Спирт өндірісінің микробиологиялық негіздері

Ашытқыдан бастап ферменттерді алу үшін спирт өндірісінде культивирленетін микроорганизмдердің барлығын мол мөлшерде микроскопиялық саңырауқұлақтарды, көбінесе ашытқы тәріздес организмдер мен споралық бактерияларды қолданады.

Өндіріс үшін табиғи ортадан алынған фермент препаратын және табиғи штаммды физико-химиялық әсерінің жолымен  мутантты микроорганизмнің табиғи штаммы ретінде қолданады.

Микроорганизмдер біруақытта фермен комплексін синтездейді,ал кейбіреулері бір ғана ферменті синтездейді.

Микроорганизмдер ерте заманнан бері тіршілік етіп келе жатқан жер бетіндегі тірі организмдерөкілі болып саналады. Микробиологияда «штамм» және «клон» деген терминдерді жиі қолданылады .Штамм деген  әр түрлі (топырақ ,су,организмжәне т.б.)немесе бір түрлі табиғи ортаданбөлініп алынған,бір түрге жататын микрорганизмдердің әр түрлі культураларды айтады.Клон дегеніміз бір клеткадан алынған культура.

Микроскопиялық саңырауқұлақтар.Амилаза алу үшін Aspergileus тектес микроскопиялық саңырауқұлақты қолданады. Аспергильдеу үшін қоректендіру ортасына көміртегі, азотты және миниральды заттар енгізіледі.

Амилазаны жинақтау үшін онда декстрина немесе мольтоза болуы тиіс, азот көздеріне ақуыздар олардың гидролизаты, аммоний тұздары мен нитраттар жатады. 

Бактериялар.Активті амилазалар мынадай бактерияларды синтездейді. Бактериялар әдетте 0,6-0,8 мкм диаметрі 1,2-1,5 мкм ұзындықтағы таяқшалар 2,3,4 және одан да көп звенолардан тұратын тізбекті құрайды.

Ашытқылар. Қантты ашыту үшін спирт өнеркәсібінде Sacchamyces cerevisiol түріндегі ашытқыларды қолданады. Осындай типтегі бір-бірінен кейбір белгілері бойынша ерекшеленетін бірнеше түрлі жасушалар пайдаланылады.

Дәнді картоп шикізатын қайта өндейтін спирт зауыттарында мальтоза, сахароза, фруктоза жақсы ашытатын, бірақ соңғы декстринді ашытпайтын ашытқыларды қолданады.

Ашытқы саңырауқұлақтары – бір клеткалы қозғалмайтын және бактериялардан шамамен алғанда он еседей ірі микроорганизмдер Табиғатта бұлар кең тараған. Жасуша пішіні әр түрлі: дөңгелек сопақша және таяқша тәрізді болады. Ашықты саңырауқұлақтары жасушасының мөлшері 8-10 микронға тең.

Оларда қозғалу органеллалары болмайды. Клетка сыртында қабығы бар. Цитоплазмада ядро, вакуоля және басқа да (май, гликоген,волютин) заттар кездеседі. Ашытқы саңырауқұлақтарын адам баласы қолдан өсіріп, өз шаруашылығында пайдаланады. Ал, табиғатта жабайы ашытқы саңырауқұлақтар да болады. Олар ауыл шаруашылық өнімдерін зақымдап әдәуір зиянын тигізеді. Ашытқы саңырауқұлақтарының адам баласына пайда келтіретін түрлерін біз мәдени ашытқы саңырауқұлақтар деп атаймыз. Ашытқы   саңырауқұлақтар өнеркәсіпте кең қолданылады. Олар қантты ашытып, көмір қышқыл газы мен спирт түзеді. Олрдың бұл қасиеті нан өндірісінде және спирт өндіруде, түрлі шараптарды, сыраларды, сүт тағамдарын даярлауда қолданылады.

Ашытқы саңырауқұлақтарында белок және витаминдер (В, Д, Е) көп болады, сондықтан оларды қазір тамақ және мал азықтық мақсатқа кеңінен қолданалады.

Ашытқы саңырауқұлақтары көбінесе бүршіктену арқылы көбейеді. Бұлар спора түзу және жай бөліну арқылы сирек көбейеді. Олардың кейбір түрлі жыныстық жолмен көбейеді.

Бүршіктеніп көбейгенде, алдымен аналық клеткадан төмпешік пайда болады да, кейінен ол үкейіп бүршікке айналады. Бұдан кейін жас клетка аналық отранизмнен мүлдем бөлініп кетеді. Қолайлы жағдайда бүршіктену екі сағатқа созылады. Углевод пен азотты коректік затқа бай ортада ашытқы саңырауқұлағының  бүршіктенуін жай биологиялық  микроскоптармен де көруге болады.

