Микробиология
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Микробиология
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 263
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-16-015357-5
ISBN-онлайн: 978-5-16-107807-5
Артикул: 685787.05.01
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти
В учебнике изложены краткая история развития микробиологии, общие свойства микроорганизмов, их положение в природе, современные представления о морфологии прокариотических и эукариотических микроорганизмов. Представлены основные принципы классификации микроорганизмов, основы физиологии и генетики. Описаны способы и условия культивирования микроорганизмов. Рассмотрены важнейшие биохимические процессы, вызываемые хемогетеротрофными микроорганизмами, и их практическое значение в производстве пищевых продуктов и в народном хозяйстве. Рассмотрены методы иммобилизации клеток микроорганизмов и их практическое значение. Показана роль микроорганизмов в производстве пищевых продуктов из растительного сырья а также для получения практически значимых для народного хозяйства органических кислот.
Текст учебника сопровождается иллюстрациями. В конце каждой главы даны контрольные вопросы для самопроверки.
Предназначен для студентов вузов, обучающихся по направлениям «Продукты питания из растительного сырья», «Технология и организация общественного питания», «Технология детского и функционального питания».
Только для владельцев печатной версии книги: чтобы получить доступ к дополнительным материалам, пожалуйста, введите последнее слово на странице №131 Вашего печатного экземпляра.
Ввести кодовое слово
ошибка
-
1027239_Облако.pdf
Скопировать запись
Микробиология, 2024, 685787.07.01
Микробиология, 2021, 685787.03.01
Микробиология, 2020, 685787.02.01
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИКРОБИОЛОГИЯ Н.Г. ИЛЬЯШЕНКО Л.Н. ШАБУРОВА М.В. ГЕРНЕТ Москва ИНФРА-М 2022 УЧЕБНИК Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом профессионального образования в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки 19.03.02 «Продукты питания из растительного сырья», 19.03.04 «Технология продукции и организация общественного питания» (квалификация (степень) «бакалавр») (протокол № 17 от 11.11.2019)
УДК 579(075.8) ББК 28.4я73 И49 Ильяшенко Н.Г. И49 Микробиология : учебник / Н.Г. Ильяшенко, Л.Н. Шабурова, М.В. Гернет. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 263 с. + Доп. материалы [Электронный ресурс]. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/1027239. ISBN 978-5-16-015357-5 (print) ISBN 978-5-16-107807-5 (online) В учебнике изложены краткая история развития микробиологии, об- щие свойства микроорганизмов, их положение в природе, современные представления о морфологии прокариотических и эукариотических ми- кроорганизмов. Представлены основные принципы классификации микро- организмов, основы физиологии и генетики. Описаны способы и условия культивирования микроорганизмов. Рассмотрены важнейшие биохимиче- ские процессы, вызываемые хемогетеротрофными микроорганизмами, и их практическое значение в производстве пищевых продуктов и в народном хозяйстве. Рассмотрены методы иммобилизации клеток микроорганизмов и их практическое значение. Показана роль микроорганизмов в производ- стве пищевых продуктов из растительного сырья, а также для получения практически значимых для народного хозяйства органических кислот. Текст учебника сопровождается иллюстрациями. В конце каждой главы даны контрольные вопросы для самопроверки. Соответствует требованиям федеральных государственных образова- тельных стандартов высшего образования последнего поколения. Предназначен для студентов вузов, обучающихся по направлениям «Про- дукты питания из растительного сырья», «Технология продукции и органи- зация общественного питания». УДК 579(075.8) ББК 28.4я73 Р е ц е н з е н т ы: Кобелев К.В., доктор технических наук, заместитель директора по научной работе Всероссийского научно-исследовательского инсти- тута пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленно- сти — филиала Федерального научного центра пищевых систем име- ни В.М. Горбатова Российской академии наук; Погоржельская Н.С., кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского ин- ститута пищевой биотехнологии — филиала Федерального исследо- вательского центра питания, биотехнологии и безопасности пищи ISBN 978-5-16-015357-5 (print) ISBN 978-5-16-107807-5 (online) © Ильяшенко Н.Г., Шабурова Л.Н., Гернет М.В., 2019 Материалы, отмеченные знаком , доступны в электронно-библиотечной системе Znanium.com
