Резюме. 
Микробиология: теория и практика

Общее свойство кисломолочных продуктов — образование при их производстве большого количества молочной кислоты из сахара, что приводит к снижению pH и предотвращает развитие гнилостных микроорганизмов. Стартовые культуры молочнокислых бактерий (МКБ) в процессе брожения не только подкисляют молоко, но и образуют ароматические вещества. Кисломолочные продукты усваиваются в организме человека втрое быстрее обычного молока. В настоящее время производят большое количество разных видов кисломолочных продуктов. Приготовление масла является распространенным методом хранения молочного жира. При брожении лактококков белки молока теряют свою структуру, что облегчает их удаление из продукта, а диацетил, образуемый этими бактериями, придает маслу его характерный запах, цвет и вкус. В настоящее время известно около 2 тыс. разновидностей сыра, изготавливаемых во всем мире. Стартовые культуры МКБ при производстве сыров добавляют к свежему молоку для образования творожистого сгустка. Сырный сгусток отделяют от молочной сыворотки и перед созреванием прессуют и помещают в солевой раствор. На стадии его созревания в сыр могут быть введены и другие микробные культуры. МКБ используют в качестве заквасок для некоторых мясных и рыбных продуктов. Молочнокислое брожение применяют также при приготовлении квашеных овощей и капусты. Образованная молочная кислота и низкие значения pH выступают в этих случаях в качестве естественных консервантов. С помощью молочнокислого брожения растительный материал можно сохранить для скармливания скоту в виде силоса. Брожение происходит под действием природных популяций микроорганизмов, населяющих наземные части растений. Образующаяся при силосовании молочная кислота снижает pH корма и тем самым консервирует его.

Микроорганизмы, специально вносимые в тесто, используют при хлебопечении с двумя целями: для образования большого количества углекислого газа, который поднимает тесто и для синтеза дополнительных соединений, придающих специфический вкус и аромат определенным сортам хлеба. Ведущая роль в формировании свойств хлеба отводится пекарским дрожжам. Они в условиях недостатка кислорода проводят спиртовое брожение, превращая углеводы теста в этанол и углекислый газ, поднимающий опару. Основную роль в формировании вкусовых качеств специальных сортов хлеба играют бактерии. Закваски для хлебопечения должны не содержать посторонних микроорганизмов и быть устойчивыми при хранении. Дрожжи-сахаромицеты — это основной действующий элемент в процессах приготовления алкогольсодержащих напитков (вина и пива). Такие продукты могут быть получены из различного растительного сырья, которое содержит доступные углеводы. Наиболее традиционным способом приготовления вина является сбраживание виноградного сока естественной микробиотой винограда или специальными заквасками дрожжей. Приготовление пива отличается использованием зернового сырья, не содержащего сбраживаемых сахаров. Сами дрожжи не обладают амилазами, поэтому крахмал зерна должен быть сначала гидролизоваи до олигои моносахаридов. При использовании ячменя осахаривание крахмала зерна происходит под действием самих ячменных амилаз.

Получение уксуса основано на способности уксуснокислых бактерий осуществлять неполное окисление этанола в ацетат.

Микроорганизмы сами могут быть источником пищи для человека и животных, а также добавками к основной диете, так как содержат в клетках все необходимые питательные элементы. Они быстро растут на простом дешевом сырье и эффективно накапливают белок.

С помощью микроорганизмов получают как простые органические и неорганические вещества, так и соединения со сложной структурой. Из-за необходимости перехода на возобновляемые источники энергии разрабатывают микробиологические процессы их получения. Микробиологическая переработка растительного и животного сырья является наиболее эффективным способом уничтожения сельскохозяйственных отходов, сопровождающегося получением полезных продуктов.

Значительное место микробиологические процессы занимают в фармацевтической промышленности, в первую очередь при производстве витаминов, антибиотиков, ферментов и стероидных гормонов. Некоторые микроорганизмы способны специфически отщеплять или присоединять атомы и группы в нужном положении, тем самым, превращая низкоактивные стероиды растительного происхождения в гормональные препараты. Микробные ферменты применяют не только в медицине, но и в хозяйственной деятельности. Многие микробные полисахариды находят применение в промышленности, медицине и научных исследованиях.

Велика роль микроорганизмов в сельском хозяйстве. В свежем навозе содержится значительное число микроорганизмов, связанных с желудочно-кишечным трактом животных. При хранении навоза активность и длительность микробных процессов в нем зависит от условий и способа хранения. В традиционном земледелии большинство органических остатков превращается в органические удобрения в результате компостирования. Для защиты сельскохозяйственных растений от поражения фитопатогенными грибами микроорганизмы-антагонисты либо вносят в почву, либо обрабатывают ими семена и корни высаживаемых растений. С помощью бактерий и грибов получают энтомопатогенные препараты, обладающие избирательной токсичностью для личинок и взрослых особей многих насекомых, но не опасные для других членов экосистемы и человека. Биопрепараты комплексного действия на основе микроорганизмов рассматривают как заменитель химических препаратов для земледелия. Во многих странах используют препараты азотфиксаторов, обрабатывая ими семена и корни растений или непосредственно запахивая в почву. Ряд биопрепаратов применяют для активизации микробиологических процессов в почвах.

