ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ
Благодаря большому разнообразию синтезируемых ферментов микроорганизмы могут выполнять многие химические процессы более эффективно и экономично, чем если бы эти процессы проводились химическими методами. Изучение биохимической деятельности микроорганизмов позволило подобрать условия для максимальной активности их как продуцентов различных полезных ферментов - возбудителей нужных химических реакций и процессов. Микроорганизмы все шире применяются в различных отраслях химической и пищевой промышленности, сельском хозяйстве, медицине.
В нашей стране создана и успешно развивается новая отрасль промышленности - микробиологическая, все производства которой базируются на деятельности микроорганизмов.
Микроорганизмы, с помощью которых производят пищевые продукты, называют культурными. Их получают из чистых культур, которые выделяют из отдельных клеток. Последние хранят в музейных коллекциях и снабжают ими различные производства.
В результате осуществляемых культурными микроорганизмами химических реакций растительное или животное сырье превращается в пищевые продукты. С помощью микроорганизмов получают многие жизненно важные продукты питания, и хотя изготовление их знакомо человеку с древних времен, роль в нем микроорганизмов открыта сравнительно недавно.
Хлебопекарное производство.
Хлебопечение основано на деятельности дрожжей и молочнокислых бактерий, развивающихся в тесте. Совместное действие этих микроорганизмов приводит к сбраживанию сахаров муки. Дрожжи вызывают спиртовое брожение, молочнокислые бактерии - молочнокислое. Образующиеся при этом молочная и другие кислоты подкисляют тесто, поддерживая оптимальный для жизнедеятельности дрожжей уровень рН. Углекислый газ разрыхляет тесто и ускоряет его созревание.
Применение культурных микроорганизмов в виде прессованных хлебопекарных дрожжей, сушеных или жидких заквасок улучшает вкус и аромат хлеба.
Производство сыра.
Сыроделие основано на деятельности многих видов микроорганизмов: молочнокислые (термофильный стрептококк), пропионовокислые бактерии и др. Под действием молочнокислых бактерий происходит накопление молочной кислоты и сквашивание молока, под действием других полезных микроорганизмов созревает сыр. Участвуют в этом процессе также некоторые плесневые грибы. Сычужный фермент и молочнокислые бактерии производят глубокое расщепление белков, сахара и жира. Различные бактерии вызывают накопление в острых сырах летучих кислот, придающих им специфический аромат.
Получение кисломолочных продуктов.
Творог, сметану, масло, ацидофилин, простоквашу приготовляют на чистых Культурах с применением различных заквасок. Молоко предварительно пастеризуют. Для производства творога и сметаны применяют мезофильные молочнокислые бактерии; ряженки, варенца и подобных продуктов - термофильные стрептококки и болгарскую палочку; ацидофилина - кислотовыносливые молочнокислые бактерии; кефира - многокомпонентные закваски, состоящие из дрожжей, молочнокислых и часто уксуснокислых бактерий. Для изготовления кислосливочного масла в пастеризованные сливки вносят закваску молочнокислых бактерий и выдерживают до требуемой кислотности.
Пивоваренное, спиртовое, ликеро-водочное и винодельческое производства.
Вино, пиво, квас, водку и другие напитки приготовляют с применением дрожжей, вызывающих спиртовое брожение сахарсодержащих жидкостей. В результате брожения жидкости (сусла, бражки, сока и т. п.) образуется алкоголь, СО2 и незначительные количества побочных продуктов. Подсобную роль выполняют молочнокислые бактерии: они подкисляют среду и облегчают деятельность дрожжей (например, при производстве кваса). В производстве спирта и пива для осахаривания заторов применяют также ферментные препараты грибного и бактериального происхождения.
Квашение и соление.
Сущность этого способа консервирования состоит в создании условий для преимущественного развития одних микроорганизмов - молочнокислых бактерий и подавления развития других - гнилостных бактерий. Заквашивают капусту, огурцы, помидоры, яблоки, арбузы. Применяют этот способ также при закладывании на длительное хранение корма для скота - заквашивается зеленая масса из трав, растительных остатков и др. Этот процесс носит название силосования кормов.
Получение органических кислот.
Уксусную, молочную и лимонную кислоты производят также с помощью микроорганизмов. Молочную кислоту получают способом брожения из сахарсодержащего сырья - патоки, крахмала, молочной сыворотки и др.
Молочнокислые бактерии выращивают на средах, содержащих до 15 % сахара. Выход молочной кислоты достигает 60-70 % массы содержащегося в заторе сахара.
Промышленное получение уксуса для пищевых целей основано на уксуснокислом брожении. Уксуснокислые бактерии в специальных чанах на буковых стружках окисляют поступающую питательную среду - уксусно-спиртовой раствор - до уксусной кислоты.
Лимонную кислоту раньше получали из плодов цитрусовых. В настоящее время ее также получают путем брожения. Возбудителем брожения является гриб Аспергиллус нигер, основное сырье - черная патока. Брожение происходит в растворе с содержанием 15 % сахара в аэробных условиях при температуре около 30 °С. Лимонная кислота используется в кондитерской промышленности, производстве безалкогольных напитков, сиропов, кулинарии и медицине.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ В КОСМЕТОЛОГИИ
Лабораторные испытания косметических средств не редко обнаруживают, что они серьезно «заселены» различными микроорганизмами. В этой статье мы разберемся, насколько это опасно и что делает производитель, чтобы избавить от микробов.
