Тема № 5. Экология микроорганизмов. Микрофлора почвы, воды, воздуха

Источников возможного инфицирования пищевых про­дуктов микроорганизмами немало. Основной из них — вне­шняя среда: почва, воздух, вода. Опасность представляют все объекты, контактирующие с продуктами: оборудование, тара, упаковочные материалы, руки и спецодежда рабочих и др.

Микрофлора окружающей среды в большой мере зави­сит от антропогенных факторов.

Антропогенные факторы и природная окружающая среда. Антропогенные факторы - это изменения, происходя­щие в природе, т. е. окружающей среде в результате хозяй­ственной деятельности человека.

Под загрязнением окружающей среды понимается по­ступление в нее любых твердых, газообразных или жидких веществ, микроорганизмов или тепловой, электромагнитной, радиационной, звуковой энергий. Виды загрязнений много­образны. Основные из них: выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; попадание в водную среду всевозможных про­изводственных и коммунально-бытовых отходов; нефтепро­дуктов, минеральных солей; засорение ландшафтов мусо­ром и твердыми отходами; широкое применение пестицидов; повышение уровня ионизирующих излучений; накоп­ление тепла в атмосфере и гидросфере.

Интенсификация промышленного и сельскохозяйствен­ного производства шла до недавнего времени по экстенсив­ному пути без учета экологических последствий.

Химическое загрязнение — основной фактор неблагоп­риятного антропогенного воздействия на окружающую сре­ду и ее обитателей, в том числе на микроорганизмы. В ок­ружающую среду выбрасывается большое количество раз­личных химических веществ, в том числе и неприродных соединений.

Ежегодно производятся десятки миллионов тонн неиз­вестных синтетических материалов, в почвы сельскохозяй­ственных угодий вносится огромное количество минераль­ных удобрений и пестицидов (химические вещества для за­щиты растений от вредителей, болезней и сорняков).

Одни из этих соединений не разлагаются естественным путем или же разлагаются частично, другие очень медлен­но (радиоактивный изотоп стронция имеет период распада около 200 лет). Неразложившиеся остатки радиоактивных и органических соединений накапливаются в различных объек­тах внешней среды. Возникает опасность их попадания в пи­щевые продукты, а с ними в организм человека (Ю. И. Скур-латов и др.).

Сейчас в атмосферу ежегодно выбрасываются сотни миллионов тонн оксидов азота и серы, углекислоты, твер­дых и жидких взвешенных частиц (аэрозолей), миллионы тонн газообразных органических веществ. Загрязнение ат­мосферы приобретает глобальный характер, что приведет к возможному изменению климата, увеличению потока жест­кой УФ-радиации на поверхности земли, увеличению числа заболеваний среди людей.

Антропогенное загрязнение почв связано с твердыми и жидкими отходами промышленности, строительства, город­ского хозяйства и сельскохозяйственного производства.

Человечество активно использует около 55% суши и 50% ежегодного прироста леса. В результате строительства и горных разработок ежегодно перемещается более 4 тыс. км³ породы, сжигается 7 млрд. т топлива.

Из всех сред обитания (атмосфера, почва, вода) наи­большим воздействиям со стороны человека подвержена вода. Загрязнения, выбрасываемые в атмосферу или вносимые в почву в трансформированном или неизменном виде, посту­пают в водоемы.

За счет выпадения осадков и в период весеннего по­ловодья вместе с поверхностным стоком в воду попадают загрязняющие вещества. Загрязнение природных вод свя­зано также с использованием водных ресурсов в промыш­ленности и сельском хозяйстве, в энергетике, на хозяй­ственно-бытовые нужды, в связи с развитием водного транспорта, мелиоративных преобразований и т. д. После использования вода возвращается в природные водные объекты, неся в себе следы воздействия в виде изменения химического состава, температуры, биологического загряз­нения (множество микроорганизмов, в том числе и пато­генных).

Для ирригации, промышленного производства, бытово­го снабжения отбирается более 13% речного стока и сбра­сывается в водоемы ежегодно сотни миллиардов кубических метров промышленных и коммунальных стоков. Их нейтра­лизация требует 5—10-кратного, а в отдельных случаях и более разбавления природной чистой водой.

Способы и пути борьбы с антропогенным загрязнением окружающей среды разнообразны. Среди них строительство очистных сооружений, установка пылегазоулавливающих фильтров, создание безотходных и малоотходных техноло­гий, утилизация отходов, использование их в качестве вто­ричного сырья для получения полезной продукции, приме­нение замкнутых циклов водоиспользования, применение биологических методов борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных и лесных растений, оптимизация ре­жима использования техники, улучшение конструкций дви­гателей внутреннего сгорания, поиски новых видов топлива и источников энергии.

Роль микроорганизмов в охране окружающей среды от загрязнения. Микроорганизмы могут осуществлять разрушение и обезвреживание целого ряда загрязнений воды и почвы.

Примером значимости микроорганизмов могут служить биологические методы очистки сточных вод. Перед спуском в открытые водоемы сточные воды должны подвергаться очистке. Степень очистки зависит от количества и химичес­кого состава вод, а также характера водоема, в который они могут быть спущены.

Биологические методы очистки делятся на аэробные и анаэробные. Эти методы очистки основаны на использовании биохимической деятельности аэробных и анаэробных мик­роорганизмов — их способности перерабатывать органичес­кие и минеральные вещества в процессах конструктивного и энергетического объемов клетки.

Аэробная биологическая очистка проводится в естествен­ных и искусственных условиях.

В естественных условиях очистка сточных вод осуще­ствляется путем их фильтрации через слои почвы на специ­альных земельных участках, называемых полями фильтра­ции и полями орошения, а также в биологических (очист­ных) прудах.

Почвенные микроорганизмы окисляют органические вещества просачивающейся воды, превращая их в неорга­нические соединения, т. е. минерализуя их, очищают воду. Помимо органических соединений в почве задерживается до 99% находившихся в сточной воде бактерий. Прошедшая через почву очищенная сточная вода поступает в сборные дренажные трубы, по которым отводится в открытый во­доем.

Поля орошения отличаются от полей фильтрации тем, что одни и те же земельные участки используются одно­временно для очистки сточных вод и для выращивания сель­скохозяйственных культур (трав, овощей, плодовых дере­вьев и др.). На полях орошения очищается значительно мень­ше сточной воды, чем на полях фильтрации, но зато используются растениями ценные вещества, получающиеся при минерализации органических веществ сточной жидкости.

Биологические пруды — это искусственные последова­тельно соединенные водоемы, в которые отводится сточная разбавленная вода. Очистка воды в них сходна с процессами естественного самоочищения водоемов.

