Глава 7 Промышленное использование микроорганизмов

 

Задачей технической микробиологии является изуче­ние биохимических процессов, вызываемых различными микроорганизмами, и использование их в промышлен­ности для получения многих ценных продуктов.

По характеру выполняемых реакций микроорганиз­мы намного превышают возможности современных хими­ческих лабораторий. Они осуществляют реакции окис­ления, восстановления, синтезируют многие ценные про­дукты и физиологически активные вещества — антибио­тики, ферменты, гормоны, витамины и др.

Многие химические процессы, осуществляемые в микробной клетке, значительно эффективнее и эконо­мичнее, чем методы химической технологии. В качестве наиболее совершенных реагентов микробы все шире применяются в различных отраслях химической и пи­щевой промышленности, в сельском хозяйстве, медици­не и др.

Большое значение имеют микроорганизмы как про­дуценты белков и жиров.

За последние годы микробиологическая промышлен­ность стала бурно развиваться. В СССР создаются предприятия микробиологического синтеза белка, вита­минов, ферментов, микробиологических средств защиты растений, бактериальных препаратов для повышения плодородия почвы и др.

 

7.1.ЧИСТЫЕ КУЛЬТУРЫ

Искусство получать напитки брожения, уксус, ква­шение овощей знакомо человечеству с древнейших вре­мен. Ничего не зная о химической сущности этих про­цессов, о микроорганизмах, их вызывающих, люди использовали различные виды брожений в своей практи­ческой деятельности. Происходящие в продуктах про­цессы носили самопроизвольный (спонтанный) харак­тер и начинались при попадании извне соответствую­щих микробов. Такие процессы не давали стандартных по качеству продуктов, и вся технология строилась эм­пирически. Поэтому нередко бывали случаи получения напитков с посторонним вкусом и запахом, а иногда — полная порча. Такие явления поражали целые отрасли, вызывая ощутимые материальные убытки.

Знаменитый французский ученый Луи Пастер был первым, кто признал биологический характер брожения и связал химические изменения, протекающие при бро­жении, с деятельностью микроорганизмов. Он глубоко изучил заболевания вина, пива и других продуктов.

Пастер учил, что культурными микроорганизмами можно считать те, которые человек сам разводил с неза­памятных времен для того, чтобы превращать -сусло в спирт, спирт в уксус, и для получения других продук­тов. Посторонними, или сорняками, можно считать те микробы, которые против воли человека попадают в сусло, изменяют течение процессов брожения и дают нам продукты не того качества, какое требуется.

В знаменитых работах «Исследования над вином» и «Исследования над пивом» Пастер дает рациональную теорию этих производств и впервые учит, как разводить необходимые микроорганизмы, как вести борьбу с вред­ными.

В технической литературе часто применяют термин «дикие» микроорганизмы, противопоставляя их «куль­турным», полезным, которые осуществляют необходи­мые для данного производства биохимические реакции. Относясь к другим семействам и родам, они отличаются от культурных морфологическими, физиологическими и биохимическими свойствами. Дикие микробы образуют иные продукты обмена и таким образом ухудшают ка­чество продукции. В большинстве случаев они менее

прихотливы в питании и более устойчивы при неблаго­приятных условиях, поэтому могут оказаться более вы­носливыми, чем культурные микроорганизмы. Лишь применение чистых культур производственных микроор­ганизмов гарантирует получение продукции высокого качества.

Чистой культурой микроорганизмов называют куль­туру, выведенную из одной клетки и являющуюся ее по­томством. Естественным путем получить чистую культу­ру какого-либо микроба можно лишь в исключительных случаях. Обычно это делают искусственным путем, при­меняя различные приемы.

Применение чистых культур в бродильных производ­ствах впервые ввел Эмиль Христиан Ганзен в конце XIX в. До него считали дрожжи чистыми, если они не были заражены бактериями и спорами плесеней.

Ганзен пришел к выводу, что чистая культура долж­на состоять из одного вида дрожжей, выведенных из од­ной клетки. С тех пор в практике пивоварения, спирто­вого производства, виноделия и других бродильных про­изводств используются чистые культуры.

В пивоварении в настоящее время чистые культуры прочно вошли в производство. Применяемые на практи­ке чистые культуры обладают способностью хорошо ос­ветлять пиво, придавать ему приятный вкус, аромат и т. д. Спиртовые дрожжи позволяют получить высокий выход спирта. Хлебопекарные дрожжи характеризуют­ся быстрым размножением и способностью хорошо раз­рыхлять тесто. В виноделии в зависимости от сорта при­готовляемого вина дрожжи придают сброженному сус­лу характерные вкусовые и ароматические свойства. При использовании чистых культур процесс брожения проходит быстро и равномерно, вина скорее осветляют­ся, созревают и более устойчивы против различных «бо­лезней».

Методы выделения чистых культур. Для изолирова^ ния микробов и выведения чистых культур применяют различные методы.

По методу Пастера культуру постепенно разбавляют стерильным раствором, пока в одной капле останется одна клетка. Каплю такой культуры засевают в колбоч­ки с небольшим количеством питательной среды, полу­чая потомство одной клетки.

