«Е.А. Скиба, Н.А. Шавыркина, М.Э. Ламберова ОСНОВЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ Допущено научно-методическим советом БТИ АлтГТУ для внутривузовского использования в качестве учебного пособия для студентов направлений ...»

(стрептококки Растут при 10 °С, в молоке с 0,3%-ной метиленосерологической вой сини. Клетки овальные, делятся в одной плосгруппы N) кости, образуя одиночные клетки, пары (диплококки) и цепочки клеток, d < 2,0 мкм Гетероферментативное сбраживание глюкозы с образованием D(–)-молочной кислоты, уксусной Лейкоиостоки pод Leuconostoc Гомоферментативное сбраживание глюкозы с образованием L(+)-, D(–)- или DL-молочной кислоПедиококки ты. Клетки делятся в двух плоскостях, образуя pод Pediococcus тетрады. Клетки сферические (не овальные), одиночные клетки встречаются редко, цепочек не Гомоферментативное сбраживание глюкозы с обЭнтерококки разованием L(+)-молочной кислоты. Клетки деpод Enterococcus (стрептококки серологической Гомоферментативное сбраживание глюкозы с образованием L(+)-молочной кислоты. Клетки деТермофильный стрептококк S. thermophilus бульоне с 2,0…3,0%-ной соли или рН 9,2 и в молоке с 0,3%-ной метиленовой сини Таблица 20 – Синонимы названий лактококков, используемых в молочной промышленности Lactococcus lactis subsp. lactis Streptococcus lactis Lactococcus lactis subsp. cremoris Streptococcus cremoris Lactococcus lactis subsp. lactis Streptococcus diacetylactis biovar. diacetylactis (Streptococcus acetoinicus) Таблица 21 – Дифференциация молочного, сливочного и диацетильного подвидов Lactococcus lactis роста, С соли Предельная кислотность в молоке, Т Таблица 22 – Виды энтерококков (р. Enterococcus) Е. gallinarum Е. hirae Е. maloduratus Е. mundtii Е. pseudoavium Е. raffinosus Е. saccharolyticus Е. seriolicida Е. solitarius Таблица 23 – Различия между лактококками, энтерококками и термофильным стрептококком Признак роста, ная Предельная 110…120 110…115 100…110 100…110 110… кислотность 4.3 Распространение молочнокислых бактерий в природе Молочнокислые бактерии – одна из широко распространенных в природе групп микроорганизмов – содержатся в филлосфере (на листьях, цветах, стеблях растений, овощах и фруктах). Среда обитания молочнокислых бактерий – почва, где они в наибольшем количестве концентрируются в верхних горизонтах, аккумулируются они и в ризосфере дикорастущих и особенно культурных растений.

Обитают молочнокислые бактерии в желудочно-кишечном тракте человека и животных. В большом количестве они содержатся в толстом кишечнике. Особенно богат ими кишечник долгожителей (старше 90 лет).

В природе необходимые для своей жизнедеятельности питательные вещества молочнокислые бактерии находят у живых (выделениях корней и надземных органов) и отмерших растений; в продуктах метаболизма почвенных и ризосферных микроорганизмов; в пищеварительном тракте человека и животных, используя его выделения и обитающих в нем микроорганизмов. Необходимо подчеркнуть, что молочнокислые бактерии обитают почти во всех растительных и животных материалах, которые человек вовлекал в сферу своей хозяйственной деятельности и которые содержат достаточное количество сбраживаемых углеводов, продукты распада белков, витамины.

4.4 Особенности метаболизма молочнокислых бактерий 4.4.1 Условия работы и питательные потребности Многие виды молочнокислых бактерий растут не только в анаэробных условиях, но и при доступе молекулярного кислорода. Однако в присутствии О2 у них не происходит переключения с брожения на аэробное дыхание и не изменяется способ синтеза АТФ (только путем субстратного фосфорилирования). Поэтому молочнокислые бактерии относят к категории аэротолерантных анаэробов.

Характерное свойство молочнокислых бактерий – высокая спиртоустойчивость: некоторые виды могут расти на средах с 15,0…18,0 % этилового спирта, а единичные – даже при 24,0 %. Способность расти в средах с низким значением рН также свойственна этим микроорганизмам: многие растут при рН от 5,5 до 8,8, некоторые при рН 2,9…3,2. Это дает им возможность преобладать в кислых субстратах.

Границы температур, в которых возможна жизнедеятельность молочнокислых бактерий, довольно широки. Для многих видов оптимальная температура 30…40 °С, но имеются и термофилы, растущие при 50 °С и выше. Некоторые молочнокислые бактерии способны расти при сравнительно низкой температуре (до 3 °С).

По потребности в питательных веществах молочнокислые бактерии относятся к наиболее сложным микроорганизмам. Из соединений углерода могут использовать незначительное количество веществ, служащих бактериям источником энергии (моно- и дисахариды, органические кислоты).

Молочнокислые бактерии, как правило, нуждаются в сложных органических соединениях азота. Они растут на средах с подобранными смесями аминокислот, ферментативными или кислотными гидролизатами белков – мяса, лактальбумина, казеина, различных сортов муки. Потребность в наборе и количестве отдельных аминокислот варьирует у различных видов. Большинству необходимы аргинин, цистеин, глутаминовая кислота, лейцин, фенилаланин, триптофан, тирозин, валин. Только некоторые молочнокислые бактерии (стрептококки) могут расти на средах, содержащих аммонийные соли в качестве единственных источников азота.

Большинству молочнокислых бактерий необходимы витамины (рибофлавин, тиамин, пантотеновая, никотиновая, фолиевая кислоты, пиридоксаль и др.). Этим в значительной мере объясняется влияние на рост бактерий добавок к средам различных растительных экстрактов (картофель, морковь, кукуруза и др.), дрожжевого автолизата и других витаминсодержащих соединений. Выраженная потребность отдельных штаммов молочнокислых бактерий в определенных витаминах и аминокислотах используется для определения этих соединений в разнообразных средах до восьми витаминов и до восемнадцати аминокислот.

Рост молочнокислых бактерий стимулируют и некоторые пептиды, пурины (аденин, гипоксантин, гуанин) и пиримидины (урацил, тимин и др.), жирные кислоты (уксусная, олеиновая), а также лимонная кислота (часто вводится в среды для выращивания бактерий).

4.4.2 Сбраживание углеводов Гомоферментативные молочнокислые бактерии сбраживают глюкозу по фруктозобисфосфатному пути, или пути Эмбдена– Мейергофа– Парнаса (ЭМП) (рисунок 9), сходному со спиртовым. Пируват, однако, не декарбоксилируется до ацетальдегида, как при спиртовом брожении, а используется непосредственно как акцептор электронов (водорода). Образование D(–)-молочной кислоты определяется наличием у молочнокислых бактерий D-лактатдегидрогеназы, L(+)молочной кислоты – наличием L-лактатдегидрогеназы, а DL-молочной кислоты – синтезом двух лактатдегидрогеназ различной стереоспецифичности.

У гетероферментативных бактерий отсутствуют такие ферменты ЭМП-пути, как фруктозо-1,6-бис-фосфатальдолаза и триозофосфатизомераза.

Рисунок 9 – Гомоферментативное молочнокислое брожение:

1 – гексокиназа; 2 – глюкозофосфатизомераза;

3 – фосфофруктокиназа; 4 – фруктозобисфосфатальдолаза;

5 – триозофосфатизомераза; 6 – дегидрогеназа 3фосфоглицеринового альдегида; 7 – 3-фосфоглицераткиназа; 8 – фосфоглицеромутаза;

9 – енолаза; 10 – пируваткиназа; 11 – лактатдегидрогеназа Начальное превращение глюкозы идет по пентозофосфатному пути до образования рибулозо-5-фосфата. Под действием эпимеразы последний превращается в ксилулозо-5-фосфат, который в реакции, катализируемой пентозофосфаткетолазой, расщепляется на 3-фосфоглицериновый альдегид и ацетилфосфат. Дальнейшее превращение 3-фосфоглицеринового альдегида происходит, как при гомоферментативном молочнокислом брожении (рисунки 9, 10). Из ацетилфосфата у одних бактерий образуется ацетат (реакция сопровождается синтезом АТФ), у других – восстанавливается до этанола через промежуточное образование ацетил-КоА и ацетальдегида. При гомоферментативном брожении на один моль сброженной глюкозы образуется два моля АТФ, при гетероферментативном – один моль АТФ.

