske snovi. Razgradnja beljakovin se začne z njihovo hidrolizo pod vplivom proteolitičnih encimov, ki jih mikrobi sproščajo v okolje. Gnitje poteka v prisotnosti visoke temperature in vlage.

Aerobni razpad. Pojavi se v prisotnosti atmosferskega kisika. Končni produkti aerobnega razpada so poleg amoniaka še ogljikov dioksid, vodikov sulfid in merkaptani (ki imajo vonj po gnilih jajcih). Pri razgradnji aminokislin, ki vsebujejo žveplo (cistin, cistein, metionin), nastanejo vodikov sulfid in merkaptani. Med gnitnimi bakterijami, ki v aerobnih pogojih uničujejo beljakovinske snovi, je tudi bacil. mikoidi. Ta bakterija je zelo razširjena v tleh. Je mobilna palica, ki tvori spore.

anaerobni razpad. Pojavlja se v anaerobnih pogojih. Končni produkti anaerobnega razpada so produkti dekarboksilacije aminokislin (odstranitev karboksilne skupine) s tvorbo snovi z neprijetnim vonjem: indol, akatol, fenol, krezol, diamini (njihovi derivati ​​so trupli strupi in lahko povzročijo zastrupitev) .

Najpogostejša in aktivna povzročitelja razpada v anaerobnih pogojih sta Bacillus puthrificus in Bacillus sporogenes.

Optimalna temperatura razvoja za večino gnilobenih mikroorganizmov je v območju 25-35°C. Nizke temperature ne povzročijo njihove smrti, ampak le ustavijo razvoj. Pri temperaturi 4-6 ° C se vitalna aktivnost gnitnih mikroorganizmov zavira. Nesporne gnilobe bakterije umrejo pri temperaturah nad 60°C, bakterije, ki tvorijo spore, pa prenesejo segrevanje do 100°C.

Vloga gnitnih mikroorganizmov v naravi, v procesih kvarjenja hrane.

V naravi ima gnitje veliko pozitivno vlogo. Je sestavni del kroženja snovi. Gnilni procesi zagotavljajo obogatitev tal s takšnimi oblikami dušika, ki so potrebni za rastline.

Pred stoletjem in pol je veliki francoski mikrobiolog L. Pasteur spoznal, da bi brez mikroorganizmov razpadanja in fermentacije, ki spreminjajo organske snovi v anorganske spojine, življenje na Zemlji postalo nemogoče. Največje število vrst te skupine živi v tleh - v 1 g rodovitne njive jih je več milijard, floro tal predstavljajo predvsem bakterije razpadanja. Organske ostanke (mrtva telesa rastlin in živali) razgradijo v snovi, ki jih rastline zaužijejo: ogljikov dioksid, vodo in mineralne soli. Ta proces v svetovnem merilu imenujemo mineralizacija organskih ostankov, več kot je bakterij v tleh, intenzivnejši je proces mineralizacije, torej večja je rodovitnost tal. Gnilni mikroorganizmi in procesi, ki jih povzročajo v živilski industriji, pa povzročajo kvarjenje proizvodov, predvsem živalskega izvora in materialov, ki vsebujejo beljakovinske snovi. Da bi preprečili kvarjenje proizvodov zaradi gnitnih mikroorganizmov, je treba zagotoviti takšen režim skladiščenja, ki bi izključil razvoj teh mikroorganizmov.

Za zaščito živil pred razpadom se uporabljajo sterilizacija, soljenje, dimljenje, zmrzovanje ipd.. Med gnitnimi bakterijami pa so sporne, halofilne in psihrofilne oblike, ki povzročajo kvarjenje soljenih ali zamrznjenih izdelkov.

Tema 1.2. Vpliv okoljskih razmer na mikroorganizme. Razširjenost mikroorganizmov v naravi.

Dejavniki, ki vplivajo na mikroorganizme (temperatura, vlaga, srednja koncentracija, sevanje)

Načrtujte

1. Učinek temperature: psihrofilni, mezofilni in termofilni mikroorganizmi. Mikrobiološke osnove shranjevanja hrane v ohlajeni in zamrznjeni obliki. Toplotna stabilnost vegetativnih celic in spor: pasterizacija in sterilizacija. Vpliv toplotne obdelave živil na mikrofloro.

2. Vpliv vlažnosti izdelka in okolja na mikroorganizme. Vrednost relativne vlažnosti zraka za razvoj mikroorganizmov na suhih izdelkih.

3. Vpliv koncentracije raztopljenih snovi v habitatu mikroorganizmov. Vpliv sevanja, uporaba UV žarkov za dezinfekcijo zraka.

Vpliv temperature: psihrofilni, mezofilni in termofilni mikroorganizmi. Mikrobiološke osnove shranjevanja hrane v ohlajeni in zamrznjeni obliki. Toplotna stabilnost vegetativnih celic in spor: pasterizacija in sterilizacija. Vpliv toplotne obdelave živil na mikrofloro.

Temperatura je najpomembnejši dejavnik za razvoj mikroorganizmov. Za vsakega od mikroorganizmov obstaja minimalni, optimalni in maksimalni temperaturni režim za rast. Glede na to lastnost so mikrobi razdeljeni v tri skupine:

§ psihrofili - mikroorganizmi, ki dobro rastejo pri nizkih temperaturah z minimalno pri -10-0 °C, optimalno pri 10-15 °C;

§ mezofili - mikroorganizmi, pri katerih je optimalna rast opažena pri 25-35 °C, najmanjša - pri 5-10 °C, največja - pri 50-60 °C;

§ termofili - mikroorganizmi, ki dobro rastejo pri razmeroma visokih temperaturah z optimalno rastjo pri 50-65 °C, maksimalno pri temperaturah nad 70 °C.