По методу Коха культуру микроба разбавляют рас­плавленной плотной средой, делая последовательные пересевы. После 4—5 разведений обычно удается полу­чить в пробирке одну клетку, которую выращивают в отдельной чашке. Аналогично выделяют чистую культу­ру по методу Ганзена. Культуру засевают в желатину с таким расчетом, чтобы в капле была одна или несколь­ко клеток. Каплю среды наносят тонким слоем на пред­метное стекло с лункой; из капли, содержащей одну клетку, делают отсев.

Очень сходным является метод Линднера. Каплю, в которой обнаружена одна клетка, отсасывают фильтро­вальной бумагой и переносят в стерильную среду.

Наиболее распространен метод истощающего посева, при котором каплю исследуемого материала шпателем распределяют по поверхности твердой питательной среды в чашке Петри. Этим же шпателем последовательно про­водят по второй и третьей чашке. На поверхности среды вырастают отдельные колонии, из которых легко изоли­ровать чистую культуру.

Схема разведения чистых культур микроорганизмов в производстве. Сущность разведения чистой культуры в производственных условиях состоит в постепенном увеличении количества микроорганизмов определенно­го вида. Обычно это достигается в несколько этапов.

Лабораторная стадия разведения чистой куль­туры осуществляется засевом микроорганизма из кол­лекции в стерильную питательную среду.

Цеховая стадия разведения чистой культуры состоит из нескольких последовательных пересевов, со­провождающихся увеличением объема и переходом на нестерильный субстрат (сусло, меласса и т. д.). Для каждого производства разработаны свои схемы разве­дения чистой культуры. Эти схемы описаны во второй части учебника.

На многих производствах имеются специальные уст­ройства (аппараты) для разведения чистой культуры. Например, для получения биомассы дрожжей применя­ют аппарат Грейнера (рис. 15). Этот аппарат состоит из двух стерилизаторов (малого и большого) и двух цилиндров для сбраживания. Стерилизатор малый предназначен для приготовления стерильного сусла, он оборудован змеевиками для нагрева и охлаждения сусла,

фильтрами для очистки воздуха и контрольно-изме­рительной аппаратурой.

Первая стадия размножения дрожжей протекает в цилиндрах для сбраживания, в которых чистая культу­ра может некоторое время храниться. Сброженное сте­рильное сусло с дрожжевой культурой поступает в ре­зервуар предварительного брожения, в котором процесс идет на стерильной среде, а затем - в небольшой про­изводственный бродильный чан.

В зависимости от биологии применяемой культуры и технологического процесса условия разведения чистой культуры можно варьировать.

Технически чистой культурой называют дрожжи чистой культуры, размноженные до количест­ва, достаточного для засева производственного чана (аппарата). В разных производствах их называют по-разному: семенные, засевные и т. д.

Обычно семенные дрожжи используют для повтор­ных производственных циклов до тех пор, пока не насту­пает их инфицирование.

В отдельных отраслях требования, предъявляемые к чистой культуре, различны. В дрожжевом производстве, например, применяются дрожжи сахаромицес церевизие (Saccharomyces cerevisiae) -дрожжи верхового броже­ния, легко сбраживающие сахара. Производственная ценность этих дрожжей заключается в ряде их свойств: хорошее размножение в мелассовой среде, устойчи­вость к вредным веществам мелассы, содержание активных ферментов, хорошее хранение в прессованном виде.

В виноделии от чистой культуры дрожжей требуется полнота выбраживания, спиртоустойчивость, выносли­вость к SO2 при сульфитировании соков и др. Применяе­мые чистые культуры относятся к двум видам: сахаро­мицет винный (Saccharomyces vini) и сахаромицет яйце­видный (Saccharomyces oviformis).

В виноделии чистые культуры дрожжей выделяют и селекционируют для определенных типов вин. Чистые культуры улучшают вкус и аромат.

К дрожжам, используемым в спиртовом производст­ве, предъявляют также определенные требования: спо­собность быстро и полно сбраживать сахара, спирто- и кислотоустойчивость и др.

В пивоварении применяют чистые культуры низовых дрожжей сахаромицес карлсбергензис (Saccharomyces carlsbergensis) или верховые — сахаромицес церевизие (Saccharomyces cerevisiae). Основными требованиями яв­ляются: высокая бродильная энергия, хорошая способ­ность к оседанию, стойкость к инфекции и автолизу и хо­роший вкус и аромат, сообщаемые пиву.

В производстве слабоалкогольных напитков (кваса) применяют чистые культуры дрожжей и молочнокислых бактерий.

Чистые культуры также используют для получения кисломолочных продуктов, сметаны, масла, сыров, при квашении огурцов, капусты и других овощей.

На жизнедеятельность дрожжей, используемых в бродильной промышленности, оказывают влияние раз­личные факторы внешней среды: температура, концент­рация сахара и спирта в среде, кислотность и др. Поэтому в производствах, основанных на жизнедеятельности дрожжей, применяют специальные технологические прие­мы, описанные во второй части учебника.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: