El hedor de pozos negros y vertederos, restos orgánicos en descomposición: todo esto provoca en las personas un sentimiento persistente de disgusto. Pero cuando pasa la primera reacción y entra en juego el sentido común, se comprende que se trata de un proceso obligatorio de la vida. Detrás de cualquier podredumbre se puede ver emerger una nueva vida. Este es el ciclo eterno de las sustancias en la naturaleza. Y por muy diversos que sean los organismos vivos del planeta, sorprende que los únicos responsables de la descomposición sean las bacterias en descomposición.
que se descompone
Los procesos de descomposición son toda la gama de reacciones como resultado de las cuales sustancias complejas se descomponen en otras más simples y persistentes. El proceso de descomposición (amonificación) es la descomposición de sustancias orgánicas que contienen nitrógeno y azufre en moléculas simples. Un proceso similar, la fermentación, es la descomposición de sustancias orgánicas libres de nitrógeno: azúcares o carbohidratos. Ambos procesos son llevados a cabo por microorganismos. El esclarecimiento del mecanismo de estos procesos comenzó con los experimentos de Louis Pasteur (1822-1895). Si miramos las bacterias en descomposición exclusivamente desde un punto de vista químico, veremos que las causas de estos procesos son la inestabilidad de los compuestos orgánicos y los microorganismos actúan solo como agentes causantes de reacciones químicas. Pero como las proteínas, la sangre y los animales sufren diversos tipos de descomposición bajo la influencia de las bacterias, el papel dominante de los microorganismos es innegable.
Continúa el estudio del tema
La descomposición es de gran importancia tanto en la economía de la naturaleza como en la actividad humana: desde la producción técnica hasta el desarrollo de enfermedades. La bacteriología aplicada nació hace sólo unos 50 años y las dificultades para estudiarla siguen siendo enormes hoy en día. Pero las perspectivas son enormes:
¿Quiénes son estos destructores?
Las bacterias son todo un reino de organismos procarióticos unicelulares (sin núcleo), que cuenta con unas 10 mil especies. Pero nosotros los conocemos y, en general, se supone que hay más de un millón de especies. Aparecieron en el planeta mucho antes que nosotros (hace 3-4 millones de años), fueron sus primeros habitantes y, en gran parte gracias a ellos, la Tierra se volvió apta para el desarrollo de otras formas de vida. Por primera vez, el naturalista holandés Antonie van Leeuwenhoek vio “animálculos” a través de un microscopio que hizo con sus propias manos en 1676. Recién en 1828 recibieron su nombre gracias al trabajo de Christian Ehrenberg. El desarrollo de la tecnología de aumento permitió a Louis Pasteur en 1850 describir la fisiología y el metabolismo de las bacterias de putrefacción y fermentación, incluidas las patógenas. Fue Pasteur, el inventor de la vacuna contra el ántrax y la rabia, a quien se considera el fundador de la bacteriología, la ciencia de las bacterias. El segundo bacteriólogo destacado es el médico alemán Robert Koch (1843-1910), que descubrió el Vibrio cholera y el bacilo de la tuberculosis.
Tan simple y tan complejo
La forma de las bacterias puede ser esférica (cocos), bastones rectos (bacilo), curvada (vibrio), espiral (espirilla). Pueden unirse: diplococos (dos cocos), estreptococos (cadena de cocos), estafilococos (grupo de cocos). La pared celular de mureína (un polisacárido combinado con aminoácidos) da forma al cuerpo y protege el contenido de la célula. La membrana celular compuesta de fosfolípidos puede estar invaginada y contiene complejos de órganos de movimiento (flagelos). Las células no tienen núcleo, pero el citoplasma contiene ribosomas y ADN circular (plásmidos). No hay orgánulos y las funciones de las mitocondrias y los cloroplastos las realizan los mesosomas, protuberancias de las membranas. Algunos tienen vacuolas: las vacuolas gaseosas realizan la función de moverse a través de la columna de agua, mientras que las vacuolas de almacenamiento contienen glucógeno o almidón, grasas y polifosfatos.
como comen
Según el tipo de nutrición, las bacterias son autótrofas (sintetizan ellas mismas sustancias orgánicas) y heterótrofas (consumen sustancias orgánicas preparadas). Los autótrofos pueden ser fotosintéticos (verdes y morados) y quimiosintéticos (nitrificantes, bacterias del azufre, bacterias del hierro). Los heterótrofos son saprótrofos (utilizan productos de desecho, restos muertos de animales y plantas) y simbiontes (utilizan materia orgánica de organismos vivos). La pudrición y la fermentación las llevan a cabo bacterias saprotróficas. Para llevar a cabo el metabolismo, algunas bacterias necesitan oxígeno (aerobias), mientras que otras no lo necesitan (anaerobias).
Nuestro ejército es incontable.
Las bacterias viven en todas partes. Literalmente. En cada gota de agua, en cada charco, en las piedras, en el aire y en el suelo. Enumeremos solo algunos grupos:
Condiciones óptimas
La descomposición requiere ciertas condiciones, y es la privación de estas condiciones a las bacterias lo que subyace a nuestra cocina (esterilización, pasteurización, enlatado, etc.). Para un proceso de descomposición intensivo es necesario:
- La presencia de las propias bacterias.
- Condiciones exteriores: ambiente húmedo, temperatura +30-40 °C.
Son posibles varias opciones. Pero el agua es un atributo integral de la hidrólisis de sustancias orgánicas. Y las enzimas funcionan solo en un determinado régimen de temperatura.
Amonificadores principales
Las bacterias podridas que viven en el suelo de la tierra son el grupo más común de procariotas. Desempeñan un papel importante en el ciclo del nitrógeno y devuelven al suelo minerales (mineralizados) tan necesarios para las plantas para los procesos de fotosíntesis. La forma de las bacterias, su relación con la presencia de oxígeno y sus métodos de alimentación son variadas. Los principales representantes de este grupo son los clostridios formadores de esporas, los bacilos y las enterobacterias que no forman esporas.
Etapas de descomposición orgánica.
