Mikrobiologia przemysłowa

Wykład 1

Świat organizmów żywych dzielimy na :
- eubacteria
- archaebacteria
- protista
- plantae
- animalia
- fungi
Do organizmów eukariotycznych zaliczamy: rośliny, zwierzęta, pierwotniaki, glony, grzyby.
Do organizmów prokariotycznych zaliczamy: archeony, bakterie.
Mikrobiologia – nauka zajmująca się zagadnieniami związanymi z mikroorganizmami.
Wyróżniamy następujące rodzaje mikrobiologii:
- mikrobiologia ogólna – zajmuje się charakterystyką ogólnych pojęć z dziedziny
mikrobiologii, budową i kształtem mikroorganizmów, czynnościami życiowymi, środowiskiem
życia drobnoustrojów, wpływem drobnoustrojów na środowisko i inne organizmy.
- mikrobiologia lekarska – zajmuje się mikroorganizmami chorobotwórczymi dla człowieka;
diagnostyką, profilaktyką, walką z drobnoustrojami chorobotwórczymi, zjawiskami
zachodzącymi w ustroju po infekcji.
- mikrobiologia weterynaryjna – zajmuje się mikroorganizmami chorobotwórczymi dla
zwierząt; diagnostyką, profilaktyką, walką z drobnoustrojami chorobotwórczymi, zjawiskami
zachodzącymi w ustroju po infekcji, kontrolą sanitarną produktów pochodzenia zwierzęcego.
- mikrobiologia rolnicza – zajmuje się mikroorganizmami chorobotwórczymi dla roślin,
drobnoustrojami mającymi znaczenie w procesach krążenia pierwiastków w przyrodzie, bada
procesy mikrobiologiczne zachodzące w glebie.
- mikrobiologia sanitarna – bada zagadnienia czystości wody, powietrza, pomieszczeń
produkcyjnych, urządzeń i opakowań, zajmuje się problemami oczyszczania ścieków metodą
biologiczną, zajmuje się higieną osobistą pracowników przemysłu spożywczego oraz
sposobami zapobiegania zatruciom pokarmowym.
- mikrobiologia przemysłowa – zajmuje się zastosowaniem wiedzy mikrobiologicznej i
inżynieryjnej w procesach przemysłowych z zastosowaniem mikroorganizmów lub komórek
roślin i zwierząt do produkcji użytecznych dóbr konsumpcyjnych lub półproduktów
procesowych.
Zastosowanie mikrobiologii przemysłowej obejmuje: przemysł spożywczy, przemysłowa
diagnostyka mikrobiologiczna, przemysł farmaceutyczny, produkcja preparatów
enzymatycznych, przemysł chemiczny, ochrona środowiska.
Mikrobiologia przemysłowa w przemyśle spożywczym:
Produkcja żywności w oparciu o prowadzone przez mikroorganizmy procesy fermentacji
beztlenowej i tlenowej:

a. Produkcja wina, piwa i spirytusu spożywczego
b. Produkcja octu i kwasu cytrynowego i mlekowego do celów spożywczych
c. Produkcja serów i fermentowanych napojów mlecznych np. jogurty, kefiry
d. Produkcja chleba i ciast w oparciu o drożdże piekarnicze
e. Produkcja kiszonek
f. Produkcja kakao
g. Produkcja herbaty

Mikrobiologia przemysłowa w przemyśle farmaceutycznym.
Wyselekcjonowane szczepy mikroorganizmów stosowane są do produkcji: antybiotyków,
leków steroidowych, witamin.
Wyselekcjonowane kultury bakterii i drożdży stosowane są do produkcji probiotyków –
preparatów farmaceutycznych przywracających naturalną mikroflorę układu pokarmowego.
Prebiotyk – substancja obecna lub wprowadzana do pożywienia w celu stymulacji rozwoju
prawidłowej flory jelit, poprawiająca w ten sposób zdrowie. Prebiotykiem może być
naturalny składnik diety np. skrobia, błonnik pokarmowy lub dodatki do żywności
(suplementy diety) o charakterze prozdrowotnym.
W odróżnieniu od probiotyku nie zawiera żadnych mikroorganizmów, a jedynie substancje
stymulujące. Prebiotyki to nietrawione – oporne na działanie enzymów trawiennych w
przewodzie pokarmowym – składniki żywności, które korzystnie oddziałują na gospodarza
przez selektywną stymulację wzrostu i/lub aktywności jednego rodzaju lub ograniczonej
liczby bakterii w okrężnicy i w ten sposób poprawiają zdrowie gospodarza. Tymi
substancjami mogą być białka, tłuszcze, oligo- lub polisacharydy, które nie ulegają trawieniu i
w formie niezmienionej docierają do światła jelita, by tam rozwijać swoje działanie.
Hodowle komórkowe i tkankowe są wykorzystywane przy produkcji: szczepionek, przeciwciał
monoklonalnych stosowanych w diagnostyce medycznej i badaniach naukowych.
Rekombinantowe szczepy mikroorganizmów stosowane są przy produkcji: szczepionek,
insuliny, hormonu wzrostu.
Mikrobiologia przemysłowa w przemyśle chemicznym.

a. Produkcja aminokwasów: L-lizyny, L-cysteiny, kwasu L-glutaminowego i kwasu L-

asparaginowego.

b. Produkcja rozpuszczalników: butanolu, acetonu
c. Produkcja dekstranu
d. Produkcja kwasu glukonowego
e. Produkcja kwasu itakonowego

Diagnostyka mikrobiologiczna w ujęciu mikrobiologii przemysłowej.
Produkcja odczynników, leków diagnostycznych i aparatury diagnostyki mikrobiologicznej w
przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i weterynarii. Opracowanie zasad kontroli
czystości mikrobiologicznej dla poszczególnych procesów technologicznych, np. w przemyśle
spożywczym, zapewniających ochronę produktów przed psuciem lub zakażeniem
mikroorganizmami szkodliwymi lub patogennymi.
Mikrobiologia przemysłowa w ochronie środowiska.
Pozyskiwanie cennych pierwiastków z użyciem technologii „przyjaznych” dla środowiska
naturalnego: mikrobiologiczne ługowanie metali np.. uranu z zastosowaniem bakterii
Thiobacillus ferroxidans i Thiobacillus thiooxidans; mikrobiologiczne zatężanie metali z wód
kopalnianych lub wody morskiej, np. złota, miedzi, srebra, plutonu, uranu z zastosowaniem
biosorbentów z żywymi kulturami mikrobiologicznymi.
Oczyszczanie ścieków i bioremediacja gleby: bioremediacja gleb skażonych produktami
ropopochodnymi z zastosowaniem wybranych szczepów bakterii glebowych, np. z rodzaju
Acinetobacter lub Pseudomonas; stosowanie „stopnia biologicznego” w oczyszczalniach
ścieków powiązanego z produkcją biogazu oraz produkcja bioetanolu.
Produkcja preparatów enzymatycznych:
Izolacja enzymu z hodowli jego naturalnego producenta. Produkcja enzymu z
wykorzystaniem mikroorganizmu rekombinowanego:

a. Alfa-amylaza, beta-amylaza, glukoamylaza, izomeraza glukozowa, przetwórstwo

skrobi

b. Laktaza, peroksydaza – przemysł tekstylny
c. Proteazy, celulazy, lipazy – składnik proszków do prania
d. Proteazy, lipazy - przemysł skórzany
e. Pektynaza –produkcja soków owocowych
f. Beta-galaktozydaza – przemysł mleczarski
g. Transglutaminaza- przemysł mięsny

Charakterystyka morfologiczna i fizjologiczna głównych grup mikroorganizmów o
znaczeniu przemysłowym:

1. Bakterie właściwe
2. Promieniowce
3. Drożdże
4. Grzyby strzępkowe

PROMIENIOWCE – Actinomycetales
- bakterie polimorficzne
- gram +
- wydłużone nitkowate
- tworzą pseudogrzybnię
- środowisko bytowania – gleba
- większość to saprofity
Polimorfizm – zdolność do występowania w różnych postaciach
Saprofityzm – bytowanie na martwej materii.
- gatunki chorobotwórcze – bakterie oportunistyczne
- choroby wywołane przez promieniowce – aktynomicetozy
Patogeny ludzkie i zwierzęce:

a. Actinomyces pyogeus – ropne schorzenia ludzi i zwierząt domowych
b. Actinomyces bovis - „żuchwa guzowata”
c. Dermathophilus congolensis – wysiękowe zapalenie skóry
d. Mycobacteirum tuberculosis – gruźlica
e. Mycobacterium farcinogenes – nosacizna bydlęca
f. Nocardia asteroides – zakażenia płucne, poroniena
g. Streptomyces scabies – parch ziemniaczany.

KLASYFIKACJA PROMIENIOWCÓW –wg. Klucza Bergey’a:

1. Nocardioformis – 11 rodzajów
2. Multioculars – 3 rodzaje
3. Actinoplanetes – 5 rodzajów
4. Streptomycetes – 4 rodzaje
5. Maduromycetes – 7 rodzajów
6. Thermonospora – 4 rodzaje
7. Thermoactinomycetes – 1 rodzaj
8. Inne – 4 rodzaje

Morfologia i fizjologia
- większość – tlenowce
- temp. 15-37 stopni C ; op. 25-30 stopni C
- pH 5-9
- gram+, kwasooporne

- DNA zawartość GC – 63-73%
- 4 typy ściany komórkowej
Bakterie właściwe nie mają kwasu diaminopimelionowego.
Charakterystyka ściany komórkowej u promieniowców.


promieniowce wymagają 14 dniowej inkubacji.
3 typy pseudogrzybni: powietrzna, substratowa, wgłębna.
Promieniowce należą do chemoorganotrofów – wykorzystują różne źródła węgla.
Rozmnażanie promieniowców.
Spory u Thermoactinomycetes wytrzymują ogrzewanie przez 11 minut w 100 stopniach C. Są
również odporne na wysychanie. Zamieszkują one wewnątrz stogów siana.
Rodzaj : Actinomyces
- media kompleksowe – fermentacja węglowodanów do kwasu bursztynowego, mlekowego,
octowego
- produkcja polimerów np. dekstran, glikogen
- beztlenowce
Rodzaj: Streptomyces
- ściana komórkowa: izomer L,L-DAP, mostki glicynowe
- pigmenty
- bezwzględne tlenowce
- zamieszkują środowisko wilgotne.
Promieniowce są często producentami antybiotyków.
Czynniki kontroli biologicznej:
- dodatek rozłożonych przez promieniowce resztek celulozowych może zapobiegać gniciu
jarzyn
- promieniowce pochodzące z ryzosfery (strefa korzeniowa) sosnowej produkują witaminy z
grupy B
- dodatek czystych kultur promieniowców do gleby
- actinoplanes, Micromonospora, Spirillospora: pasożyty grzybów
- mycobacterium sp. stymuluje wzrost grzybów.
Biodegradacja ksenobiotyków
- aktynobakterie koryno- i nokardiopodobne wytwarzają lipidy trehalozowe – właściwości
surfaktantów, użyteczne przy usuwaniu skutków skażeń ropnych.
- Arthobacter parafineus, Rhodococcus erytropolis – emulgatory (pozyskiwanie ropy z
pokładów piaskowcowych.
- rozkład substancji ligninocelulozowych.
Producenci: antybiotyki stosowane w medycynie i weterynarii (amino glikozydy,
antracykliny, chloramfenikole, beta-laktazy, makrolity, tetracykliny), np. streptomycyna.
Substancje wykorzystywane w fitopatologii (blastycydyna =>nukleozydy, łatwo się rozkłada,
niebezpieczna dla oczu, walka z chorobami ryżu, polioksyny, ezomycyna => walka z
chorobami grochu i fasoli, celocydyna, aktydion =>walka z grzybicami, rdzą roślinną, ochrona
owoców zbieralnych.
Producenci: substancje przeciw pierwotniakom, kokcydiostatyki polieterowe, bioinsektycydy
– salinomylyna, maduromycyna, inhibitory trehalozy (trehazolina ) izolowane z
Micromonospora; oraz enzymy (mleczarstwo, garbarstwo, biologia)
Produkują również czynniki o właściwościach immunostacyjnych.

Bestatyna – Streptomyces olicerticuli (aktywacja makrofagów, stymulacja produkcji
interleukiny Il1 i Il2, zwiększenie aktywności komórek nk (natural killers) i limfocytów T

c

–

wszystko to sprowadza się do działanie przeciwrakowego.
(D) diestry trehalozy + kwasy nikolowe – adiuwanty
(D) diestry trehalozy + monofosfolipid A – działanie synergistyczne
Tymidylan trehalozy – odpowiedź komórkowa i humoralna u myszy, jest to czynnik
przeciwrakowy wstrzykiwany doguzowo Gordonia sp.
Wszystkie te substancje są w fazie badań klinicznych.

Wykład 2

GRZYBY (drożdże i grzyby pleśniowe)
Drożdże – grzyby mikroskopowe (nie zawierają chlorofilu), są cheteroorganotrofami. Nie
stanowią też homogennej grupy taksonomicznej.
Drożdże można znaleźć u:
- Ascomycetes (workowce)
- Basidiomycetes
- Deuteromycetes
W klasyfikacji drożdży uwzględnia się:
- morfologię komórki
- zdolność do rozmnażania generatywnego
- cechy hodowlane
- tworzenie pigmentu
- tworzenie spor
- tworzenie pseudogrzybni lub grzybni właściwej
- zdolność do wytwarzania ureazy (enzym odpowiedzialny za rozkład mocznika)
H

2

N-CO-NH

2

+ H

2

O => 2 NH

3

+ CO

2

- zdolność do asymilacji i fermentacji różnych źródeł węgla
- zdolność do asymilacji azotanów (reduktaza azotanowa)
- budowa ściany komórkowej (glukany, mangany, chityna)
- procent molowy G+C w DNA
Ascomycetes

a. 7 rodzin, najliczniejsza – Saccharomycetaceae
b. Rozmnażanie generatywne (askospory), wegetatywne (pączkowanie wieloboczne,

podział komórkowy)

c. Formują grzybnię
d. Nie wytwarzają ureazy, za wyjątkiem Schizosaccharomyces
e. Należą do gatunków, które fermentują lub nie sacharydy
f. 3 warstwowa ściana komórkowa (glukan, mannan)
g. Nie tworzą pigmentów
h. Biomasa barwi się na czerwono pod wpływem błękitu diazoniowego
i. % G+C = od 30 do 50%

Basidiomycetes

a. 3 rodziny
b. Tworzą basidiospory w procesie rozmnażania generatywnego
c. Rozmnażanie wegetatywne przez pączkowanie biegunowe

d. Formują grzybnię dikariotyczną podzieloną septami
e. Wytwarzają ureazę
f. Nie fermentują sacharydów
g. Ściana komórkowa (chityna, mannan) – budowa lamellarna
h. Rzadko tworzą pigmenty
i. Biomasa barwi się na czerwono pod wpływem błękitu diazoniowego
j. % G+C = od 40 do 70%

Deuteromycetes

a. 4 rodziny ( 13 rodzajów drożdży)
b. Nie obserwuje się cyklu rozmnażania płciowego – co jest główną cechą decydującą o

przynależności do tej klasy

c. Wykazują cechy charakterystyczne zarówno dla 1, jak i 2.

Morfologia komórki drożdżowej:
- kuliste, elipsoidalne, cytrynkowate, butelkowate, cylindryczne, nitkowate.
O morfologii decydują: gatunek, stan fizjologiczny, warunki zewnętrzne i funkcja komórki
w populacji.

