Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

КАФЕДРА БІОТЕХНОЛОГІЇ І МІКРОБІОЛОГІЇ

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни «Біологія клітин»

на тему: «Морфолого-культуральні ознаки, екологія та практичне значення грибів Aspergillus niger»

Студентки І курсу 4 групи

напряму підготовки 6.051401 «Біотехнологія»

Струмковської М.В.

Керівник доц. Красінько В.О

м. Київ 2014 рік

Реферат

Курсова робота присвячена вивченню морфолого-культуральних ознак, місць природного поширення та перспектив практичного застосування у біотехнології грибів Aspergillus niger. Зокрема встановлено, що Aspergillus niger може бути використаний для одержання лимонної кислоти.

Курсова робота складається з вступу, двох розділів, графічних матеріалів та списку використаної літератури з 6 найменувань. Загальний обсяг роботи - 17 сторінок, 2 рисунки.

Ключові слова: Aspergillus niger, морфолого-культуральні ознаки, лимонна кислота, аспергільози.

Зміст

Реферат

Вступ

1. Характеристика грибів Aspergillus niger

1.1 Морфологічні ознаки

1.2 Культуральні ознаки

1.2.1 Особливості росту на рідких поживних середовищах

1.2.2 Особливості росту на щільних поживних середовищах

2. Екологія Aspergillus niger

2.1 Екологічні ніши Aspergillus niger у природних умовах

2.2 Взаємовідносини з макроорганізмами

3. Практичне значення Aspergillus niger

3.1 Синтез лимонної кислоти

3.2 Використання лимонної кислоти

Висновки

Список літератури

aspergillus niger гриб макроорганізм

Вступ

Aspergillus niger є представником класу сумчастих грибів роду аспергілів, що широко поширені в природі, оскільки вони володіють стійкістю до дії факторів зовнішнього середовища. У природі найчастіше зустрічаються у ґрунті в місцевостях з теплим кліматом. Усі аспергіли є аеробами, вони відмінно ростуть на різноманітних субстратах. За рахунок розвитку Aspergillus niger (аспергіл чорний) часто в приміщеннях з підвищеною вологістю можна побачити чорну плісняву.

Данні мікроміцети є небезпечними для здоров'я людей та тварин, адже більшість представників цього роду є збудниками таких захворювань, як аспергільоз. Перш за все аспергіли уражають дихальні шляхи, шкіру, рідше органи зору, шлунково-кишковий тракт. Аспергільоз розвивається в більшості випадків у особин, що страждають на імунодефіцит.

Проте, окрім негативних властивостей ці мікроміцети мають безліч позитивних. Чорний аспергіл - біохімічно активний гриб - продукує безліч ферментів, завдяки активному дослідженню яких, вчені розробили безліч способів їх використання у різноманітних галузях: харчовій, фармацевтичній, у виробництві фарб, вітамінів та багатьох інших. Зокрема, фермент таназа використовується для утворення галової кислоти, яка йде на виробництво фарб, чорнил, деяких медичних препаратів. За допомогою пектолітичних ферментів аспергіла чорного здійснюють освітлення вин та соків, розщеплення на окремі волокна стебел рослин. Ферменти аспергіл дають можливість з крохмалю отримувати кристалічну глюкозу, з інуліну - фруктозу, у ході певних реакцій отримують фумарову, щавлеву, лимонну кислоти. За допомогою деяких штамів аспергіла чорного синтезують вітаміни - біотин, В1, В2, антибактеріальний препарат фумагілін для лікування амебної дизентерії, інші лікарські засоби [1].

1. Характеристика грибів Aspergillus niger

Aspergillus niger - вид вищих пліснявих грибів роду Аспергіл (Aspergillus); викликає різного роду захворювання у людей та тварин (аспергільози).

Найчастіше зустрічається у вигляді чорної плісняви ( у стадії плодоношення) на стінах приміщень із підвищеною вологістю.

Штами цього гриба використовують для виробництва лимонної кислоти з сахаристих речовин та вітаміну В2 (рибофлавіну) [4].

