Использование плесневых грибов и дрожжей
Из обширного царства Грибы, насчитывающего более 100 тысяч видов, плесневые грибы и дрожжи – наиболее необычные виды. Потенциал и сфера их использования человеком чрезвычайно широка. Но кроме полезных, способных служить во благо, среди них встречается немало и таких, вред которых затрагивает разные сферы существования.
Использование плесневых грибов и дрожжей
История исследований
Изобретение микроскопа позволило людям заняться исследованиями живых организмов малого размера. Первооткрывателем микромира считают нидерландца Антония ван Левенгука, хотя первый микроскоп был сконструирован еще Г.Галилеем. А. Левенгук первый описал разновидности и формы микроорганизмов. Постепенно это изучение вылилось в целую науку, изучающую их строение, среду обитания, условия роста и размножения, получившую название микробиология. Основоположником микробиологии считают французского ученого, Л. Пастера, который обнаружил способности микроорганизмов не только перерабатывать остатки мертвых органических соединений, но и очищать воду и грунт. Он также доказал, что грибы и дрожжевые организмы способны выполнять полезные для человека функции и приносить вред.
С развитием микробиологии было сделано много важнейших открытий русскими учеными: Л. С. Ценковским, И.И. Мечниковым, Н. Ф. Гамалеей, Д. И. Ивановским и другими. С их помощью впервые была заложена основа учения об антибиотиках и появилась наука, изучающая вирусы — вирусология.
В настоящее время изучению плесневых грибов, дрожжей, а также их применению и влиянию уделяется много сил и времени, открывая новые возможности для их использования во многих отраслях народного хозяйства.
Общая характеристика
Грибы — вкусные и полезные дары природы, встречаются в лесах и на лугах, они имеют крупные плодовые тела. Но науке известен не менее полезный и более разнообразный из встречающихся представителей этого царства – плесневые формы грибов.
Они появились примерно 200 млн. лет назад.
Некоторые разновидности относятся к мицелиальным, состоящим из нитевидных образований (одно или многоклеточных) – гиф.
Другие – к дрожжевым (клеткам округлой формы), они размножаются почкованием.
И последний вид – макромицеты – именно они являются традиционными в нашем понимании грибами.
Плесневые грибы
К плесневым грибам относятся грибы микроскопических размеров, увидеть которые невооруженным глазом невозможно.
Общее их название – микромицеты – группа грибов, относящихся к низшим и частично высшим. По типу питания они – сапротрофы. Их главная характеристика – способность перерабатывать останки живых организмов, превращая их в органические и неорганические соединения. Но среди них могут встречаться и паразиты, как например, пеницилл распростертый, поселяющийся на поверхности яблок и вызывающий их мягкую коричневую гниль.
Распространение в природе имеют практически повсеместное. Трудно переоценить их значение в круговороте веществ и энергии в биосфере. Они не привередливы к условиям обитания: главное для них – тепло, повышенная влажность и питательная среда. Колонии их способны поражать органические и неорганические вещества, образуя характерные налеты.
Ирина Селютина (Биолог):
Характерной особенностью плесневых грибов является формирование на питательных веществах плесени. Она может напоминать паутинку, быть пушистой или пылевидной и иметь различную окраску. С окраской налета часто связано и название гриба: серая плесень, зеленая плесень, черная плесень и т.д. Форма расположения и окраска плесени являются систематическими признаками. Одним из необходимых условий образования плесени считается достаточная влажность питательного субстрата и высокая относительная влажность окружающего воздуха. Большинство плесневых грибов – сапрофиты, но среди них встречаются и необязательные паразиты растений, животных и человека. Для них характерен очень широкий спектр ферментов, благодаря которым они могут жить на разнообразных питательных веществах.
Строение большинства плесневых грибов, несмотря на разнообразие их видов, имеет общие черты. Мицелий их имеет много разветвлений, не образуя крупных плодовых тел. Вегетативное тело их состоит из большого количества тонких нитей – гифов, распространяющихся на поверхности или внутри остатков живого организма. При этом он может занимать большие площади и быстро разрастаться. Они – эукариоты, т. е. их клетки содержат ядро и генетический аппарат в ней, в отличие от прокариот, к которым принадлежат бактерии. Их клетки не содержат хлорофилла, который дает растениям зеленый цвет и способность перерабатывать углекислый газ в питательные вещества.
Размножаются следующими способами:
- вегетативно: частями мицелия, которые, распространяясь, начинают существовать в питательной среде, как самостоятельный организм;
- половым путем: когда две половые клетки соединяясь, образуют зиготу;
- бесполым: с образованием нескольких видов спор.
