Дипломдық жұмыс: Биотехнология | Сүтқышқыл бактериялары

Мазмұны

КІРІСПЕ

ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
Сүтқышқыл бактерияларына жалпы сипаттама. Табиғатта таралуы. Қолданылуы.
Сүтқышқыл бактерияларының биотехнологиядағы маңызды қасиеттері
Сүтқышқыл бактерияларының өндірістік құнды штамдарын сақтау әдістері

МАТЕРИАЛДАР ЖӘНЕ ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ
Зерттеу объектілері
Зерттеу әдістері
Ұзақ уақыт сақтаудан кейінгі сүтқышқыл бактерияларының тіршілік ету қабілетін анықтау
Сүтқышқыл бактериялардың морфологиялық және культуральдық қасиеттерін анықтау әдістері
Сүтқышқыл бактериялардың физиология - биохимиялық қасиеттерін анықтау әдістері
Сүтқышқыл бактериялардың антагонистік белсенділігі мен антибиотиктерге сезімталдылық қасиеттерін анықтау әдістері
Зертханалық жағдайда сүтқышқыл бактерияларының таза дақылдары негізінде сүтқышқылды сусын алу әдісі.
Алынған мәліметтерді статистикалық өндеу

ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ МЕН ОЛАРДЫ ТАЛДАУ
Ұзақ уақыт сақталған сүтқышқыл бактериялардың тіршілікке қабілеттілігі
Cүтқышқыл бактериялардың морфологиялық және культуральдық қасиеттері
Cүтқышқыл бактериялардың физиология – биохимиялық қасиеттері
Cүтқышқыл бактериялардың антагонистік белсенділігі мен антибиотиктерге сезімталдығы
Зертханалық жағдайда сүтқышқыл бактерияларының таза дақылдары негізінде сүтқышқылды сусын алу

Сүтқышқыл бактериялары биосфераның маңызды компоненті болып табылады. Биоалуантүрлілікті сақтау әдісі ретінде микроорганизм коллекциясын жасау және сақтау актуальді экологиялық проблема болып саналады. Қазіргі таңда микроорганизмдерді тіршілікке қабілетті жағдайда сақтау көбінесе микробиологиялық лабораториялар мен биотехнологиялық өндірісте өндірістік және зерттеу мақсатында пайдаланылады. Микроорганизм консервациясының басты міндеті – жоғары тіршілікке қабілеттілігін ұзақ уақыт сақтау мен мутациялық өзгерістерді ескерту, яғни табиғи қалпына жақын максималды жағдайды ұстап тұру [1].
Cүтқышқыл бактерияларын әртүрлі әдістермен ұзақ уақыт сақтауға болады. Солардың ішінде ең қолайлысы және тиімдісі лиофилизация болып табылады. Лиофилизация дегеніміз вакуумда мұздатылған бактерия суспензиясынан суды жою, яғни мұнда су сұйық фазадан өте отырып буланады. Бұл әдіс микроорганизмдерді ұзақ уақыт сақтауда ең тиімді, әрі эффективті болып табылады. Осы әдісті пайдалану барысында көптеген әртүрлі бактерия топтары мен бактериофагтарды тіршілікке қабілетті күйінде 30 және одан да көп жыл сақтауға болады.
Жылы жерде сақтаған сүттің ашитынын және ашыған жағдайда дәмді болып, ағзада тез қорытылатынын адамзат баласы өте ерте кезден - ақ байқаған. Сондықтан да ашыған қышқыл сүт өнімдері байырғы сүт тағамдарына жатады. Л.Пастердің ашу және шараптың зиянкестері туралы әңгімесінен кейін ғана ашыған сүтті ғылыми деңгейде зерттей бастады.
Сүт қышқылы бактерияларын биотехнологиялық процестер арқылы тағам өнімдерін алуда, мал азығын сүрлем дайындауда және олардан органикалық қышқылдар алуда кеңінен қолданғандықтан, оларға деген ғылыми қызығушылық қазіргі таңда дамып келеді [2].