Večina mikroorganizmov spada med mezofile, za razvoj katerih je optimalna temperatura 25-35 °C. Zato shranjevanje živil pri tej temperaturi vodi do hitrega razmnoževanja mikroorganizmov v njih in kvarjenja izdelkov. Nekateri mikrobi z znatnim kopičenjem v živilih lahko povzročijo zastrupitev s hrano. Patogeni mikroorganizmi, t.j. ki povzročajo človeške nalezljive bolezni, so tudi mezofili.

Nizke temperature upočasnijo rast mikroorganizmov, vendar jih ne ubijejo. V ohlajenih živilih je rast mikroorganizmov počasna, vendar se nadaljuje. Pri temperaturah pod 0 °C se večina mikrobov preneha razmnoževati, t.j. ko je hrana zamrznjena, se rast mikrobov ustavi, nekateri od njih postopoma odmrejo. Ugotovljeno je bilo, da pri temperaturah pod 0 °C večina mikroorganizmov preide v stanje, podobno anabiozi, ohrani svojo sposobnost preživetja in nadaljuje svoj razvoj, ko se temperatura dvigne. To lastnost mikroorganizmov je treba upoštevati pri skladiščenju in nadaljnji kulinarični predelavi živilskih izdelkov. Na primer, salmonela se lahko dolgo časa skladišči v zamrznjenem mesu, po odmrzovanju mesa pa se v ugodnih pogojih hitro nabere v nevarni količini za človeka.

Ko so izpostavljeni visokim temperaturam, ki presegajo največjo vzdržljivost mikroorganizmov, pride do njihove smrti. Bakterije, ki nimajo sposobnosti tvorbe spor, umrejo pri segrevanju v vlažnem okolju na 60-70 ° C po 15-30 minutah, na 80-100 ° C - po nekaj sekundah ali minutah. Bakterijske spore so veliko bolj odporne na toploto. Lahko prenesejo 100 ° C 1-6 ur, pri temperaturi 120-130 ° C bakterijske spore umrejo v vlažnem okolju v 20-30 minutah. Spore plesni so manj odporne na toploto.

Termična kulinarična obdelava živilskih izdelkov v javni gostinstvu, pasterizacija in sterilizacija izdelkov v živilski industriji vodijo do delne ali popolne (sterilizacije) odmiranja vegetativnih celic mikroorganizmov.

Med pasterizacijo je živilo podvrženo minimalnemu temperaturnemu učinku. Glede na temperaturni režim ločimo nizko in visoko pasterizacijo.

Nizka pasterizacija se izvaja pri temperaturi, ki ne presega 65-80 ° C, vsaj 20 minut, da se bolje zagotovi varnost izdelka.

Visoka pasterizacija je kratkotrajna (ne več kot 1 minuta) izpostavljenost pasteriziranega izdelka temperaturi nad 90 ° C, ki vodi do smrti patogene mikroflore, ki ne nosi spor, in hkrati ne povzroči bistvenih sprememb. v naravnih lastnostih pasteriziranih izdelkov. Pasteriziranih živil ni mogoče shranjevati brez hlajenja.

Sterilizacija vključuje sprostitev izdelka iz vseh oblik mikroorganizmov, vključno s sporami. Sterilizacija konzervirane hrane se izvaja v posebnih napravah - avtoklavih (pod tlakom pare) pri temperaturi 110-125 ° C 20-60 minut. Sterilizacija zagotavlja možnost dolgotrajnega skladiščenja konzervirane hrane. Mleko se sterilizira z ultravisoko temperaturno obdelavo (pri temperaturah nad 130 °C) v nekaj sekundah, kar vam omogoča, da ohranite vse koristne lastnosti mleka.

Beljakovine aktinomiceti razgradijo bodisi do končnih produktov (vodikov sulfid, amoniak in voda) bodisi do tvorbe vmesnih snovi (peptoni, aminokisline). Intenzivnost razgradnje beljakovin je odvisna od pogojev prezračevanja, sestave hranilnega medija, temperature in drugih dejavnikov.[...]

Razgradnja snovi, ki vsebujejo dušik (beljakovine), poteka v dveh stopnjah. Na prvi stopnji se pod vplivom aerobnih in anaerobnih mikroorganizmov beljakovine razgradijo s sproščanjem dušika, ki ga vsebujejo, v obliki MN3 (stopnja amonifikacije) in tvorbo peptonov (produktov primarne razgradnje beljakovin). , nato pa aminokisline. Naknadna oksidativna in reduktivna deaminacija in dekarboksilacija vodita do popolne razgradnje peptonov in aminokislin. Trajanje prve stopnje je od enega do več let. Na drugi stopnji se NH3 najprej oksidira v H102 in nato v HNO3. Do končnega vračanja dušika v ozračje pride pod delovanjem bakterij – denitrifikatorjev, ki razgrajujejo nitrate molekularnega dušika. Trajanje obdobja mineralizacije je 30-40 let ali več.[...]

Razgradnja s spojinami, ki vsebujejo ep y. Žveplo je del nekaterih beljakovin. Med hidrolitično razgradnjo beljakovin se le-ta reducira v vodikov sulfid, ki je strupena spojina za številne skupine mikroorganizmov. Toda v rezervoarjih in tleh so žveplove bakterije, ki oksidirajo reducirane žveplove spojine v prosto žveplo in sulfate. Te bakterije živijo v visokih koncentracijah vodikovega sulfida v okolju. Vodikov sulfid zanje služi kot vir energije za sintezo organskih snovi.[ ...]

