Биостимулатори


Категория на документа: Други


ХИМИКОТЕХНОЛОГИЧЕН И МЕТАЛУРГИЧЕН УНИВЕРСИТЕТ

РЕФЕРАТ
ПО ХИМИЯ НА ХРАНИТЕЛНИТЕ СРЕДИ

ТЕМА: МИКРОЕЛЕМЕНТИ И СТИМУЛАТОРИ НА РАСТЕЖА, ВЛИЗАЩИ В ХРАНИТЕЛНИТЕ СРЕДИ. ИНХИБИТОРИ - ВЪЗДЕЙСТВИЕ, ИЗТОЧНИЦИ И МЕТОДИ ЗА ЕЛИМИНИРАНЕТО ИМ.

Изготвила: Магдалена Иванова Бакалова БТ0596 19 гр.
Проверил: Гл.ас. Иво Лалов

СЪДЪРЖАНИЕ

1.МИКРОЕЛЕМЕНТИ В ХРАНИТЕЛНИТЕ СРЕДИ.
Фиг.1. Микроелементи.

Много елементи на минералното хранене са необходими за растежа на всички микроорганизми, обаче за достигане на максимален растеж на биомасата на продуцента и най-висока биохимична активност при провеждане на технологичните процеси са необходими различни техни концентрации.
Фиг.2. Соленоводно езеро в Австралия. Червеният цвят се дължи на наличието на халофилни бактерии, изискващи високо съдържание на NaCl.

В зависимост от нуждите на различните микроорганизми в хранителните среди трябва да се съдържат вещества с по-високи концентрации (макроелементи) и такива в по-ниски концентрации (микроелементи). Необходимостта на организмите от микроелементи (фиг.1)обикновено е много малка (около 10-6 - 10-8 mol). Тя се осигурява от наличие а примеси в питейната вода и осовните компоненти на средата. Изключение правят такива микробиологични процеси, при които целевият продукт трябва да съдържа в своя състав някакъв микроелемен. При биосинтеза на витамин В12 в хранителната среда се внася Со. Известни са случаи на съществено влияние на микроелементите върху свръхсинтеза на микробни метаболити. Кобалтът няколко пъти усилва продуцирането на ензима глюкозоизомераза от термофилен щам актиномицети. Молибден (7.10-6 g.dm-3) и бор (5. 10-6 g.dm-3) стимулират синтеза на тиамин в клетките на клубниковите бактерии, култивирани на синтетична среда, без да оказват съществено влияние върху количеството на получаваната биомаса. Молибденът също така влиза в състава на ензимът нитрогеназа, който участва в азотофиксацията, като преобразува атмосферния азот в амоняк. Манганът играе ралята на катализатор при обмяната на фосфатни групи при окислително-редукционни реакции в клетките. Калцият служи за ензимен активатор, на-вече при протеин-разграждащи ензими и е компонент на дипиколиновата киселина в ендоспорите на бактириите. Изследвания показват някои бактерии проявяват по-стабилна пробиотична активност, ако в средата присъстват в малки количиства веществата Zn (2. 10-7 g.dm-3), Cu (8,4. 10-6 g.dm-3), Ag(23. 10-7 g.dm-3), Au (5. 10-6 g.dm-3).

Натрият е нужен за пропускливостта на клетъчните мембрани и преноса на мелибиоза в клетките на Еscherichia coli. Този елемент също така е нужен на морските микроорганизми за увеличаване на техния растеж и биомаса. Той също така играе ролята на ензимен активатор.
Фиг.3. Участие на микроелементи - желязо, молимбден и магнезий като кофактори в процеса на азотофиксация.

