MIKROBIOLOGIA PRZEMYSŁOWA

WYKŁAD 1 25.02.2010

MIKROBIOLOGIA PRZEMYSŁOWA - dział mikrobiologii dotyczący możliwości wykorzystania drobnoustrojów do procesów przemysłowych (chemiczny, farmaceutyczny, kosmetyczny, piekarniczy, browarniczy, winiarski, oczyszczanie ścieków).

Dziedzina ta zajmuje się wykorzystaniem, badaniem i dostosowaniem do przemysłowego wykorzystania metabolicznych procesów, właściwości drobnoustrojów.

MIKROBIOLOGIA ŚRODOWISKOWA - dotyczy wpływu drobnoustrojów na ożywione i nieożywione elementy środowiska oraz wpływu tych elementów na mikroorganizmy. Zajmuje się badaniem środowisk występowania drobnoustrojów i opisywaniem właściwości, które umożliwiają im bytowanie w tych często niesprzyjających warunkach.

Ten dział nauki dostarcza wiadomości, jak wykorzystać drobnoustroje do oczyszczania ścieków, rewitalizacji terenów zanieczyszczonych lub ubogich biologicznie.

W mikrobiologii jednostką podstawową jest szczep. Jest to populacja drobnoustrojów w obrębie gatunku lub odmiany, wyróżniająca się określonymi cechami. Różne KLONY należące do tego samego gatunku wprowadzone z poszczególnych czystych kultur izolowanych niezależnie od siebie nazywa się w mikrobiologii szczepami.

Szczepy grupowane są w gatunki (species) , gatunki w rodzaje (genus), a rodzaje w rodziny (końcówka -acea)

KOLONIA BAKTERYJNA - widoczne gołym okiem skupisko wielu komórek powstałych (w wyniku podziałów) jednej komórki bakteryjnej. W celu uzyskania pojemnych kolonii stosuje się różne metody posiewów mikrobiologicznych na mikrobiologiczne podłoża hodowlane różnego typu.

JTK - jednostki tworzenia kolonii (ang. CFU)

Hodowle uzyskaną w jednej komórki bakteryjnej określamy jako czystą kulturę lub populację jednogatunkową.

Jeżeli jest to mieszanina różnych gatunków bakterii określamy ja jako populację wielogatunkową lub kulturę mieszaną.

PODŁOŻA HODOWLANE

1. Stosuje się do:

• Izolacji - uzyskanie czystych kultur ze środowiska

• Namnażanie (m.in. w celu otrzymywania biomasy czy produktów metabolizmu mikroorganizmów)

• Identyfikacja

• Poznanie cech morfologicznych i typu wzrostu

• Określenia fizjologii

W procesach biotechnologicznych bardzo istotne jest dobranie takiej pożywki, która zapewni wyselekcjonowanym szczepom mikroorganizmów maksymalną ekspresję fenotypową określonej cechy

2. Cechy podłoży:

• Zawartość wody minimum 30%

• Zawartość łatwo dostępnych podstawowych źródeł węgla, azotu i energii

• Zawartość soli mineralnych, będących źródłem takich pierwiastków jak: P, S, Mg, Na, K, Fe, Zn, Ca, Cu, Mn, Co

• Odpowiedni odczyn (dla bakterii optimum pH:7,2-7,4; dla grzybów pH:

4,0-6,0) i odpowiednia wartość ciśnienia osmotycznego

• Sterylność i w miarę możliwości zwłaszcza w przypadku podłoży płynnych - klarowność

• Podział podłoży mikrobiologicznych:

1. Ze względu na zawartość składników odżywczych:

• Minimalne

• Pełne - mają podstawowe związki potrzebne do rozwoju

• Wzbogacone - np. z aminokwasami których bakteria sama nie wytwarza

2. Ze względu na skład chemiczny:

• Naturalne (bulion, mleko, brzeczka)

• Syntetyczne (mineralne)

• Półsyntetyczne

1. Ze względu na cel hodowli:

• Namnażające

• Izolacyjne

• Selektywne - np. z antybiotykiem - rośnie coś, a inne nie może wtedy

• Różnicujące - np. ENDO

1. Ze względu na konsystencje:

• Płynne

• Półpłynne

• Stałe

PŁYNY DO ROZCIEŃCZEŃ - sterylne, izotoniczne roztwory, o ciśnieniu osmotycznym odpowiadającym ciśnieniu wewnątrzkomórkowemu:

• Sól fizjologiczna - 0,85% roztworu NaCl

• 0,1% woda peptonowa

• Płyn Ringera (0,225% NaCl; 0,0105% KCl; 0,012% CaCl₂; 0,005% NaHCO₃)