Большинство косметических кремов и составов представляют собой сложные эмульсионные системы типа «вода в масле» или «масло в воде», в состав которых входят жидкие и твердые жировые компоненты, вода, биологически активные вещества с определенным эффектом. Микроорганизмы развиваются в водной и практически не растут в жировой фазе эмульсий, поэтому наиболее благоприятные условия для размножения микроорганизмов создаются в эмульсиях типа «масло в воде».
Компоненты косметических эмульсий главным образом представляют собой сложные эфиры высокомолекулярных спиртов и жирных кислот. Большое содержание в кремах воды, соединений углерода и азота, доступ воздуха, а также хранение при температуре выше +20+30°С создают благоприятные условия для размножения в них различных микроорганизмов, которые могут использовать в качестве источника углерода и энергии такие компоненты, как глицерин, пентол, моносахарат, ланолин, апилак, эмульсионные воски, азулен, эвкалиптовое и парфюмерное масла, спермацет, гидрированные спирты кашалотового жира.
Размножение микроорганизмов в косметических средствах сопровождается разрушением компонентов, входящих в их состав, и накоплением в эмульсиях продуктов разложения и соединений, синтезированных микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности. Эти вновь образовавшиеся вещества могут оказывать неблагоприятное воздействие на кожу и слизистые оболочки. Любая косметическая эмульсия, содержащая микроорганизмы или обеспечивающая их рост, не должна использоваться, так как, наряду с изменением свойств самой эмульсии (появление неприятного или необычного запаха, изменение вязкости и цвета, расслоение эмульсии), она может стать причиной кожных, глазных и аллергических заболеваний.
Чаще всего, в косметических средствах обнаруживают следующие микроорганизмы:
1. плесневые грибы Penicillium glaucum, Aspergillus niger, Aspergillus glaucus;
2. дрожжи Torula, Candida, Saccharomyces;
3. бактерии из родов Стафилококков (Staphylococcus),
4. стрептококки (Streptococcus),
5. псевдомонады (Pseudomonas),
6. аэробактер (Aerobacter aerogenes),
7. кишечная палочка (Escherichia coli).
Наиболее интенсивный рост и способность использовать разнообразные соединения обнаружены у бактерий рода Псевдомонад (Pseudomonas), из которых наиболее активная и агрессивная синегнойная палочка.
Порошки (тальк, крахмал и др.), как правило, содержат споры различных микроорганизмов. Большинство восков и эмульгаторов, растительных и животных экстрактов, протеинов, минеральных солей, входящих в состав косметических изделий, также являются благоприятной питательной средой для многих микроорганизмов. Некоторые биологически активные добавки, применяемые в косметике, способны стимулировать рост бактерий и микроскопических грибов. Даже плохо очищенная вода может служить источником микробного загрязнения. Установлено, что бактерии, выделенные из испорченных косметических эмульсий, хорошо растут на средах, в которых присутствует жидкий парафин, олеиновая или стеариновая кислоты, олеиновый или стеариновый спирты, пропиленгликоль. Напротив, такие соединения, как твердый парафин, гексадециловый спирт и полиэтиленгликоль не обеспечивают активного роста бактерий.
К числу наиболее стойких соединений жировой фазы относится ланолин. Механизм разрушения косметических эмульсий во многом зависит от состава эмульгаторов. Считается, что в устойчивой эмульсии жировая фаза защищена от воздействия микроорганизмов адсорбированными молекулами эмульгатора. Поскольку бактерии в эмульсиях развиваются в основном воде, соединения водной фазы, например, глицерин или избыток эмульгатора, не вошедшего в состав адсорбционных слоев жировой фазы, прежде всего используются микроорганизмами. Из эмульгаторов наименьшей стойкостью к воздействию микроорганизмов обладают стеарин, стеарат-ДЭГ и лаурат-ДЭГ, поскольку многие микроорганизмы, за исключением золотистого стафилококка (St. aureus), хорошо растут на средах с этими соединениями. Наиболее стойким эмульгатором является триэтаноламин. Синегнойная палочка использует олеиновую кислоту в процессе жизнедеятельности, а для дрожжей из рода Candida, бактерий из рода Pseudomonas олеиновая кислота является важным ростовым фактором. Глицерин обеспечивает рост многих микроорганизмов.
Благодаря тому, что в состав эмульсий входят ПАВ, поверхностное натяжение в эмульсиях низкое. Грамотрицательные бактерии устойчивы к низкому поверхностному натяжению, тогда как грамположительные более чувствительны и не развиваются, если поверхностное натяжение среды ниже 50 дин/см2. Возможно, что решающим фактором, приводящим к гибели золотистого стафилококка, является именно низкий уровень поверхностного натяжения.
Изменяя состав водной фазы, можно уменьшить степень повреждения эмульсий микроорганизмами. Наиболее сильно воздействуют на эмульсии, вызывая их повреждения, бактерии из рода Pseudomonas, Enterobacter, Achromobacter. Поэтому защита эмульсий должна быть направлена на создание условий, исключающих рост в них представителей этих бактерий, и прежде всего, синегнойной палочки.