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  gruz
lica
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 z
ródła 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  odpowiedz
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 znalez
ć 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 N-CO-NH + H O => 2 NH + CO
2 2 2 3 2
- zdolność do asymilacji i fermentacji różnych z
ródeł 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 wyłącznie rozpuszczony w wodzie.
2
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. y
ródło 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 z
ródła 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. y
ródła azotu
Pepton, ekstrakt drożdży, brzeczka  pożywka dla drożdży stosowana w browarnictwie, sole
nieorganiczne  fosforany amonu, azotany, azotyny, aminokwasy.
4. y
ródła fosforu
KH PO (właściwości buforujące), K HPO (niższe pH hodowli)
2 4 2 4
5. y
ródła 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 WA
AŚCIWE
- 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, rozluz
nia 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 luz
na, 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, luz
na 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
y
ródła szczepów przemysłowych:
a. Środowisko naturalne
b. Środowisko przekształcone przez człowieka
c. Kolekcja szczepów
d. Inne z
ródła
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 z
ródło
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  z
ródło 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 wskaz
nikiem chemicznym
Testy wykorzystujące odpowiedni indykator wykazujący zróżnicowanie kolonii. (wskaz
nik pH 
tworzenie kwasów i zasad, pożywki z celulozą barwioną czerwienią Kongo  enzymy celu lityczne)
Wskaz
niki 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. A
ączenie 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
�� y
ródła węgla i energii
- węglowodany  roczne zużycie jako składnika podłoża 30 mln ton  podstawowe
z
ródło 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 z
ródłem 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 z
ródło 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 z
ródła węgla.
b. z
ródła 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
�� A
atwo 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 bądz
mąka (Soypan, Nurupan)
�� Produkcja lipazy, amylazy, proteazy
�� Standaryzowana ilość lecytyny (60-65%)
�� Jako samodzielne z
ródło węgla bądz
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, z
ródła 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. z
ródła azotu  ważniejsza funkcja niż z
ródło 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  z
ródło 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 z
ródle C.
- fosfor  sole nieorganiczne (fosforan potasu, amonu, Mg, NH4, fosforan glicerolu). Zapotrzebowanie
rośnie w miarę fermentacji
2-
- siarka  SO , siarczan amonu
4
- potas  K2SO4, K2HPO4, KH2PO4
- magnez  MgSO4 * 7H2O
e. mikroelementy
- Mn2+, Zn2+, 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
�� A
atwy 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 z
ródła węgla oblicza się z:
W = sucha masa komórkowa (g/dm3) / zastosowany substrat węglowy (g/dm3)
W = 0,5 dla bakterii z 1 grama glukozy otrzymujemy o.5 grama suchej masy komórkowej.
glukozy
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
y
ródło 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./cm3*h)
�� Promieniowce i grzyby  stężenie biomasy (stężenie suchej masy (g/dm3*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 = informuje ile gram biomasy otrzymujemy z 1 mola ATP.
ATP
c. Właściwa szybkość wzrostu ź  stosunek przyrostu biomasy w przeliczeniu na jednostkę czasu
i jednostkę biomasy, która już istnieje, a także odniesieniu do liczby komórek.
ź = 1/x * dx/dT lub ź= 1/N * dN/dT
ź = (log x  log ) / log (t-t )
t x0 0
T = ln2/ź T  czas podwojenia biomasy
d d
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/� F  natężenie objętościowego przepływu pożywki
W chemostacie źD = 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.
ź = ź *S / K + S
max s
K  stała półnasycenia  takie stężenie substratu, przy którym ź osiąga połowę swojej wartości.
s
�� 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
v� Sedymentacja to metoda rozdzielania zawiesiny
v� Wstępna obróbka zawiesiny  aglomeracja komórek
v� Flokulacja odwracalna  neutralizacja ładunku na powierzchni komórki
(dodatek elektrolitu)
v� Flokulacja nieodwracalna  efekt powstania wiązań pomiędzy
mikroorganizmami
v� Flokulacja zależy od temperatury, pH, siły jonowej, właściwości komórek i ich
stanu fizjologicznego
v� Czynniki flokulacyjne  sole nieorganiczne, hydrokoloidy mineralne,
organiczne polielektrolity, białka
v� Flotacja  rozproszenie pęcherzyków gazu i na ich powierzchni absorbują się
mikroorganizmy.