1. Błona komórkowa

- grubość ok. 7 nm
- skład lipidów: fosfatydylocholina, fosfatydyloetanoloamina, fosfatydyloinozytol,
fosfatydyloseryna, fosfatydyloglicerol + sterole (ergosterol, zymosterol)
- białka: zakotwiczenia cytoszkieletu, enzymy biosyntezy ściany komórkowej, białka
sygnałowe, białka transportowe
Przestrzeń periplazmatyczna : 35 – 45 A (angsztremów), mannoproteiny – rozkładają większe
cząsteczki na mniejsze, np. inwertaza

2. Ściana komórkowa

Długość ok. 100-200 nm. Jest bardzo gruba. Składa się głównie z polisacharydów (glukany,
mangany, chityna)

3. Wnętrze

Cytoplazma – ściśle przylega do błony komórkowej

4. Substancje zapasowe

- wolutyna – o charakterze białkowym
- glikogen
- tłuszcz
Rozmnażanie wegetatywne:

1. Pączkowanie
2. Podział (rozszczepienie) [Endomycetaceae i Schizosaccharomycetaceae]
3. Tworzenie artospor
4. Tworzenie blastospor i balistospor (Basidiomycetes)

Chalmydospory – twory aseksualne służące tylko do przetrwania (Candida albicans) – nie
służą do rozmnażania
Drożdże roszczepkowe - drożdże rozmnażające się przez rozszczepienie
Tworzenie artospor – grzybnia rozpada się na regularne, cylindryczne fragmenty.
Cechy hodowlane
- w podłożu płynnym drożdże rosną najczęściej jako zmętnienie, tworzą błonkę lub
kożuszek, pierścień na powierzchni pożywki hodowlanej.
Flokuliny (np. lektyny mannozo specyficzne) – substancje dzięki którym one agregują (te
drożdże)

- w przypadku pożywek zestalonych – ogromna różnorodność kolonii (gładkie,
pomarszczone, mazistość - związana z zawartością lipidów i zapotrzebowaniem na Trp i Ala)
Mazistością charakteryzuje się np.: Cansenia spora
Cykl komórkowy
w jednej populacji mogą występować haploidy i diploidy. Drożdże występują jako 2 typy
koniugacyjne: a i alfa. Haploidalny a i alfa mogą się rozmnażać w sposób wegetatywny. Może
dojść do wytworzenia zygoty, która jest diploidalna (tylko kombinacja a-alfa). Wytwarzają
ferromony. Zygota może też rozmnażać się wegetatywnie. Może zostać wzbudzona mejoza,
dochodzi do sporo genezy. Spory kiełkują i tworzy się haploidalny a lub alfa.
Spory
- aktywne tworzenie spor zależy od wieku kultury drożdży, temperatury inkubacji,
kwasowości pożywki, składu i natlenienia pożywki.
- w laboratorium – pożywki sporulacyjne (pełen skład, octan sodu zamiast sacharydów,) [
octan sodu jest niefermentowalny i występuje po to, by nie zachodziła fermentacja, tylko
wytwarzanie spor.]
- liczba spor – zależna od gatunku (Schizosaccharomyces – 6, Klluyveromyces – 8). Zazwyczaj
jest to 4.
- kształt typowy dla gatunku – ważna cecha diagnostyczna
- odporne na działanie warunków środowiska (temperatura i kwasowość)
Kiedy spora kiełkuje traci swoją odporność.
Podstawowe czynniki niezbędne do wzrostu:

1. Woda

Rozwijają się (drożdże) w środowisku o zawartości przynajmniej 30% wody. Sama komórka
zawiera 85% wody. Mogą pobierać O

2

wyłącznie rozpuszczony w wodzie.

Gatunki halofilne – środowisko zasolone
Gatunki osmofilne i osmotolerancyjne – duża zawartość sacharydów, co za tym idzie
podniesione ciśnienie osmotyczne, akumulują wtedy w komórce polihydroksyalkohole,
np.glicerol.

2. Źródło węgla

- organiczne – monosacharydy, disacharydy (sacharoza), trisacharydy (rafinoza – do jej
rozkładu jest potrzebny specjalny enzym, który umożliwia całkowity jej rozkład – melibioza),
inne sacharydy – L-sorboza, D-ksyloza, L-arabinoza, celobioza, pektyna, skrobia
rozpuszczalna
- alkohole – etanol, metanol, etanodiol, glicerol
- poliole – rybitol, arabitol, glucitol, galaktocitol – są to alkohole odcukrowe
- kwasy organiczne
- niekonwencjonalne źródła węgla
Trichosporon – degradacja hydroksyetylocelulozy
Debaromyces – degradacja kwasów D-glukuronowego, D-galaktoronowego i n-alkanów
Aureobasidium – degradacja celulozy, skrobi, pektyn, ksylanu, lignin
Candida – degradacja D-ksylozy, L,D-arabinozy, L-sorbozy, celulozy, trehalozy.

3. Źródła azotu

Pepton, ekstrakt drożdży, brzeczka – pożywka dla drożdży stosowana w browarnictwie, sole
nieorganiczne – fosforany amonu, azotany, azotyny, aminokwasy.

4. Źródła fosforu

KH

2

PO

4

(właściwości buforujące), K

2

HPO

4

(niższe pH hodowli)

5. Źródła Ca i Mg

Woda wodociągowa lub destylowana suplementowana solami

6. Witaminy

Mezo-inozytol, kwas pantotenowy, biotyna, niacyna, tiamina, pirodoksyna.

7. Temperatury optymalne

25-28 stopni C, psychrofile –Candida psychrofila, termofile – Saccharomyces telluris.
Najniższa zanotowana temperatura, w której żyły drożdże to 2 stopnie C, najwyższa – 46.
Drożdże mezofile są bardzo odporne na niską (bo w osłonach komórkowych zawierają
zwiększoną ilość nienasyconych kwasów tłuszczowych) i wysoką (wytwarzają białka szoku
cieplnego, które pomagają im przetrwać) temperaturę.

EUMYCOTA – GRZYBY WŁAŚCIWE
- potocznie – pleśnie
- organizmy wielokomórkowe
- cudzożywne: saprofity, komensale, symbionty, pasożyty.
Mają ogromne zdolności degradacyjne związków, silne alergeny, wytwarzają mik toksyny
(np. alfatoksyny)
Korzyści – produkcja penicyliny, serów, kwasu cytrynowego
Grzyby strzępkowe
- charakter oligomorficzny i kosmopolityczny
- organizmy tlenowe
- chemoorganotrofy
- azot organiczny i nieorganiczny
- termofile, mezofile, psychrofile (wrażliwe na niską temp., odporne na wysoką)
- wilgotność graniczna 11-14 %, dla bakterii 20%
- niskie pH – pH 3-5
Ściana komórkowa jest sztywna, gruba i składa się z chityny. Plecha jest utworzona ze
strzępek, zespół strzępek tworzy grzybnię.
Brak sept w strzępce – komórczak
Zarodniki
Niska zawartość wody, gruba ściana komórkowa.
Zarodnik nabiera wody, która uruchamia metabolizm komórki, zwiększa swoją objętość
(procesy hydrolityczne), zaczyna się o. komórkowe, rozluźnia się ściana komórkowa, tworzy
się strzępka rostowa, która dalej rozwija się. Każda strzępka rośnie do góry (wzrost apikalny).
Na górze ściana komórkowa jest cieńsza niż gdzie indziej. Enzymy, materiały budulcowe,
enzymy od syntezy protoplastu są transportowane pęcherzykami z dalszych części komórki
właśnie na górę. Czasami tworzą się strzępki boczne, które są cieńsze i podporządkowane
strzępce głównej.
Morfologia
Ściana komórkowa:
- wielocukry aminowe – chityny, chitozan
- wielocukry nieaminowe – celuloza, glukoza
Białka, lipidy.
Są 4 charakterystyczne warstwy ściany komórkowej:

a. Bezpostaciowy glukan (najgrubsza, najbardziej na zewnątrz) – 80 nm
b. Siateczka glikoproteinowa zawieszona w glukanie z białkami – 50 nm
c. Warstwa białkowa – 10 nm,
d. Chityna + białko – 20 nm

Rozmnażanie
Tak samo jak w przypadku drożdży
Rozmnażanie bezpłciowe – zarodniki – spory kiełkują – tworzą grzybnię, gdzie tworzą się
zarodniki
Rozmnażanie płciowe – w zależności od gatunku wytwarzane są gamety, które mogą być
haploidalne lub diploidalne.
Struktury służące do rozmnażania wegetatywnego – alamorficzne
Struktury służące do rozmnażania płciowego – telomorficzne
Klasyfikacja
Mastigomycetes
Zygomycetes
Ascomycetes
Deuteromycetes – pleśnie, nie rozmnażają się płciowo
Basidiomycetes
Zygomycetes – sprzężniaki
Grzybnia komórczakowa, rozmnażają się wegetatywnie za pomocą zarodników, które tworzą
się w sporangiach, które tworzą się na strzępkach sporangionośnych
Mucor – grzybnia jasna i luźna, wysoka, z czasem zmienia kolor na brunatny. Zdolność do
tworzenia chlamidospor. Mogą rosnąć w różnej postaci fizjologicznej. Mogą również rosnąć
w postaci zmętnienia.
Drożdże mucorowe – to nie drożdże, to pleśnie
Występują jako zanieczyszczenie w mleczarniach. Mają silne właściwości lipolityczne.
Powodują psucie się mięsa w chłodniach. Wytwarzają mikotoksyny szkodliwe dla człowieka.
Rhizopus – silne właściwości lipolityczne. Powodują psucie się owoców.

Wykład 3

Ascomycetes – workowce
Mają grzybnię podzieloną septami, rozmnażają się płciowo – tworzą worki, w których tworzą
się zarodniki.
Przykłady:
- Chaetomium – wytwarza ciała owoconośne (butelkowaty kształt, pokryte rzęskami,
ogromna siła celulityczna – zdolność do wytwarzania celulaz – rozkład błonnika) wytwarzają
je również grzyby podstawkowe.
- Byssochlamys fulva – atakowanie pasteryzowanych przetworów.
- B. nivea – atakowanie pasteryzowanych przetworów, atakuje truskawki
Deuteromycetes
Nie rozmnażają się generatywnie, rozmnażają się wegetatywnie. Występuje cykl
paraseksualny – strzępki 2 różnych plech zbliżają się do siebie, tworzą się poprzeczne mosty
– anastomozy – dochodzi do plazmogamii, powstaje grzybnia zawierająca jądra obu plech –
powstaje heterokarion. Czasami zlewają się jądra (kariogamia). Po zlaniu 2 jąder różnych
powstaje diploida, która ulega samorzutnej haploidyzacji bez mejozy.
Przykłady:

1. Aspergillus

Jest to kropidlak, występuje w powietrzu, glebie, zawiera różne enzymy
hydrolityczne, produkuje różne substancje – kwas cytrynowy
- produkty o małej zawartości wody – A. glaucus, A. niger

- surowce roślinne – zboża, nasiona, orzeszki arachidowe – A. ochraceus, A. oryzae,
A. flavus, A. parasitius
- ściany, materiały budowlane – A. niger, A. flavus, A. oryzae
Aspergillus produkuje aflatoksyny.

2. Penicillum

Pędzlak, zespół konidalny, występuje w glebie i powietrzu, saprofity – rozkład materii
organicznej, należy do pleśni magazynowych, atakuje owoce
- zielona zgnilizna – P. digitalum
- niebieska zgnilizna – P. italicum
- mokra zgnilizna – P. expansum
- sery – P. camemberti, P. roqueforti
Odpowiedzialne również za degradację ksenobiotyków

3. Fusarium

Mają podbarwioną grzybnię od spodu, wytwarzają przetrwalniki, chlamidospory,
znoszą wysoką temperaturę, niską temperaturę i wysoką wilgotność. Przeżywają
mycie i pasteryzację, saprofity, mogą pasożytować na roślinach - zboże, buraki
cukrowe. Fitopatogenność związana z produkcją pektynaz.
Fuzarioza kłosów, wytwarzanie miko toksyn, które mają właściwości hormonalno-
estrogenne.
F. solani, F. oxysporum, F. moniliforme

4. Botritis

Szara grzybnia, uczestniczą czynnie w rozkładzie celulozy i pektyn, saprofity, mogą
być pasożytami roślin
B. cinerea – pasożyt buraków cukrowych, zakażone hodowle pomidorów, atakowanie
winorośli, wytwarzają substancje śluzowate

5. Alternaria

Rosną na czarno, z Aspergillus i Penicillum wchodzą w skład pleśni magazynowych.
Silne alergeny.

6. Cladosporium

Grzybnia brunatna, jasne kulki z zielonymi włoskami, bardzo silne właściwości
lipolityczne, należą do psychotropów, rozwijają się w warunkach chłodniczych.
C. herbarum, C. fulvum - pomidory, powodują plamistość liści
są silnymi alergenami.

7. Geotrichum

Jasna, luźna grzybnia, atak na masło, mleczarstwo, kiszonki – zdolność do stabilizacji
kwasu mlekowego, silne właściwości lipolityczne.
G. candidum - saprofit, może być patogenem ludzkim, jama ustna, drogi oddechowe

Identyfikacja mikroorganizmów
Proces identyfikacji mikroorganizmów polega na określeniu przynależności badanego
organizmu do odpowiedniej jednostki taksonomicznej, najczęściej gatunku.
Szczep referencyjny – izolant danego gatunku, opisany jako pierwszy i najlepiej
scharakteryzowany (wzorzec).
Gatunek – grupa szczepów, w tym szczep referencyjny, wykazujący co najmniej 70%
homologii pełnego genomowego DNA.
Identyfikacja taksonomiczna bakterii
Gatunek – grupa szczepów różniących się zawartością G+C w genomowym DNA nie więcej
niż o 3% molowe.

%G+C = (nG + nC)/(nA + nT + nC + nG) *100%
W obrębie rodzaju różnice w % molowych G+C nie mogą przekroczyć 10%
Klucz Bergey’a dotyczy tylko bakterii!!
Metody klasyczne – Procaryota
- morfologia komórki
- skład chemiczny ściany komórkowej
- obecność inkluzji komórkowych i substancji zapasowych
- interakcje z innymi organizmami
- środowisko występowania
- patogenność
- wrażliwość na antybiotyki
- charakterystyka temperaturowa, pH
- stosunek do tlenu
- skład i ilość produktów fermentacji
- wymagania pokarmowe
- zdolność do tworzenia pigmentów
Metody biologii molekularnej – Procaryota
- analiza ilościowa kwasów nukleinowych (%G+C)
- homologia kwasów nukleinowych
Sekwencja polinukleotydów 16S rRNA
Metody klasyczne – Eucaryota
- sposób rozmnażania generatywnego
- patogenność
- ekologia
- budowa ściany komórkowej
- osmotolerancyjność i osmofilność
- czynniki pokarmowe
- tworzenie ureazy – drożdże
- zdolność do wytwarzania pseudogrzybni lub grzybni
- tworzenie pigmentów
- cechy hodowlane populacji
- sposób rozmnażania wegetatywnego
- cechy morfologiczne komórki.
Metody biologii molekularnej – Eucaryota
Takie same jak u Procaryota
Sekwencja polinukleotydów 18S rRNA
Metody biochemiczne – polegają na określeniu zdolności mikroorganizmów do asymilacji,
fermentacji lub rozkładu określonych związków chemicznych.
Cechy biochemiczne określa się na podstawie reakcji chemicznych zachodzących w
odpowiednio skomponowanych pożywkach wzrostowych. Wyniki testów biochemicznych
odczytuje się makroskopowo:
- wzrost lub jego brak
- reakcja barwna po wprowadzeniu odczynnika reagującego z wytwarzanym metabolitem
- na podstawie reakcji chemicznej
Metody biofizyczne

Umożliwiają one identyfikację taksonomiczną mikroorganizmów przez oznaczanie
produktów ich metabolizmu lub wybranych związków wchodzących w skład struktur
komórkowych. Wyróżniamy tutaj metody elektroforetyczne i chromatograficzne.
Metody elektroforetyczne – skład białek jest charakterystyczny dla danej jednostki
taksonomicznej. Izolacja białek, elektroforeza w żelu poliakrylamidowym – profil białkowy.
Metody chromatograficzne – skład kwasów tłuszczowych ściany komórkowej jest
charakterystyczny dla danego gatunku przy zachowaniu kontrolowanych warunków hodowli.
Metody biologii molekularnej
Metody oparte na badaniu homologii kwasów nukleinowych
Metoda hybrydyzacji – sondy genetyczne
Homologia > 60% - przynależność do gatunku
Homologia > 20 % - zgodność z danym rodzajem
Homologia < 5% - organizmy niespokrewnione
Gene Trak (sonda znakowana peroksydazą)
Gene Probe (sonda znakowana estrem akrydynowym)
Metoda PCR
Metody immunologiczne
Metody oparte na reakcji pomiędzy przeciwciałem a antygenem.
Testy aglutynacyjne (identyfikacja bakterii, pleśni), testy immunoenzymatyczne (
wykorzystują reakcje enzymatyczne do uwidocznienia reakcji immunologicznej, cząsteczki
enzymu związane są kowalencyjnie z przeciwciałami lub biotyną [peroksydaza chrzanowa,
alkaliczna fosfataza]), testy immunofluorescencyjne (wykorzystują przeciwciała znakowane
barwnikami fluorescencyjnymi, cząsteczki barwnika przyłączone są do cząsteczek
immunoglobulin kowalencyjnie)
Elisa – test bezpośredni
Elisa – test pośredni
Elisa – test podwójnego wiązania „kanapkowy”

Mikroorganizmy w biotechnologii

Źródła szczepów przemysłowych:

a. Środowisko naturalne
b. Środowisko przekształcone przez człowieka
c. Kolekcja szczepów
d. Inne źródła

Pozyskiwanie mikroorganizmów o znaczeniu przemysłowym:
- izolacja nowych mikroorganizmów o pożądanych cechach
- badanie nowych szczepów, nowe sposoby hodowli, bardziej czułe metody analityczne
Pozyskiwanie szczepów mikroorganizmów o znaczeniu przemysłowym

1. Wybór miejsca
2. Pobranie próby ze środowiska
3. Wstępna obróbka próbki
4. Izolacja
5. Testy selekcyjne
6. Testy fermentacyjne
7. Identyfikacja gatunkowa wybranego mikroorganizmu

I.

