Закваска и фазы роста микроорганизмов


 

 

Закваска -это наш маленький домашний биореактор.    Поэтому, каждый раз  подкармливая и освежая закваску,  создавая  ей тепло и комфорт, мы  приобщаемся к биотехнологии. Закваска, как и любая другая популяция микрооганизмов, проходит несколько фаз в процессе роста и созревания.  Что бы разобраться и понять  процессы происходящие в закваске, предлагаю вам  главу  из книги Введение в биотехнологию Е.Н. Музафаров, М.А. Чепурнова

«Биотехнология возникла в древности, примерно 6000-5000 лет до н.э., когда люди научились, используя процесс брожения, выпекать хлеб, варить пиво, готовить сыр и вино. При этом наши предки действовали скорее интуитивно, ничего не зная о причинах брожения и о том, как оно осуществляется. Однако опыт получения ферментированных продуктов передавался человеком из поколения в поколение на протяжении тысячелетий. Только в XIX веке французский ученый Луи Пастер установил, что микроорганизмы играют ключевую роль в процессах брожения, и показал, что в образовании отдельных продуктов участвуют разные их виды, которые отличаются не только морфологически, но и особенностями обмена веществ. Таким образом, Луи Пастер заложил основы сознательного управления технологическими процессами, в которых микроорганизмы играют ведущую роль.

Размножение бактериальной популяции

Совокупность бактерий, развивающихся в ограниченном объеме среды, представляет собой бактериальную популяцию. Бактерии, находясь в определенном, не изменяющемся объеме питательной среды, размножаясь, потребляют питательные элементы, что приводит в дальнейшем к истощению питательной среды, накоплению продуктов обмена и прекращению роста бактерий. Культивирование бактерий в такой системе называют периодическим культивированием, а культуру – периодической (статической).

Размножение бактериальной популяции в периодической культуре описывается S-образной кривой роста, которая выражает зависимость числа клеток от продолжительности роста культуры. При развитии популяции на жидкой питательной среде в условиях периодической культуры выделяют четыре основные фазы роста, последовательно сменяющих друг друга :

  • лаг-фаза;
  • фаза логарифмического роста;
  • фаза стационарного роста;
  • фаза отмирания.

Введение в биотехнологию

Кривая роста периодической культуры бактерий

Лаг-фаза (от англ. lag – запаздывание) – период между посевом бактерий и началом размножения. Клетки приспосабливаются к новым условиям среды. Приспособление выражается в синтезе индуцибельных (адаптивных) ферментов, нуклеиновых кислот, белков. Этот период характеризуется интенсивной метаболической активностью, увеличением размеров клеток, которые готовятся к делению. Длительность фазы зависит от состава среды, на которой раньше выращивалась культура и на которую произведен посев. Чем полноценнее среда, тем короче лаг-фаза. На продолжительность фазы оказывает влияние количество и возраст засеваемых клеток. Чем старше культура и чем меньше взято клеток для посева, тем длительнее эта фаза.

Потребление субстрата сопровождается увеличением бактериальной массы – биомассы. Прирост биомассы называется урожаем. Урожай клеток отражает интенсивность развития культуры.

Фаза логарифмического (экспоненциального) роста является периодом интенсивного деления бактерий. Нарастание клеток идет в геометрической прогрессии: скорость размножения постоянная; продолжительность генерации, т.е. время между двумя последовательными делениями клетки, минимальная. Однако, даже в этой фазе происходит отмирание около 20 % клеток. Продолжительность фазы логарифмического роста около 5 – 6 часов. Продолжительность скорости размножения в этот период различна у разных организмов. Рост культуры в экспоненциальной фазе является сбалансированным, т.к. все компоненты клетки синтезируются в одинаковой степени. Однако рост является сбалансированным в течение очень короткого интервала времени. В процессе роста культуры происходит изменение состава питательной среды: питательные вещества потребляются, а ненужные продукты метаболизма накапливаются. Реакцией клетки на изменения качества среды является изменение интенсивности синтеза РНК, белка, полисахаридов и других необходимых компонентов.

Стационарная фаза. Качественные изменения среды являются основной причиной замедления роста культуры. В этот период число жизнеспособных клеток в популяции перестает увеличиваться, хотя многие из них находятся в стадии активного деления. Количество вновь появляющихся и переходящих в стадию покоя клеток приблизительно равно. На протяжении всей фазы численность популяции не изменяется. У разных видов она наступает через различные промежутки времени. Количество клеток в стационарной фазе достигает максимума, размеры их становятся близкими к размерам клеток исходного посевного материала.

Фаза отмирания. В этой фазе гибель микроорганизмов превышает скорость их размножения. Отмечаются морфологические и физиологические изменения клеток, появляются инволюционные формы. Отмирание бактерий в культуре происходит под влиянием различных причин: истощения питательной среды, накопления в среде вредных продуктов метаболизма, изменения физико-химических свойств среды в неблагоприятную сторону, «естественного старения» клеток. Некоторая часть клеток гибнет под действием собственных ферментов. Основную роль при этом играют протеолитические ферменты. Они вызывают разрушение белковых веществ в клетке, что приводит ее к гибели. Решающим фактором в этом процессе является накопление в стационарных культурах продуктов метаболизма. Продолжительность фазы колеблется от 10 ч до нескольких недель.

Таким образом, цикл развития периодической культуры сложный. Действующие на клетку факторы очень многочисленны и меняются по ходу развития культуры.

Вначале культура страдает от высокой концентрации питательных веществ в свежей среде, через некоторое время культура начинает развиваться с возрастающей скоростью, достигая ее максимального уровня. Затем постепенно сказывается исчерпание элементов питания и отравление продуктами метаболизма, развитие культуры замедляется и в конце концов прекращается совсем.»

Буфер обмена01

Ещё по теме:

Роль микроорганизмов в процессе брожения

Explore the life of a sourdough

Using Sourdough starters to create flavorful Breads


Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s