Рисунок 10 – Гетероферментативное молочнокислое брожение:

1 – гексокиназа; 2 – глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа;

4 – рибулезо-5-фосфат-эпимераза; 5 – фосфокетолаза Кроме глюкозы, молочнокислые бактерии сбраживают и другие сахара. Так, многие гомо- и гетероферментативные виды (L. plantarum, L. brevis и др.) интенсивно используют пентозы, иногда даже активнее, чем глюкозу. Пентозы превращаются в D-ксилулозо-6-фосфат, затем расщепляющийся при участии фосфокетолазы – ключевого фермента гетероферментативного брожения – на ацетилфосфат и 3-фосфоглицериновый альдегид, дающие в итоге молочную и уксусную кислоты.

Гетероферментативные молочнокислые бактерии сбраживают фруктозу, поскольку у них имеется маннитдегидрогеназа, осуществляющая восстановление фруктозы до маннита. Продукты сбраживания фруктозы – лактат, ацетат, маннит и углекислый газ.

Суммарное стехиометрическое уравнение:

Гомоферментативные (S. lactis subsp. diacetilactis и др.) и гетероферментативные (Leuc. dextranicum и др.) молочнокислые бактерии сбраживают лимонную кислоту с образованием, помимо других продуктов, диацетила – ароматического вещества, обусловливающего характерный приятный запах сливочного масла. В реакции, катализируемой цитрат-лиазой – ключевым ферментом брожения цитрата, последний распадается на ацетат и оксалоацетат (см. рисунок 9). Ацетат выделяется во внешнюю среду, а оксалоацетат декарбоксилируется с образованем пирувата. Диацетил синтезируется в результате реакции ацетил-КоА с «активным ацетальдегидом» (комплекс фермент – оксиэтилтиаминпирофосфат). При восстановлении диацетила ацетоиндегидрогеназой образуется ацетоин по уравнению:

СН3 – СО – СО – СН3 + НАДН2 СН3 – СН – СО – СН3 + НАД+ 4.4.3 Выделение и хранение Сложные питательные потребности самих молочнокислых бактерий создают значительные трудности при их выделении и особенно количественном учете в различных природных и производственных субстратах. К тому же многие представители этой группы бактерий растут очень медленно и «заглушаются» сопутствующими микроорганизмами. Достаточно сложно и хранение чистых культур, так как они легко теряют свою активность и производственно ценные свойства.

Рисунок 11 – Образование молочнокислыми бактериями 1 – цитрат-лиаза; 2 – оксалоацетатдекарбоксилаза; 3 – неофарактеризованный фермент; 4 – пируватдегидрогеназный комплекс; 5 – лактатдегидрогеназа; 6 – диацетилсинтаза;

ТПФ-Е – фермент, содержащий тиаминпирофосфат Для выделения молочнокислых бактерий используют среды, обеспечвающие в должной мере их питательные потребности и угнетающие рост посторонних микроорганизмов. Последнее достигается применением различных веществ, например: азида натрия, ацетата таллия, сорбиновой и уксусной кислоты, этилового спирта, а также снижением рН среды. Выделение молочнокислых бактерий (особенно, когда они превалирующие в субстрате), учет и культивирование их успешно осуществляют, например, на среде МРС следующего состава (%): дрожжевой экстракт – 0,5; мясной экстракт – 1,0; пептон – 1,0;

глюкоза – 2,0; лимоннокислый аммоний – 0,2; уксуснокислый натрий – 0,5; твин-80 – 0,1; К2НРО4 – 0,2; MgSO47H2O – 0,02; MnSO44H2O – 0,05; рН 6,2…6,6. Готовят среду МРС на гидролизованном молоке, разведенном в два раза дистиллированной водой. Применяют также среду МРС-1: на 1 л среды (в отличие от среды МРС) добавляют 0,2 г цистеина, 50 мл дрожжевого автолизата и 100 мл печеночного экстракта.

Молочнокислые бактерии можно выделять также на среде другого состава (%): растительный (капустный, морковный) отвар – 10;

дрожжевой автолизат – 1,0; пептон – 1,0; глюкоза – 2,0; этиловый спирт – 8,0…16,0 (подавляет рост посторонних им микроорганизмов).

Спирт следует вносить в засеянную испытуемым субстратом жидкую среду через 18…24 ч культивирования. Из жидкой среды производят высев на агаризованную среду того же состава, но без спирта, в которую добавляют 4,0 % измельченного мела. Молочнокислые бактерии, при росте на данной среде, образуют вокруг колоний зоны просветления, обусловленные превращением нерастворимого углекислого кальция в растворимый лактат кальция. Известны и многие другие среды.

Выделение некоторых молочнокислых бактерий следует проводить в атмосфере, содержащей 90,0 % Н2 и 10,0 % СО2.

Для длительного хранения молочнокислые бактерии замораживают при температуре жидкого азота; при посеве уколом в столбик, например, полужидкой среды МРС-1, содержащей до 0,25 % глюкозы или посева в другие среды (молоко с мелом и др.), а также на питательных средах того или иного состава, к которым добавляют 8,0…12,0 % этилового спирта.

МОДУЛЬ 5. ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ

5.1 История использования Многие направления практического использования молочнокислых бактерий возникли в глубокой древности, когда человек стихийно начал применять их в повседневной жизни. Первые научные исследования этих микроорганизмов были проведены Л. Пастером; результаты их опубликованы в 1857 г. С тех пор молочнокислые бактерии постоянно привлекают к себе внимание исследователей. На основе их использования создаются и развиваются крупные отрасли народного хозяйства. Успешно разрабатываются также способы борьбы с теми молочнокислыми бактериями, которые наносят урон пищевой и бродильной промышленности.

5.2 Молочная промышленность Свежее молоко при обычных условиях получения содержит микроорганизмы (несколько тысяч в 1 мл), источником которых могут быть вымя, кожа животных, посуда и аппаратура, воздух и обслуживающий персонал. При плохих санитарных условиях количество бактерий в молоке может достичь сотен тысяч и миллионов в 1 мл.

В молоке, полученном при соблюдении санитарных правил, преобладают микрококки и небольшое количество энтерококков. Загрязненное молоко обсеменено энтеробактериями, молочнокислыми и гнилостными бактериями. Длительное хранение молока при температуре выше 10 °С ведет к смене развития в нем определенных групп микроорганизмов, которая очерчивается несколькими фазами.

Бактерицидная фаза характеризуется тем, что после дойки в молоке не отмечается размножение бактерий, благодаря действию таких веществ, как лактенин 1 и лактенин 2. Продлить эту фазу можно путем немедленного охлаждения молока после доения.

Фаза смешанной микрофлоры характеризуется развитием всех групп микроорганизмов, имеющихся в молоке. К концу фазы молочнокислые бактерии преобладают над остальными микроорганизмами.

Фаза молочнокислых бактерий определяется преимущественным развитием данных микроорганизмов, вызывающих сквашивание молока. При его хранении молочнокислые стрептококки отмирают, а количество молочнокислых палочек постепенно увеличивается.

Фаза дрожжей и мицелиальных грибов наступает при развитии этих микроорганизмов в молоке, имеющем высокую кислотность.

Последняя постепенно снижается, благодаря жизнедеятельности грибов, что создает благоприятные условия для развития гнилостных микроорганизмов, разлагающих белки молока.

Для сохранения молока применяют тепловую обработку, включающую пастеризацию или стерилизацию. Пастеризацию проводят при различных режимах, например, при 63…65 °С в течение 30 минут, при 74…76 °С в течение 15…20 с и при 85…87 °С без выдержки. Эффективный способ повышения стойкости молока – стерилизация, обычно осуществляемая при 105…115 °С в течение около 30 минут.

Молочнокислое брожение играет ведущую роль при получении многих кисломолочных продуктов, масла, сыра.

Для обеспечения активного брожения применяют жидкие или сухие закваски, в состав которых входят чистые культуры определенных видов молочнокислых бактерий. Подбирая компоненты заквасок, необходимо учитывать специфические свойства приготавливаемого продукта: характер взаимоотношения между компонентами заквасок;

устойчивость молочнокислых бактерий к присутствующим в молоке естественным ингибиторам, обусловливающим его бактерицидность;

устойчивость к антибиотикам и ряду дезинфицирующих веществ, находящихся в молоке.

Важно, чтобы молочнокислые бактерии заквасок были устойчивы к бактериофагам. Фаги стрептококков молочной группы широко распространены в сборном сыром молоке, пастеризованном молоке, сыворотке сырного чана, пахте. В производственных заквасках обнаружены фаги, активные в отношении лактобацилл (например, L. helveticus, L. lactis), используемых при приготовлении сыров, а также йогурта. Естественным источником бактериофагов являются почва и растения, а в молоко они попадают из кормов, с кожи и вымени животных и т.д. В производственных условиях инактивация фага достигается нагреванием молока при 90 °С не менее 30 минут. Чередование заквасок, включающих неродственные по фагочувствительности штаммы, – обоснованное мероприятие по борьбе с накоплением фага в производстве.