Służą też do krótkotrwałego przechowywania szczepów w formie zawiesina

DEZYNFEKCJE - proces ZABICIA wszystkich form wegetatywnych mikroorganizmów chorobotwórczych i niechorobotwórczych za pomocą metod fizycznych i chemicznych. Proces ten nie zapewnia całkowitej jałowości, gdyż pozostają aktywne formy przetrwane bakterii

STERYLIZACJA - wyjałowiane - ujęciu mikrobiologicznych to proces polegający na ELIMINACJI wszystkich mikroorganizmów - niezależnie od stadium rozwojowego, a więc form wegetatywnych i przetrwanych. Proces przeprowadza się metodami mechanicznymi, fizycznymi i chemicznymi.

BIOSTATYCZNOŚĆ - np. bakteriostatyczność - hamowanie rozwoju, wzrostu i rozmnażania drobnoustrojów (biostaza). Po przeniesieniu mikroorganizmów do środowiska pozbawionego środka dezynfekcyjnego lub po ustaleniu jego działania, mikroorganizmu odzyskują możliwość wzrostu rozwoju i rozmnażania.

BIOBÓJCZOŚĆ - wywołanie efektu letalnego (śmiertelnego), po zastosowaniu danej substancji czy czynnika.

METODY FIZYCZNE

1. TERMICZNE

Ze sterylizacją termiczną związane SA dwa terminy:

• CZAS ŚMIERCI CIEPLNEJ - czas potrzebny do zabicia wszystkich drobnoustrojów tego samego gatunku przy określonej temperaturze i składzie pożywki.

• PUNKT ŚMIERCI CIEPLNEJ - temperatura, która zabija hodowlę bakteryjną w ciągu 10 min.

• Zastosowanie wysokich temperatur (na sucho)

• Wyżarzanie (ez) i opalanie (np. wylotów probówek)

• Sterylizacja gorącym, suchym powietrzem (temperatura 160^oC - 2h lub 180^oC - 1,5h)

• Zastosowanie wysokich temperatury (na mokro)

• Gotowanie

• Sterylizacja gorącą bieżącą para wodną - PASTERYZACJA:

• DŁUGOTRWAŁA (niska; LILT - Low Temperature Long Time, 62-65^oC/20-30min)

• KRÓTKOTRWAŁA (wysoka, HIST - High Temperature Short Time) temperature 72^oC/15sekund

• MOMENTALNA - temperatura 85-90^oC/1-2sekundy (pasteryzacja przy krótkim kontakcie np. metoda pakowania mleka, soków (UHT)

• TYNDALIZACJA - pasteryzacja frakcjonowana trzykrotna pasteryzacja przeprowadzona w odstępach co 24h w APARACIE KOCHA

• Sterylizacja gorącą parą wodną pod ciśnieniem - sterylizacja w AUTOKLAWIE

Aby uzyskać właściwy efekt sterylizacji w autoklawie proces musi przebiegać w optymalnej temperaturze, przy odpowiednim ciśnieniu i przez określony czas.

Pomiędzy ciśnieniem, a temperaturą wewnątrz autoklawu, a także pomiędzy temperaturą, a efektem sterylizacji istnieją ścisłe zależności:

Przy nadciśnieniu:

0,0 atm - temperatura w autoklawie 100^oC

0,5 - 111,7 - (112) ^oC

1,0 - 120,6 - (121) ^oC

2,0 - 133,9 - (134) ^oC

Stosując dla poszczególnych temperatur zmienny parametr czasu ekspozycji uzyskuje się podobne efekty odkażania:

121 ^oC - 2 min

110 ^oC - 20 min

100 ^oC - 200 min

Im wyższe jest ciśnienie wewnątrz kotła tym wyższe są temperatury, a im wyższa temperatura tym niższy okres sterylizacji stosując zwiększone ciśnienie uzyskuje się możliwość zniszczenia zarówno form wegetatywnych jak i przetrwalnikowych

Czas sterylizacji zalęzy też od objętości materiału i rodzaju przedmiotów poddawanych sterylizacji. Im większa objętość tym większy czas.

Niektóre termo wrażliwe produkty płynne (np. mleko) poddaje się sterylizacji błyskawicznej (UHT - Ultra High Temperature) w systemie przepływowym lub poprzez wtrysk pary wodnej o temperaturze 135-150 ^oC w czasie 2-9 sekund. Procedura ta niszczy formy wegetatywne i przetrwane w stopniu zapewniającym trwałość handlową produktu ( jeśli zostanie zapakowany w sterylnych warunkach)

---