Wybór miejsca

Środowisko – to wybrane przez nas na drodze racjonalnego wyboru źródło
mikroorganizmów, z którego spodziewamy się wyizolować, z zastosowaniem klasycznych
technik mikrobiologicznych mikroorganizmów o właściwościach, które stanowią o ich
atrakcyjności biotechnologicznej
Przykłady:

a. Wydajna enzymatyczna hydroliza laktozy w mleku o temperaturze 10-15 stopni C

Miejsce pobrania próby – środowisko naturalne obfitujące w gatunki
mikroorganizmów psychrofilnych i psychrotrofowych

b. Przetwórstwo skrobi – wytwarzanie syropów glukozowych

Środowisko naturalne obfitujące w gatunki mikroorganizmów termofilnych i
hipertermofilnych

c. Nowe antybiotyki

Środowisko naturalne obfitujące w gatunki promieniowców

d. Bioremediacja gleby skażonej produktami ropopochodnymi

Środowisko obfitujące w gatunki mikroorganizmów zdolnych do biodegradacji
węglowodorów

e. Bioremediacja gleby skażonej pierwiastkami promieniotwórczymi

Środowisko obfitujące w gatunki mikroorganizmów odpornych na promieniowanie
jonizujące

II.

Pobranie próby ze środowiska

Kolekcja gatunków mikroorganizmów dominujących w populacji drobnoustrojów w danym
środowisku nie stanowi problemu. Mikroorganizmy potencjalnie przydatne w procesach
przemysłowych to tylko niewielki odsetek całej populacji
Sposoby zwiększania liczebności pozyskiwanych mikroorganizmów:
- oddziaływanie na środowisko przed pobraniem próby
- wprowadzenie do środowiska wabików – pułapek
- wstępna obróbka fizyczna lub mechaniczna próbki
- hodowla wzbogacająca.
Przykłady:

a. Izolacja bakterii propionowych – hodowle beztlenowe na glukozie, podłoże z

mleczanem/C

b. Izolacja bakterii kwasu octowego – źródło węgla, 4% etanol (Acetobacter,

Glukonobacter)

c. Izolacja promieniowców – novobiocyna, penicylina
d. Izolacja grzybów – Streptomycyna
e. Izolacja bakterii przetrwalnikujących – podwyższona temperatura
III.

Techniki izolacyjne

Zastosowanie pożywek stałych – metodę tę stosuje się do izolowania producentów
enzymów. Stosuje się odpowiednią pożywkę selekcyjną zawierającą substrat dla enzymu i
obserwuje się stan podłoża wokół kolonii.
Izolacja poprzez przegląd szczepów – wykorzystuje się takie podłoża hodowlane, które
zapewniają maksymalną ekspresję cech genetycznych. Przygotowuje się wiele pożywek o
różnych czynnikach limitujących, a dla każdego limitowanego substratu stosuje się różne
formy składników występujących w dostarczonych ilościach.

Wykład 4

Test selekcyjny – podstawowa metoda identyfikacji mikroorganizmów w przemyśle.
W konstrukcji tego rodzaju testów poszukuje się cechy biochemicznej, powiązanej bezpośrednio lub
pośrednio ze zdolnością mikroorganizmów do produkcji wybranego bioproduktu.
Obecnie dąży się do opracowania testów selekcyjnych umożliwiających prostą i szybką identyfikację
mikroorganizmów o poszukiwanych właściwościach biochemicznych.
Test selekcyjny – poszukiwanie mikroorganizmu odpornego na wysokie stężenie substancji toksycznej
– metoda płytek gradientowych.
Z kolonii, które przeszły testy selekcyjne z wynikiem pozytywnym za pomocą posiewu redukcyjnego
zostają wyprodukowane czyste kultury, które poddawane są następnie testom fermentacyjnym.
Testy fermentacyjne
Pozwalają na ocenę stopnia przydatności w przemyśle poszczególnych izolantów mikroorganizmów
wyselekcjonowanych w testach selekcyjnych.
Ich celem jest wybór mikroorganizmu przeprowadzającego określony proces biotechnologiczny z
największą wydajnością pod względem kosztów ekonomicznych związanych z prowadzeniem procesu
produkcji wybranego bioproduktu na skalę przemysłową.
- prowadzone są w niewielkich bioreaktorach o pojemności 5-20l
- w testach tych ustala się optymalną metodę hodowli badanego mikroorganizmu
- wybór określonego rozwiązania konstrukcyjnego bioreaktora
-

wybór

sposobu

hodowli

(ciągła,

dolewana,

okresowa)

- warunki fizyko-chemiczne
- skład pożywki hodowlanej
Identyfikacja
Wybrane na podstawie testów fermentacyjnych mikroorganizmy zostają poddane badaniom mającym
ustalić ich przynależność gatunkową.
Doskonalenie szczepów – mutacja
Mutacja - nagłe pojawienie się komórki zmienionej w populacji zdolnej do przekazywania zmienionych
cech potomstwu.
Mutant – forma o zmienionym genotypie
Mutageneza – proces, wynikiem którego są mutacje.
Czynniki mutagenne



Analogi zasad – antymetabolity, po wbudowaniu do struktury DNA funkcjonują prawie jak
normalne zasady, ale mają skłonność do tworzenia pary z błędnie dobranym partnerem.
(5-bromouracyl, 5-bromodeoksyurydyna, 2-aminopuryna)
Chemiczne modyfikacje zasad:



Azotany – deaminacja adeniny (A zamieniona w hipoksantynę tworzy parę z C, a nie z T –
mutacja punktowa)



Hydroksyloamina – reaguje głównie z C, zmieniona zasada reaguje z A – mutacja punktowa



Związki alkilujące – metylo- i etylometanosulfonian, dimetylo- i dietylosiarczan, iperyt, alkilacja
zasad.
Kwas azotawy – oksydatywna deaminacja zasad, zmiana specyficzności parowania zasad.



Barwniki akrydynowe – cząsteczki barwników mają zdolność do lokalizowania się między
sąsiednimi zasadami.



Promieniowanie UV i jonizujące (254nm – 265nm) powtarzalne wyniki, możliwość uzyskania
wszystkich typów mutantów, mutacje w komórkach wegetatywnych oraz przetrwalnych.

Ulepszanie szczepów związane jest z:
- wywołaniem mutacji
- selekcją i ocena mutantów
Selekcja mutantów
Zespół technik, które mają zapewnić szybką i efektywną ocenę efektów mutagenezy i wyodrębnieniem
komórek o pożądanych cechach.

Hodowle ze wskaźnikiem chemicznym
Testy wykorzystujące odpowiedni indykator wykazujący zróżnicowanie kolonii. (wskaźnik pH –
tworzenie kwasów i zasad, pożywki z celulozą barwioną czerwienią Kongo – enzymy celu lityczne)
Wskaźniki mikrobiologiczne – izolacja mutantów auksotroficznych
Prototrofy – organizmy, które żywią się na pożywkach mineralnych (same mogą syntezować część
związków)
Auksotrofy – wymagają pożywek maksymalnych.
Zastosowanie:
Producenci antybiotyków – musi być szczep kontrolny, który jest wrażliwy na działanie antybiotyków.
Ustala się słupki i posiewa testowy mikroorganizm
Producenci aminokwasów – podłoże ze szczepem auksotroficznym testowym, który potrzebuje do
wzrostu określonego aminokwasu.
Mutanty stosowane w produkcji penicyliny pochodzą od dzikiego szczepu Penicillum chrysogenum Q
176 wprowadzonego do przemysłu w 1945.
Mutanty o zwiększonej produktywności i wybiórczości – produkcja L-lizyny.
2 typy mutantów:
- wyeliminowanie dehydrogenazy homoserynowej
- zmiana charakteru kinazy asparaginowej (zmieniona została wrażliwość na hamowane produkty)
Hybrydyzacja
naturalna hybrydyzacja wiąże się z przekazaniem informacji genetycznej z komórki dawcy do komórki
biorcy w wyniku ich fizycznego kontaktu i polega na wymianie fragmentów DNA pomiędzy ich
chromosomami albo genoforami.
Badania genetyczne mają sens tylko wtedy, kiedy u organizmów występuje cykl płciowy lub
przynajmniej cykl paraseksualny.
Naturalna hybrydyzacja zachodzi z częstotliwością 10

-6

.

Przeszkody: sztywna ściana komórkowa, ujemny potencjał po zewnętrznej stronie błony komórkowej.
Fuzja protoplastów – fuzja wymuszona
Protoplasty (komórka bez ściany komórkowej)
Sferoplasty (częściowo zachowana ściana komórkowa utrzymuje się na drodze enzymatycznej
hydrolizy ściany komórkowej w warunkach zapewniających osmotyczną stabilizację struktury).
Związki wybrane do stabilizacji środowiska osmotycznego.
Pożywienie – toksyczność – nie hamuje
- sole nieorganiczne, sacharydy, alkohole cukrowe w buforze
Protoplasty bakterii:
Gram+ lizozym
Gram - lizozym + EDTA + warunki jonowe
Protoplasty grzybów – sok żołądkowy ślimaka
Najłatwiej otrzymać protoplasty z komórek pochodzących z fazy wzrostu wykładniczego.
Protoplasty mogą łączyć się ze sobą gdy zbliżą się do siebie na odległość mniejszą niż 1nm.
PEG – inicjator fuzji
Podczas fuzji tworzy się układ heterokariotyczny w którym z dużą częstotliwością następuje kariogamia
i rekombinacja pomiędzy genoforami. Następnie w procesie samorzutnej lub indukowanej
haploidyzacji następuje segregacja nowych genotypów. Protoplasty hoduje się potem w odpowiedniej
pożywce.
Selekcja rekombinantów
Wymaga genetycznie trwałych markerów fizjologicznych. Najczęściej używa się szczepów
auksotroficznych o różnych wymaganiach pokarmowych, mutantów oddechowych lub opornych na
dany antybiotyk.
Zastosowanie fuzji protoplastów pozwala na rekombinację zarówno wewnętrzną jak i
zewnątrzkomórkową oraz rekombinację więcej niż 2 genów.
Technologia rekombinacji DNA – przenoszenie genów z jednego organizmu na drugi. Otrzymuje się
komórki zdolne do syntezy określonego białka.

Narzędzia rekombinacji
- restryktazy – endonukleazy restrykcyjne – rozpoznają specyficzne sekwencje palindromowe,
sekwencje w dwuniciowym DNA i hydrolizują wiązania fosfodiestrowe w obu niciach w miejscu
rozpoznanej sekwencji lub w niewielkiej odległości od tego miejsca.
- metylazy – towarzyszą restryktazom (system chroniący) – metylują zasady purynowe i pirymidynowe
w obrębie miejsca rozpoznawanego przez restryktazy w macierzystym DNA np. metylaza EcoRI.
- egzonukleazy – hydrolizują 1-niciowe DNA lub RNA, usuwają fragmenty 1-niciowe lub 2-niciowe
- fosfataza alkaliczna – usuwa końce 5’ gr. Fosforanowej, linearyzacja wektora
- odwrotna transkryptaza – synteza RNA komplementarnego do mRNA
- polimerazy DNA – wykorzystywane do syntezy dwuniciowego DNA na matrycy jednoniciowej
- lipaza – łączą polinukleotydy ufosforylowane w pozycji 5’ do polinukleotydów posiadających wolne
grupy 3’-OH
- rybonukleazy – hydrolizują RNA
- enzymy lityczne – do pozbycia się ściany komórkowej
Technologie rekombinacji DNA – wektory
- ogólnego zastosowania - pBR322
- ekspresyjne do efektywnej syntezy białka
- klonowanie sekwencji promotorowych
- ekspresyjno – elekcyjne – do produkcji egzoproteiny
- mutagenezy insercyjnej
Klonowanie – etapy:

1. Izolacja lub synteza genu
2. Łączenie genu z wektorem
3. Wprowadzenie do komórki gospodarza
4. Selekcja klonów
5. Praktyczne wykorzystanie klonów

Ad1.
- cięcie losowe DNA – pierwsza metoda izolacji DNA, gen alfa-amylazy z Bacillus jakiegoś tam w Bacillus
subtillis
- chemiczna synteza genu – stosowana do krótkich polipeptydów
- synteza cDNA – procedura, która wykorzystuje jednoniciowy mRNA jako matrycę do syntezy
komplementarnego DNA
- synteza genów metodą PCR

Wykład 5

Surowce i materiały w biotechnologii

1. Wymierne produkty procesów biotechnologii



Biomasa organizmów



Metabolit, np. aminokwas alfa-glutaminianowy



Metabolit wtórny np. penicylina



Transformacja – zamiana jednego substratu w drugi

2. Media hodowlane muszą zapewniać:



Maksymalną wydajność biomasy i produktu



Maxymalne stężenia produktu i biomasy



Maxymalną szybkość wytworzenia produktu



Minimum efektów ubocznych



Taniość i dostępność przez cały rok



Minimum trudności technologicznych

3. Składniki podłoża:



Woda
- odpowiedni skład mineralny
- dostępność w dużych ilościach
- czystość chemiczna i mikrobiologiczna



Źródła węgla i energii
- węglowodany – roczne zużycie jako składnika podłoża 30 mln ton – podstawowe
źródło węgla
- glukoza – dobrze rozpuszczalna w wodzie, łatwo przyswajalna przez
mikroorganizmy, czysty produkt końcowy, duża wydajność, powstaje podczas
enzymatycznej lub kwasowej hydrolizy skrobi ziemniaczanej lub kukurydzianej,
proszek, pasta albo syrop
- sacharoza – glukoza + fruktoza, jej źródłem jest melasa, wykorzystuje się w
większości procesów
- melasa - produkt odpadowy w produkcji cukru z buraków cukrowych oraz trzciny,
brązowy, gęsty syrop 50% to sacharoza, konsystencja i skład zależy od techniki
produkcji cukru i jakości zbioru, mono- i disacharydy, przeważnie trzeba ją
dostosować do konkretnego procesu, aby mogła być w podłożu, a to przez
substancje niecukrowi, które zawiera, produkcja drożdży, kwasu cytrynowego,
etanolu, azotu, aminokwasów, lotnych kwasów organicznych, związków wapnia,
posiada właściwości buforujące, produkcja drożdży i etanolu – neutralizacja CaCO

3

,

gromadzenie w środowisku kwaśnym, zasadowym; oddzielenie osadu i fermentacja
tego, co zostało. Kwas cytrynowy + cyjanek żelazo-potasowy, potem dodanie
pirosiarczanów lub wodorosiarczanów, które redukują złe działanie cyjanków
(fermentacja kwasu cytrynowego)



Laktoza

 Musi być używana w dużych ilościach np.: serwatki
 Serwatka jako główne źródło laktozy
 Produkowana przez Bacillus subtilis (proteazy serynowe)
 Serwatka otrzymywana podczas produkcji serów z mleka (słodka pH=6) i

twarogów (kwaśna pH=4)

 Stosowana do produkcji drożdży paszowych i etanolu
 Płynna, suszona, liofilizowana, odbiałczana
 Zwana cukrem mlecznym
 Laktoza jest słabo przyswajalna przez mikroorganizmy
 W serwatce: His, Val, Leu, Asp, Ala, Tre, wit A, cholina



Maltoza

 Hydroliza skrobii I glikogenu
 Stanowi główny mechanizm napędowy drożdży w browarnictwie (słód,

ekstrakt słodowy)

 Cukier słodowy



Skrobia

 Stosowana w postaci czystej (proszku) lub składnika np. ziemniaka
 Polisacharyd
 Ziemniaki, zboże, syrop
 Wykorzystywana w produkcji etanolu, butanolu, acetonu.
 Stosuje się upłynnioną postać (po podgrzaniu), bo wyciągnięta z rośliny jest

w formie granulek.