Приготовление кисломолочных изделий основывается на использовании специфических для каждого изделия заквасок. Так, например, при получении простокваши обыкновенной применяют Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. lactis biovar. diacetilactis.

Эти виды, а также Lactococcus lactis subsp. cremoris вводят в закваски и для получения сметаны. Творог изготавливают с применением L. lactis subsp. lactis, L. lactsi subsp. lactis biovar. diacetilactis; для ускоренного получения продукта используют равные количества и термофильных S. thermophilus и мезофильных стрептококков; сквашивание ведут при 38…40 °С.

На использовании термофильных стрептококков и лактобацилл (Lactobacillus dilbrueckii subsp. bulgaricus) основано приготовление напитков «Южный», «Снежок», ряженки, варенца. Йогурт также изготавливают с применением этих бактерий.

Ацидофильное молоко и ацидофильную пасту получают сквашиванием пастеризованного молока Lactobacillus acidophilus. Ряд продуктов – кефир, кумыс, чал, курунга и др. – готовят с использованием многокомпонентных заквасок, в которые кроме молочнокислых бактерий вводят дрожжи, а часто и уксуснокислые бактерии. В кумысе выявляют обычно L. dilbrueckii subsp. bulgaricus, S. thermophilus, Saccharomyces lactis, Sacch, cartilaginosus, Acetobacter aceti.

Для производства кефира в качестве закваски используют «кефирные грибки», а также искусственные закваски. Считают, что тело грибка представляет собой переплетение нитевидных грамположительных бактерий; на поверхности грибка, в уплотненном слое, находятся дрожжи и молочнокислые стрептококки, а во внутреннем рыхлом ячеистом слое – уксуснокислые бактерии. В состав подобранных для кефира заквасок вводят молочнокислые бактерии, дрожжи и уксуснокислые бактерии; последние способствуют созданию густой консистенции закваски и кефира, а также специфического вкуса.

В закваски для приготовления кислосливочного масла вводят L. lactis subsp. lactis, L. lactis subsp. cremoris как кислотообразователи, a L. lactis subsp. lactis biovar. diacetilactis как продуцент ароматических веществ (диацетила, ацетоина); последние иногда накапливаются до 10…30 мг/л молока. При получении масла поточным способом при 30 °С хорошие результаты дает применение закваски, состоящей из L. dilbrueckii subsp. bulgaricus, L. acidophilus и L. lactis subsp. lactis biovar. diacetilactis, а также закваски, включающей S. thermophilus и L. lactis subsp. lactis biovar. diacetilactis.

Созревание сыров происходит под воздействием сычужного фермента и протеаз молочнокислых бактерий, которые уже с момента прессования сырной массы являются основными среди микроорганизмов, входящих в сыры. Установлена ведущая роль молочнокислых бактерий в протеолитическом расщеплении белков в процессе созревания сыров. Они играют также некоторую роль в созревании сыра, расщепляя жир молока. Имеется прямая зависимость между степенью созревания сыра, его вкусом, ароматом и содержанием в нем свободных аминокислот, накапливаемых протеолитически активными молочнокислыми бактериями. Считают, что ведущая роль в образовании характерного вкуса и запаха сыра все же принадлежит продуктам превращения аминокислот. Лейцин и валин могут служить предшественниками 3-метилбутанола и 2-метилпропаната – соединений, придающих специфический вкус сыру чеддер. Определенная роль в создании вкуса сыра принадлежит органическим (в том числе летучим) кислотам, образуемым молочнокислыми бактериями. Газообразующие штаммы последних (не только пропионовокислые бактерии) создают в некоторых сырах рисунок – глазки. Роль молочнокислых бактерий в сыре сводится и к подавлению развития нежелательных микроорганизмов (маслянокислых бактерий). Для сырных заквасок подбирают протеолитически активные штаммы молочнокислых бактерий, состав последних определяется технологией приготовления сыра.

5.3 Биологическое консервирование Применение молочнокислых бактерий в бродильных производствах было рассмотрено ранее.

Молочнокислое брожение используется человеком для консервирования различных растительных продуктов питания – квашения. Этот способ их хранения обладает рядом достоинств: в продукты, как правило, не вводятся химические консерванты и они не подвергаются большим термическим воздействиям. Сохранение продукта достигается благодаря развитию в нем молочнокислых бактерий. Вещества, образующиеся в процессе их жизнедеятельности (особенно молочная кислота), оказывают подавляющее воздействие на микроорганизмы – потенциальные возбудители порчи (гнилостные, маслянокислые и др.).

Квашеные овощи и фрукты приобретают приятные органолептические свойства и оказывают полезное воздействие на организм человека.

Молочнокислое брожение находит широкое применение и для биологического консервирования различных кормовых растительных материалов – силосования. В настоящее время в нашей стране оно приобрело крупные, по сути, промышленные масштабы.

Силосование – сложный микробиологический процесс. С растительной массой в силосохранилище попадает огромное количество разнообразных микроорганизмов. Во время силосования на отмерших растениях многие из них начинают бурно размножаться. Питательной средой для микроорганизмов при этом служат главным образом соки растений. Одна из основных задач техники силосования – создание условий для жизнедеятельности молочнокислых бактерий и подавления вредных микроорганизмов.

После закладки растительной массы в силосные сооружения и плотной утрамбовки аэробные бактерии начинают быстро отмирать.

Активно размножаются бактерии, способные к росту в анаэробных условиях, – представители энтеробактерий, Clostridium, Bacillus, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus и Lactobacillus. В первые дни после закладки в силосе из группы молочнокислых бактерий доминируют кокки (педиококки, S. faecalis, S. faecium, S. faecalis subsp. liquefaciens, Leuc. mesenteroides). Появляются в этот период и молочнокислые палочки – L. brevis, L. casei, L. fermentii, L. plantarum. Особо важную роль играют стрептококки; они способны конкурировать с грамотрицательными бактериями в начальный период силосования.

В период силосования от 8 до 15 сут доминирующие в начале брожения стрептококки вытесняются, увеличивается количество педиококков, лейконостоков и гомоферментативных, а позже гетероферментативных лактобацилл. В основной и конечной стадиях брожения силосов ведущую роль играют палочковидные молочнокислые бактерии (L. brevis, L. plantarum) и педиококки.

Постепенное уменьшение общего числа бактерий, начинающееся после 15 сут силосования, охватывает период приблизительно в 60 сут Количество микроорганизмов за это время снижается до 1 млн в 1 г (в период 1…8 сут при 22…40 °С может достигать миллиарда).

Направленность микробиологических процессов в растительной массе, заложенной в силосные сооружения, определяется рядом факторов. В силосе с небольшим количеством сахара рост молочнокислых бактерий прекращается в более ранние сроки, чем в силосе с высоким содержанием сахара. Внесение дополнительных питательных веществ (мелассы, сахарной муки, муки и солода) в силосную массу, состоящую из малосахаристых растительных материалов, для направленного стимулирования развития этих микроорганизмов давно успешно используется в практике.

В последние годы большое внимание уделяется приготовлению сенажа. Биологическому консервированию в силосных сооружениях при этом подвергается измельченная растительная масса, предварительно подсушенная (подвяленная) чаще всего до 55,0…65,0%-ной влажности. Относительная сухость, создаваемая в сенаже, замедляет развитие молочнокислых бактерий, а также оказывает губительное влияние на рост нежелательных микроорганизмов.

Применение заквасок чистых культур молочнокислых бактерий особенно результативно при силосовании относительно трудносилосилируемых растений.

Штаммы молочнокислых бактерий, селекционированные для силосования, размножают в производственных условиях, готовят из них высушенные препараты и вносят вместе с небольшим количеством воды в измельченную растительную массу в момент закладки ее в силосное сооружение.

Для силосования используют штаммы (L. plantarum, L. casei, L. lactis subsp. lactis biovar. diacetilactis и др.), обладающие значительной ферментативной активностью. Хорошие результаты достигаются при использовании препаратов, в состав которых входит S. faecium совместно с лактобациллами. При кормлении животных силосом, приготовленным на этих бактериях, лучше подавляется рост вредных микроорганизмов в кишечном тракте, возрастают привесы.

За рубежом предложено несколько патентных препаратов, в состав которых, помимо молочнокислых бактерий, включены другие микроорганизмы и ферменты. Сообщается об эффективном использовании их при силосовании.

Квашение капусты осуществляется в присутствии поваренной соли. Ее добавляют к нарезанной капусте в количестве 1,5 %. Добавка соли позволяет извлечь сок из растительных тканей, подавить развитие нежелательных микроорганизмов и этим способствует жизнедеятельности молочнокислых бактерий.

