Г. Ф. КОНДО, Л. С. НУДЕЛЬ, А. В. КОРОТКЕВИЧ
РУКОВОДСТВО ПО МИКРОБИОЛОГИИ ВИНОДЕЛИЯ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «КАРТЯ МОЛДОВЕНЯСКЭ»
КИШИНЕВ 1966
ПРЕДИСЛОВИЕ
Микробиология — одна из наук, на которых базируется технология вина. Спиртовое брожение, без которого нельзя получить вина, — это прежде всего биохимический процесс, происходящий при участии живых микроорганизмов — винных дрожжей.
Целый ряд приёмов технологической обработки вина имеет целью либо создать благоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов (например, внесение чистых культур дрожжей), либо, напротив, создать условия, при которых микроорганизмы не могут развиваться. В частности, обработка и выдержка полусладких вин должна производиться таким образом, чтобы никакие микроорганизмы, и в первую очередь дрожжи, уже не могли развиваться. В равной степени это касается производства соков. В этом случае деятельность дрожжей подавляется с помощью ряда приёмов (пастеризация, сульфитация, хранение при низкой температуре и т. д.).
Многие микроорганизмы, развиваясь в вине, могут быстро ухудшить его и даже сделать совершенно непригодным к употреблению. Таковы уксусные, маннитные и некоторые молочнокислые бактерии. Напротив, в ряде случаев молочнокислые бактерии — возбудители яблочно-молочного брожения — снижая излишнюю кислотность вин, могут принести пользу.
Поэтому знание микробиологии обязательно для каждого винодела. Между тем в нашей специальной литературе до сих пор не имеется работ (за исключением одной), в которых достаточно подробно излагалась бы микробиология виноделия, и вовсе нет работ, где можно было бы найти как общую, так и специальную микробиологию.
В единственном курсе технической микробиологии (А. М. Фролов-Багреев, И. М. Рябченко и Э. Я. Клоц. «Микроорганизмы плодово-виноградных сусел и вин». М. Л., Снабтехиздат, 1933, 304 стр., 172 рис.) изложены очень квалифицированно и с достаточной полнотой основы технической микробиологии виноделия. Но эта книга давно уже стала библиографической редкостью, а в некоторой части и устарела, так как за минувшие тридцать лет советские и зарубежные ученые внесли в науку много нового.
Ценный вклад в разработку технической микробиологии внесли советские учёные Н. Ф. Саенко, Н. К. Могилянский, Е. И. Квасников, Е. Н. Одинцова, А. М. Шумаков, Д. К. Чаленко и многие другие, а также за рубежом Г Шандерль, Е. Пейно, Ж. Риберо-Гайон и др.
Авторы надеются, что их книга окажется полезной в первую очередь для виноделов-практиков, которые впервые систематически изучают микробиологию, а также для учащихся винодельческих техникумов, поскольку специальной учебной литературы для них еще нет. Наконец, полезные для себя сведения могут найти и работники технохимического и микробиологического контроля.
В последние годы вышло несколько руководств по микробиологическому контролю виноделия (Н. К. Могилянского, Д. К. Чаленко), но всё ж е авторы сочли целесообразным включить в свою книгу и этот раздел, дополняющий и завершающий остальной материал.
Что же касается включения общей микробиологии, необходимой для правильного понимания микробиологии специальной, то авторы исходили из того, что изложение этого раздела, подбор материала для него, тесно связаны с изложением специальной части.
Составляя данное руководство по микробиологии для виноделов, авторы выражают надежду, что оно принесёт известную пользу для того круга читателей, для которого оно предназначено.
Авторы заранее приносят благодарность всем тем, кто возьмёт на себя труд прислать свои замечания, способствующие устранению имеющихся в настоящей работе недостатков.
ЧАСТЬ I
ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ
ГЛАВА I
ВВЕДЕНИЕ
ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ МИКРОБИОЛОГИИ
Микробиология является частью биологии — науки о живых существах. Она изучает мельчайшие, не видимые простым глазом организмы, называемые микроорганизмами или микробами. Из этого и вытекает название предмета, происходящее от греческих слов «микрос» — маленький, «биос» — жизнь и «логос» — учение.
Предметом микробиологии является изучение происхождения, развития, строения и жизнедеятельности микроорганизмов.
К микробам относятся простейшие организмы растительного происхождения — бактерии, грибы, водоросли. Особую группу микроорганизмов составляют протисты, или протозоа, которые относятся к низшим животным и изучаются в курсе зоологии.
Микроорганизмы очень широко распространены в природе Они встречаются всюду: в воздухе, воде, почве, на всех предметах, окружающих нас. Они находятся на нашем теле, в полости рта, в желудке и кишечнике. Встречаются как в жарких странах, так и на крайнем севере.
