Дыхание, или биологическое окисление, основано на окислительно-восстановительных
реакциях, идущих с образованием АТФ-универсального аккумулятора химической энергии.
Энергия необходима микробной клетке для ее жизнедеятельности. При дыхании происходят
процессы окисления и восстановления: окисление. отдача донорами (молекулами или
атомами) водорода или электронов; восстановление. присоединение водорода или электронов
к акцептору. Акцептором водорода или электронов может быть молекулярный кислород (такое
дыхание называется аэробным) или нитрат, сульфат, фумарат (такое дыхание называется
анаэробным. нитратным, сульфатным, фумаратным). Анаэробиоз (от греч. аег. воздух +
bios . жизнь) . жизнедеятельность, протекающая при отсутствии свободного кислорода. Если
донорами и акцепторами водорода являются органические соединения, то такой процесс
называется брожением. При брожении происходит ферментативное расщеп-
ление органических соединений, преимущественно углеводов, в анаэробных условиях. С
учетом конечного продукта расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое,
уксуснокислое и ДРУгие виды брожения.
По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на три основные группы:
облигатные, т.е. обязательные, аэробы, облигатные анаэробы и факультативные анаэробы.
Облигатные аэробы могут расти только при наличии кислорода. Облигатные анаэробы
(клостридии ботулизма, газовой гангрены, столбняка, бактероиды и др.) растут только на
среде без кислорода, который для них токсичен. При наличии кислорода бактерии образуют
перекисные радикалы кислорода, в том числе перекись водорода и супероксид-анион
кислорода, токсичные для облигатных анаробных бактерий, поскольку они не образуют
соответствующие инактивирующие ферменты. Аэробные бактерии инактивируют перекись
водорода и супероксид-анион соответствующими ферментами (каталазой, пероксидазой и
супероксиддисмутазой). Факультативные анаэробы могут расти как при наличии, так и при
отсутствии кислорода, поскольку они способны переключаться с дыхания в присутствии
молекулярного кислорода на брожение в его отсутствие. Факультативные анаэробы способны
осуществлять анаэробное дыхание, называемое нитратным: нитрат, являющийся акцептором
водорода, восстанавливается до молекулярного азота и аммиака.
Среди облигатных анаэробов различают аэротолерантные бактерии, которые сохраняются при
наличии молекулярного кислорода, но не используют его.
Для выращивания анаэробов в бактериологических лабораториях применяют анаэростаты.
специальные емкости, в которых воздух заменяется смесью газов, не содержащих кислорода.
Воздух можно удалять из питательных сред путем кипячения, с помощью химических
адсорбентов кислорода, помещаемых в анаэростаты или другие емкости с посевами.
Дыхание - метаболический процесс протекающий в клетках с освобождением энергии и генерированием АТФ, в котором конечным акцептором электронов (водорода) служат неорганические соединения. В зависимости от конечного акцептора электронов различают аэробное и анаэробное дыхание. При аэробном дыхании акцептором водорода является кислород, при анаэробном - неорганические окисленные соединения типа нитратов и сульфатов.
Аэробное дыхание. В качестве энергетического субстрата для дыхательного метаболизма микроорганизмы используют широкий круг природных соединений. Независимо от сложности структуры окисляемого субстрата потребление его в качестве источника энергии основано на одном и том же принципе: постепенное расщепление до образования простых соединений, способных вступать в реакции цикла трикарбоновых кислот. Таким соединением основных метаболических путей является пируват.
Окисление пирувата при аэробном дыхании осуществляется в цикле Кребса, в который он поступает при посредстве ацетил-КоА. Полное окисление его приводит к освобождению двух молекул углекислоты и восьми атомов водорода. Акцептором водорода, как указано выше, у аэробных бактерий является кислород. Передача
водорода (электронов) на кислород осуществляется через последовательную цепь молекул-переносчиков, так называемую дыхательную цепь, или цепь транспорта электронов:
Субстрат gt; НАД* Н2 gt; Флавопротеид gt; Кофермент О
gt; Цитохром с gt; Цитохром аа3 gt; 02
Дыхательная цепь представляет собой систему пространственно организованных молекул-переносчиков, осуществляющих перенос электронов от окисляемого субстрата к акцептору. Она развита у аэробов и факультативных анаэробов, только у последних терминальным акцептором электронов, кроме кислорода, являются нитраты и сульфаты.
Компонентами дыхательной цепи, локализованными в мембране, являются такие переносчики белковой природы, как флавопротеиды, FeS-белки, цитохромы, и небелковой природы - хиноны (убихиноны, менахиноны). НАД(Ф)-зависимые дегидрогеназы, отщепляющие водород от окисляемого субстрата - растворимые ферменты; флавопротеидные дегидрогеназы могут находиться либо в мембране, либо в растворимой форме в цитоплазме.
хиноны осуществляют перенос атомов и цитохромы - электронов. Так как содержащие переносчики электронов, погружены в цитоплазму, то имеется прямое взаимодействие между дыхательной цепью, с одной стороны, и окисляемым субстратом, АДФ и неорганическим фосфатом цитоплазмы - с другой. Такое свободное взаимодействие дыхательной цепи с цитоплазмой определяет отличительные особенности функционирования дыхательного аппарата прокариот от эукариот. Так, дыхательные цепи прокариот менее стабильны по сотаву переносчиков электронов и энергетически менее эффективны. В дыхательной цепи эукариот имеются три участка, где происходит выброс протонов и
А/л + , у большинства прокариот - только один- н
два участка, т. е. суммарный выход энергии у прокариот ниже.
Функционирование дыхательной цепи осуществляется
следующим образом. Водород окисляемого субстрата,
освобожденный в реакциях цикла Кребса или мобилизованный непосредственно НАД (Н2)-зависимыми дегидрогеназами передается в дыхательную цепь на флавиновые дегидрогеназы, затем на убихиноны. Здесь атом водорода расщепляется на протон и электрон. Протон выделяется в среду, электрон передается на систему цитохромов до цитохромоксидазы. Она передает электрон на кислород-терминальный акцептор, который активизируется и соединяется с водородом, образуя воду и перекиси. Последние разлагаются каталазой на воду и кислород. Перенос электронов приводит к значительному изменению свободной энергии в клетке.
Расчеты энергетического баланса показали, что при расщеплении глюкозы гликолитическим путем и через цикл традсарбоновых кислот с последующим окислением в дыхательной цепи до С02 и Н20 на каждый моль глюкозы образуется 38 молей АТФ. Причем максимальное количество АТФ образуется в дыхательной цепи - 34 моля; 2 моля - в ЭПМ-пути и 2 - в ЦТК.
Ввиду большого разнообразия ферментных систем, входящих в дыхательную цепь, окисляемых субстратов и терминальных акцепторов у бактерий существует большое количество разнообразных дыхательных цепей. Так, в дыхательной цепи уксусно-кислых бактерий отсутствуют цитохромы а + аз: дегидрогеназы -*С -gt;Cj -gt;Aj -gt;02. Еще меньший набор компонентов имеет дыхательная цепь Agrobacterium tumefaciens: НАДН дегидрогеназа -»Q -»С -Ю2. Дыхательная цепь клубеньковых бактерий и азотобактера характеризуется наличием разнообразных цитохромов: дегидрогеназы -gt; Ь-gt; с-> а-gt; аз -gt;02. Укороченные дыхательные цепи характерны для многих бактерий. В энергетическом обмене они менее полезны для бактерий из-за низкого выхода АТФ.
Биолюминесценция. У некоторых бактерий существует ответвление от основнорй дыхательной цепи. Электроны от НАД передаются не на ФАД а на ФМН (флавомононуклеотид). Последний реагирует с ферментом люциферазой, кислородом и альдегидом пальмитиновой кислоты. Люцифераза (Л) катализирует
реакцию восстановительного альдегида (АН2) с АТФ (продукт этой реакции при последующем окислении испускает видимый свет):
Эта реакция получила название «светлячковой» из-за ее наличия у светлячка Photinus piralis. Ее используют для количественного определения АТФ, потому что интенсивность свечения находится в прямой зависимости от количества АТФ.