Las etapas de descomposición de sustancias orgánicas por bacterias en descomposición son bastante complejas desde un punto de vista químico. En general, este proceso se realiza de la siguiente manera:
Bacillus subtilis
La bacteria más estudiada es Bacillus subtilis, un amonificador muy eficaz. Sólo Escherichia coli, nuestro simbionte intestinal, ha sido mejor estudiada que ella. Bacillus subtilis es una bacteria de descomposición aeróbica. En su superficie se encuentran catalizadores de enzimas proteasas producidas por la bacteria y utilizadas para obtener energía vital. Las proteasas entran en reacciones de hidrólisis con proteínas ambientales y destruyen sus enlaces peptídicos, liberando el comienzo de grandes cadenas de aminoácidos y luego de otras cada vez más pequeñas. Todo lo que necesita va a la celda y lo que no necesita se le regala. Y quedan sustancias tóxicas: sulfuro de hidrógeno y amoníaco. Es debido a estos gases que los hábitats de los palitos de heno huelen tan desagradablemente.
Nuestros vecinos
En nuestro intestino viven unos 50 billones de microorganismos diferentes, es decir, unos dos kilogramos. Y esto es 1,5 veces más que el número total de células de todo el cuerpo humano. ¿Y quién es aquí el amo y quién es el simbionte? Esto es, por supuesto, una broma. Pero entre esta variedad de vecinos también hay bacterias podridas. Los beneficios y daños que aportan al organismo dependen de su cantidad y patogenicidad. En nuestra cavidad bucal viven hasta cuarenta mil bacterias. Los lactobacilos, algunos estreptococos y sarcinas pueden resistir el ambiente ácido de nuestro estómago. El jugo pancreático con enzimas digestivas agresivas (lipasas y amilasas) se secreta en el duodeno y lo vuelve casi completamente estéril.
El ambiente en los intestinos delgado y grueso es alcalino, aquí se concentra toda la masa de microflora. Es aquí donde las bacterias nos ayudan a absorber vitaminas (bifidobacterias), sintetizar vitaminas (K y B) y suprimir la flora patógena (Escherichia coli), descomponer el almidón y la celulosa, las proteínas y las grasas (bacterias amonificadoras), y esta no es toda la lista. de funciones útiles de nuestros vecinos. Cada persona excreta alrededor de 18 mil millones de bacterias en sus heces, que es más de lo que hay en todo el planeta. Pero las mismas bacterias pueden, bajo ciertas condiciones, causar enfermedades. Por eso muchos de ellos son considerados oportunistas.
La importancia de las bacterias podridas
Los primeros organismos vivos de este planeta, los más eficaces para ocupar todos los nichos ecológicos existentes en el planeta Tierra, son las bacterias. Mineralizan el suelo, haciéndolo fértil. Devolver sustancias inorgánicas al ciclo. Se deshacen de cadáveres y productos de desecho de todos los organismos vivos del planeta. Proporcionar a la humanidad recursos naturales. Nos hacen la vida más fácil y ayudan en la absorción de los componentes de los alimentos. Esta lista puede continuar durante mucho tiempo. Por supuesto, el significado negativo de las bacterias putrefactas también es grande. Pero la naturaleza sabía lo que hacía y nuestra tarea en este planeta no es alterar el frágil equilibrio que ha alcanzado el mundo que nos rodea a lo largo de estos casi cuatro millones de años.
En el proceso del metabolismo, los microorganismos no sólo sintetizan sustancias proteicas complejas de su propio citoplasma, sino que también destruyen profundamente los compuestos proteicos del sustrato. El proceso de mineralización de sustancias proteicas orgánicas por parte de microorganismos, que ocurre con la liberación de amoníaco o la formación de sales de amonio, se denomina en microbiología descomposición o amonificación de proteínas.
Así, en un sentido microbiológico estricto, la pudrición es la mineralización de proteínas orgánicas, aunque en la vida cotidiana “pudrición” se refiere a una serie de procesos diferentes que tienen similitudes puramente aleatorias, incluido en este concepto el deterioro de los productos alimenticios (carne, pescado, huevos, frutas, verduras), y la descomposición de cadáveres de animales y plantas, y diversos procesos que ocurren en el estiércol, desechos vegetales, etc.
La amonificación de proteínas es un proceso complejo de varios pasos. Su esencia interna radica en las transformaciones energéticas de los aminoácidos por parte de microorganismos utilizando su esqueleto carbonado en la síntesis de compuestos citoplasmáticos. En condiciones naturales, la descomposición de sustancias ricas en proteínas de origen vegetal y animal, excitadas por diversas bacterias, mohos y actinomicetos, se produce con extrema facilidad tanto con amplio acceso de aire como en condiciones de anaerobiosis completa. En este sentido, la química de la descomposición de sustancias proteicas y la naturaleza de los productos de descomposición resultantes pueden variar mucho según el tipo de microorganismo, la naturaleza química de la proteína y las condiciones del proceso: aireación, humedad, temperatura.
Con el acceso al aire, por ejemplo, el proceso de descomposición avanza de manera muy intensa, hasta la mineralización completa de sustancias proteicas: se forma amoníaco e incluso nitrógeno parcialmente elemental, metano o dióxido de carbono, así como sulfuro de hidrógeno y fósforo. sales ácidas. En condiciones anaeróbicas, por regla general, no se produce una mineralización completa de las proteínas y algunos de los productos de descomposición resultantes (intermedios), que generalmente tienen un olor desagradable, quedan retenidos en el sustrato, dándole un repugnante olor a podredumbre.
La baja temperatura previene la amonificación de las proteínas. En las capas de permafrost de la tierra en el extremo norte, por ejemplo, se encontraron cadáveres de mamuts que habían permanecido decenas de miles de años, pero que no habían sufrido descomposición.
Dependiendo de las propiedades individuales de los microorganismos, los agentes causantes de la descomposición, se produce una desintegración superficial de la molécula de proteína o su división profunda (mineralización completa). Pero también hay microorganismos que participan en la descomposición solo después de que los productos de la hidrólisis de sustancias proteicas aparecen en el sustrato como resultado de la actividad vital de otros microbios. En realidad, los "putrefactos" son aquellos microbios que estimulan la degradación profunda de las sustancias proteicas, provocando su completa mineralización.