Способность микроорганизмов окислять восстановленные соединения серы и металлов применяют в биогидрометаллургии бедных руд. Суспензия таких микробов, обогащенная кислородом, осуществляет реакции, переводящие металл в растворенное состояние.

Вымачивание волокнистых растений для отделения целлюлозных волокон друг от друга приводит к микробному разложению пектина.

Микроорганизмы можно использовать в качестве биосенсоров и тестсистем в научных исследованиях, поскольку они достаточно легко подвергаются «конструированию», и поэтому их широко применяют как объекты генно-инженерных разработок.

Традиционно загрязнения подразделяют на неорганические, газообразные, органические и биологические. По своим физико-химическим свойствам все загрязнения делят на летучие и нелетучие, твердые, полужидкие и жидкие, растворимые и нерастворимые в воде. В зависимости от характера производства состав загрязнений в промышленных стоках может сильно различаться. Обработка сточных вод заключается в практически полном удалении из них органического вещества. В полужидких и твердых отходах удаляется прежде всего быстро разлагаемая часть органических соединений, а оставшаяся часть стабилизируется. В современных процессах очистки, в основном, применяют естественно складывающиеся микробные сообщества.

В настоящее время активно разрабатывают и используют аэробные процессы, позволяющие с высокой скоростью удалять даже низкие концентрации органических веществ. При анаэробной обработке преимуществами являются незначительное образование биомассы, возможность удалять высококонцентрироваиные вещества и попутное образование метана. Для глубокой очистки применяют комбинацию бескислородной и аэробной обработки.

Самыми простыми способами очистки сточных вод является их отстаивание и фильтрация. К простым очистным сооружениям относятся струйные и дисковые биофильтры. При централизованной очистке сточных вод применяют принудительную аэрацию и поддерживают высокую плотность микробной популяции. Процесс аэробной очистки сточных вод на основе активированного ила состоит из 3—4 стадий. В микробное сообщество активного ила входят разнообразные микроорганизмы, многие из которых имеют слизистые капсулы. Ил содержит много микроорганизмов, не поддающихся лабораторному культивированию и определенных с помощью молекулярно-биологических методов. Анаэробную обработку применяют в случае концентрированных сточных вод. Поскольку рост микробного сообщества в анаэробных условиях замедлен, то в реакторе необходимо удерживать максимальное количество биомассы. Образование метаногенных гранул — это пример самоиммобилизации микроорганизмов, для которых тесное соседство необходимо для межвидового переноса промежуточных веществ.

Полужидкие отходы, а также растительные и пищевые остатки перерабатывают обычно в метантенках. Самым простым методом утилизации твердых бытовых и промышленных отходов (ТБО) является их захоронение в естественных понижениях рельефа местности с последующей засыпкой слоем грунта. В погребенных отходах анаэробное разложение сдерживается низкой влажностью и небольшой плотностью популяции микроорганизмов-деструкторов. Свалки и полигоны ТБО вносят существенный вклад в парниковый эффект. Все большую популярность приобретает компостирование ТБО. При твердофазной анаэробной переработке ТБО загружают в специальные реакторы для получения метана. Процесс может быть периодическим или непрерывным.

При загрязнении окружающей среды биоремедиация может осуществляться путем стимуляции развития активных микроорганизмов, уже имеющихся в месте загрязнения, или внесения в загрязненную область микробов с уже известными биоразрушающими способностями. В разрушении сложных, устойчивых веществ важны процессы синтрофии и кометаболизма. Доступность вещества-загрязнителя в различных природных местообитаниях для способных разрушить его микроорганизмов во многом будет зависеть от физико-химических свойств данного местообитания. Свойства водной экосистемы довольно легко поддаются лабораторному моделированию, в то время как почва может значительно изменять характеристики процессов, разработанных в лаборатории.

В настоящее время загрязненные почвы и грунты либо обрабатывают на месте, либо вывозят и подвергают обработке на специальных предприятиях. Наряду с физическим устранением загрязнения применяют и биоразлагающую способность микроорганизмов. Разработан целый ряд микробных препаратов на основе чистых и смешанных культур углеводородокисляющих микроорганизмов.

Опасность разлива нефти в водоемах определяется быстротой ее распространения по большой площади и образованием поверхностной пленки. Очистные мероприятия заключаются прежде всего в ограничении распространения нефтяного пятна и механическом сборе нефтяной пленки с поверхности воды. Микробиологическая биоремедиация осуществляется на месте загрязнения путем стимуляции естественной углеводородокисляющей микробиоты или с помощью вносимых микробных препаратов.

Отмечено явление адаптации микроорганизмов в природных и искусственных экосистемах, когда при повторном попадании данного соединения микробное сообщество осуществляет его переработку с большей скоростью и при более высоких концентрациях.