В подготовленной для квашения капусте через несколько часов при самопроизвольном брожении развиваются энтеробактерии и другие виды, способствующие образованию ряда продуктов (муравьиной, уксусной кислот, небольшого количества молочной и янтарной кислот, этанола и газообразных соединений), придающих ей специфический запах. Вскоре начинают быстро размножаться молочнокислые гетероферментативные кокки (Leuc. mesenteroides и др.); они становятся преобладающими к концу 2–3-х суток брожения. Именно эти организмы считают ответственными за запах доброкачественного продукта. Кроме молочной кислоты, кокки образуют уксусную кислоту, этиловый спирт, эфиры, СО2, маннит; присутствие последнего придает капусте горьковатый привкус.

Через 4…6 сут брожения кокковые формы сменяются в основном гомоферментативными молочнокислыми палочками (L. plantarum и др.), которые накапливают до 1,5…2,0 % кислоты и доводят процесс молочнокислого брожения до конца. L. plantarum используют маннит и этим устраняют горький привкус капусты.

Применение заквасок молочнокислых бактерий при квашении капусты, так же как и при силосовании кормов, дает положительные результаты. При удачном подборе заквасок и правильном их применении улучшаются органолептические свойства капусты, при длительном хранении в ней лучше сохраняются питательные вещества и витамины. Закваску равномерно разбрызгивают по шинкованной капусте во время ее загрузки в емкости. Брожение проводят при 22…24 °С в течение 3–4 сут до накопления 0,6 % молочной кислоты, затем капусту герметизируют и хранят при низкой температуре (лучше – 4…1 °С).

Соление огурцов – один из наиболее широко распространенных приемов их консервирования. Отобранные овощи заливают рассолом (6,0…8,0 % поваренной соли, в зависимости от размеров огурцов) и добавляют различные специи. Залитые рассолом огурцы в бочках оставляют на специальных площадках для прохождения предварительной ферментации (как правило, при 20…25 °С на 24…48 сут).

Ферментация считается законченной после накопления в рассоле 0,3…0,4 % молочной кислоты. После предварительного брожения бочки с огурцами хранят при низкой температуре в холодильниках, ледниковых буртах или в траншеях со льдом и т.д., где в течение 40…45 сут происходит дальнейшее накопление молочной кислоты (до 1,0 %).

Кроме молочной кислоты, готовые соленые огурцы содержат уксусную кислоту и спирт, следы глицерина и маннита, небольшие количества ароматических веществ. Использование при засолке огурцов заквасок молочнокислых бактерий дает положительные результаты, но еще не широко применяют на практике.

Квашение яблок также основано на применении молочнокислого брожения. Яблоки в емкостях рекомендуется заливать рассолом, содержащим до 1,5 % поваренной соли, 3,0 % сахара, 1,0 % ячменного или ржаного солода (в виде солодового сусла), 0,25 % сухой горчицы.

В благоприятных температурных условиях (12…19 °С) предварительная ферментация проходит в течение 8…10 сут, при этом в рассолах накапливается 0,3…0,4 % молочной кислоты. Затем яблоки помещают в погреб или холодильник, где молочнокислое брожение продолжается до образования 0,6…1,5 % молочной кислоты. Хорошие результаты дает использование в этом процессе молочнокислых бактерий L. plantarum и холодостойкой шампанской расы дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Закваски добавляют в количестве 0,5 %. Соленые яблоки, приготовленные в производственных условиях с применением чистых культур микроорганизмов, имеют значительно лучшие показатели, чем засоленные без заквасок.

При засолке яблок, помидоров, свеклы, маслин и других овощей спонтанное молочнокислое брожение протекает с участием тех же видов микроорганизмов, о которых упоминалось выше при описании процессов заквашивания других растительных продуктов.

Молочнокислые бактерии развиваются при так называемом «мокром» способе обработки кофе. Определенную роль они играют и в процессе замачивания зерна при производстве кукурузного крахмала.

Молочнокислое брожение протекает также при получении кваса.

Процессы брожения играют важную роль при производстве таких продуктов питания, как корейское «кимчи», получаемого при сбраживании китайской капусты, редиса и других овощей; индийского «идли» – кислых лепешек из риса и неочищенного черного горошка, филиппинских «путо» – кислых рисовых лепешек, нигерийского «оги» – кислой каши из кукурузы, сорго или проса, «гари» – крапчатого крахмалистого продукта из корней маниока и других национальных пищевых продуктов.

5.4 Мясная и рыбная промышленность Молочнокислые бактерии находятся в мясных продуктах, как прошедших термическую обработку, так и охлажденных. Посолочные ингредиенты, в частности поваренная соль, не подавляют рост тех из них, которые обладают устойчивостью к высокой концентрации соли (16,0…24,0 % NaCl).

Важна роль молочнокислых бактерий при приготовлении сырокопченых («ферментативных») колбас. Бактерии придают им специфический букет, резко подавляют рост гнилостных микроорганизмов, оказывают благоприятное влияние на консистенцию, связанность и цвет фарша. Количество молочнокислых бактерий возрастает во время созревания колбас. В хорошо высушенной колбасе содержатся почти исключительно лактобациллы. В свиных копченых мясных продуктах (бекон, окорок, грудинка, корейка) после посола также преобладают молочнокислые бактерии; большое число их обнаружено в заливочных рассолах, используемых для сокращенных и длительных посолов окороков.

Селекционированы штаммы педиококков, стрептококков и лактобацилл, применяемые как компоненты заквасок для сухих и сырокопченых колбас. Бактериальная закваска (L. lactis subsp. lactis и L. plantarum) рекомендована к применению при посолке окороков.

Молочнокислые бактерии играют роль в созревании посоленной рыбы. Сельдевые после посола в процессе хранения приобретают новый букет и новые вкусовые качества, очевидно, благодаря развитию гетероферментативных ароматообразующих кокков.

Leuc. mesenteroides, L. plantarum, Pediococcus sp. используют для приготовления национального блюда жителей Филиппин, включающего мясо, рыбу, а также рис. Микробиологические процессы в рыбных силосах (измельченная рыба, солодовая и зерновая мука) близки к процессам, протекающим в силосах из зеленых кормов.

5.5 Получение молочной кислоты Молочная кислота широко применяется в ряде отраслей народного хозяйства и медицины. Преимущество микробиологического способа получения ее перед химическим состоит в возможности направленного синтеза определенного изомера кислоты, например, изомера L(+).

Разделение смеси изомеров молочной кислоты, производимой на основе химического синтеза, технически сложно и существенно удорожает производство.

При производстве молочной кислоты применяют разные виды молочнокислых бактерий, что обусловлено составом сбраживаемого сырья. В России пищевую молочную кислоту получают с помощью L. delbrueckii на среде, составленной из нескольких компонентов: кормовая или рафинадная патока, солодовые ростки и фосфорнокислый аммоний. Процесс проходит при 49…50 °С. Для получения молочной кислоты с помощью L. delbrueckii subsp. bulgaricus возможно использовать молочную сыворотку, а при применении L. brevis сырье, содержащее пентозы, – гидролизаты кукурузных кочерыжек, стеблей соломы и др.

Молочную кислоту в промышленных условиях получают методом анаэробной глубинной ферментации. Концентрация сахара в среде должна быть 5…20 %, температура 44…50 оС, рН 6,3…6,5. Во время ферментации рН среды поддерживают, добавляя мел. Через 6…7 сут культивирования в среде остается 0,5…0,1 % сахаров и 11…14 % лактата кальция. Из 100 г сахаров получают 80…90 г лактата. Осадок мела и коллоиды отделяют фильтрацией. Фильтрат упаривают до концентрации 27…30 %, затем охлаждают до 25…30 оС и выдерживают в кристаллизаторах 36…48 ч. Кристаллы лактата отделяют центрифугированием. Молочную кислоту из лактата получают при помощи серной кислоты. Реакция идет при 60…70 оС в соответствии с уравнением:

Для отделения ионов железа молочную кислоту (сырец) при температуре 65 оС обрабатывают желтой кровяной солью. Тяжелые металлы осаждают сульфатом натрия. Молочную кислоту обрабатывают активированным углем, фильтруют и фасуют. Конечный продукт – в виде жидкого концентрата молочной кислоты.

Молочную кислоту применяют для приготовления джемов, в которых она способствует хорошей консистенции. Молочная кислота как регулятор рН, улучшитель вкуса применяется в производстве многих сыров, квашении капусты, в сухом концентрате кваса. В хлебобулочном производстве молочная кислота и лактаты увеличивают объем мякиша и улучшают корку хлеба при использовании муки низкого качества. Способность лактатов удерживать влагу применяют в производстве колбас, сыров, детского питания. Молочную кислоту также используют для ускорения получения молочно-белкового сгустка при производстве творога.

