Файл: Контрольная работа по дисциплине Микробиология, санитария и гигиена.docx

Министерство науки и ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный экономический университет» (УрГЭУ)

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине « Микробиология, санитария и гигиена »

Вариант № 11

Институт: Непрерывного и дистанционного образования Направление: «Управление качеством» Профиль: «Управление качеством в производственно-технологических системах и сфере услуг» Кафедра: «Управление качеством и экспертизы товаров и услуг» Дата защиты: ________________ Оценка: ________________

Студент 3 курса Руководитель А.В.Казаков, к.м.н., доцент кафедры пищевой инженерии

Екатеринбург

2022 г.
СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………. ……………………………....3

1. Споры и спорообразование бактерий.……………………………...…………5

2. Субстратное фосфорилирование …………………….…………….………...10

3. Микробиология вина и пива. Виды порчи…………………………………..18

Введение

Микробиология (от греч. mikros — малый, bios — жизнь, logos — учение) — это наука, изучающая строение, функции, химическую деятельность, распространение, условия развития, роль и значение в жизни человека весьма малых организмов (микроорганизмов), большинство которых невидимо невооруженным глазом.

Мир микроорганизмов многочислен и разнообразен. Они повсеместно и ежедневно распространены в природе: в почве, водоемах, воздухе, находятся на продуктах питания и всех предметах, окружающих человека, а также в нем самом, животных и растениях.

Микроорганизмы выполняют колоссальную по значимости биохимическую работу. Они разлагают растительные, животные остатки на поверхности планеты; используются в технологии производства многих пищевых продуктов, различных биологически активных соединений (например, витаминов, антибиотиков), в генной инженерии, а также различных отраслях народного хозяйства.

Однако есть микроорганизмы, которые наносят большой ущерб народному хозяйству, вызывая порчу продуктов сельскохозяйственного и промышленного производства. Ежегодно из-за поражений микробами погибает более 30 % продукции растениеводства, велики потери и ряда других продуктов.

Среди микроорганизмов есть особая группа — патогенные (болезнетворные) микробы, которые вызывают заболевания человека, животных и растений. Многие патогенные микроорганизмы размножаются или довольно долго сохраняются в живом состоянии на пищевых продуктах. Попадая в организм человека, они вызывают так называемые пищевые инфекционные заболевания и отравления.

На современном этапе развития народного хозяйства страны, в условиях ускорения научно-технического прогресса, еще в большей степени возрастает роль микробиологической науки. В настоящее время микробиология дифференцирована на ряд самостоятельных дисциплин: общую, медицинскую, сельскохозяйственную, ветеринарную, техническую (промышленную) и др.

Без знания микрофлоры пищевых продуктов, специфических свойств микроорганизмов, их биохимической деятельности, зависимости развития от окружающей среды нельзя успешно выполнять задачи, поставленные перед наукой и практикой в области контроля качества, производства, хранения, реализации пищевых продуктов и максимального сокращения их потерь.

1. Споры и спорообразование бактерий.
Споры (эндоспоры) бактерий — особый тип покоящихся репродуктивных клеток, характеризующихся резко сниженным уровнем метаболизма и высокой резистентностью и относятся к истинным бактериям(например: бактерии родов Bacillus, Clostridium, Desulfotomaculum, Sporolactoba- cillus, Sporosarcina и некоторых других (всего описано более 15 родов спорообразующих бактерий), которые способны образовывать споры, или эндоспоры. Внутриклеточные тельца имеют сферическую или эллиптическую формы (рис. 1).



Рис.1. Ультратонкий срез клетки Clostridim butyricum со спорой. Электронная микрофотография (по: В. Т. Емцев, В. И. Дуда и Ш. И. Шелли)
Бактериальная спора формируется внутри материнской клетки и называется эндоспорой. К образованию спор обладают преимущественно палочковидные грамположительные бактерии родов Bacillus и Clostridium, из шаровидных бактерий — лишь единичные виды, например, Sporosarcina ureae. Внутри бактериальной клетки образуется только одна спора, которая преломляет свет и ее четко видно в световом микроскопе. Однако существует отдельные виды Clostridium и другие бактерии, у которых обнаружены клетки с двумя и более спорами (например: бактерия Anaerobacler polyendosporus, у которой от двух до пяти эндоспор).