Халофилните бактерии, които изискват високи концентрации на сол, не могат да съществуват при по-малки коцентрации от 15% на NaCl в средата (фиг.2). Някои от микроелементите често се съдържат като кофактори в различни ензими (фиг.3). Желязото има ключова роля в състава на електрон-транспортните белтъци, както и в процесите на клетъчното дишане. Много ензими, включитело някои, свързани със синтезата на протеини, изискват наличие на калий. Той също така има важно значение при осъществяването на осмотичното равновесие в клетката. Магнезият също взема участие в редица ензими, стабилизира структурите а клетъчните мембрани, рибозомите и нуклеиновите киселини. Той е и компонент на хлорофила.
Във всеки конкретен случай трябва внимателно да се изучат потребностите на продуцента от елементи на минералното хранене в зависимост от вида на основната суровина, особеностите на продуцента и продуктивността на процеса.

2.РАСТЕЖНИ ВЕЩЕСТВА - БИОСТИМУЛАТОРИ.
Фиг.4. Колония А се развива само при наличие на серин, т.е. този щам бактерии са серин ауксотрофни.

Растежните фактори, които микроорганизмите приемат от хранителната среда и са задължителни за нормалното развитие на клетките са три вида: пуринови и пиримидинови бази, нужни за синтезата на нуклеинови киселини, аминокиселини, изиползвани за синтезата на пратеини и витамини, като коензими и функционални групи на ензими. Някои микроорганизми напъло или частично са загубили способността си да синтезират едно или друго органично съединение - аминокиселини, витамини, пуринови и пиримидинови бази на нуклеотидите и др. Тези микроорганизми се явяват ауксохетеротрофни (фиг.4) към определено органично съединение и са способни да растат само в присъствие в средата на дефицитния фактор. Някои ауксохетеротрофни микроорганизми напълно са загубили способност да синтезират дефицитното вещество. В този случай това вещество става незаменим, необходим фактор за растежа. Обаче болшинството ауксотрофни микроорганизми все пак са способни да синтезират, макар и в ограничени количества дефицитното вещество в зависимост от външните условия на култивиране (състав на средата, температура, рН, аерация). При такива микроорганизми наличието на дефицитния фактор в хранителната среда оказва стимулиращо действие. По този начин отчестливо разграничаване на ауксохетеротрофните и прототрофни (сами могат да синтезират всички растежни фактори) микроорганизми не винаги е възможно. Ако продуцентът е ауксохетеротрофен, то внасянето в хранителната среда даже а малки количества витамини забалажимо ускорява еговия растеж и развитие. Трябва да се отбележи обаче, че голяма част от промишлено използваните микроорганизми са ауксохетеротрофни.
Фиг.5. Щамът N. Meningitidis усвоява глюкозата и малтозата, но не и лактозата и захарозата. При разграждането се получава специфичен продукт, който озветява разтвора в жълто.

Важен компонент на средата е наличието на лесноразградим за кокретния щам въглероден източник, който води до по-бързо развитие на клетките - някои микроорганизми усвояват по-бързо хексози, а други - пентози (фиг.5). Най-лесно микроорганизмите усвояват аминокиселините, за разлика от белтъците, а най-бавно се разграждат въглехидратите. За дрождите, които са продуценти на белтъчни вещества, липиди и други биопродукти растежни вещества са водоразтворимите витамини от В-комплекса - В1, В3 - пантотенова киселина, В6 - пиродоксин, В8 - инозит и В7 - биотин. Наличието на витамини в средата е от изключителна важност, тъй като те участват като кофактори в редица ензими (фиг.6). Така например пиродоксинът участва в дезаминирането и транс аминирането на аминокиселини, докато тиаминът спомага за декарбоксилирането. Тези реакции осъществяват биосинтезата на пептиди и нуклеинови киселини. Млечнокиселите бактерии също не могат да се развиват без наличие на В-комплекса в средата. Обикновено потребностите на микроорганизмите от витамини се установяват експериментално, конкретно за всеки щам. Като правило, недостиг на витамини в средите няма, тъй като те се внасят в хранителната среда с растителните субстрати, които Фиг.6. Пантотеновата киселина(витамин В5) участва в изграждането на коензим А.

са едновременно и източник на въглерод в средата. Съдържанието на витамини в растителните субстрати са в следните количества (mg.100g-1): биотин - 0,0034-0,0061; В1 - 0,18-0,28; В3 - 0,06-0,22; В6 - 0,29-0,36; В8 - 89,0-120,0; некотинамид - 5,0-5,15. Тези количества витамини са няпълно достатъчни за болшинството микроорганизми и само в редки случаи се прибягва до внасянето на автолизати от микробни биомаси, царевичен екстракт и др. Витам К също е важен в хранителната среда на клетките, тъй като осъществява процесите а транспорта на електрони. За нормалното протичане на жизнените процеси са нужни и редица киселини (липоева, никотинова, фолиева, пантотенова), които участват в трансфера на различни химични групи при реакции в клетките. Проучва се и влиянието на някои фактори върху физиологичната активност и биологичната приспособимост на микроорганизмите. С това се цели да бъдат пригодени проучваните бактерийни видове към едни или други условия или хранителни среди, да се повишат биосинтетичните им способности и да се подобри продуктивността им. Резултати в това отношение вече има - намерени са подходящи видове, които на основата на петрола, дървесинните хидролизати, неорганичните соли и други подобни среди синтезират белтъци, ензими и витамини. Работата в това направление е от изключително голямо значение. Евтин и Фиг.7. salmonella typhimurium.

сигурен метод за откриване на примеси от вредни химични съединения в хранителните продукти, медицинските препарати и козметичните средства е използуването на бактерията Салмонела тифимуриум (фиг.7). Изследваното вещество се поставя в специална хранителна среда в присъствието на бактерията и се държи 2 дни при температура около 37°C. Ако химичното вещество е вредно за клетките на човешкия организъм, бактерийните клетки се делят бързо и образуват плътни колонии. Чрез този метод вече са определени близо 200 от най-разпространените химични примеси, водещи до отравяния. Много генетични изследвания са съсредоточени върху създаването на мутантни микроорганизми, използващи определени вещества от хранителната среда като растежни фактори или такива, които произвеждат сами нужните за развитието им вещества. Растежните фактори на различните микроорганизми дават възможност да се проследи и тяхното взаимодействие с други организми - в природата често се наблюдава симбиоза между дадени микроорганизми, които се развиват в животни или дори в човека, като чрез него си доставят нужните им хранителни вещества, а на свой ред отделят полезни за организма вещества. На растежа на микроорганизмите влияят и рН на средата, наличието на светлина и кислород, които се определят в зависимост от специфичните изисквания на различните щамове. Например достатъчното аериране при факултативно анаеробните щамове влияе като биостимулатор и води до натрупване на биомаса, докато спиране притока на кислород затруднява техните жизнени процеси. Много важен растежен фактор е влагата и наличието на вода. Водата съставлява 80-90% от масата на микроорганизмите. За протичане на химичните реакции в живите организми е необходима вода в достъпна за тях форма, т.е. в течна фаза. Водата в живите клетки изпълнява четири основни функции (фиг.8).: като химически реагент в клитката тя стъпва в реакции на хидролиза и кондензация, служи като разтворител за метаболитите на клетката, поддържа тургура а клетката, обуславящ се от хидростатичното налягане (механична роля), осигурява хидратацията на белтъчните вещества и други клетъчни компоненти (структурна роля). Не по-малко важна задача има водата като Фиг.8. Без нормалното осмотично налягане в клетките, те на могат да изпърняват нормалните си функции и загиват.

един от основните компоненти на средата, в които се разтварят източниците за хранене и продуктите на метаболизма, постъпващи от клетките. Тя е не само фон и жизнено пространство на микроорганизмите, но и важен функционален елемент, едно своеобразно продължение на вътрешната среда на клетките.

3.ИНХИБИТОРИ В ХРАНИТЕЛНИТЕ СРЕДИ.
Фиг.9. Инхибиране развитието на микроорганизми при поставяне на таблетки от различни вещества.

