содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..

МОРФОЛОГИЯ И ФИЗИОЛОГИЯ УКСУСНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ

Морфология клеток. Клетки уксуснокислых бактерий палочковидной формы, иногда очень короткие, одиночные или соединены в длинные цепочки-нити, спор не образуют, грамотрица-тельны (рис. 30). Средние размеры клеток (1,2—1,8) X (0,4— —0,8) мкм. Обычно они встречаются в неподвижном состоянии. Но в молодой 24—48-часовой культуре многие клетки уксуснокислых бактерий подвижны, и при электронно-микроскопическом просмотре отчетливо видны жгутики. Жгутик отходит от одного из полюсов клетки, часто субполярно, т. е. немного сбоку. Иногда наблюдается расщепление жгутика на 3—4 и более тонкие нити.

Неблагоприятные условия для развития уксуснокислых бактерий (высокие концентрации спирта — 15—16% об., уксусной кислоты и других кислот—10—11%, высокая температура — в пределах 40°С) нарушают процессы роста и деления клеток бактерий, вследствие чего изменяются их формы и размеры. При этом появляются характерные для уксуснокислых бактерий инволюционные формы: клетки-гиганты — очень длинные, в десятки раз длиннее и значительно шире, чем нормальные особи, иногда длиной до 30—40 мкм, со вздутиями, шаровидные, колбовидные, нитевидные, изогнутые. Инволюционные формы уксуснокислых бактерий неподвижны и лишены жгутиков. Количество сильно измененных клеток обычно увеличивается при повышении концентрации уксусной кислоты в среде до 2—4,5%, при отклонении температуры и pH от оптимальных величин [114].

Специальные методы окраски позволяют рассмотреть при микроскопировании внутри бактериальных клеток зернышки волютина, капли жира и нуклеоиды.

Инволюционные формы содержат несколько нуклеоидов [102].

Уксуснокислые бактерии размножаются чрезвычайно быстро.

Их число удваивается через каждые 30 мин. Из одной бактериальной клетки в течение 12 ч может возникнуть 17 млн. особей.

Несколько клеток бактерий, помещенных на поверхности вина, за короткое время образуют 300 млрд. клеток — слой в 1 м2, общая масса их составляет 1 г.

Такое количество уксуснокислых бактерий в течение нескольких дней может превратить в уксусную кислоту 10 кг спирта, т. е.

«переработать» количество спирта, в 10000 раз превышающее их собственную массу [114].

Характерной чертой многих видов уксуснокислых бактерий является рост на поверхности питательной среды — образование пленки. Основной предпосылкой этого является относительная гидрофобность поверхности клеток и сцепление слоя клеток с открытой поверхностью среды на разных стадиях роста. При достижении достаточной толщины пленка опускается и начинает расти в глубине среды до тех пор, пока на поверхности не образуется новый слой, прекращающий доступ кислорода воздуха [114]. Строение и внешняя форма пленки бактерий зависят от питательной среды и окружающих условий. Некоторые виды уксуснокислых бактерий образуют толстую пленку, другие тонкую, у одних она слизистая, у других — сухая. Общей особенностью пленки уксуснокислых бактерий является ее способность «всползать» на стенки стеклянной посуды.
 

Потребность бактерий в питательных веществах и образуемые продукты обмена.

Потребность уксуснокислых бактерий в основных питательных веществах — источниках углерода, азота и витаминов — неоднородна у различных видов. Все они хорошо используют в качестве единственного источника углерода глюкозу и другие моносахариды, многоатомные спирты и хуже растут в питательных средах, содержащих этиловый спирт и уксусную кислоту.

Все уксуснокислые бактерии аминоавтотрофны, т. е. способны к синтезу аминокислот, основных из них, путем аминирова-ния кетокислот. Они могут использовать азот в минеральной форме, однако неорганический азот усваивают при наличии необходимых источников углерода и витаминов. Выявлено, что некоторые виды уксуснокислых бактерий используют неорганический азот только тогда, когда в качестве источника углерода в среде присутствует глюкоза, а не этиловый спирт; другие — только при наличии в питательной среде необходимых им витаминов [102].

Уксуснокислые бактерии, обитающие в субстратах, содержащих этиловый спирт и бедных другими органическими веществами, более приспособлены к использованию спирта. Они хорошо развиваются в синтетических средах с аммонийными солями и проявляют себя как ауксоавтотрофы, синтезируя все необходимые им вещества из уксусной кислоты, воды и минеральных солей. Наиболее типичными в такой потребности в питательных веществах являются Acetobacter aceti.

Бактерии A. aceti, предпочитающие этиловый спирт и уксусную кислоту глюкозе и многоатомным спиртам, способные к синтезу всех необходимых им витаминов, быстро развивающиеся в средах с азотом в виде аммонийной соли, нашли широкое применение в производстве при скором (немецком) способе получения уксуса. Они окисляют спирт при pH 2,5—3,0, накапливая при этом до 10—11 % уксусной кислоты [102].

