Аммонификация

Гниение - процесс бактериального разложения белков, сопровождающийся образованием остро неприятно пахнущих и токсичных для организма человека и животных аминов и ароматических соединений. Гниение происходит в природе с мёртвыми телами и останками организмов. Является необходимым условием круговорота органических веществ в природе, поскольку в процессе гниения органические вещества превращаются в неорганические, пригодные к повторному усвоению растениями. Умеренное, контролируемое иммунитетом организма бактериальное гниение является необходимой частью пищеварения и происходит в толстом кишечнике человека и животных под влиянием бактерий — симбиотиков. Чрезмерно интенсивное гниение в толстом кишечнике является причиной гнилостной диспепсии, диареи и дисбактериоза толстого кишечника.

Гнилостные микроорганизмы при соответствующих температурных и влажностных условиях развиваются исключительно быстро, так что действие ферментов микроорганизмов значительно опережает автолиз, вследствие чего продукты питания подвергается гниению. Клетки микроорганизмов непроницаемы для белков, так как белки являются высокомолекулярными коллоидными веществами, неспособными диффундировать через клеточные оболочки. Микроорганизмы усваивают продукты распада белков, образующихся под воздействием выделяемых ими ферментов. Таким образом, в процессе жизнедеятельности микроорганизмов происходит изменение белковых веществ, при глубоком распаде которых возникают продукты гниения. В процессе гниения участвует большое число разнообразных микроорганизмов. Общий биохимический характер этих процессов довольно постоянен; детали изменяются в зависимости от вида микрофлоры, внешних условий, состава и свойств разлагающихся белков. В зависимости от состава белков продукты гниения будут различны. Легче поддаются действию микроорганизмов белки, находящиеся в растворенном состоянии, такие как желатин, белки крови, белки яиц.

Гниение может происходить при доступе (аэробное гниение) и в отсутствии кислорода (анаэробное гниение). Аэробный и анаэробный процессы развиваются одновременно. Попадая из внешней среды на поверхность например мяса, микробы начинают усиленно развиваться при подходящих температурных и влажностных условиях. При этом аэробы жадно поглощают кислород, способствуя тем самым развитию анаэробов.

В гнилостном распаде мяса могут одновременно и последовательно участвовать различные микробы — прежде всего те, которые способны разрушать белковую молекулу, а затем микробы, ассимилирующие продукты распада белков. В протоплазме клеток мышечной и других тканей липиды содержатся большей частью в виде липопротеидов. При гниении от липопротеидов в первую очередь отщепляется липидная часть. Составной частью лецитина, содержащегося в мясе, мозгах, яичном желтке, является холин, который в процессе гниения превращается в триметиламин, диметиламин и метиламин. При окислении триметиламина образуется окись триметиламина, имеющая рыбный запах. Из холина при гниении может образоваться также ядовитое вещество нейрин. Нуклеопротенды при гниении разлагаются на белок и нуклеиновую кислоту, которая затем распадается на составные части. Образуются гипоксантин и ксантин — продукты разложения нуклеопротеидов. Характерными продуктами гниения мяса являются аммиак, углекислый газ, сероводород, летучие жирные кислоты (муравьиная, уксусная, масляная, валерьяновая и капроновая, а также изомеры трех последних кислот), фенол, крезол, индол, скатол, амины, триметиламин, альдегиды, спирты, пуриновые основания и т. д. Одни из этих веществ возникают в процессе гниения, другие содержатся в свежем мясе, но при гниении их количество во много раз увеличивается.

Гнилостные микроорганизмы широко распространены в природе. Если белковые вещества хранятся незащищенными и имеются условия для размножения микроорганизмов, то гниение наступает очень быстро. Поэтому в процессе технологической переработки крови, растворов желатина, эндокринного сырья, мяса и мясопродуктов приходится пользоваться холодом или химическими консервирующими средствами.

Особенно интенсивно происходит порча жира при хранении жира-сырца вследствие его гидролиза, которому способствуют липаза, вода, тепло, ферменты микроорганизмов. При этом говяжий, бараний и свиной жиры не приобретают неприятного вкуса и запаха, а лишь повышаются их кислотные числа. В основе порчи жиров лежат изменения, обусловленные физическими, химическими и биологическими факторами. Различают следующие изменения, вызывающие порчу жиров: гидролиз (повышенная кислотность, закисание); окисление с образованием перекисей, альдегидов (прогоркание — появление специфического неприятного вкуса и запаха), альдегидокислот и дикарбоновых кислот (отвердевание), кетонов (душистое прогоркание), оксикислот (осаливание). Испорченные жиры стерильны, на них не могут развиваться микроорганизмы.

