МЕЗОФИЛЬНЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ МЕЗОФИЛЬНЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ

(от мезо... и...фил), занимают промежуточное положение между психрофильными и термофильными микроорганизмами. Оптимальная темп-pa роста для М. м. 25-37 °С, минимальная - 10-20 °С, максимальная - 40-45 °С. К М. м. относится большинство бактерий (в т. ч. актиномицеты), дрожжей и мицелиальных грибов, микроводорослей, обитающих в воде, почве, организме животных, растений и т. д. Свободноживущие М. м. в холодные сезоны года неактивны.

.(Источник: «Биологический энциклопедический словарь.» Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. - 2-е изд., исправл. - М.: Сов. Энциклопедия, 1986.)

Смотреть что такое "МЕЗОФИЛЬНЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ" в других словарях:

Группа микробов, температурные границы роста к рых находятся в пределах 20 45°С (оптимальная температура 35 37°С). Нижняя граница температуры покоя и смерти в зависимости от видовой принадлежности и формы существования начинается от 20°С и… … Словарь микробиологии

Микроорганизмы мезофильные - Мезофильные микроорганизмы: Микроорганизмы, которые развиваются при температуре от 20 до 45 C... Источник: ВОДА И ВОДОПОДГОТОВКА. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ГОСТ 30813 2002 (введен Постановлением Госстандарта РФ от 12.11.2002 N 409 ст) … Официальная терминология

Развивающиеся при средних температурах. Крайние температурные границы для них колеблются от +3 до +45 50°С. К М. м. относится большинство повсеместно распространенных бактерий и грибов (Федоров, 1955). Геологический словарь: в 2 х томах. М.:… … Геологическая энциклопедия

Различные микроорганизмы могут развиваться при разных температурах: одни микробы хорошо растут при низких температурах, близких к 0 °С (+5 °С); другие, наоборот, способны к росту при высоких температурах (около 90 °С). Поэтому… … Биологическая энциклопедия

Сыр это пищевой продукт, получаемый из сыропригодного молока с использованием свертывающих молоко ферментов и молочнокислых бактерий или путем плавления различных молочных продуктов и сырья немолочного происхождения с применением солей плавителей … Википедия

БАКТЕРИИ - БАКТЕРИИ. Содержание:* Общая морфология бактерий........6 70 Дегенерация бактерий............675 Биология бактерий..............676 Бациллы ацидофильные........... 677 Бактерии пигментообразующие.......681 Бактерии светящиеся..... .......682… … Большая медицинская энциклопедия

МАФАнМ - мезофильные аэробные и факультативно анаэробные микроорганизмы биол., образование и наука

Молочнокислые бактерии известны благодаря способности перерабатывать сахар в молочную кислоту. Этот процесс издавна применялся людьми для консервации продуктов питания, приготовления кормов, изготовления разнообразных молочных продуктов, вина.

Характеристика бактерий

Молочнокислые бактерии являются грамположительными анаэробами. Это означает, что для окислительных процессов и обмена веществ им не требуется кислород. Молочнокислые бактерии относятся к группе (семейству) Lactobacillaceae, которое включает в себя:

Первые два рода наиболее значимы для человека и его хозяйственной деятельности. Несмотря на близкое родство, представителей отряда Lactobacillales наподобие пневмонийных стрептококков обычно не относят к группе молочнокислых бактерий. А полезные бифидобактерии или микробы из рода Bacillus, являющиеся спорообразующими аэробами, иногда причисляют к группе лактобактерий из-за сходства в углеводном обмене и их роли в пищевой промышленности.

Классификация

Классификация молочнокислых бактерий разработана недостаточно. По характеру выделяемых продуктов брожения их разделяют на две группы.

• Гомоферментативные . В результате сбраживания углеводов выделяется в основном молочная кислота. В малых количествах процессу сопутствуют янтарная и фумаровая кислоты, углекислый газ и этанол.
• Гетероферментативные также образуют в результате разложения углеводов молочную кислоту. Наравне с этим примерно половину сахаров они используют на производство уксусной кислоты, диоксида углерода и этанола.

Классификация по форме затруднена, поскольку молочнокислые бактерии относятся к группе изменчивых микроорганизмов. Форма микробной клетки зависит от возраста бактерии, химической среды и условий обитания. Для определения вида лактобактериям создают конкретные условия, используют стандартную среду и проводят исследование культуры в определенном возрасте. Также оценивают тип сбраживания углеводов, потребность в источниках питания, оптическое вращение молекулы молочной кислоты.

Стрептококки

Виды рода Streptococcus по типу брожения относятся к гомоферментативным. При сбраживании более 90% исходных сахаров они превращают в молочную кислоту и лишь малое их количество - в уксусную кислоту и спирт. Наиболее известными представителями являются культуры:

• Str. lactis.
• Str. citrovorus.
• Str. diacetilactis.
• Str. paracitrovorus.
• Str. thermophilus.
• Str. cremoris.
• Str. liquefaciens.