При формировании спор увеличения числа организмов не происходит, поэтому спорообразование нельзя считать способом размножения бактерий. Обычно споры появляются, когда бактерии испытывают недостаток питательных веществ или в среде их обитания в большом количестве накапливаются продукты обмена веществ. Споры представляют собой стадию покоя и приспособлены для выживания в неблагоприятных условиях среды.

Спорообразование — сложный процесс, в котором различают несколько

стадий (рис.2):

Рис. 2. Цикл развития эндоспоры у спорообразующих бактерий:

I - вегетативная клетка;

II - инвагинация цитоплазматической мембраны;

III - образование споровой перегородки (септы);

IV - формирование двойной мембранной системы образующейся проспоры;

V - сформированная проспора;

VI - формирование кортекса;

VII - формирование оболочки споры;

VIII - лизис материнской клетки;

IX - свободная зрелая спора;

X - прорастание споры; 1 - нуклеоид; 2 - цитоплазма; 3 - цитоплазматическая мембрана; 4 - клеточная стенка; 5 - споровая септа; 6 - наружная мембрана споры; 7 - внутренняя мембрана споры;

8 - кортекс; 9 - оболочка сп

Подготовительная. Изменяется метаболизм, наблюдается перестройка генетического ДНК, в клетке прекращается синтез ДНК. Ядерная ДНК вытягивается в виде нити, которая затем разделяется и концетрируется у одного из полюсов клетки. Клетка уже содержит два и более нуклеоида (один из них локализуется в спорогенной зоне, остальные — в цитоплазме спорангия). Одновременно синтезируется дипиколиновая кислота.

Стадия предспоры. Эта часть клетки называется спорогенная зона; в ней сначала происходит уплотнение цитоплазмы, затем этот участок обособляется от остального клеточного содержимого перегородкой (септой) (рис. 2, I—IV). Отсеченный участок покрывается мембраной материнской клетки, образуется так называемая проспора. Проспора — это структура, располагающаяся внутри материнской клетки, от которой она отделена двумя мембранами: наружной и внутренней (рис. 2, III—V).

Образование оболочек. Между мембранами формируется кортикальный слой (кортекс), сходный по химическому составу с клеточной стенкой вегетативной клетки (рис. 2, VI). В кортексе содержатся пептидогликан и дипиколиновая кислота (С₇Н₈О₄N), которая отсутствует в вегетативных клетках. Поверх проспоры образуется оболочка споры, состоящая из нескольких слоев (рис. 2, VII). Число, толщина и строение слоев различны у разных видов бактерий. Поверхность наружной оболочки может быть гладкой либо с выростами разной длины и формы. Поверх оболочки споры нередко образуется еще тонкий покров, окружающий спору в виде чехла.

Созревание споры. Это окончательная стадия образования всех структур споры, которая становится термоустойчивой, приобретает характерную форму и занимает определенное положение в клетке. Споры имеют обычно круглую или овальную форму. Диаметр спор некоторых бактерий превышает ширину клетки, вследствие чего форма спороносящих клеток изменяется. При попадании в благоприятные условия споры прорастают в вегетативные клетки.

Прорастающая спора начинает активно поглощать воду, в ней активизируются ферменты, усиливаются биохимические процессы приводящие к росту. Кортекс при прорастании споры превращается в клеточную стенку молодой вегетативной клетки; во внешнюю среду высвобождаются дипиколиновая кислота и кальций. Внешняя оболочка споры разрывается, через разрывы выходит наружу «росток» новой клетки, из которого затем формируется вегетативная бактериальная клетка, которая приводит к порче пищевых продуктов.