1.1 Морфологічні ознаки

Гриби виду Aspergillus niger мають розвинений багатоклітинний (септований) міцелій та одноклітинні кулястої форми нерозгалужені конідієносії. На них розташовуються паралельно одна одній короткі кеглеподібні стеригми, від кожної з яких відшнуровуються ланцюжки конідій. Уся голівка конідієносія нагадує дозрілу кульбабу. Самі ж конідії (нерухомі спори нестатевого розмноження) - чорні круглої форми.

Розмножується вид грибів Aspergillus niger безстатевим шляхом, а саме спеціальними клітинами - конідіями або мітоспорами. Головним чином від звичайних спор конідії відрізняються тим, що утворюються не усередині спорангію, а зовні - на поверхні міцелію, на спеціальних виростах ( конідієносіях). Друга назва конідій, мітоспори, вказує на те, що ці клітини утворилися у процесі мітозу, у той час як звичайні спори утворюються у наслідок мейозу. Конідії, як й інші спори, при потраплянні на поживне середовище за сприятливої температури та кислотності проростають, поступово утворюючи новий міцелій [3], [4].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1 Екзогенне спороносіння у Aspergillus niger

1.2 Культуральні ознаки

1.2.1 Особливості росту на рідких поживних середовищах

Aspergillus niger відмінно росте на різноманітних субстратах, зокрема на мелясі, що часто використовують для виробництва лимонної кислоти. Меляса - відходи цукрової промисловості. В залежності від вихідного матеріалу розрізняють бурякову, очеретяну, цитрусову та інші види меляси. Частіше для виробничих цілей використовують саме бурякову мелясу.

Також, чорний аспергіл добре розвивається у 3-4% сусло-агарі, при цьому виявляє наступні морфологічні ознаки:

- на дні пробірки можна спостерігати пухкий, ватоподібний осад, який є саме міцелієм Aspergillus niger;

- наявна, також, і невелика каламутність середовища, через спори (конідії), що знаходяться у ній [3].

1.2.2 Особливості росту на щільних поживних середовищах

Гриб Aspergillus niger добре розвивається на щільних середовищах у чашках Петрі, зокрема, на м'ясо-пептонному агарі (МПА), сусло-агарі. Культуральні ознаки цей мікроміцети має наступні:

- край колонії - ворсистий;

- поверхня - також ворсиста, шорстка;

- розміри колоній Aspergillus niger можуть бути різними: від кількох міліметрів до кількох десятків сантиметрів у діаметрі;

- за оптичними властивостями колонії Aspergillus niger можна визначити як непрозорі;

- характерним кольором для колоній цього аспергілового гриба є чорний, через утворювані конідії, що забарвлені у цей колір;

- структура колонії чорного аспергіла - неоднорідна, волокниста. Гриб вростає у агар-агар, але легко знімається мікробіологічною голкою;

- консистенція колоній даного представителя аспергілів - суха та пухка [3].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.2.2 Зовнішній вигляд колонії мікроміцета Aspergillus niger

2. Екологія Aspergillus niger

2.1 Екологічні ніши Aspergillus niger у природних умовах

Природне середовище проживання Aspergillus niger - грунт, частіше в місцевостях з теплим кліматом. Часто ці аспергилові гриби можна побачити на продуктах рослинного походження у вигляді сплощеного пухнастого пофарбованого цвілевого нальоту чи у вигляді чорної плісняви у приміщеннях з підвищенною вологістю, таких як ванна кімната. Їх постійно можна знайти в ґрунті, зерні, борошні, сіні (особливо цвілих), у пилу приміщень, де обробляються шкіри, вовна, прядиво. Виявлялися аспергили навіть у пилу лікувальних установ, що обумовлювало внутрілікарняне інфікування. Збудник проникає в організм, як правило, через повітря з пилом. З професійних груп частіше уражаються працівники сільського господарства, ткацьких і бавовнопрядильних підприємств. Захворювання в ослаблених облич може виникнути і як ендогенна інфекція, тому що на слизуватій оболонці зіва здорових людей іноді виявляються аспергили. За останні роки актуальною проблемою став аспергильоз в осіб з різними імунодефіцитами. Зокрема, у 20% таких хворих розвиваються мікози, а серед останніх більш 70% доводиться на аспергильоз. Спостерігаються внутрілікарняні зараження іммунодефіцитних пацієнтів пилом, що містить аспергили (повітряно-пилова передача інфекції). Випадків зараження людини від хворих людей не спостерігається [1], [3].