Razgradnja vključuje tako abiotske kot biotske procese. Vendar pa običajno mrtve rastline in živali razgradijo heterotrofni mikroorganizmi in saprofagi. Ta razgradnja je način, kako si bakterije in glive pridobijo hrano. Do razgradnje torej pride zaradi energetskih transformacij v organizmih in med njimi. Ta proces je nujno potreben za življenje, saj bi brez njega vsa hranila bila vezana v mrtvih in nobeno novo življenje ne bi moglo nastati. V bakterijskih celicah in miceliju gliv so nabori encimov, potrebnih za izvajanje specifičnih kemičnih reakcij. Ti encimi se sproščajo v mrtvo snov; nekatere njegove razgradne produkte absorbirajo razpadajoči organizmi, ki jim služijo kot hrana, drugi ostanejo v okolju; poleg tega se nekateri produkti izločajo iz celic. Nobena vrsta saprotrofov ne more izvesti popolne razgradnje mrtvega telesa. Vendar je heterotrofna populacija biosfere sestavljena iz velikega števila vrst, ki ob skupnem delovanju povzročijo popolno razgradnjo. Različni deli rastlin in živali se uničijo z različno hitrostjo. Maščobe, sladkorji in beljakovine se hitro razgradijo, rastlinska celuloza in lignin, hitin, živalska dlaka in kosti pa se uničijo zelo počasi. Opozoriti je treba, da se približno 25 % suhe mase zelišč razgradi v enem mesecu, preostalih 75 % pa počasneje. Po 10 mesecih še vedno ostalo 40 % prvotne mase zelišč. Ostanki rakov so v tem času popolnoma izginili.[...]

Pri razgradnji beljakovin nastajajo tudi amoniak in njegovi derivati, ki vstopajo tudi v zrak in vodo oceana. V biosferi se kot posledica nitrifikacije - oksidacije amoniaka in drugih organskih spojin, ki vsebujejo dušik, s sodelovanjem bakterij - tvorijo različni dušikovi oksidi, ki so osnova za tvorbo dušikove kisline. Dušikova kislina se povezuje s kovinami in tvori soli. Zaradi delovanja denitrifikacijskih bakterij se soli dušikove kisline reducirajo v dušikovo kislino in nadalje v prosti dušik.[...]

Anaerobno razgradnjo beljakovin povzročajo paličice, ki tvorijo spore: Bacillus putrificus, Bacillus sporogenes. Razgradnjo beljakovinskih spojin povzročajo tudi fakultativni anaerobi Proteus vulgaris, Bacteria coli. Stopnja in intenzivnost razgradnje beljakovinskih spojin je odvisna od kemične strukture beljakovin in vrste mikroorganizmov. Aminokisline, ki nastanejo pri razgradnji beljakovin v anaerobnih pogojih, so podvržene reduktivni deaminaciji s tvorbo nasičenih organskih kislin in amoniaka. Organske kisline se lahko razgradijo v metan in ogljikov dioksid. Produkti amonifikacije v anaerobnih pogojih bodo metan, amoniak in ogljikov dioksid.[...]

Pojavi se med razgradnjo alkaloidov in beljakovin.[...]

AMONIFIKACIJA - proces razgradnje z mikroorganizmi organskih spojin, ki vsebujejo dušik (beljakovine, nukleinske kisline itd.) s sproščanjem amoniaka. AMPLITUDA EKOLOŠKA [lat. amplituda - vrednost] - meje prilagodljivosti vrste ali skupnosti spreminjajočim se okoljskim razmeram.[ ...]

Amoniak v obliki amonijevih soli, ki nastane med razgradnjo beljakovin in sečnine, rastline absorbirajo ali se podvrže nadaljnjim mikrobiološkim transformacijam.[...]

Najbolj stabilni produkti razgradnje so humusne snovi (humus), ki so, kot že poudarjeno, bistvena sestavina ekosistemov. Primerno je razlikovati tri stopnje razgradnje: 1) mletje detritusa s fizičnim in biološkim delovanjem; 2) razmeroma hitra tvorba humusa in sproščanje topnih organskih snovi s strani saprotrofov; 3) počasna mineralizacija humusa. Počasnost razgradnje humusa je eden od dejavnikov, ki določajo zamudo pri razgradnji v primerjavi s proizvodnjo in kopičenjem kisika; pomen zadnjih dveh procesov je bil že omenjen. Humus se običajno pojavlja kot temna, pogosto rumenkasto rjava, amorfna ali koloidna snov. Po M. M. Kononovi (1961) se fizikalne lastnosti in kemična struktura humusa malo razlikujejo v geografsko oddaljenih ali biološko različnih ekosistemih. Vendar pa je zelo težko opisati kemične snovi humusa in to ni presenetljivo glede na ogromno raznolikost organskih snovi, iz katerih izvira. Na splošno so humusne snovi kondenzacijski produkti aromatskih spojin (fenolov) z razgradnimi produkti beljakovin in polisaharidov. Model molekularne zgradbe humusa je prikazan na strani 475. To je benzenski obroč fenola s stranskimi verigami; ta struktura določa odpornost humusnih snovi na mikrobno razgradnjo. Za cepitev spojin so očitno potrebni posebni encimi tipa deoksigenaze (Gibson, 1968), ki jih v navadnih tleh in vodnih saprotrofih pogosto ni. Ironično je, da so številni strupeni produkti, ki jih človek vnaša v okolje – herbicidi, pesticidi, industrijske odpadne vode – derivati ​​benzena in predstavljajo resno nevarnost zaradi svoje odpornosti proti razgradnji.[...]

Amoniak nastane predvsem med razgradnjo biogenih spojin, ki vsebujejo dušik - beljakovin in sečnine. Najverjetnejša vrednost toka I>N3 iz vseh kopenskih virov v ozračje je 70-100 Mt N/leto. Antropogena emisija amoniaka je le približno 4 Mt K/leto.[ ...]

