En raison de la grande variété d'enzymes synthétisées, les micro-organismes peuvent effectuer de nombreux processus chimiques de manière plus efficace et économique que si ces processus étaient réalisés par des méthodes chimiques. L'étude de l'activité biochimique des micro-organismes a permis de sélectionner les conditions de leur activité maximale en tant que producteurs de diverses enzymes utiles - agents responsables des réactions et processus chimiques nécessaires. Les micro-organismes sont de plus en plus utilisés dans diverses branches des industries chimiques et alimentaires, de l'agriculture et de la médecine.
Dans notre pays, une nouvelle branche de l'industrie a été créée et se développe avec succès - microbiologique, dont toute la production est basée sur l'activité des micro-organismes.
Les micro-organismes avec lesquels la nourriture est produite sont appelés culturels. Ils sont obtenus à partir de cultures pures, qui sont isolées à partir de cellules individuelles. Ces derniers sont conservés dans les collections des musées et fournis à diverses industries.
À la suite de réactions chimiques effectuées par des micro-organismes cultivés, des matières premières végétales ou animales sont transformées en produits alimentaires. Avec l'aide de micro-organismes, de nombreux aliments vitaux sont obtenus, et bien que leur fabrication soit familière à l'homme depuis l'Antiquité, le rôle des micro-organismes dans celle-ci a été découvert relativement récemment.
Fabrication de boulangerie.
La cuisson est basée sur l'activité des levures et des bactéries lactiques qui se développent dans la pâte. L'action combinée de ces micro-organismes conduit à la fermentation des sucres de la farine. La levure provoque la fermentation alcoolique, les bactéries lactiques - l'acide lactique. Les acides lactiques et autres qui en résultent acidifient la pâte, maintenant un niveau de pH optimal pour l'activité vitale de la levure. Le dioxyde de carbone ameublit la pâte et accélère sa maturation.
L'utilisation de micro-organismes de culture sous forme de levure de boulanger pressée, de ferments secs ou liquides améliore le goût et l'arôme du pain.
Fabrication de fromage.
La fabrication du fromage repose sur l'activité de nombreux types de micro-organismes : acide lactique (streptocoque thermophile), bactéries propioniques, etc. Sous l'action des bactéries lactiques, l'acide lactique s'accumule et la fermentation du lait se produit, et le fromage mûrit sous l'action d'autres micro-organismes bénéfiques. Certains champignons sont également impliqués dans ce processus. Les bactéries de la présure et de l'acide lactique produisent une dégradation profonde des protéines, du sucre et des graisses. Diverses bactéries provoquent l'accumulation d'acides volatils dans les fromages pointus, leur conférant une saveur spécifique.
Obtention de produits laitiers.
Le fromage cottage, la crème sure, le beurre, l'acidophilus, le lait caillé sont préparés sur des cultures pures à l'aide de diverses cultures starter. Le lait est préalablement pasteurisé. Pour la production de fromage cottage et de crème sure, des bactéries lactiques mésophiles sont utilisées; ryazhenka, varenets et produits similaires - streptocoques thermophiles et bâton bulgare; acidophilus - bactéries lactiques résistantes aux acides; kéfir - cultures de départ à plusieurs composants, composées de levure, d'acide lactique et souvent de bactéries acétiques. Pour la fabrication du beurre de crème sure, un levain de bactéries lactiques est introduit dans la crème pasteurisée et maintenu à l'acidité requise.
Brassage, alcool, boissons alcoolisées et production de vin.
Le vin, la bière, le kvas, la vodka et d'autres boissons sont préparés à l'aide de levure qui provoque la fermentation alcoolique de liquides contenant du sucre. À la suite de la fermentation d'un liquide (moût, purée, jus, etc.), de l'alcool, du CO 2 et de petites quantités de sous-produits se forment. Un rôle auxiliaire est joué par les bactéries lactiques : elles acidifient l'environnement et facilitent l'activité de la levure (par exemple, dans la production de kvas). Dans la production d'alcool et de bière, des préparations enzymatiques d'origine fongique et bactérienne sont également utilisées pour saccharifier la congestion.
Mariner et saler.
L'essence de cette méthode de conservation est de créer des conditions pour le développement prédominant de certains micro-organismes - bactéries lactiques et de supprimer le développement d'autres - bactéries putréfactives. Chou, concombres, tomates, pommes, pastèques sont fermentés. Cette méthode est également utilisée lors du stockage de fourrage pour le bétail pour un stockage à long terme - la masse verte est fermentée à partir d'herbes, de résidus de plantes, etc. Ce processus est appelé ensilage de fourrage.
Obtention d'acides organiques.
Les acides acétique, lactique et citrique sont également produits à l'aide de micro-organismes. L'acide lactique est obtenu par fermentation à partir de matières premières contenant du sucre - mélasse, amidon, lactosérum, etc.
Les bactéries lactiques sont cultivées sur des milieux contenant jusqu'à 15 % de sucre. Le rendement en acide lactique atteint 60 à 70 % de la masse de sucre contenue dans la purée.
La production industrielle de vinaigre à usage alimentaire est basée sur la fermentation acétique. Les bactéries acétiques dans des cuves spéciales sur des copeaux de hêtre oxydent le milieu nutritif entrant - une solution d'alcool acétique - en acide acétique.
L'acide citrique était auparavant obtenu à partir d'agrumes. Actuellement, il est également obtenu par fermentation. L'agent causal de la fermentation est le champignon Aspergillus niger, la principale matière première est la mélasse. La fermentation a lieu dans une solution contenant 15 % de sucre dans des conditions aérobies à une température d'environ 30 °C. L'acide citrique est utilisé dans l'industrie de la confiserie, la production de boissons gazeuses, de sirops, de cuisine et de médicaments.
Que sont les bactéries: types de bactéries, leur classification
Les bactéries sont de minuscules micro-organismes qui existent depuis des milliers d'années. Il est impossible de voir les microbes à l'œil nu, mais il ne faut pas oublier leur existence. Il existe un grand nombre de bacilles. La science de la microbiologie est engagée dans leur classification, leur étude, leurs variétés, leurs caractéristiques de structure et leur physiologie.
Les micro-organismes sont appelés différemment, selon leur type d'actions et de fonctions. Au microscope, vous pouvez observer comment ces petites créatures interagissent les unes avec les autres. Les premiers micro-organismes étaient de forme plutôt primitive, mais leur importance ne doit en aucun cas être sous-estimée. Dès le début, les bacilles ont évolué, créé des colonies, essayé de survivre dans des conditions climatiques changeantes. Différents vibrions sont capables d'échanger des acides aminés afin de croître et de se développer normalement.
Aujourd'hui, il est difficile de dire combien d'espèces de ces micro-organismes existent sur terre (ce nombre dépasse le million), mais les plus célèbres et leurs noms sont familiers à presque tout le monde. Peu importe ce que sont les microbes et comment ils s'appellent, ils ont tous un avantage - ils vivent en colonies, il leur est donc beaucoup plus facile de s'adapter et de survivre.
Tout d'abord, découvrons quels micro-organismes existent. La classification la plus simple est bonne et mauvaise. En d'autres termes, ceux qui sont nocifs pour le corps humain causent de nombreuses maladies et ceux qui sont bénéfiques. Ensuite, nous parlerons en détail des principales bactéries bénéfiques et en donnerons une description.
Vous pouvez également classer les micro-organismes en fonction de leur forme, de leurs caractéristiques. Probablement, beaucoup de gens se souviennent que dans les manuels scolaires, il y avait un tableau spécial avec l'image de divers micro-organismes, et à côté se trouvaient la signification et leur rôle dans la nature. Il existe plusieurs types de bactéries :
- cocci - petites boules qui ressemblent à une chaîne, car elles sont situées l'une derrière l'autre;
- en forme de bâtonnet ;
- spirilla, spirochètes (ont une forme alambiquée);
- vibrions.
Bactéries de différentes formes
Nous avons déjà mentionné que l'une des classifications divise les microbes en espèces en fonction de leur forme.
Les bactéries coli ont également certaines caractéristiques. Par exemple, il existe des types de tiges en forme de bâtons pointus, avec des extrémités épaissies, arrondies ou droites. En règle générale, les microbes en forme de bâtonnets sont très différents et sont toujours dans le chaos, ils ne s'alignent pas en chaîne (à l'exception des streptobacilles), ils ne s'attachent pas les uns aux autres (sauf pour les diplobacilles).
Aux micro-organismes de formes sphériques, les microbiologistes incluent les streptocoques, les staphylocoques, les diplocoques, les gonocoques. Il peut s'agir de paires ou de longues chaînes de balles.