Las sustancias proteicas no pueden ser absorbidas directamente por la célula microbiana durante la nutrición. La estructura coloidal de las proteínas impide su entrada a la célula a través de la membrana celular. Sólo después de la escisión hidrolítica los productos más simples de la hidrólisis de proteínas penetran en la célula microbiana y son utilizados por ésta en la síntesis de sustancia celular. Por tanto, la hidrólisis de proteínas se produce fuera del cuerpo microbiano. Para ello, el microbio secreta exoenzimas proteolíticas (proteinasas) en el sustrato. Este método de nutrición provoca la descomposición de enormes masas de sustancias proteicas en sustratos, mientras que dentro de la célula microbiana solo una parte relativamente pequeña de los productos de la hidrólisis de proteínas se convierte en forma proteica. En este caso, el proceso de descomposición de sustancias proteicas prevalece en gran medida sobre el proceso de su síntesis. Debido a esto, el papel biológico general de los microbios putrefactos como agentes de descomposición de sustancias proteicas es enorme.
El mecanismo de mineralización de una molécula proteica compleja por microbios putrefactos puede representarse mediante la siguiente cadena de transformaciones químicas:
I. Hidrólisis de una molécula de proteína grande a albumosas, peptonas, polipéptidos, dipéptidos.
II. Hidrólisis continua y más profunda de los productos de descomposición de proteínas en aminoácidos.
III. Transformaciones de aminoácidos bajo la acción de enzimas microbianas. La variedad de aminoácidos y enzimas presentes en el complejo enzimático de varios microbios, determinadas condiciones del proceso, también determinan la extrema diversidad química de los productos de transformación de los aminoácidos.
Así, los aminoácidos pueden sufrir descarboxilación, desaminación, tanto oxidativa como reductora e hidrolítica. La carboxilasa vigorosa provoca la descarboxilación de los aminoácidos para formar aminas o diaminas volátiles, que tienen un olor nauseabundo. A partir del aminoácido lisina se forma cadaverina, a partir del aminoácido ornitina, putrescina:
La cadaverina y la putrescina se denominan "venenos cadavéricos" o ptomainas (del griego ptoma - cadáver, carroña). Anteriormente se creía que las tomaínas, que surgen de la descomposición de proteínas, causaban intoxicación alimentaria. Sin embargo, ahora se ha descubierto que no son las tomaínas las que son venenosas, sino los derivados que las acompañan: neurina, muscarina y algunas sustancias de naturaleza química desconocida.
Durante la desaminación, se elimina un grupo amino (NH2) de los aminoácidos, a partir del cual se forma amoníaco. La reacción del sustrato se vuelve alcalina. Durante la desaminación oxidativa, además del amoníaco, también se forman ácidos cetónicos:
Durante la desaminación reductora, surgen ácidos grasos saturados:
La desaminación hidrolítica y la descarboxilación conducen a la formación de alcoholes:
Además, también se pueden formar hidrocarburos (por ejemplo, metano), ácidos grasos insaturados e hidrógeno.
Los aminoácidos aromáticos en condiciones anaeróbicas producen productos de descomposición malolientes: fenol, indol, escatol. El indol y el escatol suelen formarse a partir del triptófano. De los aminoácidos que contienen azufre, en condiciones aeróbicas de descomposición, se produce sulfuro de hidrógeno o mercaptanos, que además tienen un olor desagradable a huevos podridos. Las proteínas complejas (nucleoproteínas) se descomponen en ácidos nucleicos y proteínas, que a su vez se descomponen. Los ácidos nucleicos, cuando se descomponen, producen ácido fosfórico, ribosa, desoxirribosa y bases orgánicas nitrogenadas. En cada caso concreto pueden ocurrir sólo una parte de las transformaciones químicas indicadas, y no el ciclo completo.
La aparición de amoníaco, aminas y otros productos de degradación de aminoácidos en alimentos ricos en proteínas (como la carne o el pescado) es un indicador de deterioro microbiano.
Los microorganismos que estimulan la amonificación de sustancias proteicas están muy extendidos en la naturaleza. Se encuentran en todas partes: en el suelo, en el agua, en el aire, y se presentan en formas muy diversas: aeróbicas y anaeróbicas, anaeróbicas facultativas, formadoras de esporas y no formadoras de esporas.
Microorganismos putrefactos aeróbicos.
Bacillus subtilis (Fig. 35) es un bacilo aeróbico muy extendido en la naturaleza, generalmente aislado del heno, una varilla muy móvil (3-5 x 0,6 µm) con cordones peritrichiales. Si el cultivo se lleva a cabo en medios líquidos (por ejemplo, en decocción de heno), las células del bacilo se vuelven algo más grandes y se conectan en largas cadenas, formando una película blanquecina plateada arrugada y seca en la superficie del líquido. Cuando se desarrolla en medios sólidos que contienen carbohidratos, se forma una colonia finamente arrugada, seca o granular, que se fusiona con el sustrato. En las rodajas de patata, las colonias de Bacillus subtilis siempre son ligeramente arrugadas, incoloras o ligeramente rosadas, lo que recuerda a una capa aterciopelada.
Bacillus subtilis se desarrolla en un rango de temperatura muy amplio, siendo prácticamente cosmopolita. Pero en general se cree que la mejor temperatura para su desarrollo es entre 37 y 50 °C. Las esporas de Bacillus subtilis son ovaladas, ubicadas excéntricamente, sin una localización estricta (pero en muchos casos aún más cerca del centro de la célula). La germinación de las esporas es ecuatorial. Grampositiva, descompone los carbohidratos para formar acetona y acetaldehído y tiene una capacidad proteolítica muy alta. Las esporas de Bacillus subtilis son muy resistentes al calor: a menudo se conservan en alimentos enlatados y se esterilizan a 120°C.
El bacilo de la patata (Bac. mesentericus) (Fig. 36) no está menos extendido en la naturaleza que el heno. Por lo general, los palitos de patata se encuentran en las patatas y provienen del suelo.
Morfológicamente, el bacilo de la papa es muy similar al subtílago: sus células (3-10 x 0,5-0,6 µm) tienen un cordón perítrico; Los hay tanto solteros como conectados en cadena. Las esporas del bacilo de la patata, como el bacilo del heno, son ovaladas, a veces oblongas y grandes; están ubicados en cualquier parte de la célula (pero más a menudo en el centro). Cuando se forman esporas, la célula no se hincha; las esporas germinan en dirección ecuatorial.
Cuando se cultiva en rodajas de patata, la rama de patata forma una abundante capa brillante, húmeda, plegada, de color marrón amarillento, que recuerda a un mesenterio, de ahí el nombre del microbio. En medios agar proteicos forma colonias delgadas, secas y arrugadas que no crecen junto con el sustrato.