To je mogoče razložiti z nižjim razmerjem med beljakovinami in ogljikovimi hidrati in količino maščob v blatu odplak mesnopredelovalnega obrata v primerjavi z blatom gospodinjskih odplak; Kot veste, so glavni material za izgradnjo telesa mikroorganizmov, ki sodelujejo v procesu razgradnje maščob, beljakovine v kombinaciji z ogljikovimi hidrati, ogljikovi hidrati pa služijo kot energijski material za njihovo vitalno aktivnost. Zato razmerje med fermentacijskimi komponentami vpliva na razgradnjo organskih snovi.[ ...]

Veliko vrednost pri razkrivanju bistva procesa razgradnje organskih dušikovih spojin so dale študije V. S. Butkeviča. Pokazal je, da je kopičenje amoniaka med procesi amonifikacije strogo usklajeno s prisotnostjo ogljikovih hidratov v mediju. Če v okolju ni ogljikovih hidratov, potem mikroorganizmi intenzivno uporabljajo beljakovinske snovi kot material za dihanje, dušik oksidiranih aminokislin pa se kopiči v obliki amoniaka. Če so ogljikovi hidrati na voljo, se beljakovinske snovi porabijo v manjši meri in kopičenje amoniaka se močno zmanjša, včasih pa sploh ne pride. Ti vzorci so zelo pomembni pri fermentaciji blata iz čistilnih naprav. Po prisotnosti dušikove amonijeve soli v blatni tekočini je mogoče oceniti, katere snovi se razgradijo: beljakovine ali ogljikovi hidrati.

Razpad glavnih organskih sestavin usedline - beljakovin, maščob, ogljikovih hidratov - poteka z različno intenzivnostjo, odvisno od prevladujoče oblike določenih mikroorganizmov. Tako je na primer za greznice značilno okolje, ki ustvarja pogoje za razvoj anaerobnih gnojnih bakterij prve stopnje (faze) razgradnje organskih snovi.[...]

Skoraj ves dušik, ki ga rastlina vzame iz tal, je del rastlinskih beljakovin, ki med razgradnjo (gnitjem) odcepijo dušik v obliki amoniaka, občutimo pa ga v hlevu, ko se konjski gnoj razgradi (konjski gnoj zanj je značilna posebno močna razgradnja, zato se uporablja za ogrevanje rastlinjakov).[ ...]

Dušik je eno najpomembnejših hranil za rastline. Je sestavina beljakovin, klorofila in mnogih drugih organskih snovi v rastlinah. Glavnina aze je koncentrirana v organskih snoveh tal, najprej v humusu.Dušik je rastlinam na voljo predvsem v fsme mineralnih spojin - amoniaka in nitratov, ki nastanejo pri razgradnji organske snovi s posebnimi mikroorganizmi. Zato je potrebno dopolnjevanje zalog dušika v tleh iz drugih virov.[ ...]

Organske snovi v tleh vključujejo snovi, ki nastanejo pri razgradnji beljakovin, maščob, ogljikovih hidratov, vključno s: smolami, vlakninami, eteričnimi olji. Za procese razgradnje organske snovi je pomembna vsebnost organizmov – destruktorjev (bakterije, protozoje). Na enem hektarju zemlje je lahko od 1000 do 7000 kg različnih bakterij, 350-1000 kg črvov, do 1000 kg členonožcev, od 100 do 1000 kg mikroskopskih gliv. Ti mikroorganizmi se nahajajo po vsej debelini tal, ki lahko doseže več metrov. Nevretenčarji živijo predvsem v zgornjih plasteh. Podobno se koreninski sistem rastlin nahaja predvsem v globinah več metrov (z izjemo nekaterih, na primer kameljega trna, katerega korenine segajo 15 m globoko).[ ...]

Precej značilen je vonj po odplakah iz naseljenih krajev, ki je mešanica vonja iztrebkov z vonjem po razgradnji maščob, beljakovin, mila ipd. Odvisno je od razgradnje gospodinjske odpadne vode in od tega, kateri procesi v vodi prevladujejo – oksidacijski ali redukcijski. Podoben vonj imajo lahko tudi nekatere odpadne vode iz živilske industrije. Odpadne vode iz termične obdelave premoga imajo vonj po fenolih, katran, vodikov sulfid; Odpadne vode kemične industrije imajo značilne vonjave glede na vrsto proizvodnje, na primer vonj po organskih spojinah: ogljikov disulfid, estri in etri, alkoholi, organske kisline, spojine, ki vsebujejo dušik, merkaptani, acetilen itd.[ ...]

Za sveže onesnaženo vodo je značilna polisaprobna cona, kjer potekajo začetne faze razgradnje organskih spojin. Polisaprobne vode vsebujejo veliko količino organskih snovi, predvsem beljakovin in ogljikovih hidratov. Ko se te snovi razgradijo, se v velikih količinah sprostijo ogljikov dioksid, vodikov sulfid in metan. Voda je revna s kisikom, zato so kemični procesi reduktivni. Močno izrazite neugodne okoljske razmere vodijo do omejitve števila vrst v rastlinski in živalski populaciji akumulacije. Glavni prebivalci so bakterije, katerih število v 1 ml vode doseže več sto milijonov. Obstaja veliko žveplovih bakterij in ciliatov. Vsi prebivalci polisaprobne cone so glede na način hranjenja razvrščeni med koasujente (porabnike) ali drugače heterotrofe. Potrebujejo že pripravljeno organsko snov. Proizvajalci (proizvajalci), torej avtotrofi, kamor spadajo zelene rastline, ki iz mineralnih spojin ustvarjajo organsko snov, so tukaj popolnoma odsotne.[ ...]