Les bacilles courbés sont des spirilles, des spirochètes. Ils sont toujours actifs mais ne produisent pas de spores. Spirilla est sans danger pour les personnes et les animaux. Vous pouvez distinguer les spirilles des spirochètes si vous faites attention au nombre de boucles, elles sont moins alambiquées, ont des flagelles spéciaux sur les membres.
Types de bactéries pathogènes
Par exemple, un groupe de micro-organismes appelés cocci, et plus en détail les streptocoques et les staphylocoques provoquent de véritables maladies purulentes (furonculose, amygdalite streptococcique).
Les anaérobies vivent et se développent parfaitement sans oxygène ; pour certains types de ces micro-organismes, l'oxygène devient généralement mortel. Les microbes aérobies ont besoin d'oxygène pour survivre.
Les archées sont des organismes unicellulaires presque incolores.
Les bactéries pathogènes doivent être évitées car elles provoquent des infections, les micro-organismes gram-négatifs sont considérés comme résistants aux anticorps. Il y a beaucoup d'informations sur le sol, les micro-organismes putréfiants, qui sont nocifs, utiles.
En général, les spirilles ne sont pas dangereuses, mais certaines espèces peuvent provoquer des sodoku.
Variétés de bactéries bénéfiques
Même les écoliers savent que les bacilles sont utiles et nocifs. Les gens connaissent certains noms à l'oreille (staphylocoque, streptocoque, bacille de la peste). Ce sont des créatures nuisibles qui interfèrent non seulement avec l'environnement extérieur, mais aussi avec les humains. Il existe des bacilles microscopiques qui provoquent des intoxications alimentaires.
Assurez-vous de connaître les informations utiles sur l'acide lactique, les aliments, les micro-organismes probiotiques. Par exemple, les probiotiques, c'est-à-dire de bons organismes, sont souvent utilisés à des fins médicales. Vous demandez : pour quoi ? Ils ne permettent pas aux bactéries nocives de se multiplier à l'intérieur d'une personne, renforcent les fonctions protectrices de l'intestin et ont un bon effet sur le système immunitaire humain.
Les bifidobactéries sont également très bénéfiques pour les intestins. Les vibrions d'acide lactique comprennent environ 25 espèces. Dans le corps humain, ils sont présents en grande quantité, mais ne sont pas dangereux. Au contraire, ils protègent le tractus gastro-intestinal des microbes putréfiants et autres.
En parlant de bons, on ne peut manquer de mentionner les énormes espèces de streptomycètes. Ils sont connus de ceux qui ont pris du chloramphénicol, de l'érythromycine et des médicaments similaires.
Il existe des micro-organismes tels que Azotobacter. Ils vivent dans le sol pendant de nombreuses années, ont un effet bénéfique sur le sol, stimulent la croissance des plantes, nettoient la terre des métaux lourds. Ils sont irremplaçables en médecine, agriculture, médecine, industrie alimentaire.
Types de variabilité bactérienne
De par leur nature, les microbes sont très volages, ils meurent rapidement, ils peuvent être spontanés, induits. Nous n'entrerons pas dans les détails de la variabilité des bactéries, car ces informations intéressent davantage ceux qui s'intéressent à la microbiologie et à toutes ses branches.
Types de bactéries pour les fosses septiques
Les résidents des maisons privées comprennent le besoin urgent de traiter les eaux usées, ainsi que les puisards. Aujourd'hui, les drains peuvent être nettoyés rapidement et efficacement à l'aide de bactéries spéciales pour les fosses septiques. Pour une personne, c'est un énorme soulagement, car nettoyer les égouts n'est pas une chose agréable.
Nous avons déjà précisé où le type biologique de traitement des eaux usées est utilisé, et parlons maintenant du système lui-même. Les bactéries pour fosses septiques sont cultivées en laboratoire, elles tuent l'odeur désagréable des drains, désinfectent les puits de drainage, les puisards et réduisent le volume des eaux usées. Il existe trois types de bactéries utilisées pour les fosses septiques :
- aérobique;
- anaérobie;
- vivants (bioactivateurs).
Très souvent, les gens utilisent des méthodes de nettoyage combinées. Suivez strictement les instructions sur la préparation, assurez-vous que le niveau d'eau contribue à la survie normale des bactéries. Pensez également à utiliser le drain au moins une fois toutes les deux semaines afin que les bactéries aient quelque chose à manger ou qu'elles meurent. N'oubliez pas que le chlore des poudres et des liquides de nettoyage tue les bactéries.
Les bactéries les plus populaires sont Dr. Robik, Septifos, Waste Treat.
Types de bactéries dans l'urine
En théorie, il ne devrait pas y avoir de bactéries dans les urines, mais après diverses actions et situations, de minuscules micro-organismes s'installent où bon leur semble : dans le vagin, dans le nez, dans l'eau, etc. Si la bactérie a été découverte lors des tests, cela signifie que la personne souffre de maladies des reins, de la vessie ou des uretères. Les micro-organismes pénètrent dans l'urine de plusieurs manières. Avant le traitement, il est très important d'enquêter et de déterminer avec précision le type de bactérie et la voie d'entrée. Cela peut être déterminé par culture biologique d'urine, lorsque les bactéries sont placées dans un habitat favorable. Ensuite, la réaction des bactéries à divers antibiotiques est vérifiée.
Nous vous souhaitons de toujours rester en bonne santé. Prenez soin de vous, lavez-vous les mains régulièrement, protégez votre corps des bactéries nocives !
Le monde qui nous entoure frappe avec une variété d'espèces de ses habitants. Selon le dernier recensement de cette "population" de la Terre, 6,6 millions d'espèces vivent sur terre et 2,2 millions supplémentaires surfent dans les profondeurs océaniques. Chacune des espèces est un maillon d'une seule chaîne du biosystème de notre planète. Parmi ceux-ci, les plus petits organismes vivants sont des bactéries. Qu'est-ce que l'humanité a réussi à apprendre sur ces minuscules créatures ?
Que sont les bactéries et où vivent-elles
Bactéries - sont des organismes unicellulaires de taille microscopique, une des variétés de microbes.
Leur prévalence sur Terre est vraiment incroyable. Ils vivent dans la glace de l'Arctique et au fond de l'océan, dans des espaces ouverts, dans des sources chaudes - des geysers et dans les réservoirs les plus salés.
Le poids total de ces « charmantes miettes » qui occupaient le corps humain atteint 2 kg ! Ceci malgré le fait que leurs tailles dépassent rarement 0,5 microns. Un grand nombre de bactéries habitent le corps des animaux et y remplissent diverses fonctions.
Un être vivant et les bactéries présentes dans son corps affectent mutuellement la santé et le bien-être. Avec l'extinction d'une espèce d'animaux, les bactéries qui leur sont propres meurent.
En regardant leur apparence, on ne peut qu'être surpris de l'ingéniosité de la nature. Ces "breloques" peuvent être en forme de tige, sphériques, en spirale et autres formes. Où la plupart sont incolores, seules les espèces rares sont colorées en vert et violet. De plus, au cours de milliards d'années, ils ne changent qu'en interne, tandis que leur apparence reste inchangée.
Le découvreur de bactéries
Le premier explorateur du microcosme fut le naturaliste néerlandais Antoine Van Leeuwenhoek. Son nom est devenu célèbre grâce à l'occupation à laquelle il consacre tout son temps libre. Il aimait la fabrication et a obtenu un succès incroyable dans ce domaine. C'est à lui qu'appartient l'honneur d'inventer le premier microscope. En fait, c'était une minuscule lentille avec un diamètre de pois, qui donnait un grossissement de 200 à 300 fois. Il n'était possible de l'utiliser qu'en le pressant contre l'œil.
En 1683, il découvre et décrit plus tard des "animaux vivants" vus à travers une lentille dans une goutte d'eau de pluie. Au cours des 50 années suivantes, il s'est engagé dans l'étude de divers micro-organismes, décrivant plus de 200 de leurs espèces. Il envoya ses observations en Angleterre, où des savants aux cheveux gris et aux perruques poudrées ne faisaient que hocher la tête d'étonnement devant les découvertes de cet autodidacte inconnu. C'est grâce au talent et à la persévérance de Leeuwenhoek qu'une nouvelle science est née - microbiologie.
Informations générales sur les bactéries
Au cours des siècles passés, les microbiologistes ont beaucoup appris sur le monde de ces minuscules créatures. Il s'est avéré qu'il bactéries, notre planète doit la naissance de formes de vie multicellulaires. Ils jouent un rôle majeur dans le maintien de la circulation des substances sur Terre. Des générations de personnes se remplacent, les plantes meurent, les déchets ménagers et les coquilles obsolètes de diverses créatures s'accumulent - tout cela est utilisé et décomposé à l'aide de bactéries en voie de décomposition. Et les composés chimiques qui en résultent sont renvoyés dans l'environnement.