Знание факторов, способствующих образованию спор у бактерий, и факторов, вызывающих их прорастание в вегетативные клетки, имеет значение в выборе способа обработки продуктов с целью предотвращения их микробной порчи.

Основная функция спор — сохранение бактерий в неблагоприятных условиях внешней среды. Переход бактерий к спорообразованию наблюдается при истощении питательного субстрата, недостатке углерода, азота, фосфора, накоплении в среде катионов калия и марганца, изменении рН, повышении содержания кислорода и т. д.

Свойства спор. Споры сохраняют жизнеспособность в условиях, когда вегетативные клетки, т. е. не образовавшие спор, погибают. Большинство спор хорошо переносят высушивание, многие споры нельзя убить даже кипячением в течение нескольких часов. Для их уничтожения требуется температура пара 120°С при его давлении 1 атм (1,01 • 105 Па), поддерживаемые в течение 20 мин. В сухом состоянии споры погибают лишь при сильном нагревании (150—160°С) в течение нескольких часов. Споры отдельных видов бактерий отличаются особой термоустойчивостью.

Споры способны выдерживать также воздействие низких температур, радиации, давления, агрессивных химических соединений, ферментов, антибиотиков, высушивания. Достаточно высокая устойчивость спор к ферментам, ядам, органическим растворителям объясняется барьерной ролью белковых покровов споры, длительное время могут быть в покоящемся состоянии.

Прорастание спор. При попадании в благоприятные условия спора начинает прорастать. Процесс ее прорастания подразделяют на три стадии: активацию, инициацию и так называемое вырастание.

Активация – появление готовности споры к прорастанию, хотя при этом сохраняется ее устойчивость к температуре, способность к светопреломлению и т. д. Большое влияние на активацию оказывает температура — чем выше температура, тем быстрее происходит активация.

Инициация — необратима и происходит в течение нескольких минут. При этом уменьшается устойчивость споры к прогреванию, снижается ее светорассеяние. Прохождение спорой данной стадии зависит от температуры, влажности, реакции среды и других факторов.

Вырастание — это процесс интенсивного роста. Во время нее идет активный синтез белка и РНК; репликация ДНК начинается через 1—2 ч после начала прорастания споры. Во время прорастания споры происходит лизис ее оболочек или их разрыв и выход проростка (ростовой трубки) из оболочек. В дальнейшем наблюдается удлинение освободившегося бактериального организма и, наконец, деление уже удлиненной клетки.
Список использованных источников
1. Леонова, И. Б. Основы микробиологии : Учебник и практикум для вузов / Леонова И. Б. - Москва : Юрайт, 2022. - 298 с. - (Высшее образование). - ISBN 978-5-534-04265-8. - Текст. Электронный. - URL: https://urait.ru/bcode/490306 (дата обращения: 27.01.2022). - Режим доступа: по подписке.

2. Мудрецова-Висс, К. А. Основы микробиологии : Учебник ; Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова. - 5-е изд., испр. и доп. - Москва : Издательский Дом "ФОРУМ", 2020. - 384 с. - (ВО - Бакалавриат). - ISBN 978-5-8199-0909-6. - Текст. Электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1065571 (дата обращения: 27.01.2022). - Режим доступа: по подписке.

2. Субстратное фосфорилирование.
В процессе жизнедеятельности бактерии постоянно нуждаются в энергии, для переноса в клетку питательных веществ, необходимых для воспроизводства клеточных структур, для синтеза многих соединений, при движении и размножении бактерий. Большинство бактерий получает энергию путем биологического окисления.

Биологические окисление – окисление органических или неорганических веществ живыми организмами, происходит дегидрирование, т.е. отнятия атомов водорода (электронов) от окисляемого вещества (донора) с последующим переносом на другое вещество (акцептор), которое при этом восстанавливается.

Одним из видов биологического окисления относится субстратное фосфорилирование (брожение).