Предисловие Учебник «Микробиология» написан в соответствии с про- граммой учебной дисциплины (2019 г.) по направлению подго- товки «Продукты питания из растительного сырья», а также в соот- ветствии с Федеральным государственным образовательным стан- дартом высшего образования и Государственными требованиями к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки вы- пускников по указанному направлению. Учебник предназначен для студентов высших учебных заве- дений пищевых производств, изучающих дисциплину «Микроби- ология», обучающихся по направлению подготовки «Продукты питания из растительного сырья». Учебник может быть полезен студентам-бакалаврам, обучающимся по направлению «Технология производственных продуктов специального назначения и общественного питания», «Технология детского и функционального питания», а также студентам-магистрам, обучающимся по направлению « Продукты питания из растительного сырья». Изучив материал, изложенный в учебнике «Микробиология», студент должен знать биологические особенности микроорганизмов, применяемых в производстве пищевых продуктов и конта- минирующих производство, закономерности, условия их развития и способы культивирования, уметь применять в практической деятельности специализированные знания о микробиологических процессах, происходящих при производстве продуктов питания из растительного сырья, а также применять знания, полученные в результате изучения материала общей микробиологии, в практической деятельности при проведении микробиологического контроля на предприятии, осуществлять ориентировочную первичную идентификацию основных групп микроорганизмов пищевых производств по культуральным и морфологическим признакам.
Введение Микробиология как наука. Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе и хозяйственной деятельности человека Микробиология (от греч. micros — малый, bios —жизнь, logos — учение) является одной из биологических наук. Ее название пред- ложил Э. Дюкло. Микробиология изучает мир мельчайших живых организмов, которые невидимы невооруженным глазом и впослед- ствии были названы микроорганизмами. Многие микроорганизмы имеют микроскопически малые размеры — от долей микрометра до нескольких микрометров 1, а размер отдельных структур клеток измеряется в нанометрах 2. Многообразный мир микроорганизмов включает представи- телей разных систематических групп: бактерии, грибы, водоросли и простейшие. Большинство микроорганизмов одноклеточные, а многоклеточные формы сравнительно мало дифференцированы. К ультрамикроскопическим существам относятся вирусы, ко- торые не имеют клеточного строения, паразитируют внутри клеток человека, животных, растений и бактерий, их обнаружено более 1000. Размеры вирусов настолько малы, что их можно увидеть только с помощью электронного микроскопа. Микроорганизмы обладают самыми разнообразными функ- циями, которые имеют большое значение в процессах круговорота веществ в природе, а также влияют на научную и практическую дея- тельность человека. Они широко распространены в окружающей среде. Трудно найти на Земле место, где бы они не существовали. Окружающая человека среда — воздух, почва, вода, растения, жи- вотные — населена бесчисленным количеством разнообразных по форме и свойствам микроорганизмов. Они обитают в почве, водоемах, распространены во всех климатических зонах. Особенно много микроорганизмов в почве, поскольку она содержит все необ- ходимые для их жизнедеятельности питательные вещества и влагу. Вода, как и почва, служит благоприятной средой для развития микроорганизмов. Микроорганизмы обитают и в организме чело- 1 1 мкм (микрометр) = 10–3 мм = 1 000 000 Ẫ (ангстрем). 2 1 нм (нанометр) =10–6 мм.