Et comment l'humanité et le monde des bactéries coexistent-ils ? Faisons une réservation qu'il y a des "mauvaises et bonnes" bactéries. Les "mauvaises" bactéries sont responsables de la propagation d'un grand nombre de maladies, allant de la peste et du choléra à la coqueluche ordinaire et à la dysenterie. Ils pénètrent dans notre corps par des gouttelettes en suspension dans l'air, avec de la nourriture, de l'eau et à travers la peau. Ces compagnons de voyage insidieux peuvent vivre dans divers organes, et bien que notre immunité y fasse face, ils ne se manifestent en aucune façon. La vitesse de leur reproduction est incroyable. Toutes les 20 minutes leur nombre double. Cela signifie que un seul microbe pathogène, en 12 heures génère une armée de plusieurs millions de personnes les mêmes bactéries qui attaquent le corps.
Il existe un autre danger posé par les bactéries. Elles sont provoquer un empoisonnement les personnes consommant des aliments avariés - aliments en conserve, saucisses, etc.
Défaite dans une guerre victorieuse
La grande percée dans la lutte contre les bactéries pathogènes a été découverte de la pénicilline en 1928- le premier antibiotique au monde. Cette classe de substances est capable d'inhiber la croissance et la reproduction des bactéries. Les premiers succès dans l'utilisation des antibiotiques ont été énormes. Il était possible de guérir des maladies qui se terminaient auparavant par la mort. Cependant, les bactéries ont montré une incroyable adaptabilité et la capacité de muter de telle manière que les antibiotiques disponibles étaient impuissants dans la lutte contre les infections les plus simples. Ce la capacité des bactéries à muter est devenue une véritable menace pour la santé humaine et conduit à des infections incurables (causées par des superbactéries).
Les bactéries alliées et amies de l'humanité
Parlons maintenant des "bonnes" bactéries. L'évolution des animaux et des bactéries s'est déroulée en parallèle. La structure et les fonctions des organismes vivants sont progressivement devenues plus complexes. "Ne s'est pas assoupi" et les bactéries. Les animaux, y compris les humains, deviennent leur maison. Ils se déposent dans la bouche, sur la peau, dans l'estomac et d'autres organes.
La plupart d'entre eux sont extrêmement utiles car aide à la digestion des aliments, participe à la synthèse de certaines vitamines et même nous protège de leurs homologues pathogènes. Une mauvaise alimentation, le stress et l'utilisation aveugle d'antibiotiques peuvent perturber la microflore, ce qui affecte nécessairement le bien-être d'une personne.
Fait intéressant, les bactéries sensible aux préférences gustatives des gens.
Chez les Américains qui consomment traditionnellement des aliments riches en calories (fast-foods, hamburgers), les bactéries sont capables de digérer les aliments riches en matières grasses. Et chez certains japonais, les bactéries intestinales sont adaptées pour digérer les algues.
Le rôle des bactéries dans l'activité économique humaine
L'utilisation des bactéries a commencé avant même que l'humanité ne connaisse leur existence. Depuis l'Antiquité, les gens fabriquaient du vin, faisaient fermenter des légumes, connaissaient les recettes de fabrication du kéfir, du lait caillé et du koumiss, produisaient du fromage blanc et des fromages.
Beaucoup plus tard, on a découvert que de minuscules aides de la nature, les bactéries, sont impliquées dans tous ces processus.
Au fur et à mesure que les connaissances à leur sujet se sont approfondies, leur application s'est élargie. Ils ont été « dressés » pour lutter contre les ravageurs des végétaux et enrichir le sol en azote, ensiler les fourrages verts et épurer les eaux usées, dans lesquelles ils dévorent littéralement divers résidus organiques.
Au lieu d'un épilogue
Ainsi, l'homme et les micro-organismes sont des parties interconnectées d'un seul écosystème naturel. Entre eux, en plus de la concurrence dans la lutte pour l'espace vital, il y a coopération mutuellement bénéfique (symbiose).
Pour se défendre en tant qu'espèce, il faut protéger son organisme de l'invasion des bactéries pathogènes, et aussi être extrêmement prudent quant à l'utilisation des antibiotiques.
Dans le même temps, les microbiologistes travaillent à élargir le champ d'application des bactéries. Un exemple est le projet de création de bactéries photosensibles et leur application à la production de cellulose biologique. Sous l'influence de la lumière, la production commence et lorsqu'elle est éteinte, la production s'arrête.
Les organisateurs du projet sont convaincus que les organes créés à partir de ce matériel biologique naturel ne seront pas rejetés dans le corps. La technique proposée ouvre des opportunités incroyables pour le monde dans la création d'implants médicaux.
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La biotechnologie moderne repose sur de nombreuses sciences : génétique, microbiologie, biochimie, sciences naturelles. L'objet principal de leur étude sont les bactéries et les micro-organismes. C'est l'utilisation de bactéries qui résout de nombreux problèmes en biotechnologie. Aujourd'hui, la portée de leur utilisation dans la vie humaine est si large et variée qu'elle apporte une contribution inestimable au développement d'industries telles que :
- médecine et soins de santé;
- élevage;
- la production agricole;
- industrie du poisson;
- industrie alimentaire;
- mines et énergie;
- industrie lourde et légère;
- fosse septique;
- écologie.
Soins de santé et pharmacologie
Le champ d'application des bactéries en pharmacologie et en médecine est si large et si important que leur rôle dans le traitement de nombreuses maladies chez l'homme est tout simplement inestimable. Dans notre vie, ils sont nécessaires lors de la création de substituts sanguins, d'antibiotiques, d'acides aminés, d'enzymes, de médicaments antiviraux et anticancéreux, d'échantillons d'ADN pour le diagnostic, de médicaments hormonaux.
Les scientifiques ont apporté une contribution inestimable à la médecine en identifiant le gène responsable de l'hormone insuline. En l'implantant dans la bactérie coli, ils ont obtenu la production d'insuline, sauvant la vie de nombreux patients. Des scientifiques japonais ont découvert des bactéries qui sécrètent une substance qui détruit la plaque, empêchant ainsi l'apparition de caries chez l'homme.
À partir de bactéries thermophiles, un gène est dérivé qui code pour des enzymes utiles à la recherche scientifique, car elles sont insensibles aux températures élevées. Dans la production de vitamines en médecine, le micro-organisme Clostridium est utilisé, tout en obtenant la riboflavine, qui joue un rôle important dans la santé humaine.
La capacité des bactéries à produire des substances antibactériennes a été utilisée pour créer des antibiotiques, résolvant le problème du traitement de nombreuses maladies infectieuses, sauvant ainsi la vie de plus d'une personne.
Extraction et traitement des minerais
L'utilisation des biotechnologies dans l'industrie extractive peut réduire considérablement les coûts et les coûts énergétiques. Ainsi, l'utilisation de bactéries lithotrophes (Thiobacillus ferrooxidous), avec leur capacité à oxyder le fer, est utilisée en hydrométallurgie. En raison de la lixiviation bactérienne, les métaux précieux sont extraits de roches à faible teneur. Des bactéries contenant du méthane sont utilisées pour augmenter la production de pétrole. Lorsque le pétrole est extrait de la manière habituelle, pas plus de la moitié des réserves naturelles sont extraites du sous-sol et, avec l'aide de micro-organismes, une libération plus efficace des réserves se produit.
Industrie légère et lourde
La lixiviation microbiologique est utilisée dans les anciennes mines pour produire du zinc, du nickel, du cuivre, du cobalt. Dans l'industrie minière, les sulfates bactériens sont utilisés pour les réactions de réduction dans les anciennes mines, car les résidus d'acide sulfurique ont un effet destructeur sur les supports, les matériaux et l'environnement. Les micro-organismes anaérobies contribuent à la décomposition en profondeur de la matière organique. Cette propriété est utilisée pour la purification de l'eau dans l'industrie métallurgique.
Une personne utilise des bactéries dans la production de laine, de cuir artificiel, de matières premières textiles, à des fins de parfumerie et de cosmétique.
Traitement des déchets et de l'eau
Les bactéries impliquées dans la décomposition sont utilisées pour nettoyer les fosses septiques. La base de cette méthode est que les micro-organismes se nourrissent des eaux usées. Cette méthode assure l'élimination des odeurs et la désinfection des eaux usées. Les micro-organismes utilisés dans les fosses septiques sont cultivés en laboratoire. Le résultat de leur action est déterminé par la décomposition de la matière organique en substances simples inoffensives pour l'environnement. Selon le type de fosse septique, des micro-organismes anaérobies ou aérobies sont sélectionnés. Les micro-organismes aérobies, en plus des fosses septiques, sont utilisés dans les biofiltres.