Лактобациллы

В молочной промышленности лактобациллами называют молочнокислые палочки. Они сквашивают молоко намного быстрее, чем кокковые формы, достигая более низких значений рН (около 3,5). Оптимальное развитие лактобациллы показывают в условиях кислой среды с пониженным содержанием кислорода. В природе эти бактерии обитают на поверхности растений, выделяются из слюны и пищеварительного тракта человека и животных.

Отмечено, что стерильно выдоенное молоко не содержит молочнокислых палочек - они поступают в него из внешней среды. Лактобациллы выдерживают кратковременную пастеризацию, но погибают при высоких температурах стерилизации. Поэтому в пастеризованном молоке молочнокислые бактерии значительно снижены, но все-таки присутствуют. Самые распространенные представители рода Lactobacterium:

• L. bulgaricum.
• L. casei.
• L. plantarum.
• L. acidophilum.
• L. brevis.

Основные свойства

Кокковые формы лактобацилл имеют диаметр 0,6 - 1,1 мкм. В культуре кокки расположены одиночно, сдвоенно или цепочками различной длины. Палочки очень вариабельны по форме: от шаровидных до нитевидных форм длиной от 0,7 до 8,0 мкм, одиночные или в цепочках. На морфологию клеток значительно влияет химический состав среды обитания. Молочнокислые бактерии, фото которых представлено ниже, выделены из йогуртовой закваски.

Размножаются лактобактерии в основном делением, описаны случаи перешнуровывания клетки и размножения с помощью гонидий. Доказано наличие фильтрующихся форм и процесса спорообразования.

Где обитают молочнокислые бактерии

Лактобактерии не могут самостоятельно синтезировать аминокислоты и некоторые витамины. По этой причине их нет ни в почве, ни в воде. В естественных условиях их выделяют из содержимого кишечника человека и животных, с поверхности растений. Оптимальной средой для жизнедеятельности молочнокислых бактерий является молоко и молочные продукты.

Источники питания для лактобактерий - это моно- и дисахариды. Некоторые разновидности сбраживают полисахариды, например, декстрозу. Также в качестве источника энергии эти микроорганизмы при определенных условиях используют органические кислоты: яблочную, уксусную, пировиноградную, муравьиную, фумаровую и лимонную. При отсутствии углеродсодержащих субстратов для питания могут перерабатывать аминокислоты.

Молочнокислые бактерии не способны к синтезу органического азота, поэтому требовательны к его содержанию в питательной среде. Также нуждаются они в витаминах, особенно в пуриновых основаниях: биотине, тиамине, пантотеновой, фолиевой кислотах. Все формы лактобацилл устойчивы к повышенной концентрации спирта. При этом они медленнее размножаются, но дольше живут. Так, в осветленных винах молочнокислые бактерии сохраняются до 7 месяцев.

Микроб является мезофильным, реже термофильным. Оптимальная температура для жизнедеятельности составляет + 25 °С... + 30 °С. При + 15 °С брожение значительно замедляется, а при + 45 °С лактобациллы перестают размножаться. Среда обитания молочнокислых бактерий может быть как кислородной, так и без доступа воздуха. Кислород им не нужен, в большинстве случаев он угнетает развитие микробов и препятствует нормальному процессу брожения.

Молочнокислое брожение

Молочнокислым брожением называется процесс анаэробного окисления углеводов, при котором выделяется молочная кислота. В результате молочнокислого брожения бактерии получают энергию, реализуемую для роста и размножения в безкислородных условиях. При этом лактобактерии снижают рН до значений ниже 5, подавляя рост других микроорганизмов.

Гетероферментативное брожение - более сложный процесс. В зависимости от условий и микробной культуры из углеводов образуется различное сочетание молочной и уксусной кислоты с выделением диоксида углерода и этанола.

Молочнокислое брожение в чистом виде применяют в химической промышленности для получения молочной кислоты. Ее широко используют для выделки кожи, в красильном производстве, в фармацевтике, при изготовлении пластмассы и стиральных порошков. В пищевой промышленности молочная кислота требуется для производства кондитерских изделий и безалкогольных напитков.

Не всегда молочнокислое брожение полезно для человеческой деятельности. Самопроизвольно возникающий процесс, начинающийся в молоке, вине, безалкогольных напитках, приводит к порче продуктов. Органолептически это выражается в прокисании, помутнении и ослизнении субстрата.

Пищевая промышленность и лактобактерии

Для производства и консервации различных продуктов широко используются молочнокислые бактерии. Значение их особенно велико в молочном деле.

• Молочная промышленность.

Для получения молочнокислых продуктов стерилизованное молоко или сливки сквашивают путем внесения чистых культур. Они носят название «стартовых заквасок». В зависимости от типа закваски получают разные продукты.