Фосфорилирование – присоединение фосфатной группы к молекуле.

Субстрат – это молекула, которая связывается с ферментом для дальнейшего превращения (например: углеводы, спирты, органические кислоты, аминокислоты, пурины, пиримидины).

Субстратное фосфорилирование - это синтез АТФ в процессе гликолиза, а также в цикле Кребса. Фермент синтезирует АТФ непосредственно, без использования энергии хемииосмоса или протонного градиента. Энергия берётся где-то ещё, вне фермента.

Схема субстратного фосфорилирования:

1. 1,3-диглицериновая кислота + АДФ = АТФ + 3-фосфоглицериновая

кислота;

2. Фосфоенолпируват + АДФ = пируват + АТФ;

3. Ацетилфосфат + АДФ = АТФ + ацетат. Вместо ацетилфосфата может выступать бутирилфосфат:

Бутирилфосфат + АДФ = АТФ + бутират (масляная кислота)

При брожении продукты расщепления одного органического субстрата могут одновременно служить и донорами, и акцепторами электронов. Доноры и акцепторы электронов образуются из одного и того же субстрата, подвергающегося брожению (например, из углевода). Сбраживанию могут подвергаться различные субстраты, но лучше других используются углеводы.

Продукты брожений являются различные органические кислоты (молочная, масляная, уксусная, муравьиная), спирты (этиловый, бутиловый, пропиловый), ацетон, а также СО₂ и Н₂. Обычно в процессе брожения образуется несколько продуктов. В зависимости от того, какой основной продукт накапливается в среде, различают молочнокислое, спиртовое, маслянокислое и другие виды брожений.

Самые основные типы брожений связаны между собой, у которых начальные пути разложения углеводов одинаковые.

Молочнокислое брожение.Это древний способ сохранения молока и молочных продуктов. В нем используют молочнокислые бактерии (рис.3) для сквашивания молока и хранения его на длительный период.

Рис.3. Кисломолочные бактерии.



Молочнокислые бактерии очень быстро сквашивают молоко, образуя молочную кислоту в одном случае, в других случаях образуют молочную кислоту + ацетат + этанол и СО₂ и при этом очень быстро снижают рН своего микроокружения, при котором очень немногие микроорганизмы могут выживать и расти. Кроме того, они способны также создавать специальные вещества, которые, по сути, являются антибиотиками (бактериционы - вещества пептидной природы, которые влияют на микроокружение и на другие чужеродные бактерии). Они широко применяются в пищевой промышленности для защиты готовых продуктов, мясных, рыбных консервов, молочных продуктов сыров и так далее.

Различают два типа молочнокислого брожения: гомоферментативное и гетероферментативное.

Гомоферментативное молочнокислое брожение синтезируется одна молочная кислота (≈ 90 % всех продуктов брожения). Катаболизм глюкозы в этом случае происходит по гликолитическому пути, при этом пировиноградная кислота не подвергается декарбоксилированию, а под действием лактатдегидрогеназы восстанавливается до молочной кислоты. Конечным акцептором водорода выступает пировиноградная кислота



Гетероферментативное молочнокислое брожение, когда из глюкозы кроме молочной кислоты получаются этанол и диоксид углерода:



Гетероферментативное молочнокислое брожение используется в заквасочных культурах, для приготовления так называемых сочных кормов и хранения этих кормов для сельского хозяйства, кормления животных в зимний период, а кроме того, при квашении капусты, засолке огурцов. Там выделяется СО₂ и небольшое количество этанола и образуется молочная кислота, которая собственно и консервирует этим продукты.

При молочнокислое брожение конечными продуктами являются молочная кислота + этиловый спирт, СО₂, уксусная кислота, ацетоин, диацетил.

Спиртовое брожение. Процесс многоступенчатый, состоящий из цепи химических реакций. Сначала глюкоза превращается в пировиноградную кислоту, затем она превращается в спирт и углекислоту, которые протекают в две стадии: а) отщепление СО₂ от пирувата и образование уксусного альдегида; б) уксусный альдегид присоединяет водород и восстанавливается в этиловый спирт.