В месте спуска сточных вод, которые содержат загряз­нения, развивается множество сапрофитных микроорганиз­мов (до нескольких миллионов в 1 см³ воды) и в воде актив­но протекают вызываемые ими процессы гниения и броже­ния. По мере минерализации органических веществ умень­шается и количество сапрофитных бактерий, число их со­ставляет 10⁵—10⁴ в 1 см³ воды. В загрязненной зоне водоема начинают развиваться и другие водные организмы (простей­шие, коловратки, водоросли и др.).

Сапрофитные бактерии отмирают в результате недо­статка пищи, под воздействием выделяемых некоторыми водорослями антибиотических веществ. Коловратки и про­стейшие поедают бактерии, лизируются они и бактериофа­гом. Число сапрофитных бактерий снижается до 10²—10¹ кле­ток в 1 см³ воды.

Кроме естественной используется очистка сточных вод в искусственных условиях на специальных очистных соору­жениях -- биологических фильтрах и в аэротенках. Биоло­гической очистке предшествует механическая.

Биологические фильтры (биофильтры) представляют собой резервуары, заполненные крупнозернистым материа­лом (шлаком, щебнем или пластмассовыми пористыми бло­ками). Через толщу этого загрузочного материала фильтру­ют сточную воду. Подача воздуха (аэрация) в биофильтры может быть естественной и искусственной (принудительной), когда воздух продувается через толщу загрузки вентилято­рами. Такие биофильтры называют аэрофильтрами. На по­верхности загрузочного материала обильно развиваются разнообразные организмы (микроорганизмы, простейшие и др.), образуя более или менее мощную пленку, называе­мую биологической.

Процесс очистки сточной воды под влиянием микроор­ганизмов биологической пленки состоит из двух фаз. Сначала окисляются углеродсодержащие органические вещества и идет аммонификация азотсодержащих органических ве­ществ. После окисления главной массы органических веществ окислению подвергают образовавшиеся аммиачные соли, которые переходят в соли азотистой и азотной кислот (про­цесс нитрификации). Первая фаза протекает главным обра­зом в самых поверхностных слоях загрузочного материала, вторая — в более глубоких его слоях.

Аэротенки представляют собой бассейны, в которые вместе с отстоенной сточной водой вводят определенное ко­личество так называемого активного ила (в виде хлопьев), основная масса которого состоит из различных микроорга­низмов. Смесь сточной воды с илом, протекая через аэро-тенк, подвергается активной аэрации. Поступающий в аэро-тенк воздух -- источник кислорода — поддерживает ил во взвешенном состоянии и осуществляет энергичное переме­шивание жидкости, что способствует постоянному и быст­рому контакту организмов активного ила с питательными веществами сточной воды и кислородом.

В аэротенках происходит такой же процесс, как и в био­фильтрах, — последовательное биохимическое окисление органических веществ сточной жидкости. Однако в аэротен­ках процесс протекает значительно интенсивнее, чем в био­фильтрах, из-за лучшей аэрации сточной жидкости. Каче­ственный состав микронаселения биопленки и активного ила может служить индикатором работы очистного сооружения.

После прохождения через биофильтр и аэротенк вода поступает в отстойники для освобождения от биопленки и активного ила, а затем сбрасывается в водоем. Иногда вода перед выпуском дезинфицируется хлором или хлорной из­вестью.

Анаэробная биологическая очистка. В процессе очи­стки сточных вод накапливается большое количество осад­ков, содержащих много органических веществ, микроорга­низмов, в том числе и патогенных. Обработка и обезврежи­вание осадков проводится в метантенках, септиктенках и двухъярусных отстойниках.

Независимо от типа очистного сооружения в них проис­ходят разнообразные микробиологические процессы. Сложные органические соединения осадка (белки, жиры, клет­чатка и др.) в результате брожения и гниения превращают­ся в жирные кислоты, спирты и газообразные продукты (уг­лекислый газ, аммиак, метан, водород). Среди газообразных продуктов 60—65% составляет метан, который может быть использован как горючий газ. Сброженный осадок обезвожи­вают, сушат и вывозят на сельскохозяйственные поля в ка­честве удобрения, а в брикетированном виде он может быть использован и как топливо.

Аналогичные процессы, осуществляемые микроорганиз­мами, протекают и при естественном самоочищении от заг­рязнений природных водоемов и почвы.

Одним из путей предотвращения загрязнения окружа­ющей среды является утилизация отходов промышленности на основе биотехнологии, с помощью штаммов промышлен­ных микроорганизмов. Например, в настоящее время извес­тны способы получения с использованием микроорганизмов различных продуктов из молочной сыворотки (отхода пище­вой промышленности), превосходящих по своей пищевой и биологической ценности затраченное сырье. Получены заме­нители растительных масел из плодово-ягодных выжимок с помощью дрожжей - липидообразователей.

С появлением в нашей стране гидролизного производ­ства отходы после брожения и отделения спирта стали ис­пользовать для выращивания кормовых дрожжей.

Разработаны и внедряются процессы культивирования дрожжей и бактерий, потребляющих в качестве субстрата метанол, этанол, метан, отходы органического синтеза или селективно извлекающих н- алканы непосредственно из ди­зельной фракции прямой перегонки нефти. Исследования в этой области продолжаются.

Микрофлора почвы. Почва является естественной средой обитания микроор­ганизмов. Они находят в почве все условия, необходимые для развития: пищу, влагу и защиту от губительного влия­ния солнечных лучей и высушивания.

Микрофлора почвы по количественному и видовому со­ставу значительно колеблется в зависимости от региональ­ных и климатических условий, химического состава и фи­зических свойств почвы, реакции (рН), температуры, влаж­ности, степени аэрации. Существенно влияют также время года, агротехнические мероприятия, характер раститель­ного покрова и многие другие факторы.

Микроорганизмы распространены по горизонтам почвы неодинаково. Меньше всего микроорганизмов содержится обычно в самом поверхностном слое почвы толщиной не­сколько миллиметров, где они подвергаются неблагоприят­ному воздействию солнечного света и высушиванию. Осо­бенно обильно населен следующий слой почвы толщиной до 5—10 см. По мере углубления число микроорганизмов умень­шается. На глубине 25—30 см количество их в 10—20 раз меньше, чем в поверхностном слое толщиной 1—2 см (А. С. Разумов). Изменяется с глубиной и видовой состав мик­рофлоры. В верхних слоях почвы, содержащих много орга­нических веществ и подвергающихся хорошей аэрации, пре­обладают аэробные сапрофитные организмы, способные разлагать сложные органические соединения. Чем глубже почвенные горизонты, тем беднее они органическими веще­ствами, доступ воздуха в них затруднен, поэтому здесь чис­ленность анаэробных бактерий увеличивается.

Микрофлора почвы представлена разнообразными ви­дами бактерий, актиномицетов, грибов, водорослей и про­стейших животных.

К постоянным обитателям почвы относятся различные гнилостные, преимущественно спорообразующие, аэробные и анаэробные бактерии; бактерии, разлагающие клетчат­ку; нитрифицирующие, денитрифицирующие, азотфикси-рующие, серо- и железобактерии.