Insulina

 Substancja zapasowa np..: cykoria, Jeruzalem atrychotem (16% całości

materiału zapasowego)

 Liniowy polimer fruktozy i glukozy (80:20)

 Rozpuszczalna w wodzie
 Nie daje niebieskiego zabarwienia z jodem
 Właściwości redukujące
 Produkcja etanolu (frakcja)
 Musi być proces wspomagany enzymatycznie – hydroliza enzymatyczna,

przez insulinazę (powstaje lewulina + fruktoza =>fermentacja drożdży)



Celuloza

 Odpady przemysłowe, rolne, np.: papier, słoma, łodygi, odpady rolne

niewykorzystywane

 Zbudowana z reszt glukozy (wiązanie beta-1,4-glikozydowe)
 Występuje w ścianie komórkowej roślin
 Celuloza – ligniny + hemicelulozy (to lignina stanowi problem

wykorzystaniem odpadów)

 Polisacharydy otrzymane z wodorostów morskich – karaginiany, alginiany,

agary. Nie stanowią źródła węgla.

b. źródła niesacharydowe



Alkohole (etanol, metanol)

 Do produkcji białka paszowego przez Methylophilis methylitropus
 Produkowany z gazu naturalnego i nafty (czystość 99,8%)
 Inni producenci SCP (białka z pojedynczej komórki, np.: drożdże)
 Biosynteza B12 (Pseudomonas), alfa-seryna (Altobacter globiformis), L-Leu,

Val (Alkaligenes eutrofen)



Glicerol

 Bezbarwna, oleista ciecz
 Łatwo miesza się z wodą
 Produkowany przez hydrolizę tłuszczy lub z polipropylenu z ropy naftowej

(syntetycznie)

 Wykorzystywany do produkcji erytromycyny (Artrobacter), steroidów

(Mycobacterium), dihydroksyacetonu (Acetobacter)



Tłuszcze

 Synteza antybiotyków i sterydów
 Olej bądź mąka (Soypan, Nurupan)
 Produkcja lipazy, amylazy, proteazy
 Standaryzowana ilość lecytyny (60-65%)
 Jako samodzielne źródło węgla bądź dodatek do sacharydów.



Węglowodory

 Metan jest zawsze zanieczyszczony siarką
 Szczepy Methylomonas – otrzymywanie SCP jako białka paszowego
 N-butan, jego utlenienie powoduje powstanie mieszaniny estrów, ketonów,

aldehydów i kwasów, kwas cytrynowy, Candida, Saccharomyces, SCP



Substancje gazowe

 CO, CO2, H2 – białka paszowe, źródła różnych pierwiastków



Kwasy karboksylowe

 Produkcja alfa-Lys, alfa-Glu, alfa-Ile, Thr (Bredibacterium, Corynebacterium,

Micrococus)

 Białko paszowe (Candida utilis), kwas octowy + alkohol syntetyczny
 Alfa-Glu – glukoza + kwas teinowy, linolenowy
 Prodigiozyna – kwas oleinowy
 Kwas octowy + glukoza + melasa + hydrolizat białkowy = produkcja tych

aminokwasów

c. źródła azotu – ważniejsza funkcja niż źródło węgla (regulacja pH pożywki)

- sole amonowe (grzyby niższe) NH4SO4, NH4OH, NH3 – regulacja pH
- azotany, azot atmosferyczny
- mocznik – wrażliwy na temperaturę
- lepszy azot organiczny niż nieorganiczny
- mąki:



Sojowa – dużo Glu, mało Met, Cys, synteza streptomycyny przez Streptomyces griseus,
inne antybiotyki, sterydy, podpuszczka mikroorganizmów



Bawełniana – Pharmamedia, Profila, składni – gassypol – antyutleniacz, eliminuje złe
działanie utlenionych kwasów tłuszczowych (pieniacze), zwiększenie wydajności



Kukurydziana – biosynteza chlorotetracykliny, biomy cyny, amylazy glukonowej,
proteaz (C i N).

- preparaty białek ziemniaka – produkcja enzymów i antybiotyków, Alburex – proces ekstrakcji skrobi,
stosowany w produkcji antybiotyków i enzymów, gdzie zastępują mąkę sojową.
- mamok – nalot kukurydziany – zależy od ilości kukurydzy i technologii ekstrakcji skrobi kukurydzianej.
Zawiera aminokwasy, witaminy, sole mineralne. Produkt uboczny otrzymywania w procesie ekstrakcji
skrobi kukurydzianej. Może mieć małą jakość Solulys alfa. Wykorzystywany do produkcji izomerazy
glukonowej przez Etinoflamens. Wada: różnica składu w zależności od technologii.
- autolizaty drożdżowe i suszone – źródło witamin z grupy B i N
- hydrolizaty białek zwierzęcych i roślinnych – proszki, roztwory, np.: hydrolizat kazeiny ze sterydów,
antybiotyków.
- żelatyna – zawiera dużo Gly, Ala, a Małoty, Phe, nie zawiera Trp, wykorzystywana do produkcji
żelatynazy i kalogenazy.
d. inne makroelementy
- tlen – sterylny : powietrze, u beztlenowców wystarcza to co jest w źródle C.
- fosfor – sole nieorganiczne (fosforan potasu, amonu, Mg, NH4, fosforan glicerolu). Zapotrzebowanie
rośnie w miarę fermentacji
- siarka – SO

4

2-

, siarczan amonu

- potas – K2SO4, K2HPO4, KH2PO4
- magnez – MgSO4 * 7H2O
e. mikroelementy
- Mn

2+

, Zn

2+

, Fe3+, wyjątek Lactobacillus

- Cu, Co, Mo, Na, Cl, Ni, Se – zależy od środowiska
f. stymulatory wzrostu
- witaminy z grupy B (biotyna, tiamina)
- alfa-aminokwasy
- związki purynowe i pirymidynowe
g. detergenty
polepszenie wydajności biomasy z n-alkanów, aminokwasów, kwasów organicznych.
h. odpieniacze
- pożądane cechy dobrego odpieniacza:



Szybkie rozbicie piany



Zabezpieczenie przed ponownym powrotem piany



Aktywność w małych stężeniach



Nietoksyczność



Łatwy w stosowaniu



Niepolarny



Nielotny



Niska cena

Naturalne: olej słonecznikowy, kwas olejowy, tran
Syntetyczne: silikony, polipropyleny
Dla bakterii – silikon

Dla grzybów – lepsze naturalne

i.

Substancje stałe – śruta rzepakowa, otręby pszenne, słoma, sieczka, wylot ki jabłkowe,
suszony rozdrobniony chleb razowy

j. antyseptyki – formalina, furozolidyna
k. substancje buforujące – amoniak, wodorotlenek amonu
l. inne – prekursory (kwas fenylooctowy), inhibitory, chelatory (EDTA)

4. ważność pH Klebsiclla aerogenes – własności buforujące
pH 5 – glikol butylenowy
pH 6 – glikol butylenowy + etanol
pH 7 – glikol butylenowy + etanol + mleczan
pH 8 – glikol butylenowy + etanol + mleczan + octan + mrówczan
przez to zmienia się wydajność produkcji
pH powinno wypierać

5. rodzaje pożywek i optymalizacja ich składu
Pożywki mikrobiologiczne:

a. Stan skupienia



Stałe



Ciekłe

 Roztwory rzeczywiste
 Emulsje
 Koloidy
 Zawiesiny

b. Skład



Nieorganiczne



Organiczne

 Naturalne
 Syntetyczne

Ciekłe: naturalne i płynne serwatki, melasa, alkany, mleka, ścieki przemysłowe, naturalne płyny
ustrojowe, wyciągi wodne z surowców naturalnych, wyciąg z mąki sojowej, bulion
Stałe: plewy, opady stałe, rozdrobnione ziemniaki przeważnie suplementowane pożywką ciekłą. ascom

6. opracowywanie składu pożywki jest zasadniczą fazą w uzyskaniu współczynnika wydajności komórki.
W warunkach wzrostu tlenowego masę źródła węgla oblicza się z:
W = sucha masa komórkowa (g/dm

3

) / zastosowany substrat węglowy (g/dm

3

)

W

glukozy

= 0,5 dla bakterii z 1 grama glukozy otrzymujemy o.5 grama suchej masy komórkowej.

Dla drożdży: Teoria Fiska – w procesie namnażanie biomasy 1/3 węgla w pożywce jest zużywana na
procesy energetyczne, a 2/3 na przyrost biomasy.
Stosunek zawartości C:N:P 6:1:0.2
Źródło azotu i węgla – od tego rozpoczyna się obliczenia,

7. sterylizacja
- uzyskanie czystej kultury do szczepienia fermentatora produkcyjnego
- sterylizacja pożywek oraz wszystkich składników dodawanych do fermentatora podczas hodowli
- sterylizacja fermentatora
- utrzymywanie aseptycznych warunków podczas kontroli
Rodzaje:
- sterylizacja termiczna ciągła lub okresowa (gorąca para) – fermentatory
- sterylizacja radiacyjna (promienie UV) – pomieszczenia

- sterylizacja chemiczna (gazy) – pokoje, przewody, np..: H2O2 działa na formy wegetatywne i
generatywne, wykorzystywany w przemyśle spożywczym.
- sterylizacja „żywą parą”
- sterylizacja przez filtrację
Nie ma czegoś bardziej lub mniej sterylnego. Coś jest sterylne lub nie.
8. metody prowadzenia procesów
Hodowle:
- okresowe
- ciągłe
- okresowe z ciągłym dozowaniem pożywki
a. hodowle okresowe

 Statyczne lub wstrząsane (umożliwia wymianę gazową, rozrost organizmów jednorodnych)
 Fazy hodowli
 Bakterie: wzrost populacji (liczba kom./cm

3

*h)

 Promieniowce i grzyby – stężenie biomasy (stężenie suchej masy (g/dm

3

*h))

 Badania precyzyjne – stężenie składników komórek związanych ze wzrostem lub ich

rozmnażaniem (azot komórkowy, białko, DNA)

Krzywa wzrostu w hodowli okresowej:
- kształt sigmoidalny
- na początku brak hamowania metabolitami i dostępność substratu.
Najszybciej komórki powstają w fazie logarytmicznej, ale dopiero w fazie stacjonarnej komórek jest
najwięcej.
Parametry:

a. Przyrost biomasy

X –różnica biomasy w danym czasie
X = Xmax – X0 [X]=[g]

b. Wydajność wzrostu – Y – charakterystyka zależności między stężeniem biomasy, a stężeniem

substratu.
Y = sucha masa [g] / masa substratu [g]

Molowy współczynnik wydajności Ym=sucha masa/mol
Z niego wynika współczynnik energetyczny Y

ATP

.

Jest on zależny od sposobu metabolizowania substratu i od tego, ile energii przetworzą komórki
Y

ATP

= informuje ile gram biomasy otrzymujemy z 1 mola ATP.

c. Właściwa szybkość wzrostu μ – stosunek przyrostu biomasy w przeliczeniu na jednostkę czasu

i jednostkę biomasy, która już istnieje, a także odniesieniu do liczby komórek.

μ = 1/x * dx/dT lub μ= 1/N * dN/dT
μ = (log x

t

– log

x0

) / log (t-t

0

)

T

d

= ln2/μ T

d

– czas podwojenia biomasy

d. Hodowle ciągłe



Stosowana do produkcji biomasy (np. drożdży) lub w przemyśle farmaceutycznym do
biologicznej produkcji związków chemicznych



Stałe zasilanie fermentorów świeżą ilością pożywki i jednoczesny odbiór tej samej objętości
płynu hodowlanego



Zasada chemostatu (stała szybkość rozcieńczenia) lub turbidostatu (stałe stężenie biomasy)



Szybkość rozcieńczania hodowli (wielkość stała)

D [1/h] D = F/ν F – natężenie objętościowego przepływu pożywki
W chemostacie μD = Dx
- jeśli przekracza D = biomasa gromadzi się w reaktorze
- jeśli jest mniejsze od D – biomasa wyrywana z reaktora



Stan ustalony – składniki chemiczne, stężenie biomasy i parametry od których zależy stan
fizjologiczny komórki = const. Wzrost ma charakter ograniczony. Limitowany tylko natężeniem
substratu.
μ = μ

max

*S / K

s

+ S

K

s

– stała półnasycenia – takie stężenie substratu, przy którym μ osiąga połowę swojej wartości.



Wady: możliwość degradacji szczepów, selekcja osobników o gorszych cechach,
biotechnologiczne

problemy

z

czystością

mikrobiologiczną,

wzrost

kłaczkowy

mikroorganizmów.



Procesy produkowane ciągle: białko paszowe, etanol, butanol, aceton, kwas organiczny,
antybiotyki, oczyszczanie ścieków metodą osadu czynnego.

