Охарактеризуйте основні закономірності перетворення вуглеводів мікроорганізмами та їх роль у формуванні споживних властивостей харчових продуктів і кругообігу речовин у природі.

Бродіння - процес анаеробного розпаду вуглеводів на більш прості сполуки з виділенням енергії, що утворюється за участю деяких мікроорганізмів або виділених з них ферментів. Одним з прикладів бродіння є спиртове бродіння, яке викликається дріжджами і полягає в розкладанні Цукрів на спирт і вуглекислий газ. Відомі також молочнокисле, маслянокислое, оцтовокисле бродіння та ін. Здатність мікроорганізмів викликати бродіння з накопиченням специфічних для них продуктів використовують в промисловості для масового отримання цих речовин (наприклад спиртове бродіння - для отримання спирту; молочнокисле - при виробництві кефіру тощо). На властивості деяких патогенних мікроорганізмів зброджувати ті чи інші вуглеводи засновані методи вирощування бактеріальних культур та ідентифікації збудників.

Охарактеризуйте процес розвитку колонії мікроорганізмів. Опишіть будову типового хемостату Наведіть приклади біотехнологічних процесів отримання певних речовин чи культивування мікроорганізмів для застосування у технології споживних товарів

Хемостат - апарат, використовуваний для вирощування бактерій і культур клітин, в якому автоматично регулюється видалення частини культури і надходження свіжої живильного середовища; конструкція Х. передбачає можливість зміни окремих параметрів культивування з метою оцінки їх впливу на бактеріальну культуру. Один з компонентів живильного середовища в X. лімітується, що забезпечує постійний експоненціальне зростання популяції і дозволяє регулювати його швидкість (субстратних лімітування). Недолік одного з живильних речовин призводить до уповільнення швидкості росту. Для усунення цього недоліку застосовують апарати (турбідостати), в яких надходження свіжої живильного середовища автоматично регулюється фотонефелометріческім способом.

Хемостат складається з посудини, в який вводять з постійною швидкістю живильний розчин. По мірі надходження живильного розчину з нього витікає суспензія мікроорганізмів з тією ж швидкістю. При культивуванні в умовах Хемостат підтримується постійна концентрація одного з компонентів середовища (наприклад, вуглецю). Завдяки цьому в умовах Хемостат підтримується постійна швидкість росту культури. Культура мікроорганізму знаходиться в умовах динамічної рівноваги.

Розвиток мікробних популяцій відбувається у вигляді S-подібною кривою, на якій умовно визначені межі між 6 фазами росту.

1. початкова фаза відноситься до проміжку часу, протягом якого біомаса не змінюється, а іноді знижується. Тривалість цієї фази залежить від якості поживних середовищ, віку і фізіологічних особливостей мікроорганізмів,

2. Фаза прискорення зростання відноситься до невеликого проміжку часу, коли збільшується швидкість росту популяції від нуля до максимальної.

3. Експоненціальна, або логарифмічна, фаза (лог-фаза) характеризується максимальною і практично постійною швидкістю росту популяції даного виду. У цій фазі поживні речовини і продукти життєдіяльності не лімітують ріст і розмноження мікроорганізмів.

5. Кінцева негативна фаза розвитку, коли сильно зменшується концентрація поживних речовин.

6. Фаза прискореного відмирання характеризується зменшенням загальної чисельності популяції і концентрації біомаси за рахунок автолітічних процесів.

Приклади процесів

Промислове вирощування мікроорганізмів, рослинних і тваринних клітин використовують для одержання багатьох цінних сполук — ферментів, гормонів, амінокислот, вітамінів, антибіотиків, метанолу, органічних кислот (оцтової, лимонної, молочної) тощо. За допомогою мікроорганізмів здійснюють біотрансформацію одних органічних сполук в інші (наприклад, сорбіту Багато промислових технологій заміняються технологіями, що використовують ферменти і мікроорганізми. Такі біотехнологічні методи переробки сільськогосподарських, промислових і побутових відходів, очищення і використання стічних вод для одержання біогазу і добрив. У ряді країн за допомогою мікроорганізмів одержують етиловий спирт, що використовують як пальне для автомобілів. На спроможності різноманітних бактерій переносити метали в розчинні сполуки або накопичувати їх у собі заснований витяг багатьох металів із бідних руд або стічних вод.

Надайте характеристику основних шляхів транспорту поживних речовин у мікробну клітину. Вкажіть способи гальмування мікробіологічних процесів у харчових продуктах, які ґрунтуються на порушенні транспортних процесів між клітиною та навколишнім середовищем.

Мікробам притаманний голофітний тип живлення, тобто вони здатні поглинати живильні речовини тільки в розчиненому вигляді.

Однак деякі субстрати не розчиняються у воді (білки, полісахариди), або утворюють колоїдні розчини, які не проникають у клітину. В такому випадку клітинні екзоферменти, які виділяються в навколишнє середовище, викликають гідроліз цих субстанцій, розщеплюючи їх до більш простих і дрібних молекул і переводячи в розчинний стан.

Виділяють декілька механізмів проникнення речовин. Пасивна дифузія функціонує тоді, коли створюється градієнт концентрації речовини всередині бактеріальної клітини та зовні. Вона відбувається пасивно, тому що не вимагає затрат енергії.

Полегшена дифузія здійснюється за рахунок особливих білків - пермеаз, які містяться в цитоплазматичній мембрані. Цей процес також не вимагає енергетичного забезпечення.

Однак більшість поживних речовин, метаболітів, іонів проникають у клітину за допомогою активного транспорту. Його також забезпечують білки-пермеази, але вони є високоспецифічними й здатні переносити тільки певні субстрати. Цей процес відбувається за рахунок енергії, яку генерує клітина, тому можливий перенос і проти градієнта концентрації речовини. Якщо цьому процесу передує певна хімічна модифікація молекули, його називають транслокацією хімічних груп. Виділяють також механізм іонного транспорту, при якому відбувається перенос у клітину окремих неорганічних іонів.

Речовини, що надходять через оболонку до цитоплазми клітини із зовнішнього середовища, не можуть виділятися через цю ж оболонку назад. Майже завжди процеси засвоєння поживних речовин та процеси біосинтезу в клітині переважають над процесами розпаду речовин протоплазми. Поступлення поживних речовин шляхом полегшеної дифузії відбувається за рахунок різниці осмотичного тиску у зовнішньому середовищі та в клітині. Осмотичний тиск - це тиск розчинених у воді речовин на стінки замкненої судини Чим більша різниця осмотичних тисків з обох сторін оболонки клітини, тим інтенсивніше дифундує через оболонку вода у розчин з більшим осмотичним тиском. Разом з водою через оболонку дифундують речовини. також є пасивна дифузія,яка відбувається без витрат енергії,низька швидкість,дифундує кисень,вода,жирні к-ти.