A mikroorganizmusok táplálása

A mikroorganizmusok táplálása egy összetett fiziológiai folyamat, amelynek során a mikroorganizmusok megszerzik a szükséges elemeket és energiát a sejtvegyületek bioszintéziséhez, az életfunkciók növekedéséhez, szaporodásához és fenntartásához.

A táplálkozás folyamata a sejtszintű anyagcserén belül zajlik le a makromolekuláris vegyületek degradációs reakciói révén a sejt belsejében szállítható kis molekulatömegű vegyületekké, exergonikus reakciókként, amelyek a sejtos katabolizmusban zajlanak le. A katabolizmus reakcióival egyidőben, egyszerű vegyületek és energia felhasználásával az élő sejt szintetizálja az anabolizmusban való növekedéshez nélkülözhetetlen sejtvegyületeket. A mikrobiális sejt élete mindaddig lehetséges, amíg a két folyamat egyszerre zajlik.

A baktériumsejt 300-600 különböző típusú molekulát használhat fel, amelyeknek körülbelül 50% -át a vízmolekula és az ionok képviselik. Becslések szerint az élesztősejt a vízmolekulák figyelembevétele nélkül akár 500 kismolekulát és több mint 4000 makromolekulát is felhasználhat.

mikroorganizmusok Az élelmiszeriparban kemoszintetizáló mikroorganizmusok fordulnak elő, és energiájukat a szerves vegyületek lebontásával nyerik a tápanyag-szubsztrát potenciális energiájának felszabadításával, amelyen fejlődik, gyakran megadva annak specifikus változását. A tápanyag-szubsztrát vizet, energiaforrásokat (szénhidrát jellegű), asszimilálható nitrogénforrásokat, ásványi sókat és adott esetben növekedési faktorokat tartalmaz.

Táplálkozási típusok és tápanyagforrások

Azokat a mikroorganizmusokat, amelyek szén-dioxidot használhatnak egyedüli vagy fő szénforrásként, autotrófoknak nevezzük, szemben azokkal a heterotrófokkal, amelyek szénforrásként más organizmusok előformált szerves molekuláit használják. A mikroorganizmusok különböző környezeti feltételekhez való alkalmazkodása eredményeként, a hozzáférhető forrásoktól függően, 4 tápláléktípusba tartozhatnak:

heterotróf kemoorganotrófok energiájukat kémiailag, szerves vegyületek oxidációs folyamatai révén nyerik, és szerves és szervetlen vegyületekből (gombák és baktériumok) szereznek oxigént és hidrogént;
autotróf fotolitotrófok (algák, baktériumok a vízben) fényenergiát használnak a bioszintézis folyamataiban, és a szervetlen vegyületekből származó szén-, hidrogén- és oxigénforrást használják fel;
heterotróf fotolitotrófok használjon fényenergiát és fő szénforrásként a levegőből származó CO2 (kénbaktériumok);
autotróf kemolitotrófok (szulfobaktériumok, ferrobaktériumok) kémiailag nyerik energiájukat, és a szervetlen vegyületek szén- és hidrogénforrásként szolgálnak.

mikroorganizmusok szerepet játszik az élelmiszeriparban (az élesztőgombák, a penészgombák és a baktériumok az első táplálkozási típusba tartoznak. A szerves anyagból származó szén asszimilálásával történő növekedéshez való alkalmazkodás az ipari fermentációs folyamatok irányításának kiválasztott szereként, romlást előidézőként vagy kórokozóként ismert. Az első táplálkozási típusban az organotróf mikroorganizmusok közül a következő alcsoportokat különböztetjük meg:

szaproorganotróf mikroorganizmusok (szaprofiták) nem élő szerves anyagok felhasználásával fejlődik szén- és energiaforrásként. Ez a kategória magában foglalja a legtöbb ipari felhasználású mikroorganizmust, de rothasztó baktériumokat, mikroorganizmusokat is, amelyek táplálékon nőnek;
kommenzális mikroorganizmus olyan élő szervezetek (növények vagy állatok) felszínén vagy belsejében fejlődik ki, amelyek részesülnek ebben az asszociációban, és olyan anyagokkal táplálkoznak, amelyek természetes módon keletkeznek anyagcsere-tevékenységükből. Példaként említhetjük a növények epifitikus mikrobiotájából, a bőrből, a bél mikrobiotájából származó mikroorganizmusokat;
patogén mikroorganizmusok vagy parazita szigorúan patogének lehetnek, specializálódhatnak az élő sejt parazitálásával történő táplálásra és élésre;
potenciálisan patogén mikroorganizmusok tápanyagokban gazdag élelmiszereken növekedhetnek, és bizonyos körülmények között méreganyagokat termelhetnek, de szennyezett élelmiszer lenyelésével ételmérgezés vagy toxikózis léphet fel.