9. hodowle synchronizowane



Do specjalnych celów, np.: w laboratorium



Komórki w populacji znajdują się zawsze w takiej samej fazie rozwoju osobniczego



Synchronizacja podziałów komórkowych – wydzielenie osobników o jednakowych np.:
wymiarach komórek (wirowanie lub sączenie) będących w tym samym stanie fizjologicznym
lub morfologicznym (szok cieplny w przetrwalnikach)

10. fermentory = bioreaktory



Służą do hodowli mikroorganizmów



Czasem bioreaktor to reaktor enzymatyczny



Musi tworzyć odpowiednie środowisko (chroni przed zanieczyszczeniami zewnętrznymi), ale
także nie może wytwarzać zanieczyszczeń do środowiska

11. bioreaktory do hodowli wgłębnych



Hodowla beztlenowa

 Stworzenie środowiska beztlenowego właściwego dla danej hodowli
 Mieszanie nie jest konieczne (jeśli występuje to po to, żeby cząsteczki się nie osadzały)
 Prosta budowa
 Nie ma problemu piany, dlatego podłoża nie muszą być suplementowane

odpieniaczami

 Fermentacja etanolowa
 Browarnictwo



Hodowla tlenowa

 Wyposażone w elementy umożliwiające odprowadzenie gazu i jego rozproszenie w

fazie ciekłej

 Odpowiedni materiał fermentora – stal kwasoodporna polerowana – odporna na

korozję i częste sterylizacje

 Podział ze względu na sposób dostarczania energii, fermentory o mieszaniu

mechanicznym, mieszanie cieczą (woda – muszą posiadać specjalną pompę, trudna
sterylizacja), gazem

 Istotna rola – koszt napowietrzania
 Kontrola parametrów fizycznych i fizykochemicznych
 Kontrola natężenia przepływu pożywki – hodowle ciągłe i okresowe z dozownikiem

pożywki

 Sterowanie: temperatura, pH, stężenie tlenu
 Modelowanie procesów bioreaktorowych – relacje pomiędzy różnymi zmiennymi

procesowymi i efektem procesu takim jak wydajność czy produktywność

 Model wzrostu – formalne równanie podające zależność szybkości przyrostu biomasy

od stężenia jednego lub kilku kluczowych substancji oraz warunków hodowli – model
bardzo uproszczony

 Ujęcie korelacyjne – sztuczne sieci neuronowe – podają wydajność od nieznanych

warunków hodowli

12. bioreaktory do hodowli na podłożu stałym



Aparaty o działaniu okresowym

 Do produkcji kwasu cytrynowego
 Komora ze stałymi warunkami
 Jest tam system tac i system odprowadzający powietrze
 Odbiera ciepło od komórki, a dostarcza tlen
 Na tace wlewa się pożywki z bakteriami, które produkują kwas cytrynowy
 Czynnik limitujący – wymiana ciepła i masy między złożem a powietrzem
 Cienka warstwa podłoża



Reaktor z grubą warstwą podłoża
 W komorze panują odpowiednie warunki
 Ruszt z podłożem o grubości 1 metra
 Co pewien czas złoże jest wstrząsane, aby nie powstały bryły mikroorganizmów
 Powietrze idzie pod ruszt



Reaktor węglowy

 Pożywka sypka
 Reaktor się obraca, aby nie rozgrzewały się dolne warstwy pożywki

13. bioreaktor z unieruchomionym materiałem biologicznym



Reaktory ze złożem nieruchomym lub cyrkulującym



Dobór metody immobilizacji do typu fermentora



Działanie okresowe lub ciągłe

14. bioreaktory membranowe



Różna wielkość porów



Funkcje membrany, oddzielenie biomasy, wydzielenie produktów, unieruchomienie materiału
biologicznego, oddzielenie przestrzeni reakcyjnej



Reaktory mikrobiologiczne lub enzymatyczne



Proces fermentacji mlekowej

15. wydzielenie i oczyszczenie produktów fermentacji
- produkt procesu biotechnologicznego – biomasa lub produkty metabolizmu
- oddzielenie biomasy drobnoustrojów od płynu pohodowlanego, wydzielenie i oczyszczenie produktu
- dobór metody – tak, aby nie doprowadzić do obniżenia aktywności produktów.
16. wydzielanie biomasy



Nie każda substancja daje się wydzielić w ten sam sposób

 Flokulacja i sedymentacja

 Sedymentacja to metoda rozdzielania zawiesiny
 Wstępna obróbka zawiesiny – aglomeracja komórek
 Flokulacja odwracalna – neutralizacja ładunku na powierzchni komórki

(dodatek elektrolitu)

 Flokulacja nieodwracalna – efekt powstania wiązań pomiędzy

mikroorganizmami

 Flokulacja zależy od temperatury, pH, siły jonowej, właściwości komórek i ich

stanu fizjologicznego

 Czynniki flokulacyjne – sole nieorganiczne, hydrokoloidy mineralne,

organiczne polielektrolity, białka

 Flotacja – rozproszenie pęcherzyków gazu i na ich powierzchni absorbują się

mikroorganizmy.

 Filtracja

 Zależy od tego, co obrabiamy (bakterie czy grzyby)

 plackowa – cząsteczki stałe zatrzymują się na placku filtracyjnym, który

jest wytworzony na przegrodzie filtracyjnej. Wykorzystuje się prasy
filtracyjne, próżniowe, filtry obrotowe, filtry taśmowe. Stosowane do
wydzielenia grzybni, bakterii poddanych flokulacji (większych)

 objętościowa – przebiega podczas przepływu płynu (gazu) przez

przegrodę filtracyjną (typu włókniowego). Stosowana do jałowienia
powietrza oraz klasyfikacji zawiesin dobnych.

 Dynamiczna – dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu przepływu

zawiesiny cząsteczek odpowiednio dużych rozmiarów nie przechodzą
przez przegrodę filtracyjną, tylko zostają w środku

Wirowanie
17. dezintegracja komórek
Cel: zniszczenie struktury komórki oraz wydobycie substancji
Dezintegracja:



Metoda mechaniczna

 W fazie ciekłej

 Ultradźwięki
 Ciśnienie
 Mieszanie

 W fazie stałej

 Rozcieranie



Metody niemechaniczne

 Odwadnianie

 Suszenie powietrza
 Suszenie próżniowe
 Rozpuszczalnik

 Liza

 Fizyczna
 Chemiczna
 Enzymatyczna
 Biologiczna

18. zagęszczanie roztworów



Zagęszczanie termiczne – krótki czas kontroli, aparaty próżniowe



Ekstrakcja



Ultrafiltracja – różnica ciśnień po obu stronach membrany



Odwrócona osmoza – mała masa składników

19. oczyszczanie substancji biologicznej



Krystalizacja



Metody membranowe



Chromatografia

20. suszenie



Podstawowa metoda uzyskania stabilnej formy bioproduktu



Suszenie rozpyłowe (próżniowe, liofilizacja)

Wykład 6

Zanieczyszczenia mikrobiologiczne żywności
Mikroflora surowców i produktów pochodzenia roślinnego i zwierzęcego
Różnice pomiędzy substratem, a produktem:
- różne składy chemiczne
- różna tendencja do zmian chemicznych, fizycznych, biologicznych
Surowiec/produkt:

a. Skład chemiczny:



Białka



Tłuszcze



Węglowodany



Kwasy organiczne



Witaminy

b. Czynniki środowiska



Aktywność wody



Temperatura



Tlen



Wilgotność powietrza

c. Wzajemne oddziaływania między drobnoustrojami



Pośrednie



Bezpośrednie

Im roślina jest bliżej gleby, tym jest bardziej zanieczyszczona
Sukcesja – pojawienie się mikroorganizmów w określonej kolejności
Produkt z mikroflorą rządzi się taki samymi prawami, jak biocenoza w środowisku naturalnym.
Surowce i produkty pochodzenia roślinnego:



Gleba, woda, powietrze, organizmy żywe – miejsca, z których pochodzą mikroorganizmy



Mikroorganizmy glebowe – bakterie przetrwalnikujące Bacillus sp. i Clostridium sp. ,
promieniowce, drożdże, pleśnie / zanieczyszcza rośliny



Rośliny okopowe – 10

5

-10

8

komórek/gram



Mikroflora saprofityczna, patogeny roślin nieszkodliwe dla ludzi oraz patogeny ludzi i
zwierząt ( Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum, Yersinia enterocolitica i E. coli –
patogenne szczepy E. coli)



Rodzaj i liczebność mikroflory

Ziarna zbóż i produkty zbożowe



Mikroflora pochodzenia glebowego



Pierwotne, wtórne



Mikroflora epifityczna – pałeczki Pseudomonas sp., Erwinia herbicola, grzyby: Alternaria sp.,
Cladosporium sp., Trichoderma sp., Geotrichum sp., drożdże



Mikroflora wtórna (pojawia się od momentu zbioru) – bakterie fermentacji mlekowej,
tlenowe bakterie przetrwalnikujące, bakterie z gr. Coli, ziarniaki: Staphylococcus sp.,
Streptococcus sp., Sarcina sp., pleśnie: Aspergillus sp., Penicillum sp., Fusarium sp.



Mikroflora zbóż – niekorzystne zmiany – nieodpowiednie przechowywanie



Mielenie zboża – mąki, kasze, otręby – produkty o mniejszej trwałości, trudniejsze do
przechowywania.



Zboże świeższe, gdy 10-13% - poziom wilgotności, przy którym wzrost grzybów zahamowany,
pomaga także niższa temperatura.



Zboża prawie zawsze mają pleśnie



Pleśnie silosowe – w zbożach – wytwarzają mikotoksyny.

Produkcja pieczywa:



Fermentacja z udziałem drożdży piekarniczych lub zakwasu



Fermentację przeprowadza się dla uzyskania porowatej struktury ciasta, która zostaje potem
utrwalona w procesie obróbki termicznej



Fermentacja na zakwasie – produkcja pieczywa żytniego



Mikroflora zakwasu – bakterie fermentacji mlekowej – Lactobacillus plantarum, L. brevis, L.
fermentum i drożdże – Saccharomyces cerevisiae (homo- i heterofermentatywne)



Zakwas to protokooperacja – bakterie wytwarzają kwas mlekowy (zmiana pH), który wpływa
źle na mikroorganizmy, ale pozwala rosnąć drożdżom wytwarzającym CO

2

i H

2

O.

Wady pieczywa spowodowane są zanieczyszczeniami mąki lub innych surowców, niewłaściwym
stanem higieniczno-sanitarnym piekarni, nieodpowiednimi warunkami przygotowania ciasta lub jego
wypieku, transportem, składowaniem itp.

Pleśnie chleba oraz tzw. choroba ziemniaczana (tlenowe bakterie przetrwalnikujące czyli z Bacillus) –
do pieczywa wykorzystują zakwas dzięki fermentacji (chleb zyskuje porowatość)
Ziarno jęczmienia



Produkcja słodu (używany do produkcji np.: piwa)



Grzyby strzępkowe ( Fisarium, Helminthosporium, Candida, Cladosporium, Alternaria),
drożdże dzikie ( Cryptococcus, Rhodotorula, Acinetobacter, Alcaligenes, pałeczki z gr. Coli.)



W czasie przechowywania – Aspergillus restrictus, A. amstelodami, A. regens, Penicillum sp.



1 gram ziarna 2*10

3

pleśni, po 8*10

4

bakterii i drożdży – gdy moczymy, liczba wzrasta.

Najniebezpieczniejsze grzyby powstają podczas magazynowania.
W mące mogą być takie grzyby jak w zbożu – protokooperacja
Owoce
Drożdże – Saccaromyces, Candida, Hansenula, Kloeckera, Pichia, Torylopsis, pleśnie Penicillum, Hucor,
Rhizopus + pałeczki Coli (mała ilość)
Podstawowy surowiec w produkcji win – technologie tradycyjne: naturalna mikroflora miąższu,
technologie nowoczesne: drożdże winiarskie
Problemy związane z produkcją wina



Kwaśne – bakterie fermentacji octowej



Zmętnienie – Acetobacter, Acetobacter tuminum – zużywają alkohol



Bakterie fermentacji mlekowej



Drożdże dzikie – śluzowacenie wina



Bakterie hetero fermentujące – fermentacje mannitowe (fruktoza zamieniana jest w
mannitol), a glukoza zamieniana jest w kwas mlekowy, glicerol, CO

2

Niebezpieczne grzyby strzępkowe:
- obniżenie wartości słodu – rozluźnienie struktury ziarna
- słabiej kiełkuje
- ubytek suchej masy

Warzywa



Zielone – bakterie fermentacji mlekowej, drożdże, pleśnie



Korzeniowe – tlenowe i beztlenowe, bakterie przetrwalnikujące, bakterie coli, ziarniaki
Micrococcus.



Trwałe są warzywa okopowe i pestkowe



Najmniej trwałe – jagodowe, ziarnkowe (truskawki) warzywa zielone



Problemy z przechowywaniem warzyw i owoców

Różne metody utrwalania warzyw i owoców



Termiczne

- pasteryzacja – zniszczenie form wegetatywnych drobnoustrojów
- sterylizacja – zniszczenie form wegetatywnych i przetrwalników
- zamrażanie



Oparte na zmianie pH środowiska
- marynowanie – stosowanie octu
- kwaszenie – sól kuchenna, kwas mlekowy (bakterie kwasu mlekowego), etanol, CO

2

(drożdże)
- zmniejszenie kwasowości – rozwój bakterii gnilnych – sukcesja pierwotna
- po dostępie powietrza – amoniak, siarkowodór – produkty te są wtedy wytwarzane.
Kiszenie – powoduje to, że białka są lepiej strawione, wytwarzanie acetocholiny (obniżanie
ciśnienia), witaminy z grupy B



Metody chemiczne (oparte na usuwaniu wody)
- solenie
- stosowanie konserwantów np.: przy produkcji wina czy koncentratów ( SO

2,

kwas

benzoesowy, kwas cytrynowy)



Przechowywanie w modyfikowanej atmosferze
2 – 12% CO

2

1 – 10% O

2

78 – 97% N

2

W komórkach jest obniżona temperatura, która hamuje procesy biochemiczne. Podwyższone
CO2 przy obniżonym O2
Zabiegi powodują hamowanie kiełkowania przetrwalników i konidiów, wzrost
drobnoustrojów tlenowych, zahamowanie wzrostu grzybów, także toksynotwórczych.

Owoce i warzywa



Melasa
- ogólny skład mikroflory 10

3

-10

5

mikroorganizmów/gram

- mikroflora melasy zależy od zanieczyszczeń buraka, sposobu jego przerobu i procesu
technologicznego
- niekorzystne Bacillus subtilis, B. megaterium, B. coagulans, Leuconosta, Proteus sp.,
Pseudomonas, dzikie drożdże Candida



Mleko kazeina – główne białko/ laktoza – główny cukier
- każde mleko jest zanieczyszczone drobnoustrojami – liczba bakterii < 10

4

w 1cm

3

- mikrokoki i saproficzne gronkowce (70%), coli, Streptococcus agalactiae, S. dysgalactiae i
inne.
- UE, Dyrektywa 92/46 z dn. 16.06.92 – mleko surowe przeznaczone do przetwórstwa nie
może zawierać więcej niż 10

5

/1 cm

3

Polska
Norma PN-A-86002 „mleko do skupu – wymagania i badania”. Ogólna liczba bakterii w mleku klasy
ekstra nie może przekroczyć 10

5

/cm

3

. Mleko zawierające > 10

6

bakterii w 1 cm

3

może być przyjęte

jako mleko II klasy.
- mleko pozostawione w ciepłym miejscu ulega zakwaszeniu – wieloetapowy schemat
współzależności (metabioza)
- temperatura pokojowa – drobnoustroje proteolityczne, pałeczki coli, paciorkowce mlekowe,
pałeczki mlekowe, pleśnie, drożdże, bakterie proteolityczne.
- chlorek wapnia – przywraca zdolność do krzepnięcia mleka
- im dłużej przechowywane tym więcej bakterii.
Mięso pH obojętne



Bogate w białka, cukry, lipidy, pH obojętne – dlatego dobre do rozwoju drobnoustrojów



Mikroflora tlenowa i beztlenowa



Tkanka mięśniowa – drobnoustroje saprofityczne, węzły limfatyczne, przewód pokarmowy.



Stopnień namnażania drobnoustrojów w mięsie zależy od początkowego zanieczyszczenia
mięsa, temperatury, odczynu, zawartości wody, temperatury otoczenia.



Powierzchnia tusz: Pseudomonas, Alaligenes, Escherichia, Micrococcus, Streptococcus,
Proteus, Bacillus



Bakterie chorobotwórcze: Salmonella sp. Yersinia sp.



Rozkład substratów w mięsie
- sacharydy – bakterie tlenowe Pseudomonas, Micrococcus, pleśnie, drożdże
- białka – bakterie tlenowe i beztlenowe: ziarniaki, pałeczki, laseczki
- tłuszcze- Pseudomonas, laseczki Bacillus oraz Clostridium, drożdże, pleśnie



Drobnoustroje patogenne – zanieczyszczenia pierwotne (przeżyciowe), wtórne (po uboju)
Clostridium perfingens, E. coli, Listeria monocytogenes



Utrwalanie mięsa: obniżenie/podwyższenie temperatury, odwadnianie, promieniowanie
jonizujące, związki chemiczne.

Tłuszcze są rozkładane na końcu – jest ich niewiele.
Jaja



Zaraz po zniesieniu jajko jałowe, chyba, że kura jest chora



Białko zbudowane wielowarstwowo, laminarnie



System zabezpieczający przed infekcjami: skorupka – pory wypełnione śluzem mucynowym,
zaschniętym, błony podskorupkowe, samo białko – wyłapuje biotynę i zuboża środowisko



P. glaucum, Cladosporium herbanum, bakterie coli, P. sluorescens, B. subtilis.



Powierzchnia jaj - Salmonella, Shigella, Campylobacter, Yersinia, Staphylococcus.



Przechowywanie – niskie temperatury, płyny konserwujące, środowisko z CO2,
impregnowanie skorupy, termostabilizacja

Zanieczyszczenia mikrobiologiczne żywności:

1. Człowiek (stale bytująca mikroflora, przejściowo bytująca mikroflora, patogeny)
2. Gleba – zarodniki pleśni i drożdży, bakterie przetrwalnikujące (tlenowe – Bacillus, beztlenowe

– Clostridium)

3. Woda – skażenia ze ścieków
4. Powietrze – mikrokoki, zarodniki pleśni, niebezpieczne przy silnym napowietrzaniu.

Żywność nie powinna zawierać drobnoustrojów chorobotwórczych, toksyn mikrobiologicznych.
Odpowiednia technologia produkcji, przechowywanie, obrót
- produkty pasteryzowane o pH>4.5 – przetrwalniki bakterii tlenowych i beztlenowych, ciepłooporne
ziarniaki
- produkty puszkowane po sterylizacji – ciepłooporne przetrwalniki bakterii tlenowych i beztlenowych,
ciepłooporne, sterylność handlowa
- produkty o pH<4,5 - łagodniejsza obróbka termiczna
- produkty suszone – coli, zarodniki pleśni i drożdży
- produkty utrwalone solą lub cukrem – drobnoustroje osmofilne.
Choroby przekazywane przez żywność:
- zakaźne
- odzwierzęce
- zatrucia pokarmowe
Choroby zakaźne:



Dur brzuszny – Salmonella typhi



Błonica – Corynebacterium diphtheriae



Płonica – Streptococcus pyogenes



Czerwonka – Shigella sp.



Bruceloza – Brucella sp.



Gruźlica – Mycobacterium tuberculosis

Choroby odzwierzęce



Listerioza – Listeria sp.



Salmonelloza – Salmonella sp.



Pryszczyca – choroba wirusowa

Zatrucia pokarmowe to ostre schorzenia występujące po spożyciu pokarmów zawierających określone
rodzaje drobnoustrojów i ich toksyny lub inne trujące produkty metabolizmu. Objawy: biegunka,
nudności, osłabienie, gorączka, bóle brzucha i głowy.

Wykład 7

Zatrucia pokarmowe:
Intoksykacje ⟶ produkty metabolizmu mikroorganizmów
Toksykoinfekcje ⟶ żywe mikroorganizmy
Intoksykacje
Są wynikiem działania toksyny wytworzone przez mikroorganizmy w żywności przed jej
spożyciem, a drobnoustroje praktycznie nie rozwijają się w przewodzie pokarmowym
człowieka i ich udział nie jest konieczny.

Mikotoksyny jako wtórne metabolity pochodzenia pleśniowego charakteryzują się ostrym
działaniem toksycznym o właściwościach mutagennych, teratogennych i estrogennych.
Przykłady mikotoksyn
- aflatoksyny ⟶ Aspergillus( A. fluvus, A. parasitius, A. nomius) ⟶ orzeszki, kukurydza,
ziarna bawełny, produkty mleczne
- patulina ⟶ P. expansum ⟶ sok jabłkowy, przetwory jabłkowe
- Ochratoksyna A ⟶ Penicillum verrucosum, Aspergillus ochraceus ⟶ zboże, rośliny
strączkowe
- Fumonisyny ⟶ Fusarium ⟶ kukurydza
- Trichothecens ⟶ Fusarium ⟶ kukurydza
- Zearelenone ⟶ Fusarium ⟶ kukurydza
Intoksykacje



Clostridium botulinum

1. Laseczka beztlenowa, gram +
2. Przetrwalniki (gleba, osady denne)
3. Grupy A B C D E F G – aktywność proteolityczna, toksyny odmienne

ochry genowo

4. Pogrubione powyżej są szkodliwe dla człowieka
5. Europa – typ B, USA, Argentyna, Chiny – typ A, żywność morska – typ E
6. Toksyny botulinowe – jad kiełbasiany – działanie neurotoksyczne
7. Śmiertelna dawka dla człowieka – 0.005 – 1 μg
8. Konserwy domowe, tzw. wygodna żywność, surowa szynka, wędzone

kiełbasy, ryby solone i wędzone

9. Blokuje ona działanie acetylocholiny
10. Pierwsze objawy pojawiają się po 12h i objawy są nieswoiste
11. Składa się z 2 podjednostek: A (właściwa aktywność toksyczna) i B

(chroni A przed środowiskiem kwaśnym)



Staphylococcus aureus (gronkowiec złocisty)

1. Ziarniaki gram +
2. Względnie beztlenowe
3. Szeroko rozpowszechnione w przyrodzie (ludzie, zwierzęta, powietrze, woda,

ścieki)

4. Rozwój: szeroki zakres temperatur i pH, osmotolerancyjne, halofilne, odporne

na wysuszenie

5. Enterotoksyny (10

5

– 10

6

komórek/ gram produktu – ok. 1 μg)

6. Przetwory mięsne, mleko, lody, kremy, sałatki

Toksykoinfekcje
Są następstwem spożycia z pokarmem żywych drobnoustrojów
MID – Minimal Infectious Dose – liczba komórek danego gatunku bakterii, która jest
konieczna do wywołania objawowego przebiegu choroby.



Salmonella sp.

1. Pałeczki serotypów zwierzęcych
2. Salmonellozy – ok. 90% wszystkich typów toksykoinfekcji
3. Gram - , bytujące w przewodzie pokarmowym zwierząt
4. 2000 typów serologicznych

5. S. enteritidis, S. typhimurium
6. MID > 10

5

komórek/gram

7. Małe wymagania wzrostowe – wzrost w temperaturze 5-40 °C, pH 4-8,

wrażliwe na wysokie stężenia NaCl i kwasowość, nie są ciepłooporne, odporne
na wysuszenie



Shigella sp.

1. Pałeczka gram-
2. S. dysenteriae, S. flexneri, S. boydii, S. sonnei
3. Czerwonka chorobą “brudnych rąk”
4. Enterotoksyna o działaniu neuro- i cytotoksycznym
5. MID – 10-100 kom.
6. Wzrost: temperatura – 10-40°C, dobra tolerancja niższych temperatur, nie są

ciepłooporne, wrażliwa na niskie pH, NaCl, promienie słoneczne

7. Zanieczyszczenia fekalne żywności



E. coli

1. Pałeczka gram-
2. 4 grupy szczepów chorobotwórczych (podział ze względu na właściwości

wirulentne, odmienna reakcję ze śluzówką jelita, odmienne reakcje klicznne)

 EPEC – enteropatogenne
 EIEC – enteroinwazyjne (typu czerwonkowego)
 ETEC – enterotoksyczne (przebieg podobny do cholery, biegunka

podróżnych)

 EHEC – enterokrwotoczne (np. O157:H7) – krwotoczne zapalenie jelita

grubego, pęcherza.

ETEC:
- toksyna ciepłostała ST – 5 kDa, wytrzymująca ogrzewanie 100°C przez 30 min, stymuluje
cyklazę guanylową w komórkach nabłonka jelita
- toksyna ciepłochwiejna LT – 80 kDa, ulega inaktywacji po 30 min ogrzewania w 65°C,
stymuluje cyklazę adenylową w komórkach śluzówki jelita.
Przyczyna zatruć: brak higieny osobistej pracowników, zanieczyszczenia wody ściekami
ludzkimi.



Campylobacter sp.

1. C. jejani, C. coli
2. Występują w przewodzie pokarmowym zwierząt
3. Ruchliwe pałeczki gram-
4. Mikroaerofile
5. Wzrost: temperatura – 37-45°C, wrażliwe na wysuszenie, pasteryzację, niskie

pH, NaCl, zamrażanie

6. MID – 10

4

komórek/g produktu

7. Enterotoksyna i cytotoksyna
8. Przynależność – surowe produkty pochodzenia zwierzęcego,

niepasteryzowane mleko, drób, kontakt z zakażonym właścicielem



Listeria monocytogenes

1. Beztlenowe lub tlenowe pałeczki gram +
2. Rosną w temperaturze 0-45°C, pH 5-9
3. Psychotropy
4. Odporne na zasolenie, ciepłooporne

5. Listeriozy (13 odmian serologicznych)
6. Ok. 2500 osób zaraża się rocznie na świecie, średnio umiera 500
7. MID 100-1000 żywych bakerii/g produktu
8. Szczepy zjadliwe – listeriolizyna
9. Drób, mięso, mleko surowe, surowe kiełbasy, sery miękkie, owoce i warzywa.



Clostridium perfingens

1. Przetrwalnikująca laseczka beztlenowa gram +
2. Rośnie w temperaturze 15-55°C, pH 5-9
3. 7 grup: A B C D E F G
4. A najniebezpieczniejsza dla ludzi
5. Endotoksyna białkowa o 35 kDa
6. MID – 10

5

-10

7

/gram produktu

7. Mięso, drób, warzywa, przyprawy, zioła



Bacillus cereus

1. Ruchliwa laseczka tlenowa lub względnie beztlenowa
2. Rośnie w temperaturze 5-50°C
3. Ciepłooporne przetrwalniki
4. Enterotoksyny – lżejszy przebieg
5. MID – dorośli – 10

7

, dzieci – 10

5

/g produktu

6. Głównie produkty skrobiowe, gotowany ryż



Yersinia enterocolitica

1. 50 serotypów
2. Pałeczki gram-
3. Względnie beztlenowe, psychotrofy
4. Odporne na wysokie stężenia NaCl
5. MID – 10

8

-10

9

kom/g produktu

6. Toksyna ciepło stabilna YEST
7. Mięso, mleko, przetwory mleczne, warzywa, ryby, soki, sałatki warzywne



Vibrio parahaemolyticus

1. Ruchliwe przecinkowce gram-
2. Temperatura w 4-40°C, pH 5-11, halofile
3. Wrażliwe na wysuszenie i wysoką temperaturę
4. MID – 10

5

kom/g produktu

5. Termostabilna hemolizyna
6. Surowe ryby i skorupiaki



Aeromonas hydrophila

1. Ruchliwe przecinkowce gram-, względnie beztlenowe
2. Rosną w temperaturze 5-42°C i pH 4-10, 4%NaCl
3. Wrażliwe na niskie pH i temperaturę pasteryzacji
4. Enterotoksyna cytolityczna – kończy się biegunką
5. Niedogotowana lub surowa żywność
6. Występują w środowisku wodnym



Plesiomonas shigelloides

1. ruchliwe pałeczki gram-, względnie beztlenowe
2. toksyny ciepłochwiejne lub ciepłostałe
3. woda, żywność pochodzenia morskiego

Teraz te, które są dobre, gdyż występują w naszej mikroflorze, ale są również złe.



Pseudomonas aerubinose

1. Pałeczka gram-
2. Surowe mleko, surowa kiełbasa
3. Zakażenia szpitalne (10

4

/g produktu)



Enterokoki – paciorkowce kiełkowe

1. Rosną w temperaturze 7-45°C, pH do 9.6, 6.5% NaCl
2. Cieplooporne, odpornośc na rozmnażanie
3. MID – 10

6

-10

7

/g

4. Wędliny, konserwy, mleko zagęszczone, mięso, twarogi, sery



Enterococcus faecalis

1. Biogenne aminy (tyramina, histamina, fenyloetanoloamina)



Proteus sp.

1. Pałeczki
2. P. vulgaris, (pałeczki odmieńca)
3. indol, skatol, merkaptany
4. proteoliza białek
5. przyczyna zatruć – zatrucia mięsne

pokarmowa intoksykacja azotynowa
azotany (V) ⟶ azotany (III)
B. subtilis, P. fluorescnens. E.aerogenes, mikrokoki – wytwarzają reduktazę azotanową
Zatrucia aminami biogennymi

Okoliczności sprzyjające wzrostowi częstotliwości zatruć pokarmowych

a. czynniki biologiczne

- wirus Nowalk
- E. coli O157:H7
- Listeria i Vorsinia – zamrażanie, wysokie stężenia cukru
- odporność na antybiotyki

b. czynniki środowiskowe
- zmiany produkcji żywności
- globalizacja źródeł żywienia
- centralizacja produkcji
- przesycenie gruntów nawozami
c. czynniki osobnicze
- bioterroryzm
- zmiana nawyków żywieniowych

Wykład 8

Mikrobiologiczna kontrola powietrza
PN-89/Z-04111

Liczba bakterii

w 1cm

3

Liczba grzybów

w 1cm

3

Liczba promieniowców

w 1cm

3

Stopień

zanieczyszczenia

<1000

10

3000-5000

Nie zanieczyszczone

1000-3000

10-100

5000-10000

Średnio zanieczyszczone

>3000

>100

>10000

Silnie zanieczyszczone

Metody badań:



Metoda sedymentacyjna Kocha
A =

100𝑎

5𝑃𝑇

A – ilość drobnoustrojów w 10dm

3

a – średnia ilość drobnoustrojów na płytce
P – powierzchnia płytki [cm

3

]

T – czas ekspozycji płytki



Wirowanie powietrza wciąganego przez przyrząd



Zderzenie strumienia zassanego przez przyrząd



Metody elektroprecypitacji



Metoda syfonizacyjna



Metody filtracji

Przemysłowe ważne metabolity pleśni



Kwasy organiczne



Żywność orientalna



Lipidy



Technologia serowarska



Chityna i chitozan



Enzymy



Antybiotyki

Wyżej wymienione to główne kierunki wykorzystania pleśni
Antybiotyki produkowane przez pleśnie
80% znanych antybiotyków produkują promieniowce
20% przypada na pleśnie, bakterie Bacillus, Pseudomonas, Citrobacter
Największe znaczenie w przemysłowej produkcji antybiotyków spośród pleśni mają:



Penicillium notatum



Penicillium chrysogenum



Penicillium griseofulvum



Penicillium janczewski



Penicillium patulum



Fusarium sp. (fusafungina)



Trichoderma polysporum (cyklosporyna A)



Cephalosporium acremonium (cefalosoporyny)

Enzymy produkowane przez pleśnie



Przemysł spożywczy, tekstylny, skórzany, papierniczy, chemia gospodarcza



Producenci – Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, Trichoderma



Hydrolazy – enzymy amylolityczne, celulityczne, pektynolityczne, proteolityczne, lipolityczne



eksydoreduktazy – eksydaza glukozowa, katalaza



metoda hodowli względnej lub metoda powierzchniowa



surowce do produkcji – melasa, wysłodki, skrobia, mąka kukurydziana



problemy inżynieryjne

amylazy
alfa-amylaza



Aspergillus oryzae



A. avamori



A. niger



Rhizopus oryzae

Glukoamylaza



Aspergillus avamori



A. niger



Rhizopus nireus

Obie grupy stosowane są w :
- syropy HFCS
- wypiek chleba
- gorzelnictwo, browarnictwo
Pektynazy



A. niger, R. sp.



Produkt pozyskiwany przy okazji produkcji kwasu cytrynowego (pektynogalaktouranoza)



Przemysł owocowo-warzywny

Celulazy



Technologie wydobywania soku lub innych składników komórki, wzbogacania pasz,
detergenty



A. niger, A. nidulans



Trichoderma viride, Stachybotrys chartarum - badanie skuteczności środków impregnujących

Proteinazy



Penicillum roquefortil, Mucor sp., A. oryzae



Technologie serowarskie – preparaty Mucor w zastępstwie podpuszczki, produkcja serów
dojrzewających



Technologie mięsne – tenderyzacja tkanki mięsnej, kiełbasy z porostem pleśniowym
(Penicillium nalglovensis)



Enzymatyczna modyfikacja białek z surowców nietradycyjnych



Detergenty

Lipazy



A. niger, Rhizopus sp., Mucor sp.



Procesy dojrzewania serów



Substytuty masła kakaowego



Preparaty piorące

Oksydaza glukozowa



Grzybnia – Penicillium sp, A. niger



Technologia żywności, winiarstwo, lecznictwo, analityka

Katalaza



Grzybnia Aspergillus niger



Rozkład nadtlenku wodoru

Kwasy organiczne produkowane przez pleśnie



A. niger



A. wentil



Candida sp.