Les micro-organismes sont également nécessaires pour maintenir la qualité de l'eau dans les réservoirs et les drains, pour nettoyer la surface polluée des mers et des océans des produits pétroliers.
Avec le développement de la biotechnologie dans nos vies, l'humanité a fait un pas en avant dans presque tous les domaines de son activité.
Les procédés microbiologiques sont largement utilisés dans divers secteurs de l'économie nationale. De nombreux processus sont basés sur des réactions métaboliques qui se produisent lors de la croissance et de la reproduction de certains micro-organismes.
À l'aide de micro-organismes, des protéines alimentaires, des enzymes, des vitamines, des acides aminés, des acides organiques, etc. sont produits.
Les principaux groupes de micro-organismes utilisés dans l'industrie alimentaire sont les bactéries, les levures et les moisissures.
bactéries. Utilisé comme agents responsables de l'acide lactique, de l'acide acétique, du butyrique, de la fermentation acétone-butyle.
Les bactéries lactiques de culture sont utilisées dans la production d'acide lactique, dans la boulangerie et parfois dans la production d'alcool. Ils transforment le sucre en acide lactique selon l'équation
C6H12O6 ® 2CH3 – CH – COOH + 75 kJ
Les bactéries lactiques vraies (homofermentatives) et non vraies (hétérofermentaires) sont impliquées dans la fabrication du pain de seigle. Les homofermentaires ne sont impliqués que dans la formation d'acide, tandis que les hétérofermentaires, avec l'acide lactique, forment des acides volatils (principalement acétique), de l'alcool et du dioxyde de carbone.
Dans l'industrie de l'alcool, la fermentation lactique est utilisée pour acidifier le moût de levure. Les bactéries lactiques sauvages affectent négativement les processus technologiques des usines de fermentation, détériorent la qualité des produits finis. L'acide lactique résultant inhibe l'activité vitale des micro-organismes étrangers.
La fermentation butyrique, provoquée par des bactéries butyriques, est utilisée pour produire de l'acide butyrique, dont les esters sont utilisés comme aromatiques.
Les bactéries de l'acide butyrique convertissent le sucre en acide butyrique selon l'équation
C6H12O6 ® CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + H2 + Q
Les bactéries acétiques sont utilisées pour produire du vinaigre (solution d'acide acétique), car. ils sont capables d'oxyder l'alcool éthylique en acide acétique selon l'équation
C2H5OH + O2 ® CH3COOH + H2O +487 kJ
La fermentation de l'acide acétique est nocive pour la production d'alcool, car. entraîne une diminution du rendement en alcool et, lors du brassage, provoque la détérioration de la bière.
Levure. Ils sont utilisés comme agents de fermentation dans la production d'alcool et de bière, dans la vinification, dans la production de pain kvas, dans la boulangerie.
Pour la production alimentaire, la levure est importante - les saccharomycètes, qui forment des spores, et la levure imparfaite - les non-saccharomycètes (champignons ressemblant à des levures), qui ne forment pas de spores. La famille des Saccharomyces est divisée en plusieurs genres. Le plus important est le genre Saccharomyces (saccharomycètes). Le genre est subdivisé en espèces et les variétés individuelles d'une espèce sont appelées races. Dans chaque industrie, des races distinctes de levure sont utilisées. Distinguer la levure pulvérisée et feuilletée. Dans les cellules ressemblant à de la poussière, elles sont isolées les unes des autres, tandis que dans les cellules floconneuses, elles se collent, forment des flocons et se déposent rapidement.
La levure de culture appartient à la famille S. cerevisiae des Saccharomycètes. La température optimale pour la propagation de la levure est de 25-30 0С et la température minimale est d'environ 2-3 0С. A 40 0C, la croissance s'arrête, la levure meurt et à basse température, la reproduction s'arrête.
Il existe des levures de fermentation haute et basse.
Parmi les levures de culture, les levures à fermentation basse comprennent la plupart des levures de vin et de bière, et les levures à fermentation haute comprennent l'alcool, la levure de boulanger et certaines races de levure de bière.
Comme on le sait, lors du processus de fermentation alcoolique à partir de glucose, deux produits principaux se forment - l'éthanol et le dioxyde de carbone, ainsi que des produits secondaires intermédiaires: glycérol, acides succinique, acétique et pyruvique, acétaldéhyde, 2,3-butylène glycol, acétoïne , esters et huiles de fusel (isoamyle, isopropyle, butyle et autres alcools).
La fermentation des sucres individuels se produit dans une certaine séquence, déterminée par la vitesse de leur diffusion dans la cellule de levure. Le glucose et le fructose sont les plus fermentés par la levure. Le saccharose, en tant que tel, disparaît (s'inverse) dans le milieu en début de fermentation sous l'action de l'enzyme de levure b - fructofuranosidase, avec formation de glucose et de fructose, facilement utilisables par la cellule. Lorsqu'il n'y a plus de glucose et de fructose dans le milieu, la levure consomme du maltose.
La levure a la capacité de fermenter des concentrations très élevées de sucre - jusqu'à 60%, elles tolèrent également des concentrations élevées d'alcool - jusqu'à 14-16 vol. %.
En présence d'oxygène, la fermentation alcoolique s'arrête et la levure puise son énergie dans la respiration d'oxygène :
C6H12O6 + 6O2 ® 6CO2 + 6H2O + 2824 kJ
Étant donné que le processus est plus riche en énergie que le processus de fermentation (118 kJ), la levure dépense le sucre de manière beaucoup plus économique. L'arrêt de la fermentation sous l'influence de l'oxygène atmosphérique est appelé effet Pasteur.
Dans la production d'alcool, on utilise des levures supérieures de l'espèce S. cerevisiae, qui ont l'énergie de fermentation la plus élevée, forment un maximum d'alcool et fermentent les mono- et disaccharides, ainsi qu'une partie des dextrines.
Dans la levure de boulanger, les races à croissance rapide avec un bon pouvoir de levage et une bonne stabilité au stockage sont appréciées.
En brasserie, on utilise de la levure à fermentation basse, adaptée à des températures relativement basses. Ils doivent être microbiologiquement propres, avoir la capacité de floculer, se déposer rapidement au fond du fermenteur. Température de fermentation 6-8 0С.
En vinification, les levures sont appréciées, qui se multiplient rapidement, ont la capacité de supprimer d'autres types de levures et de micro-organismes et donnent au vin un bouquet approprié. Les levures utilisées en vinification sont S. vini et fermentent vigoureusement le glucose, le fructose, le saccharose et le maltose. En vinification, presque toutes les cultures de levure de production sont isolées des vins jeunes dans diverses régions.
Zygomycètes- les champignons moisissures, ils jouent un rôle important en tant que producteurs d'enzymes. Les champignons du genre Aspergillus produisent des enzymes amylolytiques, pectolytiques et autres, qui sont utilisées dans l'industrie de l'alcool à la place du malt pour la saccharification de l'amidon, dans le brassage lorsque le malt est partiellement remplacé par des matières premières non maltées, etc.
Dans la production d'acide citrique, A. niger est l'agent causal de la fermentation du citrate, convertissant le sucre en acide citrique.
Les micro-organismes jouent un double rôle dans l'industrie alimentaire. D'une part, ce sont des micro-organismes culturels, d'autre part, une infection pénètre dans la production alimentaire, c'est-à-dire micro-organismes étrangers (sauvages). Les micro-organismes sauvages sont courants dans la nature (sur les baies, les fruits, dans l'air, l'eau, le sol) et de l'environnement entrent en production.
La désinfection est un moyen efficace de détruire et de supprimer le développement de micro-organismes étrangers afin de respecter le régime sanitaire et hygiénique correct dans les entreprises alimentaires.
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Les étudiants, les étudiants diplômés, les jeunes scientifiques qui utilisent la base de connaissances dans leurs études et leur travail vous en seront très reconnaissants.
L'utilisation de micro-organismes en médecine, en agriculture; bienfaits des probiotiques
Rodnikova Inna
INTRODUCTION
Les gens ont agi en tant que biotechnologistes pendant des milliers d'années : ils ont cuit du pain, brassé de la bière, fabriqué du fromage et d'autres produits à base d'acide lactique à l'aide de divers micro-organismes et n'étaient même pas conscients de leur existence.