Дрожжи
Для жизни дрожжей необходим кислород
Дрожжи относятся к одноклеточным грибам, насчитывают более 1500 видов представителей аскомицетов и базидиомицетов. Считаются одними из самых древних организмов, которые культивирует человек. Они не имеют мицелия. Форма клетки бывает разная, а размеры варьируются от 6 — 12 мкм до 40 мкм. Это представители органотрофных эукариотов, использующие для питания органические вещества, чтобы получить углерод и энергию для жизнедеятельности.
Отличаются тем, что они более требовательны к условиям питания, чем плесневые грибы. Для жизни этих одноклеточных необходим кислород, но при его отсутствии они получают энергию из образовавшихся в процессе брожения спиртов. В анаэробных условиях могут питаться только глюкозой, а в аэробных – используют углеводороды, органические и ароматические соединения, спирты и жиры.
Размножаются дрожжи при помощи деления или почкования либо половым путем и процесс этот при оптимальных условиях происходит с большой скоростью. Деление и почкование проходит путём образования и, по мере роста, отделения от материнской клетки новой, выросшей до определенных размеров.
Виды плесени и дрожжей
Классификация, известных науке плесневых грибов, насчитывает более 300 разновидностей. Систематика самых известных из них имеет следующее описание:
- Пенициллы: самые известные высшие представители рода существующих плесневых грибов. Они встречаются в различных местах, естественной средой их обитания является почва. Включают виды по способу питания – сапротрофы и слабые паразиты. Разделение базируется на особенностях строения конидиеносцев и зависит от ярусности кисточек, имеющих конидии. Антибиотик пенициллин относится к самым известным их продуктам. В 1929 г. шотландский микробиолог А. Флеминг впервые выявил у представителя рода антибактериальное действие и выделил из него вещество, которое получило название «пенициллин». Плодовые тела около 40 их видов выглядят как клейстотеции, видные без специальных оптических средств и имеющие разные цвета. Мицелий его ветвящийся и прозрачный. Размножается с помощью спор.
- Аспергиллы: высшие аэробные плесени, образующие пушистые колонии плоской формы. Мицелий имеет перегородки, распространяется спорами. Необычайно устойчивы к воздействию внешней среды. Предпочитают обогащенные кислородом и углеродом субстраты – полисахариды и моносахариды, заражают также крахмалосодержащие виды, встречаясь на хлебе и других пищевых продуктах. От пенициллов грибы аспергиллы отличаются тем, что их плодоносные нити на верхушках имеют утолщения с палочкоподобнымивыростами, в общем напоминающие «лохматую голову». Именно от этих выростов и отшнуровываются цепочки спор.
- Мукор: распространенный в почве род низших плесневых грибов, мицелий которого представляет одну большую разветвленную многоядерную клетку, не имеющую перегородок. Вершина каждого его не имеющего цвета спорангиеносца, достигающего несколько сантиметров длиной, оканчивается черной головкой в которой зреют споры. Эти грибы образуют плесень на пищевых продуктах и отличаются своей способностью способностью вызывать микозы (грибковые заболевания). Мукоры – сапротрофы по типу питания.
- Фузариум: анаморфный плесневый гриб, представитель аскомикотовых. Виды его приносят значительный ущерб народному хозяйству, поражая растения и животных. Вызывают целый ряд болезней, известных под общим названием фузариоз. Некоторые способны развиваться в симбиозе с растениями, обитая на их корнях и продуцируя выделение веществ, благотворно влияющих на растение.
Дрожжевые грибы делятся на группы по способу размножения и некоторым другим особенностям. Выделяют неспорообразующие или аспорогенные и споробразующие или спорогенные. Первые часто называют дрожжеподобными и выделяют следующие их роды:
- Кандида: образует ложный мицелий и размножается с помощью почкования.
- Торулопсис: имеет клетки круглой и овальной формы, не образуют псевдомицелия и слабо сбраживают углеводы, часто являясь вредителями.
- Родоторула: размножаются на пищевых продуктах, образовывая пигмент – красный, желтый, розовый и черный.
Из отдела спорообразующих дрожжей выделяют семейства:
- Сахаромицетовые: отличаются способностью сбраживать сахара
- Шизосахаромицетовые: применяют в бродильной промышленности (при производстве спиртных напитков, спирта, уксуса, дрожжей и т.д.)
- Сахаромикодовые: относят к вредителям этой отрасли.
Использование человеком
Плесневые грибы применяются во многих сферах деятельности человека. Особенно важна их роль в пищевой промышленности и медицине.