Yarrowia lipolytica (n-parafiny)



1.6 mld tom/rok (2007)



LFS, SnF, SSF

Aspergillus niger – ulepszenie

 Ocena własności kwaszących
 Metagenizacja UV, związki chemiczne, selekcja ze względu na zastosowania
 Rekombinacja genetyczna

Aspergillus niger – przechowywanie

 Liofilizacja, przechowywanie konidiów z jałowym piaskiem, węglem aktywnym, cytrynianem

wapnia

Aspergillus niger – inoculum

 Konidia szczepu produkcyjnego
 Pożywki sporulacyjne (niski poziom N i C, pośredniki cyklu Krebsa)

Proces względny – ziemniaczano-glukozowo-agarowe pH 6-7
Proces powierzchniowy – brzeczka słodowa, melasa.
Biochemiczne uwarunkowania nadprodukcji kwasu cytrynowego u A. niger
Korzystne warunki procesu
- wysokie stężenie cukru
- niedobór jonów metali Mn

2+

, Zn

2+

, Fe

2+

,

- ograniczona ilość związków azotu i fosforu
- niskie pH
- dobre natlenienie środowiska
Fosfofruktokinaza
- wrażliwa na aktywność cytrynianów
- niedobór jonów Mn

2+

w podłożu – zakłócone przemiany białkowe (nadmiar jonów NH

4

+

)

- ATP – inhibitor
Alternatywna droga oddechowa

 Jałowa energetycznie – nie blokuje glikolizy
 Rośliny, Neurospora crasa, Candida, Rhodotorula
 Osłabienie oddychania z udziałem oksydazy cytochromowej – indukcja oksydazy

alternatywnej układu enzymatycznego katalizującego przeniesieni elektronów na tlen

Indukcję oksydazy alternatywnej może wywołać

 Nagromadzenie NADH
 Zmniejszenie zapotrzebowania na tlen
 Niedobór ADP w mitochondriach
 Niedobór jonów (Ca

2+

niezbędnych do funkcjonowania oksydazy cytochromowej)

Cytoplazmatyczny NADH z glikolizy jest utleniany z udziałem oksydazy alternatywnej, szlakiem, w
którym energia wydziela się w postaci ciepła.
Oksydaza cytochromowa – wysokie powinowactwo do tlenu
Oksydaza alternatywna – niskie powinowactwo do tlenu
Inne mechanizmy regulacji syntezy kwasu cytrynowego

 Hydrataza akonitanowa – hamowanie deficytu jonów Mn

2+

oraz Fe

2+

 Mitochondrialna dehydrogenaza izocytrynianowa – hamowanie cytrynianem
 Dehydrogenaza 2-ketoglutaranowa – hamowana wysokim stężeniem cukru i jonami NH

4

+

Produkcja kwasu cytrynowego
2 metody: metoda powierzchniowa i metoda wgłębna
2 fazy: trofofaza (intensywny rozwój grzybni 72h)
Ido faza (produkcja kwasu cytrynowego)
W metodzie 1 – grzybnia powierzchniowa i system jednostopniowy
W metodzie 2 – rozwój w całej objętości i system dwustopniowy
Zanieczyszczenia:
Bacillus, Pseudomonas, E. coli, E. areogenes, Lectobacillus, Leuconostoc, P. purpurogenum, P. rubrum
Kwas itakonowy

-

Metabolit pleśni Aspergillus glaucus, A. terreus

-

Nowy gatunek Aspergillus itaconicus

-

Japonia – naturalna mikroflora solonych śliwek

Kwas cis-akonitowy – (dekarboksylaza akonitowa) kwas cytakonowy – (+H2O) kwas cytrajabłkowy – (-
H2O) kwas itakonowy
Kwas winowy – Aspergillus niger, A. grintonus
Kwas glukonowy – A. niger
Kwas mlekowy – Rhizopus oryzae
Kwas galunowy – Aspergillus niger, enzym – tanina

Wykład 10

Bakterie kwasu octowego



Gram – pałeczki o wymiarach 0.5-0.9 * 1-4μm



Występują pojedynczo, parami lub w krótkich łańcuszkach



Pożywki płynne – wzrost powierzchniowy w postaci błonki



Pożywki stałe – bezbarwne kolonie przypominające krople wody



Mogą wytwarzać pigment

Bakterie octowe



Złożone, bogate pożywki hodowlane



Źródło węgla – etanol, glicerol, DL-mleczan sodu, monosacharydy



Źródło azotu – fosforan lub siarczan amonu



Dodatkowo potas, magnez



Niewielkie ilości – Fe, Ca, S, Cu, Mn, Mo



Kwas pantotenowy, p-aminobenzoesowy, niacyna, tiamina

Jako chemoorganotrofy przekształcają:
- alkohole I rzędowe do kwasów
- alkohole II rzędowe do ketonów
- cukry do aldoz lub ketoz
Wspólną cechą bakterii octowych jest wytwarzanie kwasu octowego na drodze niecałkowitego
utleniania alkoholu etylowego.
- nie redukują azotanów, lakmusu
- nie tworzą indolu i siarkowodoru
- nie rozpuszczają żelatyny
- synteza celulozy
- nie mają właściwości patogennych w stosunku do ludzi i zwierząt
Kiedyś – rodzina Pseudomonaceae
Teraz – rodzina Acetobacteraeae
Rodzaj – Acetobacter – 15 gatunków
Rodzaj – Glukonobacter – 4 gatunki
Rodzaj – Gluonoacetobacter – 10 gatunków
Rodzaj Acetobacter



Pałeczki z urzęsieniem peritrichalnym



Temperatura optymalna 30℃ pH 4-6



Tworzą formy inwolucyjne



Wzrost w pożywkach z etanolem i sacharydami
- sucha pomarszczona błonka A. pasterurianus
- gruba, gładka z tendencją do wspinania się po ściankach – A. aceti, A. hansenii
- cienki śluzowaty nalot – A. liquefaciens
- śluzowaty kożuszek – A. xylinum

Komplet enzymów cyklu Krebsa – utlenianie kwasu octowego/mlekowego do CO2 + H2O –
nadoksydacja
Peroksydanty – prowadzą proces utleniania kwasu octowego ( Acetobacter pasteurianus)
Mezoksydanty – formy pośrednie ( Acetobacter aceti, Acetobacter xylinum)
Rodzaj Gluconobacter



Pałeczki ostro zakończone (w formie cygara)



Występują pojedynczo lub parami



Ruchliwe (urzęsione, polarne) lub nie



Preferują środowisko kwaśne



Brak dehydrogenazy bursztynianowej w cyklu Krebsa (suboksydanty)



Rosną w postaci regularnych okrągłych kolonii o zabarwieniu mlecznym

Rodzaj Gluconoacetobacter



Komórki o kształcie cylindrycznym



Występują pojedynczo, tworzą dwoinki lub krótkie łańcuszki



Zdolność ruchu zależna od wielu hodowli



Temperatura optymalna 30℃



W pożywce – sacharydy, glicerol, octany, etanol, aminokwasy



Zróżnicowane fenotypowo

Metabolizm



Biosynteza kwasu octowego – etanol, proste alkohole (n-propanol, n-butanol) sacharydy i ich
pochodne



Wszystkie bakterie octowe metabolizują heksozy przez cykl pentozowy lub glukoneogenezie



Brak fosfofruktokinazy – brak glikolizy



Acetobacter i Gluconoacetobacter - enzymy cyklu Krebsa

Enzymy biorące udział w przemianie etanolu do kwasu octowego:
- dehydrogenaza alkoholowa
- dehydrogenaza aldehydowa sprzężona z NADP+
- oksydaza cytochromowa
- dehydrogenaza aldehydowa
Produkcja:
- metoda powierzchniowa, ociekowa, wgłębna
- szkodniki występujące w procesie octowania:



Gluconoacetobacter xylinus – rozkład kwasu octowego, śluz



Nicienie – węgorki octowe (Anguillula aceb)



Drosophila acebi



Candida mycoderma

Bakterie octowe jako zanieczyszczenia w przemyśle owocowo – warzywnym
- mikroflora psujących się owoców, warzyw, wina, piwa
- produkty fermentowane w niskim stężeniu alkoholu – przechowywanie bez dostępu powietrza
- wstępne zanieczyszczenie – pasteryzacja
Inne procesy biotransformacji
- produkcja glukonianu



Tlenowa dysmutacja glukozy – utlenianie glukozy zachodzi bez udziału fosforylacji, ale zależy
od NADP



Oksydaza glukozowa – Gluconobacter oxydans ssp.uboxydans

- produkcja kwasu askorbinowego



Proces wieloetapowy: transformacja chemiczna + biotransformacja

- produkcja wysokokrystalicznej celulozy



Acetobacter xylinum lub Acetobacter aceti



Enzymy znajdują się w li polisacharydowej części ściany komórkowej



Mikrobiologiczna celuloza – cellulan

Bakterie fermentacji mlekowej



Niejednorodna diagnostycznie grupa



Cecha wspólna – beztlenowa fermentacja mlekowa



Gram + ziarniaki: Streptococcus, Lactococcus, Leucorostoc, Oenococcus, Pediococcus



Gram + pałeczki nieprzetrwalnikujące – Lactobacillus, Bifidobacterium



Zależnie od gatunku 0.6-3% kwasu mlekowego



Inne różnice – tolerancja na niskie pH środowiska, optymalne temperatury wzrostu, sposób
metabolizowania cukrów, środowisko bytowania.

Lotne metabolity fermentacji mlekowej: di acetyl, etanol, aldehyd octowy
przemysłowe wykorzystanie bakterii fermentacji mlekowej



Źródłem bakterii fermentacji mlekowej w żywności fermentowanej może być rodzima
mikroflora surowca – fermentacja spontaniczna sterowana tylko warunkami chemicznymi i
fizycznymi środowiska



W przemyśle najczęściej stosowane są tzw. szczepionki (startery) o odpowiednim składzie –
fermentacja indukowana

Zadanie bakterii fermentacji mlekowej w żywności fermentowanej:



Nadanie produktowi cech organoleptycznych



Zwiększenie wartości odżywczej



Zwiększenie przyswajalności składników odżywczych



Stabilizacja biologiczna produktów

Przemysł mleczarski
Mleko – pasteryzacja – starter – produkt
Funkcja szczepionek:



Wytworzenie kwasu mlekowego i innych metabolitów



Koagulacja białek mleka



Przyspieszenie syntezy skrzepu podczas tworzenia serów



Stworzenie gazu (oczkowanie sera)



Przemiany proteolityczne (dojrzewanie serów)



Hamowanie rozwoju mikroorganizmów niepożądanych



Obniżenie zawartości laktozy.

Wykład 11

Fermentowane surowce roślinne
Kiszona kapusta



Oczyszczenie dojrzałych główek kapusty



Wycięcie rdzenia i rozdrobnienie



Solenie



Bakterie coli, heterofermentatywne Leuconostoc messenteroides – fermentacja burzliwa



Zmiana warunków



Heterofermentatywne Lactobacillus brevis, homofermentatywne Lactobacillus plantarum,
Pediococcus



Temperatura optymalna 18 ℃



Stężenie soli 2%



Czas kiszenia – około 2 tygodni



pH 3-4



dla kapusty kiszonej najgorsza jest pleśń Geotrichum candidum

Kiszone ogóraski



początkowo rozwijają się różne mikroorganizmy – drożdże i bakterie



używa się szczepionek ukierunkowujących fermentację



bakterie fermentacji mlekowej



ostatni etap – Lacobacillus plantarum, L. brevis, Pediococcus (zmieniają one warunki, są to
bakterie homofermentatywne, pojawiają się wtedy kwasy organiczne)



20 – 26℃



Solanka 8-10%



Nie ma dominującej roli L. messenteroides (bo są bardzo wrażliwe na zasolenie)



Są trwałe długi czas, gdy są przechowywane w ciemności i w warunkach beztlenowych

Kiszonki paszowe



Liście buraków cukrowych, kukurydzy, ziemniaki, trawy



W procesie uczestniczy wiele mikroorganizmów



Właściwy przebieg fermentacji – odpowiedni stosunek węgla do azotu



Surowce roślinne muszą być zalewane dodatkowymi składnikami



Następstwo gatunkowe mikroorganizmów – drobnoustroje zanieczyszczające rośliny ( coli,
Bacillus, bakterie gnilne), homofermentatywne bakterie L. plantarum, L. curvatus lub
heterofermentatywne pałeczki L. brevis, l. buchneri, bakterie propionowe, drożdże



Jedynymi bezpośrednimi organizmami oprócz bakterii fermentacji mlekowej ś bakterie
propionowe i drożdże



Bakterie propionowe – ich rozwój jest korzystny dla paszy, kwas propionowy chroni przed
bakteriami gnilnymi, wytwarzają witaminę B12

Fermentacja pieczywa
Szczepionki piekarskie: L. plantarum, L. brevis, L. fermentum, L. leichmani, L.sanfraciscensis (bardzo
duże powinowactwo do maltozy)
Fermentacja mięsa
Szczepionki: Pediococcus acidilactici, P. pentosaceus, L. plantarum, L. sakei, mikrokoki
Stosuje się szczepionki mrożone lub liofilizowane.
Kwas mlekowy



Przemysłowa produkcja kwasu mlekowego metodą biologiczną – 1881-1883 USA, 1895
Europa



Rodzaj substratu do produkcji jest zależny od rodzaju stosowanego mikroorganizmu



Akwawit Leszno – roztwór sacharozy z dodatkiem kiełków lub ekstraktu drożdżowego, L.
delbrueckii



Kwas mlekowy występuje w 3 formach: L, D i mieszaniny racemicznej

Dekstran
Leuconostoc messenteroides – dekstranosacharoza
Jest używany głównie do chromatografii.
Bakteriocyny



Związki białkowe syntezowane rybosomalnie jako prebakteriocyny



Aktywność po wydzieleniu z komórki



Wąskie spektrum aktywności



4 grupy



Najlepiej znana – nizyna (Lactobacillus lactis)

cecha

charakterystyka

Struktura chemiczna

Peptydy, w niektórych występują nietypowe

aminokwasy

Synteza

I-rzędowe lub II-rzędowe metabolity

syntezowane rybosomalnie

Kodowanie

Plazmidowo lub genomowo

Sposób działania

Destabilizacja osłon komórkowych bakterii

Specyficzność

Anty Gram +

Stabilność

Odporne na temperaturę, aktywne w szerokim

spektrum pH, stabilne podczas przechowywania

Enzymy proteolityczne

Wrażliwe, trawione w przewodzie pokarmowym

Toksyczność

Nietoksyczne dla ludzi i zwierząt

Bakteriocyny – przemysł spożywczy, biosynteza rybosomalna, wąskie spektrum działania, odporność
na komórki producenta
Antybiotyki – przemysł leczniczy, biosynteza za pomocą wtórnych metabolitów, szerokie spektrum
działania, brak odporności na komórki gospodarza.
Probiotyki

Są to preparaty lub produkty żywnościowe zawierające pojedyncze lub mieszane kultury żywych
mikroorganizmów, które podane człowiekowi lub zwierzętom w odpowiedniej ilości, wywierają
korzystny wpływ na ich zdrowie.
Określenie probiotyk jest zastrzeżone dla produktów lub preparatów, które spełniają następujące
warunki:



Zawierają żywe komórki mikroorganizmów



Poprawiają stan zdrowia człowieka i zwierząt



Korzystny efekt w jamie ustnej (dodatki do żywności lub preparaty farmaceutyczne),
przewodzie pokarmowym, w górnych drogach oddechowych (aerozole) lub w przewodzie
moczowo-płciowym (preparaty miejscowe)

Bakterie fermentacji mlekowej wydzielają substancje antywirusowe, antybakteryjne i antygrzybiczne.
Stwarzają one również środowisko kwaśne, które nie jest tolerowane dla mikroorganizmów.
Fizyczne bariera, która zabezpiecza układ pokarmowy.
Komercyjnie wykorzystywane szczepy bakterii:

 Lactobacillus acidophilus
 L. casei
 L. lactis
 L. fermentum
 L. rhamnosus
 L. sulivarius
 L. gassari
 L. johnsonii
 L. paracasei
 L. plantarum
 Bifidobacterium bifidum
 B. breve
 B. lactis
 B. longum
 Streptococcus thermophilus

DROŻDŻE
Metabolizm:
- szlaki kataboliczne
- szlaki anaboliczne
- szlaki amfiboliczne – zarówno katabolizm, jak i anabolizm, dostarczają prekursorów do syntezy
biomasy (glikoliza)
- amplerotyczne – uzupełniające, uzupełniają komórce to, czego jej brakuje (cykl glioksalowy)
Saccharomyces sp.:

a. Metabolizm tlenowy (budowanie biomasy)
b. Metabolizm beztlenowy (fermentacja alkoholowa)

Drożdże – chemoorganoautotrofy – organizmy wykorzystujące różne związki organiczne
Glukoza:

a. Pirogronian (powstaje w trakcie EMP – glikoliza)