Механизм биолюминесценции состоит в том, что в результате взаимодействия ФМН с люциферазой, кислородом и альдегидом электроны в некоторых молекулах переходят в возбужденное состояние и возвращение их на основной уровень сопровождается испусканием света. Образования АТФ при люминесценции не происходит. Поэтому эффективность функционирования дыхательной цепи снижается, т. е. клетка не получает всей энергии, заключенной в окисляемом субстрате, так как часть ее превращается в световую.
Свечение бывает тем интенсивнее, чем лучше условия аэрации культуры. Светящиеся бактерии являются весьма чувствительными индикаторами молекулярного кислорода. М. Бейеринк применял светящиеся бактерии в качестве индикатора для обнаружения кислорода при бактериальном фотосинтезе (в те времена не было известно, что бактериальный фотосинтез протекает без выделения кислорода).
Способностью к биолюминесценции обладают факультативно-анаэробные морские бактерии, объединенные в род Photobacterium (светящиеся бактерии).В аэробных условиях они окисляют органические субстраты с испусканием лунно-голубого света. Биолюминесценция рассматривается как приспособление некоторых микроорганизмов к защите от вредного действия кислорода.
Неполное окисление. Большинство аэробных микроорганизмов в процессе дыхания осуществляют полное окисление углеводов до углекислоты и водь*. При этом
высвобождается вся энергия, заключенная в субстрате. Примером может служить окисление глюкозы пекарскими дрожжами:
Однако окисление может быть и неполным. Это зависит от видовой принадлежности микробов и условий развития. Обычно неполное окисление наблюдается при избытке в среде углеводов и недостатке кислорода. Конечными продуктами неполного окисления являются органические кислоты, такие как уксусная, лимонная, фумаровая, глюконовая и др. Типичным примером неполного окисления является образование уксусной кислоты из спирта бактериями рода Acetobacter:
Этот окислительный процесс используется микроорганизмами для получения энергии. При неполном окислении образование макроэргических фосфатных связей происходит в процессе переноса электронов. Однако общий выход энергии при этом значительно меньший, чем при полном окислении. Часть энергии окисляемого исходного субстрата сохраняется в образующихся органических кислотах. В связи с тем, что сходные кислоты (янтарная, молочная) образуются при брожении углеводов, неполное окисление называют «окислительным брожением». Отличительной особенностью неполного окисления является участие кислорода в реакциях. Поэтому аэрация - необходимое условие образования органических кислот микроорганизмами. Установлено, что образование а- глутаминовой кислоты бактериями (Corynebacterium glutamicum) происходит только в строго аэробных условиях. Причем выход данной аминокислоты может быть очень высоким - 0,6 моля глутамина на 1 моль использованной глюкозы.
Микроорганизмы, развивающиеся за счет энергии неполного окисления, используются в микробиологической промышленности для получения органических кислот, в том числе и аминокислот.
Анаэробное дыхание. В анаэробных условиях, т. е при отсутствии молекулярного кислорода, некоторые микроорганизмы,
такие как Micrococcus denitrificans и бактерии родов Desulfovibrio и Desulfotomaculum в качестве акцептора водорода используют окисленные минеральные соединения - нитраты, сульфаты, которые легко отдают кислород, превращаясь в восстановленные формы. Продуктами восстановления нитратов служит нитрит и молекулярный азот; сульфаты восстанавливаются до сероводорода и других соединений. Образовавшиеся восстановленные продукты выделяются из клетки. Окисление органического вещества в анаэробных условиях происходит путем дегидрогенирования Отщепляемый водород поступает в дыхательную цепь и переносится на соответствующий акцептор. Конечная реакция катализируется нитратредуктазой. Последняя в анаэробных условиях функционирует как цитохромоксидаза.
Нитратредуктаза является индуцибельным ферментом. Синтез ее происходит только в анаэробных условиях при наличии нитрата. Кислород ингибирует синтез нитратредуктазы. При наличии нитратредуктазы в клетке (если бактерии из анаэробных условий переносятся в аэробные) кислород конкурирует с нитратом за электроны в дыхательной цепи, подавляя тем самым функции данного фермента. Вот почему нитратное и сульфатное дыхание осуществляется только в анаэробных условиях.
Способность микроорганизмов использовать в качестве акцепторов электронов нитраты и сульфаты позволяет производить им полное окисление субстрата и получать таким путем необходимое количество энергии. Так, денитрифицирующие бактерии при нитратном дыхании производят полное окисление органических субстратов, выход энергии при этом только на 10% ниже, чем при аэробном дыхании. Образование АТФ происходит в результате фосфор ил ирова ния в дыхательной цепи.
Дыхание микроорганизмов, сущность процесса. Способы дыхания.
Для своей жизнедеятельности каждая микробная клетка кроме питательных веществ нуждается в энергии. Эту энергию микроорганизмы получают в процессе дыхания. Сущность дыхания у микробов заключается в окислении сложных органических соединений до более простых веществ с выделением тепловой энергии, которая и используется микробами. В большинстве случаев микроорганизмы получают энергию путем окисления углеводов и других органических соединений. За счет полученной энергии происходит синтез сложных органических соединений в самой клетке.
По типу дыхания микроорганизмы делятся на аэробы и анаэробы. Аэробы - микроорганизмы, которые для дыхания и получения необходимой энергии нуждаются в свободном доступе кислорода из воздуха. У этой группы микробов процесс дыхания аэробный. Анаэробы - микроорганизмы, которые получают энергию при дыхании без доступа кислорода воздуха путем расщепления питательных веществ. Различают облигатные (строгие) и факультативные (нестрогие) анаэробы. Облигатные анаэробы проявляют свою жизнедеятельность только при отсутствии кислорода воздуха. Факультативные анаэробы могут развиваться в средах как в присутствии кислорода воздуха, так и без него.
В химизме дыхательных процессов у аэробов и анаэробов имеется много общего. Во всех случаях первым этапом дыхательных процессов является отщепление водорода от субстрата (дегидрирование) в присутствии специфических ферментов - дегидрогеназ. Происходящие процессы носят окислительно-восстановительный характер.
Сущность окисления состоит в потере электронов окисляющимся веществом, тогда как сущность восстановления состоит в присоединении этих электронов восстанавливающимся веществом. Та или иная последовательность биохимических реакций в течение обменных процессов возможна благодаря тонким изменениям окислительно-восстановительного потенциала, под которым понимают способность вещества отдавать или получать электроны.
При аэробном типе дыхания аэробные дегидрогеназы передают отнятый от субстрата водород или непосредственно кислороду воздуха, или цитохромной системе. Это так называемое аэробное дегидрирование, при котором происходит обычно полное окисление. При полном окислении конечными продуктами являются вода и углекислота, при этом освобождается вся энергия. При неполном окислении происходит образование продуктов, в которых заключается значительная часть энергии.
В анаэробных условиях биохимические процессы происходят при отсутствии кислорода воздуха. Анаэробные дегидрогеназы не могут отдавать водород кислороду воздуха, а передают его другим веществам, от которых сравнительно легко отщепляется кислород. Это так называемое анаэробное дегидрирование, при котором происходит неполное окисление субстрата.
Влияние химических факторов на жизнедеятельность организмов.
Большие концентрации химических веществ действуют на микроорганизмы бактериостатически или бактерицидно, вызывая их гибель. Химические вещества, вызывающие гибель микроорганизмов, получили название дезинфицирующих. Эффективность действия химических веществ зависит от химической природы этого вещества, его концентрации, температуры, реакции среды, вида микроорганизма и др. Вещества, применяемые для уничтожения микробов, должны быть в растворенном состоянии. Чем легче вещество адсорбируется микробной клеткой, тем сильнее его действие. Химические вещества в зависимости от их действия на микробную клетку можно разделить на следующие группы:
вещества, повреждающие только клеточную стенку, не изменяющие внутренней структуры микроба (мыла, жирные кислоты);
вещества, вызывающие повреждение оболочки и клеточных белков (фенол, крезол и их производные);
вещества, вызывающие денатурацию белков (формальдегид - 40%-ный раствор формалина);
вещества, вызывающие инактивацию ферментов (соли тяжелых металлов - соли ртути, меди, серебра и др.).