Según Gram, el palito de patata se tiñe positivamente. La temperatura óptima de desarrollo, al igual que la del Bacillus subtilis, es de 35-45 °C. Cuando las proteínas se descomponen, se produce una gran cantidad de sulfuro de hidrógeno. Las esporas del bacilo de la patata son muy resistentes al calor y, al igual que las esporas del Bacillus subtilis, pueden resistir una ebullición prolongada y, a menudo, se conservan en alimentos enlatados.
Bac. Cereo. Se trata de varillas (3-5 x 1-1,5 micrones) con extremos rectos, simples o conectadas en intrincadas cadenas. También hay opciones con celdas más cortas. El citoplasma de las células es notablemente granular o vacuolado y, a menudo, se forman granos brillantes parecidos a grasas en los extremos de las células. Las células del bacilo son móviles y tienen cordones peritríquios. Te disputa. cereus tiene forma ovalada o elipsoidal, generalmente ubicada en el centro y creciendo polarmente. Cuando se desarrolla en MPA (agar con peptona de carne), el bacilo forma grandes colonias compactas con un centro plegado y bordes ondulados rizoides. A veces las colonias son pequeñas y grumosas con bordes con flecos y excrecencias flageladas, con granos característicos que refractan la luz. Bac. cereus es un aerobio. Sin embargo, en algunos casos también se desarrolla cuando el acceso al oxígeno es difícil. Este bacilo se encuentra en el suelo, el agua y los sustratos de las plantas. Licua la gelatina, peptoniza la leche e hidroliza el almidón. Temperatura óptima para el desarrollo de Bac. cereus 30 °C, máximo 37-48 °C. Cuando se desarrolla en caldo de carne y peptona, forma una nube abundante y homogénea con un sedimento blando que se desintegra fácilmente y una película delicada en la superficie.
Entre otros microbios putrefactos aeróbicos, podemos destacar la vara de barro (Bac. mycoides), Bac. megatherium, así como bacterias pigmentarias sin esporas: la "vara maravillosa" (Bact. prodigiosum), Pseudomonas fluorescens.
El bacilo de tierra (Bac. mycoides) (Fig. 37) es uno de los bacilos putrefactos del suelo más comunes y tiene células individuales bastante grandes (5-7 x 0,8-1,2 micrones) o células conectadas en largas cadenas. En medios sólidos, la vara de tierra forma colonias muy características: esponjosas, rizoides o miceliales, que se extienden sobre la superficie del medio, como el micelio de un hongo. Por esta similitud, el bacilo recibió el nombre de Bac. mycoides, que significa “con forma de hongo”.
Bac. El megaterio es un bacilo grande, de ahí su nombre, que significa "animal grande". Se encuentra constantemente en el suelo y en la superficie de materiales en descomposición. Las células jóvenes suelen ser gruesas: hasta 2 micrones de diámetro y una longitud de 3,5 a 7 micrones. El contenido de las células es de grano grueso con una gran cantidad de grandes inclusiones de sustancias grasas o glucógenas. A menudo las inclusiones llenan casi toda la célula, dándole una estructura muy característica, por la que esta especie es fácilmente reconocida. Las colonias en medios de agar son suaves, blanquecinas y brillantes y grasosas. Los bordes de la colonia están muy cortados, a veces con bordes ondulados.
La bacteria pigmentaria Pseudomonas fluorescens es un bastoncillo pequeño (1-2 x 0,6 µm), gramnegativo, sin esporas, móvil y con cordones lofotriciales. La bacteria produce un pigmento fluorescente de color amarillo verdoso que, al penetrar en el sustrato, lo colorea de color amarillo verdoso.
La bacteria pigmentaria Bacterium prodigiosum (Fig. 38) es ampliamente conocida como la “barra maravillosa” o la “barra de sangre maravillosa”. Bacilo móvil, muy pequeño, gramnegativo, sin esporas y con cordón peritríquio. Al desarrollarse en medios de agar y gelatina forma colonias de color rojo oscuro con brillo metálico, que recuerdan a gotas de sangre.
La aparición de tales colonias a base de pan y patatas en la Edad Media provocó un horror supersticioso entre las personas religiosas y se asoció con las intrigas de los "herejes" y las "obsesiones diabólicas". A causa de esta inofensiva bacteria, la Santa Inquisición quemó en la hoguera a más de mil personas completamente inocentes.
Bacterias anaerobias facultativas
Palo de Proteus, o Proteus vulgaris (Proteus vulgaris) (Fig. 39). Este microbio es uno de los patógenos más típicos de las sustancias proteicas en descomposición. A menudo se encuentra en la carne espontáneamente podrida, en los intestinos de animales y humanos, en el agua, en el suelo, etc. Las células de esta bacteria son muy polimórficas. En cultivos de un día en caldo de carne y peptona, son pequeños (1-3 x 0,5 µm), con una gran cantidad de flagelos peritrichiales. Luego comienzan a aparecer células filamentosas enrevesadas, que alcanzan una longitud de 10 a 20 micrones o más. Debido a tal diversidad en la estructura morfológica de las células, la bacteria recibió su nombre del dios del mar Proteo, a quien la mitología griega antigua atribuía la capacidad de cambiar su imagen y transformarse a voluntad en varios animales y monstruos.
Tanto las células de Proteus pequeñas como las grandes tienen un fuerte movimiento. Esto da a las colonias bacterianas en medios sólidos la característica característica de "enjambre". El proceso de "enjambre" consiste en el hecho de que las células individuales emergen de la colonia, se deslizan a lo largo de la superficie del sustrato y se detienen a cierta distancia de él, se multiplican y dan lugar a un nuevo crecimiento. El resultado es una masa de pequeñas colonias blanquecinas, apenas visibles a simple vista. Nuevas células se separan nuevamente de estas colonias y forman nuevos centros de reproducción, etc., en la parte del medio libre de placa microbiana.
Proteus vulgaris es un microbio gramnegativo. La temperatura óptima para su desarrollo es de 25-37°C. A una temperatura de unos 5 °C deja de crecer. La capacidad proteolítica de Proteus es muy alta: descompone las proteínas con la formación de indol y sulfuro de hidrógeno, provocando un cambio brusco en la acidez del medio ambiente: el medio se vuelve muy alcalino. Al desarrollarse en medios de carbohidratos, Proteus produce muchos gases (CO2 y H2).
