Микробы — производители витаминов

 

Мы уже знаем, что витамины — важные компоненты ферментов, без которых последние не могли бы выполнять свои биохимические функции. Поэтому каждая клетка, каждый организм нуждаются в витаминах. Нуждаемся в них и мы. Отсутствие в пище хотя бы одного из витаминов приводит к нежелательным расстройствам организма, как это видно из таблицы 13.

 

 

Всем известно, что витамины находятся в различных пищевых продуктах, но мало кто знает, что некоторые витамины (С, D, группы В) получают в настоящее время заводским путем с помощью микробов.

Витамин В₂ (рибофлавин) получают из продуктов жизнедеятельности дрожжей. Кроме них, для этой цели используются также грибы Eremothecium ashbyii  и Ashbya gossypii,  паразиты хлопчатника и других растений. За свою «вредительскую» деятельность они расплачиваются с нами, производя столь необходимый нам рибофлавин.

В 1 л жидкой культуральной среды, в которой выращиваются эти микроскопические грибы, содержится около 1 г рибофлавина, столько же, сколько в 500 л коровьего молока. Теперь эти микробы — продуценты витамина В₂ выращиваются в огромных 100 000-литровых емкостях, откуда через каждые 4–5 дней выделяют по 100 кг витамина. Достаточно сказать, что такое количество рибофлавина содержится в 50 миллионах литров молока.

Накопление новых данных о витаминах сопровождалось и расширением наших сведений об их влиянии на микроорганизмы. Во многих случаях микробы оказали помощь в выделении витаминов и в их химическом изучении. Приведем пример из недавнего прошлого, показывающий, каким образом микробы способствовали решению загадки, связанной со злокачественнным малокровием.

Злокачественное малокровие — болезнь, выражающаяся в пониженной выработке организмом красных кровяных телец (эритроцитов). Уже давно при лечении этой болезни применяли препараты, выделяемые из печени и содержащие химически неизвестное в те времена вещество. В 1948 году было обнаружено, что это вещество влияет на рост молочнокислых бактерий Lactobacillus lactis.  Их размножение зависело от присутствия в питательной среде какого-то стимулирующего вещества. Констатация этого факта была первым шагом к тому, чтобы при помощи бактерий выделить из печени это вещество в чистом виде. Теперь-то мы знаем, что этим стимулятором является витамин В₁₂.

Сведения о новом витамине постепенно пополнялись. Оказалось, что его продуцентами являются многие бактерии и актиномицеты; некоторые из них (как, например, упомянутые молочнокислые бактерии) должны получать его для своего роста и развития в уже готовом виде. Микробы, обитающие в одном из отделов желудка жвачных (в рубце), как нам уже известно, сами вырабатывают витамин В₁₂.

Дальнейшие исследования показали, что некоторые актиномицеты — продуценты антибиотиков — образуют значительные количества этого витамина. В настоящее время в промышленном масштабе витамин В₁₂ вырабатывается в основном при помощи этих микроорганизмов. Для его получения используют также микроорганизмы, живущие в осадках сточных вод.

Ученым удалось установить химический состав нового витамина. Строение его молекулы имеет много общего со структурой красящего вещества крови (гемоглобина) и хлорофилла. В состав молекул этих веществ входят атомы металлов: в молекуле гемоглобина содержится атом железа, в молекуле хлорофилла — атом магния, а в молекуле витамина В₁₂ — атом кобальта (этот витамин иногда называют цианокобал амином).

Витамин В₁₂ используется для приготовления чистого медицинского препарата, а в неочищенном виде его вместе с некоторыми антибиотиками добавляют к кормам домашних животных.

Микробы, вырабатывающие витамин В₁₂, однако, не столь усердны, как продуценты рибофлавина. Но химикам стоит поработать над усовершенствованием метода выделения витамина В₁₂ даже в том случае, если на миллион частей культуральной среды будет получено лишь пять частей витамина. Ведь важность витамина огромна: суточной его дозы (1 миллионная часть грамма) вполне хватает для обновления крови при некоторых видах малокровия, вызванных недостатком этого витамина или неспособностью организма получать его из пищи.

В последние годы началось промышленное производство еще одного витамина — биотина. Вырабатывают это вещество дрожжи из рода Sporobolo-myces.  Биотин используется в медицине, а в неочищенном виде добавляется в корма.

Дрожжи Saccharomyces carlspergensis  используются в биологическом производстве эргостерина, из которого при помощи ультрафиолетовых лучей получают витамин D. Эргостерин, как мы помним, был выделен еще в прошлом веке из зерен злаков, пораженных спорыньей. В 1927 году было установлено, что эргостерин под действием ультрафиолетовых лучей преобразуется в витамин D и приобретает свойства, очень важные для лечения рахита.

Образование подобных веществ характерно и для бактерий. Так, уксуснокислые бактерии применяются при производстве витамина С. Основным сырьем для его получения служит глюкоза, которая химическим путем превращается в соединение, называемое сорбитом. Затем сорбит при помощи уксуснокислых бактерий превращается в сорбозу, а из нее уже химическим путем получают витамин G.

 

Редкие стероиды

 

Эргостерин принадлежит к группе химически сходных веществ, называемых стероидами. К ним относятся и некоторые важные гормоны. В организме человека и животных гормоны образуются в железах внутренней секреции, из которых они переносятся к месту действия циркулирующими в теле жидкостями. Недостаточное или чрезмерное образование гормонов в организме всегда ведет к различным нарушениям физиологических процессов. Познав природу и функцию гормонов, человек стал применять их в качестве лекарственных препаратов.

