Роль микроорганизмов в повышении продуктивности и самоочищении водоемов.

Микроорганизмы играют важную роль в продуктивности водоемов, особенно озер и водохранилищ, постоянно обогащающихся органическими веществами с суши. Разложение органических веществ осуществляется в первую очередь бакте­риями, число которых в рыбоводных прудах достигает 3-6 млн./мл, а биомасса -2-8 г/куб, м. Но при попадании со сточными водами в пруды органических удобре­ний (навоз, трава и др.) биомасса достигает 30 г/куб, м. Источником питания для бактерий, кроме органических веществ, попадающих извне, служат также органиче­ские вещества отмирающего фитопланктона (водоросли) и водных растений. Бактерии включаются в пищевую цепь: их поглощают дафнии, коловратки и другие беспозвоночные, которые в свою очередь служат пищей для рыб.

Следовательно, роль бактерий в продуктивности водоемов заключается в передаче энергии и питательных веществ по пищевой цепи. Также велика роль микроорганизмов в круговороте биогенных элементов в водоемах, который осуществляется по тому же принципу, что и в почвах.

В настоящее время водоемы - как пресные, так и морские нередко испытывают перегрузку в загрязнении промышленными и бытовыми сточными водами. Охрана водоемов от загрязнений становится одной из важнейших проблем экологии. Разли­чают естественные загрязнения и загрязнения, связанные с деятельностью человека (отходы промышленности, радиоактивные вещества, нефтепродукты, пестициды и др.). В связи с этим важное значение приобретают вопросы изучения процессов биологического самоочищения водоемов. Под самоочищением понимают биологи­ческие и физико-химические процессы, приводящие к восстановлению качества воды. Физико-химическое самоочищение осуществляется путем осаждения взвешенных частиц и веществ и окисления растворенных соединений кислородом, содержащимся в воде.

Биологическое самоочищение водоемов является результатом жизнедеятельно­сти комплекса микроорганизмов, которые живут в воде и выполняют функцию по обезвреживанию и окислению поступающих в водоем загрязняющих веществ. Начальные этапы процесса самоочищения осуществляют микроорганизмы: бакте­рии, грибы и ряд простейших, питающихся растворенными органическими вещест­вами. Многие водные животные - низшие ракообразные, коловратки и др. поедают бактерий, простейших и др.

Очищение воды, в т. ч. сточных вод, от органических и неокисленных минераль­ных загрязнений с помощью микроорганизмов осуществляется в аэробных и анаэробных условиях. Клетчатка, фенолы, углеводороды нефти и т.д. в аэробных условиях окисляются до Н₂О, С0₂, Н₂, нитратов и сульфатов.

В анаэробных условиях процессы протекают замедленно и очистка затрудняет­ся. Могут накапливаться токсичные вещества - H₂S, меркаптаны, аммиак и пр. Биологическая очистка сточных вод производится на специальных участках - полях орошения и полях фильтрации. Но при избыточном загрязнении сточных вод такого способа не всегда бывает достаточно. Создаются специальные сооружения аэроб­ной биологической очистки - биофильтры и аэрофильтры. При выпуске неочищен­ных или недостаточно очищенных сточных вод в водоемы условия жизни его естест­венного населения резко изменяются. Многие отмирают, на смену им развиваются другие.

Степень загрязнения водоема органическими веществами называется сапроб-ностью. В месте стока сточных вод развивается множество сапрофитов и активно протекают процессы гниения и брожения. Полисапробная зона - когда число бактерий достигает несколько млн. в 1 мл воды.

По мере минерализации органических веществ уменьшается количество сапрофитов до 10⁵-10⁴ в 1 мл. Мезосапробная зона. В такой воде начинают развиваться другие организмы - простейшие, коловратки, водоросли и другие.

В дальнейшем сапрофитные бактерии постепенно отмирают, вследствие потреб­ления пищи, развития водорослей, поедания их коловратками, простейшими и т.д. В водоеме постепенно восстанавливается естественная фауна и флора. Олигосапробная зона.В ней количество сапрофитов составляет всего 10²-10¹ клеток на 1 мл. Такой процесс очищения водоема от органических загрязнений и сапрофитов называется естественным очищением. Интенсивность его зависит от количества поступающих в водоем загрязнений, их состава, количества О₂, температуры и других условий.

 

ТЕМА 15. МИКРОБИОЛОГИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

 

Хлебопекарное производство.

Для изготовления хлебобулочных изделий используют муку, воду, соль, разрых­лители и различное вспомогательное сырье.