En condiciones de acceso moderado al aire, cuando se desarrolla en medios de peptona, E. coli (Escherichia coli) tiene cierta capacidad proteolítica. Esto se caracteriza por la formación de indol. Pero E. coli no es un microorganismo putrefacto típico y, en medios de carbohidratos en condiciones anaeróbicas, provoca una fermentación atípica del ácido láctico con la formación de ácido láctico y una serie de subproductos.
Microorganismos putrefactos anaerobios.
Clostridium putrificum (Fig. 40) es un agente energético causante de la descomposición anaeróbica de sustancias proteicas, que se lleva a cabo con abundante liberación de gases: amoníaco y sulfuro de hidrógeno. Cl. putrificum se encuentra con bastante frecuencia en el suelo, el agua, la cavidad bucal, los intestinos de los animales y en diversos alimentos en descomposición. A veces se puede encontrar en alimentos enlatados. Cl. putrificum - bastones móviles con cordones peritrichiales, alargados y delgados (7-9 x 0,4-0,7 µm). También hay células más largas, conectadas en cadenas y solteras. La temperatura óptima para el desarrollo de clostridios es de 37 °C. Al desarrollarse en las profundidades del agar peptona de carne, forma colonias sueltas y escamosas. Las esporas son esféricas y están ubicadas en forma terminal. Cuando se produce la esporulación, la célula se hincha mucho en el lugar de la espora. Células portadoras de esporas Cl. putrificum se parecen a las células portadoras de esporas del bacilo del botulismo.
Resistencia al calor de Cl. putrificum es bastante alto. Si las esporas no se destruyen durante la producción de alimentos enlatados, al almacenar los productos terminados en un almacén, pueden desarrollarse y provocar deterioro (bombardeo microbiológico) de los alimentos enlatados. Propiedades sacarolíticas del Cl. putrificum no tiene.
Clostridium sporogenes (Fig.41): según las características morfológicas, es una varilla bastante grande con extremos redondeados, que forma cadenas fácilmente. El microbio es muy móvil gracias a sus flagelos peritrichiales. El nombre Clostridium sporogenes, dado por I. I. Mechnikov (1908), caracteriza la capacidad de este microbio para formar esporas rápidamente. Después de 24 horas, se pueden ver al microscopio muchos bastones y esporas libres. Después de 72 horas finaliza el proceso de esporulación y no quedan formas vegetativas. El microbio forma esporas ovaladas, ubicadas en el centro o más cerca de uno de los extremos de la varilla (subterminal). No forma cápsulas. El desarrollo óptimo es 37 °C.
Cl. esporógenos - anaeróbicos. No tiene propiedades tóxicas ni patógenas. En condiciones anaeróbicas en medios agar, forma colonias superficiales, pequeñas y de forma irregular que inicialmente son transparentes y luego se convierten en colonias opacas de color blanco amarillento con bordes bordeados. En el fondo del agar, las colonias son “peludas”, redondas, con un centro denso. De manera similar, en condiciones anaeróbicas, el microbio provoca un rápido enturbiamiento del caldo de carne y peptona, la formación de gases y la aparición de un desagradable olor a putrefacción. El complejo enzimático de Clostridium sporogenes contiene enzimas proteolíticas muy activas que pueden descomponer las proteínas hasta su última etapa. Bajo la influencia de Clostridium sporogenes, la leche se peptoniza después de 2-3 días y se coagula libremente, la gelatina se licua. En medios que contienen hígado, a veces se forma un pigmento negro con cristales blancos de tirosina destacados. El microbio provoca ennegrecimiento y digestión del entorno cerebral y un olor acre a putrefacción. Los trozos de tela se digieren rápidamente, se sueltan y se derriten casi por completo en unos pocos días.
Clostridium sporogenes también tiene propiedades sacarolíticas. La prevalencia de este microbio en la naturaleza, sus pronunciadas propiedades proteolíticas y la alta resistencia al calor de las esporas lo caracterizan como uno de los principales agentes causantes de los procesos de putrefacción en los productos alimenticios.
Cl. sporogenes es el agente causante del deterioro de la carne enlatada y de la carne y verduras. Muy a menudo, los guisos de carne enlatados y los primeros platos con y sin carne (borscht, rassolnik, sopa de repollo, etc.) se echan a perder. La presencia de una pequeña cantidad de esporas que quedan en el producto después de la esterilización puede provocar el deterioro de los alimentos enlatados cuando se almacenan a temperatura ambiente. Primero, se observa enrojecimiento de la carne, luego ennegrecimiento, aparece un fuerte olor pútrido y, a menudo, se observa bombardeo de latas.
En la descomposición putrefacta de proteínas también participan varios mohos y actinomicetos: Penicillium, Mucor mucedo, Botrytis, Aspergillus, Trichoderma, etc.
El significado del proceso de descomposición.
La importancia biológica general del proceso de descomposición es enorme. Los microorganismos putrefactos son los “ordenanzas de la tierra”. Provocando la mineralización de una gran cantidad de sustancias proteicas que ingresan al suelo, llevando a cabo la descomposición de cadáveres de animales y desechos vegetales, producen una purificación biológica de la tierra. La descomposición profunda de las proteínas es causada por las esporas aerobias, y menos profunda, por las esporas anaerobias. En condiciones naturales, este proceso ocurre en etapas con la colaboración de muchos tipos de microorganismos.
Pero en la producción de alimentos, la descomposición es un proceso nocivo y causa grandes daños materiales. El deterioro de la carne, el pescado, las verduras, los huevos, las frutas y otros productos alimenticios se produce rápidamente y de forma muy intensa si se almacenan sin protección en condiciones favorables para el desarrollo de microbios.
Sólo en algunos casos en la producción de alimentos se puede utilizar la descomposición como un proceso útil: durante la maduración del arenque salado y los quesos. La descomposición se utiliza en la industria del curtido para coser pieles (eliminar el pelo de las pieles de animales durante la producción de cuero). Conociendo las causas de los procesos de descomposición, la gente ha aprendido a proteger los productos alimenticios de origen proteico de su descomposición mediante el uso de una amplia variedad de métodos de conservación.
La pudrición es la descomposición de sustancias proteicas por microorganismos. Se trata del deterioro de la carne, el pescado, las frutas, las verduras, la madera, así como de los procesos que tienen lugar en el suelo, el estiércol, etc.
En un sentido más estricto, se considera putrefacción el proceso de descomposición de proteínas o sustratos ricos en proteínas bajo la influencia de microorganismos.
