> Техника, страница 61 > Микробиология техническая

Микробиология техническая

Микробиология техническая, одна из ветвей науки о мире микроорганизмов. Под общим именем «микроорганизмы», или «микробы» объединена достаточно пестрая смесь представителей как растительного, так и животного миров. Сюда относятся как бактерии, так и дрожжевые грибы и простейшие даже плесневые грибы. Выделение изучения этих организмов в особую науку^-микробиологию (или микробию, по терминологии Пастера) оправдывается и в настоящее время двумя моментами: 1) их громадной и в некоторых отношениях резко отличной от других представителей живых организмов ролью в круговороте веществ и в жизни человека и 2) что особенно важно своеобразностью методов исследования их (чистые культуры). Помимо громадного значения в круговороте веществ в природе микроорганизмы играют большую роль и в жизни человека и притом с разных сторон: одни являются опасными врагами — возбудителями разных болезней (патогенные), другие, наоборот, стоят на страже нашего здоровья, третьи осуществляют серьезные изменения в химизме почвы и тем привлекают к себе внимание сельских хозяев, и наконец имеется большое количество микроорганизмов, представляющих собой агентов или вредителей в самых разнообразных производствах. Подход к изучению каждой из этих групп имеет свои специфические особенности и преследует в конечном итоге несколько различные цели, вследствие чего эти дисциплины отличаются, и в методич. отношении. Поэтому в настоящее время обособились в достаточно резком виде самостоятельные научные дисциплины: микробиология медицинская, с.-х. и техническая.

Виноделие, приготовление уксуса и кислого теста, квасоварение и ряд других процессов, теснейшим образом связанных с жиз-

недеятельностью микроорганизмов, были известны и вошли в обиход во времена, уходящие за пределы истории. Процессы эти у нас получили название «брожений», а в средние века их называли «ферментация»—термин, не вполне потерявший свое значение и в настоящее время. ·

Бродильные процессы лежат в основе многих и разнообразных производств, в которых микроорганизмы являются агентами, направляющими процесс в ту или иную сторону. Все эти производства могут быть грубо разделены на две большие группы. В одних случаях бродильный материал в целом, в результате развивающихся в нем под влиянием микроорганизмов биохимич. процессов, приобретает ценные для человека свойства и становится фабрикатом. Это имеет место гл. обр. в производствах пищевых и вкусовых продуктов, например вина, пива, кефира, простокваши и прочие В других же случаях микробиологический процесс имеет целью накопление в субстрате таких химич. тел, как, ацетон, уксусная или молочная кислоты ит.д., которые затем выделяются из субстрата (ректификуются): —отгоном, молочная к-та—переведением ее в соль и т. д., то есть теми же методами, к-рыми вообще пользуется всякое химич. производство. Легко понять, что именно последнее направление наиболее тесно связано с успехами в области теоретич. познания микроорганизмов и возбуждаемых ими процессов брожений, так как для него представляется существенно важным стремление как к увеличению выходов нужного вещества, так и к возможности получения его в наиболее чистом, то есть сопровождаемом наименьшим количеством посторонних примесей, виде. В некоторых случаях искусственным вмешательством экспериментатора удается извратить процесс и направить его по иному руслу. Напр., обогащая субстрат, в котором развиваются дрожжи, белками и продуктами их распада, удается добиться значительного повышения выходов сивушного масла и в частности имеющего большое значение в технике амилового а;вводя в субстрат, содержащий сахар, кислые сульфаты, например кислый сернистокислый натрий, связывающийся с одним из промежуточных продуктов брожения—уксусным альдегидом, удается направить процесс не в сторону накопления а, но в сторону накопления глицерина (этим методом последний и получался в Германии во время мировой войны в заводском масштабе). В щюизводстве пищевых продуктов, наоборот, нередко решает дело не чистота основного продукта, но вкусовой эффект примесей. В качестве примеров укажем на б у к е т виноградных вин и своеобразный вкус сливочного масла, зависящий от побочных брожений. В. производствах этого рода практич. навык и вкус мастера имеют пока такое же (если не большее) значение, как и его теоретическая подготовка; однако объясняется это только несколько большей сложностью процессов, в которых принимают участие не один, а несколько микроорганизмов, и малой изученностью этих процессов. Но и в этом направлении за последнее время сделаны большие успе хи. Укажем на сыроварение, в к-ром начинает прочно прививаться применение чистых культур, приготовление сметаны,различных видов простокваши, варение и прочие.