Для производства кефира и кумыса применяют культуры, которые, кроме молочнокислого, обеспечивают и спиртовое брожение. Закваску готовят на основе кефирных зерен, являющихся источником обширного сообщества еще до конца не изученных микроорганизмов (молочнокислые палочки и стрептококки, микрококки и дрожжи).

В процессе изготовления сыров молочнокислые бактерии работают на первом этапе, обеспечивая сворачивание казеина, затем их сменяют пропионовокислые микроорганизмы.

Для получения кисломолочного масла в сливки вносят культуру Str. lactis, Str. cremoris и Leuconostoc cremoris. При добавлении в гомогенезированное молоко L. bulgaricus и Str. thermophilus получают йогурт.

В производстве творога и сыров немецкой группы в молоко вносят закваски, содержащие Str. lactis или L. bulgaricus и Str. thermophilus. А для изготовления твердых сыров на стадии созревания используют культуру L. casei и Str. lactis.

• Виноделие.

При производстве вин широко применяют три рода лактобактерий: Lactobacillus, Pediococcus, Leuconostoc. В основном это гетероферментативные кокки, обеспечивающие брожение по яблочно-молочному типу в высококислотных винах. При этом они сбраживают яблочную кислоту и не затрагивают другие химические компоненты вина. Лактобактерии могут испортить напиток, вызвав молочнокислое брожение. В результате появляются такие пороки вина, как прогоркание, ожирение, разложение винной кислоты.

• Хлебопечение.

В хлебе обнаруживают около 70 вкусовых и ароматических веществ, среди них 28 кислот, 11 спиртов, 28 карбонильных соединений, 6 эфиров, метилмеркаптан и аммиак. Молочнокислые бактерии принимают участие в образовании большинства из них. Наибольшее значение лактобациллы имеют для производства ржаного хлеба. Закваска придает тесту упругость, разрыхляет его и способствует подъему. Кислотность теста - важный показатель качества. При производстве пшеничного хлеба лактобактерии играют незначительную роль, в основном процесс зависит от дрожжевых культур. Основными составляющими молочнокислых заквасок для подготовки теста являются L. brevis, L. plantarum и L. fermenti.

• Консервирование мяса и рыбы.

Молочнокислые бактерии применяются при изготовлении салями и сервелата, других колбасных изделий, при созревании рыбы слабого посола. Молочная кислота ускоряет процесс консервирования и придает продуктам ценные вкусовые качества.

• Биологическое консервирование овощей и фруктов.

Заготовки проводятся по тому же принципу, что и силосование корма. Углеводы растений под воздействием молочнокислых бактерий превращаются в молочную и уксусную кислоты, которые являются прекрасными консервантами.

Квашеная капуста и огурцы, моченые яблоки, помидоры и арбузы - вот пример простых заготовок на зиму. Так, в порезанной и хорошо утрамбованной капусте с небольшим добавлением соли начинается спонтанный процесс брожения, в котором принимают участие сначала Leuconostoc, а позднее L. plantarum.

Роль в сельском хозяйстве

Силосование корма - это лучший способ заготовки и сохранения зеленой массы. Для создания необходимых условий исходное сырье (траву, зеленую массу кукурузы, ботву) укладывают в специальные силосные ямы, тщательно утрамбовывают и накрывают слоем земли. При этом создаются условия, в которых основная часть микробов погибает, а молочнокислые бактерии перерабатывают углеводы растений до тех пор, пока концентрация молочной кислоты не составит 60 % и более, а кислотность силоса не достигнет рН 4.5. Кроме молочной, в силосе накапливается и уксусная кислота. Для завершения процесса требуется около одного месяца.

Микрофлора в кишечнике человека

В кишечном тракте человека обитает множество молочнокислых микроорганизмов, называемых лакто- и бифидобактериями. Продукт их метаболизма - молочная кислота - обладает рядом положительных моментов.

• Стимулирует перистальтику кишечника.
• Уменьшает газообразование.
• Стимулирует выделение пищеварительных соков.
• Улучшает усвояемость кальция, фосфора и железа.

Кроме того, лактобактерии обладают способностью противостоять различным патогенным микробам. За счет выработки биологически активных веществ (органические кислоты, перекись водорода, антибиотики и бактериоцины) происходит вытеснение опасных для деятельности кишечника микроорганизмов. Если в содержимом химуса молочнокислые бактерии снижены по количеству, то их место занимает условно-патогенная микрофлора. На основе выделенных из кишечника человека и животных штаммов разработаны лекарства, улучшающие состояние больного при многих инфекциях.

Что такое пробиотики

Еще в начале XX века знаменитый русский ученый Илья Ильич Мечников провел ряд экспериментов по восстановлению микрофлоры кишечного тракта человека с помощью культуры молочнокислой палочки L. bulgaricus . В результате исследований Мечников разработал первый пробиотик - «мечниковскую простоквашу», которую в течение многих лет употреблял сам, назначал пациентам и рекомендовал пить всем знакомым.