Многие виды уксуснокислых бактерий способны превращать молочную кислоту в ацетоин [102]. Установлено, что представители групп Peroxydans, Mesoxydans, Suboxydans образуют лишь следы ацетоина. Наиболее активно синтезируют ацетоин бактерии группы Oxydans, особенно A. rancens и A. ascendens, образующие ацетоина до 74% от теоретически возможного. Бактерии группы Oxydans способны также к окислению ацетоина в диацетил.

Некоторые виды уксуснокислых бактерий обладают исключительно редким в мире бактерий биосинтезом полисахарида целлюлозы. Ферменты, участвующие в образовании этого полисахарида, содержатся в A. xylinum и A. acetigenum [100].

Уксуснокислые бактерии синтезируют целлюлозу из различных моно- и дисахаридов (арабинозы, ксилозы, рамнозы, глюкозы, фруктозы, галактозы, мальтозы, сахарозы, лактозы), из многоатомных спиртов (глицерина, эритрита, сорбита, маниита), из глюконовой, 2- и 5-кетоглюконовых кислот (рис. 31). A. xylinum в некоторых условиях образует целлюлозу при развитии за счет этилового спирта, уксусной, янтарной или L-яблочной кислот [102]. Некоторые уксуснокислые бактерии синтезируют крахмалоподобные соединения, химическая природа которых не выяснена. Известно лишь, что бактериальные пленки на поверхности жидких питательных сред и колонии на сусло-агаре определенных видов уксуснокислых бактерий при обработке йодом окрашиваются в синий цвет [114].

Давно известно образование уксуснокислыми бактериями слизистых веществ. Одни синтезируют из декстрина декстран, идентичный декстрану, синтезируемому Leuconostoc mesenteroi-des из сахарозы, другие из сахарозы — леван. Массовое развиский азот только тогда, когда в качестве источника углерода в среде присутствует глюкоза, а не этиловый спирт; другие — только при наличии в питательной среде необходимых им витаминов [102].

Уксуснокислые бактерии, обитающие в субстратах, содержащих этиловый спирт и бедных другими органическими веществами, более приспособлены к использованию спирта. Они хорошо развиваются в синтетических средах с аммонийными солями и проявляют себя как ауксоавтотрофы, синтезируя все необходимые им вещества из уксусной кислоты, воды и минеральных солей. Наиболее типичными в такой потребности в питательных веществах являются Acetobacter aceti.

Бактерии A. aceti, предпочитающие этиловый спирт и уксусную кислоту глюкозе и многоатомным спиртам, способные к синтезу всех необходимых им витаминов, быстро развивающиеся в средах с азотом в виде аммонийной соли, нашли широкое применение в производстве при скором (немецком) способе получения уксуса. Они окисляют спирт при pH 2,5—3,0, накапливая при этом до 10—11 % уксусной кислоты [102].

Многие виды уксуснокислых бактерий способны превращать молочную кислоту в ацетоин [102]. Установлено, что представители групп Peroxydans, Mesoxydans, Suboxydans образуют лишь следы ацетоина. Наиболее активно синтезируют ацетоин бактерии группы Oxydans, особенно A. rancens и A. ascendens, образующие ацетоина до 74% от теоретически возможного. Бактерии группы Oxydans способны также к окислению ацетоина в диацетил.

Некоторые виды уксуснокислых бактерий обладают исключительно редким в мире бактерий биосинтезом полисахарида целлюлозы. Ферменты, участвующие в образовании этого полисахарида, содержатся в A. xylinum и A. acetigenum [100].

Уксуснокислые бактерии синтезируют целлюлозу из различных моно- и дисахаридов (арабинозы, ксилозы, рамнозы, глюкозы, фруктозы, галактозы, мальтозы, сахарозы, лактозы), из многоатомных спиртов (глицерина, эритрита, сорбита, маниита), из глюконовой, 2- и 5-кетоглюконовых кислот (рис. 31). A. xylinum в некоторых условиях образует целлюлозу при развитии за счет этилового спирта, уксусной, янтарной или L-яблочной кислот [102]. Некоторые уксуснокислые бактерии синтезируют крахмалоподобные соединения, химическая природа которых не выяснена. Известно лишь, что бактериальные пленки на поверхности жидких питательных сред и колонии на сусло-агаре определенных видов уксуснокислых бактерий при обработке йодом окрашиваются в синий цвет [114].

Давно известно образование уксуснокислыми бактериями слизистых веществ. Одни синтезируют из декстрина декстран, идентичный декстрану, синтезируемому Leuconostoc mesenteroi-des из сахарозы, другие из сахарозы — леван. Массовое развитие уксуснокислых бактерий, образующих слизистые вещества, вызывает «тягучесть» жидкости [102].