Аспергіли є активними руйнуючими агентами різних матеріалів: від заліза і навіть дерева. Причиною цього явища є висока ферментативна активність цих мікроміцетів. Тому у присутності цих грибів руйнування матеріалів прискорюється [2].

Деякі штами Aspergillus niger ведуть паразитичний спосіб існування, тому цей вид мікроміцетів є надзвичайно шкідливим і подекуди небезпечним для людей і тварин, оскільки викликає захворювання аспергільози. Чорний аспергіл паразитує і на рослинах, але здебільшого віддає перевагу представникам саме тваринного царства. Чорну плісняву можна побачити інколи на фруктах, або інших продуктах харчування.

З дезинфікуючих засобів на аспергили найбільше активно діють розчини карболової кислоти і формалін [1].

2.2 Взаємовідносини з макроорганізмами

Взаємодіючи з макроорганізмами Aspergillus niger викликає у останніх специфічні захворювання - аспергільози, які розвиваються в більшості випадків у особин, страждаючих на імунодефіцит [1].

Шлях проникнення грибка - через верхні дихальні шляхи. Характерна симптоматика захворювання розвивається при ураженні дихальної, нервової систем, шлунково-кишкового тракту людини. Частіше розвивається легенева форма аспергільоза. При аспергільозному менінгіті або енцефаліті ймовірний летальний кінець.

Може наставати інфікування через шкіру, звичайно змінену яким-небудь іншим патологічним процесом. Ведучу роль у патогенезі аспергильоза грає зниження імунного захисту організму. Аспергильоз ускладнює різні патологічні процеси шкіри, слизових оболонок, внутрішніх органів. Зокрема, легеневі форми аспергільоза виникали на тлі бронхоектатичной хвороби, абсцесів легені, туберкульозу легень, рака легень, хронічного бронхіту й ін. В останні роки аспергильоз став особливо часто спостерігатися в осіб з імунодефіцитами (уроджені імунодефіцити, особи, що дістають противопухлинну хіміотерапію, іммунодепресанти, а також ВІЛ-інфіковані). Він зустрічається значно частіше, ніж інші глибокі мікози. В ослаблених осіб спочатку грибом уражаються легені, потім у процес утягують плевра, лімфатичні вузли. Током крові аспергіли можуть заноситися в інші органи, утворити там специфічні гранулеми, що звичайно абсцедируют. З легеневого аспергильоз перетворюється в генералізований (септичний) і нерідко (більше 50%) закінчується загибеллю хворого. Врятувати вдається тих хворих, у яких збереглися якоюсь мірою функції імунної системи. При масивній інгаляції спор аспергіл в осіб з нормальною імунною системою може виникнути гостра дифузійна пневмонія, що закінчується самовидужанням.

Аспергіли можуть уражати будь-які органи і тканини. До клінічних проявів можна віднести наступні форми: бронхолегеневий аспергильоз; генералізований (септичний) аспергильоз; аспергильоз ЛОР-органів; аспергильоз ока; аспергильоз шкіри; аспергильоз кіст; інші форми аспергиллеза (ураження слизових оболонок рота, генітальний, мікоток-сикози й ін.). Бронхолегеневий аспергильоз може виявлятися спочатку як аспергильозний бронхіт або трахеобронхит. Спочатку аспергіли знаходяться в поверхневих шарах слизової оболонки бронхів, потім процес поширюється глибше, утворяться поверхневі і більш глибокі виразки. Захворювання протікає хронічно, хворого турбує загальна слабість, кашель з виділенням мокротиння сірого кольору, іноді з прожилками крові. У мокротинні можуть виявлятися грудочки, у яких містяться аспергіли. Процес звичайно прогресує, захоплює легені, розвивається аспергиллезна пневмонія. Легенева форма мікозу може бути гострої і хронічний. При гострих формах підвищується температура тіла, лихоманка звичайно неправильного типу, нерідко відзначаються повторні озноби, з'являється кашель з рясним виділенням слизистогнійного або кров'янистого мокротиння. У деяких хворих мокротиння містить зеленувато-сірі грудочки, у яких при мікроскопії виявляються скупчення міцелію і спор гриба. З'являються задишка, болі в груд, нічні поти, наростає слабість, похудание. При аускультації відзначаються дрібноміхурцеві вологі хрипи, іноді шум тертя плеври. У крові лейкоцитоз (до20 * 109 л), еозинофілія, ШОЕ збільшена. При рентгенологічному дослідженні виявляється запальна інфільтрація у вигляді овальних чи округлих інфільтратів, схильних до розпаду. Навколо порожнин, що утворяться, можна побачити широкий інфільтративний вал.