Sestava organskih snovi je raznolika in vključuje komponente, ki nastanejo na različnih stopnjah razgradnje kompleksnih ogljikovih hidratov, beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov; organska snov tal vsebuje lignin, vlakna, eterična olja, smole, tanine. Določeno vlogo pri ustvarjanju humusa igra favna tal - črvi in ​​specifična mikroflora tal. Na splošno so tla obogatena z aminokislinami in drugimi organskimi spojinami.[...]

Literatura kaže, da humusne snovi nastajajo v naravnih razmerah kot produkti razgradnje beljakovin, celuloze in lignina. Delimo jih na huminske kisline in netopni lignin. V tem prispevku so obravnavane samo huminske kisline, katerih soli so topne v vodi in se lahko izpirajo.[ ...]

Druge fiziološke skupine anaerobov so vključene v cikel snovi, ki vsebujejo dušik: razgrajujejo beljakovine, aminokisline, purine (proteolitske, purinolitične bakterije). Mnogi so sposobni aktivno fiksirati atmosferski dušik in ga pretvoriti v organsko obliko. Ti anaerobi prispevajo k izboljšanju rodovitnosti tal. Število celic proteolitičnih in saharolitičnih anaerobov v 1 g rodovitne zemlje doseže celo milijone. Posebno pomembne so tiste skupine mikroorganizmov, ki sodelujejo pri razgradnji težko dostopnih oblik organskih spojin, kot so pektini in celuloza. Prav te snovi tvorijo velik delež rastlinskih ostankov in so glavni vir ogljika za talne mikroorganizme.[...]

V procesu življenja lahko številne bakterije zakisajo ali alkalizirajo okolje. Na primer, ko se sečnina ali beljakovine razgradijo, nastane amoniak in ko se zaužijejo soli organskih kislin, se v okolju kopičijo kationi alkalijskih kovin.[ ...]

Oksidacija beljakovinskih spojin poteka do konca s tvorbo amoniaka, ogljikovega dioksida, vode. Če beljakovine vsebujejo žveplo, potem kot vmesne spojine nastanejo tudi merkaptani (tioalkoholi), ob popolni razgradnji pa nastane vodikov sulfid. Najpogostejši aerobni povzročitelji razgradnje beljakovin so Bacterium fluorescens, Bacillus subtilis, Bacillus mycoides. Poleg tega lahko razgradnjo beljakovinskih spojin povzročijo aktinomiceti in številne glive. Nukleoproteini, ki vsebujejo nukleinske kisline, povezane z aminokislinskimi ostanki, se razgradijo v ogljikove hidrate - ribozo in deoksiribozo, dušikove organske baze in fosforno kislino.[...]

Žveplov dioksid se sprošča v ozračje med zgorevanjem fosilnih goriv (premog, nafta, bencin, plin) zaradi razgradnje beljakovin, ki vsebujejo žveplo, pa tudi iz podjetij, ki predelujejo žveplove rude. Motorna vozila so močan vir emisij žveplovega dioksida v mestih.[ ...]

Snovi, ki vsebujejo dušik (amonijeve soli, nitriti in nitrati) nastajajo v vodi predvsem kot posledica razgradnje beljakovinskih spojin, ki vstopajo v rezervoar z gospodinjsko in industrijsko odpadno vodo. Manj pogost v vodi je amoniak mineralnega izvora, ki nastane kot posledica redukcije organskih dušikovih spojin. Če je razlog za nastanek amoniaka razpad beljakovin, potem takšne vode niso primerne za pitje.[...]

Prvi dve skupini uporabljata lažje razgradljive organske snovi, kot so sladkorji, aminokisline in enostavne beljakovine. Takrat začnejo celulozne bakterije svoje "delo" na stabilnejših spojinah, aktinomiceti pa so neposredno povezani s humusom. Spodaj je prikazan možen model strukture molekule huminske kisline.[...]

Blato in koncentrirana industrijska odpadna voda z WPC nad 5 g/l se biokemično razgradita v anaerobnih pogojih. Lahko se pojavi v greznicah, ki so zbiralnik, skozi katerega odplake počasi prehajajo. V dvonadstropnem usedalniku se usedlina loči od prehajajoče odpadne tekočine, njena razgradnja se izvaja v komori za blato. Na visokozmogljivih čistilnih napravah se blato iz čistilnih naprav ločuje v primarnih usedalnikih in se skupaj z odvečnim aktivnim blatom prebavlja v digestorjih. Intenzivnost in globino razgradnje usedline določata predvsem njena sestava, ki se spreminja glede na razmerje vsebnosti glavnih organskih sestavin (ogljikovi hidrati/beljakovine, maščobam podobne spojine) in anorganskih snovi. Običajno blato mestnih odplak vsebuje 70-80 % organske snovi. Torej, približna sestava usedline (%): beljakovine 24, ogljikovi hidrati 23, maščobe podobne snovi do 30. Najpogosteje se med kislo fermentacijo usedline pridobivajo ocetna, maslena in propionska kislina. Nastali plini vsebujejo ogljikov dioksid, metan, vodik, vodikov sulfid. Vodna faza ima kislo reakcijo (pHС5), nima puferskih lastnosti in ima oster neprijeten vonj.[ ...]