Las proteínas son un componente importante del mundo orgánico vivo y muerto y se encuentran en muchos alimentos. Las proteínas se caracterizan por una gran diversidad y complejidad estructural.
La capacidad de destruir sustancias proteicas es inherente a muchos microorganismos. Algunos microorganismos provocan una descomposición superficial de las proteínas, mientras que otros pueden destruirlas más profundamente. Los procesos de putrefacción ocurren constantemente en condiciones naturales y, a menudo, ocurren en productos y productos que contienen sustancias proteicas. La descomposición de las proteínas comienza con su hidrólisis bajo la influencia de enzimas proteolíticas liberadas por los microbios al medio ambiente. La pudrición se produce en presencia de altas temperaturas y humedad.
pudrición aeróbica. Ocurre en presencia de oxígeno atmosférico. Los productos finales de la descomposición aeróbica son, además del amoníaco, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y mercaptanos (que huelen a huevos podridos). El sulfuro de hidrógeno y los mercaptanos se forman durante la descomposición de aminoácidos que contienen azufre (cistina, cisteína, metionina). Bacillus también se encuentra entre las bacterias putrefactas que destruyen sustancias proteicas en condiciones aeróbicas. micoides. Esta bacteria está muy extendida en el suelo. Es una varilla móvil formadora de esporas.
pudrición anaeróbica. Ocurre en condiciones anaeróbicas. Los productos finales de la descomposición anaeróbica son los productos de la descarboxilación de los aminoácidos (eliminación del grupo carboxilo) con la formación de sustancias malolientes: indol, acatol, fenol, cresol, diaminas (sus derivados son venenos cadavéricos y pueden causar intoxicación). .
Los patógenos de descomposición más comunes y activos en condiciones anaeróbicas son Bacillus putrificus y Bacillus sporogenes.
La temperatura óptima de desarrollo para la mayoría de los microorganismos putrefactos está en el rango de 25-35°C. Las bajas temperaturas no provocan su muerte, solo detienen su desarrollo. A una temperatura de 4-6°C se suprime la actividad vital de los microorganismos putrefactos. Las bacterias putrefactas sin esporas mueren a temperaturas superiores a 60°C, y las bacterias formadoras de esporas pueden soportar un calentamiento de hasta 100°C.
El papel de los microorganismos putrefactos en la naturaleza, en los procesos de deterioro de los alimentos.
En la naturaleza, la descomposición juega un papel muy positivo. Es una parte integral del ciclo de sustancias. Los procesos de descomposición aseguran que el suelo se enriquezca con las formas de nitrógeno que las plantas necesitan.
Hace siglo y medio, el gran microbiólogo francés L. Pasteur se dio cuenta de que sin microorganismos de descomposición y fermentación, que transformaban la materia orgánica en compuestos inorgánicos, la vida en la Tierra sería imposible. El mayor número de especies de este grupo vive en el suelo: en 1 g de suelo cultivable fértil se encuentran varios miles de millones de ellas. La flora del suelo está representada principalmente por bacterias de descomposición. Descomponen los residuos orgánicos (cadáveres de plantas y animales) en sustancias que consumen las plantas: dióxido de carbono, agua y sales minerales. Este proceso a escala planetaria se llama mineralización de residuos orgánicos, cuantas más bacterias hay en el suelo, más intenso es el proceso de mineralización, por lo tanto, mayor es la fertilidad del suelo. Sin embargo, los microorganismos putrefactos y los procesos que provocan en la industria alimentaria provocan el deterioro de los productos, especialmente los de origen animal y los materiales que contienen sustancias proteicas. Para evitar el deterioro de los productos por microorganismos putrefactos, es necesario garantizar un régimen de almacenamiento que excluya el desarrollo de estos microorganismos.
Para proteger los productos alimenticios de la pudrición, se utilizan la esterilización, la salazón, el ahumado, la congelación, etc.. Sin embargo, entre las bacterias putrefactas existen formas portadoras de esporas, halófilas y psicrófilas, formas que provocan el deterioro de los alimentos salados o congelados.
Tema 1.2. La influencia de las condiciones ambientales sobre los microorganismos. Distribución de microorganismos en la naturaleza.
Factores que influyen en los microorganismos (temperatura, humedad, concentración ambiental, radiación)
Plan
1. Efecto de la temperatura: microorganismos psicrófilos, mesófilos y termófilos. Principios microbiológicos del almacenamiento de alimentos refrigerados y congelados. Estabilidad térmica de células vegetativas y esporas: pasteurización y esterilización. La influencia del procesamiento térmico de productos alimenticios en la microflora.
2. La influencia de la humedad del producto y del medio ambiente sobre los microorganismos. La importancia de la humedad relativa del aire para el desarrollo de microorganismos en productos secos.
3. La influencia de la concentración de sustancias disueltas en el hábitat de los microorganismos. La influencia de la radiación, el uso de rayos UV para la desinfección del aire.
Efecto de la temperatura: microorganismos psicrófilos, mesófilos y termófilos. Principios microbiológicos del almacenamiento de alimentos refrigerados y congelados. Estabilidad térmica de células vegetativas y esporas: pasteurización y esterilización. La influencia del procesamiento térmico de productos alimenticios en la microflora.
La temperatura es el factor más importante para el desarrollo de microorganismos. Para cada microorganismo existe un régimen de temperatura mínimo, óptimo y máximo para su crecimiento. Según esta propiedad, los microbios se dividen en tres grupos:
§ psicrófilos - microorganismos que crecen bien a bajas temperaturas, con un mínimo de -10-0 °C y un óptimo de 10-15 °C;
§ mesófilos - microorganismos cuyo crecimiento óptimo se observa a 25-35 °C, mínimo a 5-10 °C, máximo a 50-60 °C;
§ termófilos - Microorganismos que crecen bien a temperaturas relativamente altas con un crecimiento óptimo a 50-65 °C, máximo a temperaturas superiores a 70 °C.
La mayoría de los microorganismos son mesófilos, para los cuales la temperatura óptima es de 25 a 35 °C. Por tanto, almacenar productos alimenticios a esta temperatura provoca una rápida proliferación de microorganismos en ellos y el deterioro de los alimentos. Algunos microbios, cuando se acumulan significativamente en los alimentos, pueden provocar intoxicación alimentaria en humanos. Microorganismos patógenos, es decir. que causan enfermedades infecciosas en humanos también se clasifican como mesófilos.