Типичными возбудителями спиртового брожения являются некоторые виды дрожжей (рис.4) (Saccharomyces cerevisiae, S. uvarum, Schizosaccharomyces pombe и др.) и бактерий (рис.5) (Erwinia amylovora, Sarcina ventriculi, Zymomonas mobilis). Кроме того, этанол образуют такие мезофильные бактерии, как Leuconostoc mesenteroides, Lactococcus lactis, Clostridium sporogenes, Spirochaeta aurantia, а также термофильные бактерии Thermoanaerobacterethanolicus, Clostridium thermohydrosulfuricum, C. thermocellum.



Рис.4. Дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Рис.5. Бактерия Saccharomyces cerevisiae
При спиртовом брожении пировиноградная кислота превращается в конечном итоге в спирт и углекислоту. Все реакции катализируются ферментами, в восстановлении альдегида участвует НАД-H₂.

Обычно при спиртовом брожении, кроме главных продуктов, образуются побочные (амиловый, бутиловый и другие спирты). Образование побочных веществ связано тем, что превращение глюкозы частично идет другими путями.

Спиртовое брожение встречается на поверхности фруктов и ягод, на листьях. С опадающими фруктами и ягодами дрожжи попадают в почву, где перезимовывают, а затем опять попадают на растения вместе с пылью, а также заносятся насекомыми, птицами.

Маслянокислое брожение. Брожение начинается с процесса фосфорилирования глюкозы и далее идет по гликолитическому путидо стадии образования пировиноградной кислоты. Затем образуется уксусная кислота, которая активируется ферментом. После чего при конденсации (соединении) из двууглеродного соединения получается четырехуглеродная масляная кислота. Таким образом, при маслянокислом брожений происходит не только разложение веществ, но и синтез.



При этом брожении конечным продуктом является маслянная кислота, а побочным продуктом является этиловый спирт, молочная и уксусная кислота.

Маслянокислое брожение проходит в строго анаэробных условиях и осуществляют его облигатно-анаэробные бактерии рода Clostridium (рис.6).


        

Рис.6. Облигатно-анаэробные бактерии рода Clostridium
Различают две фазы: с увеличением биомассы накапливается уксусная кислота, а масляная кислота образуется, когда синтез веществ тела замедляется.

Маслянокислое брожение происходит в природных условиях в гигантских масштабах: на дне болот, в заболоченных почвах, илах и всех тех местах, куда ограничен доступ кислорода. Благодаря деятельности маслянокислых бактерий разлагаются огромные количества органического вещества.

Все другие виды брожений представляют собой комбинацию этих трех типов. Например, пропионовокислое брожение может рассматриваться как комбинация гомоферментативного молочнокислого и спиртового брожений.

Пропионовокислое брожение — тип брожения, осуществляемый пропионовокислыми бактериями (рис.7), который приводит к сбраживанию углеводов с образованием пропионовой кислоты CH₃CH₂COOH, углекислоты и воды.



Рис.7. Пропионовые бактерии

Пропионовые бактерии способны фиксировать CO₂, при этом из пировиноградной кислоты и CO₂ образуется щавелевоуксусная кислота, превращающаяся в янтарную кислотуту, из которой декарбоксилированием образуется пропионовая кислота: Суммарно, можно так описать реакцию сбраживания глюкозы C₆H₁₂O₆ при пропионовокислом брожении:

3C₆H₁₂O₆ → 4CH₃CH₂COOH + 2CH₃COOH + 2CO₂↑ + 2H₂O + E

Таким образом, основными продуктами данного пропионовокислого брожения являются пропионовая кислота CH₃CH₂COOH, а также уксусная кислота CH₃COOH, углекислый газ CO₂ и вода H₂O; кроме того выделяется энергия.