Деятельность почвенных микроорганизмов играет боль­шую роль в формировании плодородия почвы. Последова­тельно сменяя друг друга, микроорганизмы осуществляют процессы, определяющие круговорот веществ в природе. Органические вещества, попадающие в почву в виде остат­ков растений, трупов животных и с другими загрязнениями, постепенно минерализуются, и происходит самоочище­ние почвы. Соединения углерода, азота, фосфора и других элементов из недоступных для растений форм преобразуют­ся микробами в усваиваемые ими вещества.

Наряду с обычными обитателями в почве встречаются и болезнетворные микроорганизмы, преимущественно споро-образующие бактерии: например, возбудители столбняка, газовой гангрены, пищевого отравления (ботулизма) и др, Поэтому загрязнение пищевых продуктов почвой представ­ляет опасность для здоровья человека.

Патогенные бесспоровые бактерии (например, брюш-но-тифозные, дизентерийные), попадая в почву, сохраня­ются в ней неделями и месяцами, споры бактерий и некото­рые аспорогенные виды — годами.

Санитарно-микробиологические исследования почвы проводят с целью выявления бактерий группы кишечных палочек, общего числа сапрофитных бактерий, бактерий рода Рго^еиз, анаэробов (С1.рег1гт§епз) и термофильных микро­организмов, определяющих характер загрязнения ее.

Микрофлора воды. Природные воды являются, как и почва, естественной средой обитания многих микроорганизмов, где они способны жить, размножаться, участвовать в процессах круговорота углерода, азота, серы, железа и других элементов. Числен­ный и видовой состав микрофлоры природных вод разнооб­разен.

Состав микрофлоры подземных вод (артезианской, клю­чевой, грунтовой) зависит главным образом от глубины за­легания водоносного слоя, его защищенности от попадания загрязнений извне. Артезианские воды, находящиеся на боль­ших глубинах, содержат очень мало микроорганизмов. Под­земные воды, добываемые через обычные колодцы из не­которых водоносных слоев, куда могут просачиваться по­верхностные загрязнения, содержат обычно значительные количества бактерий, среди которых могут быть и болезнетворные. Чем ближе к поверхности расположены грунто­вые воды, тем обильнее их микрофлора.

Поверхностные воды — воды открытых водоемов (рек, озер, водохранилищ и др.) — характеризуются большим раз­нообразием видов микрофлоры в зависимости от химическо­го состава воды, характера использования водоема, засе­ленности прибрежных районов, времени года, метеорологи­ческих и других условий. Помимо постоянных обителей, в открытые водоемы попадает много микроорганизмов извне. Например, в реке, протекающей в районе крупных насе­ленных пунктов или промышленных предприятий, вода мо­жет содержать сотни тысяч и миллионы бактерий в 1 см³, а выше этих пунктов — всего лишь сотни или тысячи бакте­рий в таком же объеме.

В воде прибрежной зоны водоемов, особенно стоячих, микроорганизмов больше, чем вдали от берега. Больше мик­роорганизмов содержится также в поверхностных слоях воды, но особенно много их в иле, главным образом в его верхнем слое, где образуется как бы пленка из бактерий, играющая большую роль в процессах превращения веществ в водоеме. Значительно возрастает число бактерий в откры­тых водоемах во время весеннего половодья или после обиль­ных дождей, а также при сбрасывании хозяйственно-быто­вых и промышленных сточных вод. С различными органи­ческими и минеральными загрязнениями сточных вод в во­доемы попадают как сапрофитные, так и патогенные мик­роорганизмы.

Хотя вода и не является благоприятной средой для раз­множения болезнетворных микроорганизмов, многие из них в ней длительно сохраняют жизнеспособность и вирулент­ность. Например, бруцелла — 72 дня, туберкулезная палоч­ка— 5 мес., некоторые патогенные вирусы — более 100 дней.

Для хозяйственно-питьевых целей в качестве источни­ков водоснабжения используют, кроме открытых водоемов, и подземные (артезианские, родниковые) воды.

Питьевая вода по составу и свойствам должна быть бе­зопасной в эпидемиологическом отношении, безвредной по химическому составу и иметь хорошие органолептические показатели.

Наиболее удовлетворяют этим требованиям артезианс­кие воды, многие из них не нуждаются в очистке. Воду из открытых водоемов подвергают на водопроводных станциях обработке с целью улучшения ее физических и химических свойств и обеззараживания — освобождения от микроорга­низмов, главным образом болезнетворных.

Обеззараживают (дезинфицируют) воду обычно мето­дом хлорирования. В практику водоснабжения внедряются новые методы дезинфекции воды — озонирование и облу­чение бактерицидными ультрафиолетовыми лучами и др. Ультрафиолетовое облучение может быть применено толь­ко для обработки воды с незначительной цветностью и мут­ностью. Озонирование, кроме бактерицидного действия, улучшает органолептические свойства воды.

Санитарно-микробиологическое исследование воды, по­ступающей в систему централизованного водоснабжения, осуществляется в районных и городских центрах санитарно-эпидемиологического надзора. В воде определяют содержа­ние мезофильных аэробов и факультативных анаэробов (МА-ФАМ), бактерий группы кишечных палочек, фекальных кишечных палочек, энтерококков, сальмонелл, бактерий рода Ргчйеиз С1оз1псИит рег^пп§епз, энтеровирусов.

Оценку качества питьевой воды проводят по комплек­су химических, органолептических и бактериологических по­казателей. В соответствии с ГОСТ 2874-82 общее число бак­терий (МАФАМ) не должно превышать 100 клеток в 1 см^], количество кишечных палочек должно быть не более 3 в 1 л, а коли-титр — не менее 300 см³.

Вода колодцев и открытых водоемов признается добро­качественной при коли-титре не менее 100 см³, общее чис­ло бактерий должно быть не выше 1000 в 1 см³.

В отдельных случаях при санитарной оценке воды в качестве санитарно-показательного микроорганизма наря­ду с бактериями группы кишечных палочек используют эн­терококк.

В Международном Европейском стандарте на питьевую воду энтерококк введен как дополнительный показатель фе­кального загрязнения воды.

Санитарно-гигиенические нормы для воды, используе­мой в торговле, в пищевой промышленности и на предприя­тиях общественного питания, такие же, как и нормы для питьевой воды централизованного водоснабжения.

Микрофлора воздуха. В атмосферный воздух микроорганизмы попадают из почвы, с растений, тела человека и животных. Попадают они и с пылью, поднимающейся с различных объектов.

Воздух не является благоприятной средой для развития многих видов микроорганизмов из-за отсутствия в нем ка-пельно-жидкой влаги. В воздухе микроорганизмы сохраня­ют жизнеспособность лишь определенное время, а некото­рые из них довольно быстро погибают под влиянием сол­нечной радиации и частично обезвоживания клетки.