5.6 Получение декстрана Декстран (глюкан), образуемый в большом количестве Leuc. mesenteroides, применяются в пищевой промышленности в качестве стабилизатора при приготовлении сахарных сиропов, кондитерских изделий, мороженого и др. В медицинской практике используют препарат полиглюкан – среднемолекулярную фракцию частично гидролизованного декстрана, растворенную в изотоническом растворе NaCl. Для получения декстрана применяют селекционированные штаммы Leuc.

mesenteroides. Технологический процесс проводят при выращивании бактерий на очищенных средах с сахарозой. Найдены штаммы L. Brevis – активные продуценты D-глюкозоизомеразы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Модуль 1. Основы получения продуктов 1. Какие требования предъявляют к промышленным штаммам микроорганизмов?

2. Какие группы микроорганизмов применяют на практике?

3. Охарактеризуйте дрожжи. В каких производствах они применяются?

4. Охарактеризуйте мицелиальные грибы. В каких производствах они применяются?

5. Охарактеризуйте бактерии. В каких производствах они применяются?

6. Охарактеризуйте актиномицеты. В каких производствах они применяются?

7. Перечислите соединения, синтезируемые микроорганизмами в промышленном масштабе.

8. Что такое первичные метаболиты?

9. Что такое вторичные метаболиты?

10. Перечислите основные стадии биотехнологических производств.

11. Охарактеризуйте стадию приготовления питательной среды.

12. Охарактеризуйте стадию получения посевного материала.

13. Охарактеризуйте стадию культивирования.

14. Охарактеризуйте стадии выделения и очистки целевого продукта.

15. Приведите принципиальную биотехнологическую схему производства продуктов микробиологического синтеза. Дайте пояснения.

16. Перечислите основные факторы, влияющие на жизнедеятельность микроорганизмов.

17. На какие группы делятся микроорганизмы, в зависимости от источника углерода или азота?

18. Какой процесс называют ассимиляцией, диссимиляцией?

19. Как классифицируют микроорганизмы в соответствии с диапазоном температур их роста? Приведите температурные интервалы для каждой группы.

20. Приведите температурные диапазоны для развития микроорганизмов, участвующих в процессах брожения, и сопутствующей микрофлоры.

21. Какой величиной выражают кислотность среды? В каких пределах она может изменяться?

22. На какие группы делятся микроорганизмы по отношению к реакции среды?

23. Какие промышленные микроорганизмы и сопутствующая микрофлора, участвующие в процессах брожения, являются ацидофильными? Нейтрофильными?

24. Какие организмы называют облигатными аэробами, микроаэрофилами, облигатными анаэробами? Дайте определение факультативных аэробов (анаэробов).

25. Как называют анаэробный тип метаболизма? Приведите примеры. Как называют аэробный тип метаболизма? Приведите примеры.

26. Какова максимальная концентрация водорода в среде, переносимая микроорганизмами? Какова концентрация насыщения воды кислородом? Какие негативные процессы протекают в клетке в случае превышения допустимой концентрации?

27. Какой показатель характеризует степень окисления и восстановления среды? В каких пределах он может изменяться?

28. Что такое окислительно-восстановительный потенциал? Как он связан со степенью окисления среды?

29. В каких пределах rH2 могут существовать и развиваться облигатные анаэробы, факультативно-аэробные формы, строгие аэробы?

30. Как определяется активность воды?

31. Охарактеризуйте мутуализм как тип взаимоотношений между микроорганизмами.

32. Охарактеризуйте синергизм как тип взаимоотношений между микроорганизмами.

33. Охарактеризуйте комменсализм как тип взаимоотношений между микроорганизмами.

34. Охарактеризуйте метабиоз как тип взаимоотношений между микроорганизмами.

35. Охарактеризуйте антагонизм как тип взаимоотношений между микроорганизмами.

36. Охарактеризуйте паразитизм как тип взаимоотношений между микроорганизмами.

37. Что такое производственная инфекция и каковы источники ее попадания на производство?

38. Какова роль воздуха в возникновении очагов инфекции на производстве? Перечислите требования к воде и воздуху производственных помещений.

39. Перечислите основные виды дезинфекции, применяемые на пищевых предприятиях.

40. Охарактеризуйте механические способы дезинфекции.

41. Охарактеризуйте физические способы дезинфекции.

42. Охарактеризуйте химические способы дезинфекции.

Модуль 2. Общая характеристика дрожжей 43. Как характеризуются дрожжи, согласно классификации аскомицетовых (сумчатых) грибов?

44. Перечислите способы размножения дрожжей.

45. Как и в каких условиях происходит спорообразование у дрожжей?

46. Охарактеризуйте всевозможные формы клеток и их размеры.

Дайте описание колоний Saccaromyces cerevisiae.

47. Каково строение клеточной стенки дрожжевой клетки?

48. Опишите строение цитоплазматической мембраны дрожжей.

49. Дайте характеристику цитоплазмы дрожжевой клетки.

50. Опишите строение митохондрий дрожжевой клетки.

51. Охарактеризуйте эндоплазматический ретикулум дрожжевой клетки.

52. Каково строение рибосом дрожжей?

53. Дайте описание строения и функций ядра клетки.

54. Охарактеризуйте строение и функции аппарата Гольджи дрожжевой клетки.

55. Что такое вакуоли и каковы их функции в клетке?

56. Дайте характеристику запасных клеточных веществ (волютина, гликогена).

57. Опишите процессы, происходящие при аэробном и анаэробном культивировании дрожжей.

58. Каким образом происходит питательное превращение углеводов в клетке?

59. Перечислите углеводы, которые способны метаболизировать дрожжи рода Saccaromyces. Каково отношение данного рода к нитратам?

60. Какие дрожжи относят к расам низового брожения? При какой температуре они функционируют в производстве?

61. Какие дрожжи относят к расам верхового брожения? При какой температуре они функционируют в производстве?

62. Как подразделяются дрожжи по характеру поведения в бродильной среде? Дайте их описания.

Модуль 3. Промышленное использование дрожжей 63. Какие продукты питания получают с помощью брожения?

Перечислите используемые при этом микроорганизмы.

64. Перечислите продукты микробного синтеза, получаемые с помощью процессов брожения, назовите продуценты.

65. Перечислите и охарактеризуйте виды сырья, используемые для производства пищевого и технического спирта.

66. Перечислите и охарактеризуйте стадии производства спирта.

67. Каким требованиям должны отвечать спиртовые дрожжи, используемые при сбраживании крахмалистого сырья? Охарактеризуйте производственную расу Saccaromyces cerevisiae XII.

68. Каким требованиям должны отвечать спиртовые дрожжи, используемые при сбраживании крахмалистого сырья? Охарактеризуйте дрожжи рас Я и В Saccaromyces cerevisiae.

69. Опишите производство технического спирта из растительных гидролизатов. Какие дрожжи используют в этих производствах?

70. Охарактеризуйте технический спирт, получаемый из сульфитных щелоков. Какие расы дрожжей для этого используют?

71. Что является сырьем для производства красного и белого вина?

72. Охарактеризуйте процесс приготовления вина.

73. Что такое вторичное виноделие? Опишите процесс производства шампанского.

74. Что такое пиво и какие стадии включает процесс его производства?

75. Перечислите технологические характеристики пивных дрожжей. Какие расы дрожжей используют в пивоварении?

76. Охарактеризуйте два типа брожения в пивоварении.

77. Какие микроорганизмы играют роль в брожении теста? Каковы для них благоприятные условия и питательные вещества в тесте?

78. К какому виду относятся хлебопекарные дрожжи? Назовите отличительные особенности хлебопекарных дрожжей по сравнению с используемыми в бродильной промышленности.

79. Опишите стадии производства хлебопекарных дрожжей.

80. Перечислите требования, предъявляемые к хлебопекарным дрожжам.

81. Опишите технологию получения жидких заквасок для хлебопекарной промышленности.

82. Какой напиток называется хлебным квасом и как его производят?

83. Какие микроорганизмы используются для производства хлебного кваса?

84. Какие вещества образуются в процессе брожения при производстве хлебного кваса?

85. Какие роды дрожжей присутствуют в свежевыдоенном молоке?

86. Для производства каких кисломолочных напитков используют дрожжи? Перечислите виды дрожжей.

87. Перечислите преимущества дрожжевого белка.

88. Опишите технологию выделения и очистки дрожжевого белка.

89. Опишите технологию культивирования дрожжей на углеводородах нефти.

90. Охарактеризуйте особенности выращивания дрожжей при использовании в качестве источника углерода молочной сыворотки, низших спиртов и гидролизатов растительного сырья.

91. Охарактеризуйте наиболее часто встречающиеся виды молочнокислых бактерий – вредителей бродильных производств.

92. Конкретизируйте вредное влияние отдельных видов молочнокислых микроорганизмов на бродильные производства.

93. Дайте характеристику уксуснокислых бактерий. Какой вред они причиняют бродильным производствам и как их обнаруживают?

