Wykład I

Mikrobiologia – (łac.micros - mały, bios – życie, logos – nauka) zajmuje się morfologią,

budową komórek, fizjologią wewnątrzkomórkową, przemianami życiowymi, warunkami

rozwoju.

Grzyby kapeluszowate też zaliczamy do mikroorganizmów.

Nie wszystkie mikroskopijne organizmy są mikroorganizmami.

Jak działają mikroorganizmy na środowisko?

Są to organizmy jednokomórkowe, ale przemiany maja podobne do organizmów wyższych.

MIEJSCE DROBNOUSTROJÓW W PRZYRODZIE

Różnice między grupami organizmów:

Zwierzęta

Rośliny

drobnoustroje

Odżywianie

Heterotrofy

Autotrofy

+ -

Ściana

komórkowa

-

+

+ -

Aktywny ruch

+

-

+ -

PODZIAŁ ORGANIZMÓW (HACKEL, 1866r.)

1. VIRIALES – (wirusy) niepełne cechy organizmów żywych, nie trawią, nie mogą się

same odżywiać ani rozmnażać, nie wykazują życia, brak metabolizmu, element pośredni

pomiędzy materią ożywioną a nieożywioną.

2. PROCARIOTA – (CARION – jądro) – organizmy jednokomórkowe nie posiadające

jądra komórkowego, podwójna nić kwasu nukleinowego bezpośrednio w cytoplazmie.

Należą tu: bakterie, sinice, rykestje.

3. EUCARYOTA – (EU – prawdziwy) organizmy zawierają wykształcone jądro

komórkowe, zawieszone w cytoplazmie. Należą tu: rośliny, zwierzęta, człowiek, drożdże,

pleśnie, grzyby.

INFORMACJA O WYSTĘPOWANIU CHORÓB I INNYCH ZJAWISK

Negatywne i pozytywne skutki działania mikroorganizmów:

• Chiny 4000 lat temu – ospa

• Babilonia, kodeks Eszmana – wścieklizna

• Grecja, Hipokrates – malaria i gruźlica

• Egipt 2000 lat p.n.e. – piwo

• Egipt 200 lat p.n.e. – wino

Mało jest chemicznych przyczyn psucia się żywności, głównie przez mikroorganizmy.

Obserwowano:

• Psucie się żywności, pasz

• Choroby zwierząt (wąglik)

• Odradzająca się żyzność gleby (regeneracja po upływie czasu).

Rozwój optyki

• 1235 – Roger Bacon - okulary

• 1590 – Jan i Zachariasz Jensen - mikroskop

• 1635 – 1703 – Robert Hooke zobaczył komórki roślinne (dość duże)

• 1632 – 1723 – Antoni van Leeuwenhock (ojciec mikrobiologii) w 1686 drobnoustroje

• 70 lata XIX w – Abbe i Zeiss – mikroskop optyczny o zdolności rozdzielczej 0,2µm

• 30 lata XX w – Rusk – mikroskop elektrodowy, duże powiększenie i duża rozdzielczość

0,0001µm

JEDNOSTKI MIARY W MIKROBIOLOGII

STARE

NOWE – obowiązujące

1µ (mikron)

10

-6

m

1µ

µ

µ

µm (mikrometr)

1µm (milimikron)

10

-9

m

1nm (nanometr) –

wirusy

1Ä (ANGSTREM)

10

-10

m

10

-1

nm

TWÓRCY MIKROBIOLOGII:

LUDWIG PASTEUR (1822 – 1895) – Francuz, chemik z wykształcenia (wykrył izomerię

kwasów organicznych). Stworzył metodykę badań mikrobiologii. Opracował: metodę:

- wyjaławiania (pasteryzacja),

- czystych kultur (zbiór komórek jednego gatunku),

- zwalczania wąglika i szczepionkę przeciw wściekliźnie.

Wprowadził: sterylizację szkła w suszarkach i sterylizację pod ciśnieniem, nowe pożywki

(podłoże do hodowli mikroorganizmów). Wykrył przyczynę ginięcia jedwabnika oraz

zaprzeczył teorii samorództwa.

ROBERT KOCH (1843 – 1910) – wykrył prątki gruźlicy oraz wyizolował przecinkowca

cholery. Zastosował żelatynę i agarową pożywkę. W 1905 otrzymał nagrodę Nobla.

JÓZEF LISTER (1827 – 1912) – odkażanie. Udowodnił, że należy odkażać rany.

DYMITR IWANOWSKI (1864 – 1920) – 1892 wirusy, wykrył wirusa.

FERDYNAND COHN – wykrył przetrwalniki, uczeń Pasteura.

JOHN TYNDALL (1820 – 1893) – tyndalizacja, czyli wyjaławianie podłoża.

GRAM – barwienie (ściany komórkowe bakterii barwi).

SERGIUSZ WINOGRADSKI (1856 – 1955)

ILIA MIECZNIKOW (1845 – 1916) – wpływ drobnoustrojów na organizm człowieka.

ALEKSANDER FLEMING - 13.02.1929 Wykład w Medicine Research Club, wykrył

antybiotyki – penicylina. Zjawisko antybiozy czyli przeciwdziałania między różnymi

mikroorganizmami.