Численный и видовой состав микрофлоры воздуха су­щественно изменяется в зависимости от географических и климатических особенностей региона, времени года, метео­рологических условий, санитарного состояния местности и ряда других факторов.

Единичные клетки микроорганизмов в 1 м^;! обнаружены над морями, океанами, льдами Арктики, высоко в горах, в тайге. В воздухе населенных пунктов (особенно крупных промышленных городов) содержится значительно больше микроорганизмов. Особенно много их в местах скопления отходов, свалок. По мере удаления от населенных мест ко­личество микроорганизмов в воздухе снижается.

Большую роль в снижении численности микробов в воз­духе играют зеленые насаждения. Листья деревьев и кус­тарников обладают значительной пылезадерживающей спо­собностью. Кроме того, фитонциды растений оказывают на микроорганизмы губительное воздействие.

В воздухе находятся обычно микрококки, сарцины, различные спороносные и бесспоровые бактерии, дрожжи, споры грибов. Встречаются патогенные микроорганизмы: вирусы, туберкулезная палочка, пневмококки, возбудители стрептококковых и стафилококковых инфекций.

Основными источниками инфицирования воздуха пато­генными микроорганизмами являются больные люди и жи­вотные, различные отходы и отбросы.

Численный и видовой состав микрофлоры воздуха жи­лых и производственных помещений изменяется в широких пределах в зависимости от скопления людей, санитарно-ги­гиенического состояния помещений, периодичности их уборки и вентилирования, а также вида перерабатываемой продук­ции и характера технологических операций. Так, в 1 м³ воз­духа холодильных камер (при 1—0"С), где хранились кор­неплоды, число спор мицелиальных грибов достигало не­скольких десятков тысяч, дрожжей и бактерий — несколь­ко тысяч, а в 1 м³ воздуха холодильной камеры с яблоками были обнаружены лишь единичные споры мицелиальных грибов, несколько десятков дрожжей и сотен бактерий (А. А. Кудряшова). При сортировке и расфасовке овощей число микробов в воздухе помещения увеличивается в сот­ни тысяч раз, а в местах складирования отходов их еще больше.

Существенное влияние на численный и видовой состав микрофлоры воздуха камер хранения оказывает их сани­тарное состояние (степень обсеменения микробами стен, потолка, пола). При наличии на стенах и потолке визуально обнаруженного роста микроорганизмов количество их в 1 м³ воздуха помещения составляет сотни тысяч и даже милли­оны клеток. Воздух таких помещений является источником инфицирования микроорганизмами хранящихся в них пище­вых продуктов.

Развиваются на стенах и потолке чаще грибы родов РегасШшт, СЛасЬзрогшт, Азрег§Шиз. Встречаются и пред­ставители родов Мисог, Во1гу1;13₎ КЫгориз.

Микрофлора воздуха, стен, потолка камер хранения изменяется в зависимости от температуры, вида продукции и длительности ее хранения. Чем ниже температура, тем меньше микроорганизмов; с увеличением срока хранения число их возрастает, при этом изменяется и видовой состав микрофлоры — он становится менее разнообразным.

Для предотвращения развития микробов в камерах хра­нения необходимо регулярно проводить побелку и окраску стен и потолков, а также систематически мыть и дезинфи­цировать пол. В побелку целесообразно добавлять дезинфи­цирующие средства. Обрабатывать производственные поме­щения следует до закладки продукции на хранение, а так­же непосредственно после освобождения складов от дли­тельно хранившейся продукции.

При санитарно-гигиенической оценке помещений опре­деляют в воздухе общую бактериальную обсемененность (в 1 м^:!), содержание санитарно-показательных микроорганиз­мов, наличие патогенных форм, дрожжей и мицелиальных грибов. Санитарно-показательными микроорганизмами слу­жат гемолитические (растворяющие эритроциты крови) стрептококки.

Воздух закрытых помещений считается чистым, если количество микроорганизмов в 1 м^:! его не превышает 2000 клеток, содержание гемолитических стрептококков не бо­лее десяти (Е. И. Гончурк).

На предприятиях пищевой промышленности основное внимание должно быть уделено выявлению санитарно-по­казательных микроорганизмов, возбудителей пищевых за­болеваний, а также микроорганизмов, вызывающих порчу пищевых продуктов. Считается, что в воздухе пищевых производственных цехов должно содержаться не более 100— 500 бактерий в 1 м^:! в зависимости от характера производ­ства.

Воздух помещений цехов, например, на предприятиях молочной промышленности оценивается на "хорошо", если в посевах (5 мин оседания микрофлоры воздуха) на поверхно­сти питательной среды в чашке Петри вырастает: колоний бактерий - - 20—50, дрожжей и мицелиальных гри­бов — до 5; "удовлетворительно" — соответственно 50—70 идо 5 (Н. С. Королева, В. Ф. Семенихина).

Воздух холодильных камер исследуют на загрязненность спорами мицелиальных грибов. Для обеззараживания воздух пищевых производствен­ных помещений, холодильных камер, технологических це­хов пропускают через специальные фильтры, задерживаю­щие микроорганизмы. Применяют также дезинфицирование воздуха химическими веществами, безвредными для чело­века, продукции и оборудования. Используют озонирование воздуха, ультрафиолетовое облучение и др.

Первая попытка применения озона для дезинфицирова­ния воздуха холодильных камер была сделана еще в 1909 г, (в г. Кельне) с целью увеличения сроков хранения пищевых продуктов. В СССР в 1938 г. в Ленинграде М. В. Тухнайдом проводилось озонирование холодильных камер с плодами, яйцом, мясом при концентрациях озона 3—6 мг/м³.

Эффективность озонирования существенно зависит от концентрации озона, продолжительности обработки, числен­ности и видового состава микрофлоры объекта.

В результате озонирования камеры хранения в течение 3,5— 4 ч при концентрации озона 10 мг/м³ количество мик­роорганизмов резко снижается не только в воздухе, но и

на полу и стенах. Количество мицелиальных грибов на по­верхности стен уменьшается на 97—98%, бактерий — на 87— 88%, а дрожжи почти все погибают; в воздухе гибнет до 99% всех видов микроорганизмов (А. А. Кудряшова).

Высокий бактерицидный и фунгицидный эффект дает даже непродолжительная (в течение 10 мин) обработка воз­духа производственных помещений двуокисью азота, кото­рая, как и озон, обладает сильными окислительными свой­ствами, что и обусловливает широкий антимикробный спектр действия и высокий эффект.

Обработку двуокисью азота и озоном осуществляют в соответствии с санитарными правилами только в камерах, имеющих хорошую герметизацию

Молочная кислота в виде аэрозоля также дает поло­жительные результаты при дезинфицировании воздуха про­изводственных помещений.