Спорамен көбею оларда жынысты және жыныссыз жолдармен жүреді. Ашытқы саңырауқұлақтары клеткасындағы споралардың саны екіден он екіге дейін барады. Жыныссыз жолмен спора пайда болғанда вегетативтік клеткалар ұсақ  бөлшектерге бөлінеді де олардың әрқайсысының сыртында қыбық пайда болады. Ал жыныстық жолмен спора пайда болған екі клетка қосылады да сыртында қабық пайда болады. Споралардың  пішіні дөңгелек немесе сопақша болып келеді.

Ашытқы саңырауқұлақтардың систематикасы көбейю тәсілдері мен физиологиялық қасиеттеріне негізделген. Олар екі тұқымдасқа бөлінеді сахаромицеттер және  сахаромицет еместер.

Сахаромицеттер. Бұларға мәдени ашытқы саңырауқұлақтар жатады. Олар бүшіктену және споралар түзу  арқылы көбейеді. Сондықтан бұларды нағыз ашытқы саңырауқұлақтар деп атайды. Мәдени ашытқы саңырауқұлақтары жатады.

Өндірісте, әсіресе олардың сахаромицес церевидзе және сахаромицес эллисойдеус деген түрлеріны маңызы зор.

Сахаромицес церевидзе клеткасы шар немесе  жұмыртқа тәрізді. Олар шарап спиртін алу үшін, сыра қыйнатуда және нан ашытуда қолданылады.  Бұлардың  белгілі бір температурада және  жағдайларда тіршілік ететін жеке топтары – расалары бар.

Ал сахаромицес эллипсойдеустің клеткасы эллипс тәрізді, шарап өнеркәсібінде қолданылады, олардың кейбір расалары шараптағы хош иісті түзуге тікелей қатысады.

Сахаромицет емес ашытқы саңырауқұлақтар негізінен жалған ашытқы саңырауқұлақтар. Олай аталатын себебі: ашытқы саңырауқұлақтарының спора түзуге қабілеті болмайды  бүршіктену арқылы ғана көбейе алады. Бұлардың көпшілігі әр түрлі өндірістердегі өнімдерді зақымдайды. Дегенмен олардың ішінде шаруашылық үшін маңызды туыстары бар. Олар: торула және микодерма. Торула туысына жататын ашытқы саңырауқұлақтар шар тәрізді келеді және ашыту процесі барысында азғана мөлшерде спирт түзеді. Торула кефир деп аталатын өкілі қымыз және кефир сияқты сүт тағамдарын даярлауда пайдалынады, ал торула утилис – тағамдық  және мал азықтық ашытқы саңырауқұлақтардың клеткасы ұзынша. Олар спирт түзе алмайды. Бірақ  ортадағы бар спиртті және органикалық  қышқылдарды су мен көмір қышқыл газына дейін  тотықтыра алады.

Құрамында спирті бар ішімдіктердің бетіне қонса,микодерма қатпарланған пленка түзедіде, оның місі  мен дәмін бұза бастайды. Сонымен қатар микодерма сүт тағамдарын тұздалған  овощтарды бүлдіріп, сірке және нан ашытқы саңырауқұлақтарын жасайтын өндірістерге өте зиянын тигізеді.

       Ашытқалар мен соларға ұқсас саңырауқұлақтар.Ашытқы клеткаларының сыртқы қабығы, цитаплазмасы, жекелеген айқын көрінетін ядросы бар. Кейбір ашытқының қабығы шырыштанғыш келеді, қоректік орта түбіне мақта сияқтанып шөгіп қалады. Бұларды сыра қайнатуға кеңінен қолданады. Цитоплазмада 1-2 вакуоля кездекседі. Ол цитоплазмадан жұқа қабықпен ажыратылады. Цитоплазмада ұзынша немес жіпше дене – митохондрий орналасады. Ұзынша немес жіпше дене-митохондрий орналасады. Клеткада гликоген, валютин заттары да бар (20 сурет). Белок – альбумин, глобулин, фосфопротеин нуклепротеин түрінде, ал май тамшы түріне кездеседі. Кейбір ашыткы клеткаларында май мөлшері оның сессаның 30-50 процентіндей мөлшерін алады. Бұл ыдытқылар өндірісте қонданылады. Ашытқыда көп мөлшерде фосфор және калай қолыстары кездеседі. Фосфоттар, яғни фосфор қышқылы тұздары ашу процесінде үлкен роль атқарады.

Ашытқылар негізінде бүршіктену жолымен күбейеді. Ал спора түзү және жол бөліну арқылы көбею оларда өте сирек кездеседі. Кейбір ашытқыларда жыныстық жолмен көбею де байқалады.

Бүлшіктенген кезде өскен клеткалардың беткі жағында бүршік, яғни төмпешік пайда болады да, ол біртіндеп ұлғаяды. Аналық бүршікке осы клектадан ядро мен цитоплазманың бір бөлігі аусады. Одан соң бұршік бөліктеніп, жекеше тіршілік етеді. Мұндай бүршіктердің кейбіреулері аналық клеткалардан ажырамай, бірге тіршілік  етіп, ашытқылардың үлкен бір колониясын құрады.