Las bajas temperaturas ralentizan el crecimiento de los microorganismos, pero no los matan. En los alimentos refrigerados, el crecimiento microbiano es lento pero continúa. A temperaturas inferiores a 0 °C, la mayoría de los microbios dejan de reproducirse, es decir, Cuando los alimentos se congelan, el crecimiento de microbios se detiene y algunos de ellos mueren gradualmente. Se ha establecido que a temperaturas inferiores a 0 °C, la mayoría de los microorganismos entran en un estado similar a la anabiosis, conservan su viabilidad y continúan su desarrollo a medida que aumenta la temperatura. Esta propiedad de los microorganismos debe tenerse en cuenta durante el almacenamiento y procesamiento culinario posterior de productos alimenticios. Por ejemplo, la salmonella puede persistir en la carne congelada durante mucho tiempo y, después de descongelarla, en condiciones favorables, se acumula rápidamente hasta una cantidad peligrosa para los humanos.
Cuando se exponen a altas temperaturas que superan la resistencia máxima de los microorganismos, mueren. Las bacterias que no tienen la capacidad de formar esporas mueren cuando se calientan en un ambiente húmedo a 60-70 °C en 15-30 minutos, a 80-100 °C en unos pocos segundos o minutos. Las esporas bacterianas tienen una resistencia al calor mucho mayor. Son capaces de soportar 100 °C durante 1 a 6 horas; a una temperatura de 120 a 130 °C, las esporas bacterianas en un ambiente húmedo mueren después de 20 a 30 minutos. Las esporas de moho son menos resistentes al calor.
El procesamiento culinario térmico de productos alimenticios en la restauración pública, la pasteurización y esterilización de productos en la industria alimentaria conducen a la muerte parcial o completa (esterilización) de las células vegetativas de los microorganismos.
Durante la pasteurización, el producto alimenticio está expuesto a efectos mínimos de temperatura. Dependiendo del régimen de temperatura, se distinguen la pasteurización baja y alta.
La pasteurización baja se realiza a una temperatura no superior a 65-80 ° C, durante al menos 20 minutos para garantizar mejor la seguridad del producto.
La alta pasteurización es una exposición breve (no más de 1 minuto) del producto pasteurizado a una temperatura superior a 90 °C, lo que provoca la muerte de la microflora patógena no portadora de esporas y al mismo tiempo no implica cambios significativos. en las propiedades naturales de los productos pasteurizados. Los alimentos pasteurizados no se pueden almacenar sin refrigeración.
La esterilización implica liberar el producto de todas las formas de microorganismos, incluidas las esporas. La esterilización de alimentos enlatados se lleva a cabo en dispositivos especiales: autoclaves (bajo presión de vapor) a una temperatura de 110-125 ° C durante 20-60 minutos. La esterilización brinda la posibilidad de almacenar alimentos enlatados a largo plazo. La leche se esteriliza mediante un tratamiento a temperatura ultraalta (a temperaturas superiores a 130 ° C) durante unos segundos, lo que permite conservar todas las propiedades beneficiosas de la leche.
La pudrición es el proceso de descomposición profunda de sustancias proteicas por parte de microorganismos. Los microorganismos utilizan los productos de la descomposición de las proteínas para la síntesis de sustancias celulares y como material energético.
La pudrición es un proceso bioquímico complejo de múltiples etapas, cuya naturaleza y resultado final dependen de la composición de las proteínas, las condiciones del proceso y los tipos de microorganismos que la causan.
Las sustancias proteicas no pueden ingresar directamente a las células de los microorganismos, por lo que solo los microbios que poseen enzimas (exoproteasas) pueden usar proteínas.
El proceso de degradación de proteínas simples comienza con su hidrólisis. Los principales productos de la hidrólisis son los péptidos. Entran en la célula y son hidrolizados por proteasas intracelulares a aminoácidos.
Las nucleoproteínas, bajo la influencia de microbios putrefactos, se descomponen en complejos proteicos y ácidos nucleicos. Luego, las proteínas se descomponen en aminoácidos y los ácidos nucleicos se descomponen en ácido fosfórico, carbohidratos y una mezcla de bases que contienen nitrógeno.
Los microorganismos utilizan los aminoácidos para la síntesis celular o están sujetos a cambios adicionales, como la desaminación. Se distingue la desaminación: hidrolítica, oxidativa y reductora.
La desaminación hidrolítica se acompaña de la formación de hidroxiácidos y amoníaco. Si se produce la descarboxilación de un aminoácido, se forman alcohol, amoníaco y dióxido de carbono.
La desaminación oxidativa produce cetoácidos y amoníaco.
La desaminación reductora produce ácidos carboxílicos y amoníaco.
Entre los productos de descomposición de los aminoácidos, según la estructura de sus radicales, se encuentran diversos ácidos orgánicos y alcoholes. Durante la descomposición de los aminoácidos grasos, se pueden acumular ácidos fórmico, acético, propiónico, butírico y otros; alcoholes propílico, butílico, amílico y otros. Durante la descomposición de los aminoácidos aromáticos, los productos intermedios son productos de descomposición característicos: fenol, cresol, escatol, indol, sustancias con un olor muy desagradable. La descomposición de los aminoácidos que contienen azufre produce sulfuro de hidrógeno o sus derivados: los mercaptanos. Los mercaptanos tienen un olor a huevo podrido que se nota incluso en concentraciones insignificantes.
Los diaminoácidos formados durante la hidrólisis de proteínas pueden sufrir descarboxilación sin eliminación de amoníaco, lo que da como resultado diaminas y CO2.
La cadaverina, la putrescina y otras aminas que se forman durante la descomposición a menudo se agrupan bajo el nombre general de tomaínas (venenos cadavéricos). Algunos derivados de tomaína tienen propiedades tóxicas.
Bajo la influencia de microorganismos aeróbicos, los compuestos orgánicos nitrogenados y no nitrogenados se oxidan, de modo que pueden mineralizarse por completo. En este caso, los productos finales de la descomposición son amoníaco, dióxido de carbono, agua, sales de ácidos sulfúrico y fosfórico. En condiciones anaeróbicas, no se produce la oxidación completa de los productos intermedios de la descomposición de los aminoácidos. En este sentido, además de NH3 y CO2, se acumulan diversos compuestos orgánicos mencionados anteriormente, que pueden incluir sustancias con propiedades tóxicas y sustancias que imparten un olor desagradable al material en descomposición.