94. Дайте характеристику маслянокислых бактерий. Какой вред они причиняют бродильным производствам и как их обнаруживают?

95. Дайте характеристику метаболизма гнилостных бактерий.

96. Дайте характеристику гнилостных факультативных анаэробов. Какой вред они причиняют бродильным производствам?

97. Дайте характеристику гнилостных аэробов. Какой вред они причиняют бродильным производствам?

98. В чем заключается вредное влияние штаммов диких дрожжей и как они попадают на производство?

99. Какие виды дрожжей вызывают порчу хлебопекарных изделий и как она проявляется?

100. Какой вред сахарному производству наносят некоторые виды дрожжей?

101. Перечислите основных возбудителей порчи плодовоягодных соков и безалкогольных напитков. Опишите вред, причиняемый ими.

102. Какой вред наносят дрожжи молочной и маргариновой промышленности?

103. Дайте общую характеристику молочнокислых бактерий. На какие две группы они делятся, в чем различие между ними?

104. Дайте характеристику роду Lactobacillus: виды, признаки.

105. Дайте характеристику роду Leuconostoc: виды, признаки.

106. Дайте характеристику роду Pediococcus: виды, признаки.

107. Дайте характеристику роду Streptococcus: виды, признаки.

108. В каких субстратах распространены молочнокислые микроорганизмы?

109. Охарактеризуйте молочнокислые бактерии по отношению к молекулярному кислороду, к содержанию этилового спирта в среде.

110. Дайте характеристику питательных потребностей молочнокислых бактерий.

111. Какой путь метаболизма глюкозы характерен для гомоферментативных форм молочнокислых бактерий? Приведите схему.

112. Какой путь метаболизма глюкозы характерен для гетероферментативных форм молочнокислых бактерий? Приведите схему.

113. Какие сахара способны сбраживать молочнокислые микроорганизмы?

114. Как образуется диацетил молочнокислыми микроорганизмами?

115. Охарактеризуйте среды, используемые для хранения молочнокислых бактерий.

Модуль 5. Промышленное использование 116. Как изменяется микрофлора сырого молока?

117. Дайте характеристику заквасок, применяемых в молочной промышленности.

118. Какие микроорганизмы используют для приготовления кисломолочных продуктов: напитков, масла, сыров?

119. Охарактеризуйте роль молочнокислых бактерий в производстве хлебопродуктов.

120. Какую роль играют молочнокислые бактерии при силосовании кормов?

121. Как молочнокислые микроорганизмы используются для биологического консервирования?

122. Охарактеризуйте роль молочнокислых бактерий при производстве хлебного кваса.

123. Как используют молочнокислые бактерии при производстве этилового спирта?

124. Как используют молочнокислые бактерии в мясной и рыбной промышленности?

125. Каким образом производят молочную кислоту?

126. Какие микроорганизмы используют для получения декстрана? Где он применяется?

ТЕСТЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. Каким требованиям должен отвечать промышленный штамм?

а) размер клеток должен быть менее 5 мкм;

б) желательно, чтобы он был термофильным, ацидофильным (алкалофильным);

в) клетки микроорганизмов должны быть неподвижны;

г) должны расти на дешевых субстратах;

д) быть устойчивы к фаговым и другим типам инфекций;

е) расти только на пищевом сырье.

2. Установить соответствие:

4. Бактерии родов Acetobacter, В. Для производства аминоGluconacetobacter кислот 8. Бактерии родов Lactobacillus, Е. Для производства молочLeuconostoc, Lactococcus ных продуктов 3. Какие группы микроорганизмов применяются в промышленных производствах?

г) мицелиальные грибы;

д) бактерии;

е) простейшие;

ж) актиномицеты.

4. Первичные метаболиты – это:

а) низкомолекулярные соединения, отвечающие за синтез АТФ в клетке;

б) высокомолекулярные вещества, относящиеся к запасным веществам клетки;

в) низкомолекулярные соединения, необходимые для роста микроорганизмов;

г) вещества, выделяемые микроорганизмами во внешнюю среду.

5. Вторичные метаболиты – это:

а) низкомолекулярные соединения, не требующиеся для роста в чистой культуре;

б) вещества, синтезируемые микроорганизмами в период логарифмической фазы роста;

в) ферментные компоненты клетки;

г) вещества, отвечающие за фиксацию углекислого газа в клетках микроорганизмов.

6. Установить соответствие:

1. Первичные метаболиты А. Гормоны роста 2. Вторичные метаболиты Б. Органические кислоты 7. Указать порядок стадий биотехнологических процессов:

а) культивирование микроорганизмов;

б) очистка целевого продукта;

в) приготовление питательной среды;

г) выделение целевого продукта;

д) подготовка посевного материала.

8. Установить соответствие между элементами питательных сред и их функциями:

3. Микроэлементы В. Для повышения проницаемости клеточной мембраны 9. Установить последовательность стадий получения инокулята:

а) выращивание микроорганизмов в большом инокуляторе;

б) выращивание микроорганизмов в малом инокуляторе;

в) пробирка;

г) получение культуры в микробиологической лаборатории.

10. Культивирование (ферментация) представляет собой:

а) получение посевного материала с целью дальнейшего использования;

б) извлечение ферментов, выделяемых микроорганизмами из питательной среды;

в) последовательность операций от внесения инокулята в подготовленную питательную среду до завершения процессов биосинтеза вследствие исчерпания питательных веществ;

г) последовательность технологических операций от приготовления питательной среды, засева ее инокулятом до выделения и очистки готового продукта;

д) получение чистой культуры микроорганизмов.

11. Процесс дезинтеграции проводят:

а) для диспергирования биомассы в культуральной жидкости;

б) для извлечения целевого продукта из клеток;

в) для разделения смеси на биомассу и фильтрат;

г) для очистки целевого продукта.

12. Автотрофы – это:

а) организмы, которые для углеродного питания используют неорганические вещества;

б) организмы, которые для углеродного питания используют только углекислый газ;

в) организмы, которые для углеродного питания используют органические вещества;

г) организмы, способные переключаться с органических источников углерода на неорганические.

13. Гетеротрофы – это:

а) организмы, которые для углеродного питания используют неорганические вещества;

б) организмы, получающие энергию за счет окислительновосстановительных реакций;

в) организмы, способные переключаться с органических источников углерода на неорганические;

г) организмы, которые для углеродного питания используют органические вещества.

14. Установить соответствие:

1. Ассимиляция А. Разрушение веществ и запасание 15. Установить соответствие:

16. Установить соответствие:

2. Дрожжи 3. Уксуснокислые бактерии 4. Термофильные лактобациллы 5. Мезофильные молочнокислые бактерии (лейконостоки) 6. Кишечная палочка 7. Споровые аэробы (гнилостные) 8. Маслянокислые 9. Псевдомонады 17. Установить соответствие:

Группа микроорганизмов Условия развития 18. Установить соответствие:

Характеристика условий среды Вид микроорганизмов 19. Установить соответствие:

4. Факультативные анаэробы окисления-восстановления 20. Символом rH2 обозначают:

а) кислотность среды;

б) степень доступности воды для микроорганизмов;

в) степень окисления и восстановления среды;

г) количество водорода, необходимое микроорганизму для утилизации 1 моль субстрата;

д) переносчик протонов водорода в клетке микроорганизмов.

21. Активность воды – это:

а) количество молекул воды, вступающих в химические реакции в клетках микроорганизмов;

б) давление воды на внутреннюю поверхность клеточной стенки микроорганизма;

в) отношение давления пара над раствором к давлению пара над чистой водой;

г) общее количество воды в субстрате.

22. Установить соответствие:

2. Синергизм 3. Комменсализм 23. Клетки дрожжей могут быть следующей формы:

а) круглой;

б) многогранной;

в) яйцевидной;

г) эллипсоидной;

д) булавовидной;

е) овальной;

ж) вытянутой.

24. Колонии дрожжей Saccharomyces cerevisiae характеризуются следующими параметрами:

а) красные с металлическим блеском, с гладкой поверхностью и ризоидным краем, с зонами просветления вокруг колоний на питательной среде с мелом;

б) пастообразные, коричнево-кремовые с черным центром, с блестящими секторами, всегда образуют псевдомицелий;

в) желтые или белые с пузырчатой поверхностью, с гладким краем, никогда не образуют псевдомицелий;

г) пастообразные, кремовые или коричневато-кремовые, с ровной, гладкой, иногда пузырчатой поверхностью, с блестящими или тусклыми секторами, край цельный, иногда лопастный, изредка образуется примитивный псевдомицелий.

25. Установить соответствие:

1. Клеточная стенка А. Производные аппарата Гольджи, полости, 2. Цитоплазматиче- наполненные клеточным соком ская мембрана Б. Имеют форму зернышек, палочек, нитей, 3. Цитоплазма мембрана их состоит из белков и липидов, в 4. Митохондрии состав входят полифосфаты, РНК, ДНК 5. Эндоплазматиче- В. Шаровидное или овальное тело, в состав ский ретикулум входит ДНК, ее протеид, большое количество 7. Ядро Г. Скапливается в вакуолях в виде коллоидАппарат Гольджи ного раствора или гранул, состоящих из поВакуоли лифосфатов с ионами кальция и магния 10. Волютин Д. Наружная часть образована полисахаридами (маннан и хитин), внутренняя – белками, фосфолипидами, липидами Ж. Состоит из бимолекулярного слоя липидов, в который включены белковые молекулы 26. Установить соответствие:

1. Клеточная стенка А. Барьер, определяющий осмотическое 2. Цитоплазма давление в клетке, обеспечивает избирательное движение питательных веЦитоплазматическая мембрана 4. Митохондрии Б. Обеспечивает синтез белков 5. Эндоплазматический В. Обеспечивает среду для протекания 10. Волютин Е. Обеспечивает транспорт различных цикла трикарбоновых кислот и окислительное фосфорилирование с запасанием энергии в виде молекул АТФ 27. Тургором называют:

а) давление воды внутри клетки, плотно прижимающее цитоплазму к клеточной стенке;

б) состояние клетки, при котором все жизненные процессы в ней замедляются или прекращаются совсем;

в) совокупность всех процессов протекающих в клетке;

г) комплекс ферментов дрожжевой клетки;

д) процесс деления клетки.

28. В анаэробных условиях основными конечными продуктами конверсии глюкозы клетками дрожжей являются:

а) углекислый газ, аммиак, пируват, прирост биомассы;

б) углекислый газ, лактат, этиловый спирт, вода;

в) углекислый газ, этиловый спирт, вода;

г) глицерин, уксусная кислота, этиловый спирт;

д) этиловый спирт, бутиловый спирт, ацетон.

29. В аэробных условиях основными конечными продуктами конверсии глюкозы клетками дрожжей являются:

а) углекислый газ, вода, прирост биомассы;

б) углекислый газ, этиловый спирт, вода;

в) цитрат, глутаровая кислота, щавелевая кислота;

г) ацетальдегид, ацетоин, глицерин;

д) углекислый газ, вода, уксусная кислота.

30. Установить соответствие:

2. Аэробное дыхание дрожжевых Б. Процесс является экзотермиклеток на глюкозосодержащей ческим 31. Дрожжи способны утилизировать:

а) глюкозу;

б) янтарную, лимонную кислоты;

в) фруктозу;

г) сахарозу;

д) D-арабинозу, L-рамнозу;

е) инозит;

ж) сахарозу;

з) мальтозу;

и) раффинозу.

32. Установить соответствие:

1. Дрожжи низового брожения А. В конце брожения оседают на 2. Дрожжи верхового брожения дно, формируя плотный осадок 33. Установить соответствие:

1. Хлопьевидные дрожжи А. Клетки крупные, тяжелые 2. Пылевидные дрожжи Б. Клетки особенно подвержены 34. С помощью микроорганизмов можно получать следующие пищевые продукты:

а) квас, пиво;

б) сахарозу;

г) этиловый спирт;

д) шоколад;

е) кисломолочные напитки.

35. С помощью микроорганизмов можно получать следующие продукты микробиологического синтеза:

а) полиэтилен;

б) органические кислоты;

в) резиноподобную массу;

г) ферменты;

д) полисахариды;

е) белково-витаминные концентраты.

36. Сырьем для производства спирта может служить:

а) зерно;

б) бутиловый спирт;

в) меласса;

г) гидролизаты древесины;

д) пластмассы;

е) природный каучук;

ж) картофель;

з) сульфитные щелока.

37. Обозначить порядок стадий производства спирта из крахмалистого сырья:

а) сбраживание осахаренной массы;

б) обработка массы ферментным препаратом;

в) разваривание сырья;

г) измельчение сырья.

38. Отметьте свойства, характеризующие спиртовую расу дрожжей Saccharomyces cerevisiae XII:

а) верховое брожение;

б) низовое брожение;

в) оптимальная температура развития 5…10 °С;

г) оптимальная температура развития 30…38 °С;

д) оптимальное значение рН 6,5…7,5;

е) оптимальное значение рН 3,8…4,0;

ж) сбраживают раффинозу на 2/3;

з) сбраживают раффинозу на 1/3.

39. К дрожжам, используемым для сбраживания мелассных растворов, предъявляют следующие специфические требования:

а) должны сбраживать глюкозу;

б) должны быть устойчивы к антибиотикам;

в) обладать способностью переносить высокие концентрации сухих веществ;

г) должны быть верхнебродящими;

д) должны быть иммобилизованы на инертном носителе;

е) должны наиболее полно сбраживать раффинозу.

40. Присутствующие в гидролизатах вредные примеси выполняют следующую функцию:

а) сдерживают активное спиртовое брожение;

б) проводят инверсию сброженных сахаров;

в) играют роль антисептиков;

г) подавляют рост посторонней микрофлоры;

д) повышают концентрацию сухих веществ в среде;

е) являются питательными веществами.

41. После раздавливания ягод винограда получают исходный субстрат для брожения, который называют:

а) виноградное сусло;

б) закваска;

в) бражка;

д) барда.

42. Исходным сырьем для вторичного виноделия может служить:

а) виноградное сусло;

б) готовое вино;

в) безалкогольные напитки, полученные путем брожения;

д) плодово-ягодные соки;

43. Расположите стадии производства пива в технологическом порядке:

а) сбраживание сусла;

б) получение охмеленного сусла;

в) созревание молодого пива;

г) изготовление солода из ячменя;

д) фильтрация и розлив;

е) дображивание.

44. К хлебопекарным дрожжам предъявляют следующие требования:

а) должны иметь мелкие клетки;

б) должны быть солеустойчивыми;

в) не должны сбраживать сахара в отсутствии кислорода;

г) должны иметь высокую скорость генерации;

д) у них должна отсутствовать мальтазная активность;

е) должны обладать высокой подъемной силой;

ж) должны иметь крупные клетки;

з) должны обладать высокой мальтазной активностью.

45. К технологическим особенностям производства кваса относят следующие характеристики:

а) это продукт незаконченного спиртового и молочнокислого брожения;

б) это продукт незаконченного спиртового брожения;

в) сырьем служат: меласса, виноградный сок, солод, ржаная мука, вода;

г) сырьем служат: ржаной и ячменный солод, ржаная мука, вода, сахар;

д) после фильтрации сусло упаривают при температуре 105…115 С, при этом образуются меланоидины, придающие квасу характерную окраску;

е) после фильтрации сусло упаривают при температуре 100…103 С, при этом происходит деградация белков с образованием характерных вкусовых веществ;

ж) в готовом квасе количество этилового спирта не должно превышать 0,3 % об.;

з) в готовом квасе количество этилового спирта не должно превышать 1,2 % об.

46. Для выращивания дрожжей как источника белка в качестве сырья обычно используют:

а) гидролизаты растительного сырья;

б) выжимки плодов и ягод;

в) неразветвленные углеводороды нефти;

г) чистые растворы глюкозы;

д) измельченную целлюлозу;

е) фракции жирных кислот;

ж) молочную сыворотку;

з) низшие спирты – метанол, этанол.

47. Молочнокислые бактерии могут приносить следующий вред в бродильных производствах:

а) выделяют антибиотики, что приводит к гибели дрожжей;

б) повышают кислотность сусла, вследствие чего снижается генеративная активность дрожжей;

в) синтезируют декстран, что приводит к загущению мелассы и затрудняет ее утилизацию дрожжами;

г) выделяют в питательную среду ферменты, лизирующие клеточные стенки дрожжей;

д) склеивают клетки дрожжей, вследствие чего они оседают на дно и практически не размножаются.

48. Уксуснокислые бактерии могут приносить следующий вред в бродильных производствах:

а) способны поглощать клетки дрожжей;

б) образуют уксусную кислоту, которая подавляет рост дрожжей;

в) конкурируют с дрожжами за глюкозу, что приводит к снижению выхода спирта или биомассы;

г) окисляют спирты в соответствующие кислоты, снижая выход целевого продукта;

д) не могут нанести вреда бродильным производствам вследствие слабой активности.