Z gospodinjskimi in industrijskimi odpadnimi vodami, vključno z odpadnimi vodami iz industrijskih obratov, v vodna telesa vstopajo beljakovine, maščobe, olja, olja in naftni derivati, barvila, smole, tanini, detergenti in številni drugi onesnaževalci. Gnojila in pesticide izpirajo s polj - sredstva za boj proti škodljivcem kmetijskih pridelkov. Zato so v vodah odprtih virov oskrbe z vodo v različnih koncentracijah skoraj vsi kemični elementi, vključno s tako škodljivimi za zdravje, kot so svinec, cink, kositer, krom, baker. Ne da bi dali popoln pregled nad sestavo onesnaženja, ki vstopa z odpadno vodo, in v prepričanju, da so lastnosti bioloških nečistoč dovolj podrobno obravnavane v prejšnjem razdelku tega poglavja, se bomo osredotočili le na nekatere vrste onesnaženja, razlikovanje katerih značilnosti so: razširjene, zlasti v zadnjih letih; strupene lastnosti; težko ločevanje pri čiščenju odpadne vode; počasna oksidacija in razgradnja v odprti vodi; moteči učinek na procese čiščenja vode, vključno s koagulacijo; sposobnost»biti indikator globine čiščenja vode iz posameznih [elementov.[...]

Nastajanje humusnih snovi poteka ob sodelovanju dveh vrst procesov. Procesi prve vrste zagotavljajo delno razgradnjo (cepitev) odmrle organske snovi do enostavnejših spojin: beljakovine se razgradijo na aminokisline, ogljikovi hidrati na preproste sladkorje, razgradnja lignina pa ni dovolj raziskana. Zaradi procesov druge vrste se aromatične spojine fenolnega tipa (razgradni produkti lignina in celuloze) kondenzirajo z aminokislinami (produkti razgradnje mikroorganizmov). Rezultat je sistem organskih makromolekularnih kislin, ki so sposobne nadaljnje polimerizacije. V procesu nastajanja humusa in vzdrževanja njegove sestave imajo pomembno vlogo heterotrofni in avtotrofni mikroorganizmi, katerih geokemična aktivnost je bila obravnavana prej.[ ...]

organska sestava. Nastane iz spojin, ki jih v velikih količinah vsebujejo rastlinski in živalski ostanki. To so beljakovine, ogljikovi hidrati, organske kisline, maščobe, lignin, čreslovine itd., ki skupaj predstavljajo 10-15 % celotne mase organske snovi v tleh. Ko se organska snov razgradi, se dušik, ki ga vsebujejo, pretvori v oblike, ki so na voljo rastlinam. Organske snovi imajo pomembno vlogo pri nastajanju tal, določajo velikost vpojne sposobnosti tal, vplivajo na strukturo zgornjih horizontov tal in njene fizikalne lastnosti.[ ...]

Pomemben del dušika huminskih kislin preide v raztopino s šibkejšo hidrolizo (S. S. Dragunov) v primerjavi s tipičnimi beljakovinami. Poleg tega talni mikroorganizmi zlahka in hitro razgradijo beljakovine rastlinskih ostankov, njihov razpad spremlja ponovna sinteza mikrobnih plazemskih beljakovin, ki se zlahka razgradijo. Zato hidroliziran del dušika huminske kisline očitno ne predstavljajo beljakovine, temveč produkti njihovega globokega razpada - aminokisline, ki so v obliki ohlapne vezi z jedrom huminske kisline.[ .. .]

TOKSINI - strupene snovi, ki jih tvorijo nekateri mikroorganizmi, rastline in živali. Po kemični naravi - polipeptidi in beljakovine. Včasih se izraz T. razširi tudi na strupe nebeljakovinske narave. Najbolj raziskani so mikrobni toksini, ki jih delimo na eksotoksine (izločeni v okolje med rastjo) in endotoksine (izločeni po odmiranju organizmov). TOKSIFIKACIJA - povečanje toksičnosti kot posledica nastajanja novih, bolj strupenih snovi med razgradnjo (biološke ali fizikalno-kemijske) pesticidov. sre Onesnaževalo, Škodljiva snov. STRUPEN UČINK ONESNAŽEVALA - škodljiv učinek kemične snovi na organizme (človeka, živali, rastline, glive, mikroorganizme). Pri skupnem toksičnem delovanju več onesnaževal so: seštevek škodljivih učinkov; prekomerno seštevanje ali potenciranje; nihilacija - učinek je manjši kot pri seštevanju; sprememba narave toksičnega delovanja (npr. pojav kancerogenih lastnosti). STRUPENOST - strupenost, lastnost kemičnih spojin, da imajo škodljiv ali celo smrten učinek na telo.[...]

V vodi netopni cepilni kopolimeri celuloze in biološko aktivnih beljakovin (encimi, antigeni) so zelo znanstvenega in praktičnega pomena. Kot specifične katalizatorje lahko uporabimo cepljene kopolimere celuloze in encimov, ki jih je mogoče kadar koli zlahka odstraniti iz reakcije. Uporaba teh kopolimerov omogoča reševanje številnih problemov, ki jih ni mogoče rešiti z običajnimi vodotopnimi encimi, na primer izolacija čistih produktov encimske razgradnje substrata, izolacija in kasnejša študija vmesnih produktov. encimske razgradnje substrata, aktivacije encima, ki ji sledi popolna odstranitev aktivacijskega sredstva, sorpcija, kasnejša izolacija in študija encimskih inhibitorjev. V vodi netopni cepilni kopolimeri celuloze in antigenov, ki jih imenujemo imunoadsorbenti, se uporabljajo za adsorpcijo protiteles z namenom njihovega kvantitativnega določanja, izolacije v čisti obliki za kasnejšo študijo in uporabo. Za sintezo v vodi netopnih cepljenih kopolimerov biološko aktivnih beljakovin je priporočljiva uporaba celuloze in ne sintetičnih polimerov, saj je nespecifična adsorpcija beljakovin na celuloznih materialih veliko manjša kot na sintetičnih polimerih.[...]