В настоящее время пробиотики - класс лекарственных препаратов, направленный на восстановление естественной среды организма. Многолетние изучения доказали эффективность применения пробиотиков (в том числе и лактобактерий) в различных клинических случаях.

Молочнокислые пробиотические бактерии широко применяются в медицине для профилактики и лечения острых и хронических заболеваний кишечника, дыхательных путей, для восстановления кишечной микрофлоры и стимуляции иммунитета. Принимать культуры пробиотиков можно как в виде таблеток и порошков, так и в натуральном виде (кефир, простокваша, ацидофильное молоко, йогурты и другие продукты молочной промышленности).

Lactobacillus bulgaricus (болгарская палочка) - бактерия названа так, потому что в свое время была выделена из болгарского кислого молока «ягурта». Бессноровая неподвижная бактерия, достигающая 20 мкм в длину и часто соединяющаяся в короткие цепочки (рис. 2.2). Является термофильной и лучше всего растет при температуре от 40 °С. Молоко свертывает быстро, причем содержание молочной кислоты в нем доходит до 32 г/л.

Рис. 2.2.

Streptococcus thermophilus (термофильный стрептококк) - часто встречается на доильном оборудовании, молочной посуде и в сыром молоке. Устойчив к кратковременной пастеризации, но погибает при высокотемпературной пастеризации. Термофильный стрептококк, как и Streptococcus cremoris , представляет собой длинные цепочки (рис. 2.3).

Оптимальная температура его развития 40-45 °С. Он совместно с Lactobacillus bulgaricus используется для приготовления йогурта и в качестве компонента культуры для приготовления эмментальского сыра.

Streptococcus thermophilus чрезвычайно чувствителен по отношению к пенициллину и некоторым антибиотикам и поэтому применяется в качестве тесг-микроба для биологического определения (обнаружения) антибиотиков в молоке.

Рис. 2.3. Термофильные молочнокислые бактерии: Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus

Lactobacillus acidophilum (ацидофильная палочка) - выделена из кишечника в 1922 г. сквашивает молоко за 24 ч.

Использование бактерий рода Lactobacillus acidophilus в производстве продуктов детского и диетического питания обусловлено наличием у этих бактерий способности выделять в процессе жизнедеятельности специфические антибиотические вещества, подавляющие рост бактерий группы кишечной палочки, дизентерийной палочки, сальмонелл, коагулазоположитель- ных стафилококков и др. Бактерицидные свойства ацидофильной палочки усиливаются в присутствии молочной кислоты.

Рис. 2.4.

Пропионовокислые бактерии (Пропионобактерии, Рropionibacterium) - неспороносные грамположигельные неподвижные палочковидные бактерии, размножающиеся бинарным делением, факультативные анаэробы, размером 0,5-0,8 или 1,0- 1,5 мкм (рис. 2.5).

Рис. 2.5.

Пропионовокислые бактерии обитают в кишечном тракте жвачных животных, часто появляются в сыром молоке. Проии- оновокислые бактерии применяются в пищевой промышленности (хлебопечение, сыроделие), а также в микробиологической промышленности в качестве продуцентов витамина В12.

Lactobacterium helveticum - длинные палочки, располагающиеся в виде отдельных клеток и цепочек. Растет при 22- 50 °С, оптимальная температура развития 40 °С. Растет при наличии в среде 2 или 5 % поваренной соли. Максимальная кислотность молока достигает 300-350 °Т.

Широко распространен в природе. Его можно выделить из почвы, разлагающихся органических веществ и растений (рис. 2.6). Используется в производстве голубых сыров, противогрибковых препаратов, полисахаридов, протеолитических и других ферментов. Гриб является составной частью таких сыров, как Рокфор, Стилтон, Датский голубой и других сыров с плесенью.

Рис. 2.6.

Penicillium camemberti - специальный вид сырной плесени, используемый для производства мягкого жирного сыра Ка- мамбера, изготавливаемого из коровьего молока (рис. 2.7).

Рис. 2.7.

Сыр имеет цвет ог белого до светло-сливочного, вкус - острый, пикантный, немного похож на грибной. Снаружи Ка- мамбер покрыт пушистой белой корочкой, образованной PenicUlium camemberti или PenicUlium candidum.

Считается, что первый камамбер был изготовлен в 1791 г. нормандской крестьянкой Мари Арель. Согласно легенде, Мари Арель во время Французской революции спасла от смерти скрывавшегося от преследования монаха, который в благодарность открыл ей известный лишь ему секрет приготовления этого сыра.

Тем не менее, гот сыр, который сейчас называют камамбер, возник лишь в конце XIX века. В 1890 году инженер М. Ридель изобрел деревянную коробку, которая использовалась для транспортировки этого сыра и позволяла перевозить его на большие расстояния, в особенности в США, где он стал очень популярен. Эти коробки используются до сих пор.

