10 Использование микроорганизмами энергии дыхательных процессов. Самосогревание и самовозгорание органических материалов

При дыхании микроорганизмов образуется 3 вида энергии:

Химическая  энергия– это единственный вид энергии, который может запасаться в клетках в виде АТФ и затем использоваться клеткой на все процессы жизнедеятельности и поступлении питательных веществ, биосинтез, передвижение клетки, размножение и т.д. Поэтому энергетическая ценность (выход) процессов дыхания определяется по количеству именно образовавшейся энергии АТФ: чем ее больше образовалось, тем выше энергетическая ценность дыхания и наоборот. С этой точки зрения наиболее ценным является аэробное дыхание. На 1 месте стоит полное аэробное дыхание, т.к. из всей образующейся энергии в виде АТФ запасается до 50%. 2 место – процессы неполного аэробного дыхания или окислительного брожения, т.к. в виде АТФ запасается от 15-20% от всей образующейся энергии. Наименее энергетически ценными являются процессы анаэробного дыхания или брожения. В зависимости от вида брожения в виде АТФ запасается всего от 2 до 4% от всей образующейся энергии. Остальная энергия выделяется в виде:

Тепловая энергия – выделяется в виде тепла и обуславливает нагревание бродящих субстратов. Она не запасается в клетке в отличие от химической.

Световая энергия – также не запасается в клетке, а выделяется в окружающую среду в виде квантов света. Это обуславливает свечение гнилых пней, морской воды, морской рыбы, густо осемененных микроорганизмов, способные вырабатывать при дыхании световую энергию.

Причины самосогревания и самовозгорания органических субстратов

Большое выделение тепловой энергии образующееся при дыхании микроорганизмов способно приводить к повышению температуры субстратов до 30-40% (на которых живут микроорганизмы). Такой процесс называется самосогреванием субстрата. Ему подвержены влажные субстраты: зерно, мука, хлопок, сено. Высокие температуры способствуют началу автокаталитических процессов в самом субстрате и температура его поднимается до 70-80% - они самовоспламеняются. Такой процесс называется самовозгоранием субстрата.

Для предотвращения таких нежелательных процессов необходимо:

1)           Хранить субстраты в сухом виде препятствующих развитию микробов.

2)           Постоянно подвергать субстраты ворошению, аэрированию, перелопачиванию для отвода образовавшейся энергии и создания неблагоприятных аэробных микроорганизмов, основных поставщиков тепловой энергии. 

 

 

11 Ферменты микроорганизмов

Ферменты – белки обладающие способностью ускорять протекание химических реакций, по строению могут быть простыми и сложными.

По химической природе ферменты-белки. Могут быть однокомпонентными состоять из белковой части - апоферментов и 2-х компонентными, состоящие из белковой части апофермента и не белковой части кофермента. Белковая часть отвечает за специфичность действия фермента, а небелковая обеспечивает каталитическую активность.

Ферменты обладают рядом свойств, отличающие  их от неорганических катализаторов:

1 – специфичность их действия;

2 – активность ферментов зависит от температуры, с повышением температуры или понижения до определённого уровня происходит денатурация белка. Температура, при которой фермент проявляет максимальную активность называется оптимальной температурой;

3 – активность ферментов зависит от РН среды. РН среды, при которой фермент проявляет максимальную активность называется оптимальной; 

4 – на активность фермента оказывает влияние активаторов и ингибиторов , также активность ферментов зависит от концентрации фермента и концентрации субстрата.

Ферменты классифицируются по типу катализирующих реакций на 6 классов. У микроорганизмов найдены все 6 классов. Ферменты катализируют исключительно все реакции, протекающие в клетке, поэтому отсутствие хотя бы одного фермента приводит к нарушению обмена в клетке и гибели клетки.

Все ферменты условно делят на 2 большое группы:

1 – по методу локализации – экзо- и эндо- ферменты

2 – по времени их образования  - конституитивные и индуцибельные

Экзоферменты это ферменты, способные при жизни клетки выходить в окружающую среду, и действовать на питательные вещества этой среды. К ним относят ферменты гидролиза, которые участвуют во внеклеточном переваривании пищи.

Эндоферменты прочно связаны со структурой клетки и не могут выходить в окружающую среду при жизни клетки.

Для м/о описано явление автолиза (самопереваривание) наступает после её гибели, при этом фермент остаётся ещё активен и начинает разлагать вещества самой клетки, клетка саморастворяется. Ферменты попадают на субстрат, на котором жила эта клетка и начинают разлагать субстрат. Этим объясняется порча пищевых продуктов, хранящихся в условиях, препятствующих  развитию м.о.

Конституитивные, это ферменты, синтезирующиеся в клетке постоянно и не зависимо от наличия в среде вещества на который этот фермент действует. Пример: ферменты дыхания.

Индуцибельные ферменты они синтезируются клеткой непостоянно, а только в ответ на присутствие вещества называемым индуктор, на которое этот фермент действует. С исчезновением индуктора синтез фермента прекращается. Такие ферменты позволяют увеличить диапазон питания клетки, выжить в изменившихся условиях жизни, приспособиться к новой среде, иначе называются адаптивные ферменты.

Использование микробных ферментов в промышленности.

Человек издавна использовал ферментативную активность, не имея представления о самих ферментах: квасил овощи, пиво, тесто. В настоящее время перспективно использовать чистые ферменты, которые можно получить из животных, растений и м.о. Экономически целесообразно использовать ферменты м.о. т.к. :

1 – м.о. растут на дешёвых средах, отходах.

2 – они быстро размножаются, наращивая биомассу.

3 – их жизнедеятельностью легко управлять.

4 – из одного м.о. можно получить несколько ферментов.

Ферменты из м.о. можно получить из бактерий и плесневых грибов, но бактерии не безопасны для человека, поэтому в настоящее время не используют  ферменты полученные из плесневых грибов.

Ферменты плесневых грибов

1 – грибные амилазы

2 – грибные протеазы

3 – грибные пектазы

1. Грибные амилазы используют для расщепления крахмала до простейших сахаров, которые легко сбраживаются дрожжами. Их используют в бродильной промышленности, заменяя ими часть солода, получаемого из дорогостоящего зерна. Их используют в хлебопечении и для получения искусcтвенного мёда(патоки), для получения кристаллической глюкозы.

2. Грибные протеазы как ферменты разлагающие белки, используются в сыроделии, или заменяют дорогостоящий сычужный фермент, который получают из желудка 2-х недельного телёнка.

- для ускорения созревания мяса и рыбы, происходит частичный гидролиз

- используют для получения мясных и рыбных гидролизатов идущих на корм скоту.

- используют для наполнения жевательных резинок.

- используют в химчистке для удаления белковых пятен.

- используют для выделки кожи, для удаления щетины.

- их добавляют в порошки для добавок.

3. Грибные пектины. Различают пектиновые вещества входящие в состав клеточных оболочек и межклеточного вещества.

Применяют в сокоморсном производстве для увеличения выхода сока и его осветления.