 Szlak tlenowy – powstaje CO2 i H2O
 Szlak beztlenowy – powstaje etanol

b. Fruktozo-6-P i aldehyd 3-fosfoglicerynowy (powstaje w trakcie HMP – cykl pentozo

fosforanowy)
I pentozofosforany – syntezy komórkowe

Beztlenowy metabolizm sacharydów
Fermentacja alkoholowa – przekształcenie cukru do etanolu i CO2.
Jest procesem amfibolicznym, związki pośrednie mogą być wykorzystywane do syntez komórkowych
Większość drożdży asymiluje glukozę, galaktozę lub mannozę

Podstawowym szlakiem jest glikoliza.
Z 1 mola glukozy powstają 2 mole pirogronianu (przekształcany jest w aldehyd octowy dzięki
dekarboksylazie pirogronianowej, w której ko faktorem jest pirofosforan tiaminy, aldehyd jest
przekształcany w etanol dzięki dehydrogenazie alkoholowej) i 2 cząsteczki ATP.
Reakcje glikolizy to reakcje amfiboliczne, bo np. triozofosforany mogą być wykorzystywane do
syntezy bakteryjnych lipidów, pirogronian do syntezy aminokwasów.
Jeżeli niskie stężenie O2:
- w warunkach fermentacji poziom enzymów cyklu TCA jest niski (brak dehydrogenazy 2-
oksyglutaranu)
- brak pentoz potrzebnych np.: w syntezie kofaktorów, kwasów nukleinowych
- pentozy=> cykl HMP ale poziom dehydrogenazy glukozo-6-P zbyt niski
- pentozy – transketolaza (substraty: fruktozo-6-P i aldehyd 3-PG)
95% glukozy przez drożdże jest przetwarzana do alkoholu
Gdy brak jest N2 w pożywce, część glukozy wchodzi do przemiany, reszta jest zmagazynowana w
postaci glikogenu
Tlenowy metabolizm sacharydów
Gdy drożdże dostaną tlen cieszą się jak głupie i 10 razy zwiększają swoją biomasę.
Glukoza – pirogronian – acetylo-CoA, który jest całkowicie wykorzystywany w cyklu Krebsa.
Jeżeli braknie cukrów, cykl zostanie zahamowany na etapie izocytrynianu i włącza się cykl
glioksalowy. Tworzy się acetylo-CoA, który przyłącza się do pirogronianu. W końcowym etapie
włączony zostaje łańcuch oddechowy.
W łańcuchu oddechowym drożdży występują 3 biologicznie czynne systemy transportu elektronów:
- pirymidynowy
- flawoproteinowy
- cytochromów
W wyniku utlenienia cząsteczki glukozy powstaje 38 cząsteczek ATP
W wyniku fermentacji cząsteczki glukozy powstają 2 cząsteczki ATP
Drożdże niefermentujące – tylko mechanizm tlenowy
Na podstawie aktywności oddechowej drożdże mogą być podzielone na 3 grupy:

a. Wykazujące metabolizm tlenowy – drożdże niefermentujące
b. Prowadzące procesy tlenowe i beztlenowe w proporcjach równowagowych – drożdże

browarnicze górnej fermentacji, drożdże piekarskie, patogenne

c. Wykazujące głównie metabolizm beztlenowy – drożdże winiarskie, gorzelnicze, browarnicze

dolnej fermentacji

Efekt Pasteura to efekt hamowania glikolizy przy wysokich stężeniach tlenu.
Fosfofruktokinaza jest hamowana przez wysokie stężenie ATP i cytrynianu i protonów
Dotyczy wszystkich drożdży S. cerevisiae za wyjątkiem drożdży piekarniczych
Efekt Pasteura
- hamowanie fosfofruktokinazy
- regulacja liazy cytrynianowej i dehydrogenazy jabłczanowej
- hamowanie transportu aktywnego glukozy przez membrany
Hamowanie oddychania na zasadzie katabolicznej represji glukozowej nosi nazwę negatywnego
efektu Pasteura i efektu Crabtree.
Drożdże Crabrtree dodatnie – to takie, które fermentują w warunkach tlenowych.
Istota negatywnego efektu Pasteura polega na hamowaniu biosyntezy enzymów oddechowych,
natomiast mianem efektu Crabtree określa się hamowanie aktywności enzymów proteolitycznych.
Drożdże winiarskie



Krótki okres adaptacji do środowiska moszczu i szybkie zdefermentowanie



Intensywna fermentacja o prawidłowym przebiegu



Produkcja etanolu do wymaganego poziomu



Wytwarzanie produktów ubocznych



Mała wrażliwość na niskie pH środowiska i wysokie stężenie kwasów organicznych



Zdolność do flokulacji i szybkiego osadzania po zakończeniu fermentacji



Czechy, Włochy, Węgry – S. bayanus



Francja, Niemcy – S. cerevisiae



Odporność na wyższe stężenia etanolu



Odporność na obecność związków siarki – drożdże sulfitowe



Zdolność metabolizowania kwasu jabłkowego – głównego składnika kwasowości wina



Możliwość prowadzenia fermentacji w obecności wysokich stężeń cukru – te, które
wytwarzają miody pitne (osmofilne)



Tolerancja na wysokie stężenia garbników



Tolerancja na wysokie stężenia CO2

Drożdże winiarskie to drożdże mezofile, temp optymalna 28-32℃
Drożdże priofilne – zdolne do przeprowadzania fermentacji w 4℃, która jest wolniejsza, produkt jest
wysycony CO2, wyższe stężenia etanolu i mniejsza ilość związków lotnych
Zanieczyszczenia mikrobiologiczne

 Brak fermentacji mlekowej – Leuconostoc sp. – śluz (wina słodkie o niskiej kwasowości)
 Brak fermentacji jabłczanowo-mleczanowej – L. plantarum, Oenococcus oenas – rozkład

kwasu jabłkowego do kwasu mlekowego i CO2

 Brak fermentacji mannitowo-mleczanowej – L. fructovirans, L. fermentum – fermentacja

cukrów z wytworzeniem kwasu mlekowego, octowego i mannitu

 Bakterie octowe – Acetobacter – zaoctowanie wina
 Drożdże:

- Schiyosaccharomyces pombe – rozkład kwasu jabłkowego do etanolu i CO2
- Candida, Pichia – utlenianie etanolu do kwasu octowego i estru etylooctowego
- Pichia, Kloeckera – przemiany siarki

 Pleśnie – Aspergillus sp., Penicillium sp., Botrytis sp. (mikotoksyny + śluz)

Wykład 12

Drożdże browarnicze
Ich charakterystyka
- drożdże fermentacji górnej Saccharomyces cerevisiae
- drożdże fermentacji dolnej – Saccharomyces pastorianus (Polska
- Anglia – Brettanomyces sp.
- Bawaria – Saccharomycodes – powstaje piwo bezalkoholowe

Cecha / rodzaj fermentacji

dolna

Górna

Wielkość

7-9

μm

7-9

μm

Tworzenie skupień

Nie, tylko komórki

pączkujące

Tak

Fermentacja rafinująca

100%

33.33%

Sporulacja

72h

48h

Tlenowy metabolizm

mniejszy

Większy

Optymalna temperatura

wzrostu

28

℃

25

℃

Optymalne warunki

działania katalazy

0

℃

10

℃

Fermentacja główna

5-10

℃, kłaczkujące, osady

pyliste, 7 dni

15-25

℃, pyliste, brak

przemywania drożdży,

nieograniczona liczba szarży

dofermentowanie

W zbiorniku 0

℃, 46 tyg.

W butelkach 8-20

℃, 2-3 tyg.

Kłaczujące – oznacza, że mają zdolność do flokulacji

- duża szybkość wzrostu i wydajność biomasy komórek
- szybka fermentacja cukrów brzeczki
- wysoka czystość mikrobiologiczna populacji i żywotność komórek
- stabilność cech mikrobiologicznych i fizjologicznych
- uzdolnienia flokulacyjne – podczas klarowania powinny opadać szybciej, podczas
przetwarzania powinny opadać wolniej
- powinny wytrzymywać od 12-16 szarż
- wytwarzanie produktów ubocznych
- zdolność do propagacji
Zanieczyszczenia mikrobiologiczne – głównie w inokulum



Bakterie gramdodatnie

- Bacillus coagulans, B. stearothermophilus – nitrozoamina (jest tworzona w obecności
azotanów) – termofilne, słodkie brzeczki, temperatury 50-55℃ przez 2h, wytwarzają kwas
mlekowy
- Lactobacillus brevis – właściwości amylolityczne pozakomórkowe, polisacharydy, diacetyl
(najbardziej niebezpieczne podczas leżakowania piwa)
- Pediocococcus acidilactici, P. damnosus, P. dextrinius. – adaptacja, maślany smak, są to
ziarniaki
- Leuconostoc mesenteroides – śluzowate zmętnienie
- mikrokoki – wtórne zanieczyszczenie (z winy człowieka)



Bakterie gramujemne

- Acetobacter, Gluconobacter – kwas octowy (odporne na bakteriostatyczne składniki chmielu,
zakwaszanie)
- enterobakterie ( Obesumbacterium proteus) – opóźnienie procesu fermentacji, n-propanol,
izobutanol, diacetyl, związki siarki (zapach selerowy)
- Pantotea agglomerans – diacetyl, wyższe alkohole, związki siarki
- Citrobacter freundii – przyspieszenie fermentacji, tylko podczas fermentacji występuje, ginie
przy wyższych stężeniach etanolu
- Klebsiella – fenolowy posmak piwa.



Drożdże

Torulopsis sp., Hansenula sp., Pichia sp., Candida sp.



Pleśnie

Alternaria sp., Aureobacterium sp., Cladosporium sp., Fusarium sp., Aspergillus sp.,
Penicillum sp.
Drożdże gorzelnicze

- Saccharomyces cerevisiae (Polska)
- Drożdże fermentujące Kluyveromyces, Candida
- Wysoka aktywność fermentująca
- Zdolność adaptacji do silnie zakwaszonego środowiska
- Wysoka stabilność cech mikrobiologicznych i fizjologicznych
- Odporność na temperatury > 30

℃

- Odporność na stężenie EtOH > 12% v/v
- Zdolność do fermentacji brzeczek o podwyższonej zawartości cukrów (osmofilne,

osmotolerancyjne)

Zanieczyszczenia mikrobiologiczne
Pichia, Candida, Torula
Drożdże piekarnicze
- drożdże fermentacji górnej – Saccharomyces cerevisiae
- wysoka właściwa szybkość wzrostu
- wysoka aktywność glikolityczna ( w szlaku EMP)

- zdolność adaptacji do szybko zmieniających się substancji w pożywce
- wysoka aktywność inwertazy, alfa-glukozydazy, beta-fruktofuranozydazy
- egzystencja w warunkach tlenowych i beztlenowych
Zanieczyszczenia mikrobiologiczne
Pichia, Candida, Torula, Bacillus, bakterie fermentacji mlekowej, Proteus, Pseudomonas,
Geotrichum, Aspergillus, Penicillum, Mucor.

Bacillus sp.
- tlenowy sporulujący (Clostridum – sporulujący, beztlenowy)
- laseczki gram + lub gramzmienne ( w zależności od warunków środowiska, zanik cech
barwienia w stałych hodowlach)
- organizmy tlenowe lub względnie beztlenowe
- urzęsione lub nie
- pigmenty (B. cereus – różowy, B. subtilis – żółty, różowy, brązowy)
Ze względu na rozmieszczenie endospor w komórce dzieli się je na:



Laseczki wytwarzające przetrwalniki o średnicy mniejszej od szerokości komórki

macierzystej – o kształcie owalnym lub cylindrycznym, (B. anthracis, B. cereus, B.
subtilis)



Laseczki wytwarzające przetrwalniki o średnicy większej od szerokości komórki
macierzystej – o kształcie owalnym lub kulistym (B. circulans, B. varis)



Laseczki wytwarzające przetrwalniki kuliste większe od komórki macierzystej
położone terminalnie (B. sphaerius)

Zewnętrzna śluzowata otoczka:
B. subtilis, B. megaterium, B. licheniformis – kwas poli-D- i poli-L-glutaminowy
B. anthracis – kwas Poli-D-glutaminowy
B. circulans, B. mycoides, B. purmilus – dekstran lub lewan (polimer fruktozy)


Mezofile – B. subtilis, B. licheniformis
Termofile – B. sporothermodurans
Psychrofile – B. psychrodurans
Laseczki termotolerancyjne – ogromne przystosowanie do środowiska, bez zmian
metabolicznych (mezofile), są w stanie egzystować w warunkach 60-65 stopni bez żadnych
zmian, uzdolnień metabolicznych
Alkalifile – B. firmus
Neutrofile – B. coagulans
Acydofile – B. acidicola (2005)
Halofile – B. halophilus
W większości to saprofity bytujące w glebie.
Patogeny – B. anthracis, B. cereus
Metabolizm
Heterogenne chemooragnoautotrofy.
Dobrze rosną na pożywkach bulionowych – kożuch lub zmętnienie
Metabolizm tlenowy i fermentujący.
- B. licheniformis – oddychanie azotanowe (akceptor elektronów NO

3

-

)

- B. polymyxa, B. azotofixans – wiązanie azotu atmosferycznego
- warunki beztlenowe – różne produkty końcowe:



B. cereus, B. subtilis – w wyniku fermentacji monosacharydów powstaje 2,3-

butanodiol, glicerol, CO2, mleczan, EtOH.



B. polymyxa – rozkład polisacharydów (mono też), powstaje 2,3-butanodiol, CO2, H2,

EtOH



B. macerans – EtOH, aceton, octan, mrówczan, CO2, H2



B. coagulans – homofermentacja mlekowa (izomeraza glukozofosforanowa)



B. pasturii – rozkład mocznika

- w warunkach beztlenowych rozkład heksoz – EMP
- enzym TCA – represja kataboliczna
- w komórce wegetatywnej funkcjonuje cykl glioksalowy zamiast TCA – warunki tlenowe
- końcowa faza wzrostu wykładniczego – przygotowanie do wytwarzania endospor,
odblokowanie enzymów cyklu TCA (duży poziom ATP, NADH)
- prespory – brak enzymów Cyklu Krebsa, obecne związki wysokoenergetyczne, kwas
dipikolinowy, Ca2+
- formy prztrwalne – peptydoglikan o unikalnej strukturze (laktam kwasu muraminowego,
krótki peptyd alfa-alanylowy oraz tetra peptyd L-Ala-D-Glu-kwas mezo-dipimelinowy-D-Ala)
Występowanie



Gleby ubogie – B. cereus, B. licheniformis, B. subtilis, B. pumilis



Gleby bogate – B. psychrosaccharolyticus, B. corrensis



Woda – B. aedinus, B. pallidus (gejzery), B. firmus (wody alkaliczne) B. licheniformis,

B. subtilis (przybrzeżne wody morskie i ujścia rzek), B. cereus (woda o dużej czystości)



Ściółka i szczątki roślin – B. megaterium, B. cereus, B. mycoides



Przewód pokarmowy zwierząt – B. coagulans, B. circulans, B. licheniformis

Przemysłowe wykorzystanie
60% produkowanych w skali światowej preparatów enzymatycznych – proteinazy i alfa-
amylazy z B.
40 pozakomórkowych enzymów produkowanych przez B.

grupa

opis

Gatunki

A

Wytwarza enzymy nie

wymagające testowania

B. subtilis

B. liquefaciens

B

Wytwarza enzymy

testowane pod kątem

ewentualnej toksyczności

B. licheniformis

B. coagulans

B. megaterium

B. circulans

B. pumilis

C

Ewentualne zastosowanie

enzymów

B. cerus

B. anthracis

B. subtilis – subtylizyna
Enzymy pozakomórkowe
Represja – brak cAMP, stężenie glukozy – poziom GTP
Indukcja – nietypowo subtylizyna (jej ilośc rośnie 3x)
Ilość enzymu rośnie 1000x
Bacillusy wytwarzają owadobójcze endotoksyny
Również wytwarzają antybiotyki:
- B. brevis – gramicydyna S, tyrocydyny
- B. subtilis – bacytracyna A
- B. circulans – butyrozyna
- B. polymyxa - polimyksyny