Ашытқыда әдетте спора жыныссыз жолмен көбейгенде және ортада қоректік заттар тапшы болғанда түзіледі. Егер ашытқы үнемі ауыстырылып отыратын коректік заттарға бай ортада өсірілсе, олар бүршіктеніп көбейіп, спора түзбейді. Мұның бір тамшысын қоректік заттарға кедей ортаға көшірсе болғаны, спора түзілу процесі жүре бастайды. Бір ашытқы клеткасы 2-4, ал кейде 8-12 спора түзе алады.

Споралары дөңгелекше және сопақша болады. Ашытқы споралары қолайсыз жағдайларға төзімді келеді. Бірақ бацилла споралына қарғанда төзімсіздеу. Ашытқыдағы спора түзілу процесі – кобею процесі болып саналады. Қолайлы ортада, яғни глюкоза, фруктоза, манноза қанттары бар жерде споралар да тез өсіп, вегетативтік жасушаға айналады.

Ашытқыда жұмыстық жолмен көбею, яғни, копуляция құбылысы да байқалады. Екі клетка жанасқан кезде аралық қабықша ериді де, түзілген тесіктен цитоплазма мен ядро араласады. Бұдан соң ядро бөліне бастайды. Жаңа ядролар сыртында цитоплазма және қабықша пайда болады. Егер шамасы бірдей екі клетка қосылса, онда болады. Егер шамасы бірдей екі клетка қосылса, онда копуляция процесін – изогамия деп, егер шамасы әр түрлі болса – гетерогамия деп атайды.

Кейбір ашытқылар бактериялар сияқты жай бөліну жолымен көбейеді. Бұлай көбею шизосахаромицес тұқымдарындағы ашытқыларға тән. Ашытқыларды классифилациялау олардың вегетативтік көбеюіне, спора түзіуіне және басқа бірқатар физиологиялық белгілеріне негіздеген.

Олардың ертеден келе жатқан клафикациясында нағыз және жалған ашытқы деп бөледі. Нағыз ашытқылар бүршіктелу жолымен көбейеді және олар спора түзеді. Ал жалған ашытқылар көбейгенде тек қана бүршіктенді. Спора түзе алмайды. Кейбір зерттеушілер жалған ашытқыларды жетілмеген саңырауқұлақтарға жатқызады. Нағыз ашытқы қалтады санырауқұлақтарға жатады жалпы оралды бір тұқымдастарға, яғни сахаромицетерге жатқызады. Ал жалған ашытқы сахаромицет еместерге жатады.

1.Saeharomyces тұрымдасы бүршіктену жолымен көбейеді. Кейбіреулері даму  кездерінде аскоспоралар түзеді.

2.Shizocacharomyces сұқымдасы, бұған жататын ашытқылардың клеткалары таяқша тәрізді, бөліну жолымен көбейеді. Қолыйсыз жағдайда төрт, ал кейде сегіз спора түзеді. Кейбір өкілдері өздігінен ашыған жемісжидек шырындарында кездеседі. Спирт ашу процесін де қоздыра алады. Олардың кейбіреулері сыра жасауда қойданылады.

Сахаромицетация тұқымдасының клетка пішіні лимон сияқты. Клкткалары көбейгенде бүршіктенеді. Қолайсыз жағдайда спирт жүзеді. Бұған сахаромицес церевидзе жатады. Ол спирт, сыра шарап және нан өндірісінде кеңінен қолданылады. Олар орташа температурасы 18-30 градус жылыда жақсы өніп-өседі.

Аскомицеттер класынан спора түзу қабілетінен айырылған топтары да кездеседі. Бұлардың ішінде торула және кандида топтары өнеркәсібінде зор зиянын тигізеді.

Ал торилопсис туысына жататын ашытқылардың ішінде кейде тағамдық  және мал азығындық максатта қолданатын топтары бар.

Ал кандида туысына жататын дөңгелек, сопақша пішінді ашытқылар спирт ашуту процесіне қатыспайды. Көбінесе олар тұздалған, ашытылған көкөніс бетінде көптеп өсіп-өнеді. Хзаводтардың түрлі ыдыстарында жаппай өскенде, ол орасан зор зиян келтіреді.

Микомерма туысына жататын ашытқылар клеткасы ұзынша, спирт түзе алмайды. Бірақ ортадағы бір спиртті, органикалцық қышқылдарды су мен көмір қышқыл газына дейін тотықтыра алады.

Құрамында спирті бар ішімдектердің бетіне қонса, микодерма қатпарланған жарғақша түзеді, оның исі мен дәмін бұза бастайды. Сонымен  қатар, микодерма  сүт тағамдарын, тұздалған көкөністі бұлдіреді, сірке қышқылы өндірісіне және нан өндірісіне зор зиянын  тигізеды. Ашытқы саңырауқұлақтарына родоторула жатады. Олар ортада қызғылт пигмент түзеді және кейбір тағамдық заттарды бүлдіреді.