Хронічні форми легеневого аспергільоза звичайно вторинні і нашаровуються на різні ураження легень (бронхоектаз, каверни, абсцеси). Клінічна картина складається із симптомів основного захворювання і поразок, обумовлених аспергиллезної інфекцією. Іноді хворі відзначають запах цвілі з рота, у мокротинні можуть з'явитися зеленуваті грудочки, що складаються зі скупчень гриба. Рентгенологично характерним є заповнення порожнин, що виникають у результаті основного захворювання, своєрідною тінню у виді кулі з повітряним прошарком між тінню кулі і стінками порожнини. Цей прошарок газу виявляється у виді своєрідної серповидной порожнини («ореола»). Летальність при легеневому аспергильозі коливається від 20 до 37%. Септичні (генералізовані) форми аспергильоза розвиваються на тлі різкого гноблення імунітету (хворі на СНІД та ін.). Ця форма характеризується гематогенним поширенням аспергилл з утворенням метастазів у різних органах і тканинах. Можуть спостерігатися поразки шлунково-кишкового тракту (нудота, блювота, запах цвілі з рота, рідкий пінистий стілець, що містить велику кількість аспергилл), абсцеси головного мозку, специфічні увеіти, множинні поразки шкіри у виді своєрідних вузлів. Спостерігаються і зміни органів дихання, з яких зазвичай і починається аспергиллезний сепсис. У больных СНІДом ознаки аспергильоза сполучаються з проявами основного захворювання й опортуністичних інфекцій (пневмоцистоз, саркома Капоши, криптоспороїдоз, кандидоз, генерализован-на герпетична інфекція й ін.). На цьому тлі аспергиллезний сепсис, чи генералізований аспергильоз приводить до летального результату.

Аспергильоз ЛОР-органів виявляється у виді зовнішнього і середнього отиту, після операцій на внутрішньому вусі, аспергильоз з ураженням слизової оболонки носа і додаткових пазух, аспергильоза гортані. Може бути аспергиллезне ураження шкіри і нігтів. Професійний аспергильоз може розвиватися в осіб, що мають контакт із суперечками різних видів аспергіл (ткацькі фабрики, шпагатно-прядильні, виробництво солоду й ін.). Аспергильоз чаще протікає в них у вигляді хронічного бронхіту, іноді із симптомами бронхоспазма.

Перебіг аспергільоза у хворих СНІДом. Аспергильоз є найпоширенішим мікозом, що розвивається на тлі імунодефіциту. Інфікування настає екзогенно повітряно-пиловим шляхомм, что може відбуватися і під час перебування в лікувальному відділенні. Захворювання розвивається швидко, спочатку у виді легеневого аспергильоза, що потім переходить у септичну (генералізовану) форму і супроводжується ураженням багатьох органів і систем. Протікає важко [4].

3. Практичне значення Aspergillus niger

На сьогоднішній день гриб Aspergillus niger широко використовують у багатьох галузях виробництва, починаючи з харчової та закінчуючи виробництвом фарби. Так, з його допомогою налагоджено масове виробництво лимонної кислоти, вітаміну В2(рибофлавіну), похідного хітину хітозану та багатьох інших препаратів та інших речовин [4].

Однією з най важливіших продукцій, що віроблені за допомогою чорного аспергіла, є саме рибофлавін, вітамін, що бере участь в процесах росту, пластичному обміні; регуляторно впливає на стан центральної нервової системи, процеси в рогівці, кришталику ока, забезпечує світловий і кольоровий зір.; входить до складу ферментів, які регулюють важливі етапи обміну речовин, позитивно впливає на стан шкіри та слизових оболонок, функцію печінки та кровотворення. Рибофлавін входить до складу зорового пурпуру, захищаючи сітківку ока від шкідливої дії ультрафіолетових променів. Вітамін B₂ інтенсифікує процеси обміну речовин в організмі, беручи участь у метаболізмі білків, жирів і вуглеводів. Рибофлавін необхідний для утворення червоних кров'яних тілець і антитіл, для дихання і росту клітин. Він полегшує поглинання кисню клітинами шкіри, нігтів і волосся. Він поліпшує стан органа зору, беручи участь, поряд з вітаміном A, у процесах адаптації до сутінок, знижує втому очей і відіграє велику роль у запобіганні катаракти. Вітамін B₂ впливає на слизові оболонки травного тракту. Рибофлавін зводить до мінімуму негативний вплив різних токсинів на дихальні шляхи. Рибофлавін необхідний для метаболізму триптофану, що перетворюється в організмі на ніацин. Однією з найцінніших якостей рибофлавіну є його здатність прискорювати в організмі перетворення піридоксину -- вітаміну B₆ -- на його активну форму.

Не менш важлива і лимонна кислота, адже на сьогоднішній день її досить широко використовують у харчовій промисловості [3].

3.1 Синтез лимонної кислоти

В даний час для біосинтезу лимонної кислоти в якості основної сировини широко використовують мелясу - відходи цукрової промисловості. У залежності від вихідного матеріалу розрізняють бурякову, очеретяну, цитрусову та інші види меляси. На міжнародному ринку щорічно продається 30-35 млн. тонн цієї сировини. Хоча меляса в основному використовується для кормових цілей, її широко застосовують також у мікробіологічній промисловості.

Бурякова меляса характеризується високим вмістом цукрів (46-55%), з яких переважає сахароза. Меляса має складний та непостійний хімічний склад. Вона містить колоїди, органічні кислоти, вітаміни, білки і вільні амінокислоти, складний спектр мінеральних речовин. З нелетких органічних кислот в мелясі можуть присутні,%: лимонна - 0,01-0,5; глюконова - 0,5-1,0; яблучна - 0,1-0,5; бурштинова - 0,1-0,7.

Добре зброджувана меляса повинна містити не більше 1% інвертного цукру і не більше 1% СаО і 0,06,% сірчистого газу (додається в мелясу в якості консервуючого агента) при загальному вмісті сухих речовин не менше 75% і цукрів не менше 46,% при невисокому вмісті живих мікроорганізмів.

Технологія глибинного культивування продуцентів лимонної кислоти представляє собою явно виражений двоступінчастий процес. Перший ступінь включає вирощування посівного матеріалу з конідіоспор в посівному середовищі (на гойдалці і в посівному апараті) при 32-33°С в умовах інтенсивної аерації (0,8-1,0 об'єму повітря на 1 об'єм середовища в хвилину) і при безперервному перемешуванні середовища. Тривалість культивування на стадії вирощування посівного матеріалу - 2 доби (1 добу - на качалці, 1 - на посівному апараті).

Сказане принципово не виключає безпосереднього застосування конідіоспор як посівний матеріал для основної ферментації, проте це суттєво подовжує цикл ферментації: з 7-8 до 12-13 діб.

Основну ферментацію в глибинних умовах здійснюють у виробничому біореакторі при коефіцієнті його заповнення 0,75-0,80 і кількості посівного матеріалу 5-8% від об'єму ферментного середовища. Початкова концентрація цукрів - 10-14%, часто застосовують підживлення свіжим середовищем, особливо в разі застосування мелясних середовищ. Регуляція рН середовища не потрібна, але оскільки лимонна кислота дуже корозійна і для ферментаційного обладнання необхідна стійка до корозії сталь, то для пом'якшення практикують підлужнення ферментного субстрату до рН 3,8-4,2. Процес ферментації має риси двох фаз, або стадій: формування біомаси та кислотоутворення.