Наиболее чувствительными к химическим веществам являются микробы, не образующие спор, вегетативные формы. Споровые формы довольно устойчивы к воздействию различных химических веществ. Для их уничтожения необходимо готовить горячие растворы высокой концентрации химических веществ. Так, споры сибиреязвенной палочки погибают в 5%-ном растворе фенола только за 14 сут, в то время как вегетативные формы этого возбудителя гибнут от такой концентрации за несколько секунд.
При выборе дезинфицирующих веществ для уничтожения микробов необходимо учитывать вид микроорганизма. Например, вирусы очень чувствительны к щелочам, возбудитель сибирской язвы - к хлору и формальдегиду, а возбудители туберкулеза устойчивы к воздействию кислот и щелочей.
Реакция среды (рН - показатель концентрации водородных ионов) оказывает влияние на рост и развитие микроорганизмов. Жизнедеятельность различных видов микробов возможна только при определенном рН. Большинство микроорганизмов развиваются в слабощелочной среде (рН 7,2-7,6), дрожжи и плесневые грибы лучше культивируются при рН 3-6. Меняя реакцию среды, можно регулировать интенсивность развития и биохимическую активность микробов. При снижении рН до 5 гнилостные бактерии не развиваются, в то время как при такой реакции наиболее активно проявляется ферментативная активность дрожжей.
Спиртовое брожение, возбудители, химизм. Промышленное значение.
Спиртовое брожение – микробиологический процесс превращения углеводов в спирт и углекислый газ. Вызывается аскомицетовыми дрожжами рода Saccharomyces, некоторыми бактериями и отдельными представителями мукоровых грибов. Основными возбудителями спиртового брожения являются дрожжи – сахаромицеты. Это факультативно-анаэробные микроорганизмы. В аэробных условиях дрожжи получают энергию путем полного окисления моно- и дисахаридов до углекислого газа и воды, т.е. путем аэробного дыхания. При этом интенсивно накапливается биомасса (эффект Пастера). Поэтому производство хлебопекарных дрожжей ведут в аэробных условиях. Ацидофилы. Мезофилы. Естественным местообитанием дрожжей является поверхность плодов и ягод, сок и поверхность листьев, нектар, вода, почва, кожные покровы и пищеварительный тракт людей и животных. Спиртовое брожение лежит в основе производства этилового спирта, пива, вина, используется в хлебопечении. Совместно с молочнокислым брожением оно используется при производстве кваса, кефира, кумыса. Основными потребителями этилового спирта являются пищевая и химическая промышленность, а также медицина.
Гельминтозы
Глистные заболевания, или гельминтозы, - чрезвычайно обширная группа широко распространенных болезней, возбудителями которых являются гельминты.
Чаще всего заражение происходит через
почву, зараженную испражнениями гельминтов, через грязные овощи и фрукты. Мухи также играют свою роль в заражении глистами, перенося на лапках яйца гельминтов и оставляя их на продуктах. При попадании в организм воды из общественных водоемов также велик риск заражения. Дети зачастую заражаются от больных животных.
Чтобы не заразиться гельминтами, следует соблюдать правила гигиены. Надо тщательно мыть руки перед едой и после каждого посещения уборной, мыть сырые овощи, фрукты и ягоды (особенно клубнику). Воду следует пить только кипяченую. Надо следить за чистотой жилого помещения, дворов, садов, вести борьбу с мухами, содержать уборные в чистоте. Перед тем как и с пользовать нечистоты для удобрения огородов, их следует обезвреживать. Для этого их закладывают на несколько месяцев в так называемые компосты: переслаивают землей, навозом, торфом или углем. Мясные и рыбные пищевые продукты следует хорошо проваривать и прожаривать. Покупать и продавать можно только то-мясо, которое прошло ветеринарно-санитарный контроль
33. Отравление не бактериального происхождения, меры предупреждения.
1. отравление продуктами, ядовитыми по своей природе, - грибами, ядрами косточковых плодов, сырой фасолью, некоторыми видами рыб;
2. отравление продуктами временно ядовитыми - картофелем, рыбой в период нереста;
3. отравление ядовитыми примесями химических веществ - цинком, свинцом, медью, мышьяком.
Отравление грибами. Ядовиты строчки, бледная поганка, мухоморы, ложные опята и целый ряд других грибов.
Меры предупреждения лесные сушеные, соленые и маринованные грибы поступали отсортированными по видам. В свежем виде должны поступать только шампиньоны, выращенные в теплицах.
Отравление ядрами косточковых плодов возникают из-за присутствия в них гликозида амигдалина, который при гидролизе в организме человека образует синильную кислоту. На предприятиях общественного питания запрещают использовать ядра слив, персиков, абрикосов, вишен и горького миндаля в производстве кондитерских изделий.
Отравление сырой фасолью объясняется наличием в ней яда фазина, который разрушается при тепловой обработке. Отравление чаще возникает от употребления фасолевой муки и концентратов, производство которых в настоящее время запрещено. В процессе приготовления пищи из фасоли следует особое внимание уделять тепловой обработке.
Отравление некоторыми видам рыб (маринки, усача, иглобрюха) возникает из-за того, что их икра, молока ядовиты. На предприятиях общественного питания эти виды рыб должны поступать выпотрошенными.
Отравление проросшим картофелем вызвано присутствием в нем гликозида соланина, содержащегося в глазках и кожице клубней. Особенно много соланина в недозревшем, проросшем, позеленевшем картофеле. С целью профилактики этого отравления необходимо хорошо очищать и дочищать глазки картофеля. Весной, сильно проросшие клубни, следует варить только очищенными и отвары использовать нельзя.
Отравление свинцом возникает при использовании оцинкованной посуды для приготовления и хранения пищи.
34. Гигиенические основы проектирования и устройства предприятия, требования к размещению предприятия и его участка.
Проектирование предприятий общественного питания в городах и в сельской местности осуществляется в соответствии со Строительными нормами и правилами СНиП 11-Л.8-71 «Предприятия общественного питания. Нормы проектирования», разработанными с учетом гигиенических требований.
Гигиенические требования к размещению предприятия и его участку. При выборе земельного участка для предприятия общественного питания руководствуются следующими гигиеническими требованиями:
- участок должен быть достаточного размера соответственно мощности предприятия (количества мест), форма участка прямоугольная с соотношением сторон 1:1, 1:1,5; 1:2;
- участок должен быть удален от промышленных объектов и от установок коммунального назначения на расстояние от 100 до 1000 м в зависимости от их назначения и находиться по отношению к ним с наветренной стороны, а к лечебно-профилактическим и детским учреждениям с подветренной стороны (по розе ветров); участок для строительства кулинарных или заготовочных фабрик должен обеспечивать удаление от других зданий не менее чем на 50 м;
- участок должен иметь ровный, с небольшим уклоном рельеф, не затапливаться ливневыми, паводковыми водами, иметь крупнозернистую почву и низкий уровень стояния грунтовых вод (не менее 1 м ниже уровня подвального этажа);
- на участке не должны позднее чем 20 лет назад располагаться свалки;
- к участку должна быть обеспечена подводка центрального водоснабжения, канализации, электросети, прокладка подъездных путей.
При проектировании предприятия общественного питания разрабатывается генеральный план участка с указанием ориентации зданий относительно стран света. Генеральный план - план участка с обозначением расположения всех зданий, подсобных сооружений, зеленых насаждений, ограждений, дорог, пешеходных дорожек, стоянок, а также места ввода водопровода, канализации, электросети и т. п. На территории участка обычно выделяют две зоны - производственную и хозяйственную, разделенные зелеными насаждениями.
В хозяйственной зоне могут располагаться дворовые постройки (навес для тары, сараи для песка, угля и т. п.). В этой зоне на удалении 25 м от окон и дверей здания на площадке из цемента, асфальта или кирпича должен располагаться мусоросборник (металлический, бетонированный, обитый железом). Площадка должна превышать площадь мусоросборника на 1,5 м со всех сторон.
Площадь участка необходимо рационально использовать. По гигиеническим требованиям для достаточной инсоляции и аэрации помещений степень застройки, т. е. площадь участка, занятая зданиями, не должна превышать 30-40%, а до 50% участка, т. е. вся свободная от застройки и проездов территория, должна быть озеленена.
На территории должно быть два выезда. При наличии одного въезда предусматривается площадка для разворота транспорта диаметром 20 м. Отдельно от подъездных путей устраиваются асфальтированные пешеходные дорожки.
35. Санитарные требования к планировке и устройству п.о.п.
Объемно-планировочные и конструкторские решения помещений должны предусматривать последовательность (поточность) технологических про-цессов, исключающих встречные потоки:
Сырья, сырых полуфабрикатов и готовой продукции;
Использованной и чистой посуды;
Встречного движения посетителей и персонала;
Готовой продукции и пищевых отходов.
Набор и площади помещений должны соответствовать мощности организации и обеспечивать соблюдение санитарных правил и норм.
Помещение для потребителей. К этой группе помещений относятся: торговые залы с раздаточными, буфет, вестибюль, магазин кулинарии, диетические залы, банкетные залы, аванзал, боксы, кабины, эстрада и др.
Планировка торговых предприятий зависит от назначения предприятия и форм обслуживания посетителей. На предприятиях, работающих в системе самообслуживания, торговые залы должны непосредственно примыкать к помещениям горячего и холодного цехов.
На предприятиях средней и большой мощности между торговым залом, горячим и холодным цехами, хлеборезкой устанавливаются раздаточные отсеки. Площадь зала определяется числом посадочных мест и назначением предприятия.
Размещение оборудования в торговых залах оказывает большое влияние на организацию обслуживания посетителей. Раздаточные и буфетные прилавки, кассы должны быть расположены в торговом зале таким образом, чтобы избежать встречных потоков потребителей и обслуживающего персонала. Большое значение при планировке имеет ширина проходов в торговых залах. Она зависит от типа ПОП, конфигурации зала и др. Ширина основных проходов должна составлять 1,2-1,5 м. Дополнительные проходы для распределения потоков посетителей предусматриваются в столовых и ресторанах шириной 0,9-1,2 м.
Расстояние между раздаточной линией и барьером принимается равным 0,7-0,8 м.
Количество мест в гардеробной проектируется на 10 больше посадочных мест в зале.
В вестибюле оборудуют не менее двух туалетных комнат из расчета один унитаз на 60 мест в зале, в шлюзах устанавливают умывальники с подводкой горячей и холодной воды.
Совмещение туалетов для посетителей и персонала не допускается. На предприятиях с числом мест более 100, устанавливают дополнительные умывальники (один умывальник на каждые 50 мест).
Помещение для отпуска обедов на дом должно быть отдельным, но непосредственно связанным с кухней, в нем должны быть установлены: умывальник с подводкой горячей и холодной воды, мармиты, холодильный шкаф.
Магазин кулинарии проектируется, как правило, с отдельным входом. Он оборудуется холодильными шкафами и прилавками - витринами.
Производственные помещения. Поскольку в производственных помещениях происходит холодная и тепловая обработка пищевых продуктов, планировка этих помещений должна осуществляться с учетом санитарно-гигиенических требований, исключающих возможность возникновения и распространения пищевых инфекций и пищевых отравлений.
Производственные помещения следует располагать в надземных этажах, что обеспечивает их лучшее освещение и вентиляцию. Планировка помещений должна обеспечивать поточность производственных процессов в кратчайший путь прохождения сырья с момента его получения до выпуска готовой продукции. Нельзя допускать перекрещивание потоков сырья с полуфабрикатами и готовой продукции, использованной посуды с чистой. Эти санитарные требования можно выполнить только при вертикальной планировке производственных и складских помещений (на первом этаже - производственные, в полуподвальном или подвальном - складские). При этом сырье проходит кратчайший путь (при помощи подъемника) и минимально загрязняется при транспортировке. Овощной цех следует располагать ближе к подъемнику и выходу, так как в него поступает наиболее загрязненное сырье.
К планировке холодного цеха следует предъявлять высокие санитарные требования, поскольку выпускаемые им блюда готовятся из продуктов, которые не подвергаются тепловой обработке (салаты из свежих огурцов, помидоров, редиса и др.
) или уже прошли ее (салаты, винегреты, заливные, сладкие блюда).
Холодный цех необходимо располагать таким образом, чтобы можно было легко осуществить связь с горячим цехом, с заготовочными цехами, со складскими помещениями моечной столовой посуды. Вместе с тем холодный цех должен быть размещен в комплексе с помещениями, связанными с реализацией готовых блюд, с раздаточной и торговым залом. Во избежание повышения температуры в холодном цехе его следует полностью отгораживать от горячего цеха и торгового зала.
Чтобы исключить возможность повышения температуры и влажности в помещениях, горячий цех и кухню не следует размещать под заготовочными и холодным цехами, обеденным залом.
Если предприятие общественного питания размещается в жилом здании, то проектируют потолочные перекрытия, предупреждающие возможность проникновения в верхние этажи запахов, а также влажного и горячего воздуха. Кроме того, на ПОП должна быть оборудована самостоятельная вентиляция.
Запрещается размещать производственные помещения под душем, ванной, туалетом, т.к. при засорении канализации в них могут проникать сточные воды.
Раздаточная должна быть непосредственно связана с кухней, торговым залом, моечной столовой посуды и хлеборезкой.
В заготовочных цехах (овощной, мясо-рыбный), где площадь каждого цеха составляет 20 м2, целесообразно отделять стеклянной перегородкой высотой 1,7-1,8 м места для мытья и чистки овощей (в овощном цехе), для первичной обработки мяса и птицы (в мясном цехе).
В столовых-доготовочных технологический процесс приготовления кулинарных изделий обычно осуществляется в одном помещении, без деления его на отдельные цеха. В таких помещениях необходимо предусмотреть хорошую вентиляцию (кондиционирование воздуха) и достаточную освещенность.
Обработка мясных, рыбных и овощных полуфабрикатов должна производиться раздельно (раздельные технологические линии с использованием раздельного оборудования), при этом целесообразно максимально механизи-ровать все технологические процессы.
Производственные помещения следует изолировать от административно-хозяйственных. Если проектируемое предприятие располагается на двух этажах, то торговый зал, производственные цеха и моечные отделения должны находиться на первом этаже в непосредственной близости друг от друга.
Большое гигиеническое значение при планировании помещений имеет ориентация их по отношению сторон света. В цехе для приготовления холодных блюд и закусок, кондитерских цехах, где осуществляется приготовление крема и отделка тортов и пирожных, предусматривается северо-западная ориентация и средства защиты от инсоляции.
Складские помещения. Складские помещения группируют вокруг разгрузочной. Для хранения скоропортящихся продуктов предусматривается отдельный охлаждаемый блок, для хранения сухих продуктов и овощей - отдельные кладовые. Над складскими помещениями, размещенными в подвальных или полуподвальных этажах, не располагают моечные отделения и санитарные узлы.
Количество и размеры складских помещений зависят от мощности предприятия.
Кладовые для сухих продуктов располагают в сухих, хорошо вентилируемых помещениях.
Для хранения хлеба целесообразно предусмотреть специальное помещение и хлеборезку.
Скоропортящиеся продукты хранят в холодильных камерах, где обеспечивается отдельное хранение: мяса, рыбы, молока и молочных продуктов; зелени и фруктов; гастрономии и готовых кулинарных изделий.
Охлаждаемые камеры должны иметь самостоятельную приточно-вытяжную вентиляцию, не связанную с вентиляцией других помещений.
Холодильные установки должны быть смонтированы на виброизоли-рующей основе (для снижения шума и вибрации).
Для распаковки и осмотра продуктов в камерах предусматривается приемно-разгрузочная площадка.
В складе для овощей во избежание загрязнения приемно-разгрузочной площадки картофелем и овощами следует предусмотреть загрузочный люк, закрытый козырьком от попадания в него атмосферных осадков.
В блоке охлаждаемых помещений предусматривают камеру для хранения пищевых отходов с отдельным входом. Камера должна удобно сообщаться с помещением моечной столовой посуды.
Служебные и бытовые помещения. К служебным помещениям относят помещения конторы, дирекции, бухгалтерии, службы маркетинга и др. Располагать их следует в надземном этаже.