Микробиологич. процессом, наиболее старым и благодаря громадному практич. значению (виноделие, варение, ) привлекавшим к себе внимание как практиков, так и теоретиков, а потому и наиболее изученным с разных сторон, является овое брожение. В начале 19 века было известно только два вида брожения: овое и кислотное“ причем под последним разумелось Только уксуснокислое брожение, к-рое и до настоящего времени успешно конкурирует с чисто химич. получением уксуса и уксусной кислоты путем перегонки дерева. В настоящее время значительный интерес получили молочнокислое и маслянокислое брожения, которые широко, применяются для получения соответствующих кислот в заводском масштабе. В 1893 г. Вемером было открыто лимоннокислое брожение, к-рое однако несмотря на значительный интерес пока еще встречает некоторые затруднения для осуществления его в заводском масштабе для производства лимонной кислоты. Наконец как последнее крупное приобретение М. т. в области использования микроорганизмов для продукции химическ. веществ следует указать на ацетоновое брожение. Возбудитель ацетонового брожения первоначально был выделен и изучен в Германии (Шардингер, 1905); он получил название Bacillus macerans за свою способность разрыхлять (ма-церировать) растительные ткани. Деятельностью этого микроорганизма энергично сбраживаются углеводы (сахары, крахмал) с образованием в качестве главных продуктов брожения: ацетона, этилового а и газообразных продуктов—углекислоты и водорода. Получение ацетона путем брожения имеет преимущество перед химическим способом его получения (прокаливанием уксусного порошка): в последнем случае основной продукт сопровождается значительным количеством разнообразных высших гомологов (ацетоновое масло), от которых он должен быть очищен, тогда как в процессе брожения они не образуются. Особый интерес получил открытый в 1912 году Фернбахом возбудитель ацетонобутилового брожения, при-; мененный в громадном масштабе в Англии и особенно в Америке для выработки ацетона и бутилового голя. Интерес к этому процессу объясняется как легкостью и дешевизной получения ацетона, так и ценностью другого продукта-^бутилового а, нашедшего себе громадный спрос в качестве, растворителя при фабрикации целлюлозных лаков и красок. Надо принять во внимание,

, что и газообразные продукты брожения могут найти применение, например путем ути-I лизации получающейся при овом бро-женин углекислоты (с предварительным ее ^; восстановлением до окиси углерода) для синтетического получения метилового а.

: Хотя работа в области изучения микроорга-^! низмов и их биохимич. свойств с. каждым днем приносит новые данные с точки зрения перспектив применения их в производствах,

создавая тем обширную и полную интереса область, но не следует забывать, что из всего,громадного числа микроорганизмов лишь часть (и притом относительно незначительная) нашла себе применение в производствах. Несомненно дальнейшие успехи науки широко раздвинут эти пределы, но и сейчас область М. т. не может ограничиться изучением только агентов производств. Не меньшее значение имеет параллельное разностороннее изучение также и тех микроорганизмов, которые, попадая случайно в субстрат для брожения, могут оказываться серьезными вредителями основного процесса. Понятно, что только близкое знакомство с этими организмами позволяет рационально бороться с ними и обеспечить нормальное течение основного процесса.

Весьма важный и несколько обособленный отдел М. т. представляет собой микробиология молока и молочных продуктов. Так как в молоке имеются значительные количества питательных веществ, то оно оказывается великолепным субстратом для развития самых разнообразных микроорганизмов, которые в подходящих Г-ных условиях необычайно быстро размножаются. Уже в вымени коровы молоко не стерильно, а во время доения, разливки и хранения оно в значительной степени обогащается новыми представителями микроорганизмов в различных, в зависимости от чистоты скота, помещений и рук рабочих, количествах, но всегда в громадных, выражающихся большей частью в сотнях тысяч и даже миллионах на 1 см³. Поэтому во всякой цивилизованной стране микробиология, контроль над молоком является в настоящее время безусловно необходимым. Еще недавно к продажному молоку предъявлялись требования лишь со стороны химич. контроля (содержание жира, кислотность, отсутствие посторонних примесей и консервирующих веществ), но в городах

3. Европы и Америки все с большей настойчивостью ставится на очередь вопрос о бактериологических нормах. Этот вопрос и в соответствующих учреждениях мздра-ва встречает оживленный интерес, и следует желать, чтобы нормы контроля и самый контроль вошли у нас в жизнь как можно скорее. Т. к. молоко, с одной стороны, жидко, а с другой—легко портится, а следовательно сохранение и транспорт его представляют серьезные затруднения, то человечество еще с незапамятных времен стремится к выделению из него наиболее питательноценных составных частей (жиров, белков). В настоящее время широко применяется получение из молока сметаны и творога, образующихся за счет развития в молоке и сливках молочнокислого брожения. При правильной постановке молочного дела процесс этот направляется разми чистых культур соответств. молочнокислых бактерий.

На е, в Туркестане, а также в восточных степях (районы Самары, Оренбурга и т. д.) широко распространено приготовление из молока напитков, основанное на комбинированном брожении, состоящем из молочнокислого брожения и ового (к продуктам комбинированного брожения относятся также квас, хлебная закваска, крым ская и туркестанская «буза» и прочие). Наибольшую известность получили: ский кефир, степной кумыс, айран и др. Во всех этих напитках, еще не в достаточной степени изученных, чтобы можно было с уверенностью перейти к приготовлению их на чистых культурах, главным агентом брожения являются длинные молочнокислые бактерии типа болгарской палочки (В. bulga-ricus, или В. caucasicus) и дрожжи. Напитки эти, благодаря своеобразному изменению составных частей молока (пептонизации белков) под влиянием микроорганизмов, оказываются необычайно легко усвояемыми, вследствие чего они широко рекомендуются в качестве лечебно-диэтических напитков при ряде заболеваний.