О широком распространении микроорганизмов наглядно говорят следующие цифры:
В одном кубическом метре воздуха находили 100 бактерий, воды — 1000 и молока — от 1 000 до 100 000 бактерий (в зависимости от условий дойки).
В одном грамме бедной почвы находили 300—500 млн. бактерий; средней — около 1 млрд. и богатой — 2 млрд. Больше всего бактерий, имеется в навозе. Одна треть сухого вещества навоза состоит из бактерий. Такое распространение микроорганизмов объясняется следующими обстоятельствами:
- Невзыскательностью к условиям существования. Микроорганизмы можно встретить всюду — в почве северных районов, в холодных морях и горячих источниках, в соленых озерах и даже в холодильниках.
- Хорошей приспособляемостью к различным условиям жизни. Споры некоторых бактерий выдерживают понижение температуры до минус 252° в течение длительного времени и нагревание выше 120° Микроорганизмы хорошо переносят высушивание, оставаясь живыми иногда до 10 лет (молочнокислые бактерии).
- Скоростью размножения. Микроорганизмы размножаются очень быстро. Всего быстрее размножаются бактерии. Каждая клетка бактерий при благоприятных условиях делится один раз за 20—30 минут. Учёные подсчитали, что одна бактерия длиною в 2 микрона и шириною в 1 микрон, делясь через каждые полчаса, образует через два дня потомство в 281 биллион клеток объёмом в 0,5 л. Ещё через три дня при благоприятных условиях поколение одной клетки могло бы заполнить все моря и океаны. Этого не происходит лишь потому, что масса микроорганизмов погибает в борьбе за существование. Причинами являются недостаток пищи, неблагоприятная температура, вредные продукты обмена веществ.
В процессе своей жизнедеятельности одни микробы могут создавать благоприятные условия для развития других. В результате этого возникает смена микроорганизмов, что можно наблюдать почти в любой среде. Так, например, уробактерии, превращая органический азот в соединения аммония, создают условия для развития бактерий нитрификации, окисляющих соли аммония до азотной кислоты. Некоторые микробы вырабатывают вещества, которые, напротив, тормозят жизнедеятельность других микробов.
Микроорганизмы имеют огромное значение в природе и в производственной деятельности человека. Благодаря им проис ходит круговорот многих веществ в природе. Без микроорганизмов жизнь на земле была бы невозможной, так как земля покрылась бы трупами животных и остатками растений, наступил бы углеродный и азотный голод для растений.
Бактерии разлагают сложные органические вещества до минеральных, доступных для усвоения их зелёными растениями. В результате минерализации отмерших остатков углерод и азот из органической формы, недоступной зелёным растениям, переходят в минеральную форму, возвращаются в круговорот веществ в природе.
Большое значение в природе имеют железо- и серобактерии. Железобактерии обладают способностью окислять закисное железо в окисное. При этом они переводят железо из растворимой формы в нерастворимую, способствуя образованию и накоплению залежей железа в природе. Серобактерии окисляют сероводород до серной кислоты. Их роль состоит в очищении водоёмов от сероводорода, образующегося в результате процесса гниения. В результате деятельности серобактерий в водоёмах может развиваться подводный растительный и животный мир.
Велика роль микроорганизмов в сельском хозяйстве. Без них не могут совершаться важнейшие процессы в почве, имеющие большое значение для земледелия. Плодородие почвы в большой степени зависит от деятельности микроорганизмов. При внесении в почву органических удобрений последние становятся доступными зелёным растениям лишь после того, как они минерализуются бактериями.
Корни растений окружены ризосферными микроорганизмами. Одни из них полезны для растений (разлагают органические вещества и обогащают почву питательными веществами), другие живут паразитически (поселяясь на растениях, питаются за их счет и вызывают заболевания).
Есть среди почвенных микроорганизмов и такие, которые вступают в сожительство (симбиоз) с высшими растениями. Так, например, на корнях бобовых растений живут клубеньковые бактерии (Bacterium radicicola), усваивающие азот воздуха, который они превращают в минеральный азот. Есть в почве и вредные микроорганизмы, понижающие её плодородие путём разложения соединений азота до свободного азота.
Человек может регулировать деятельность микроорганизмов, создавая условия для развития полезных и препятствуя развитию вредных.
Многие микроорганизмы используются в производстве. Так, например, на деятельности дрожжей основаны виноделие, пивоварение, спиртовое производство, хлебопечение. На деятельности молочнокислых бактерий основано производство простокваши и других кисломолочных продуктов, квашение овощей и силосование кормов. В результате совместной деятельности молочнокислых бактерий и дрожжей получают кефир, кумыс.
На деятельности уксуснокислых бактерий основано производство уксуса. Практическое значение имеют и некоторые плесени. Aspergillus niger используется для производства лимонной кислоты. Aspergillus oryzae заменяет солод при осахаривании крахмала. В Японии его применяют для приготовления из риса национального спиртного напитка «саке».
Некоторые микроорганизмы способны накапливать большие количества жира, до 30%, например Endomyces vernalis. Их называют «жировыми дрожжами». На деятельности маслянокислых бактерий основано производство масляной кислоты, а на деятельности ацетобутиловых бактерий — производство ацетона и бутилового спирта. На брожении пектиновых веществ, вызываемом микроорганизмами, основана мочка (мацерация) волокнистых прядильных культур.
Некоторые микроорганизмы вырабатывают вещества, убивающие болезнетворные микробы. Эти вещества называют антибиотиками. Таковы пенициллин, стрептомицин, грамицидин, террамицин и другие, являющиеся ценными лекарственными веществами для человека и животных, а также факторами повышения продуктивности животноводства. Наряду с положительной ролью микроорганизмы играют и отрицательную роль. Так, они являются причиной порчи различных органических продуктов — мяса, яиц, плодов и овощей, вызывают ряд болезней вина.
Особое место занимают патогенные микроорганизмы — возбудители инфекционных (заразных) заболеваний. К ним относятся возбудители чумы, холеры, оспы, туберкулеза, бешенства, сибирской язвы, тифа, дизентерии, кори, коклюша, скарлатины и многие другие.
Микробы являются возбудителями большого количества болезней человека, животных и растений. Борьба с микробами, вызывающими заразные болезни, — одна из важнейших задач медицины. В своём выступлении на заседании Верховного Совета СССР 15 января 1960 г. президент Академии наук СССР А. Н. Несмеянов сказал, что уже при современном состоянии науки удалось ликвидировать многие эпидемические и эндемические (местные) заболевания, бывшие ранее бичом человечества — чуму, холеру, оспу, малярию — как массовые заболевания. Нужно, чтобы они были стёрты с лица всего земного шара.
Этого добиваются все советские люди. Но среди империалистов есть проповедники бактериологической войны, которые считают, что она даже имеет существенные преимущества: уничтожая людей, не вредит материальным ценностям. В военных лабораториях империалистических стран искусственно разводят наиболее опасных микробов чумы и других болезней (подробно о болезнетворных микробах смотрите в главе 7-й этой части книги).
По роду своей деятельности все микроорганизмы могут быть разделены на три группы: 1. Гнилостные, 2. Бродильные, 3. Патогенные.
Представители первых двух групп в зависимости от обстоятельств могут быть полезными или вредными. Патогенные микроорганизмы всегда вредны, хотя даже их человек иногда использует в своих целях. Так, например, разработан биологический метод борьбы с насекомыми — вредителями сельского хозяйства и с мышевидными грызунами, которых заражают патогенными микробами, безвредными для человека и домашних животных.
Из всего сказанного вытекают следующие основные задачи, стоящие перед микробиологией.
- Разработать средства, стимулирующие развитие полезных микроорганизмов.
- Изыскать средства борьбы с вредными микроорганизмами.
- Выработать профилактические меры против заражения болезнетворными микроорганизмами.
РАЗДЕЛЫ МИКРОБИОЛОГИИ И ЕЁ СВЯЗЬ С ДРУГИМИ НАУКАМИ
Микробиология — наука обширная, в связи с чем и возникла необходимость подразделения её на общую микробиологию и специальную микробиологию.
Общая микробиология изучает морфологию (строение), систематику и физиологию микроорганизмов. Специальная микробиология изучает роль и применение микроорганизмов в отдельных областях деятельности человека. Она делится на медицинскую, сельскохозяйственную, ветеринарную и техническую. Медицинская и ветеринарная микробиология изучают возбудителей инфекционных заболеваний человека и домашних животных, лечение и профилактику этих болезней.
Сельскохозяйственная микробиология изучает микроорганизмы почвы и их роль в повышении её плодородия. Специальный раздел, изучающий микробиологические болезни растений, называется фитопатологией.
Техническая микробиология изучает вопросы промышленного использования микроорганизмов, условия усиления их деятельности, если они полезны, и подавления, если они вредны.
Микробиология тесно связана с рядом наук — ботаникой, зоологией, химией, медициной, почвоведением и агрономией, а также с технологией различных промышленных производств, главным образом пищевых.