Lata 50 XX wieku to odkrycie DNA i RNA

POLACY:

LEON CIEŃKOWSKI (1822 - 1887) – cukrownictwo, gęstnienie syropów, psucie się.

ADAM PRAŻMOWSKI (1853 – 1920) – bakterie brodawkowe w glebie.

Inni:

SYNIEWSKI – fermentacja

CHRZĄSZCZ – gorzelnictwo

JOSZT – enzymy w przemyśle spożywczym

WACŁAW DĄBROWSKI – SGGW – twórca katedry mikrobiologii na akademii rolniczej.

Jego uczniem był EUGENIUSZ PIJANOWSKI.

MAJCHRZAK

PODZIAŁ MIKROBIOLOGII:

• PRAKTYCZNY:

1. Ogólna

2. Gleby

3. Przemysłowa (techniczna) – zastosowanie:

• W

procesach fermentacyjnych (wytwarzanie różnych związków np.

aminokwasów)

• Żywności (zapobieganie drobnoustrojów psujących żywność).

4. Lekarstwa

5. Weterynaryjna

6. Sanitarna (związana z higieną życia np. oczyszczanie ścieków).

7. Hydromikrobiologia

• ZE WZGLĘDU NA ORGANIZMY:

1. Wirusologia

2. Bakteriologia

3. Mikologia – nauka o grzybach

4. Protozoologia – pierwotniaki

5. Algologia – algi

WIELKOŚĆ KOMÓREK (śr nie widoczne w mikroskopie świetlnym 10 – 50nm):

WIRUSY

10 – 50nm

BAKTERIE KULISTE

∅0.5-1.0µm

PAŁECZKI

∅0.5-1.0µm, dł. 1 - 4µm

BAKTERIE SIARKOWE

dł. do 100µm

DROŻDŻE

1 - 10µm

CIĘŻAR KOMÓRKI BAKTERII 5x10

-13

– 5x10

-12

g

CIĘŻAR KOMÓRKI DROŻDŻY 2x10

-11

– 5x10

-11

g

Populacje drobnoustrojów:

1g gleby

500x10

6

komórek

0.5 miliarda

1g obornika

200x10

6

komórek

1g sera

500x10

6

komórek

1g masła

60x10

6

komórek

1cm

3

mleka zsiadłego

1000x10

6

komórek

miliard

1cm

3

zalewy kiszonych ogórków

5000x10

6

komórek

1cm

3

zacieru gorzelniczego

350x10

6

komórek

Stosunek powierzchni do objętości komórek drobnoustrojów:

Objętość komórki o średnicy ϕ=1µm

4/3πr

3

= 4/3 x 3.141592 x 0.5

3

= 0.52µm

3

Objętość 1 MLD komórek 0.00052cm

3

W jednym litrze mleka zsiadłego 1000mld komórek = 0.52cm

3

Powierzchnia komórki o średnicy ϕ=1µm

4πr

2

= 4 x 3.14 x 0.5

2

= 3.14µm

2

Powierzchnia 1mld komórek 31.4cm

2

W jednym litrze mleka zsiadłego 1000mld komórek = 31400cm

2

Gleba – 1ha (do głębokości 30cm) zawiera 3t drobnoustrojów o całkowitej powierzchni

1800ha.

Duży stosunek powierzchni do objętości dlatego duża efektywność działania.

INTENSYWNOŚĆ ODDYCHANIA ORGANIZMU

Ilość wydzielonego CO

2

.

Mg/1g żywej masy/24 godz.

Korzeń jęczmienia 70

Korzeń pszenicy

240

Azotobacter

1270

Bacillus subtilis

13000 (największy stosunek powierzchni do objętości)

ROZMNAŻANIE:

Czas podziału (generacji):

• Bakterie 20 min

• Drożdże 2 – 4 godz.

• Pleśnie

72 godz.

1) Drobnoustroje rozmnażają się w tempie 2

n

(po podziale 2x więcej). Możliwość

nagromadzenia biomasy (białka) w szybkim tempie.

2) Jednokomórkowość – łatwość adaptacji do warunków środowiska, łatwo adoptują się do

różnych źródeł energii np. glukoza, mleko (laktoza), gdyż wytwarzają enzymy pozwalające

się przystosować – musi to być zapisane w kodzie genetycznym.

3) możliwość przyswajania różnych form węgla

- zwierzęta – węgiel organiczny (białka, węglowodany)

- rośliny – węgiel nieorganiczny

Drobnoustroje – CO

2

– drobnoustroje barwne, węgiel organiczny

C – z węglowodorów (aromatyczne i alifatyczne)

Azot – w postaci N

2

nieprzyswajalny przez rośliny i zwierzęta, musi być sprowadzony do

formy amonowej.

4) stosunek do temperatury – nie giną w temperaturze zera bezwzględnego (-273

0

C),

niektóre rozmnażają się w temperaturze 100

0

C, niektóre przeżywają 120

0

C, żółtaczka

odkażanie - 135

0

C.

Zdolność do wytwarzania przetrwalników, które pozwalają przetrwać w ekstremalnych

warunkach.