Сүт қышқыл бактериялар адам мен жануарлардың асқазан ішек жолының қалыпты микрофлорасын құрайды. Сүтқышқыл бактериялары үшін элективті орта сүт және сүт өнімдері болып табылады. Олардың табиғатта таралуын қор заттары мен энергия қабылдау қабілетімен анықтайды. Күнделікті жағдайда олар сүтте, сүт өнімдерінде және оларды өндіретін орындарда, өсімдіктерде және кең таралған өсімдік қалдықтарында, адам мен жануарлардың ішектері мен шырышты қабаттарында кездеседі.
Көптеген ғалымдардың пікірінше, бүгінгі күнде әлемде медицина және тағам өнеркәсібі экономиканың тез дамып келе жатқан саласына жатады. Әрине бұл дамудың векторы ұлттық ерекшеліктер мен қаржылық мүмкіншіліктерге байланысты өзгеруі мүмкін, алайда дәл осы салада жаңа өнімдердің түрлері, сонымен бірге жаңа технологиялардың жаңалықтары ашылуда. Осындай алдыңғы қатарлы салалардың біріне тағам және медицина биотехнологиясын жатқызуға болады [3].


1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ

1.1 Cүтқышқыл бактерияларына жалпы сипаттама. Табиғатта таралуы. Қолданылуы.
Сүтқышқыл бактериялары табиғатта кең таралған. Олар өсімдіктердің эпифитті микрофлорасының құрамына кіріп, өсімдіктердің тамыры мен топырақта, адам мен жануарлардың ішектері мен шырышты қабаттарында кездеседі. Өсімдік мүшелерінің беттерінде тіршілік ететін сүтқышқыл бактериялары көп емес. Олардың түрлері жыл мезгіліне байланысты өзгеріп отырады, жазғы айларда кокка тәрізділер басым болса, ал күзде таяқша тәрізділер жиі ұшырасады. Эпифитті микрофлорадағы сүтқышқыл бактерияларының құрамы өсімдіктердің түріне де байланысты болады. Жабайы өсетін өсімдіктерге қарағанда мәдени өсімдіктерде сүтқышқыл бактериялары көп таралған. Сүтқышқылы бактерияларын топырақтың әртүрлі типтерінен де табуға болады. Олардың көп мөлшері қара топырақты жерлерде кездеседі, шабындық және шабындық - бетпақ жерлерде аз, ал шөл далада өте аз мөлшерде болады [4].
Сүт қышқыл бактериялар құстардың, жылы қанды жануарлардың, әсіресе, сүтқоректілердің ас қорыту мүшелерінде кездеседі. Оларды адамдардың да ас қорыту жүйесінің бөлімінен табуға болады. Бала өмірінің алғашқы айларында Streptococcus lactis, Streptococcus faecium–нің кездесуі басым болатын болса, төртінші айдан бастап алғашқы екі түрі ығыстырылады да орнына неғұрлым көп мөлшерде лактобациллдер ( L. planetarium, L. aсіdophilus, L. fermenti, L. casei) дами бастайды. Нәрестелік шақта ас қорыту жүйесінен бифидобактерияларды табуға болады. Ересектердің ауыз қуысының микрофлорасын қарау арқылы сүтқышқыл бактериядарын анықтауға болады [5, 6].