Побочными продуктами этого биохимического процесса, являются янтарная кислота, ацетоин, диацетил, другие летучие ароматические соединения - диметилсульфид, ацетальдегид, пропионовый альдегид, этанол и пропанол.

Пропионовокислое брожение используется в сыроделии при созревании твердых сыров, которое длится два-три месяца. Источником пропионовокислых бактерий служит сычужный фермент – водный экстракт телячьих желудков. Пропионовокислые бактерии превращают молочную кислоту в пропионовую и уксусную кислоты, придающие сыру острый вкус, а благодаря выделению углекислого газа в сырной массе образуются поры («глазки»). В связи с тем, что пропионовокислые бактерии способны накапливать в своих клетках большие количества витамина В₁₂, их также используют для его промышленного получения.

Процесс субстратного фосфорилирования (брожения) имеет свои достоинства и недостатки.

Достоинства брожения:

- освобождение энергии, необходимой для жизнедеятельности бактерий;

- образование веществ, необходимых для жизнедеятельности человека;

Недостатки брожения:

- неполное окисление субстрата;

- при расщеплении 1 молекулы глюкозы образуется только 2 молекулы АТФ;

- в качестве донора и акцептора электронов служат только органические вещества;

- происходит в строго анаэробных условиях.
Список использованных источников

1. Веселовский, С. Ю. Микробиология, санитария, гигиена и биологическая безопасность на пищевом производстве : Учебное пособие для вузов / Веселовский С. Ю., Агольцов В. А. - Москва : Юрайт, 2022. - 224 с. - (Высшее образование). - ISBN 978-5-534-14764-3. - Текст. Электронный. - URL: https://urait.ru/bcode/496383 (дата обращения: 27.01.2022). - Режим доступа: по подписке.

2. Микробиология: теория и практика. В 2 ч. Часть 1 : учебник для бакалавриата и магистратуры / А. И. Нетрусов, И. Б. Котова. — М .: Издательство Юрайт, 2018. — 315 с. — Серия : Бакалавр и магистр. Академический курс.

3. Мудрецова-Висс, К. А. Основы микробиологии : Учебник ; Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова. - 5-е изд., испр. и доп. - Москва : Издательский Дом "ФОРУМ", 2020. - 384 с. - (ВО - Бакалавриат). - ISBN 978-5-8199-0909-6. - Текст. Электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1065571 (дата обращения: 27.01.2022). - Режим доступа: по подписке.

3. Микробиология вина и пива. Виды порчи

Вино.

Вино относиться к спиртовому брожению виноградного или плодово-ягодных соков (сусла). Состав соков разнообразен, но все они являются хорошим питательным субстратом не только для возбудителей брожения – дрожжей, но и для различных других нежелательных микроорганизмов.

Для подавления развития вредной микрофлоры, соки сульфитируют (обрабатывают сернистым ангидридом SO₂), а затем подвергают брожению. Сернистый ангидрид является не только антисептиком, но и антиокислителем. Он связывает кислород, понижая тем самым окислительно-восстановительный потенциал среды, что ограничивает развитие вредных аэробных микроорганизмов и благоприятствует спиртовому брожению. Для брожения соков применяют чистые культуры винных дрожжей низового брожения Saccharomyces vini (elipsoideus), а для некоторых вин (типа хереса), кроме того, дрожжей S. Oviformis, Saccharomyces uvarum (син. S. uvarum), Brettanomyces и т.д. (рис.8,9,10).

Рис.8. Дрожжи вида Рис. 9. Дрожжи вида Рис. 10. Дрожжи рода

Saccharomyces vini. Saccharomycodes ludwigii. Brettanomyces.

Иногда закваской служит смешанная дрожжевая флора винограда. При выборе производственных рас дрожжей руководствуются определенными требованиями. Так, они должны полно выбраживать сусло, быть устойчивыми к повышенному содержанию сахара и спирта, SO₂ и низкому значению рН, быстро оседать после брожения и давать плотный осадок.