века: на слизистых оболочках, коже, особенно много их в пищева- рительном тракте. Воздух не является благоприятной средой для развития микро- организмов из-за недостатка в нем питательных веществ, влаги, а также действия ультрафиолетовых лучей. В воздух микроорга- низмы попадают с пылью, атмосферными осадками, а также пере- носятся насекомыми. Важным признаком микроорганизмов является их способность к быстрому размножению. При благоприятных условиях многие бактерии воспроизводят новую клетку каждые 8–10 и 30–60 мин, мицелиальные грибы и дрожжи размножаются в течение 1,5–2 ч. Микроорганизмы отличаются разнообразием физиологических и биохимических свойств. Они могут расти и сохраняют свою жиз- неспособность при воздействии разнообразных экстремальных фи- зических и химических факторов (высокая и низкая температура, действие различного рода излучений, высушивание, высокое осмо- тическое давление, недостаток влаги и др.), при которых растения и животные существовать не могут. Микроорганизмы обладают вы- сокой степенью адаптации к условиям окружающей среды благодаря способности синтезировать самые разнообразные ферменты по мере необходимости при появлении соответствующих субстратов. Микроорганизмы характеризуются разнообразными потреб- ностями в питательных веществах, получая энергию для размно- жения и жизнедеятельности. В своем обмене веществ они исполь- зуют практически все природные соединения, могут жить там, где другие живые существа обитать не в состоянии. Благодаря малой массе они легко переносятся с потоками воз- духа, поэтому в естественных условиях любое место и любой суб- страт на нашей планете заселены микроорганизмами. Значение микроорганизмов в природе столь велико, что жизнь на Земле без их участия была бы невозможна. Важной функцией микроорганизмов является их активное участие в круговороте ве- ществ, особенно углерода, в природе. Благодаря их жизнедеятель- ности остатки органического происхождения (белки, углеводы, жиры) превращаются в минеральные соединения — диоксид угле- рода, нитраты, аммиак, сульфаты, что обеспечивает их возвращение в атмосферу и делает доступными для питания растений. Растения синтезируют из этих образовавшихся соединений сложные органи- ческие вещества, которые служат пищей для человека и животных. Особенно богата микроорганизмами почва, они играют важную роль в геохимических превращениях азота, фосфора, серы, железа, марганца и других элементов. Их биохимическая деятельность
связана с почвообразовательными процессами, способствующими повышению плодородия почв и увеличению урожайности сельско- хозяйственных культур. Жизнедеятельность микроорганизмов используют во многих отраслях промышленности: в производстве органических кислот (молочной, масляной, лимонной и др.), ацетона, бутилового и эти- лового спиртов; используют в производстве БАД и антибиотиков. С давних пор микроорганизмы применяют в хозяйственно-техниче- ской деятельности человека в пищевой и легкой промышленности, а также в домашнем хозяйстве. Дрожжи, например, используют для получения хлеба, вина, пива, спирта, кваса. Молочнокислые бак- терии применяют в производстве различных кисломолочных про- дуктов, они же участвуют в процессах созревания сыров, квашении овощей, при получении силоса — корма для скота. Многие микроорганизмы играют отрицательную роль, вызывая заболевания человека, животных и растений, разрушая различные материалы, нанося большой ущерб во многих сферах хозяйственной деятельности человека. В технологических процессах при полу- чении пищевых продуктов они контаминируют их и способствуют порче сырья, снижая его качество. Без знания микробиоты сырья и пищевых продуктов, специфи- ческих свойств контаминирующих их микроорганизмов, биохими- ческой деятельности микроорганизмов в зависимости от факторов окружающей среды невозможно управлять технологией произ- водства пищевых продуктов в целях повышения их качества и без- опасности.