Сүтқышқыл бактерияларын бір кең топқа біріктірудің өзі ашу барысында басты өнім ретінде сүт қышқылын түзетіндігіне негізделген. Сүт қышқылы бактериялары көмірсуларды негізгі өнім ретінде сүт қышқылына дейін ашытатын, қозғалмайтын, спора түзбейтін, грам оң, пигмент түзбейтін нитратты нитритке дейін тотықсыздандырмайтын микроаэрофильді микроорганизмдер тобы. Бұл бактериялар тобы адамзат баласына ертеден белгілі болған. Содан бері оларды үй жағдайында және тағам өнеркәсіптерінде тағам мен сусындарды ұзақ уақыт сақтау, өңдеу үшін пайдаланып келеді. Микробиология ғылымының дамуына байланысты сүтқышқыл бактериялардың морфологиялық және физиологиялық, дақылдық қасиеттері мен оларды қолдану сферасы жөнінде білімдер жан – жақты дамыды [7]. Лактобациллалар сүт, дән және ет өнімдерінде, ағын суда, сырада, шарапта, жемістер мен шырындарда, маринадтарда кездеседі. Олар адамдар мен көбінесе жылы қанды жануарлардың ауыз қуысында, ішек жолдарында және қынаптың қалыпты микрофлорасының өкілі болып табылады, әдетте патологиялық процестер тудырмайды. Лактобактериялар медицина мен ветеринарияда емдік препараттар мен биологиялық белсенді қоспалар ретінде пайдаланылатын заттардың құрамында болады. Қазіргі таңда лактобактериялардың мынадай биологиялық қасиеттеріне көп назар аударылуда: адгезивті, антагонистік, иммуномодульдеуші, ісікке қарсы қасиеттері және тағы басқалар.
Сүтқышқыл бактериялары сүт өндіру технологиясында маңызды орын алады. Олар сүт қантын сүт қышқылына дейін ашыта отырып, рН – тың төмендеуіне, казеиннің ұюына және қышқылға сезімтал микробтардың тіршілікке қабілеттілігін басуға алып келеді [8].
Сүт қышқылды бактериялары клетка формасы бойынша таяқшалар және коккалар. Әрбір жеке клеткалардың мөлшері әрқайсысында әртүрлі. Lactobacillaceae тұқымдасының Lactobacillus туысы мөлшері 1,0-10×0,5-1,2 мкм таяқша тәрізді бактериялардан тұрады. Түрлерінің көпшілігі қозғалмайды. Ауада өсіп-көбейе алады, алайда кейбіреулері қатаң анаэробты болып келеді; аэробты жағдайда қоректік орта құрамына тиогликолят және цистеин қосқанда олар өте жақсы өседі. Көмірсуларды ыдыратады, глюкозаны ашытқанда рH=1 немесе одан да төмен болады. Нитратты тотықтырмайды, казеинді ыдыратпайды, индол және H2S түзбейді. Бактериялардың қоректік орта құрамына талабы жоғары және оған қоса амин қышқылы, витамин, май қышқылы, көмірсу және нуклин қышқылын қажетсінеді. Қанды агарда сұрғылт түсті S- колониялар түзеді. Оптимум өсу температурасы 30-40ºC; рН оптимумы 5,5-5,8. Түрлері биохимиялық қасиеттері мен әртүрлі температурада өсу қабілеттілігіне байланысты анықталады. Lactobacillus туысының өкілдері пішіні бойынша қысқа кокка тәрізділерден ұзын жіпше тәрізділерге дейінгі таяқша тәрізді сүт қышқылды бактериялар. Лактобациллалар сүт қышқылды өнімдерді, қатты сырларды дайындауда маңызды орын алады [8]. Солардың бірі L. plantarium ұштары дөңгеленген, тік таяқша тәрізді бактериялар. Ұзындықтары әртүрлі – 0,7-1,1- ден 3,0-8,0 мк- ге дейін, жеке немесе тізбектеліп орналасқан клеткалар (Pederson, 1936).
Сүтте кең таралған бұл туыстың бір түрі Lactobacillus casei қысқа немесе салыстырмалы ұзын, жіңішке таяқша пішінді клеткалар. Кейде аздап иілген, қос-қостан жұптасып немесе тізбектеліп орналасқан.
Lactobacillus bulgaricus ұзын таяқшалар, гомоферментативті, Str. thermophillus – пен бірігіп йогурт дайындауға қолданылады, сонымен қатар оны қатты сырларды дайындауға пайдаланады. Оптимальды өсу температурасы 40-45°C [9].
Lactobacillus lactis ұзын жіпшелер түзеді, адам мен жылықанды жануарлардың қалыпты микрофлорасын құрайды. Оптимальды даму температурасы 40°C.
Температура әсеріне байланысты сүтқышқыл бактериялары мезофильді және термофильді болып бөлінеді. Мезофильдер үшін қолайлы температура 20-30°C, ал термофильдер үшін 30-40°C.