Бытовые помещения включают гардеробные для домашней и санитарной одежды, бельевые, душевые, санитарные узлы, комнаты для персонала. Располагать их можно как в подвальном помещении, так и на первом этаже здания вблизи от лестничной клетки.
Помещения конторы и дирекции целесообразно проектировать ближе к лестничной клетке и служебному входу, чтобы в производственные помещения не могли попадать посторонние лица.
Бытовые помещения (гардеробные, душевые, санузлы) для обслуживающего персонала рекомендуется компоновать единым блоком, изолировано от производственных помещений предприятия.
Комната для персонала предназначается для приема пищи сотрудниками предприятия, поэтому ее следует располагать в группе производственных помещений, ближе к горячему цеху и моечной столовой посуды.
Количество бытовых помещений и их размеры зависят от числа мест для посетителей данного предприятия.
Гардеробные для персонала проектируют отдельно для мужчин и женщин. Личную одежду и санитарную одежду следует хранить в шкафах с двумя отделениями. На крупных предприятиях предусмотрено отдельное хранение личной одежды и санитарной одежды, а также душевые пропускного типа с раздевалкой и комнатой одевания.
Туалеты целесообразно проектировать на каждом этаже или через этаж со шлюзами, в которых устанавливаются умывальники и вешалки для санитарной одежды. Расстояние от рабочего места до туалета не должно превышать 75 м.
В тамбуре туалета для персонала предусматривается отдельный кран со смесителем на уровне 0,5 м от пола для забора воды, предназначенной для мытья полов, а также сливной трап с уклоном к нему.
К служебным помещениям на крупных заготовочных предприятиях относят санитарно-техническую лабораторию. Она состоит из помещения приема проб, лаборатории, химико-технологического и бактериологического отделения, кабинета начальника. Площадь помещений лаборатории составляет 8-10 м2 на 1 т перерабатываемого сырья.
В химико-технологическое отделение входит помещение для физико-химических анализов с вытяжным шкафом, моечная, весовая, кладовая для хранения реактивов, посуды и др. Подсобные помещения могут быть объединены при условии разделения линий мойки, хранения посуды и реактивов.
В бактериологическом отделении имеется комната для бактериологических исследований, бокс для посевов, автоклавная, моечная и средоварочная.
Технические помещения. Это особая группа помещений, которая не всегда может располагаться единым блоком. Эти помещения проектируют в цокольном и подвальном этажах, а также на различных этажах ПОП. Они должны иметь удобный доступ и самостоятельные входы из производственных коридоров или хозяйственной зоны предприятия.
Машинное отделение холодильных камер располагают рядом с холодильными камерами. На малых предприятиях не предусматривается машинное отделение. Нельзя устанавливать холодильные агрегаты на лестницах и под лестницами, у входных дверей, в вестибюле, в машинном отделении лифтов.
Вентиляционные камеры и тепловой пункт располагают у наружных стен зданий.
Электрощитовую проектируют у наружных стен зданий и в непосредственной близости от производственных помещений. Запрещено их располагать под моечными, душевыми и другими помещениями, где имеются канализационные трапы и раковины.
Камеру кондиционирования воздуха располагают рядом с теплопунктом и в удобной связи с холодильной установкой.
В группе технических помещений предприятий с числом посадочных мест не более 150 предусматривается помещение для слесаря-механика площадью 6 м2.
36. Канализация, ее санитарные и противоэпидемиологические требования. Сбор и удаление пищевых отходов и отбросов.
Канализация представляет собой сеть подземных труб и каналов, по которым сплавным путем отводятся за пределы населенного пункта физиологические выделения человека и сточная вода, образующаяся в результате хозяйственно-бытового и промышленного использования водопроводной воды. Только канализация полностью ограждает почву от загрязнения нечистотами, немедленно удаляет их из здания и быстро транспортирует за пределы населенной зоны.
Основные составные элементы канализации:
1) домовые приборы для приема стоков и отбросов;
2) сеть труб;
3) сооружения для очистки сточных вод перед выпуском их в водоем.
Канализация заменяет вывозную систему и устраняет свойственные последней санитарные недостатки. Беспрепятственное удаление использованной воды позволяет доводить водопотребление в канализованных городах до норм, полностью удовлетворяющих требованиям поддержания личной и общественной гигиены на высоком уровне.
Санитарно-эпидемиологические требования к канализации и удалению твердых отходов на предприятиях общественного питания. Санитарное благополучие предприятия общественного питания в значительной степени зависит от правильной организации удаления жидких и твердых отбросов.
Удаление жидких отходов . На предприятиях общественного питания удаление жидких отходов осуществляется с помощью внутренней хозяйственно-бытовой ипроизводственной канализации , которая оборудуется на всех предприятиях независимо отих мощности и степени благоустройства местности.
Устройство системы канализации должно соответствовать требования действующих строительных норм и санитарно-эпидемиологических правил.
Отведение всех сточных вод осуществляется в систему централизованных очистных сооружений, а при их отсутствии - по санитарно-эпидемио-логическому заключению органов санэпидслужбы в систему локальных очистных сооружений канализации.
Внутренняя система канализации производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод должна быть раздельной и иметь самостоятельные выпуски во внутриплощадочную сеть канализации. При этом уровень выпуска производственных стоков должен быть выше уровня выпуска хозяйственно-фекальных вод. Все помещения, оборудованные моечными ваннами, ракови-нами, унитазами и сливными трапами не должны размещаться ниже уровня внутриплощадочной канализации, которая примыкает к пищевому объекту. Горизонтальные отводы канализации от всех производственных помещений обязательно оборудуются устройствами для прочистки труб, а на концевых участках отводов устраиваются «дыхательные» стояки, предотвращающие засасывание сточных вод при залповых сбросах их из оборудования.
Не допускается прокладывать внутренние канализационные сети с бытовыми и производственными стоками под потолком обеденных залов, производственных и складских помещений предприятий. Канализационные стояки не разрешается прокладывать в обеденных залах, производственных и складских помещениях. Допускается прокладывать стояки в оштукатуренных коробах без ревизии лишь в производственных и складских помещениях.
Важно предусмотреть, чтобы технологическое оборудование и моечные ванны не загрязнялись содержимым производственной канализации. С этой цельюих присоединяют к канализационной сети с воздушным разрывом струи не менее 20мм от верха приемной воронки. Все приемники стоков внутренней канализации должны иметь гидравлические затворы (сифоны).
Для крупных предприятий обязательным требованием является также установка сооружений для очистки сточных вод от жира, крахмала, песка до поступления последних в наружную канализационную сеть.
При расположении предприятия общественного питания на первом этаже в жилых домах и зданиях иного назначения следует предусматривать изоляцию сети производственной и бытовой канализации предприятия от хозяйственно-фекальной канализации этих зданий. Для этого канализационная система предприятия подключается к городской сети отдельными выпусками. Стояки бытовой канализации из верхних этажей жилых домов и зданий иного назначения допускается прокладывать только горизонтальных или вертикальных технологических каналах. Расположенные над предприятиями санитарные узлы, душевые и ванные должны иметь полы с гидроизоляцией.
Все производственные цеха, а также моечные, загрузочная, дефростер и камера хранения пищевых отходов оборудуются сливными трапами с уклоном пола к ним.
Во всех строящихся и реконструируемых предприятиях общественного питания следует оборудовать унитазы и раковины для мытья рук персонала специальными устройствами, исключающими загрязнение рук (локтевые, педальные приводы и т.п.).
В тамбуре туалета для персонала необходимо предусматривать отдельный кран со смесителем для забора воды, предназначенной для мытья пола. Кран должен располагаться на высоте 0,5 м от пола и иметь сливной трап с уклоном к нему.
Все стационарные предприятия общественного питания должны иметь для посетителей туалеты и раковины для мытья рук. Не разрешается совмещение туалетов для персонала и посетителей.
Временные предприятия быстрого обслуживания (павильоны, палатки, фургоны и др.) необходимо располагать в местах, оборудованных общественными туалетами.
Не допускается сброс неочищенных сточных вод в открытые водоемы и поглощающие колодцы.
Удаление мусора и пищевых отходов . Скопление на предприятии мусора и пищевых отходов может явиться источником загрязнения его дурнопахнущими ядовитыми газами (например, сероводородом), а также способствовать размножению микроорганизмов и появлениюмух, насекомых, грызунов, что резко снижает уровень санитарного состояния предприятия.
Сбор пищевых отходов в производственных помещениях и моечных отделениях производят в специальные контейнеры небольшой вместимости Хранятих в охлаждаемой камере для отходов при температуре не выше 2 °С и ежедневно вывозят. Расположение камер для отходов должно обеспечить минимальный путь удаления отходов из моечных отделений.
Для сбора мусора и пищевых отходов на территории необходимо использовать раздельные контейнеры с крышками. Контейнеры устанавливаются на площадках с твердым покрытием, размеры которых превышают площадь контейнеров на 1 м по периметру.
Площадка мусоросборника должна иметь санитарный разрыв не менее 25 м от жилых домов, площадок для игр и отдыха.
Мусоросборники освобождаются при заполнении не более 2/3 их объема, после этого подвергаются очистке и дезинфекции с применением средств, разрешенных санитарной службой.
В настоящее время действует планово-регулируемая система очистки от мусора, предусматривающая ежедневный вывоз его за пределы города. При этом важной гигиенической мерой является тщательная изоляция мусора как в процессе его хранения в мусоросборниках, так и при транспортировке. Подсчитано, что из одного, находящегося в антисанитарных условиях мусорного ящика, летом может размножиться несколько десятков тысячмух в сутки. Для сбора и вывоза твердых отбросов наиболее приемлема, с гигиенической точки зрения, система сменных контейнеров.
37. Гигиенические требования к отоплению и вентиляции на п.о.п.
Системы вентиляции, удаляющие воздух из помещения, называют вытяжными, а подающие чистый наружный воздух - приточными. В системах механической приточной вентиляции поступающий в систему воздух должен соответствовать гигиеническим требованиям, забираться на высоте не менее 2 м от поверхности земли. Расстояние от воздухозабора до места вентиляционных выбросов должно быть не менее 10 м.
Смена воздуха в помещении в процессе вентиляции называется воздухообменом. Кратность воздухообмена показывает сколько раз в течение часа сменяется воздух данного помещения. Кратность воздухообмена в заготовочных цехах принимается дня вытяжки равной 4 и для притока - 3, в моечных - соответственно 6 и 4 объемам в час. Для горячих цехов необходимо проведение расчетов кратности воздухообмена.
Подаваемый воздух очищают, в холодный период года подогревают до температуры не ниже 12 °С. Приточный воздух должен поступать в верхнюю зону помещений. Одной приточной системой можно объединить горячий и кондитерский цехи, моечные и заготовочные цехи. Причем в этих цехах вытяжка должна преобладать над притоком не менее чем в два раза, а в залах - приток над вытяжкой, т.е. подпор приточного воздуха должен приходиться на наиболее чистые помещения. Благодаря этому загрязненный воздух не проникает в зал и другие непроизводственные помещения.
В помещениях отделки кондитерских изделий приточная система вентиляции выполняется с противопыльным и бактерицидным фильтром.
На небольших предприятиях общественного питания с числом мест до 100 допускается устройство только вытяжной системы вентиляции без приточной. На остальных предприятиях оборудуется общеобменная приточно-вытяжная вентиляция.
Дыхание(биологическое окисление) у бактерий тесно связано с питанием и дает энергию для осуществления функций клетки. При этом в ходе биохимических реакций образуется АТФ - универсальный аккумулятор и переносчик химической энергии у живых существ. Различают аэробный и анаэробный типы дыхания. Микробы, окисляющие органические соединения с использованием кислорода воздуха (в качестве акцептора ионов Н+), называют аэробами. В отличие от них, анаэробы получают энергию в ходе окислительно-восстановительных реакций, при которых акцептором Н+ является не кислород, а нитрат или сульфат (в бескислородных условиях). Многие микробы, имея полный набор дыхательных ферментов, могут существовать как в кислородной, так и бескислородной среде - это факультативные (необязательные) анаэробы с нитратным типом дыхания. Облигагные (обязательные) анаэробы существуют лишь в строго анаэробных условиях, т.к. в аэробных условиях образуются токсичные перекиси (Н2О2 и др.), которые не разрушаются из-за отсутствия у облигатных анаэробов фермента каталазы, для них характерен сульфатный тип дыхания. Необходимыми условиями для культивирования микробов являются:
- 1) наличие подходящей по составу питательной среды;
- 2) оптимальной (по содержанию О2 и др.) атмосферы над питательной средой;
- 3) оптимальной температуры.
Выделение чистой культуры анаэробов занимает 4 дня и отличается тем, что исследование ведут в анаэробных условиях на специальных средах и материал предварительно подращивают сутки в среде для накопления анаэробов. Методы культивирования анаэробов основаны на удалении кислорода из питательной среды и из атмосферы (используют механическое и физическое удаление или замещение, химическое или биологическое связывание О2)
- - перед посевом среды регенерируют (кипятят и быстро охлаждают);
- - делают посевы в высокие столбики среды в пробирках;
- - наслаивают поверх питательной среды вазелиновое масло;
- - культивируют в анаэроостате, из которого откачан воздух и замещён инертным газом или бескислородной смесью (азот, водород, углекислый газ);
- - культивируют в эксикаторе, на дно которого помещены химические поглотители кислорода (щелочной раствор пирогаллола и др.);
- - культивируют в герметично закрытой чашке с плотной средой, на две половины которой отдельно засевают анаэробы и аэробы, которые в ходе размножения поглощают кислород (метод Фортнера).
Введение
питание дыхание микроорганизм бактерия
Как известно, микроорганизмы черпают энергию, необходимую для поддержания их жизнедеятельности, за счет различного рода процессов окисления органических (а иногда и неорганических) веществ. При этом окисление происходит путем отщепления от субстратов водорода (или электронов). Водород переносится по цепи ферментов и в конечном итоге соединяется с кислородом, образуя воду. Анаэробный же способ извлечения энергии характеризуется тем, что свободный кислород в нем не принимает участия, а органические субстраты окисляются только за счет отщепления водорода. Освобождающийся водород либо присоединяется к продуктам распада того же самого органического вещества, либо выделяется в газообразном состоянии.
Типы дыхания микроорганизмов
Дыхание микробов представляет собой биологическое окисление различных органических соединений и некоторых минеральных веществ. В итоге окислительно-восстановительных процессов и брожения образуется тепловая энергия, часть которой используется микробной клеткой, а остальное количество выделяется в окружающую среду.
В настоящее время окисление определяют как процесс отнятия водорода (дегидрирование), а восстановление - его присоединения. Эти же термины применяют к реакциям, связанным с переносом протонов и электронов или только электронов. При окислении вещества происходит потеря электронов, а при восстановлении - их при-соединение. Считают, что перенос водорода и перенос электронов - эквивалентные процессы.
Способность соединений или элементов отдавать или принимать электроны обусловливается окислительно-восстановительным потенциалом. По предложению М. Кларка, его обозначают гН2 (отрицательный логарифм парциального давления газообразного водорода). Это степень насыщения среды кислородом или водородом. Диапазон J Н2 колеблется от 0 до 42,6. При П12<.,28 среда характеризуется восстановительными свойствами, при НТ2,.>28 окислительными, при iil2, равным 28, среда нейтральная.
Аэробы живут при более высоком окислительно-восстановительном потенциале (ili2 14-35), анаэробы- при более низком (гН2 0-12). Попы Н1 (про тоны), каковыми они в сущности и являются, переносятся против электрохимическою градиента, то есть из среды с меньшей концентрацией в среду, где их много. Процесс переноса протонов связан с потреблением энергии. Проникновение ионов водорода через мембрану происходит не по законам осмоса, а активно, с помощью насоса, который называется водородной помпой. Таким образом, биологические преобразования в цитоплазме микробной клетки связаны с движением протонов и электронов, но это не простое электрическое движение, а сложный биохимический процесс, который осуществляется при помощи ферментов. Последние катализируют реакции, ускоряют разрыв ковалентных связей и тем самым снижают энергию активации.
Электроэнергия, вырабатываемая микробами, может быть использована даже в некоторых приборах. В настоящее время сконструированы передатчики, работающие на биологической электроэнергии, ее вырабатывают микроорганизмы, питающиеся сахаром, растворенным в морской воде. (Аэробное дыхание микроорганизмов - это процесс, при котором последним акцептором водорода (протонов и электронов) является молекулярный кислород. В результате окисления, главным образом сложных органических соединений, образуется энергия, которая выделяется в среду или накапливается в макроэргических фосфатных связях АТФ. Различают полное и неполное окисление?!
Полное окисление. Основной источник энергии у микроорганизмов- углеводы. При их расщеплении, которое происходит разными путями, получается важный промежуточный продукт - пировиноградная кислота (пируват). Полное окисление пировиноградной кислоты происходит в цикле трикарбоновых кислот (цикл Кребса) и дыхательной цепи (рис. 17). В результате расщепления глюкозы в аэробных условиях процесс окисления идет до конца - до образования углерода диоксида и воды с освобождением большого количества энергии: С6Н12Об + 602 -* 6С02 4- 6Н20 + 2874,3 кДж.
Она соответствует запасу потенциальной энергии гексозы, то есть тому ее количеству, которое было аккумулировано в молекуле сахара при фотосинтезе его из углерода диоксида и воды в зеленых растениях. Передача электронов водорода на кислород осуществляется через дыхательную цепь, или цепь переноса электронов. Дыхательная цепь - это система дыхательных фермен¬тов, которые находятся в мембранах. Мембраны, как известно, контактируют с цитоплазмой клетки, в результате чего происходит их взаимодействие.
Неполное окисление. Не все аэробы доводят реакции окисления до конца. При избытке углеводов в среде образуются продукты неполного окисления, в которых заключена энергия. Конечными продуктами неполного аэробного окисления сахара могут быть органические кислоты: лимонная, яблочная, щавелевая, янтарная и другие, они образуются плесневыми грибами.
Анаэробы - организмы, получающие энергию при отсутствии доступа кислорода путем субстратногофосфорилирования, конечные продукты неполного окисления субстрата при этом могут быть окислены с получением большего количества энергии в виде АТФ в присутствии конечного акцептора протонов организмами, осуществляющими окислительное фосфорилирование.
На схеме 1 показан транспорт электронов при дыхании и различных типах анаэробного способа получения энергии. Водород и электроны отщепляются от субстратов с помощью пиридиннуклеотидных ферментов (ПН). Далее они у аэробов проходят по цепи ферментов с возрастающими потенциалами-флавопротеидные (ФП - цитохромные ферменты (Цит.) - и с помощью цитохромоксидазы (Цит. оке.) переносятся на кислород. Поток электронов направлен от системы с более низким (более отрицательным потенциалом) к системе с более высоким (более положительным) потенциалом, от - 0,8 - 0,4 в (потенциал субстрата) до +0,8 в (потенциал кислорода).
Таким образом, при дыхании конечным акцептором водорода является кислород. У анаэробов в качестве акцепторов водорода выступают либо органические субстраты (брожение), либо неорганические вещества, такие, как нитраты или сульфаты («анаэробное дыхание»). Из схемы видно, что наиболее просто и примитивно транспорт электронов осуществляется у большинства анаэробов из-за отсутствия у них ферментов цепи переноса электронов, способных передавать электроны по цепочке вплоть до молекулярного кислорода.
Молекулярный кислород отрицательно действует на рост и активность облигатных анаэробов. В присутствии свободного кислорода клетки анаэробов теряют подвижность. Благодаря этой реакции анаэробы были впервые обнаружены Пастером. Однажды он рассматривал под микроскопом каплю бродящей жидкости (при маслянокислом брожении), помещенную между двумя тонкими плоскими стеклышками, и заметил, что клетки, находящиеся по краям препарата (куда кислород воздуха свободно проникал), становились внезапно неподвижными, а палочки, находящиеся в центре препарата (куда воздух не проникал), продолжали очень активно двигаться.
Отсюда Пастер сделал вывод, что кислород воздуха ядовит для некоторых микробов, и разделил последние на две группы - аэробов и анаэробов. Противники Пастера (например, Трекюль) возражали против утверждения о существовании бактерий, для которых кислород воздуха может быть смертельным, и приводили в пример споры анаэробов, способные длительное время сохраняться на воздухе. На это Пастер отвечал, что споры не являются настоящими живыми существами, так как они не питаются и не размножаются. Последующее развитие науки подтвердило положения Пастера. Так, было показано, что спорам бактерий свойствен крайне выраженный анабиоз и обмен веществ у них находится на таком низком уровне, что его даже не удается измерить с необходимой точностью. В связи с этим споры не чувствительны ко многим повреждающим факторам, а споры анаэробов могут, кроме того (в отличие от вегетативных клеток), легко сохраняться на воздухе.
Вопрос, почему кислород является токсичным для апаэробов, еще недостаточно выяснен. Одни исследователи считают, что токсическое действие кислорода связано с образованием в культурах анаэробных микроорганизмов ядовитых концентраций перекиси водорода, образующейся в результате окисления субстрата кислородом воздуха. Причиной накопления перекиси водорода является отсутствие у анаэробов фермента каталазы (разлагающего перекись). Имеются сообщения, что некоторые штаммы клостридиев могут расти и в аэробных условиях, если к среде добавлена каталаза. Но, с другой стороны, очень важным фактором, определяющим развитие анаэробов, являются окислительно-восстановительные условия среды. Они выражаются через окислительно-восстановительный потенциал (ОВП), измеряемый в вольтах (напряжение на электроде, погруженном в испытуемую среду). Окислительно-восстановительные условия можно выразить также через показатель rН2, характеризующий соотношение между Н2 и О2. rН2 в пределах от 0 до 40 характеризует все степени восстановленности или окисленности среды в зависимости от насыщения ее кислородом либо водородом. Подробные исследования условий развития апаэробов показали, что облигатные анаэробы не могут развиваться при rН2 (или ОВП) выше определенного предела. rН2 в среде можно измерить либо электрометрическим способом (с помощью потенциометров), либо с помощью красителей, которые восстанавливаются и обесцвечиваются (или изменяют цвет) при определенных значениях rН2. Так, например, краситель янусгрюн в аэробных условиях при rН2 = 20 и выше имеет в растворе зелепый цвет, при rН2 в пределах 12-14 - розовый цвет, а при еще более низких значениях rН2 он обесцвечивается.
Анаэробы - обширная группа организмов, как микро-, так и макроуровня:
Факультативные анаэробы
Капнеистические анаэробы и микроаэрофилы
Аэротолерантные анаэробы
Умеренно-строгие анаэробы
Облигатные анаэробы
Если организм способен переключаться с одного метаболического пути на другой (например, с анаэробного дыхания на аэробное и обратно), то его условно относят к факультативным анаэробам
До 1991 года в микробиологии выделяли класс капнеистических анаэробов, требовавших пониженной концентрации кислорода и повышенной концентрации углекислоты (Бруцеллы бычьего типа - B. abortus)
Умеренно-строгий анаэробныйорганизм выживает в среде с молекулярным O2, однако не размножается. Микроаэрофилы способны выживать и размножаться в среде с низким парциальным давлением O2.
Если организм не способен «переключиться» с анаэробного типа дыхания на аэробный, но не гибнет в присутствии молекулярного кислорода, то он относится к группе аэротолерантных анаэробов. Например, молочнокислые и многие маслянокислые бактерии
Облигатные анаэробы в присутствии молекулярного кислорода O2 гибнут - например, представители (рода бактерий и архей: Bacteroides, Fusobacterium,Butyrivibrio, Methanobacterium). Такие анаэробы постоянно живут в лишенной кислорода среде. К облигатным анаэробам относятся некоторые бактерии, дрожжи, жгутиковые и инфузории.