Тема №6 Важнейшие биохимические процессы превращений, вызываемые микроорганизмами: брожения - спиртовое, молочнокислое, масляно-кислое и их модификации; окислительные брожения - уксусно-кислое, лимонно-кислое; превращение белков- гниение.

Луи Пастером установлено, что изменения происходящие при брожении являются результатом жизнедеятельности микроорганизмов. В зависимости от преобладающих конечных продуктов различают типы брожений: спиртовое, молочно-кислое, масляно-кислое, их модификации и др. виды брожения.

Спиртовое брожение. Спиртовым брожением называют процесс превращения сахаров под действием ферментативной активности некоторых видов бактерий, мицеллиальных и дрожжевых грибов с накоплением в качестве основного продукта этилового спирта и углекислого газа:

С₆Н₁₂О₆®2С₂Н₅ОН + 2СО₂+ Q.

Но основными возбудителями этого вида брожения являются дрожжи (сахаромицеты). В анаэробных условиях превращение сахара в спирт происходит не сразу, процесс идет через ряд промежуточных реакций и протекает как бы в две стадии: первая (окислительная) включает превращение глюкозы до пировиноградной кислоты с образованием двух молекул восстановленного НАД×Н₂ (первичный акцептор водорода):

С₆Н₁₂О₆®2СН₃СОСООН+2 НАД×Н₂.

Под действием фермента пируватдекарбоксилазы дрожжи катализируют реакцию декарбоксилирования пировиноградной кислоты с отщеплением СО₂ и образованием уксусного альдегида:

2СН₃СОСООН®2СН₃СНО+ 2СО₂,

а вторая стадии (восстановительная) НАД×Н₂ передает Н конечному акцептору (уксусный альдегид), который превращается в этиловый спирт:

2СН₃СНО+ 2НАД×Н₂ ®2С₂Н₅ОН+ НАД

С энергетической точки зрения брожение процесс мало экономичный, так как при сбраживании грамм-молекулы глюкозы синтезируется всего два моля АТФ.

Наряду с главными продуктами брожения в небольшом количестве образуются побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, уксусная и янтарная кислоты, сивушные масла (смесь высших спиртов) и некоторые другие вещества. Нормальное брожение протекает в кислой среде при рН 4-5. В щелочной среде при подщелачивании среды до рН 8 или при введении в среду бисульфита натрия направление брожения изменяется в сторону увеличения выхода глицерина (глицериновое брожение):

2С₆Н₁₂О₆®2СН₂ОНСНОНСН₂ОН +С₂Н₅ОН +СН₃СООН + 2СО₂+ Q

При интенсивной аэрации среды дрожжевые грибы меняют тип энергетического обмена и переходят с процесса брожения на процесс дыхания, что называют эффектом Пастера: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ ®6СО₂ +6Н₂О + Q

Дыхание является более выгодным энергетическим процессом так как так как при сбраживании грамм-молекулы глюкозы синтезируется 36 молекул АТФ.

Процесс спиртового брожения лежит в основе хлебопечения, бродильных производств (виноделие, пивоварение, производство этилового спирта), глицерина. Совместно с молочно-кислым брожением используется при получении некоторых молочно-кислых продуктов (кефира, кумыса), при квашении овощей. Эффект Пастера используется для получения большого количества биомассы дрожжей (хлебопекарные и кормовые).

Молочно-кислое брожение. Это процесс превращения сахара в молочную кислоту по характеру брожения различают две группы молочно-кислых бактерий: гомоферментативные (типичные) и гетероферментативные (нетипичные).

Гомоферментативные бактерии образуют в основном (не менее 85-90%) молочную кислоту и очень мало побочных продуктов:

2С₆Н₁₂О₆®2СН₃СНОНСООН + Q

Гетероферментативные бактерии наряду с молочной кислотой образуют значительное количество других веществ:

2С₆Н₁₂О₆®2СН₃СНОНСООН +СООН 2(СН₂)₂ СООН+ С₂Н₅ОН + СН₃СООН+ Q

Есть такие гетероферментативные молочно-кислые бактерии, которые кроме того продуцируют четырехуглеродные соединения ацетоин (СН₃СНОНСООСН₃) и диацетил (СН₃СОСОСН₃), обладающие своебразным приятным ароматом.

В зависимости от условий развития (рН, температуры, степени аэробности и др.) характер конечных продуктов брожения может меняться у одного и того же вида молочно-кислых бактерий. Процесс превращения глюкозы до пировиноградной кислоты у гомоферментативных молочно-кислых бактерий протекает по гликолитическому пути. Затем, в виду отсутствия фермента пируватдекарбоксилазы у этих бактерий, прировиногрданая кислота не подвергается расщеплению и является конечным акцептором водорода под действием фермента лактатдегидрогеназы:

СН₃СОСООН+ НАД×Н₂. ®2СН₃СНОНСООН + НАД

Превращение глюкозы гетероферментативными молочно-кислыми бактериями происходит по-иному, так как они отличаются набором ферментов. Из-за отсутствия у них фермента альдолазы изменяется начальный путь превращения глюкозы и процесс протекает не по гликолитическому пути, а по пентозофосфатному. Все молочно-кислые бактерии имеют форму кокков и палочек, неподвижны, не образуют спор, грамположительны, являются факультативными анаэробами.

Молочно-кислые бактерии широко применятся в различных отраслях пищевой промышленности (особенно молочно-кислой). Большое значение эти бактерии имеют при квашении овощей, силосовании кормов, в хлебопечении при приготовлении ржаного хлеба, при производстве некоторых колбас и солено-вареных мясных изделий, при созревании слабо соленой рыбы, при получении молочной кислоты.

Спонтанно (самопроизвольно) возникающее молочно-кислое брожение в пищевых продуктах приводит к их порче: прокисание, помутнение, ослизнение.

Пропионово-кислое брожение. Это превращение сахара или молочной кислоты и ее солей под действием ферментативной активности пропионово-кислых бактерий в пропионовую и уксусную кислоты с выделением углекислого газа и воды:

3С₆Н₁₂О₆. ®4СН₃СН₂СООН+ 2СН₃СООН+ 2СО2 + 2Н2О+Q;

3 СН₃СНОНСООН®2СН₃СН₂СООН+ СН₃СООН+ СО2 + Н₂О+Q

Некоторые пропионово-кислые бактерии могут образовывать, кроме того, муравьиную, янтарную и изовалериановую кислоты. При пропионово-кислом брожении превращение глюкозы до пировиноградной кислоты протекает также по гликолитическому пути. В дальнейшем пировиноградная кислот, претерпевая ряд превращений, восстанавливается в пропионовую. Пропионово-кислые бактерии относятся к актиномицетам. Это неподвижные, бесспоровые, грамположительные палочки слегка изогнутые, факультативные анаэробы.

Пропионово-кислое брожение является одним из важных процессов при созревании сычужных сыров.