При несоблюдении правил хранения пищевых продуктов, возможно развитие пищевых заболеваний. К пищевым заболеваниям относятся заболевания людей, возникающие при потреблении продуктов питания с наличием в них опасных для человека микроорганизмов или ядовитых веществ. Заболевания, вызываемые микробиальными загрязнителями продуктов питания: бактериальные токсикозы и микротоксикозы, пищевые токсикоинфекции. Пищевые бактериальные токсикозы вызывают токсины патогенных стафилококков и клостридиум, а также некоторых микроскопических грибов (родов аспергиллюс, фузариум, пенициллиум). Пищевые токсикоинфекции — это заболевания людей, возникающие при проникновении с пищей в организм человека некоторых видов микроорганизмов, способных вызвать пищевые отравления (сальмонеллез и т. д.).

2. Пищевые продукты как среда для распространения возбудителей заболеваний. Профилактические мероприятия по предупреждению пищевых заболеваний. Санитарные правила хранения и реализации пищевых продуктов.

Пищевой путь распространения инфекций отличается тем, что пищевые продукты могут не только передавать инфекцию, но и служить благоприятной питательной средой для размножения и накопления микробов. Заражение пищевых продуктов происходит различными путями: непосредственно от больного животного, от которого получен этот продукт (молоко, мясо, яйца), от человека больного или бактерионосителя при приготовлении или обработке продуктов, через оборудование, посуду, воду, воздух и т. д. Пищевые бактериальные токсикозы вызывают токсины патогенных стафилококков и клостридиум, а также некоторых микроскопических грибов (родов аспергиллюс, фузариум, пенициллиум). Для предупреждения пищевых токсикозов на предприятиях должно быть организовано систематическое обследование всего персонала на наличие гнойничков и простудных заболеваний. К работе с продуктами питания не допускают лиц, больных ангиной, а также с наличием фурункулов, нарывов, загноившихся порезов и других гнойных поражений до полного излечения. В целях снижения пищевых интоксикаций на предприятиях необходимо осуществлять меры по предупреждению простудных заболеваний среди персонала. Пищевые отравления стафилококковым энтеротоксином чаще отмечаются при потреблении продукции тех предприятий, где нарушаются санитарные правила и правила личной гигиены, плохо оборудованы санитарно-бытовые помещения, отсутствует достаточная механизация производственных процессов. Для профилактики пищевых отравлений необходимо строго соблюдать режимы термической обработки продуктов и хранения готовой продукции. Нельзя допускать нарушения сроков реализации товара.

Отравление людей токсином палочки ботулизма возникает при потреблении консервов, колбас, копченостей, соленой и копченой рыбы. Токсин не вызывает видимых признаков порчи продуктов, накапливаясь в его глубоких частях. Но при обильном размножении микроба ботулизма в консервных банках может отмечаться вздутие (бомбаж) в связи с газообразованием. Профилактические мероприятия для предупреждения ботулизма складываются из предупреждения загрязнения сырья и готовой продукции, предотвращения размножения микробов, уничтожения микроорганизмов и разрушения их токсинов в продуктах питания. На предприятиях мясной промышленности необходимо строго соблюдать санитарно-гигиенические требования при переработке животных, хранении и транспортировании мяса и мясных продуктов. В консервном производстве наряду с этим следует выполнять предусмотренные режимы стерилизации.

Пищевые токсикоинфекции возникают в том случае, когда в желудочно- кишечный тракт с продуктами проникает большое количество живых возбудителей. Как бы много возбудителей токсикоинфекций не накапливалось в пище, если перед употреблением продуктов они были уничтожены нагреванием, пищевого отравления не возникает. Особую опасность для возникновения сальмонеллезных токсикоинфекций вызывает нарушение санитарно-гигиенических и термических режимов изготовления и хранения продуктов. Профилактика пищевых токсикоинфекций сальмонеллезного происхождения складывается из комплекса мероприятий, направленных на предупреждение инфицирования сальмонеллами и размножения их в продуктах питания, нарушения режимов тепловой обработки сырья и кулинарных изделий. В целях профилактики пищевых сальмонеллезов утиные и гусиные яйца разрешено использовать только на хлебопекарных и кондитерских предприятиях при изготовлении булочек, сдобы, сухарей, печенья. Запрещено применять утиные и гусиные яйца в сети общественного питания, продавать их на рынках, а также использовать для изготовления кремовых и сбивных кондитерских изделий, мороженого, майонеза и яичных концентратов.