- niektóre rozmnażają się przy pH =0,2

- niektóre żyją przy pH=10

5) zdolność do mineralizacji substancji organicznych w nieorganiczne, najważniejsza

przyrodnicza cecha mikroorganizmów.

6) wszechobecność mikroorganizmów w różnych środowiskach. W zdrowych tkankach nie

powinno być mikroorganizmów. Drobnoustroi nie ma u nowo narodzonych zwierząt i ludzi

jeżeli matka była zdrowa.

GNOTOBIOLOGIA – nauka o życiu bez wpływu innych organizmów na ten badany

organizm.

1cm

3

śliny – 150mln drobnoustrojów

Drobnoustroje w jelicie grubym i cienkim 2-3 mld – 1cm

3

Nie ma w pęcherzu i moczu (najbardziej jałowy płyn u zdrowego człowieka).

7) łatwość przenoszenia się.

Mikroorganizmy mogą zużywać gaz, ropę naftową jako źródła węgla aromatycznego.

W środowisku występują bakterie brodawkowe, które syntetyzują związki azotowe.

Odporność na pH – bakterie siarkowe pH = 0.2 – nie giną i są w stanie się rozmnażać.

Również pH = 10 inne bakterie tolerują. Ale bakterie zdecydowanie wolą pH kwasowe.

Wytwarzają formy przetrwalne – przetrwalniki – odporne na kwasowe pH, temp.

WPŁYW DROBNOUSTROJÓW NA OTOCZENIE:

Stosunek powierzchni (µ

µ

µ

µ

2

) do objętości (µ

µ

µ

µ

3

) różnych komórek:

Bakteriofagi

66

Bakterie postaci L

19

Ziarniaki

6

Komórka wątroby

0,125

Czynniki wpływające na wzrost drobnoustrojów:

FIZYCZNE:

• Temperatura

• Ciśnienie mechaniczne

• Ciśnienie osmotyczne

• Promieniowanie

• Ultradźwięki

BIOLOGICZNE:

• Wpływ jednych drobnoustrojów na drugie

• Obecność wirusów (fagów)

CHEMICZNE:

• Zawartość tlenu w podłożu

• Kwasowość (pH) podłoża

• Obecność metabolitów własnych i obcych

• Antybiotyki

• Antyseptyki

• Fitoncydy

Temperatura

Temperatura działa na mikroorganizmy skutecznie i natychmiast. Reguła van Hoffa mówi, że

zmiana temperatury o 10° zmniejsza lub zwiększa reakcje chemiczne 2 –3 krotnie.

Katalizatory w organizmach żywych to enzymy.

W niskiej temperaturze kiedy woda zmienia stan skupienia reakcje w organizmach żywych

przestają zachodzić. W wysokiej temperaturze następuje denaturacja białka ~ 40

0

.

Temperatury kardynalne wzrostu drobnoustrojów (0

0

C)

:

• minimalna – nie giną i nie mogą się rozmnażać.

• optymalna – najbardziej odpowiednia do rozmnażania i wzrostu. Dla różnych

funkcji życiowych jest różna temperatura np. najszybszy wzrost 30°.

• maksymalna – powyżej tej temperatury zostaje zahamowany wzrost

drobnoustrojów.

Temperatury kardynalne wzrostu drobnoustrojów (°°°°C)

Minimalna Optymalna Maksymalna

Psychrofile(zimnolubne)

0

10 – 15

30

Mezofile

15 – 25

25 – 37

40 – 55

Termofile

28 – 30

50 – 60

70 – 75

Drobnoustroje:

• stenotermiczne – mają bardzo wąski zakres tolerancji optymalnej temperatury.

Drobnoustroje chorobotwórcze.

• eurytermiczne – maja szeroki zakres optymalnej temperatury wzrostu.

Psychotrofy są mikroorganizmami, które bez względu na optymalną temperaturę wzrostu

wykazują wzrost w niskich temperaturach.

Najniższa temperatura rozmnażania –34°C (drożdże).

Bakterie - 20°C.

Minimalna temperatura wzrostu:

Gronkowce – od 6-7°C

Laseczka jadu kiełbasianego – 3-4°C.

LIOFILIZACJA – mrożenie, odparowywanie, aby zachować komórki w stanie jak najmniej

zmienionym. Dla drobnoustrojów powolne zamrażanie jest niekorzystne, niszczy ich

strukturę, korzystniejsze jest gwałtowne.

• PSYCHROFILE

Są to organizmy, które w temperaturze od 0°C do 7°C dają kolonie w ciągu 7 dni. Lubią

zimno. Rozwijają się głównie na mięsie, rybach.

Szczepy psychrofilne w rodzajach:

• Pseudomonas

• Flarobacterium

• Alcaligenes

• Micrococcus

MEZOFILE – większość mikroorganizmów, które nas otaczają. Wszystkie chorobotwórcze to

mezofile.

TERMOFILE – gorące źródła, w fermentujących kompostach, w zagrzewającym się

oborniku. Termofile rozmnażają się bardzo szybko, czasem następuje samowyjałowienie, gdy

wykorzystają „pożywienie”.