Сүт және сүт өнімдерінде L. delbrucki, L. lactis, L. асіdophilus кездеседі. Ағзадағы физиологиялық процестерге лактобациллалардың қатысуы біріншіден, қанттарды сіңіру кезінде күшті антисептика – сүт қышқылының түзілуімен байланысты. Қышқылды ортада кальцийдің, темірдің, Д витаминінің майлардың сіңірілуіне және сүттің негізгі ақуызы - казеиннің сіңуіне көмектеседі, нәтижесінде, патогенді микрофлораның көбеюіне әсер етеді. Лактобациллалардың тіршілік етуі органикалық қышқылдардың түзілуі мен басқа белсенді метаболиттерге және микрорганизмдердің биотопқа колонизациясының жүруімен байланысты [8].
Сүт қышқылын түзуі. Барлық сүт қышқылы бактерияларын көмірсулар ферментациясы кезінде сүт қышқылын түзу мөлшеріне байланысты былай деп бөледі: қатаң гомоферментативті (лактат 85% ), қатаң гетероферментативті (лактат 50%) және факультативті-гетероферментативті (65-70%) лактобациллалар.
Газ түзуі. Лактобациллаларды сонымен қатар кейбір фенотиптік белгілеріне қарап жіктеуге болады. Мысалы, глюкоза ферментациясы кезінде газ түзу қабілетіне байланысты оларды газ түзетіндер және газ түзбейтіндер деп бөледі: Газ түзбейтін бактериялар қатты қоректік ортада тегіс және өрнекті колониялар түзеді; Газ түзетін бактериялар жұмсақ, мамықтай (вязкие) ақшыл колониялар түзеді.
Streptococcus туысының бактериялары – гомоферментативті, яғни олар қанттың 90 % - дан көбін сүт қышқылына дейін ашытады, тек аз ғана мөлшерде сірке қышқылы мен спирт түзіледі. Пішіндері жағынан дөңгелек немесе аздап сопақша тәрізді, диаметрі 0,5-0,6-дан 1 мк-ге дейін жетеді, жеке-жеке, жұптасып немесе әртүрлі ұзындықта тізбектеліп орналасқан клеткалар. Бұл туысқа Streptococcus lactis, Str. cremoris, Str. diacetilactis, Str. thermophillus жатады.
Алайда, Орла – Иенсеннің (Orla-Jenson, 1942) көрсеткен мәліметтері бойынша, бұл туысқа жататын Streptococcus lactis клетка пішінінің ұзындығы енінен ұзын болғандықтан, формасы бойынша таяқша тәрізділер қатарына жатқызылған. Бұлардың клеткалары тізбекше болып орналасқан. Оптимальді өсу температурасы шамамен - 30°C. 25°C-та ұшқыш қышқылдарды көптеп түзеді. Мұны да қышқыл сүт тағамдарын дайындау үшін қолданады [8, 10, 11].
Streptococcus lactis таза культурадан бөлініп алынған ең алғашқы микроорганизм (Листер 1873 жылы бөліп алған). Бұлар өсімдіктерде кездеседі. Шаңмен және өсімдік бөлшектерімен сауу қондырғыларына, сонан соң сүтке түседі. 25°C температурада сүт қышқылын ашыту барысында рН көрсеткішін шамамен 4,5-ке дейін төмендетеді және казеиннің түсуі нәтижесінде сүт ұйиды.
Streptococcus cremoris (сливочный стрептококк). Streptococcus lactis-тен морфологиялық жағынан ұзын тізбек түзетіндігімен ерекшеленеді. Оптимальді өсу температурасы 20-25°C. 10-18°C-де шырыш түзуге қабілетті. Солтүстік елдерде бұл стрептококк түрі ерекше тұрақты сүт қышқылды өнімдерді дайындау үшін пайдаланылады. Сүт қышқылды бактерияларының ұйытқысында Streptococcus cremoris пен Streptococcus lactis өнім консистенциясын қоюландыра түседі.