En fait, le terme «biotechnologie» lui-même est apparu dans notre langue il n'y a pas si longtemps, à la place des mots «microbiologie industrielle», «biochimie technique», etc.. Probablement, la fermentation était le plus ancien processus biotechnologique. En témoigne la description du processus de fabrication de la bière, découvert en 1981.
lors des fouilles de Babylone sur une tablette, qui remonte aux environs du 6e millénaire av. e. Au 3e millénaire av. e. les Sumériens produisaient jusqu'à deux douzaines de types de bière. Les processus biotechnologiques non moins anciens sont la vinification, la cuisson et l'obtention de produits à base d'acide lactique.
De ce qui précède, nous voyons que pendant assez longtemps, la vie humaine a été inextricablement liée aux micro-organismes vivants. Et si pendant tant d'années, les gens ont réussi, bien qu'inconsciemment, à «collaborer» avec des bactéries, il serait logique de se poser la question - pourquoi, en fait, avez-vous besoin d'élargir vos connaissances dans ce domaine?
Après tout, tout semble aller bien de toute façon, nous savons faire du pain et brasser de la bière, faire du vin et du kéfir, de quoi d'autre avez-vous besoin ? Pourquoi avons-nous besoin de la biotechnologie ? Certaines réponses peuvent être trouvées dans ce résumé.
MÉDECINE ET BACTÉRIES
Tout au long de l'histoire de l'humanité (jusqu'au début du XXe siècle), les familles ont eu beaucoup d'enfants car.
très souvent les enfants ne vivaient pas jusqu'à l'âge adulte, ils mouraient de diverses maladies, même de la pneumonie, qui est facilement guérissable à notre époque, sans parler de maladies aussi graves que le choléra, la gangrène et la peste. Toutes ces maladies sont causées par des agents pathogènes et étaient considérées comme incurables, mais finalement, les scientifiques médicaux se sont rendus compte que d'autres bactéries, ou un extrait de leurs enzymes, pouvaient vaincre les "mauvaises" bactéries.
Cela a été remarqué pour la première fois par Alexander Fleming sur l'exemple de la moisissure élémentaire.
Il s'est avéré que certains types de bactéries s'entendaient bien avec les moisissures, mais les streptocoques et les staphylocoques ne se développaient pas en présence de moisissures.
De nombreuses expériences antérieures de reproduction de bactéries nocives ont montré que certaines d'entre elles sont capables d'en détruire d'autres et ne permettent pas leur développement dans l'environnement général. Ce phénomène a été appelé "antibiose" du grec "anti" - contre et "bios" - vie. Travaillant à la recherche d'un agent antimicrobien efficace, Fleming en était bien conscient. Il ne doutait pas que sur la tasse à moisissure mystérieuse il ait rencontré le phénomène d'antibiose. Il a commencé à examiner attentivement le moule.
Après un certain temps, il a même réussi à isoler une substance antimicrobienne du moule. Comme la moisissure à laquelle il avait affaire portait le nom latin spécifique Penicilium notatum, il nomma la substance résultante pénicilline.
Ainsi, en 1929, dans le laboratoire de l'hôpital londonien de St. Mary est née la pénicilline bien connue.
Des tests préliminaires de la substance sur des animaux de laboratoire ont montré que même injectée dans le sang, elle ne cause pas de dommages et, en même temps, dans des solutions faibles, elle supprime parfaitement les streptocoques et les staphylocoques.
Le rôle des micro-organismes dans la technologie de production alimentaire
L'assistant de Fleming, le Dr Stuart Greddock, qui est tombé malade d'une inflammation purulente de la soi-disant cavité maxillaire, a été la première personne à décider de prendre un extrait de pénicilline.
Il a été injecté dans la cavité avec une petite quantité d'extrait de moule, et après trois heures, il a été possible de s'assurer que son état de santé s'était considérablement amélioré.
Ainsi a commencé l'ère des antibiotiques, qui ont sauvé des millions de vies, tant en temps de paix qu'en temps de guerre, lorsque les blessés sont morts non pas de la gravité de la blessure, mais des infections qui leur étaient associées. À l'avenir, de nouveaux antibiotiques ont été développés, basés sur la pénicilline, des méthodes de production pour une utilisation généralisée.
BIOTECHNOLOGIE ET AGRICULTURE
Le résultat d'une percée en médecine a été une croissance démographique rapide.
La population a fortement augmenté, ce qui signifie qu'il fallait plus de nourriture, et en raison de la détérioration de l'environnement due aux essais nucléaires, du développement de l'industrie, de l'épuisement de l'humus des terres cultivées, de nombreuses maladies des plantes et du bétail sont apparues.
Au début, les gens traitaient les animaux et les plantes avec des antibiotiques et cela a donné des résultats.
Examinons ces résultats. Oui, si vous traitez des légumes, des fruits, des herbes, etc. pendant la saison de croissance avec des fongicides puissants, cela aidera à supprimer le développement de certains agents pathogènes (pas tous et pas complètement), mais, premièrement, cela conduit à l'accumulation de poisons et les toxines dans les fruits, ce qui signifie que les qualités utiles du fœtus sont réduites, et deuxièmement, les microbes nocifs développent rapidement une immunité contre les substances qui les empoisonnent, et les traitements ultérieurs doivent être effectués avec des antibiotiques de plus en plus puissants.
Le même phénomène est observé dans le monde animal et, malheureusement, chez l'homme.
De plus, les antibiotiques provoquent un certain nombre de conséquences négatives dans le corps des animaux à sang chaud, telles que la dysbactériose, les malformations fœtales chez les femmes enceintes, etc.
Comment être? La nature elle-même répond à cette question ! Et cette réponse est PROBIOTIQUES !
Les principaux instituts de biotechnologie et de génie génétique sont depuis longtemps engagés dans le développement de nouveaux micro-organismes et la sélection de micro-organismes connus qui ont une viabilité étonnante et la capacité de «gagner» dans la lutte contre d'autres microbes.
Ces souches d'élite telles que "bacillus subtilis" et "Licheniformis" sont largement utilisées pour traiter les personnes, les animaux et les plantes de manière incroyablement efficace et en toute sécurité.
Comment est-ce possible? Et voici comment: dans le corps des personnes et des animaux, il y a nécessairement beaucoup de bactéries nécessaires. Ils sont impliqués dans les processus de digestion, la formation d'enzymes et constituent près de 70% du système immunitaire humain. Si pour une raison quelconque (prise d'antibiotiques, malnutrition) l'équilibre bactérien d'une personne est perturbé, alors elle n'est pas protégée contre les nouveaux microbes nocifs et dans 95% des cas elle retombera malade.
Il en va de même pour les animaux. Et les souches d'élite, pénétrant dans le corps, commencent à se multiplier activement et à détruire la flore pathogène, car. déjà mentionné ci-dessus, ils ont une plus grande viabilité. Ainsi, à l'aide de souches de micro-organismes d'élite, il est possible de maintenir un macro-organisme en bonne santé sans antibiotiques et en harmonie avec la nature, car par elles-mêmes, étant dans le corps, ces souches n'apportent que des bienfaits et aucun mal.
Ils sont meilleurs que les antibiotiques aussi parce que :
La réponse du micromonde à l'introduction des superantibiotiques dans la pratique des affaires est évidente et découle du matériel expérimental déjà à la disposition des scientifiques - la naissance d'un supermicrobe.
Les microbes sont des machines biologiques étonnamment parfaites, auto-développées et auto-apprenantes, capables de mémoriser dans leur mémoire génétique les mécanismes de protection qu'ils ont créés contre les effets néfastes des antibiotiques et de transmettre des informations à leurs descendants.
Les bactéries sont une sorte de "bioréacteur" dans lequel sont produits des enzymes, des acides aminés, des vitamines et des bactériocines qui, comme les antibiotiques, neutralisent les agents pathogènes.
Cependant, il n'y a ni dépendance à eux, ni effets secondaires typiques de l'utilisation d'antibiotiques chimiques. Au contraire, ils sont capables de nettoyer les parois intestinales, d'augmenter leur perméabilité aux nutriments essentiels, de rétablir l'équilibre biologique de la microflore intestinale et de stimuler l'ensemble du système immunitaire.
Les scientifiques ont profité de la manière naturelle pour la nature de maintenir la santé du macro-organisme, à savoir, de l'environnement naturel, ils ont isolé des bactéries - les saprophytes, qui ont la capacité de supprimer la croissance et le développement de la microflore pathogène, y compris dans le tractus gastro-intestinal de animaux à sang chaud.
Des millions d'années d'évolution des êtres vivants sur la planète ont créé des mécanismes si merveilleux et parfaits pour supprimer la microflore pathogène avec des microflores non pathogènes qu'il n'y a aucune raison de douter du succès de cette approche.
La microflore non pathogène dans la compétition l'emporte dans la grande majorité des cas, et si ce n'était pas le cas, nous ne serions pas sur notre planète aujourd'hui.
Sur la base de ce qui précède, les scientifiques produisant des engrais et des fongicides à usage agricole ont également tenté de passer d'une vision chimique à une vision biologique.
Et les résultats n'ont pas tardé à se montrer ! Il s'est avéré que le même bacillus subtilis combat avec succès jusqu'à soixante-dix variétés de représentants pathogènes qui causent des maladies des cultures horticoles telles que le cancer bactérien, la fusariose, la pourriture des racines et des racines, etc., auparavant considérées comme des maladies des plantes incurables qui ne pouvaient pas être traitées. .manipuler PAS UN SEUL FONGICIDE !
De plus, ces bactéries ont un effet clairement positif sur la végétation de la plante: la période de remplissage et de maturation des fruits est réduite, les qualités utiles des fruits augmentent, leur teneur en nitrates diminue, etc.
substances toxiques, et surtout - le besoin d'engrais minéraux est considérablement réduit!
Les préparations contenant des souches de bactéries d'élite occupent déjà la première place dans les expositions russes et internationales, elles remportent des médailles pour leur efficacité et leur respect de l'environnement. Les petits et grands producteurs agricoles ont déjà commencé leur utilisation active, et les fongicides et antibiotiques appartiennent progressivement au passé.
Les produits de Bio-Ban sont Flora-S et Fitop-Flora-S, qui offrent des engrais secs tourbeux-humiques contenant des acides humiques concentrés (et l'humus saturé est la garantie d'une excellente récolte) et une souche bactérienne "bacillus subtilis" pour le contrôle des maladies. Grâce à ces préparations, il est possible de restaurer des terres épuisées en peu de temps, d'augmenter la productivité des terres, de protéger votre culture des maladies, et surtout, il est possible d'obtenir d'excellents rendements dans les zones agricoles à risque !
Je pense que les arguments ci-dessus sont suffisants pour apprécier les bienfaits des probiotiques et comprendre pourquoi les scientifiques disent que le vingtième siècle est le siècle des antibiotiques, et le vingt et unième est le siècle des probiotiques !
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INDUSTRIE MICROBIOLOGIQUE, production d'un produit à l'aide de micro-organismes. Le processus effectué par les micro-organismes s'appelle la fermentation ; le récipient dans lequel il s'écoule est appelé fermenteur (ou bioréacteur).
Les processus impliquant des bactéries, des levures et des moisissures sont utilisés par l'homme depuis des centaines d'années pour produire des aliments et des boissons, pour traiter les textiles et le cuir, mais la participation des micro-organismes à ces processus n'a été clairement démontrée qu'au milieu du XIXe siècle.
Au 20ème siècle l'industrie a exploité toute la diversité des merveilleuses capacités biosynthétiques des micro-organismes, et maintenant la fermentation est au cœur de la biotechnologie. Avec son aide, une variété de produits chimiques et de médicaments de haute pureté sont obtenus, de la bière, du vin et des aliments fermentés sont fabriqués.
Dans tous les cas, le processus de fermentation est divisé en six étapes principales.
Créer un environnement. Tout d'abord, il faut choisir le milieu de culture approprié. Les micro-organismes ont besoin de sources organiques de carbone, d'une source appropriée d'azote et de divers minéraux pour leur croissance. Dans la production de boissons alcoolisées, le milieu doit contenir de l'orge maltée, du marc de fruits ou des baies.
Par exemple, la bière est généralement fabriquée à partir de moût de malt, tandis que le vin est fabriqué à partir de jus de raisin. En plus de l'eau et éventuellement de certains additifs, ces extraits constituent le milieu de croissance.
Les environnements d'obtention de produits chimiques et de médicaments sont beaucoup plus complexes. Le plus souvent, les sucres et autres glucides sont utilisés comme source de carbone, mais souvent les huiles et graisses, et parfois les hydrocarbures.
La source d'azote est généralement l'ammoniaque et les sels d'ammonium, ainsi que divers produits d'origine végétale ou animale : farine de soja, graines de soja, farine de graines de coton, farine d'arachide, sous-produits d'amidon de maïs, déchets d'abattoir, farine de poisson, extrait de levure. Compiler et optimiser un support de croissance est un processus très complexe, et les recettes de supports industriels sont un secret bien gardé.
Stérilisation. Le milieu doit être stérilisé pour tuer tous les micro-organismes contaminants. Le fermenteur lui-même et les équipements auxiliaires sont également stérilisés. Il existe deux méthodes de stérilisation : l'injection directe de vapeur surchauffée et le chauffage avec un échangeur de chaleur.
Le degré de stérilité souhaité dépend de la nature du processus de fermentation.
Les principaux groupes de micro-organismes utilisés dans l'industrie alimentaire
Elle doit être maximale lors de la réception de médicaments et de produits chimiques. Les exigences de stérilité dans la production de boissons alcoolisées sont moins strictes.
De tels processus de fermentation sont dits "protégés" car les conditions créées dans l'environnement sont telles que seuls certains micro-organismes peuvent s'y développer. Par exemple, dans la production de bière, le milieu de croissance est simplement bouilli plutôt que stérilisé ; le fermenteur est également utilisé propre, mais non stérile.
Se cultiver. Avant de commencer le processus de fermentation, il est nécessaire d'obtenir une culture pure et très productive. Les cultures pures de micro-organismes sont stockées dans de très petits volumes et dans des conditions qui assurent sa viabilité et sa productivité ; ceci est généralement réalisé par stockage à basse température.
Le fermenteur peut contenir plusieurs centaines de milliers de litres de milieu de culture, et le processus est démarré en y introduisant une culture (inoculum), constituant 1 à 10% du volume dans lequel la fermentation aura lieu. Ainsi, la culture initiale doit être cultivée par étapes (avec sous-culture) jusqu'à ce que le niveau de biomasse microbienne soit atteint, suffisant pour que le processus microbiologique se poursuive avec la productivité requise.
Il est absolument nécessaire de garder la culture propre tout ce temps, en l'empêchant d'être contaminée par des micro-organismes étrangers.
La préservation des conditions aseptiques n'est possible qu'avec un contrôle microbiologique et chimico-technologique minutieux.
Croissance dans un fermenteur industriel (bioréacteur). Les micro-organismes industriels doivent se développer dans le fermenteur dans des conditions optimales pour former le produit souhaité.
Ces conditions sont strictement contrôlées pour assurer la croissance microbienne et la synthèse du produit. La conception du fermenteur doit vous permettre de contrôler les conditions de croissance - une température constante, un pH (acidité ou alcalinité) et la concentration d'oxygène dissous dans le milieu.
Un fermenteur classique est une cuve cylindrique fermée dans laquelle le milieu et les microorganismes sont mécaniquement mélangés.
De l'air, parfois saturé d'oxygène, est pompé à travers le milieu. La température est contrôlée par de l'eau ou de la vapeur traversant les tubes de l'échangeur de chaleur. Un tel fermenteur agité est utilisé dans les cas où le processus de fermentation nécessite beaucoup d'oxygène. Certains produits, au contraire, sont formés dans des conditions anoxiques et, dans ces cas, des fermenteurs de conception différente sont utilisés. Ainsi, la bière est brassée à de très faibles concentrations d'oxygène dissous, et le contenu du bioréacteur n'est ni aéré ni agité.
Certains brasseurs utilisent encore traditionnellement des récipients ouverts, mais dans la plupart des cas, le processus se déroule dans des récipients cylindriques fermés non aérés, effilés vers le bas, ce qui contribue à la sédimentation de la levure.
La production de vinaigre est basée sur l'oxydation de l'alcool en acide acétique par des bactéries.
Acétobacter. Le processus de fermentation se déroule dans des récipients appelés acétates, avec une aération intensive. L'air et le milieu sont aspirés par un agitateur rotatif et pénètrent dans les parois du fermenteur.
Isolement et purification des produits. A la fin de la fermentation, le bouillon contient des micro-organismes, des composants nutritifs non utilisés du milieu, divers déchets de micro-organismes et le produit qu'ils souhaitaient obtenir à l'échelle industrielle. Par conséquent, ce produit est purifié des autres composants du bouillon.
Lors de la réception de boissons alcoolisées (vin et bière), il suffit simplement de séparer la levure par filtration et de mettre le filtrat aux normes. Cependant, les produits chimiques individuels obtenus par fermentation sont extraits d'un bouillon complexe.
Bien que les micro-organismes industriels soient spécifiquement sélectionnés pour leurs propriétés génétiques afin que le rendement du produit souhaité de leur métabolisme soit maximisé (au sens biologique), sa concentration est encore faible par rapport à celle obtenue par une production basée sur la synthèse chimique.
Par conséquent, il faut recourir à des méthodes d'isolement complexes - extraction par solvant, chromatographie et ultrafiltration. Traitement et élimination des déchets de fermentation. Dans tout procédé microbiologique industriel, des déchets sont générés : bouillon (liquide laissé après l'extraction du produit de production) ; cellules de micro-organismes utilisés; eau sale, qui a lavé l'installation; l'eau utilisée pour le refroidissement ; eau contenant des traces de solvants organiques, d'acides et d'alcalis.
Les déchets liquides contiennent de nombreux composés organiques ; s'ils sont déversés dans les rivières, ils stimuleront la croissance intensive de la flore microbienne naturelle, ce qui conduira à l'épuisement des eaux fluviales en oxygène et à la création de conditions anaérobies. Par conséquent, les déchets sont soumis à un traitement biologique avant élimination afin de réduire la teneur en carbone organique. Les procédés microbiologiques industriels peuvent être divisés en 5 groupes principaux : 1) culture de la biomasse microbienne ; 2) obtenir des produits métaboliques de micro-organismes ; 3) obtenir des enzymes d'origine microbienne ; 4) obtenir des produits recombinants ; 5) biotransformation de substances.
biomasse microbienne. Les cellules microbiennes elles-mêmes peuvent servir de produit final du processus de fabrication. A l'échelle industrielle, deux grands types de micro-organismes sont produits : la levure, nécessaire à la boulangerie, et les micro-organismes unicellulaires, utilisés comme source de protéines pouvant être ajoutées à l'alimentation humaine et animale.
La levure de boulanger est cultivée en grande quantité depuis le début du XXe siècle. et a été utilisé comme produit alimentaire en Allemagne pendant la Première Guerre mondiale.
Cependant, la technologie de production de biomasse microbienne comme source de protéines alimentaires n'a été développée qu'au début des années 1960. Un certain nombre d'entreprises européennes ont attiré l'attention sur la possibilité de faire pousser des microbes sur un substrat tel que les hydrocarbures pour obtenir le soi-disant.
protéine des organismes unicellulaires (BOO). Un triomphe technologique a été le développement d'un produit ajouté à l'alimentation du bétail, constitué de biomasse microbienne séchée cultivée sur du méthanol.
Le procédé a été réalisé en mode continu dans un fermenteur d'un volume de travail de 1,5 millions de litres
Cependant, en raison de la hausse des prix du pétrole et des produits de sa transformation, ce projet est devenu économiquement non rentable, laissant la place à la production de soja et de farine de poisson. À la fin des années 1980, les usines BOO ont été démantelées, ce qui a mis fin à la période turbulente mais courte de développement de cette branche de l'industrie microbiologique. Un autre processus s'est avéré plus prometteur - l'obtention d'une biomasse fongique et d'une protéine de mycoprotéine fongique en utilisant des glucides comme substrat.
produits métaboliques. Après introduction de la culture dans le milieu nutritif, une phase de latence est observée, lorsqu'aucune croissance visible de microorganismes ne se produit ; cette période peut être considérée comme un temps d'adaptation. Ensuite, le taux de croissance augmente progressivement, atteignant une valeur maximale constante pour les conditions données; une telle période de croissance maximale est appelée la phase exponentielle ou logarithmique.
Peu à peu, la croissance ralentit, et le soi-disant. état stationnaire. De plus, le nombre de cellules viables diminue et la croissance s'arrête.
Suivant la cinétique décrite ci-dessus, il est possible de suivre la formation des métabolites à différentes étapes.
Dans la phase logarithmique, se forment des produits vitaux pour la croissance des micro-organismes : acides aminés, nucléotides, protéines, acides nucléiques, glucides, etc. Ils sont appelés métabolites primaires.
De nombreux métabolites primaires ont une valeur significative. Ainsi, l'acide glutamique (plus précisément, son sel de sodium) fait partie de nombreux aliments ; la lysine est utilisée comme additif alimentaire ; la phénylalanine est le précurseur de l'aspartame, un substitut du sucre.
Les métabolites primaires sont synthétisés par des micro-organismes naturels en quantités nécessaires uniquement pour répondre à leurs besoins. Par conséquent, la tâche des microbiologistes industriels est de créer des formes mutantes de micro-organismes - super-producteurs des substances correspondantes.
Des progrès significatifs ont été réalisés dans ce domaine : par exemple, il a été possible d'obtenir des micro-organismes qui synthétisent des acides aminés jusqu'à une concentration de 100 g/l (à titre de comparaison, les organismes de type sauvage accumulent des acides aminés en milligrammes).
En phase de décélération de croissance et en phase stationnaire, certains micro-organismes synthétisent des substances qui ne se forment pas en phase logarithmique et ne jouent pas de rôle clair dans le métabolisme. Ces substances sont appelées métabolites secondaires. Ils ne sont pas synthétisés par tous les micro-organismes, mais principalement par des bactéries filamenteuses, des champignons et des bactéries sporulées. Ainsi, les producteurs de métabolites primaires et secondaires appartiennent à des groupes taxonomiques différents. Si la question du rôle physiologique des métabolites secondaires dans les cellules productrices a fait l'objet de sérieuses discussions, alors leur production industrielle présente un intérêt certain, puisque ces métabolites sont des substances biologiquement actives : certains d'entre eux ont une activité antimicrobienne, d'autres sont des inhibiteurs spécifiques d'enzymes. , et d'autres sont des facteurs de croissance. , beaucoup ont une activité pharmacologique.
L'obtention de telles substances a servi de base à la création d'un certain nombre de branches de l'industrie microbiologique. Le premier de cette série était la production de pénicilline ; La méthode microbiologique de production de pénicilline a été développée dans les années 1940 et a jeté les bases de la biotechnologie industrielle moderne.
L'industrie pharmaceutique a développé des méthodes très complexes de criblage (tests de masse) de micro-organismes pour leur capacité à produire des métabolites secondaires précieux.
Initialement, le but du criblage était d'obtenir de nouveaux antibiotiques, mais on a vite découvert que les micro-organismes synthétisent également d'autres substances pharmacologiquement actives.
Au cours des années 1980, la production de quatre métabolites secondaires très importants s'est établie. Il s'agissait de : la cyclosporine, un médicament immunosuppresseur utilisé comme agent pour prévenir le rejet d'organes implantés ; imipénème (l'une des modifications du carbapénème) - une substance avec le plus large spectre d'activité antimicrobienne de tous les antibiotiques connus; la lovastatine - un médicament qui abaisse le taux de cholestérol sanguin ; L'ivermectine est un vermifuge utilisé en médecine pour traiter l'onchocercose, ou « cécité des rivières », ainsi qu'en médecine vétérinaire.
Enzymes d'origine microbienne.À l'échelle industrielle, les enzymes sont obtenues à partir de plantes, d'animaux et de micro-organismes. L'utilisation de ce dernier présente l'avantage de permettre la production d'enzymes en grande quantité à l'aide des techniques classiques de fermentation.
De plus, il est incomparablement plus facile d'augmenter la productivité des micro-organismes que celle des plantes ou des animaux, et l'utilisation de la technologie de l'ADN recombinant permet de synthétiser des enzymes animales dans des cellules de micro-organismes.
Les enzymes ainsi obtenues sont principalement utilisées dans l'industrie alimentaire et les domaines connexes. La synthèse des enzymes dans les cellules est contrôlée génétiquement et, par conséquent, les producteurs de micro-organismes industriels disponibles ont été obtenus à la suite de modifications dirigées de la génétique des micro-organismes de type sauvage.
produits recombinants. La technologie de l'ADN recombinant, mieux connue sous le nom de "génie génétique", permet d'incorporer les gènes d'organismes supérieurs dans le génome bactérien. En conséquence, les bactéries acquièrent la capacité de synthétiser des produits "étrangers" (recombinants) - des composés qui auparavant ne pouvaient être synthétisés que par des organismes supérieurs.
Sur cette base, de nombreux nouveaux procédés biotechnologiques ont été créés pour la production de protéines humaines ou animales qui n'étaient pas disponibles auparavant ou utilisées avec de grands risques pour la santé.
Le terme "biotechnologie" lui-même est devenu populaire dans les années 1970 en relation avec le développement de méthodes de production de produits recombinants. Cependant, ce concept est beaucoup plus large et inclut toute méthode industrielle basée sur l'utilisation d'organismes vivants et de processus biologiques.