Razvoj višje vegetacije v bližini vodnih teles povzroči, da raztopljeni organski produkti njihovega življenjskega delovanja in razpadanja vstopijo v vodo. Kot posledica razgradnje makrofitov se lahko v vodi pojavijo beljakovine, ogljikovi hidrati, organske kisline, čreslovine, pa tudi praktično netopni lignin, hemiceluloza, maščobe, vosek in smole.[...]

V živi celici se hkrati odvijajo najrazličnejši in poleg tega večstopenjski procesi: oksidacija in redukcija, sinteza in razpad, prenos metilnih radikalov, hidroliza itd. Nekateri mikrobi lahko sodelujejo v številnih fazah razgradnjo snovi. Na primer, lahko uporabljajo beljakovine in nato ogljikove hidrate, oksidirajo alkohole in kisline, alkohole in nato aldehide, porabijo elementarni dušik in nato kombiniran dušik itd. Obstajajo pa tudi mikrobi, ki lahko zaužijejo samo določene ogljikove hidrate in aminokisline, ne da bi uporabili druge. [...] [...]]

Tkiva alg sestavljajo približno 87 % vode ter 13 % organskih in mineralnih snovi, pri čemer prve predstavljajo 55 do 62 % suhega ostanka. Beljakovine, ki predstavljajo 5-7 % suhega ostanka, po hranilni vrednosti ustrezajo sojinim beljakovinam in se lahko uporabljajo kot dodatki v živalski krmi. Kullney primerja goščave gantske alge s pravimi podvodnimi gozdovi, ki zagotavljajo n) zavetje množici morskih organizmov in rib. Enako lahko rečemo tudi za goščave japonskih alg, ki tudi z umetno vzrejo na oceanskih farmah ne bodo izgubile vloge naravnih "zaščitnikov" mladičev.[ ...]

Hitrost kemičnih reakcij v rastlinskih vzorcih, odvzetih v obdobju aktivne vegetacije, je veliko višja kot pri mnogih analiziranih objektih (na primer zrnje, slama, semena). Zaradi dela encimov se biokemični procesi nadaljujejo, kar povzroči razgradnjo snovi, kot so škrob, beljakovine, organske kisline in predvsem vitamini.[ ...]

Drugi mikrobi, ki razgrajujejo sladkor, škrob in celo vlaknine, proizvajajo hlapne kisline, zraven pa za telo nepotrebne ogljikove, vodik in metan, medtem ko toplotna energija koristi samo mikroorganizmu in se izgubi za gostiteljski organizem. Nazadnje tretje bakterije razgradijo beljakovine, pa tudi encime, v majhne molekule albumoz in peptonov ter naprej v aminokisline in baze. Toda delovanje bakterij se pri tem ne ustavi, kot bi bilo potrebno za gostiteljski organizem, ampak vodi dalje do razgradnje teh spojin v amoniak, maščobne kisline, alkohol in ogljikovodike, ki gostitelju niso potrebni. ]

Glavni element aerobne biocenoze je bakterijska celica. V celici potekajo različni večstopenjski procesi transformacije organskih snovi. Kot del biocenoze so bakterije, ki lahko zaužijejo le določene ogljikovodike ali aminokisline. Poleg tega obstaja veliko število bakterij, ki sodelujejo v več fazah razgradnje organske snovi. Najprej lahko uporabijo beljakovine, nato pa ogljikove hidrate, oksidirajo alkohole, nato pa kisline ali alkohole in aldehide itd. Nekatere vrste mikrobov lahko organsko snov razgradijo do konca, na primer do tvorbe ogljikovega dioksida in vode, druge samo do nastajanje vmesnih produktov. Zato pri čiščenju odpadne vode ne dajejo potrebnega učinka posamezne kulture mikroorganizmov, temveč njihov naravni kompleks, vključno z bolj razvitimi vrstami [Rogovskaya Ts. I., 1967].

Vonros o snoveh, ki se uporabljajo v procesu dihanja, že dolgo zanima fiziologe. Tudi v delih I. II. Borodina je bilo dokazano, da je intenzivnost procesa dihanja neposredno sorazmerna z vsebnostjo ogljikovih hidratov v rastlinskih tkivih. To je dalo razlog za domnevo, da so ogljikovi hidrati glavna snov, ki se zaužije med dihanjem. Pri razjasnitvi tega vprašanja je zelo pomembno določitev respiratornega koeficienta. Če se v procesu dihanja uporabljajo ogljikovi hidrati, potem proces poteka po enačbi CeH 120b + 6O2 \u003d 6CO2 + 6H2O, v tem primeru je dihalni koeficient enak enoti - p \u003d 1. Če pa je več oksidiranih spojin, kot so organske kisline, se med dihanjem razgradijo, vnos kisika se zmanjša, dihalni koeficient postane večji od ena. Ko se med dihanjem oksidira več reduciranih spojin, kot so maščobe ali beljakovine, je potrebno več kisika in dihalni koeficient postane manjši od ena.[...]