Микрофлора теста из пшеничной муки. Тесто из пшеничной муки приготовля­ют опарным и безопарным способом. В жидких опарах особенно энергично размно­жается дрожжевая и молочнокислая микрофлора, которая подавляет развитие нежелательных микроорганизмов, попадающих в тесто с мукой и другим сырьем. При непрерывной схеме брожения теста активность бродильной микрофлоры еще более возрастает как при опарном, так и безопарном способе. Основная масса мик­роорганизмов пшеничного теста состоит из дрожжей и относительно небольшого количества молочнокислых бактерий. Дрожжи пшеничного теста представлены видом Saccharomyces cerevisiae и пленчатыми дрожжами рода Candida, Torulopsis и др. Последние попадают в него с мукой, прессованными и жидкими дрожжами, из оборудования, воздуха. Пленчатые дрожжи имеют низкую подъемную силу, при брожении они образуют побочные продукты, придающие острый вкус хлебу. Нали­чие их в тесте нежелательно. Из бактериальной микрофлоры в пшеничном тесте обнаружены гомо- и гетероферментативные молочнокислые бактерии, первые из них продуцируют молочную кислоту, вторые, кроме молочной кислоты, образуют летучие кислоты и газы. В зависимости от качества муки, в тесте могут находиться в том или ином количестве споры гнилостных бацилл (Bacillus subtilis и др.), присут­ствие которых весьма опасно в хлебопечении, так как в благоприятных условиях они прорастают и вызывают порчу хлеба.

Микрофлора теста из ржаной муки. Из ржаной муки тесто готовят на густых головках или квасах и жидких заквасках, которые представляют собой часть спело­го теста, многократно освеженного добавлением в него муки и воды. С закваской в тесто попадают молочнокислые бактерии и дрожжи. Молочнокислые бактерии вытесняют первоначальную бактериальную микрофлору, вносимую в него с мукой. Наряду с молочнокислой флорой в ржаном тесте имеются дрожжи, которые устойчивы к значительным концентрациям молочной кислоты. При брожении теста отно­шение количества клеток дрожжей к клеткам молочнокислых бактерий составляет 1:60. Различные виды гомо- и гетероферментативных молочнокислых бактерий являются основной бродильной микрофлорой ржаного теста и играют положитель­ную роль в процессе его брожения: они придают тесту свойственный ему приятный букет, кислотность и частично разрыхляют его за счет образования углекислоты. Для разрыхления пшеничного теста применяют прессованные, сухие и жидкие дрожжи. Прессованные дрожжи при использовании в хлебопекарной промышлен­ности предварительно активируют. Для этого их размножают в жидких обогащен­ных питательных средах при температуре 30-32°С в течение 1 часа. Подъемная сила активированных дрожжей должна быть 8-9 мин, влажность 75-78%, кислотность 3,5-4,5° Н. Активация дрожжей позволяет сократить расход прессованных дрожжей на 25-30%. Установлено, что прессованные дрожжи, особенно дрожжи с низкой подъемной силой, весьма чувствительны к наличию в среде поваренной соли. Так, при концентрации соли выше 5% процесс размножения и бродильная ак­тивность дрожжей снижаются. Однако незначительные концентрации поваренной соли (до 0,5% к массе среды) активируют функцию размножения дрожжей, что сле­дует учитывать в процессе выпечки хлеба на прессованных дрожжах.

Сухие дрожжи получают из прессованных высушиванием до содержания влаги 8-11%, они имеют низкую подъемную силу, поэтому их активация обязательна. На многих предприятиях сухие дрожжи активируют так же, как и прессованные, но с той разницей, что их предварительно размачивают в теплой воде (из расчета 1 кг сухих дрожжей на 6 л воды) в течение 40-50 мин при температуре 30°С.

Жидкие дрожжи представляют собой питательную среду, состоящую из смеси муки и воды, в которой размножаются дрожжевые клетки. Эти дрожжи получили широкое распространение на хлебозаводах нашей страны вследствие того, что их изготовляют на предприятиях, при этом отпадает необходимость приобретать и хранить прессованные дрожжи. Для активации жидких дрожжей рекомендуется использовать ферментные препараты, содержащие амилазу. Для размножения жидких дрожжей на хлебозаводах используют чистые культуры дрожжей вида Saccharomyces cerevisiae.

Схема получения жидких дрожжей состоит в том, что мучную заварку при t = 52-50°С заквашивают чистой культурой термофильных молочнокислых бактерий Lactobacillus delbrueckii. После закисания и охлаждения закваски до t = 28-30°C в нее вносят чистую культуру дрожжей. Преимуществом этой схемы является то, что при заквашивании заварки молочнокислыми бактериями в ней накапливается зна­чительное количество молочной кислоты, которая препятствует развитию посто­ронней микрофлоры (в первую очередь гнилостных бацилл) и одновременно с этим создаются оптимальные условия для размножения чистой культуры дрож­жей.

Микробиологическое исследование жидких дрожжей сводится к микроскопиро-ванию, подсчету количества живых клеток в 1 мл и определению бродильной актив­ности дрожжей.

В процессе выпечки хлебобулочных изделий по мере прогревания теста вегета­тивные формы микроорганизмов погибают. В центре мякиша хлеба температура не поднимается выше 95-98°С, поэтому в нем сохраняются споры бацилл, а иногда ос­таются жизнеспособными отдельные клетки дрожжей и молочнокислых бактерий. Поверхность готовых изделий при выходе из печи практически стерильна, так как при образовании корки температура в ней достигает 180-200°С.

При транспортировке, хранении и реализации хлеба он может загрязниться разнообразной микрофлорой, в тон числе бактериями кишечной группы, наличие которых на хлебе недопустимо (согласно нормам ГОСТа). Выпуск хлеба в упаков­ке предохраняет его от инфицирования. Рекомендуется полиэтиленовая пленка, а также бумажная обертка, обработанная слабым раствором пропионовой кислоты.