La première protéine recombinante produite à l'échelle industrielle a été l'hormone de croissance humaine. Pour le traitement de l'hémophilie, une des protéines du système de coagulation sanguine, à savoir le facteur
VIII. Avant que des méthodes ne soient développées pour obtenir cette protéine par génie génétique, elle était isolée du sang humain ; l'utilisation d'un tel médicament a été associée à un risque d'infection par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH).
Pendant longtemps, le diabète sucré a été traité avec succès avec de l'insuline animale. Cependant, les scientifiques pensaient que le produit recombinant créerait moins de problèmes immunologiques s'il pouvait être obtenu sous sa forme pure, sans impuretés provenant d'autres peptides produits par le pancréas.
En outre, le nombre de patients diabétiques devrait augmenter avec le temps en raison de facteurs tels que les changements d'habitudes alimentaires, l'amélioration des soins médicaux pour les femmes enceintes atteintes de diabète (et, par conséquent, une augmentation de la fréquence des prédispositions génétiques au diabète) , et enfin l'augmentation attendue de l'espérance de vie des patients diabétiques.
La première insuline recombinante a été commercialisée en 1982 et, à la fin des années 1980, elle avait pratiquement remplacé l'insuline animale.
De nombreuses autres protéines sont synthétisées dans le corps humain en très petites quantités, et la seule façon de les obtenir à une échelle suffisante pour une utilisation clinique est la technologie de l'ADN recombinant. Ces protéines comprennent l'interféron et l'érythropoïétine.
L'érythropoïétine, associée au facteur de stimulation des colonies myéloïdes, régule la formation des cellules sanguines chez l'homme. L'érythropoïétine est utilisée pour traiter l'anémie associée à l'insuffisance rénale et peut être utilisée comme élévateur de plaquettes dans la chimiothérapie anticancéreuse.
Biotransformation de substances. Les micro-organismes peuvent être utilisés pour convertir certains composés en substances structurellement similaires, mais plus précieuses. Étant donné que les micro-organismes ne peuvent exercer leur action catalytique que sur certaines substances, les processus qui se produisent avec leur participation sont plus spécifiques que les processus purement chimiques. Le processus de biotransformation le plus connu est la production de vinaigre en convertissant l'éthanol en acide acétique.
Mais parmi les produits formés lors de la biotransformation, il existe également des composés aussi précieux que les hormones stéroïdes, les antibiotiques, les prostaglandines. voir également INGÉNIERIE GÉNÉTIQUE. Microbiologie industrielle et progrès du génie génétique(numéro spécial de Scientific American).
M., 1984
Biotechnologie. Principes et application. M., 1988
Production Utilisation humaine de micro-organismes.
Les micro-organismes sont largement utilisés dans l'industrie alimentaire, domestique, microbiologique pour produire des acides aminés, des enzymes, des acides organiques, des vitamines, etc.
Les industries microbiologiques classiques comprennent la vinification, le brassage, la fabrication du pain, les produits à base d'acide lactique et le vinaigre alimentaire. Par exemple, la vinification, le brassage et la production de pâte à levure sont impossibles sans l'utilisation de levure, largement répandue dans la nature.
L'histoire de la production industrielle de levure a commencé en Hollande, où en 1870 ᴦ. La première usine de levure est fondée. Le produit principal était de la levure pressée avec une teneur en humidité d'environ 70 %, qui ne pouvait être conservée que quelques semaines.
Le stockage à long terme était impossible, car les cellules de levure pressées restaient vivantes et conservaient leur activité, ce qui entraînait leur autolyse et leur mort. Le séchage est devenu l'une des méthodes de conservation industrielle de la levure. Dans la levure sèche à faible humidité, la cellule de levure est dans un état anabiotique et peut persister longtemps.
La première levure sèche est apparue en 1945ᴦ. En 1972ᴦ. la deuxième génération de levure sèche est apparue, la levure dite instantanée.
L'utilisation des micro-organismes dans l'industrie alimentaire
Depuis le milieu des années 1990, une troisième génération de levure sèche a fait son apparition : la levure de boulanger. Saccharomyces cerevisiae, qui combinent les vertus de la levure instantanée avec un complexe hautement concentré d'enzymes de boulangerie spécialisées dans un seul produit.
Cette levure permet non seulement d'améliorer la qualité du pain, mais également de résister activement au processus de rassissement.
La levure de boulanger Saccharomyces cerevisiae sont également utilisés dans la production d'alcool éthylique.
La vinification utilise de nombreuses souches de levure différentes pour produire une marque unique de vin aux qualités uniques.
Les bactéries lactiques sont impliquées dans la préparation d'aliments tels que la choucroute, les concombres marinés, les olives marinées et de nombreux autres aliments marinés.
Les bactéries lactiques transforment le sucre en acide lactique, qui protège les aliments des bactéries putréfactives.
À l'aide de bactéries lactiques, un large assortiment de produits à base d'acide lactique, de fromage cottage et de fromage est préparé.
Dans le même temps, de nombreux micro-organismes jouent un rôle négatif dans la vie humaine, étant des agents pathogènes de maladies humaines, animales et végétales ; ils peuvent provoquer l'altération des denrées alimentaires, la destruction de divers matériaux, etc.
Pour lutter contre ces micro-organismes, des antibiotiques ont été découverts - pénicilline, streptomycine, gramicidine, etc., qui sont des produits métaboliques de champignons, de bactéries et d'actinomycètes.
Les micro-organismes fournissent aux humains les enzymes nécessaires.
Ainsi, l'amylase est utilisée dans les industries alimentaires, textiles et papetières. La protéase provoque la dégradation des protéines dans divers matériaux. En Orient, la protéase des champignons est utilisée depuis des siècles pour faire de la sauce soja.
Aujourd'hui, il est utilisé dans la fabrication de détergents. Lors de la conservation des jus de fruits, une enzyme telle que la pectinase est utilisée.
Les micro-organismes sont utilisés pour le traitement des eaux usées, le traitement des déchets de l'industrie alimentaire. La décomposition anaérobie des déchets organiques produit du biogaz.
Ces dernières années, de nouvelles productions sont apparues.
Les caroténoïdes et les stéroïdes sont obtenus à partir de champignons.
Les bactéries synthétisent de nombreux acides aminés, nucléotides et autres réactifs pour la recherche biochimique.
La microbiologie est une science en développement rapide, dont les réalisations sont largement associées au développement de la physique, de la chimie, de la biochimie, de la biologie moléculaire, etc.
Pour étudier avec succès la microbiologie, la connaissance des sciences énumérées est requise.
Ce cours porte sur la microbiologie alimentaire.
De nombreux micro-organismes vivent à la surface du corps, dans les intestins des humains et des animaux, sur les plantes, sur les aliments et sur tous les objets qui nous entourent. Les micro-organismes consomment une grande variété d'aliments, s'adaptent extrêmement facilement aux conditions de vie changeantes : chaleur, froid, manque d'humidité, etc.
n. Οʜᴎ se multiplient très rapidement. Sans connaissance de la microbiologie, il est impossible de gérer avec compétence et efficacité les processus biotechnologiques, de maintenir la haute qualité des produits alimentaires à toutes les étapes de leur production et d'empêcher la consommation de produits contenant des agents pathogènes de maladies d'origine alimentaire et d'intoxications.
Il convient de souligner que les études microbiologiques des produits alimentaires, non seulement du point de vue des caractéristiques technologiques, mais aussi, non moins importantes, du point de vue de leur sécurité sanitaire et microbiologique, sont l'objet le plus difficile de la microbiologie sanitaire.
Cela s'explique non seulement par la diversité et l'abondance de la microflore dans les produits alimentaires, mais aussi par l'utilisation de micro-organismes dans la production de bon nombre d'entre eux.
À cet égard, dans l'analyse microbiologique de la qualité et de la sécurité des aliments, il convient de distinguer deux groupes de micro-organismes :
- microflore spécifique ;
- microflore non spécifique.
Spécifique- ϶ᴛᴏ races culturelles de micro-organismes qui servent à préparer un produit particulier et sont un maillon indispensable dans la technologie de sa production.
Cette microflore est utilisée dans la technologie de production de vin, de bière, de pain et de tous les produits laitiers fermentés.
Non spécifique- ϶ᴛᴏ micro-organismes qui pénètrent dans les aliments depuis l'environnement, les contaminant.
Parmi ce groupe de micro-organismes, on distingue les saprophytes, pathogènes et conditionnellement pathogènes, ainsi que les micro-organismes qui provoquent la détérioration des produits.
Le degré de pollution dépend de nombreux facteurs, parmi lesquels l'approvisionnement correct en matières premières, leur stockage et leur transformation, le respect des conditions technologiques et sanitaires pour la production des produits, leur stockage et leur transport.