Глава 1. КРАТКИЙ ОЧЕРК ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ МИКРОБИОЛОГИИ Со времен глубокой древности, задолго до открытия микроорга- низмов, человек использовал такие микробиологические процессы, как сбраживание виноградного сока, сквашивание молока, полу- чение уксуса, приготовление теста, а также сталкивался с их от- рицательной деятельностью. В старинных летописях описываются опустошительные эпидемии чумы, холеры, оспы и других заразных болезней. Исторический путь познания мира микроорганизмов условно можно разделить на пять периодов: неожиданная находка и догадка (эвристический), описательный (морфологический), фи- зиологический, иммунологический, молекулярно-генетический. На протяжении длительного времени человек жил в окружении невидимых существ, страдая от них тогда, когда они служили при- чиной заболеваний или портили запасы пищи, но не подозревал об их присутствии, потому что они не были видимы человеческим глазом. Попытки преодолеть созданный природой барьер и расширить возможности человеческого глаза предпринимались давно. Так, при археологических раскопках в Древнем Вавилоне находили двояко- выпуклые линзы — самые простые оптические приборы, изготов- ленные из горного хрусталя. Можно считать, что с изобретением этих линз человек сделал первый шаг на пути в микромир. Дальнейший прогресс в развитии оптической техники относится к XVI–XVII вв. и связан с развитием астрономии. В начале XVII в. Галилео Галилей сконструировал первый простой микроскоп, ко- торый затем совершенствовали другие исследователи. Изобретение микроскопа открыло новые возможности для изучения живой при- роды. Одним из первых микроскоп, состоящий из двух двояковыпу- клых линз, дававших увеличение примерно в 30 раз, сконструировал и использовал для изучения строения растений английский физик, изобретатель Роберт Гук (1635–1703). Изучая строение растений и рассматривая срезы древесной пробки, он обнаружил правильное ячеистое строение ткани и ввел термин «клетка» для обозначения структурных единиц построения сложного живого организма. Это название было использовано в книге «Микрография» (1665).
Дальнейшее проникновение в тайны микромира привело к необхо- димости овладения искусством шлифования линз и совершенство- вания оптических приборов. Первое обстоятельное наблюдение и описание микроорганизмов принадлежит голландскому коммерсанту, мануфактурщику Ан- тони ван Левенгуку (1632–1723). Чтобы изучать строение льняных волокон, он отшлифовал для себя несколько линз. Позднее он достиг большого совершенства в деле изготовления маленьких, но мощных линз и сконструировал прибор, напоминающий микро- скоп, позволяющий увеличивать изображение предмета в 300 раз. Не имея естественно-научного образования, но обладая природной любознательностью, А. Левенгук с интересом рассматривал воду из пруда, различные материалы и объекты. Он увидел в них живые микроскопические существа разнообразных форм и размеров, которых называл «анималькулюсами» — «живыми зверьками». С 1674 г. результаты своих наблюдений и подробные отчеты он посылал в Лондонское королевское общество, членом которого впоследствии был избран. В 1695 г. он опубликовал свои наблюдения и описал их в книге «Тайны природы, открытые Антони ван Ле- венгуком». Его открытия вызвали живейший интерес и послужили толчком для многих ученых к изучению микромира. На протяжении полутора веков после изобретения микроскопа и открытий А. Левенгука ученые в основном занимались описанием микроорганизмов. Этот этап в развитии микробиологии носит название морфологического (описательного) периода (XVII– XVIII вв.). Микроорганизмы изучали без учета эволюционных связей и изменчивости, не учитывая условия внешней среды, и длился этот период до середины XIX в. Только спустя 150–200 лет начали изучать физиологию и обмен веществ у микроскопических существ и их роль в природе, а также в деятельности и жизни человека. Были выяснены причины брожения, гниения, установлена роль микроорганизмов в этиологии инфекционных болезней, круговороте азота, углерода и других веществ. Развитие промышленного капитализма обусловило бурный рост естествознания и технических наук, в том числе микробиологии. Уже в начале XIX в. стали появляться первые робкие указания на роль микроорганизмов в инфекционных заболеваниях и бродильных процессах. Новый период в развитии микробиологии — физиологический — был связан с важнейшими открытиями в этой области и выдающимися работами гениального французского ученого химика и микробиолога Луи Пастера (1822–1895).