Мезофилами являются представители различных групп бактерий: спорообразующие бактерии родов Бациллус и Клостридиум, неспорообразующие рода Протеус, многие стафилококки и др.

Мезофилы - основная часть бактерий, обсеменяющих пищевые продукты и представляющих наибольшую опасность. Эти бактерии широко распространены в почве, пыли, воздухе пищевых предприятий, на полуфабрикатах и пищевых продуктах. Опасность усугубляется тем, что многие мезофилы образуют термостойкие споры.

Бактерии Клостридиум. Подвижные палочки (перитрихи), анаэробы, образуют споры. Некоторые являются нестрогими анаэробами и могут расти не только внутри, но и на поверхности пищевых продуктов. Из известных 60 видов этого рода в пищевых продуктах может размножаться около 30. По биохимическим свойствам все клостридии делятся на гнилостные (обладают протеолитическими ферментами) и бродильные. Два вида могут вызывать пищевые отравления.

Гнилостные (протеолитические) клостридии разлагают желатин, белки молока и молочных продуктов, мяса, рыбы, разрыхляют их, иногда образуют черный пигмент. Распад белков называется протеолизом, отсюда и название этих бактерий. Споры клостридий чрезвычайно термостойки. Благодаря большому набору ферментов клостридии могут сбраживать углеводы. Под их влиянием молоко свертывается, желатин разжижается. Протеолитические клостридии могут развиваться в широком диапазоне температур - от 16 до 50 °С. При их размножении в продуктах накапливаются летучие вещества, дающие гнилостный запах.

Клостридии вида Перфрингенс также являются возбудителями порчи пищевых продуктов. Консистенция продукта станоновится рыхлой, крошащейся, изменяется его цвет, появляется кислый запах, наблюдается вспучивание и бомбаж консервов. Эти бактерии обсеменяют мясо, молоко (в кисломолочных продуктах их нет), муку, крупу, рыбу, вызывают пищевые отравления при попадании в пищеварительный тракт человека токсинов бактерий с пищей или газовую гангрену при проникновении бактерий в мышечные ткани в результате травм и ранений.

К сахаролитическим клостридиям относятся маслянокислые спорообразующие бактерии с расположением споры на конце клетки. Они способны сбраживать углеводы, и при их развитии в продуктах накапливается масляная и уксусная кислоты, обладающие неприятным запахом, продукты скисают, в них накапливаются газы. Эти бактерии широко распространены на растительном сырье, в молочных продуктах. Споры их менее термостойки, чем протеолитических клостридий, но более кислотоустойчивы. Они встречаются также в овощных консервах и продуктах, обрабатываемых при температуре 105 °С и ниже, и вызывают их порчу. Пищевые отравления вызываются при употреблении рыбных и мясных консервов, копченых и соленых продуктов, содержащих живые клетки бактерий или их токсины. Споры клостридий могут сохраняться живыми в томатопродуктах, овощных и фруктовых консервах, которые пастеризуют или стерилизуют при температуре 105 °С и ниже.

Бактерии Бациллус. Мезофильные спорообразующие бактерии обитают в почве, распространяются с пылью и попадают на сырье, оборудование и продукты. По физиологическим свойствам бактерии рода Бациллус можно разделить на две группы:

бактерии, образующие при разложении углеводов газообразные продукты. Они могут сбраживать углеводы, органические кислоты и спирты с образованием уксусной и муравьиной кислот, спирта, углекислого газа и водорода. К этой группе относятся Бациллус полимикса и Бациллус мацеранс, устойчивые к высокой кислотности среды и большим концентрациям сахара.

Благодаря этим свойствам они могут размножаться В продуктах при рН 3,6 и выше, содержащих до 25 % сахара. В некоторых случаях Бациллус полимикса развивается во фруктовых сиропах при содержании 25-40 % сахара;

бактерии, не образующие заметных количеств газа при сбраживании углеводов, но накапливающие кислоты. Эти бактерии присутствуют в различных продуктах. Они относятся к группе Бациллус субтилис (сенная палочка), широко распространенной в природе и образующей в основном молочную кислоту. Палочки развиваются в широком диапазоне температур - от 5 до 55 °С. Многие устойчивы к повышенным температурам. Бациллус субтилис часто обнаруживают в остаточной микрофлоре после консервирования продуктов (около 60 % этой микрофлоры является мезофилами).

Бациллус цереус - подвижная палочка, широко распространенная во внешней среде; оптимум роста бактерий 30 °С. Основная среда обитания - почва, откуда они попадают в воздух и водоемы. При попадании на пищевые продукты быстро развиваются и их количество может составить сотни и тысячи клеток на 100 см 2 поверхности. Обсеменяет кулинарные изделия, крахмал, сырое молоко, кондитерские изделия, молочные продукты, пищевые добавки, консервы, фрукты. Наиболее загрязнены бактериями овощи, тесно контактирующие с почвой. В пищевых продуктах споры начинают прорастать при рН 5,5 и выше. Некоторые разновидности бактерий могут размножаться в среде, содержащей 8-15 % поваренной соли.