Előnyös táplálékforrások az organotróf mikroorganizmusok számára

Szénforrások

Nincs olyan szénforrás, amelyet ne használnának mikrobiálisan. Vannak mikroorganizmusok, amelyek például sok szénforrást képesek felhasználni Pseudomonas cepacia amelyek több mint 100 különböző szénforrást, egyéb baktériumokat, például a nemzetséget használhatnak fel Letospira fő C és energiaforrásként csak azokat a zsírsavakat használják fel, amelyekben a molekula nagyszámú C-t tartalmaz.

Az élelmiszer-nyersanyagokban található vagy a táptalaj összetételében felhasznált természetes C-források közül a következők előnyösek:

poliglucid: keményítő, cellulóz, pektinsavak, amelyeket elsősorban baktériumok és mikroorganizmusok alkalmazhatnak, amelyek specifikus extracelluláris enzimeket termelnek;
monoglükid (hexóz, pentóz),diglucid, egyszerre szén- és energiaforrás minden mikroorganizmus számára, valamint alapvető élesztő táplálékforrás;
szerves savak (tejsav, almasav, ecetsav) mikroorganizmusok és egyes élesztők C-forrása lehet;
alkoholok oxidatív élesztők (pl. Candida, g. Pichia) és baktériumok (pl. Acetobacter).

Mivel a szén max. A tápközeg összetételében a sejt szárazanyagának 50% -át kiszámoljuk a hozzáadandó tápanyag mennyiségével (a molekulatömegtől és a széntartalomtól függően), hogy megfelelő mennyiségű biomasszát kapjunk.

N, P, S tápanyagok

A növekedéshez a mikroorganizmusok nagy mennyiségű nitrogént, foszfort és ként igényelnek, és az organotrófok szerves szénforrásokból vagy szervetlen vegyületekből nyerhetik ki őket. Ismert, hogy az aminosavak, purinok, puridinek, egyes lipidek, koenzimek szintéziséhez nitrogénre (a sejt szárazanyagának 10-14% -a) van szükség. Számos mikroorganizmus képes az aminosavak nitrogénjét és az ammóniát közvetlenül beépíteni, enzimek segítségével. Egyes baktériumok csökkenthetik és asszimilálhatják a légköri nitrogént egy nitráz-rendszer segítségével, és létfontosságú szerepet játszanak a természetes nitrogénkör biztosításában.

A fehérjéket táplálkozásban csak olyan mikroorganizmusok használhatják fel, amelyek extracelluláris proteázokat termelnek, illetve baktériumok - rothadó szerek és penészgombák - rothadó szerek. Élesztő táptalajokban - ammónium-szulfátban és karbamidban - is felhasználhatók. Más vegyületeket, például a nitrátokat, a penészgombák és baktériumok, a nitriteket csak a baktériumok asszimilálják (pl. Nitrosomonas) és élesztőre mérgező (a szaporodást 200 mg nitrát/dm 3 koncentrációnál állítják le).

Ásványi táplálkozás

A kisebb elemek beszerzéséhez a mikroorganizmusok a következő sorrendben részesítik előnyben sóikat: foszfátok, szulfátok, nitrátok, karbonátok. Különböző ásványi anyagok hozzáadásának növekedésre gyakorolt hatása a fajlagos hasznossági index alapján eltérhet, amely a teljes táptalajon képződő biomassza és az adott anyagban/elemben hiányos környezethez vezető biomassza arányát képviseli.

Növekedési tényezők

A növekedési faktorok olyan szerves anyagok, amelyek elengedhetetlenek a mikrobák szaporodásához, és amelyeket ez a mikroorganizmus nem képes szintetizálni. Az első tápláléktípusba tartozó mikroorganizmusok tápanyagigénye szerint bizonyos szukcesszió megállapítható; a táplálkozás szempontjából a legigényesebbek a gram-pozitív baktériumok, ezt követik a gram-negatív baktériumok, illetve az élesztőgombák és a penészgombák.

A növekedési tényezők, mint az anyagcsere szerkezete és funkciója, a következő 3 kategóriába sorolhatók:

aminosavakra van szükség a fehérje/enzim szintéziséhez;
purinok és pirimidinek, nukleinsavak szintéziséhez;
vitaminok, amelyek enzimek protetikus csoportjaiként vagy koenzimekként működnek.

A mikroorganizmusok természetétől függően az aminosavak iránti igény 0-18 aminosav között változik.