Szczepy termofilne w rodzajach:

• Bacillus

• Clostridium

• Actinomyces

• Lactobacillus

Drobnoustroje ciepłooporne – są szczególnie odporne na ciepło (nieskuteczna

pasteryzacja). Robertson, Eckfort 1927 definicja. Optymalna temperatura 27°C – 30°C, 90%

przeżywa w 63°C przez 30 minut.

STERYLIZACJA – (wyjałowienie) pozbawienie materiału lub sprzętów wszystkich

(wegetatywnych lub przetrwalników) form drobnoustrojów.

Podatność drobnoustrojów na temperaturę:

TDP – thermal death point – dla drożdży 10min 57,5°C

TDT – thermal death time

D – decimal reduction time

Np. TDT Neisseria gonorrhoeae – w różnych temperaturach (rzeżączka)

50°C - kilka minut (ginie)

42°C - 5 godzin

41°C - 11 godzin

40°C - >30 godzin

PODŁOŻE:

- Zawartość wody w podłożu (im więcej wody tym łatwiej o wyjałowienie).

Frost Mc Campbell:

• a + 50% H

2

O

56°C

• a + 25% H

2

O

74°C - 80°C

• a + 18% H

2

O

60°C - 90°C

• a + 6% H

2

O

145°C

• a + 0% H

2

O

160°C - 170°C

a – albumina

- inne składniki np. kurz (im więcej tłuszczu tym trudniej wyjałowić).

TDP E. coli (10 min)

temp wyjałowienia:

• śmietanka

73°C

• mleko pełne

68°C

• mleko chude

65°C

• serwatka

63°C

• bulion

61°C

Im większa zawartość cukru tym działanie temperatury jest dłuższe. Zagęszczone substancje

są bardziej odporne na drobnoustroje i trudniej wyjałowić.

Im więcej drobnoustrojów w organizmie tym odporniejsze są na temperaturę.

FITONCYDY – substancje zawarte w roślinach, czosnek, cebula, hamujące rozwój

drobnoustrojów. Opóźniają działanie temperatury.

Wpływ liczby przetrwalników CLOSTRIDIUM BOTULINUM na TPT w 100°°°°C

Liczba przetrwalników

TPT min.

72x10

9

240

1.64x10

9

125

32x10

6

110

65x10

4

85

16.4x10

3

50

328

40

Drobnoustroje najszybciej giną gdy kultura jest młoda, szybko się mnoży.

Wiek organizmu nie jest bez znaczenia. Mikroorganizmy wytwarzają otoczki śluzowe, które

maja działanie ochronne np. przed temperaturą.

Im bardziej kwaśne tym łatwiej się wyjaławia.

Im wyższa temperatura tym łatwiej się wyjaławia, łatwiej zniszczyć.

Im bardziej uwodniona komórka tym łatwiej zniszczyć.

Wpływ wysokości temperatur na TDT przetrwalników CLOSTRIDIUM BOTULINUM

(60x10

9

przetrwalników., pH 7)

Temperatura w °°°°C

TPT, min

100

360

105

120

110

36

115

12

120

5

Wpływ ma także kwasowość środowiska.

Wpływ pH na D przetrwalników CLOSTRIDIUM BOTULINUM przy 120°°°°C

pH

D

4.0

0.128

5.0

0.260

7.0

0.515

WYJAŁAWIANIE:

• Wielkość opakowania wpływa na wyjaławianie drobnoustrojów.

• Konsystencja zawartości.

• Materiał opakowania.

• pH.

• temperatura

• ruch puszek konserwowych

• kształt puszki (płaski – by ciepło szybko się rozchodziło).

WYJAŁAWIANIE TERMICZNE:

• na mokro

sterylizacja

pasteryzacja

tyndalizacja

• na sucho

suszarki

opalanie

wyżarzanie

Nasycona para – przy skraplaniu wydziela ciepło kondensacji, nawilża podwyższając

skuteczność.

Kurek odpowietrzający – aby cała atmosfera wypełniona parą, bez worków powietrznych

będących dobrymi izolatorami ciepła.

Zależność temperatury pary nasyconej od ciśnienia:

Temperatura pary

Ciśnienie atmosferyczne

°°°°C

Atmosfery

Kilopaskale

0

0.006

0.631

80

0.48

48.6

100

1.03

104.6

110

1.46

147.9

120

2.02

204.6

130

2.75

278.6

Para musi być nasycona (nie para sucha!), nie może być przegrzana. Temperatura spada, gdy

para się skupia.

• Pasteryzacja – wyjaławianie poniżej 100°C. (żelatyna).

Rodzaje pasteryzacji:

- niska długotrwała (LTLT)

63°C - 65°C/30min.

- krótkotrwała (HTST)

71°C - 72°C/15sek.

- wysoka

80°C - 95°C/15 – 20sek. do kilku minut

- uperyzacja

130°C - 150°C/ułamki sekund, momentalna.

-

• Tyndalizacja – frakcjonowana pasteryzacja. Przy tyndalizacji pomiędzy pasteryzacjami

przechowuje się surowiec w temperaturze optymalnej dla rozwoju mikroorganizmów.

Stosujemy: podłoże, materiał który w warunkach sterylizacji straciłby swoje właściwości np.

wrażliwe witaminy. Podłoże żelatynowe, bo traci w wysokiej temperaturze właściwości

żelujące.

• Opalanie

Jałowość handlowa – nie zawsze konieczna aby produkt całkowicie wyjałowiony był trwały.

Niektóre drobnoustroje w określonych warunkach tego produktu się nie rozwijają.

Ogórki czy kompot kwaśne więc bakterie gnilne tam się nie rozwijają.

Bakterie tlenowe w warunkach beztlenowych.0

Ciśnienie osmotyczne:

Każda substancja rozpuszczalna w H

2

O wywołuje ciśnienie osmotyczne, zależy ono od liczby

cząsteczek. Jednomolowe substancje dają to samo ciśnienie osmotyczne.

Roztwór:

• hipotoniczny (plazmoptyza – pękanie pod wpływem napływu rozpuszczalnika)

Komórka

środowisko zewn.

A →

H

2

O

a b

a > b

np. 3 atm 0 atm

• izotoniczny

H

2

O

a

b

a = b

• hipertoniczny (plazmoliza)

H

2

O

a

b

a < b

np. 3 atm 20 atm

Zdolność do wytwarzania ciśnienia molowego:

• 1 molowy roztwór (0°C) -

22.4 atm

• 1% roztwór sacharozy (342)

- 0.7 atm

• 1% roztwór glukozy (180)

- 1.2 amt

• 1% roztwór NaCl (58.5) - 6.1 atm

342 / 58.5 = 5.84

6.1 atm / 0.7 atm = 8.7

Ciśnienie osmotyczne ≠ masa cząsteczkowa.

Sól hydrolizuje na jony w wodzie i dlatego daje podwyższone ciśnienie osmotyczne.

Drobnoustroje osmofilne – lubią wysokie stężenia cukrów.

Osmofile – Saccharomyces rouxii, znoszą, rozmnażają się w wysokich temperaturach.

Cukrooporne – nie giną przy wysokim stężeniu cukru i ujawniają się po rozcieńczeniu.

Halofile – roztwory solne, odporne na wysokie stężenie NaCl. Przykłady:

Bacillus subtilis 15% NaCl,

bakterie z ryb morskich 25% NaCl,

Penicillium glaucum 19% NaCl,

Oospora nikitinskii – nasycony roztwór NaCl 34%.

Rozpuszczalność soli mniejsza od cukru ale daje większe ciśnienie osmotyczne.

Solooporne – nie rozmnażają się w dużych stężeniach soli ale czekają na sprzyjające

warunki.

pH nie wpływa na działanie cisnienia osmotycznego.

Ciśnienie mechaniczne – drobnoustroje bardzo odporne na wysokie ciśnienie mechaniczne

do 600atm, przypadki do 6000atm (ziarniaki Salmonella). Występują na dużych

głębokościach w rowach oceanicznych.

Wysokie ciśnienie mechaniczne można stosować do utrwalania żywności. Żywność tak a nie

traci swoich właściwości. Taka żywność jest bardzo droga. Jest to metoda ciśnieniowa w

naczyniach elastycznych.

Dźwięki i ultradźwięki

Za pomocą ultradźwięków można niszczyć drobnoustroje. Przy pomocy ultradźwięków

rozrywa się komórki – ścianę komórkową bez naruszenia struktur wewnętrznych.

Wewnątrz komórki mikroorganizmów rozpuszczone gazy, które pod wpływem

ultradźwięków łączą się w bąbelki, podwyższają ciśnienie (kawitacja!!!).

Fale mają bardzo szeroki zakres.

PROMIENIOWANIE ELEKTROMAGNETYCZNE

• promieniowanie kosmiczne

0,0001nm

• promieniowanie γ

0,001 – 0,14nm

• promieniowanie X

0,006 – 400nm

• promienie ultrafioletowe

13,6 – 390nm

• światło słoneczne

0,14 – 10

5

nm

• promieniowanie widzialne

390 – 800nm

• promieniowane podczerwone

800 – 4x10

5

nm

• fale radiowe

0,1cm – 10,5km

• mikrofale - miedzy podczerwonymi i radiowymi

Promieniowanie stosujemy do wyjaławiania pomieszczeń, płynów (bonaqua).

Adsorpcja – zmiany w kwasie nukleinowym i niszczenie białka, promieniowanie na

komórkach co może niszczyć komórki, część może przeżyć ale ze zmienioną formą kwasu

nukleinowego (zmienione właściwości) – mutant.

Detergenty – substancje powierzchniowo czynne, zdolność do napięcia powierzchniowego

wody i woda wnika we wszystkie szczeliny. Właściwości bakteriobójcze uszkodzenie błony

cytoplazmatycznej, odpowiedzialne za wyminę substancji odżywczych i denaturację białek

wewnątrz komórki.

Detergenty kwarcowe, zasadowe lub obojętne.

Wysuszanie – prądek gruźlicy odporny na wysuszanie. Azotobacter żyje w glebie.

Czynniki fizyczne:

Metoda liofilizacji –wysuszanie ze stanu zamrożenia, gwałtownie do -80°C (aby nie

narastały duże kryształy lodu, lecz małe nie niszczące struktury komórki), następnie

wyparowanie (pod próżnią).

Produkt liofilny – lubiący rozpuszczalniki, chłonie tyle wody ile mu odebrano.

Wpływ czynników chemicznych na proces utrwalania żywności:

- kwasowość środowiska (pH) zmienia przepuszczalność błony cytoplazmatycznej

- zmiana dyspersji rozproszenia substancji w cytoplazmie

- właściwości buforujące – jak zakwaszamy środowisko to drobnoustroje mogą

wydzielać substancje alkaliczne

- stosujemy minimalne pH wzrostu do utrwalania żywności.

MINIMALNE pH WZROSTU

1. Bakterie gnilne (wrażliwe)

6,0 – 6,5

2. Bakterie gnilne (mniej wrażliwe)

5,0

3. Bacillus Subtilis

5,5

4. Bakterie masłowe

4,2

5. Bakterie mlekowe

3,5

6. Drożdże

2,5

7. Pleśnie

<2,5

pH może wpływać na zmiany metabolizmu komórki w organizmie.

WPŁYW pH NA METABOLIZM:

Drożdże z cukru tworzą w środowisku kwaśnym alkohol etylowy, a w środowisku

alkalicznym glicerynę.

Bakterie masłowe (nie występują w maśle, wytwarzają kwas masłowy z cukrów) w

środowisku kwaśnym tworzą aceton, butanol, a w środowisku alkalicznym kwas masłowy.

POTENCJAL OKSYDOREDUKCYJNY – (stopień utlenienia środowiska) zdolność

przyjmowania lub oddawania elektronów przez układ, wyrażane w woltach lub miliwoltach

Potencjał oksydoredukcyjny – Eh (V).

-0,2

+0,2

+0,4

Bezwzględne

beztlenowce, anaeroby

obligatoryjne np.

Clostridum butylicum

Względne beztlenowce,

anaeroby fakultatywne np.

drożdże, bakterie mlekowe,

gronkowce

(Staphylococcus aureus)

Tlenowce aeroby np.

Bacillus subtilis, pleśnie

Wpływ elektrolitów (rożnych soli) na drobnoustroje:

Szereg wzrastającej biologicznej aktywności jonów od najmniej szkodliwych:

• KATIONY: Na

+

, K

+

, NH

4

+

, Ca

2+

, Fe

2+

, Zn

2+

, Fe

3+

, Al

3+

., Pb

2+

, Cu

2+

, Au

+

, Ag

+

• ANIONY: SO

4

2-

, winiany, octany, Cl

-

, NO

3

-

, cytryniany, J

-

, salicylany, JO

3

-

Oligodynamiczne działanie metali – niewielkie ilości metalu mogą ulec rozpuszczeniu i

niszczyć mikroorganizmy.

ALKOHOLE

• Środek dezynfekujący (alkohol etylowy).

• Wywołują denaturację białka, im dłuższy łańcuch tym skuteczniejszy.

• Jeżeli alkohol nierozpuszczalny w H

2

O niestosowany jest do dezynfekcji.

• Dostępność i taniość alkoholu.

• Metanol – mniej skuteczny, propanol – drogi.

• Im wyższe stężenie tym większa skuteczność, ale najskuteczniejszy o C

p

=70%, o

wyższym stężeniu powoduje odwadnianie komórki i utrudnienie denaturacji. Nawet

70% nie działa na przetrwalniki bakterii.

• Z kwasem i jodem potęguje się działanie alkoholu – jodyna (roztwór jodu w alkoholu)

działa na przetrwalniki, zapobiega tężcowi, zgorzela gazowa.

• Niektóre substancje osłabiają działanie alkoholi: formalina, fenol.

BARWNIKI:

- niszczenie mikroorganizmów ale raczej do diagnostyki np. jako indykatory

kwasów.

- Przypadkiem odkryto mikroorganizmy niewidzialne bez barwienia.

- Czynniki selektywne hamują rozwój jednych niehamując innych. Dominująca

obecność bakterii G(-) przeszkadza w badaniu innych.

- Wpływ zależy od budowy barwnika, na kwasy nukleinowe, budowę ściany

komórkowej

- Środki odkażające działaja na komórkę niszcząc lub hamując wzrost. Aktywność

określa się wspólczynnikiem aktywności:

Współczynnik aktywności środka odkażającego (dezynfekcja):

K = 1/t * log b/b

k

t – czas działania

b – początkowa liczba bakterii

b

t

– liczba bakterii po czasie t działania środka

Na skuteczność środków odkażających ma wpływ:

• pH środowiska – najbardziej efektywny środek odkażający w pH, gdzie związek

występuje w postaci niezdysocjowanej, gdyż przechodzą przez błonę łatwiej niż jony.

• skład chemiczny środowiska – surowica krwi osłabia działanie fenolu.

• antybiotyki – substancje wytwarzane przez jeden mikroorganizm działające w różny

sposób: zahamowanie wzrostu, syntezy DNA, wzrostu ściany komórkowej. Antybiotyki

do utrwalania żywności np. ryb, ślimaków, tuszek drobiu ale nie antybiotyki lecznicze,

odchodzi się od antybiotyków.

• Bakteriocyny – działają hamująco na wzrost mikroorganizmów.

• fitoncyny – związki pochodzenia roślinnego hamujące wzrost mikroorganizmów

(czosnek, cebula, chrzan, gorczyca). Właściwości bakteriobójcze lub bakteriostatyczne.

• witaminy – pobudzają wzrost organizmów, niezbędne do właściwego rozwoju

organizmów zwierzęcych i mikroorganizmów, niektóre mikroorganizmy wytwarzają

witaminy, a niektóre muszą otrzymać je z zewnątrz i są bardzo wrażliwe na jej niedobór.

Wpływ metabolitów:

Obce i własne metabolity:

• obce – np. mikroorganizm wydziela kwas mlekowy, który hamuje wzrost innego gatunku

mikroorganizmów

• własne – przy pewnym stężeniu alkoholu następuje zahamowanie wzrostu drożdży,

zatrucie własnymi metabolitami <18%. Kwas mlekowy < 3% bakterie kwasu mlekowego.

Kwas mlekowy hamuje rozwój także bakterii gnilnych dlatego kiszenie (zakwaszanie)

owoców (fermentacja do wina) i warzyw.

Czynniki biologiczne:

LIZOZYN – w śluzach, w ślinie, białku jajka, śluzówce, łzach, działanie bakteriostatyczne.

Autoliza – rozpad komórki pod wpływem własnych enzymów. Obumieranie komórki i

wydostawanie się szkodliwych substancji na zewnątrz.

Wzajemnie oddziaływania na siebie mikroorganizmów:

1. NEUTREALIZM – brak oddziaływania. Organizmy nie wpływają na siebie wzajemnie.

Gdy osobniki występują w danym środowisku mają różne wymagania, różne źródła pokarmu.

Gdy zasoby pokarmowe są bardzo obfite i wystarczy ich dla wszystkich brak jest wtedy

konkurencji lub w środowisku jest niewiele osobników.

2. KOMENSALIZM (WSPÓŁBIESIADNICTWO) – METABIOZA – dwóch partnerów

obok siebie, jeden z partnerów czerpie korzyści z działalności drugiego, nie szkodząc mu,

np. korzysta ze zbędnych substancji metabolicznych.

Metabioza – następstwo pokoleń, po jednych bakteriach drugie.

3. PROTOKOOPERACJA – proste współżycie, dwa organizmy żyją ze sobą pomagając

sobie, nie musza jednak żyć razem. Np. 2 szczepy Rhisobium oddzielnie są bezbarwne,

razem są barwne. Silniej ukwaszają jak są razem, synergizm oddziaływania.

4. SYMBIOZA (MUTUALIZM) – 2 organizmy nie mogą bez siebie żyć np.

- porosty: glony + grzyby

- glony asymilują CO

2

z powietrza

- grzyby – rozkładanie podłoża dostarczając soli nieorganicznych dla całego układu,

korzystają z cukrów tworzonych prze glony.

• między mikroorganizmami (glony + grzyby)

• mikroorganizmy (mikrosymbiont) ⇔ rośliny wyższe (makrosymbiont)

• mikoryza – grzyby + drzewa

• mikroorganizmy ⇔ zwierzęta

endosymbioza – człowiek, drobnoustroje w przewodzie pokarmowym trawią

to co niestrawione, wytwarzają witaminy których symbionty nie wytwarzają i

zajmują miejsce drobnoustrojów chorobotwórczych dla których są

konkurencją.

Zwierzęta przeżuwające – kultury mikroorganizmów w żołądku trawiące

pokarm.

egzosymbioza – organizm zwierzęcy w symbiozie z mikroorganizmem

żyjącym na zewnątrz. Np. mrówki z rodzaju ATTA w symbiozie z grzybami

tną liście tworząc stertę kompostową zaszczepioną grzybami, rosnące grzyby

są pokarmem. Mrówki przenoszą zarodniki do nowego gniazda.

5.

WSPÓŁZAWODNICTWO (KONKURENCJA)

• Międzygatunkowe – Escherichia coli z przewodu pokarmowego hamuje rozwój

bakterii chorobotwórczych.

• wewnątrzgatunkowe (mutanty) – o wodę, pożywienie, światło, przestrzeń. W

środowisku antybiotyk niszczący populację, to nieliczne będą odporne i wyprą

pozostałe.

6.

AMENSALIZM (TOKSYNY)

• Nieorganiczne: H

2

O

2

, NH

3

, NO

2

, CO

2

, O

2,

, H

2

S

• Organiczne

- słabe: kwasy tłuszczowe, alkohole (muszą być duże stężenia aby działały).

- silne: antybiotyki, bakteriocyny (wytwarzane przez szczepy bakterii ale w

odróżnieniu od antybiotyków oddziaływają na blisko spokrewnione z producentem

szczepem bakterii nawet tego samego gatunku).

Drożdże killerowe – niszczą inne drożdże z innych szczepów.

7.

PASOŻYTNICTWO – pasożyt żywi się komórkami, tkankami, płynami ustrojowymi

żywiciela.

• Fakultatywne – może ale nie musi być pasożytem np. Salmonella.

• Obligatoryjne – musi mieć żywiciela aby przeżyć - wirusy np. prątki trądu, gruźlicy.

• Nadpasożytnictwo – pasożyt żyje na pasożycie np. bakterie pasożytnicze na

pasożytach wirusa. Może być nawet 4-etapowe pasożytnictwo.

Roślina<-grzyby<-bakterie<-wirusy, Bdallovibro

8. DRAPIEŻNICTWO – DRAPIEŻCA + OFIARA

Np. grzyby pożerają nicienie.

ODZIAŁYWANIE DROBNOUSTROJÓW NA OTOCZENIE:

Promieniowanie:

• LUMINESCENCJA – świecenie mikroorganizmów, utlenianie lucyferyny przez enzym

lucyferaza, śluzowacenie produktu.

• Promieniowanie mitogenetyczne – długość UV związana z przemianami na poziomie

komórkowym, trudne do wykrycia, wskazujące na aktywność organizmów.

• Wydzielanie ciepła, podgrzewanie otoczenia w wyniku reakcji oddychania (tylko część

zużywana), transport przemiany.

Oddychanie tlenowe - 1/3 energii jest rozproszona. Gdy układ nieizolowany to ciepło jest

rozproszone, gdy układ jest izolowany to temperatura się podnosi, np. zbiornik sterta obornika

(powolne przenikanie ciepła), fermentująca brzeczka winiarska (gdy temperatura wzrośnie za

bardzo to następuje zahamowanie reakcji, chłodzenie droższe niż ogrzewanie!!!).

• Termogeneza – samozagrzewanie się, zazwyczaj zjawisko niekorzystne.

• Obniżenie potencjału oksydoredukcyjnego – w warunkach tlenowych spadek niewielki.

W zamkniętych układach (np. na dnie rzek, jezior) duży spadek potencjału w wyniku

pobierania tlenu przez drobnoustroje.

• Zdolność do zmiany pH – podwyższenie pH gdy podczas rozmrażania ............ NH

3

.

obniżenie w wyniku rozkładu substancji ....... (cukrów), powstają kwasy głównie

mlekowy i propionowy (kiszonki). Obniżenie pH przez wydzielenie CO

2

. zakwaszanie

przez utlenianie związków nieorganicznych i wytworzenie np. kwasu azotowego i

siarkowego.

• Rozkład minerałów – bakterie siarkowe utleniając H

2

S doprowadzają do wytworzenia

H

2

SO

4

, który zakwasza glebę i rozpuszcza minerały, kruszenie skał, pomników.

POWSTAWANIE POKŁADÓW SIARKI

CaSO

4

→ H

2

S

Redukcja + Desulfovibrio

H

2

S →S

0

Utlenianie + nad strzalką- Thiobacillus thiopaus, Beggiatoa

Dzięki bakteriom powstały złoża saletry sodowej w Chile w wyniku mineralizacji odchodów

ptasich.

• Zdolność do tworzenia struktury gleby, rozkład substancji organicznych dostarczanych

przez człowieka w postaci ..............................roślin, martwych zwierząt.

Powstanie humusu – wytwórcze działanie drobnoustrojów.

Wytwarzanie gruzełkowatości gleby porowatość między gruzełakami i gleba się

napowietrza.

W glebie promieniowce wytwarzają śluz zapobiegający zbijaniu się gleby w jednolita masę.

Im lepiej gleba jest napowietrzona tym lepiej dla roślin.

• Powstawanie pokładów węgla – 300 000 000 lat temu lasy tropikalne odkładane w postaci

stert fosforowych, mikroorganizmy usuwały N, powstawał metan i różne substancje

konserwujące, powstawał węgiel.

Torf – właściwości konserwujące dzięki związkom fenolowym. Sprasowany wielokrotnie to

węgiel.

Ropa naftowa – utworzona przez mikroorganizmy.

• Udział w cyklicznym obiegu C i N w przyrodzie

Główny pierwiastek organizmów żywych to węgiel C ∼ 50%

Krążenie C:

• W skorupie ziemskiej

10

16

t C

• W atmosferze

0,03% tj. 6x10

11

t CO

2

• W wodach

1,6x10

13

t CO

2

• Rośliny lądowe zużywają

2x10

10

t CO

2

/ rok

• Rośliny morskie

1,5x10

11

t CO

2

/ rok

• Roślinom lądowym wystarczy CO

2

na

lat

30

10

*

2

10

*

6

10

11

=

• Roślinom morskim wystarczy CO

2

na

lat

100

10

*

5

,

1

10

*

6

,

1

11

13

=

• Krążenie N:

• W atmosferze

∼ 78% N tj. 3,9x10

15

t N

2

4,0x10

9

t NO

2

• W oceanach

2,2x10

13

t N

2

9,2x10

11

t związków N

• Szybkość przemiany

10

8

t N / rok

• Azotu wystarczy

3,9x10

15

/ 10

5

= 39mln lat

Azot w wolnej postaci nie może być wykorzystywany przez człowieka, zwierzęta, rośliny.

Musi być przekształcony w stan związków chemicznych.

BAKTERIE NIESYMBIOTYCZNE: (WIĄŻĄCE AZOT)

Beztlenowce:

Clostridium pasteurianus

Clostridium saccharobutyricum

Clostridium felsineum