Употребление в пищу продуктов, содержащих в 1г 10 6 клеток Бациллус цереус, представляет опасность для здоровья человека, так как вызывает пищевое отравление.

Мезофильные бактерии могут вызывать порчу пищевых продуктов питания и при холодильном хранении.

Бактерии Протеус. Представители рода Протеус - мелкие клетки, способные менять форму от палочек до кокков, а в определенных условиях образуют нити и другие формы. Эти бактерии - мезофилы, факультативные анаэробы, подвижны (перитрихи), спор не образуют. Температурные пределы развития 10-43 °С.

В средах с углеводами образуют газы и кислоты, в белковых средах вызывают гниение (протеолиз).

Не образующие спор бактерии. Среди мезофильных микробов имеются и не образующие спор бактерии из семейства лактобацилловых, которые широко распространены в природе и играют определенную роль в пищевой промышленности. Они развиваются в диапазоне температур от 8 до 42 °С при оптимуме от 25 до 30 °С. Встречаются в молочных, зерновых и мясных продуктах, на оборудовании молочных заводов, в воде, сточных водах, пиве, вине, фруктах и фруктовых соках, соленьях, заквасках для теста и др. Порчу фруктовых соков, консервов, вин и других продуктов вызывают бактерии, развивающиеся при температуре 12 °С и выше.

В дословном переводе термофильные бактерии значит «любящие тепло». Эти микроорганизмы широко распространены в природе. Учеными они были обнаружены в составе нормальной микрофлоры кишечника животных и человека, в почве и глубоких слоях хвойной и лиственной подстилки лесов, в воде морей, рек и горячих источников. Они встречаются в навозе, компостных кучах, охотно заселяют подстилки для животных из сена, опилок или соломы. Среди них выделены подвижные и неподвижные формы. Большинство термофилов в неблагоприятных условиях образуют споры.

При выращивании в искусственных условиях некоторые термофильные бактерии предпочитают твердые среды и присутствие воздуха. Другие лучше живут в жидких средах и не нуждаются в кислороде для своего роста. Форма этих бактерий зависит от температуры. В горячих источниках они имеют вид нитей, а при снижении температуры до 40°С превращаются в палочковидные бациллы.

Изучение термофильных организмов еще очень далеко от завершения, среди них обнаружены не только бактерии. Недавно в садовой почве обнаружен и один вид плесневых грибов, имеющий аналогичные свойства и предпочитающий высокие температуры. Термофильным бактериям мы обязаны существованием таких продуктов, как ацидофилин и йогурт.

Если оценивать температурные предпочтения бактерий вообще, то их можно разделить на три основные группы. Виды бактерий различают, изучая диапазон, приемлемый для жизни. Он характеризуется минимальной, максимальной и оптимальной температурами роста. Оптимальной считается та, при которой наблюдается максимальная скорость увеличения размера бактериальных колоний. Чаще всего эту скорость измеряют количеством генераций, появившихся в течение часа.

1. Психрофильные организмы предпочитают температуры, близкие к 0°С, и демонстрируют рост, даже если их среда охлаждается до -5°С. Оптимальными для их роста являются температуры около +10°С.
2. Мезофильные бактерии. Предпочитают температуры, близкие к 37°С.
3. Термофильные бактерии. Активно растут при температурах, превышающих 50°С.

В свою очередь, термофильные бактерии делятся на несколько групп. Это экстремальные термофилы (оптимальная температура около 80°С), стенотермофилы с оптимумом в 55-65°С, эвритермофилы (оптимальные температуры колеблются от 37 до 48°С) и термотолеранты, растущие при температуре не более 48°С и отличающиеся от мезофилов тем, что при росте температуры увеличивают скорость своего роста.

В зависимости от потребности в кислороде термофильные бактерии бывают аэробными и анаэробными.

Анаэробные термофилы

Среди анаэробных термофильных бактерий различают несколько групп.

Маслянокислые

Эти термофильные организмы осуществляют брожение с образованием масляной кислоты. Относятся к сахарорасщепляющим клостридиям. Являются анаэробными бациллами, использующими для питания сахара, пектин, декстрины (углеводы с короткими цепочками, образующиеся при расщеплении целлюлозы или крахмала) и продуцирующие масляную, уксусную кислоты, а также углекислый газ и водород.

Разновидностью этой группы термофильных бактерий являются микроорганизмы, осуществляющие ацетонобутиловое брожение. Некоторые из них имеют весьма полезные для человека свойства – дополнительно продуцируют изопропиловый спирт, ацетон, бутиловый и этиловый спирты. Существуют виды, способные фиксировать никель. Известны термофильные и мезофильные формы.

Существуют также клостридии, имеющие свойства сбраживать белки, аминокислоты, а также способные разлагать пурины и пиримидины (циклические соединения, содержащие азот, некоторые из которых входят в состав ДНК).