Л. Пастер впервые использовал экспериментальный метод исследования в микробиологии и сделал ряд исключительно важных открытий. Он установил, что микроорганизмы различаются не только внешним видом, но и характером жизнедеятельности. Они вызывают разнообразные химические превращения в субстратах ( средах), в которых развиваются. Л. Пастер доказал, что происходящее в виноградном соке спиртовое брожение обусловлено жизнедеятельностью микроорганизмов — дрожжей. Это открытие опровергло господствующую в то время теорию Либиха о химической природе процесса брожения. Изучая причины «болезни» вина и пива, Л. Пастер доказал, что возбудителями их являются микроорганизмы; чтобы предотвратить порчу, он предложил прогревать напитки в течение нескольких минут при температуре 50–60 °C. Такой метод сохранения продуктов применяют в настоящее время и называют пастеризацией. Позднее он обнаружил, что существуют микроорганизмы, способные расти без доступа молекулярного кислорода, и назвал их анаэробами. Л. Пастер не мог пройти мимо таких распространенных и важных процессов, как гниение белковых веществ, обычно сопровождающееся образованием дурно пахнущих продуктов и ранее рассматривавшееся как чисто химический процесс. В результате многочисленных экспериментов он установил микробиологическую природу этих процессов. Л. Пастеру также удалось доказать, что распад мочевины обусловлен деятельностью микроорганизмов, и описать некоторые бактерии, вызывающие этот процесс. Одним из важнейших теоретических открытий Л. Пастера являются работы о невозможности самозарождения. Многие века ученые спорили о том, откуда возникают живые существа, в том числе микроорганизмы. К середине XIX в. эта проблема приобрела большую остроту и вышла далеко за рамки чисто научных дискуссий. Классики древности (Аристотель, Вергилий и др.) полагали, что даже высокоорганизованные существа могут возникать из мертвой материи. Французская Академия наук объявила премию за решение вопроса о самопроизвольном зарождении. Эта премия была присуждена Л. Пастеру, который проведенными экспериментами опроверг эту теорию и опытными путем доказал, что если питательные среды полностью обеспложены от наличия «зародышей» микроорганизмов, то жизнь в любых формах не зарождается. Он доказал, что инфекционные болезни человека и животных возникают вследствие развития особых микроорганизмов, и причиной каждого заболевания служат определенные микроор-
ганизмы. Л. Пастер разработал и научно обосновал метод предупреждения инфекционных болезней, изготовил вакцины против бешенства и сибирской язвы, тем самым положив начало развитию медицинской микробиологии. Открытие и изучение биологических свойств возбудителей болезней сопровождалось разработкой номенклатуры и классификации микроорганизмов. Первая попытка систематизировать микроорганизмы была предпринята Феликсом Коном (1828–1898). Этот период (конец XIX — начало XX в.), который считается четвертым, иммунологическим, этапом развития микробиологии и иммунобиотехнологии, связан с именами двух великих ученых — И.И. Мечникова (1845–1916) и П. Эрлиха (1854–1915). За работу по иммунитету (фагоцитозу) им была при- суждена в 1908 г. Нобелевская премия. Основоположником медицинской микробиологии наряду с Л. Пастером является немецкий ученый Роберт Кох (1843–1910), который ввел в микробиологическую практику плотные пита- тельные среды для выращивания микроорганизмов. Эти исследо- вания привели к разработке метода выделения микроорганизмов в чистые культуры, т.е. выращивание культур каждого вида в от- дельности. Исследования позволили обнаружить неизвестные ранее микроорганизмы и выявить особенности жизнедеятельности отдельных представителей мира живых существ. Р. Кох также из- учал возбудителей многих инфекционных болезней (сибирской язвы, туберкулеза, холеры и др.). Он сформулировал основные тре- бования к работе с болезнетворными микроорганизмами и ответил на вопрос, служат ли они возбудителями данного заболевания: • микроорганизм должен сопутствовать данному заболеванию и отсутствовать при других; • должна быть получена чистая культура этого микроорганизма; • при помощи выделенного микроорганизма необходимо вызвать данное заболевание у восприимчивого здорового животного. Р. Кох заложил основы методики микробиологических исследо- ваний. За исследования возбудителя туберкулеза (палочки Коха) ему была присуждена в 1905 г. Нобелевская премия. После выда- ющихся работ Р. Коха по этиологии инфекционных болезней ме- дицинская микробиология сформировалась как самостоятельная наука. К концу XIX в. с развитием промышленности стало ясно, что микробиологические процессы имеют важное значение в бро- дильных, пищевых производствах и в сельском хозяйстве. По- явилась потребность в более широком изучении микроорганизмов. Огромная роль в развитии общей микробиологии, изучающей микроорганизмы почв и вод, принадлежит голландскому ученому
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти