Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
Министерство образования и науки Украины Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского «ХАИ» |
||
|
Реферат на тему: «Практическое значение микроорганизмов» |
||
|
Выполнила студентка гр. 129а Савченко Ольга Проверил Садиков Геннадий Николаевич |
||
|
г.Харьков |
План
Введение.
1.1.Классические микробиологические производства.
1.2.Медицинская микробиология и производство антибиотиков.
1.3.Новые микробные производства.
1.4.Монопольное положение микроорганизмов.
1.5.Современные достижения генной инженерии.
Вывод.
Введение
Микроорганизмы чрезвычайно широко распространены в природе. Ежедневно, ежечасно мы поглощаем большое количество микробов вместе с пищей, водой, воздухом. В огромных количествах их находят в земле, воде, воздухе, причем на всех широтах, на всех материках и континентах.
Человек, не разбирающийся особо в микробиологии видит практическое значение микроорганизмов в первую очередь во вреде, который они причиняют человеку, животным и растениям. Этими болезнетворными (патогенными) микроорганизмами и их специфическими особенностями занимаются такие науки, как медицинская и ветеринарная микробиология, а также фитопатология. Хотя микроорганизмы и в других сферах природы, и в промышленности выступают иногда в роли вредителей, их роль как полезных организмов существенно преобладает. Они уже давно завоевали себе прочное место в домашнем хозяйстве, а в промышленности они совершенно необходимы. Мировые запасы угля и нефти, огромные залежи руд, серы, селитры — все это результат деятельности микробов. Они в значительной степени обусловливают урожайность полей. Микроорганизмы используют в самых различных отраслях: от первичной переработки сельскохозяйственных продуктов до ускорения сложнейших этапов химических синтезов.
Микроорганизмы очень широко используют в микробиологической, пищевой и целом ряде других отраслей промышленности, а также в сельскохозяйственном производстве, медицине и ветеринарии.
Превращения веществ под влиянием микробов происходят повсюду в природе как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Многие из этих превращений имеют важное биологическое и народнохозяйственное значение. В основе многих процессов лежат реакции обмена веществ, происходящих при росте и размножении некоторых микроорганизмов. Следует отметить, что рост и развитие этих микроорганизмов происходит очень быстро благодаря большой площади взаимодействия среды с бактериями.
В настоящее время с помощью микроорганизмов в промышленных масштабах производят кормовые белки, ферменты, витамины, аминокислоты, инсулин, гормон роста человека, органические кислоты, этанол, глицерин, ацетон, средства защиты растений, антибиотики, стероиды, каротиноиды и другие ценные продукты.
1.1.Классические микробиологические производства.
На примере пивоварения и виноделия с использованием дрожжей, выпечки хлеба и приготовления молочных продуктов с помощью молочнокислых бактерий, а также получения пищевого уксуса при участии уксуснокислых бактерий становится очевидным, что микроорганизмы относятся к важным компонентам, необходимых для изготовления этих продуктов.
Применение микроорганизмов в промышленности выгодно благодаря их способности к:
Кроме того, производства, основывающиеся на использовании микроорганизмов являются довольно экологическими безопасными по степени влияния на окружающую среду.
Основные группы микроорганизмов, используемых в отраслях пищевой промышленности, - бактерии, дрожжевые и плесневые грибы.
Для пищевых производств имеют значение дрожжи – сахаромицеты
В хлебопекарных дрожжах ценят быстроразмножающиеся расы, обладающие хорошей подъемной силой и стойкостью при хранении.
В пивоварении используют дрожжи, приспособленные к сравнительно низким температурам. Они должны быть микробиологически чистыми, обладать способностью к хлопьеобразованию, быстро оседать на дно бродильного аппарата.
В виноделии ценят дрожжи, быстро размножающиеся, обладающие свойством подавлять другие виды дрожжей и микроорганизмы и придавать вину соответствующий букет.
Молочнокислое брожение осуществляется с помощью микробов. Они очень широко используются для изготовления кефира, кумыса, сливочного масла, хлеба, квашения капусты и т. д. На действии этой микрофлоры основано силосование кормов для сельскохозяйственных животных.
В Японии и Индонезии соевые бобы, содержащие много белка, необходимого человеку для нормального функционирования организма, издавна перерабатываются с помощью мицелиальных грибов, дрожжей и молочнокислых бактерий.
Если не считать получения этанола, в промышленном производстве микроорганизмы начали использовать лишь в последние 50-60 лет. Уже в период первой мировой войны с помощью дрожжевого брожения получали глицерин.
Молочная и лимонная кислоты, в больших количествах необходимые для пищевой промышленности, производятся с помощью молочнокислых бактерий и гриба.
1.2.Медицинская микробиология и производство антибиотиков.
Методы, с помощью которых можно выращивать в лаборатории микроорганизмы, разработали О. Брефельд, Р. Кох и его школа. Введение в практику прозрачных питательных сред позволило изолировать отдельные клетки, следить за их ростом в колонии и получать чистые культуры, что привело к быстрому развитию медицинской микробиологии.
С появлением антибиотиков наступила новая эпоха в медицине и фармацевтической промышленности. Благодаря открытию пенициллина и других продуктов метаболизма грибов, актиномицетов и иных микроорганизмов человечество приобрело высокоэффективное оружие для борьбы с бактериальными инфекциями. Успешно продолжаются поиски новых антибиотиков.
Для лечения бактериальных, грибковых и некоторых паразитарных заболеваний животных, прудовых рыб, пчёл и шелкопрядов широко применяются антибиотики. Из антибиотиков, продуцентами которых являются актиномицеты, наиболее успешно в ветеринарии используют стрептомицин. Для борьбы с вредными насекомыми широко применяются бактериальные препараты.
1.3.Новые микробные производства.
Классические виды брожения дополняются новыми применениями микробов в химических производствах. Из грибов получают каротиноиды, необходимые растениям для произведения процесса фотосинтеза, а человеку – для нормального протекания физиологических процессов, и стероиды – вещества, обладающие высокой биологической активностью и выступающих в качестве биологических регуляторов — гормонов и др.
Пищевой, текстильной, кожевенной и другим отраслям промышленности требуются химически чистые ферменты. В этом плане очень перспективно использование актиномицетов. Для удаления шерсти со шкур применяют фермент кератиназу, получаемую из этих микроорганизмов.
Были также разработаны методы, с помощью которых можно в больших масштабах производить многие нуклеотиды, реактивы для биохимических исследований и аминокислоты. Из 20 аминокислот, входящих в состав белков, 8 аминокислот люди не могут синтезировать, и их относят к незаменимым. Однако были изобретены методы синтеза этих аминокислот с помощью микроорганизмов. Аминокислоты — это не только питательные вещества, но также ароматические и вкусовые агенты, и потому они широко используются в пищевой промышленности в виде разнообразных ароматизаторов, подсластителей и др. Благодаря некоторым бактериям удается получать около 100 г/л глутаминовой аминокислоты, применяемой для усиления вкуса во многих пищевых продуктах. Ежегодно в мире производят микробиологическим способом 270 000 т этой аминокислоты, основная часть которой идет в пищевую промышленность.
Микроорганизмы используются химиками в качестве катализаторов для осуществления некоторых этапов в длинной цепи реакций синтеза; микробиологические процессы по своей химической специфичности и по выходу продукта превосходят химические реакции.
Достижения микробиологии находят практическое применение в металлургии для извлечения различных металлов из руд. Например, уже реализован способ микробиологического выщелачивания меди из сульфидной руды халькопирита. В перспективе возможно использование микроорганизмов для получения цветных и редких металлов – золота, свинца, германия, лития и др.
Особо следует отметить, что микробиология внедрилась в такие традиционно небиологические производства, как получение энергетического сырья (биогаз метан), добыча нефти, что вносит существенный вклад в решение топливно-энергетической проблемы.
Микроорганизмы способны повышать прочность бетона. Установлено, что при добавлении на тонну бетона нескольких килограммов биомассы микроорганизмов повышается прочность и пластичность строительного материала.
1.4.Монопольное положение микроорганизмов.
Следует отметить, что некоторые виды сырья, доступные в особенно больших количествах, такие как нефть, природный газ или целлюлоза, могут использоваться микроорганизмами и перерабатываться ими в клеточный материал (биомассу) или в промежуточные продукты. Микроорганизмы, таким образом, незаменимы при «облагораживании» этих видов сырья.
Кроме того, некоторые микроорганизмы могут очищать организм человека, устраняя вредное воздействие токсических веществ, попавших в организм.
Микроорганизмы принимают активное участие в биологическом самоочищении водоемов, выполняя функцию по обезвреживанию и окислительной переработке поступающих в водоем загрязняющих веществ.
Широко используются микроорганизмы и в системах биологической очистки сточных вод. Биологическая очистка сточных вод производится на полях орошения и полях фильтрации, куда поступают подлежащие очистке воды. Просачиваясь через слои почвы, они подвергаются окислительному воздействию целого комплекса почвенных микроорганизмов, в результате чего содержащиеся органические вещества полностью минерализуются.
При гнилостном бактериальном разложении в природе растительных и животных остатков содержащаяся в них сера обычно освобождается в виде сероводорода. Сероводород образуется также в результате восстановления серной, сернистой и серноватистой кислот под действием особых бактерий. Оба эти процесса приводят к накоплению в почве и водоемах ядовитого для живых организмов сероводорода. Накопление сероводорода в почве вызывает гибель произрастающей на ней растительности. Если сероводород будет накапливаться в водоеме, то существование животных и растительных организмов в нем тоже может оказаться невозможным. Образование и накопление сероводорода иногда наблюдается в озерах и лиманах. Воды Черного моря на глубине более 200 м также насыщены сероводородом и являются ядовитыми для живых организмов.
Поэтому окисление сероводорода, в результате которого он утрачивает ядовитые свойства, а сера, входящая в его состав, получает удобную для усвоения форму сернокислых солей, имеет очень важное значение. Такое окисление сероводорода постоянно происходит в природе под действием серобактерий.
Также живое «население» почвы следует рассматривать одним из важнейших факторов плодородия. Одну из ведущих ролей здесь играют лучистые грибы. Они способны вырабатывать биологически активные вещества, стимулирующие рост и развитие высших и низших организмов. Эти вещества добавляют не только в питательную среду растений, но и в корма животных для стимуляции роста. Из культур актиномицетов выделены витамины: биотин, тиамин, рибофлавин, пантотеновая и никотиновая кислоты; аминокислоты и другие ростовые вещества.
Микрококки играют также большую роль в почвообразовании.
Большую роль играют клубеньковые бактерии, так как без них бобовые растения не выполняют функции азотонаконителей.
Особую роль в формировании и поддержании плодородия почвы играют бактерии, участвующие в круговороте азота в природе. Для получения максимального количества продукции с 1 га земли необходимо всемерно интенсифицировать биологическое азотонакопление. Именно этим и занимаются азот-фиксирующие бактерии, которые превращают недоступный для растений молекулярный азот из атмосферного воздуха в связанный, обогащая тем самым почву соединениями азота. Если накопление азота производить с помощью именно этих бактерий, то требуются относительно небольшие затраты энергии на активацию этих микроорганизмов.
Основное количество необходимых для растений элементов питания поступает в почву с органическими и минеральными удобрениями, при этом что касается фосфора, то примерно 70% его от ежегодно вносимого количества в почву остается неиспользованными в процессе питания растений. Растения нуждаются в фосфоре на всех этапах своей жизни. Но особенно он необходим рано весной, так как играет определяющую роль в корнеобразовании и во время цветения и формирования урожая. Многообразные превращения соединений фосфора сводятся в основном к двум процессам: к расщеплению фосфоросодержащих органических соединений до образования минеральных веществ и к переводу труднорастворимых фосфорнокислых солей в легкорастворимые. Оба указанных процесса происходят под влиянием различных микроорганизмов и играют большую роль в обогащении почвы фосфором и усвоении его растениями.
1.5.Современные достижения генной инженерии.
Изучение механизмов передачи генов у бактерий открыло возможность включения чужеродной ДНК в бактериальные клетки. Генетические манипуляции позволяют вносить небольшие отрезки носителей генетической информации высших организмов, например человека, в бактерию и заставлять ее синтезировать соответствующие белки.
Статистические данные ООН по вопросам продовольствия и сельского хозяйства свидетельствуют о том, что проблема обеспечения населения нашей планеты продуктами питания внушает серьезные опасения. По этим данным, более половины населения Земли не обеспечено достаточным количеством продуктов питания, примерно 500 млн. людей голодают, а около 2 млрд. питаются недостаточно или неправильно. К концу XX в. население нашей планеты с учетом контроля рождаемости составило 7,5 млрд. человек. Следовательно, тяжелое уже сейчас положение с продуктами питания может принять в недалеком будущем для некоторых народов угрожающие масштабы.
Пища должна быть разнообразной и содержать белки, жиры, углеводы и витамины. Источники энергии — жиры и углеводы в определенных пределах взаимозаменяемы, причем их можно заменить и белками, но белки нельзя заменить ничем. Проблема питания людей в конечном счете заключается в дефиците белка. Там, где сегодня люди голодают, не хватает прежде всего белка. Установлено, что ежегодный дефицит белка в мире, по самым скромным подсчетам, оценивается в 15 млн. т.
Увеличить количество пищевого белка можно и за счет микробиологического синтеза, который в последние годы привлекает к себе особое внимание. Микроорганизмы чрезвычайно богаты белком — он составляет 70—80 процентов их веса. Скорость его синтеза огромна. Микроорганизмы примерно в 10—100 тысяч раз быстрее синтезируют белок, чем животные. Здесь уместно привести классический пример: 400-килограммовая корова производит в день 400 граммов белка, а 400 килограммов бактерий — 40 тысяч тонн. Тому, кто размышляет о проблемах обеспечения пищей растущего населения Земли, будет также интересно узнать, что в организме одного быка весом 500 кг за 24 ч образуется примерно 0,5 кг белка; за это же время 500 кг дрожжей могут синтезировать более 50000 кг белка. Это возможно благодаря очень быстрому обмену веществ между средой и микроорганизмами из-за большой площади взаимодействия их.
Естественно, на получение 1 кг белка микробиологическим синтезом при соответствующей промышленной технологии потребуется средств меньше, чем на получение 1 кг белка животного. Да к тому же технологический процесс куда менее трудоемок, чем сельскохозяйственное производство.
Применяя обычные технологические линии по производству синтетических волокон, можно получать из искусственных белков длинные нити, которые после пропитки их формообразующими веществами, придания им соответствующего вкуса, цвета и запаха могут имитировать любой белковый продукт. Таким способом уже получены искусственное мясо (говядина, свинина, различные виды птиц), молоко, сыры и другие продукты. Они уже прошли широкую биологическую апробацию на животных и людях и вышли из лабораторий на прилавки магазинов США, Англии, Индии, стран Азии и Африки. Только в одной Англии их производство достигает примерно 1500 тонн в год. Интересно, что белковую часть школьных обедов в США уже разрешено на 30% заменять искусственным мясом, созданным на основе соевого белка.
Используемое в питании больных Ричмондского госпиталя (США) искусственное мясо получило высокую оценку главного диетолога. Правда, когда больным давали антрекот из искусственного мяса, они жаловались на его тестоватость, хотя не то, что не знали, а даже и не догадывались о том, что получали не естественный продукт. А когда мясо подавалось в виде мелко нарезанных кусочков, нареканий не было. Обслуживающий персонал также употреблял искусственное мясо, не догадываясь о подделке. Они воспринимали его как натуральную говядину. Врачи госпиталя отмечали также положительное влияние рациона на здоровье пациентов и особенно больных атеросклерозом. В состав такого мяса обязательно включают специально обработанный искусственный белок, небольшое количество яичного альбумина, жиры, витамины, минеральные соли, природные красители, ароматизаторы и прочее, что дает возможность «лепить» изделие с заданными свойствами, учитывая при этом физиологические особенности организма, для которого продукт предназначен. Это особенно важно в диете детей и людей пожилого возраста, больных и выздоравливающих, когда необходимо лимитировать питание по целому ряду пищевых компонентов, что весьма трудно сделать, используя традиционные продукты. Такое мясо можно резать, замораживать, консервировать, сушить или прямо использовать для приготовления различных блюд.
Также вполне осуществимо производство гормонов, антигенов, антител и других белков с помощью бактерий.
Микроорганизмы в пищевой промышленности играют двоякую роль. С одной стороны, это культурные микроорганизмы, с другой - в пищевые производства попадает инфекция, т.е. посторонние микроорганизмы.
Важнейшим параметром пищевых продуктов является их качество, под которым понимают совокупность свойств продукта, обеспечивающих:
Основная причина порчи пищевых продуктов и большинства случаев пищевых заболеваний - это деятельность микроорганизмов. Микробиологическая порча является главной проблемой так называемых «портящихся продуктов» - свежих фруктов, овощей, мяса, птицы, хлебобулочных изделий, молока и соков. К микроорганизмам, способным вызывать порчу пищевых продуктов, относятся бактерии, грибы (плесени и дрожжи), вирусы и микопаразиты. Продукты жизнедеятельности микроорганизмов являются причиной порчи пищевых продуктов, а некоторые из них при употреблении испорченных продуктов в пищу могут стать причиной тяжелых заболеваний и даже летального исхода. Однако многие виды бактерий вызывают порчу пищевых продуктов, но не являются болезнетворными. Так менее серьёзные случаи порчи могут проявляться в ухудшении цвета, вкуса и аромата продукта до такой степени, что он становится неприемлемым.
Поэтому для соблюдения правильного санитарно-гигиенического режима на пищевых предприятиях эффективным способом уничтожения и подавления развития посторонних микроорганизмов является дезинфекция.
Вывод
Выпечки хлеба, изготовления молочных продуктов, вина, пива, спирта, уксуса, ацетона, обработка кожи и меха и другие процессы возможны благодаря успешному использованию микроорганизмов. Следовательно, они приносят большую пользу человечеству.
Но среди огромного количества микроорганизмов есть и такие, которые несут смерть людям, животным и растениям. Вызванные ими заболевания часто распространяются с поразительной быстротой. Эпидемии чумы и холеры, оспы и гриппа, кори и дифтерии порой захватывали целые материки и даже потрясали весь мир. Были времена, когда они наносили больше человеческих жертв, чем самые страшные опустошительные войны.
Микробиология вносит существенный вклад в решение многих практических задач, проблем здравоохранения и сельского хозяйства, способствует развитию определенных отраслей промышленности.
Следует отметить, что еще имеются большие возможности, основанные на применении микроорганизмов, для расширения и совершенствования биотехнологических процессов. Решение таких актуальных проблем, как обеспечение человечества продуктами питания, возобновление энергетических ресурсов, охрана окружающей среды, так или иначе будет связано с использованием микроорганизмов.