Целлюлозные

Заселяют ил, компосты, растительные остатки, в почве соседствуют с грибами и актиномицетами, которые также питаются растительной органикой. Большинство из них относятся к роду клостридиум (Clostridium). Эти бактерии в почве и перегное активны в диапазоне температур от 60 до 65°С, когда их соседи прекращают свою деятельность из-за перегрева. Иногда пигментированы и имеют желто-оранжевый цвет.

В этих условиях существуют также и мезофильные виды (например, палочка Омелянского). Температурные диапазоны их активности существенно различаются, создавая каждому виду подходящую экологическую нишу. Некоторые ученые считают, что термофильные и мезофильные бактерии могут быть вариациями одного вида, поскольку имеют сходное строение и внешний вид. С точки зрения морфологии (внешнего вида) эти термофильные бактерии являются палочковидными (бациллами), имеют концевые споры, различную длину и степень изогнутости.

Они разлагают целлюлозу при помощи специального фермента, выделяют водород, углекислый газ, этиловый спирт, уксусную, муравьиную, молочную, фумаровую и другие органические кислоты.

Метанообразующие

Часто живут рядом с целлюлозными и культивируются совместно. Среди них наиболее изучены виды метанобактериум (Methanobacterium) и метанобациллюс (Methanobacillus), которые являются прямыми и тонкими, несколько изогнутыми палочками, не способными образовывать споры. Несомненная польза от этих микроорганизмов состоит в том, что они способны продуцировать витамины, антибиотики и ферменты, используя в качестве питательной среды отходы и сточные воды, образующиеся в результате хозяйственной деятельности человека.

Десульфирующие

Часто соседствуют с целлюлозными, и живут за счет восстановления сульфатов. Наиболее изучена Desulfotomaculum nigrificans, имеющая вид палочки со скругленными концами, или форму чечевицы. Образует овальные споры, расположенные ближе к одному из концов (субтерминальные или терминальные).

Молочнокислые

Бактерии группы молочнокислые могут приносить человеку как пользу, так и вред. Поселяясь в молоке, они могут вызвать его порчу, а некоторые виды способны синтезировать ароматические вещества, придавать особый вкус сливкам и творогу. Молочнокислые бактерии являются факультативными анаэробами, для которых оптимальной является жизнь в отсутствии кислорода. Однако они способны существовать в средах, где его количество невелико. Делятся на палочки и кокки.

1. Молочнокислые кокки имеют вид коротких цепочек из нескольких клеток (стрептококки) и бывают гомо- и гетероферментивными. Первые способны сбраживать сахара, находящиеся в молоке. С их помощью изготавливают живой йогурт. Наиболее хорошо изученными являются Lactococcus и Leuconostoc. Вторые способны параллельно выделять ароматические вещества диацетил и цитоин. Их клетки имеют круглую или овальную форму, не образуют капсул и спор, хорошо окрашиваются по Граму. Считаются аэротолерантными, то есть способны существовать в присутствии воздуха, однако не имеют способности осуществлять аэробное дыхание, продолжая осуществлять привычный для них процесс брожения. Для питания требуют широкого спектра веществ, в том числе витамины, белки, органические кислоты. В молоке вызывают его свертывание с образованием ровного сгустка без большого количества сыворотки. Аромообразующие молочнокислые стрептококки являются причиной наличия в сыре пузырьков, имеющих характерный запах, имеют более низкую способность к производству кислот (энергию кислотообразования). Имеют высокую спиртоустойчивость, требуют высокой кислотности.
2. Молочнокислые термофильные палочки , или лактобактерии, могут быть одиночными или парными. Наиболее часто используются ацидофильные лактобактерии, а также L. helveticus, L. lactis, L. Bulgaricum – последняя входит в закваски, при помощи которых производится йогурт. Кроме них, в молочной промышленности используются стрептобактерии и бета-бактерии. Это неподвижные микроорганизмы, не образующие спор и капсул, хорошо окрашивающиеся по Граму. Молочнокислые термофилы являются факультативными анаэробами. Они также могут быть моноферментными с высокой скоростью кислотообразования и гетероферментными, способными параллельно перерабатывать фруктозу с образованием шестиатомного спирта маннита, ацетатов (солей уксусной кислоты), лактатов (солей молочной кислоты) и углекислого газа. Обладают слабой способностью перерабатывать белки, поэтому для роста требуют наличия в среде аминокислот. Некоторые из них имеют необычные свойства и способны производить каталазу (фермент, расщепляющий перекись водорода) или ацетальдегид, который находясь в сыре, придает ему специфический запах и вкус и способен подавлять патогенную микрофлору.
3. Термоустойчивые молочнокислые палочки . Выживают в молоке даже после его пастеризации при 85-90°С. Устойчивы к действию дезинфицирующих агентов и наносят немалый вред предприятиям пищевой промышленности. Антагонисты кишечной палочки. Иногда обнаруживаются в заквасках, а также в молоке, пастеризованном при невысоких температурах.