Однако далеко не всегда они приносят пользу, принося вред и убытки, заставляя тратить немало средств, усилий на борьбу с ними и их разрушительным воздействием.
В пищевой промышленности
Дрожжи нашли свое применение в кулинарии
Плесень и дрожжи используют в пищевой промышленности.
При выпечке применяют дрожжи – они придают хлебу пористость, дополнительные питательные свойства и увеличивают срок его сохранения в свежем виде. А добавляемый в них фермент амилаза, выделяемый плесневым грибом, улучшает его аромат и вкус. При этом другой фермент – инвертаза – увеличивает срок хранения кондитерских изделий.
Для производства спирта применяют специальный дрожжевой гриб, выделенный из водорослей, а для вина – чистые культуры дрожжей определенного вида, придающие ему особый вкус и аромат.
При производстве сыров и кисломолочных продуктов применяют культуры дрожжевых грибов и некоторые виды плесени. В сбраживании молока для производства кефира наряду с бактериями участвуют грибы. В производстве сыров для их закваски применяют грибы рода Торула. А их представитель из рода Пенициллум, т.н. «благородная плесень», незаменим для получения сортов «камамбер», «рокфор» и «бри», придавая им характерное строение (с наличием голубоватой плесени в толще сырной массы) и неповторимый вкус.
Качество мясных и рыбных продуктов улучшает фермент протеиназа грибного происхождения. Из сырого и жесткого мяса или рыбы низкого качества он делает нежный и мягкий продукт, улучшая также его вкус. Дрожжевой гриб рода Торулопсис, добавленный в сливочное масло, не позволяет ему поражаться другим видам плесени, значительно ухудшающих его вкус и сокращающих сроки хранения. А аспергиллус, конидии которого выглядят как черная плесень, производит лимонную кислоту.
В сельском хозяйстве и других отраслях
В сельском хозяйстве также широко используют плесневые грибы и вещества, полученные на их основе. Получаемый из них триходермин с успехом подавляет рост патогенных микроорганизмов, поражающих растения. Некоторые виды плесневых грибов, опасные для насекомых- вредителей, используют в борьбе с ними. Некоторые грибы рода Фузариум способствуют росту растений и увеличению их продуктивности.
Однако среди них существует и немало паразитов, ответственных за порчу и сокращение сроков хранения продукции, выделяющих в процессе своей жизнедеятельности токсины. Они даже могут привести к самовозгоранию легковоспламеняющейся продукции – сена, соломы, фуража зерновых культур. Для борьбы с ними используют пестициды.
Использование в медицине
Плесневые грибы широко используются человеком в медицинских целях. Неоценима помощь их представителя, пенициллума, в создании антибиотика пенициллина, появление которого помогло спасти и здоровье миллионов людей. На сегодня одним из самых востребованных и эффективных их групп являются цефалоспорины. Развитие микробиологии позволило провести испытания, при которых путём обработки плесневых грибов химическими мутагенами, были получены их новые формы – анкомицеты, продуцирующие пенициллин, стрептомицин и вырабатывающих прочие антибиотики в больших количествах.
Не менее важными препаратами, полученными из плесневых грибов, стали статины, применяемые для снижения уровня холестерина и лечения атеросклероза.
Применение дрожжей в медицине не менее актуально. В высушенном виде их используют для получения лекарств и БАДов, в жидком виде – применяются для лечения аллергии и восстановления микрофлоры ЖКТ.
Патогенные грибы и меры борьбы
Температура и условия влажности наших домов в ряде случаев хороши для размножения и жизни грибной плесени.
У человека часто наблюдается аллергическая реакция на плесневые грибы. Влияние черной плесени в доме заключается в выделении токсинов. Они проникают в дыхательные пути, подрывая здоровье и провоцируя разные осложнения. Для уничтожения черной плесени проводят дезинфекцию с помощью средств, уничтожающих вредоносные штаммы и мероприятия по борьбе с сыростью.
Опасны также отравления заплесневелыми пищевыми продуктами. Самый опасный из них – гриб Аспергилл желтый, имеющий свойство расти на самых разных пищевых субстратах – бобовых и масличных культурах, какао, кофе, сушенной рыбе, джеме.
Даже в высокотехнологичном производстве полимерных материалов немаловажной задачей является их защита от биоповреждений патогенными плесневыми грибами. Определение параметров стойкости полимеров к таким агентам помогает предотвратить их разрушение и увеличить срок службы.
Заключение
Информация о развитии науки микробиологии и выявленных ею фактах постоянно пополняется. Задача человека – направить свойства плесневых грибов в нужное русло.