�� Filtracja
v� 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
v� Ultradz
więki
v� Ciśnienie
v� Mieszanie
�� W fazie stałej
v� Rozcieranie
�� Metody niemechaniczne
�� Odwadnianie
v� Suszenie powietrza
v� Suszenie próżniowe
v� Rozpuszczalnik
�� Liza
v� Fizyczna
v� Chemiczna
v� Enzymatyczna
v� 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  105-108 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
z
le na mikroorganizmy, ale pozwala rosnąć drożdżom wytwarzającym CO i H O.
2 2
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*103 pleśni, po 8*104 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  rozluz
nienie 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 kwas
2,
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 103-105 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 < 104 w 1cm3
- 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 105/1 cm3
Polska
Norma PN-A-86002  mleko do skupu  wymagania i badania . Ogólna liczba bakterii w mleku klasy
ekstra nie może przekroczyć 105/cm3. Mleko zawierające > 106 bakterii w 1 cm3 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:
- zakaz
ne
- odzwierzęce
- zatrucia pokarmowe
Choroby zakaz
ne:
�� Dur brzuszny  Salmonella typhi
�� Błonica  Corynebacterium diphtheriae
�� Płonica  Streptococcus pyogenes
�� Czerwonka  Shigella sp.
�� Bruceloza  Brucella sp.
�� Gruz
lica  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 źg
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 (105  106 komórek/ gram produktu  ok. 1 źg)
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 > 105 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  104komórek/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  105-107/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  107, dzieci  105/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  108-109 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  105 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 (104 /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  106-107 /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 z
ródeł żywienia
- centralizacja produkcji
- przesycenie gruntów nawozami
c. czynniki osobnicze
- bioterroryzm
- zmiana nawyków żywieniowych
Wykład 8
Mikrobiologiczna kontrola powietrza
PN-89/Z-04111
Liczba bakterii Liczba grzybów Liczba promieniowców Stopień
w 1cm3 w 1cm3 w 1cm3 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 = 1005�N�
55�C�5�G�
A  ilość drobnoustrojów w 10dm3
a  średnia ilość drobnoustrojów na płytce
P  powierzchnia płytki [cm3]
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 Mn2+, Zn2+, Fe2+,
- ograniczona ilość związków azotu i fosforu
- niskie pH
- dobre natlenienie środowiska
Fosfofruktokinaza
- wrażliwa na aktywność cytrynianów
+
- niedobór jonów Mn2+ 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 (Ca2+ 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 Mn2+ oraz Fe2+
�� 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 * 1-4źm
�� 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
�� y
ródło węgla  etanol, glicerol, DL-mleczan sodu, monosacharydy
�� y
ródło 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
�� y
ródłem 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
ż� Brak fermentacji mlekowej  Leuconostoc sp.  śluz (wina słodkie o niskiej kwasowości)
ż� Brak fermentacji jabłczanowo-mleczanowej  L. plantarum, Oenococcus oenas  rozkład
kwasu jabłkowego do kwasu mlekowego i CO2
ż� Brak fermentacji mannitowo-mleczanowej  L. fructovirans, L. fermentum  fermentacja
cukrów z wytworzeniem kwasu mlekowego, octowego i mannitu
ż� Bakterie octowe  Acetobacter  zaoctowanie wina
ż� Drożdże:
- Schiyosaccharomyces pombe  rozkład kwasu jabłkowego do etanolu i CO2
- Candida, Pichia  utlenianie etanolu do kwasu octowego i estru etylooctowego
- Pichia, Kloeckera  przemiany siarki
ż� 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 7-9źm 7-9źm
Tworzenie skupień Nie, tylko komórki Tak
pączkujące
Fermentacja rafinująca 100% 33.33%
Sporulacja 72h 48h
Tlenowy metabolizm mniejszy Większy
Optymalna temperatura 28! 25!
wzrostu
Optymalne warunki 0! 10!
działania katalazy
Fermentacja główna 5-10!, kłaczkujące, osady 15-25!, pyliste, brak
pyliste, 7 dni 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)  opóz
nienie 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 B. subtilis
wymagające testowania B. liquefaciens
B Wytwarza enzymy B. licheniformis
testowane pod kątem B. coagulans
ewentualnej toksyczności B. megaterium
B. circulans
B. pumilis
C Ewentualne zastosowanie B. cerus
enzymów 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