Для фази накопичення біомаси характерно об'єднання молодого міцелію в кулясті агломерати, формування яких продовжуються до 70-80 год ферментації. Деяка частина гіфів залишається у вільному вигляді.

Під час інтенсивного росту потреба продуцента в молекулярному кисні складає до 1 кг на кожен кубометр ферментного субстрату на годину. У фазі біосинтезу лимонної кислоти потреба в кисні в деякій мірі знижується і складає 0,5-0,6 кг 0₂/м³-год. Для забезпечення масопередачі кисню в ферментний субстрат вводиться стерильне повітря в кількості 0,8-1,0 об'єму на 1 об'єм середовища в хвилину, одночасно за допомогою мішалки створюється циркуляція середовища зі швидкістю 1,2-1,5 м/с вздовж стінки ферментної установки. Насичення середовища киснем у початковій фазі ферментації має складати 20-25% від повного насичення, у фазі біосинтезу лимонної кислоти - 10-15%.

Температурні режими в ферментних субстратах диференційовані: у фазі росту біомаси - 32-33°С, у фазі кислотоутворення - 30-31°С.

Залежно від особливостей використовуваного мутанта Aspergillus niger застосовують різні варіанти технологічних режимів глибинної технології [5].

3.2 Використання лимонної кислоти

Лимонна кислота є основним з підкислювачів. Її частка становить близько 75% обсягу з всіх вироблених підкислювачів. Особливо широко вона використовується у виробництві безалкогольних напоїв, яким надає фруктові і ягідні запахи і смак.

Розширюється сфера застосування лимонної кислоти в технічних цілях - в хімічній, текстильній, шкіряній, металургійній та інших галузях промисловості. Попит на лимонну кислоту безперервно зростає, але в колишніх соціалістичних країнах він задовольняється вкрай слабко, тому в даний час організовуються нові виробничі потужності з випуску цього цінного продукту.

Зокрема, лимонна кислота використовується для приготування карамельної маси. Так у 2005 році ТОВ фірма «Меркурій» впровадила в виробництво два нового виду продукції: карамель з замінником цукру (для діабетиків) та мармеладу.

Також, було доведено, що лимонна кислота добре впливає на стан волосся. Вона живить шкіру голови та підсилює корені волосся, роблячи його шовковистим й блискучим [6].

Висновки

1. В ході огляду літературних даних встановлено, що гриб Aspergillus niger - сумчастий гриб роду аспергілів з добре розвиненим септованим міцелієм.

2. Вид Aspergillus niger досить розповсюджений: знаходиться у ґрунті, воді повітрі, пилу і т.д.

3. Аспергіл чорний веде здебільшого паразитичний спосіб життя, викликає аспергільози.

4. Aspergillus niger є перспективним продуцентом лимонної кислоти.

Список літератури

1. Beaplanet.ru: Прекрасный мир растений [Електронний ресурс] / Мир растений/Гриби/Цвілеві гриби/Аспергіл. Режим доступу http://beaplanet.ru/gribi/cvylevy_gribi/aspergyl.html.

2. Герасименко А.А. Микромицетная коррозия металлов. I. Идентификация. Культивирование микромицетов, коррозионные гравиметрические исследования // Защита металлов. 1998. 2. С. 192-207.

3. Герасименко В.Г., Герасименко М.О., Цвіліховський М.І.та ін. Біотехнологія. Підручник; Під общ. ред. Герасименко В.Г. К.: Фірма «ІНКОС», 2006. 647 с.

4. Гудзь С.П. Мікробіологія: підручник: [для студ.вищ.навч.закл.]/ С.П. Гудзь, С.О.Гнатуш, І.С.Білінська.--Львів: Видавничий центр ЛНУ імені Івана Франка, 2009. 360 с. ISBN 978-966-613-697-1.

5. Карклиньш Р.Я., Лиепиньш Г.К. “Микробиологический синтез лимонной кислоты”, рига “ЗИНАТНЕ” 1993. 254 с.

6. Смирнов В.А.“Пищевые кислоты (Лимонная, молочная, уксусная)" Москва “Лёгкая пищевая промышленность” 1983. 362 с.

Размещено на Allbest.ru