Аэробные термофилы

Термофилы, требующие для дыхания кислорода, подразделяются на две группы.

Экстремально-термофильные

Грамотрицательные палочки, не способные к движению. Наиболее изучена Thermus aquaticus. Это облигатный аэроб с оптимальной температурой роста 70°С, окрашен в желтый или оранжевый цвет. При повышении температуры палочки преобразуются в нити. Широко распространены в горячих источниках и в почве возле них. Часто образуют своеобразный союз с экстремально термофильными водорослями, обмениваясь питательными веществами.

Спорообразующие

Многие из них имеют аналогичные мезофильные формы. Наиболее изучены Вас. stearothermophilus и Вас. coagulans. Широко распространены в рыхлой почве и хорошо аэрируемых водах.

Особенности организации и реализации генетической информации термофилов

Изучение ферментов, обслуживающих репликацию ДНК термофильных бактерий, имеет не только теоретический, но практический интерес. Это связано с тем, что такие ферменты могут успешно применяться для проведения одного из наиболее чувствительных анализов ДНК – полимеразной цепной реакции. Смысл ее состоит в том, что в специальном аппарате при помощи специфической затравки – кусочка ДНК организовывается ее размножение в количествах, достаточных для проведения анализа при помощи гель-электрофореза. Делается это с помощью ферментов, расплетающих двойную спираль ДНК и синтезирующих недостающие цепочки на каждой из расплетенных ветвей.

Клонирование данных ферментов с целью получения «идеальной ДНК-полимеразы» – тема, актуальная для всех, кто занимается проблемами повышения точности и производительности ферментов, синтезирующих ДНК при проведении ПЦР (Полимеразная цепная реакция). Обычно исследование проводят в несколько этапов:

1. Разработка способа клонирования участков ДНК бактерий, с которых считывается данный фермент, выделение необходимых генов из ДНК-библиотек исследуемых организмов.
2. Определение последовательности нуклеотидов в ДНК интересующих генов.
3. Внедрение необходимых генов в ДНК бактерий для получения рекомбинантных ферментов.
4. Оценка эффективности работы этих ферментов при проведении ПЦР.
5. Оценка точности воспроизведения фрагментов ДНК при помощи полученных ДНК-полимераз.

Полезные и вредные свойства термофилов и их применение

Ацидофильные молочнокислые палочки применяются не только в пищевой промышленности, но и в фармакологии. Их можно обнаружить в твороге и сыре, а также в составе большинства пробиотических препаратов, заквасках, позволяющих производить кефир и йогурт и призванных нормализовать микрофлору в организме человека.

Индустрия красоты

Косметологи широко применяют йогурт в качестве средства, отбеливающего кожу и восстанавливающего ее упругость. Живой йогурт, применяемый в качестве маски, способен восстановить здоровье кожи и нормализовать баланс бактерий на ее поверхности.

Производство йогуртов

Термофильный стрептококк и болгарская ацидофильная палочка входят в состав заквасок, при помощи которых производится йогурт. Многие люди, имеющие проблемы с перевариванием цельного молока, могут употреблять йогурт, поскольку в его составе нет молочного сахара – лактозы. Йогурт показан грудным детям как средство для поддержания нормальной микрофлоры, а также как продукт, содержащий витамины групп В и К, фолиевую кислоту и аминокислоты. Он легко готовится из сухих заквасок путем добавления их в молоко и выдерживания при температуре 38-45°С. В отличие от кефира или ацидофилина, йогурт имеет приятный сливочный вкус и не содержит дрожжей и спирта.

Переработка органики

Это еще одна сфера применения термофильных бактерий. Ее выполняют как термофильные, так и мезофильные бактерии, живущие в почве, однако эффективность работы первых существенно выше. Интерес к метановому брожению существенно возрос после того, как было выяснено, что в результате можно получать витамины В12 и Н. Кроме того, образующийся при переработке подстилки и других органических отходов в компостных ямах метан может успешно применяться для обогрева жилых и промышленных помещений, а также в химической промышленности.

Чтобы уменьшить вред, наносимый термофильными палочками предприятиям пищевой промышленности, проводят мониторинг оборудования и его регулярную обработку бактерицидными препаратами, что позволяет контролировать качество выпускаемой продукции.

Клостридиумы в почве

Немалый вред приносит инфицирование земель клостридиумами при внесении органических удобрений, а также использовании в качестве удобрения перепревшей подстилки из коровников. Высокое содержание клостридиумов в почве наносит существенный вред качеству грунтовых вод и воды в естественных водоемах.

Интересно, что в почве, загрязненной нефтепродуктами, обнаружены термофилы, способные перерабатывать твердые парафины и ароматические углеводороды. Их присутствие в почве позволяет существенно снизить степень загрязненности и сделать ее пригодной для растений.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.