Пищевые токсикоинфекции, вызываемые эшерихиа коли, обычно связаны с нарушением санитарно-гигиенических режимов на предприятиях общественного питания и торговли, несоблюдением правил личной гигиены, когда готовая продукция загрязняется через руки обслуживающего персонала, инструменты, тару и т. п. В колбасных изделиях, копченостях и другой готовой продукции, употребляемой без дополнительной тепловой обработки, эшерихиа коли могут содержаться только в тех случаях, когда нарушаются режимы термической обработки или происходит микробное загрязнение в процессе хранения продуктов. В целях профилактики пищевых токсикоинфекций, вызываемых эшерихиа коли, необходимо строго соблюдать санитарно-гигиенические требования, придерживаться правил личной гигиены, не допускать нарушений принятых термических режимов обработки мясных продуктов, а также строго соблюдать требования гигиены при хранении и транспортировке продукции.

Пищевые токсикоинфекции, причиной которых являются бактериииз рода протеус, возникают при нарушении санитарно-гигиенических режимов обработки и хранения продуктов питания. Профилактика пищевых токсикоинфекций, возбудителем которых является бациллюс цереус, должна осуществляться комплексно. Она состоит из мероприятий по улучшению гигиены производства на всех этапах поступления и переработки сырья, хранения и реализации вырабатываемой продукции. Непременным условием профилактических мероприятий является строгое соблюдение установленных санитарно-гигиенических режимов.

При хранении продуктов в условиях, не отвечающих требованиям, происходят изменения, которые не только снижают качество продукта, но и могут вызвать пищевые отравления, дисбактериоз, аллергические реакции, нарушение обмена веществ.

32. АЗОТФИКСАЦИЯ биологическая (от азот и ср. лат. fixatio- закрепление), связывание азота атмосферы и перевод его в азотсодержащие соед. микроорганизмами (свободноживущими или находящимися в симбиозе с растениями) или цианобактериями. Первый стабильный продукт, образующийся в результате азотфиксации - аммиак, синтез к-рого катализирует мультифермент нитрогеназа. Последняя состоит из Mo-Fe-белка (собственно нитрогеназа) и Fe-белка (редуктаза нитрогеназы). Активностью обладает лишь комплекс обоих компонентов. Mo-Fe-Белок (мол. м. 200-250 тыс.) состоит из четырех субъединиц двух типов, содержит 2 атома Мо (в виде FeMo-кофактора), 28-34 атома негеминового Fe и 18-24 атома сульфидной S. Fe-Белок (мол. м. 50-60 тыс.) состоит из двух одинаковых субъединиц. Нитрогеназы, выделенные из разл. источников, во многом сходны, что подтверждается возможностью получения активных " гибридных" нитрогеназ (напр., Mo-Fe-белка из азотобактера с Fe-белком из клубеньков бобовых растений). Кроме N2, нитрогеназа восстанавливает ряд соед., имеющих тройную связь (напр., азиды, цианиды, ацетилен). Способность нитрогеназы восстанавливать ацетилен используется для определения азотфиксирующей активности. Для своего функционирования нитрогеназа нуждается в непрерывном притоке как энергии (в форме АТФ), так и электронов. Это обеспечивается благодаря дыханию и брожению, происходящим в микроорганизмах или в результате фотосинтеза. АТФ специфически связывается с Fe-белком, и образовавшийся комплекс переносит электроны от ферредоксина (железосодержащий белок-донор электронов) к Mo-Fe-белку. Восстановленный Mo-Fe-белок связывает N2 и восстанавливает его до NH3. Установлена структура и локализация генов азотфиксации. Осуществлен их перенос из азотфиксирующей бактерии в кишечную палочку, у к-рой после этого появляется способность к азотфиксации. Исследования в этой области направлены на поиски высокоактивных штаммов азотфиксирующих бактерий, изучение возможности переноса генов азотфиксации в высшие растения (это позволило бы избавиться от необходимости применения азотных удобрений). Большое практич. значение имело бы создание более эффективных катализаторов для пром. синтеза NH3 из N2, подобных по механизму действия нитрогеназе. Азотфиксация играет важную роль в круговороте азота в природе и обогащении почвы и водоемов связанным азотом. Микроорганизмы, фиксирующие N2 в симбиозе с растениями, могут обогащать 1 га почвы на 200-500 кг азота в год.

33.

Азотфиксирующие бактерии подразделяют на три группы: симбиотические, свободноживущие и ассоциативные.