Съдържанието в хранителните среди на някои вещества, на-често макро- и микроелементи в по-големи количества, отколкото това е необходима на микроорганизмите, може да им окаже инхибиращо действие, което се обяснява със законите на конкурентното потискане. Например за нормалния растеж на дрождите е необходимото наличие в средата на желязо, цинк и мед в количество съответно 0,2, 0,1 и 0,2.10-6mol. Повишаването на съдържанието на медта във ферментационния разтвор на глюкоза до 0,5. 10-6mol рязко понижава ферментирането на захарта, а десетократно увеличаване съдържанието на медта в сравнение с оптималното предизвиква пълно прекратяване на ферментационния процес. Доказано е, че при прибавяне към синтетичната среда на белтъчни вещества, екстракти от растителни тъкани, забележимо отслабва токсичното действие на медта, вероятно за сметка на способността на тези вещества да образуват с медта комплексни съединения. При изследване на 50 от най-разпространените елементи върху размножителния процес на дрождите в синтетична среда е установено, че само 10 елемента (С, Н, О, N, Mg, K, Na, Ca, S, P) не оказват отрицателно влияние върху растежа и развитието на микроорганизмите.

Токсичното действие върху жизнената дейност на много микроорганизми оказват халогените, формалдехидът, фенолът, бензолът и редица други вещества (фиг.9). Антимикробно действие предизвикват и различни други вещества, намиращи се в хранителната среда - биологични фактори, които инхибират растежа на микробните клетки, без да им оказват летално действие. Най-известни антимикробни вещества са антибиотиците, които даже и в ниски концентрации потискат растежа и активността на микроорганизмите. Механизмът на действие на антибиотиците се състои в това, че някои от тях нарушават процеса на делене на бактерийните клетки, други изменят отделни процеси от метаболизма, пречат за използването на витамините, конкурират се с отделни ензими, нарушават дешането, спомагат за образуването на пероксиди, лизират клетъчната стена, депресират действието на повърхностното напрежение и т.н. Други инхибиращи фактори могат да бъдат прекомерното количество субстрат или натрупването на отпадни продукти от жизнената дейност на клетките.

4.ОПТИМИЗАЦИЯ НА ХРАНИТЕЛНИТЕ СРЕДИ.
Съставът а пранителната среда за всеки продуцент се установява експериментално, като целта е не само да се установят основните компоненти на средата, но и да се определят технете оптимални количествени отношения. Процесът на подбиране на оптимална хранителна среда за култивиране на микроорганизмите с цел проявяване на най-висока биосинтетична активност по отношение образуването на целеви продукт, изисква дълбоко познаване на физиологията и биохимията на микроорганизмите. Това е един сложен и най-често трудоемък процес, който в зависимост от степента на познанията за микроорганизма и сложността а задачата може да изисква твърде продължителен период от време. Принципно оптималният състав на хранителната среда за всеки микроорганизъм може да се определи по два начина: чрез продължителен многостадиен емпиричен подбор и чрез използване на математически методи за планириране на експеримента. Голямо разпространение има първият метод, наречен разделна, индивидуална оптимизация на всеки фактор при постоянен фон. Този метод се използва както в производството, така и в научните изследвания. Обикновено на базата на изучени физиологични особиности на микроорганизма се определя качественият състав на средата, изходен фон, а количеството на компонентите се установява чрез серия от опити, при които един от компонентите на средата се изменя в определени граници, а другите остават на постоянно ниво. Този метод се счита за сигурен, но е твърде продължителен. Математическите методи за планиране на експеримента позволяват значително по-бързо да се установи и обосове оптималният състав на хранителната среда. Те на-често имат за цел да се получат математически модели на микробиологичния процес, а статистическият анализ на значимостта на коефициентите на полученото уравнение и неговата адекватност на изследвания процес в изучаемия диапазон на изменение на променливия процес позволява с достатъчна увереност да се намерят оптималният състав на средата и оптималните условия на култивиране.

Използвана литература:



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Биостимулатори 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.