Az élelmiszeripar mikroorganizmusai közül a nemzetség élesztői Saccharomyces biotinra és paraaminobenzoesavra, a nemzetség nemzetségének tejsavbaktériumaira van szükség Lactobacillus folsavat, nikotinsavat, biotint, B-vitamint, piridoxint igényel, az ecetsav-baktériumokhoz p-amino-benzoesavra van szükség, és Enteracoccus faecales 8 különböző vitaminra van szüksége a növekedéshez.

Van még egy kis csoport, az úgynevezett növekedést stimuláló tényezők, amelyek jelenléte nélkülözhetetlen, de felgyorsítja a sejtek növekedését.

Az egyes mikroorganizmusok tenyésztési körülményeinek és tápanyagigényének ismerete mind a laboratóriumi gyakorlatban, mind az ipari termesztésben nagy jelentőségű, mert lehetővé teszi a fiziológiai aktivitás szabályozását akár a biomassza megszerzésének irányában, akár a gazdasági szempontból fontos anyagcseretermékeknek.

A tápanyagok szállításának módjai a mikrobiális sejtben

A táplálkozási folyamat végrehajtása érdekében a tápanyagok a metabolizmus érdekében kötelezőek bejutnak a sejtbe. A kis molekulájú oldható tápanyagok különböző módon juthatnak be a mikrobiális sejtbe. Az egyik leggyakoribb módszer a diffúziós behatolás, nevezetesen:

passzív diffúzió a koncentrációgradiens eredményeként bekövetkező diffúzió, amely akkor lehetséges, ha a tápanyag koncentrációja a sejten kívül nagyobb, mint a sejt belsejében. A plazmamembrán bizonyos pórusain keresztül a tápanyag a belsejébe jut és metabolizálódik.
megkönnyítette a terjesztést a plazmalemmában vagy a periplazmatikus térben elhelyezkedő, a fehérjéknek nevezett receptor fehérjék jelenlétének biomembránjaiban érhető el. A permeátum felismeri és megköti a víz oldható molekuláját konformációjának megváltoztatásával, és felszabadítja a sejt belsejében. Ezután visszatér a plazmamembrán külsejével szembeni helyzetébe, és készen áll egy új molekula felvételére. Ez a folyamat mindaddig lejátszódhat, amíg a tápanyagmolekulák koncentrációja nagyobb a sejten kívül, mint belül.

A megkönnyített diffúzió az eukarióta sejtekben fontosabb az aminosavak és a szénhidrátok szállításában, míg a prokariótákban a glicerin szállítására szolgál.

Mikroorganizmusok gyakran előfordulnak olyan élőhelyeken, ahol a tápanyagtartalom olyan alacsony, hogy transzportjuk és koncentrációjuk a sejtben fontos a növekedés szempontjából. Ebben a helyzetben a szállítás a normális koncentrációgradienssel szemben történik, energiafogyasztással, aktív szállítással és csoportos transzlokációval.

Aktiv szállitás - a cellában történő szállítás koncentrációgradiens nélkül is biztosított, és energiafogyasztással történik. A transzport az ATP ADP-vé alakításával felszabaduló energia eredményeként aktiválódik.

Csoportos áthelyezés - aktív transzport az élesztőgombákban és az öntőformákban, amelyben komplex enzimatikus transzferázrendszer lép közbe, amely lehetővé teszi a szénhidrátok behatolását a membránokon keresztül foszforsav-észterek formájában. A sejtek a külső környezettel nemcsak ionokat és szénhidrátokat, hanem makromolekuláris összetett szénhidrátokat is cserélhetnek.

Így például a baktériumok exocitózisos folyamat révén válthatják ki a fehérjéket. Az is lehetséges, hogy az ilyen makromolekulák endocitózisos folyamatok révén jutnak a sejtbe.

Kulturális média

A táptalaj egy összetett tápanyag-szubsztrátum, amelynek szerepe az élelmiszer, amelynek biztosítania kell a termesztendő mikroorganizmust, a szükséges mennyiségű vizet, szénforrásokat, nitrogént, ásványi anyagokat, növekedési faktorokat, anyagokat, amelyek biztosítják a mennyiséget. energia, valamint az összes elem, amelyet a sejt felhasznál a növekedési, szaporodási és létfontosságú funkciók fenntartásának folyamataiban.

A táptalajnak a következő feltételeknek kell megfelelnie:

táplálkozási szempontból megfelelni;
a közegben oldott anyag koncentrációja nem befolyásolja hátrányosan a sejt ozmotikus cseréjét;
ne tartalmazzon mérgező anyagokat vagy mérgező vegyületeket képezzen a mikrobiális tenyészet növekedésének eredményeként;
van bizonyos pH vagy rH;
sterilnek kell lennie, hogy ne csak az oltóanyagon keresztül bejuttatott sejtek fejlődjenek ki.

A laboratóriumi gyakorlatban a táptalajokat különféle mikroorganizmusok természetes környezetektől való elkülönítésére használják tiszta tenyészetek előállításához, tenyésztésükhöz biomassza megszerzéséhez vagy kiválasztott tiszta tenyészetek fenntartásához. Ipari célokra a táptalajt a kiválasztott mikroorganizmusok aktivitásából származó sejtek vagy vegyületek előállítására használják. A kultúrát a rendeltetési helytől függően az alábbiak szerint különböztetjük meg:

Általános kulturális média amely nagyszámú faj és nemzetség fejlődését biztosítja, mert összetételükben változatos tápanyagokat tartalmaznak.

A mikrobiológiai laboratórium gyakorlatában alkalmazott általános táptalajok közül megemlítjük:

folyékony vagy agarizált húsleves (BCA);
tripton táptalaj - élesztő kivonat - glükóz - agar;
maláta - agarmust (MMA) élesztő és penész termesztésére;

Szelektív táptalaj olyan kémiai összetételű táptalajok, amelyek lehetővé teszik a mikroorganizmusok kis csoportjának vagy akár egy faj kifejlődését. Ezek a környezetek tápanyagok és olyan anyagok mellett, amelyek gátló hatást gyakorolnak a mikrobiotában található egyéb kísérő mikroorganizmusokra, amelyekből a kiválasztani kívánt kultúrát elkülönítettük.

A coliform baktériumok meghatározására használt szelektív táptalaj a BLBV (húsleves - epe - laktóz - élénkzöld), amelyben az epesók gátolják a többi baktériumot, míg a koliformok adaptálódnak. A szelektív táptalajok száma nagyon nagy, és lehetővé teszi az ipari szempontból fontos fajok elkülönítését, vagy az élelmiszerekben található szennyező mikroorganizmusok azonosítására, meghatározására használják.

Differenciálási kultúra médiája - ezek a környezetek lehetővé teszik a fajok elkülönítését bizonyos biokémiai jellemzők szerint, ha heterogén mikrobiotából választották ki őket.

Dúsító környezetek (dúsított) tápanyagigényes mikroorganizmusok szétválasztására és tenyésztésére szolgálnak, amelyek mikrobiológiai szempontból kis mennyiségben vannak jelen az elemzett termékben.

Összetételétől és eredetétől függően a táptalaj lehet természetes közeg és szintetikus közeg.

Természetes környezetek a legtöbbet használják, mert reprodukálják azokat a körülményeket, amelyekben fejlődnek mikroorganizmusok. Növényi eredetű természetes környezetek: gyümölcslevek, zöldségek, maláta sör, főtt/kásás zöldségek, gyümölcsök, gyógynövényes infúziók.

Mivel állati eredetű sterilizátorokat használnak a sterilizálás után, tej, vér (fakultatív patogén baktériumok esetén), tejsavó, hús, húsleves, máj, tojás.

Laboratóriumi körülmények között mindkét folyékony táptalajt alkalmazzák, különösen fakultatív anaerob mikroorganizmusok tenyésztésére, fermentációs folyamatok, szilárd közegek - kenyér, burgonyaszeletek stb. és gyakran megszilárduló közeg, amelyet szilárdítószerek hozzáadásával kapnak a folyékony közeghez.

A táptalaj megszilárdításához a következőket használjuk:

agar - agar (agar) a Gelidium nemzetség algáiból nyert diglucid, amelynek szerkezetében galaktóz és D - galakturonsav molekulák vannak összekapcsolva 1,2,1,3 glikozid kötéssel. Tisztított állapotban por vagy szálak formájában kerül kiszerelésre, és 0,5 - 2% folyékony közeget adunk hozzá.
zselatin szerves szövetekből kivont fehérje jellegű szilárdítószer. 12 - 15 g% mennyiségben használják .

A leírt és laboratóriumi körülmények között elkészíthető táptalajok mellett sok vállalat szakosodott különféle formában szállítható táptalajok gyártására. Így kész vagy porított közegekről van szó, amelyek a recept szerint elkészíthetők és hosszú eltarthatóságúak.

A fermentációs tápközegek olyan ipari táptalajok, amelyeket nagy mennyiségű sejt előállítására vagy gazdasági értékű anyagcseretermékek előállítására szánnak.

A táptalajok sokfélesége annak is köszönhető, hogy képes a természetes élőhelyeken található számos mikroorganizmust adaptálni, és annak a ténynek, hogy a táptalaj összetételének megváltoztatásával magasabb hozamot érhetünk el a gazdasági értékű mikrobiális anyagcsere termékekben.

A táptalajt gyakran használják laboratóriumi mikrobiológiai technikákban, tiszta tenyészetek izolálásához, tenyésztéséhez és fenntartásához, valamint élelmiszerek mikrobiológiai ellenőrzéséhez.