Streptococcus diacetilactis сүтте тек сүт қышқылын ғана емес, ацетоин және диацетил секілді маңызды ароматты майлар, СО2 түзеді. Лимон қышқылын ашыта алады. Оптимальді өсу температурасы – 25-30°С. Оны май дайындауға арналған ұйытқыға қолданады.
Streptococcus thermophilus жоғары температурада тіршілік етуге бейімделген. Қысқа уақыт пастеризацияға тұрақты, алайда жоғары температуралы пастеризацияда тірішілігін жояды. Клеткалары тізбектеліп орналасқан. Сахарозаны жақсы ашытады. Болгар таяқшасымен бірге айран ұйытуда қолданылады. Сыр дайындауда да маңызы зор. Пенициллин мен кейбір антибиотиктерге өте сезімтал, сондықтан да сүттегі антибиотиктерді биологиялық анықтауда тест – микроб ретінде қолданылады.[8, 9, 12].
Leuconostoc туысының бактериялары - жасушалары жұмыртқа тәрізді немесе дөңгелек, жекелеп, қосарланып немесе қысқа тізбекті болып орналасады, диаметрі 0,5-тен 0,8мкм-ға дейін, грам оң боялады. Хемоорганотрофты, өсуі үшін никотин қышқылы мен биотинді қажетсінеді. Сүт қышқылын этанолды және көмірқышқыл газын түзе отырып, глюкозаны ашытады. Штамдардың кейбіреулері сүтті ашытып, біртіндеп ұйытады. Оптимальды өсу температурасы 20-300С аралығында болады.
Leuconostoc туысы екі топқа бөлінеді. Бірінші топтың өкілдері ферменттелген көкөніс, сүт және сүтті тағамдарда қанттың шырышты ерітіндісінен табылып бөлініп алынған. Екінші топқа бір-ақ түр Lеuconostoc oenos жатады. Ол рН 4,8 - 4,2 және оннан төмен қышқыл қоректік ортада өседі және сүтті томат сөлі бар ортаны қажетсінеді. Leuconostoc туысында 4 түрі бар: Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc paramesenteroides, Leuconostoc laktis, Leuconostoc oenos. Бұл бактерия өкілдері өсімдіктерде кездеседі және морфологиялық жағынан стрептококтарға ұқсайды. Олар қантты гетероферментативті жолмен ашытады, яғни сүт қышқылының аз ғана мөлшерімен қоса сірке қышқылын және ароматты заттарды (ацетоин және диацетил) түзеді. Жалпы бұл туыс өкілдері өнімге ароматты иіс беру үшін қолданылады [12].
Pediococcus туысы - Pediococcus туысы Streptococcaceae тұқымдасына жатады. Олар морфологиясы жағынан микрококкаларға ұқсайды, кейбір штамдардың NaCl-ға төзімділігі мен каталаза активтілігі әлсіз болады. Дегенмен, микрококктар педиококктарға қарағанда қант болмаған жағдайда да жақсы өсіп, пигмент түзеді. Педиококктардың жасушалары қозғалмайды, спора түзбейді. Клеткалары бір –бірден, қосарланып немесе шоғырланып орналасады. Грам бойынша оң боялады. Колониялары тегіс, дөңгелек, көлемі 1,0-2,5 мм аралығында. 30°С-та өседі, оптимум температура 25-40°C. Гомоферментативті процесте сүт қышқылымен бірге диацетил және басқа да өнімдер түзіледі. Күрделі қоректік заттарды: амин қышқылдарын, никотин қышқылын, биотин, кейбір фиолий қышқылын керек етеді. Глюкозадан, фруктоза мен маннозадан қышқыл түзеді, бірақ газ түзбейді. Көптеген штамдар крахмалды ферменттемейді. Оттегіге деген қатысына байланысты микроаэрофилдер немесе анаэробтар, кейде көмір қышқыл газын талап етеді. Каталаза түзбейді, нитратты нитритке тотықсыздандырмайды, желатинді сұйылтпайды. Сүт қышқылын түзетін түрлері белгілі, олардың D-, L- пішінінің қатынасы....