Los agentes causantes más activos de los procesos de putrefacción son las bacterias. Entre ellos se encuentran los formadores de esporas y los no formadores de esporas, aeróbicos y anaeróbicos. Los mesófilos, resistentes al frío y al calor, la mayoría son sensibles a la acidez del medio ambiente y al alto contenido de sal de mesa que contiene. Las bacterias putrefactas más comunes son las siguientes.
Los bacilos de la patata y del heno son bacterias aeróbicas, móviles, grampositivas y formadoras de esporas. Sus esporas son resistentes al calor. La temperatura óptima está en el rango de 30-450 C, el crecimiento máximo es en t0 55-600 C, en t0 por debajo de 50 no se reproducen.
Las bacterias del género Pseudomonas son bastones aeróbicos, móviles con un cordón polar, sin esporas y gramnegativos. Algunas especies sintetizan pigmentos y se denominan pseudomonas fluorescentes. Hay temperaturas de crecimiento resistentes al frío de -20 a -50 C. Son capaces de oxidar carbohidratos con la formación de ácidos y secretar moco. El desarrollo y la actividad bioquímica se inhiben a un pH inferior a 5,5 y al 5-6% de la concentración de NaCI en el medio. Las pseudomonas están muy extendidas en la naturaleza y son antagonistas de varias bacterias y hongos filamentosos.
Proteus vulgaris: bacilos pequeños, gramnegativos, que no contienen esporas y con pronunciadas propiedades de putrefacción, anaerobios facultativos. Fermenta los carbohidratos para producir gas y ácido. Dependiendo de las condiciones de vida, estas bacterias pueden cambiar notablemente de forma y tamaño. Se desarrolla bien a t0 250 C y 370 C, deja de multiplicarse a t0 alrededor de 5-100 C, pero también se puede conservar en alimentos congelados.
Su peculiaridad es su movilidad energética. Esta propiedad subyace a un método para identificar Proteus en productos alimenticios y separarlo de las bacterias asociadas. Algunas especies producen sustancias que son tóxicas para los humanos.
Clostridium sporogenes es un bastón anaeróbico, móvil y portador de esporas. Las esporas son resistentes al calor y están ubicadas en el centro de la célula. Produce esporas muy rápidamente. Fermenta carbohidratos con formación de ácidos y gases, tiene capacidad lipolítica. Cuando las proteínas se descomponen, se libera abundante sulfuro de hidrógeno. El desarrollo óptimo t0 es 35-400 C, el mínimo es unos 50 C.
Los microorganismos putrefactos causan grandes daños a la economía nacional, provocando el deterioro de productos alimenticios valiosos y ricos en proteínas, como pescado y productos pesqueros, carne y productos cárnicos, huevos y leche. Pero estos mismos microorganismos desempeñan un papel positivo importante en el ciclo del nitrógeno en la naturaleza, mineralizando sustancias proteicas que acaban en el agua estropeada.
La pudrición es el proceso de descomposición de las proteínas provocado por microorganismos. La descomposición implica una serie de procesos que difieren significativamente entre sí. Existen diferentes caminos por los cuales puede ocurrir la descomposición de moléculas de proteínas complejas, y la profundidad de esta descomposición es diferente.
La degradación de una molécula de proteína sirve para algunos microorganismos como forma de transformarla a un estado asimilable, mientras que otros microorganismos utilizan la proteína con fines plásticos y como material energético. Estos microorganismos provocan una degradación más profunda de las proteínas y forman productos de descomposición más diversos. Las bacterias putrefactas más importantes: Bact. proteus vulgare: un anaerobio facultativo que descompone las proteínas en amoníaco y sulfuro de hidrógeno; Tú. subtilis, tú. mycoides y tú. mesentérico. Los dos primeros tipos, durante el proceso de descomposición durante la descomposición de proteínas, forman amoníaco en ausencia de sulfuro de hidrógeno; B. mesentericus produce una gran cantidad de sulfuro de hidrógeno.
Bioquímica del proceso de descomposición.
En las etapas iniciales, la descomposición putrefacta de la molécula de proteína es aparentemente similar a lo que ocurre durante la hidrólisis ácida o alcalina, es decir, la molécula de proteína, al agregar agua, se descompone con la formación de albumosas y peptonas, cercanas a los polipéptidos, compuestos que consisten en más de dos aminoácidos. Estas sustancias se descomponen rápidamente también por hidrólisis a aminoácidos, que rápidamente sufren más transformaciones: desaminación (eliminación de NH2) y descarboxilación (eliminación de COOH) y, en parte, una escisión aún más profunda. El amoníaco y el dióxido de carbono que se forman durante este proceso son productos característicos de la descomposición putrefacta de las proteínas. El olor pútrido está determinado en gran medida por otros productos de descomposición de los aminoácidos característicos del proceso de descomposición (indol, escatol, mercaptanos); También se forman sustancias tóxicas: histamina, tiramina. Sin embargo, la intoxicación alimentaria que se observa al ingerir alimentos en mal estado no es causada por estas sustancias, sino por toxinas producidas por ciertos tipos de bacterias. El indol y el escatol se forman debido a la descomposición del triptófano. Los mercaptanos, al igual que el sulfuro de hidrógeno, se forman mediante la descomposición de aminoácidos que contienen azufre, cistina y metionina. En la creación del olor a proteínas podridas, junto con el amoníaco, el sulfuro de hidrógeno, los mercaptanos, el indol, el escatol y el fenol, sin duda participan otras sustancias que son productos intermedios de la descomposición.
Los microorganismos putrefactos están muy extendidos por todas partes y, por tanto, cuando una sustancia proteica se almacena sin protección de los microorganismos y en condiciones que les permitan multiplicarse, la putrefacción se produce en el menor tiempo posible y se desarrolla con mucha fuerza.
Usos y significado del proceso de descomposición.
Con fines técnicos, en algunas industrias se utilizan procesos de putrefacción: elaboración de queso, curtido y decapado de arenque. El proceso de descomposición juega un papel en la naturaleza, porque a través de él, el nitrógeno de las sustancias proteicas contenidas en los residuos animales y vegetales se convierte en amoníaco, es decir, en una forma fácilmente asimilada por las plantas superiores.
El artículo fue preparado y editado por: cirujanoVideo:
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