Пропионовая кислота и ее соли служат ингибиторами мицеллиальных грибов и могут быть использованы для предотвращения плесневения пищевых продуктов. Некоторые виды пропионово-кислые бактерий применяют для получения витамина В₁₂.

Слизевое (декстрановое) брожение. Вызывают слизеобразующие бактерии, которые по своим свойствам близки к молочно-кислым и способны образовывать вокруг клеточной стенки капсулу состоящую из слизистых веществ (полисахариды, полипептиды). Процесс идет в несколько этапов:

1. ГИДРОЛИЗ САХАРОЗЫ:

С₁₂Н₂₂О₁₁+ Н₂О + ®С₆Н₁₂О₆. +С₆Н₁₂О₆.

сахароза глюкоза фруктоза

2. ПРЕВРАЩЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ:

С₆Н₁₂О₆. ®(С6Н₁₀О₅)n+Н₂О

глюкоза декстран

3. ПРЕВРАЩЕНИЕ ФРУКТОЗЫ

С₆Н₁₂О₆®2СН₃СНОНСООН +СООН 2(СН₂)₂ СООН+ С₂Н₅ОН +

фруктоза

+СН₃СООН+ Q

Сбраживание глюкозы протекает по гетероферментативному молочно-кислому брожению.

Слизеобразующие бактерии вызывают ослизнение овощей, фруктов, хлебобулочных изделий (картофельная болезнь), сахарных сиропов, различных слабоалкогольных напитков и вина. Промышленного значения не имеет.

Масляно-кислое брожение. Этот процесс представляет собой превращение сахара масляно-кислыми бактериями в анаэробных условиях с образованием масляной кислоты., газа и водорода:

С₆Н₁₂О₆. ®СН₃СН₂СН₂СООН + 2 СО₂ +2Н₂ + Q

В качестве побочных продуктов может накапливаться бутиловый спирт, ацетон, этиловый спирт, уксусная кислота.

При масляно-кислом брожении сахар претерпевает те же превращения, что и при спиртовом и гомоферментативном молочно-кислом брожениях, вплоть до образования пировиноградной кислоты. Пировиноградная кислота подвергается декарбоксилированию и при участии кофермента А расщепляется до ацетилКоА, СО2, Н2. Две молекулы образовавщегося двууглеродного соединения конденсируются при участии фермента карболигазы. Из синтезированного четырехуглеродного соединения в сложном цикле последоваельных превращений образуется масляная кислота:

СН₃СОСООН®СН₃СНО + СО₂; СН₃СНО+ СН₃СНО® СН₃СН₂СН₂СООН

Масляно-кислые бактерии представляют собой подвижные, крупные спорообразующие грамположительные палочки, строгие анаэробы.

В природе это брожение имеет положительное значение как звено в цепи многообразных превращений органических веществ. В пищевом производстве часто приносит значительный ущерб, так как может вызвать порчу картофеля и овощей, вспучивание сыров, порчу консервов (бомбаж), прогоркание молока, масла, увлажненной муки и т.д. Могут вызывать порчу квшенных овощей при замедленном молочно-кислом брожении, образующаяся при этом масляная кислота придает продуктам острый прогорклый вкус и резкий неприятный запах.

Масляно-кислое брожение применяют для производства масляной кислоты, которая представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с неприятным резким запахом, а эфиры масляной кислоты отличаются прияным ароматом, как например: метиловый эфир имеет яблочный запах, этиловый- грушевый, амиловый – ананасовый. Их используют как ароматические вещества кондитерской, парфюмерной промышленности и при изготовлении фруктовых напитков.

Брожение пектиновых веществ. В тканях растений, овощей и фруктов пектины входят в состав клеточных стенок и срединных пластинок между отдельными клетками в виде труднорастворимого протопектина. Под действием пектолитических ферментов микроорганизмов, развивающихся в растительном пищевом сырье протопектин превращатся в растворимый пектин. Пектин разлагается с образованием галактуроновых кислот, углеводов (ксилозы, галактозы, арабинозы), метилового спирта и других веществ. Сахара сбраживаются бактериями по типу масляно-кислого брожения с образованием уксусной и масляной кислот, СО₂ и Н₂. Все эти процессы приводят к мацерации (распаду) пораженных объектов и другим видам повреждений. Разложение пектиновых веществ может быть выражено следующей схемой:

1. С4₆Н₆₈О₄₀ + nН₂О® СНО (СНОН)₄СООН + С₆Н₁₂О₆ + С₅Н₁₀О₅

Пектин галактуроновая к-та галактоза ксилоза

+ С₅Н₁₀О5 + СН₃ОН +СН₃СООН

арабиноза

2. С₆Н₁₂О₆® СН₃СН₂СН₂СООН + СН₃СООН +СО₂ +Н₂+ Q

3. С₅Н₁₀О₅® СН₃СН₂СН₂СООН + СН₃СООН +СО₂ +Н₂О+ Q

Продукты распада пектиновой кислоты (галактоза, арабиноза и др.) подвергаются сбраживанию или окислению разнообразными микроорганизмами. При анаэробных условиях они сбраживаются масляно-кислыми бактериями относящимися к роду Клостридий. Пектиновое брожение наблюдается при мочке лубоволокнистых растений - льна, конопли, кенафа, джута, канатника и др. Для освобождения волокон клетчатки необходимо разложение пектина, что и происходит под действием пектиноразлагающих ферментов анаэробных бактерий.

Брожение клетчатки. Клетчатка (целлюлоза) является онсновным веществом клеточных стенок растений. Брожение клетчатки состоит из разложения ее в анаэробных условиях палочковидными споробразуюищими бактериями рода Клостридий. Они гидролизуют клетчатку до глюкозы в результате активности ферментов целлюлазы (до целлобиозы) и целлобиазы (до глюкозы) (см. уравнение 1-ниже). Глюкозу они сбраживают с образованием уксусной, масляной, молочной, муравьиной кислот, этилового спирта, СО₂ и Н₂ (уравнение 2 ниже):

1.(С₆Н₁₀О₅)n + nН₂О ®С₁₂Н₂₂О11 ® С₆Н₁₂О₆;

2. С₆Н₁₂О₆® СН₃СООН +СН₃СН₂СН₂СООН+ СН₃СНОНСООН + С₂Н₅ОН +НСООН +СО₂+ Q

Среди этих бактерий есть мезофилы и термофилы, которые накапливают различные органические кислоты.

Окислительные брожения. Окислительное брожение- это процесс окисления органических веществ (спиртов, углеводов) под действием ферментативной активности микроорганизмов не до конечных продуктов, как при дыхании, а до органических кислот и спиртов, как при брожении.

Уксусно-кислое брожение. Это процесс окисления этилового спирта под действием ферментов уксусно - кислых бактерий до уксусной кислоты и воды. Окисление этилового спирта протекает в две стадии- сначала образуется уксусный альдегид, который далее окисляется до уксусной кислоты:

1. 2С₂Н₅ОН +О₂® 2 СН₃СНО + 2Н₂О;

2. 2 СН₃СНО+О₂® 2 СН₃СООН

Уксусно-кислые бактерии бесспоровые палочки, грамотрицательные, строгие аэробы. Среди них есть подвижные и неподвижные формы. Уксусно-кислые бактерии относят к двум родам бактерий: Глюконобактер (Gluconobacter) и Ацетобактер (Acetobacter). Ацетобактер – перитрихи, способные окислять уксусную кислоту до СО₂ и Н₂О (переокисление).

Уксусно-кислым бактериям свойственна изменчивость формы клеток, в неблагоприятных условиях могут образовывать толстые длинные нити, иногда раздутые уродливые клетки.

Уксусно-кислое брожение лежит в основе получения уксуса для пищевых целей. Исходным сырьем может служить спиртовый раствор, разбавленное подкисленное плодово-ягодное или виноградное вино.

Лимонно-кислое брожение. Это процесс неполного окисления углеводов ферментативной активностью мицеллиальных грибов с образованием органических кислот (лимонной, щавелевой и др.). Окисление глюкозы в лимонную кислоту можно представить следующим суммарным уравнением:

2С₆Н₁₂О₆+3О₂® 2С₆Н₈О₇ +4 Н₂О

Химизм протекает по гликолитическому пути до образования пировиноградной кислоты. Пировинограданая кислота через ацетил-coA включается в цикл Кребса (цикл ди- и трикарбоновых кислот), котором происходит накопление яблочной, фумаровой, янтарной и лимонной кислот.

Наибольшее практическое значение имеет процесс получения лимонной кислоты, которую получают в настоящее время с помощью гриба Аспергиллус Нигер (Aspergillus niger) в кислой среде. При изменении кислотности среды до нейтральной происходит накопление щавелевой кислоты.

Технические приемы биохимического получения лимонной кислоты в нашей стране были разработаны С.П. Костычевым В.С. Буткевичем. Используют поверхностный и глубинный (более перспективный) способы промышленного получения лимонной кислоты

Превращения белков - гниение. В метаболизме микроорганизмов азотсодержащие вещества подвергаются разнообразным превращениям. По случайно поверхностному сходству разные виды порчи пищевых продуктов нередко называют гниением. Однако гниение - это процесс глубокого разложения белковых веществ микроорганизмами.

Способность разлагать в той или иной степени белковые вещества свойственна многим микроорганизмам. Некоторые из них разлагают непосредственно белки, другие могут воздействовать только на более или менее простые продукты распада белковой молекулы, например на пептиды, аминокислоты и др.

Продукты разложения белков микробы используют для синтеза собственных органических веществ, а также в качестве энергетического материала.

Химизм разложения белковых веществ. Гниение - сложный, многоступенчатый биохимический процесс, характер и конечный результат которого зависят от состава разлагаемых белков, условий процесса и видов вызывающих его микроорганизмов.

Белковые вещества не могут непосредственно поступать в клетки микроорганизмов, поэтому использовать белки могут только те микроорганизмы, которые обладают протеолитическими ферментами — экзопротеазами, выделяемыми клетками в окружающую среду.

Процесс распада белков начинается с их гидролиза. Первичными продуктами гидролиза являются пептоны и пептиды. Они расщепляются до аминокислот, которые являются конечными продуктами гидролиза.

Образующиеся в процессе распада белков различные аминокислоты используются микроорганизмами или подвергаются ими дальнейшим изменениям, например дезаминированию, в результате чего образуются аммиак и разнообразные органические соединения. Процесс дезаминирования может происходить различными путями. Различают дезаминирование гидролитическое, окислительное и восстановительное.

Гидролитическое дезаминирование сопровождается образованием оксикислот и аммиака. Если при этом происходит и декарбоксилирование аминокислоты, то образуются спирт, аммиак и углекислый газ:

RCHNH СOOН + Н О RСНOНСООН + NН ;

RСНNН СООН + Н О RCH OH + NН + CO ;

При окислительном дезаминировании образуются кетокислоты и аммиак:

RСНNН СООН + ½ O RСОCOOН+NНз

При восстановительном деэаминировании образуются карбоновые кислоты и аммиак:

RСНNН СООН + 2Н RCH СООН + NН

Из приведенных уравнений видно, что среди продуктов разложения аминокислот в зависимости от строения их радикала (R) обнаруживаются различные органические кислоты и спирты. Так, при разложении аминокислот жирного ряда могут накапливаться муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная и другие кислоты, пропиловый, бутиловый, амиловый и другие спирты. При разложении аминокислот ароматического ряда промежуточными продуктами являются характерные продукты гниения: фенол, крезол, скатол, индол - вещества, обладающие очень неприятным запахом. При распаде аминокислот, содержащих серу, получается сероводород или его производные - меркаптаны (например, метилмеркаптан СН SН). Меркаптаны обладают запахом тухлых яиц, который ощущается даже при ничтожно малых концентрациях.

Образующиеся при гидролизе белка диаминокислоты могут подвергаться декарбоксилированию без отщепления аммиака, в результате чего получаются диамины и углекислый газ. Например, лизин превращается в кадаверин:

NH (CH ) CHNH COOOH ^{декарбоксилаза} NH (CH ) + CO

Аналогично этому орнитин превращается в путресцин.

Кадаверин, путресцин и другие амины, образующиеся при гниении, часто объединяют под общим названием птомаины (трупные яды), некоторые из них обладают ядовитыми свойствами.

Дальнейшее превращение азотистых и безазотистых органических соединений, получающихся при распаде различных аминокислот, зависит от окружающих условий и состава микрофлоры. Аэробные микроорганизмы подвергают эти соединения окислению, так что они могут быть полностью минерализованы. В таком случае конечными продуктами гниения являются аммиак, углекислый газ, вода, сероводород, соли фосфорной кислоты. В анаэробных условиях не происходит полного окисления промежуточных продуктов распада аминокислот. В связи с этим кроме аммиака и углекислого газа накапливаются различные органические кислоты, спирты, амины и другие органические соединения, в числе которых могут быть вещества, обладающие ядовитыми свойствами, и вещества, придающие гниющему материалу отвратительный запах.

Возбудители гниения. Среди множества микроорганизмов, способных в той или иной мере разлагать белки, особое значение имеют микроорганизмы, которые вызывают глубокий распад белков - собственно гниение. Такие микроорганизмы принято называть гнилостными. Из них наибольшее значение имеют бактерии. Гнилостные бактерии могут быть спорообразующими и бесспоровыми, аэробными и анаэробными. Многие из них мезофилы, но есть холодоустойчивые и термостойкие. Большинство чувствительны к кислотности среды.

Наиболее распространенными и активными возбудителями гнилостных процессов являются Сенная и Картофельная палочки* - аэробные, подвижные, грамположительные, спорообразующие бактерии. Споры их отличаются высокой термоустойчивостью. Температурный оптимум развития этих бактерий 35 - 45°С, максимум роста - при температуре около 50 - 55°С; при температуре ниже 5°С они не размножаются.

* В соответствии с Международным кодексом номенклатуры бактерий сенная и картофельная палочки ввиду большого сходства объединены в один вид - Васillus subtilis.

Помимо разложения белков, такие бактерии способны разлагать пектиновые вещества, полисахариды растительных тканей, сбраживать углеводы.

Сенная и картофельная палочки широко распространены в природе и являются возбудителями порчи многих пищевых продуктов. Они вырабатывают антибиотические вещества, подавляющие рост многих болезнетворных и сапрофитных бактерий.

Бактерии рода Рsеudоmоnas - аэробные подвижные палочки, с полярным жгутиком, не образующие спор, грамотрицательные. Многие виды холодоустойчивы, минимальная температура их роста от - 2 до - 5°С, оптимум - около 20°С. Многие псевдомонасы помимо протеолитической обладают липолитической активностью; они способны сбраживать углеводы с образованием кислот, выделять слизь.

Развитие и биохимическая активность этих бактерий значительно тормозятся при рН ниже 5,5 и 5 - 6%-ной концентрации NаСl в среде. Псевдомонады широко распространены в природе, являются антагонистами ряда бактерий и плесеней, так как образуют антибиотические вещества. Некоторые виды Рsеudоmоnas являются возбудителями болезней (бактериозов) культурных растений, плодов и овощей.

Протей (Ргоtеus vulgаris) - мелкие грамотрицательные бесспоровыс палочки с резко выраженными гнилостными свойствами. Белковые субстраты при развитии в них протея приобретают сильный гнилостный запах. В зависимости от условий жизни эти бактерии способны заметно менять свою форму и размеры. Протей - факультативный анаэроб; сбраживает углеводы с образованием кислот и газов. Он хорошо развивается как при температуре 25 °С, так и при 37°С, прекращая размножаться лишь при температуре около 5°С, однако может сохраняться и в замороженных продуктах.

Характерной особенностью протея является его очень высокая подвижность. Это свойство лежит в основе метода выявления протея на пищевых продуктах и отделения его от сопутствующих бактерий. Некоторые виды протея выделяют токсические для человека вещества.

Клостридиум путрификум (Сlоstridium putrificum) - анаэробная подвижная, спорообразующая палочка. Относительно крупные споры ее располагаются ближе к концу клетки, которая при этом приобретает сходство с барабанной палочкой. Споры довольно термоустойчивы. Углеводы эта бактерия не сбраживает. Белки разлагают с образованием большого количества газов (NН , Н S). Оптимальная температура развития 37 – 43 °С, минимальная 5 °С.

Клостридиум спорогенес (Сlоstridium sporogenes) - анаэробная подвижная спороносная палочка. Споры термоустойчивы, в клетке они расположены ближе к ее концу. Характерным является очень быстрое (в течение первых суток роста) образование спор. Эта бактерия сбраживает углеводы с образованием кислот и газа, обладает липолитической способностью. При разложении белков обильно выделяется сероводород. Оптимальная температура развития 35-40 °С, минимальная-около 5°С.

Оба вида клостридий известны как возбудители порчи баночных консервов (мясных, рыбных и др.).

Практическое значение процессов гниения. Гнилостные микроорганизмы наносят нередко большой ущерб народному хозяйству, вызывая порчу ценнейших и богатых белками продуктов питания, например мяса и мясопродуктов, рыбы и рыбопродуктов, яиц, молока и др. Но эти микроорганизмы играют большую положительную роль в круговороте веществ в природе, минерализуя белковые вещества, попадающие в почву, воду.

Нитрификация. Процесс последовательного окисления аммиака до азотистой и азотной кислот называется нитрификацией, а возбудители его—нитрифицирующими бактериями. Сущность этого процесса была раскрыта и изучена С. Н. Виноградским.

Работами С. Н. Виноградского установлено, что процесс нитрификации происходит в две фазы, каждая из которых обусловлена деятельностью специализированных аэробных бактерий. Возбудители первой фазы — нитрозные бактерии-окисляют аммиак до солей азотистой кислоты (нитритов). Возбудители второй фазы - нитратные бактерии - окисляют соли азотистой кислоты в соли азотной кислоты (нитраты).

Нитрифицирующие бактерии относятся к хемоавтотрофам. Они живут в почве, природных водоемах, обогащая их нитратами - лучшим источником азотистого питания для растений.

Денитрификация. Процесс восстановления нитратов до молекулярного азота называется денитрификацией, а бактерии, осуществляющие его,— денитрифицирующими бактериями.

Денитрифицирующие бактерии - факультативные анаэробы. В аэробных условиях в процессе их дыхания конечным акцептором водорода является кислород. В анаэробных условиях в качестве акцептора водорода используются нитраты (некоторые используют нитриты), которые и восстанавливаются до молекулярного азота. Многие микроорганизмы восстанавливают нитраты только до нитритов.

Денитрифицирующие бактерии широко распространены в природе. Они живут в почве, природных водах. Деятельность денитрифицирующих бактерий в почве отрицательна, особенно при анаэробных условиях, так как азот нитратов, усваиваемый растениями, переходит в неиспользуемый ими свободный азот.

Фиксация молекулярного азота. Некоторые бактерии способны фиксировать свободный атмосферный азот, т. е. переводить его в связанное состояние. Они восстанавливают азот до аммиака; часть его используется самими микроорганизмами, а часть выделяется в окружающую среду.

Одни азотфиксирующие (азотусваивающие) бактерии живут свободно в почве и в воде; другие — в симбиотическом сожительстве с растениями, преимущественно бобовыми, Бактерии поселяются в бородавчатых вздутиях — клубеньках корней этих растений. Отсюда произошло и название этих бактерий — клубеньковые. Необходимую для фиксации азота энергию они получают в процессе окисления безазотистых органических соединений.

Среди свободно живущих азотфиксирующих бактерий наибольшее значение имеют следующие: аэробные бактерии рода азотобактер (Аzоtоbасtег) — слегка приплюснутые кокки, часто объединенные попарно, имеющие слизистую капсулу; анаэробные бактерии, открытые С. Н. Виноградскнм, Clostridium pasterianum—подвижные спорообразующие палочки, способные сбраживать углеводы по типу маслянокислого брожения, которое и служит этим бактериям источником энергии для связывания молекулярного азота.

Азотфиксирующие бактерии имеют большое значение. В результате их деятельности почва обогащается доступной для растений формой азотистого питания.

В практике сельского хозяйства в качестве бактериального удобрения используют препараты азотфиксирующих бактерий—азотобактерин (из культур азотобактера) и нитрагин (из культур клубеньковых бактерий).