Симбиотические азотфиксаторы усваивают молекулярный азот, только находясь в симбиозе с растением. Особо важное значение имеет симбиоз между клубеньковыми бактериями рода Rhizobium и бобовыми растениями. К симбиотическим азотфиксаторам относятся также бактерии рода Bradyrhizobium (симбиоз с люпином, соей, вигной, машем, арахисом и т. д.), бактерии рода Azorhizobium (симбиоз с бобовыми растениями). Бактерии родов Rhizobium, Bradyrhizobium и Azorhizobium входят в α -подгруппу протеобактерий и формируют корневые и стеблевые (Azorhizobium) клубеньки у бобовых растений.
Актиномицеты рода Frankia также обитают в качестве эндосимбионтов в клубеньках, которые образуются на корнях небобовых растений, как древесных и кустарниковых, так и травянистых, среди которых ольха, облепиха, стланик, казуарина, восковница, лох, шефердия, куропаточья трава и др. Некоторые симбиотические азотфиксаторы, относящиеся к роду Klebsiella, образуют клубеньки на листьях кустарников Pavetta и Psychotria. Цианобактерии Anabaena azollae образуют симбиотическую ассоциацию с водным папоротником Azolla (цианобактерии находятся в листовых полостях папоротника), внося большой вклад в азотфиксацию на рисовых плантациях, где этот папоротник растет на поверхности покрывающей почву воды. Цианобактерии рода Nostoc вступают в симбиоз с мхами - печеночниками и тропическим растением Gunnera macrophylla. C имбиотические цианобактерии присутствуют в лишайниках, представляющих собой ассоциацию этих прокариот с грибами. Благодаря тому, что цианобактерии осуществляют азотфиксацию и имеют фотоавтотрофный тип метаболизма, нуждаясь для роста только в СО2, N2 и минеральных солях, лишайники первыми заселяют неорганические среды, создавая условия для развития других организмов.

К свободноживущим азотфиксаторам относятся некоторые виды бактерий рода Clostridium (C. pasteurianum, C. butyricum, C. acetobutyricum, C. felsineum, C. Pectovorum и др.), бактерии родов Azotobacter, Azomonas, Beijerinckia, Derxia, большинство аноксигенных фототрофных бактерий, многие цианобактерии, факультативные анаэробы (Klebsiella pneumoniae, Bacillus polymyxa), хемолитоавтотрофные бактерии (Xanthobacter autotrophicus, Alcaligenes latus), метилотрофные (бактерии родов Methylomonas, Methylobacterium и Methylococcus), сульфатредуцирующие (бактерии родов Desulfotomaculum и Desulfovibrio) и метаногенные бактерии. Ассоциативные азотфиксаторы – бактерии, обитающие в ризоплане (на поверхности корней), ризосфере (в почве, окружающей корни) и филлосфере (на листьях, стеблях) растений, т. е.живущие в ассоциации с высшими растениями. К активным азотфиксаторам, развивающимся в ризосфере и ризоплане различных растений, относятся бактерии азоспириллы (Azospirillum lipoferum, A. brasilense, A. amazonense, A. Halopraeferans и др.), Klebsiella planticola, Herbaspirillum seropedicae, представители рода Pseudomonas и др. Бактерии, обитающие в филлосфере, называются эпифитными, среди которых имеются азотфиксаторы, например Pantoea agglomerans.

34. Микроорганизмы ризосферы оказывают влияние на растение не только путем преобразования сложных органических веществ в доступную для растения форму, но и за счет стимуляторов роста (например, гиббереллинов), которые воздействуют на морфологию и физиологию растения, а также других специфических метаболитов, например этилена, вызывающего раннее цветение. В присутствии патогенных микроорганизмов микроорганизмы ризосферы могут синтезировать различные биоконтролирующие агенты (антибиотики, ферменты, сидерофоры и др.), подавляющие рост нежелательной микробиоты.

Известно, что растение оказывает селекционирующее действие на микроорганизмы ризосферы, состав которых специфичен для каждого вида растений. В этот видовой состав микроорганизмов ризосферы входят и фитоиатогенные бактерии, но в небольшом количестве.

Большое внимание уделяется влиянию ризосферной микрофлоры на клубеньковые бактерии, которое может иметь как стимуляционный, так и антагонистический характер в зависимости от состава микроорганизмов ризосферы.

При росте корня сквозь почву вокруг кончика увеличивается содержание доступных питательных веществ за счет корневых выделений, что способствует активизации микробного роста и высвобождению доступных для растения форм азотных соединений. Возросшая численность микроорганизмов ризосферы привлекает почвенных простейших, которые питаются микробными клетками, при этом треть бактериального азота выделяется в виде иона аммония. Часть аммония поглощается растущим корнем. Микроорганизмы также образуют ферменты, способствующие минерализации сложных органических соединений до простых, доступных растениям.