При этом характерным только для анаэробов является гликолиз, который в зависимости от конечных продуктов реакции разделяют на несколько типовброжению:
молочнокислое брожение - род Lactobacillus,Streptococcus,Bifidobacterium, а также некоторые ткани многоклеточных животных и человека. спиртовое брожение - сахаромицеты, кандида(организмы царства грибов)
муравьинокислое - семейство энтеробактерий
маслянокислое - некоторые виды клостридий
пропионовокислое - пропионобактерии(например, Propionibacterium acnes)
брожение с выделением молекулярного водорода -некоторые виды клостридий, ферментация Stickland
метановое брожение - например, Methanobacterium
Типы питания у микроорганизмов
Автотрофы (хемолитотрофы, фотолитотрофы) получают углерод из углерода диоксида (С02) воздуха и создают органическое вещество при помощи энергии, освободившейся в процессе окисления некоторых минеральных соединений (хемосинтез) или энергии солнца (фотосинтез). Явление хемосинтеза у хемолитотрофов впервые (1887) установлено русским микробиологом С. Н. Виноградским при изучении бесцветных серобактерий, нитрифицирующих и других микроорганизмов. Энергия, образуемая в процессе окислительных реакций, используется затем бактериями для усвоения углерода и создания органического вещества.
Фотолитотрофы (сине-зеленые водоросли, пурпурные серобактерии и другие микробы) обладают фотосинтезирующей способностью, так как содержат в своем составе пигменты (красящие вещества). Пигменты фотолитотрофов по своему составу близки к хлорофиллу зеленых растений. Фотобактерии, как и растения, создают органическое вещество, используя углерод из углерода диоксида и энергии солнца. Автотрофы могут развиваться в чисто минеральных средах, они не способны усваивать более сложные соединения углерода и поэтому не являются патогенными для животных.
Источники энергии
Наиболее доступные источники углерода для бактерий - углеводы и аминокислоты, что учитывают при изготовлении питательных сред.
Аутотрофия. Пищевые потребности аутотрофных [от греч. auto, сам, + trophe, питание бактерий ограничены; для их роста достаточно внесения в среду неорганических соединений, содержащих азот и другие минеральные элементы. Лутотрофные бактерии в качестве источника углерода утилизируют двуокись углерода или карбонаты. Такие бактерии способны синтезировать вce необходимые соединения из простых веществ. К ним относят фото- и хемотрофные (хемосинтезирующие) бактерии, использующие соответственно в качестве источника энергии электромагнитное излучение (свет), либо энергию окислительно-восстановительных реакций с участием субстратов, которые служат для них источником питания. Среди аутотрофов не обнаружено видов, имеющих медицинское значение.
Азот необходим бактериям для синтеза аминокислот (белков), пуриновых и пирим иди новых нуклеотидов, а также некоторых витаминов. Поскольку азот во всех живых организмах содержится в восстановленной форме, все минеральные формы азота с большей, чем у аммиака, степенью окисленности должны быть восстановлены.
Ряд микроорганизмов способен утилизировать азот только из органических соединений (аминогетеротрофы). Некоторые из микроорганизмов усваивают азот в виде неорганических форм (аминоаутотрофы). Однако многие микроорганизмы способны использовать как органический, так и минеральный азот.
Использование неорганического азота
В природе атомы минерального азота существуют в различной степени окисленности: от N5+ (N205, азотный ангидрид) до N3- (NH3, аммиак). Степень усвояемости минеральных соединений азота бактериями определяется лёгкостью их превращения в аммиак, так как он является самым простым предшественником высокомолекулярных азоторганических соединений. В этой группе бактерий возможны два разнонаправленных процесса: ассимиляция (связывания минеральных форм азота в органический материал) и диссимиляция (выделения газообразных форм азота).
Ассимиляционные процессы. Связывание минеральных форм азота происходит в ходе азотфиксации, ассимиляции аммиака и ассимиляционной нитратредукции.
Азотфиксация. Азотфиксирующие бактерии (например, Rhizobiut, Azotobacter, Clostridium, Klebsiella и др.) способны утилизировать азот из атмосферного воздуха, восстанавливая его до аммония с помощью специального фермента (нитрогеназа) в процессе, называемом азотфиксация.
Ассимиляция аммиака. Большинство бактерий усваивает аммоний в ходе ассимиляции аммиака. Бактерии, растущие на средах с аммонием, могут непосредственно включать его в органические соединения. Следует помнить, что после потребления неорганических аммонийных солей в среде накапливаются анионы (SO4, Сl, H3PO4 и др.), снижающие рН среды, что замедляет рост культур. Аммонийные соли органических кислот менее подкисляют среду и более благоприятны для роста бактерий.
Ассимиляционная нитратредукция. Подавляющее большинство бактерий и грибов, как и растения, усваивают нитрат в процессе ассимиляционной нитратредукции. На первом этапе нитраты восстанавливаются до нитритов, цикл этих превращений катализирует специфический фермент - ассимиляционная нитратредуктаза В. Второй этап представляет комплекс восстановительных реакций, катализируемых нитритредуктазой, что приводит к образованию аммиака, который используется для синтеза аминокислот и других азотсодержащих компонентов клетки.
Механизм поступления питательных веществ
Экзо-ферменты, локализованные на внешней стороне клеточной мембраны. У бактерий Э. могут выделяться во внешнюю среду или находиться между клеточной стенкой и клеточной мембраной.
Классификация ферментов.
В настоящее время известно более 2000 ферментов, поэтому возникла необходимость в научно обоснованной их классификации. По классификации, разработанной специальной комиссией Международного биохимического союза (1961), все/ферменты объединены в шесть классов: окендоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы, или синтетазы.
Оксидоредуктазы - окислительно-восстановительные ферменты. Они ускоряют процессы восстановления и окисления различных веществ, играют большую роль и процессах дыхания микробов. Эта группа миогочисленна, она включает более 200 ферментов. Вот некоторые из них.
Дегидрогеназы - ферменты, которые ведут процесс биологического окисления путем отнятия водорода от субстрата донора и переноса его на кислород или другой акцептор. Различают аэробные и анаэробные дегидрогеназы. Аэробные дегидрогеназы переносят водород как непосредственно на молекулярный кислород, так и па другие системы, они получили название оксидаз. Анаэробные дегидрогеназы вступают во взаи-модействие с субстратом, отнимают у него водород и передают акцептору, но не кислороду воздуха. Цитохромоксидазы - ферменты, переносящие, электроны. Цитохромоксндаза активирует молекулярный кислород и с его помощью окисляет восстановленный цитохром, актив ной группой которого является гемин. Каталаза содержится в клетках аэробных микробов и относится к группе геминовых ферментов, содержащих в своей молекуле трехвалентное железо, способное терять электроны (окисляться). При действии каталазы на перекись водорода происходит ее восстановление, образуются вода и молекулярный кислород. Пероксидаза содержится в некоторых микробах, она активирует кислород перекиси водорода и ускоряет окисление различных органических соединении.
Гидролизы - ферменты, ускоряющие реакции гидролиза, то есть процесса расщепления сложных веществ па более простые с присоединением молекулы, воды. Они имеются у многих микроорганизмов. Гидролазы объединяют более 200 ферментов. В эту группу входят: эсте разы, расщепляющие сложные эфиры, образованные органическими кислотами и спиртами; фосфатазы, гидролизующие сложные эфиры, образованные спиртами и фосфорной кислотой; глюкозидазы, расщепляющие глюкозидные связи в углеродах и их производных; пептидазы; ускоряющие гидролиз пептидных связей в белках; амидазы, ускоряющие гидролиз амидов, аминокислот и других соединений.
Лиазы - ферменты, отщепляющие от субстратов негидролитическим путем ту или иную группу (реакция между углеродом и кислородом, азотом, серой, галоидом). Этот класс объединяет около 90 ферментов. Наиболее важное значение из них имеют карбоксилаза, альдегидлиаза (альдолаза) и др.
Изомеразы - ферменты, ускоряющие перемещение внутри молекул водорода, фосфора и двойных связей, что имеет важное значение в обмене веществ. К этой группе относятся фосфогексоизомераза, триозофосфотизомераза и др.
Лигазы или синтетазы - ферменты, ускоряющие синтез сложных соединений из более простых за счет распада пирофосфорных связей (в АТФ или других богатых энергией пирофосфатов). Лигазы играют большую роль в синтезе белков, нуклеиновых кислот, жирных кислот и других соединений. В этот класс входит около 100 ферментов. Представители этой группы - аспарагинсинтетаза, глютамипсинтетаза и др.