В качестве одного из наиболее совершенных методов консервирования в твердом виде питательных веществ молока нужно признать сыроварение, которое в принципе сводится к отделению и подсушиванию белков молока, проведению ряда микробиологии, процессов в нем, регулируемых темп-рой, солкой и прочие В результате удается получить высокопитательный, относительно прочный продукт, обладающий различными вкусовыми эффектами в зависимости от характера приготовления и от микрофлоры. Наибольшую ценность имеют сычужные сыры, в которых сгусток получается применением специальной закваски, получаемой настаиванием на молочной сыворотке нарезанного кусочками сычуга (желудка молочных телят). Наиболее изученным из сыров является швейцарский или эмментальский сыр.

Однако сыр является относительно стойким продуктом благодаря тем микробиологии >ским процессам, которые приводят к характерным изменениям начального сырого продукта. Во многих случаях условия жизни (особенно городской) требуют хранения и иногда продолжительного транспорта как молока, так и других скоропортящихся продуктов (, рыба, фрукты и прочие). Все подобные продукты представляют собой превосходные субстраты для развития самых разнообразных микроорганизмов, нередко в очень короткий срок портящих эти ценные для человека питательные вещества, если не приняты специальные меры к их консервированию. Более или менее длительное консервирование скоропортящихся продуктов м. б. достигнуто различными способами, сводящимися в конечном итоге: 1) к подавлению развития имеющихся в субстрате микроорганизмов и 2) к полному уничтожению их. Первое достигается созданием в субстрате неблагоприятных для развития микроорганизмов условий: хранением на холоду, высушиванием (сушеные овощи и плоды), прибавлением некоторых веществ, задерживающих развитие микроорганизмов (соленья, маринады), а иногда повышением концентрации субстрата, наир, сахара (варенье, сгущенное молоко и прочие), и конечно комбинацией того и другого. Но более совершеннее и длительное консервирование достигается вторым методом—умерщвлением зародышей микроорганизмов (стерилизацией), с попутным предг хранением материала от попадания новых микроорганиз-

мов из воздуха. Стерилизация иногда без особого ущерба для дела м. б. достигнута химически, а именно прибавлением веществ, либо не предст вляющих собой яда для человека в тех дозах, в которых они достаточны для подавления жизни микроорганизмов, либо легко удаляемых (например хлороформ, сернистый газ). Однако гораздо большее значение имеет метод стерилизации высокой t°, на к-ром основано в сущности все современное консервное дело (смотрите). В нек-рых случаях для достижения эффекта стерилизации достаточно нагревания, например в течение 1 ч. при 70—80°; способ введен в практику Пастером и получил название пастеризации. Она широко применяется для молока и других напитков (ягодных соков), не выдерживающих без изменения своих свойств более высокого нагревания. В большинстве приведенных выше примеров микроорганизмы являются ценными для производства своей биохимической деятельностью, приводящей к разнообразным химич. изменениям в субстрате и к накоплению в нем различных химич. тел. По иногда накопление продуктов брожения может иметь помимо того и механическое значение. Это имеет место при образовании глазков в сыре и особенно при разрыхлении теста, к-рое достигается тем, что дрожжи, выделяя в процессе брожения углекислоту, превращают тесто в пористую рыхлую массу. Можно привести и такие случаи, когда на микроорганизмы возлагается по преимуществу механич. задача,— напр: в процессе мочки прядильных растений (льна). Мочка сводится к облегчению выделения из стебля прядильных волокон, расположенных пучками в коровой части, с возможно полным отделением от них прочих тканей стебля (костры) и с возможно меньшим изменением ценцых физич. свойств самих волокон. Микробиология мочки пока еще мало изучена, что мешает продвижению в эту область промышленности методов чистых культур, т. к. не вполне еще выяснено значение различных встречающихся при естественной мочке микроорганизмов. Во всяком случае повидимгму главное значение имеет при этом бактерия пектинового брожения—Plectridium pectinovonim, нормально встречающаяся на стеблях льна. Бактерия эта разрушает пектиновые вещества, из которых состоят срединные пластинки, связывающие отдельные клетки коры льна в одно целое и в значительной степени входящие в состав самих клеточных оболочек. Во время мочки прежде всего подвергаются воздействию бактерий и разрушаются именно срединные пластинки клеток, а затем и все оболочки мякоти коры, в результате чего прядильные волокна могут быть легко выделены в виде пучков, состоящих из 10—12 волокон. См. Волокна прядильные.

Лит.: Омелянский В., Основы микробиологии, б пзд., M.—Л., 1926; Худяков Н., С.-х. микробиология, Москва. 1926; L alar F., Handbuch der technischen Mvkologie, 2 Aufl.ge, В. 1—5, Jena, 1904—14; Weigmann H., Pilzkunde d. Milch, 2 Aufl., B., 1924. В. Шапошников.