Микроорганизмы ризосферы оказывают влияние на растение не только путем преобразования сложных органических веществ в доступную для растения форму, но и за счет стимуляторов роста (например, гиббереллинов), которые воздействуют на морфологию и физиологию растения, а также других специфических метаболитов, например этилена, вызывающего раннее цветение. В присутствии патогенных микроорганизмов микроорганизмы ризосферы могут синтезировать различные биоконтролирующие агенты (антибиотики, ферменты, сидерофоры и др.), подавляющие рост нежелательной микробиоты.

Известно, что растение оказывает селекционирующее действие на микроорганизмы ризосферы, состав которых специфичен для каждого вида растений. В этот видовой состав микроорганизмов ризосферы входят и фитоиатогенные бактерии, но в небольшом количестве.

Часть этих веществ, несомненно, может быть продуктами выделения микроорганизмов ризосферы.

Несмотря на то, что доказана способность почвенных грибов вырабатывать вещества типа антибиотиков, значение этих веществ, в связи с грибными заболеваниями растений недостаточно ясно. Интересной проблемой является экскреция скополетина корнями (Локхид) и его возможное влияние на микроорганизмы ризосферы.

Развивающиеся в зоне корня растений микроорганизмы вырабатывают различные вещества типа витаминов и так называемых факторов роста: в почвах обнаружено наличие тиамина, биотина, рибофлавина, индол-уксусной кислоты и тому подобных соединений. Они представляют продукт синтеза обитающих в почве микроорганизмов. Ассимиляция этих веществ известным образом сказывается на росте и развитии растений. Аналогичное явление отмечается и в отношении антибиотических веществ, вырабатываемых микроорганизмами ризосферы.

35. Для практического использования был предложен бактериальный землеудобрительный препарат фосфоробактерин. В качестве действующего начала в нем содержится спороносная бактерия (Bacillus megaterium var. phospaticum), способная разрушать фосфорорганические соединения и переводить их в доступную для растений форму. Фосфоробактерин наносят на высеваемые семена. Предполагается, что в почве бактерии переходят на развивающуюся корневую систему растений. Здесь их размножение и биохимическая деятельность вызывают разложение органических соединений фосфора, что улучшает питание растений.

В последнее время за рубежом большое внимание привлекают исследования Ж. Доберейнер (Бразилия) с азотфиксирующими бактериями, относящимися к семейству Azotobacteriaceae (Azospirillum brasilense и Azospirillum lipoferum). Они выделены из ризосферы травянистых растений тропической зоны, где встречаются весьма часто. У кукурузы, сорго, риса, сахарного тростника ч кормовых растений это обычные компоненты микрофлоры ризосферы. Бактерии рода Azospirillum имеют палочковидную изогнутую форму. А. brasilense отличается от близкой к ней A. lipoferum по некоторым физиологическим, признакам. Тесная связь азотфиксаторов рода Azospirillum с растениями проявляется в том, что эти микроорганизмы находятся даже на стеблях и листьях. Проводится изучение возможности использования культур Azospirillum с целью усилить процесс азотфиксации в зоне корня сельскохозяйственных растений.

Способность Azotobacter chroococcum размножаться при соответствующих условиях в ризосфере сельскохозяйственных культур дала основание предполагать, что этот микроорганизм может улучшить азотное питание растений.

Позднее, когда выяснилась способность микроорганизма продуцировать биологически активные вещества, его действие на растения стали связывать не только с процессом фиксации азота и улучшением азотного питания, но и с поступлением в растения вырабатываемых микроорганизмом биологически активных соединений (витаминов и стимуляторов роста).

Было установлено и новое, весьма важное свойство азотобактера. Оказалось, что он вырабатывает фунгистатическое вещество, которое представляет собой метиловый эфир алифатической тетраеновой кислоты, содержащей гидроксильную и в - метильную группы. Обнаруженный антибиотик, по данным Н. И. Придачиной, активен против значительного числа фитопатогенных грибов. Благодаря этому свойству азотобактера при бактеризации в ризосфере угнетается развитие микроскопических грибов, многие из которых задерживают рост растений. Отдельные культуры Azotobacter различаются по своим антагонистическим свойствам.

При определенных условиях азотобактер улучшает рост растений. В настоящее время азотобактерин используют в основном для оранжерейной и парниковой культуры растений. Препарат азотобактерина обычно готовят, размножая микроорганизм в стерильной почве или низовом торфе, имеющих нейтральную реакцию и высокий процент гумуса.