49.Установить соответствие:

Вид микроорганизмаХарактер причиняемого вреда 1. Бактрии рода А. Конкурируют с производственной 2. Гнилостные бактерии аэробы бактерии 5. Дикие дрожжи В. Образуют масляную кислоту, которая в самых незначительных количествах (0,0005 %) подавляет развитие дрожжей 50. Установить соответствие:

Вид дрожжей – источника производственной инфекции 1. Candida lipolitica А. Конкурируют с производственной 2. Saccharomyces, Han- культурой, развиваясь быстрее, поseniaspora, Candida требляя большое количество сахара с 3. Осмофильные дрожжи малым выходом этанола. Некоторые (Zygosaccharomyces) виды превращают сахар в органичеKluyveromyces ские кислоты и окисляют этанол 5. Неосмофильные дрожжи Б. Вызывают распад белков с образоSaccharomyces, Hyphopi- ванием углекислого газа, аммиака, В. Образуют масляную кислоту, которая в самых незначительных количествах (0,0005 %) подавляет развитие дрожжей 51. Источником производственной инфекции может стать:

а) персонал;

б) лаборатория;

в) воздух;

г) дезинфицирующие растворы;

е) оборудование.

52. По требованиям стандарта по бактериологическим показателям вода должна удовлетворять следующим условиям:

а) в 1 мл должно содержаться не более 100 клеток бактерий и не более 3 бактерий кишечной палочки;

б) в 1 л должно содержаться не более 100 клеток бактерий и не более 3 бактерий кишечной палочки;

в) в 1 мл должно содержаться не более 1000 клеток бактерий и не более 30 бактерий кишечной палочки;

г) в 1 л должно содержаться не более 100 клеток бактерий и не более 3 бактерий кишечной палочки.

53. Установить соответствие:

1. Механические А. Воздействие высоких температур 2. Физические (автоклавирование, обработка паром и 3. Химические горячей водой, кипячение, пастеризация); бактерицидные облучения, обеспложивающая фильтрация и ультразвук частично микроорганизмы с поверхностей, оборудования, трубопроводов и 54. Общими признаками молочнокислых бактерий являются:

а) подвижность;

б) отрицательная окраска по Граму;

в) цитохромы и каталазу не образуют;

г) не восстанавливают нитриты в нитраты;

д) положительно окрашиваются по Граму;

е) неподвижны;

ж) образуют пигменты.

55. Все молочнокислые бактерии относятся к родам:

а) Streptococcus;

б) Saccharomyces;

в) Gluconacetobacter;

г) Pediococcus;

д) Leuconostoc;

е) Artrobacter;

ж) Lactobacillus.

56. Род Lactobacillus подразделяется на следующие подроды:

а) Streptobacterium;

б) Clostridium;

в) Thermobacterium;

г) Pseudomonas;

д) Betabacterium.

57. Стрептококки делятся на группы:

а) оральные;

б) глобальные;

в) молочные;

г) почвенные;

д) пиогенные;

е) фекальные;

ж) термальные.

58. Установить соответствие:

3. Streptococcus 4. Pediococcus 59. Молочнокислые бактерии имеют следующие характеристики (выбрать из каждой пары):

а) относятся к облигатным анаэробам;

б) относятся к факультативным анаэробам;

в) высоко спиртоустйчивы;

г) чувствительны даже к малым количествам спирта;

д) наиболее интенсивно растут и развиваются при рН более 8;

е) растут и развиваются при низких значениях рН;

ж) способны в качестве источника углерода использовать незначительное количество веществ (моно-, дисахара, органические кислоты);

з) способны усваивать широкий круг веществ (органические спирты, кислоты, полисахариды);

и) являются ауксотрофными по многим витаминам;

к) не нуждаются в дополнительном внесении витаминов в питательную среду и способны синтезировать их сами.

60. Установить соответствие:

Фаза развития микрооргаХарактеристика процессов низмов в молоке в процессе 1. Бактерицидная А. Наступает при развитии этих 2. Фаза смешанной микро- микроорганизмов в молоке, имеюфлоры щем высокую кислотность. КислотФаза молочнокислых бак- ность постепенно снижается, благотерий даря жизнедеятельности микрооргаФаза дрожжей и мицели- низмов, что создает благоприятные альных грибов условия для развития гнилостных Г. Определяется развитием микроорганизмов, вызывающих сквашиванием молока. Постепенно кокковые 61. Установить соответствие:

1. Простокваша обыкновенная А. Термофильные стрептококки 3. Творог 4. Йогурт 5. Кумыс для ускоренного получения продукта используют равные количества и термофильных S. Thermophilus и мезофильных стрептококков 62. Силосование – это:

а) процесс усиления молочнокислого брожения при производстве кисломолочных продуктов;

б) использование заквасок молочнокислых микроорганизмов при производстве мясных и рыбных продуктов;

в) метод биологического консервирования плодов и овощей путем добавления заквасок молочнокислых микроорганизмов и уксусной кислоты;

г) метод биологического консервирования растительной массы с добавлением специальных заквасок молочнокислых бактерий (или без) для повышения биологической ценности кормов.

63. Установить соответствие:

Вид молочнокислого 2. Гетероферментативное кислота, молочная кислота 64. К разновидностям биологического консервирования с помощью молочнокислых микроорганизмов относят:

а) квашение плодов (например, яблок, капусты);

б) маринование плодов (например, огурцов, помидоров);

в) силосование;

г) приготовление мясных и рыбных консервов.

65. Для получения молочной кислоты используют следующие виды микроорганизмов и питательных сред, установить соответствие:

1. Lactobacillus delbrueckii А. Гидролизаты растительных 2. L. delbrueckii subsp. bulgaricus отходов (кукурузных кочерыжек,

ЛИТЕРАТУРА

1. Борисова, С.В. Использование дрожжей в промышленности / С.В. Борисова, О.А. Решетник, З.Ш. Мингалеева. – СПб.: ГИОРД, 2008. – 216 с.

2. Каган, Я.Р. Курсы повышения квалификации для микробиологов молочной отрасли / Сибирский научно-исследовательский институт сыроделия. – Барнаул: АЗБУКА, 2010. – 265 с.

3. Промышленная микробиология / под ред. Н.С. Егорова. – М.:

Высшая школа, 1989. – 503 с.

4. Елинов, Н.П. Основы биотехнологии. Для студентов институтов, аспирантов и практических работников / Н.П. Елинов. – СПб.:

Наука, 1995. – 600 с.: ил.

5. Воробьева, Л.И. Техническая микробиология: учебное пособие / Л.И. Воробьёва. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. – 168 с.

6. Горбатова, К.К. Биохимия молока и молочных продуктов / 3-е издание, перераб. и доп. / К.К. Горбатова. – СПб.: ГИОРД, 2003 – 352 с.: ил.

7. Крусь, Г.Н. Технология молока и молочных продуктов / Г.Н. Крусь [и др.]. – М.: Агропромиздат, 1988. – 367 с.

8. Ламберова, М.Э. Оценка эффективности культивирования дрожжей Saccharomyces сerevisiae: учебное пособие / М.Э. Ламберова, Ю.А. Кошелев, Т.И. Войнаровская. – Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2007. – 69 с.

9. Пащенко, Л.П. Биотехнологические основы производства хлебобулочных изделий / Л.П. Пащенко. – М.: Колос, 2002. – 368 с.: ил. – (Серия «Учебники и учеб. пособия для студентов вузов»).

10. Технология спирта / В.Л. Яровенко [и др.].; под ред. проф.

В.Л. Яровенко. – М.: Колос, 1999. – 464 с.: ил.

11. Фараджева, Е.Д. Общая технология бродильных производств / Е.Д. Фараджева, В.А. Федоров. – М.: Колос, 2002. – 408 с.: ил. (Серия «Учебники и учеб. пособия для студентов вузов»).

12. Банникова, Л.А. Микробиологические основы молочного дела / Л.А. Банникова, Н.С. Королёва, В.Ф. Семенихина. – М.: Агропромиздат, 1987. – 400 с.

13. Полищук, П.К. Лабораторный практикум по микробиологии молока и молочных продуктов / П.К. Полищук, Э.С. Дербинова, Н.Н. Казанцева. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. – 200 с.

14. Аникеев, В.В. Руководство к практическим занятиям по микробиологии / В.В. Аникеев, К.А. Лукомская. – М.: Просвещение, 1983. – 128 с.

15. ГОСТ 9225-84. Молоко и молочные продукты. Методы микробиологического анализа.

Скиба Екатерина Анатольевна Шавыркина Надежда Александровна Ламберова Марина Эдуардовна

ОСНОВЫ

ПРОМЫШЛЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

Редактор Малыгина И.В.

Технический редактор Глядищева Е.Е.

Подписано в печать 05.12.2013. Формат 6084 1/ Усл. п. л. – 6,4. Уч.-изд. л. – 6, Печать – ризография, множительно-копировальный аппарат «RISO EZ300»

Тираж 30 экз. Заказ 2013- Издательство Алтайского государственного технического университета 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, Оригинал-макет подготовлен ИИО БТИ АлтГТУ Отпечатано в ИИО БТИ АлтГТУ 659305, г. Бийск, ул. Трофимова,