Obravnavali smo že procese, ki potekajo pri anaerobni prebavi pod vplivom petih glavnih skupin bakterij. Tokrat si bomo ogledali vidike, povezane z niansami anaerobne prebave. Presežek aktivnega blata, ki nastane med aerobno biološko obdelavo, ima značilnosti sestave, ki jih določajo pogoji njegove vsebnosti v aerotanku. Z visoko obremenitvijo organskega onesnaženja se poveča tudi povečanje biomase, medtem ko pride do nepopolne oksidacije organske snovi in ​​poveča koncentracija organskih snovi v aktivnem blatu, pri manjši obremenitvi pa se poveča stopnja avtooksidacije in vsebnost organske snovi se zmanjšajo. Izkoristek in odstotna sestava bioplina, ki nastane pri anaerobni mineralizaciji, je odvisna od kvalitativne in kvantitativne sestave mineraliziranega blata. Ogljikove hidrate v aktivnem blatu lahko v večji meri predstavljajo celuloza, lignin in hemiceluloze, ki jih vsebujejo rastlinske celice. Celuloza je polimer glukoze z linearno strukturo, hemoceluloze so kompleksni polisaharidi z razvejano ali linearno strukturo, lignin je kompleksen transalkoholni polimer. V prvi fazi biokemične razgradnje hidroliza hemiceluloz razgradi v kompleksno zmes polisaharidov, celuloza pa se hidrolizira, da nastane glukan, polisaharid na osnovi D-polimera glukoze. Nadalje polisaharidi in glukan na drugi stopnji, tvorbi kisline ali drugače, acitogenezi, prehajajo skozi biokemično oksidacijo v hlapne maščobne kisline, alkohole. Kot rezultat teh reakcij se sproščata vodik in ogljikov dioksid.

Značilnosti razgradnje beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov v fazi hidrolize

Netopne beljakovinske spojine se med metansko fermentacijo najprej pretvorijo v peptone, nato v peptide in na koncu v topne aminokisline z ravno verigo. V fazi acitogeneze se zlahka biokemično pretvorijo v maščobne kisline, ki se v naslednjih fazah metanske fermentacije zlahka oksidirajo, pa tudi v aromatične aminokisline, kot so tirozin, triptofan in fenilamin, ki jih je še težje razgraditi. Med razgradnjo beljakovin nastaneta amoniak in ogljikov dioksid, ki pri interakciji z drugimi snovmi ali med seboj prestavita reakcijo medija na alkalno stran.

Maščobe v fazi hidrolize bakterije pretvorijo v glicerol in maščobne kisline. Že preprosto se v fazi acitogeneze prenesejo v kompleksne karboksilne kisline, ki v naslednjih fazah zlahka preidejo v metan. Poleg tega, da sestavo bioplina določajo reakcijske enačbe za biorazgradnjo ogljikovih hidratov, beljakovin in maščob, na njegov donos vpliva tudi udeležba vode v njih. Če reakcija razgradnje poteka s porabo vode, se količina razvijajočega se plina poveča, če se z evolucijo, potem zmanjša. Izjema od tega pravila so aminokisline, katerih razgradnja poteka s sodelovanjem vode, hkrati pa del nastalih plinastih snovi preide v vezano obliko. Poleg tega se del ogljika v spojinah porabi za rast bakterijske biomase. Vsa ta določila potrjujejo eksperimentalne študije, ki kažejo, da se pri razgradnji beljakovinske komponente bioplin sprošča v manjši količini, zaradi vezave plinastih produktov njihove razgradnje. Nadalje je bilo ugotovljeno, da maščobe med razgradnjo oddajajo poldrugo krat več plina kot beljakovinski in ogljikovi hidrati. Kar zadeva kvalitativno sestavo, večji odstotek metana v bioplinu nastane pri razgradnji beljakovin in maščob.

Meje anaerobne presnove in izračun vnosa in sestave bioplina

Treba je opozoriti, da se procesi anaerobne prebave pojavljajo do določenih meja, ki so 70 % za maščobe, 62,5 % za ogljikove hidrate in 48 % za beljakovine. Hkrati temperatura anaerobnega procesa vpliva le na hitrost razgradnje organskega substrata, najhitreje se razgradijo beljakovine, sledijo maščobe in najpočasnejša fermentacija ogljikovih hidratov. To pomeni, da pri fermentaciji odpadkov, sestavljenih iz maščob, lahko dobite več bioplina kot iz aktivnega blata, ki je sestavljeno predvsem iz beljakovin, pa tudi mešanice gnoja in rastlinskih odpadkov, ki so predvsem ogljikove hidratne surovine.

Pri razpadu organskega substrata nastane velika količina huminskih snovi, ki se oborijo v kisli reakciji medija, pri alkalni reakciji pa so prisotne v fazi koloidne raztopine. Za določitev donosa bioplina iz anaerobne razgradnje organskega blata ga lahko določimo z analizo KPK blata po razgradnji. V tem primeru se domneva, da en molski volumen metana reagira z dvema molskima prostorninama kisika, to pomeni, da bo izračunani volumen sproščenega metana enak dvakratni vrednosti COD. Nadalje se izračun sproščenega ogljikovega dioksida izvede po McCarthyjevi formuli, po kateri je 3,75 molskih volumnov ogljikovega dioksida na 6,24 molskih volumnov metana. Natančnejši izračuni teoretičnega izkoristka in volumetričnih razmerij sproščenih plinov so narejeni po Buswellovi formuli, za katero je treba poznati elementarno sestavo mineralizirane usedline. Toda v obeh primerih se poraba organske snovi, ki se uporablja za povečanje biomase, vključene v proces biokemične oksidacije, ne upošteva. Zato je za natančnejši izračun delovanja čistilnih naprav, pa tudi naprav za mineralizacijo blata in proizvodnjo biogoriv treba določiti meje razgradnje blata za vsak posamezen primer njegove biosestave.

Tako je kakovostna in kvantitativna sestava nastalega bioplina tesno povezana z vsebnostjo maščob, beljakovin in ogljikovih hidratov v organskem substratu, ki je podvržen anaerobni presnovi. Količina sproščenih plinov in odstotek izločanja metana sta odvisna tudi od porabe biogenih elementov za rast biomase in meje razgradnje mineralizirane usedline, ki jo določa njena organska narava.