В 50-х годах значительно увеличился спрос на стероидные гормоны из коры надпочечников, которые применяются при ревматических заболеваниях суставов, а также при различных воспалительных процессах, аллергиях, кожных и глазных болезнях. Кроме того, они используются в качестве анестезирующих средств и противозачаточных препаратов. Некоторые половые гормоны применяются и при лечении рака.

Спрос на стероидные гормоны постоянно возрастал. Только в США за 1961 год их было продано на 150 миллионов долларов. Но получать их приходилось из органов животных и при этом очень трудоемким способом. Поскольку в природе существуют более дешевые химически близкие стероиды, ученые пытались использовать эти источники для получения редких лекарств. Основной проблемой было изменение молекулы более доступного природного сырья: в положение, обозначаемое химиками цифрой 11, необходимо ввести еще один атом кислорода. А это оказалось нелегким делом.

Американский химик Л. Саррет в 1946 году опубликовал сообщение о результатах своих исследований. Он хотел получить гормон кортизон из дезоксихеловой кислоты, содержащейся в желчи. Для «перемещения» атома кислорода из положения 12 в положение 11 ему потребовалось осуществить более десяти сложных химических операций. Кроме того, для преобразования молекулы дезоксихеловой кислоты в молекулу кортизона требовалось провести тридцать две химические реакции, причем каждая из них влекла за собой потерю половины предшествующего промежуточного продукта. В результате из 600 кг исходного сырья — сравнительно дорогой дезоксихеловой кислоты — он получил всего 938 г кортизона, то есть выход конечного продукта составлял менее двух десятых процента.

 

 

Гидроксильная группа, присоединяемая микробами в положение 11 при получении гидрокортизона

 

На помощь пришли микробиологи. Им уже давно были известны микроорганизмы, изменяющие стероидные соединения. Некоторые из них могут ввести в молекулу стероида атом кислорода как раз в положение И, то есть осуществляют процесс «11-бета-гидроксилирования». Химики с большой радостью приняли помощь микробиологов. Вместо 32 химических операций для получения гидрокортизона теперь достаточно всего нескольких стадий. При этом одну из важнейших для преобразования молекул реакций осуществляют микроорганизмы.

 

Лекарство из яда

 

Еще на клинописных табличках, относящихся к 600 году до н. э. (Ассирия), было записано, что хлебные зерна бывают заражены каким-то ядом. В Средние века в Европе было несколько вспышек загадочных эпидемий, которые унесли тысячи человеческих жизней. В одну из эпидемий эрготизма в 994 году во Франции погибло около 40 000 человек. Через сто лет после этого был основан монашеский орден, члены которого обязаны были заботиться о больных эрготизмом… Вернемся еще раз к знаменитому Парацельсу, провозгласившему, что «все есть яд, и ничто не лишено ядовитости; одна только доза делает яд незаметным». Спорынья появляется в результате поражения хлебных злаков грибом Claviceps purpurea.  В продолговатых черных зернах таится и смерть и спасение!

Немецкий врач Лоницер уже в конце XVI века упоминал о том, что повивальные бабки применяли «эргот» как средство, ускоряющее роды… Но это было единственным лечебным использованием спорыньи. В XIX веке врачи применили ее и в других целях. Чем же объясняется, что иногда спорынья бывает причиной смерти, а иногда излечивает?

Химики сделали целый ряд открытий. Они постепенно выделили из зерен спорыньи загадочные соединения, относившиеся к обширной семье веществ растительного происхождения, известных под общим названием алкалоидов. Оказалось, что спорынья содержит пеструю смесь алкалоидов, которые химики по мере выделения называли эрготоксином, эрготинином, эрготамином, эргоновином…

Среди ученых, занимавшихся исследованием алкалоидов, выделялась группа щвейцарских химиков во главе с Штоллем. Они доказали, что алкалоиды спорыньи имеют общий «химический знаменатель»: в основе их структуры лежит вещество, названное ими лизергиновой кислотой. Оно являлось таким же «ядром молекулы», как и 6-аминопенициллановая кислота, используемая в настоящее время для получения полусинтетических пенициллинов.

Таким «ядром», к которому химики стали присоединять самые различные «радикалы», стала илизергиновая кислота. При этом были получены новые алкалоиды, отличающиеся разнообразным биологическим действием.

Гофман, один из коллег Штолля, пережил приключение с невеселым началом, но, к счастью, благополучно закончившееся. Работая с одним из «искусственных» производных лизергиновой кислоты, зарегистрированным в дневниках лаборатории под шифром ЛСД-25, он случайно лизнул капельку препарата… Через несколько часов его отвезли в психиатрическое отделение больницы, так как, по мнению близких, Гофман сошел с ума. Врачи констатировали симптомы, схожие с теми, которые появляются при шизофрении… Через несколько дней Гофман вернулся в лабораторию вполне здоровым.

На собственном опыте он убедился, что ЛСД-25 вызывает галлюцинации. Американский ученый Корнфелд, также изучавший производные лизергиновой кислоты, позднее писал: «… меньше чем четверти килограмма соответственно дозированного ЛСД-25 было бы достаточно для временного превращения всех восьми миллионов жителей Нью-Йорка в шизофреников».

Препарат ЛСД-25, который сейчас, помимо всего прочего, применяется и при лечении алкоголизма, оказывает сильное и глубокое действие на центральную нервную систему. Некоторые люди, и таких немало, тайно «поклоняются» этому наркотику, занимаясь по существу самоубийством. Круг замкнут! Из яда (спорыньи) мы получили ценнейшие лекарственные средства (алкалоиды), которые в руках безответственных торгашей становятся источником баснословных прибылей, а в руках людей слабых и развращенных — средством собственной гибели.

Между тем исследование алкалоидов спорыньи продолжалось. Микробиологи «научили» их продуцента, Claviceps purpurea,  расти и в лабораторных условиях, так же как когда-то заставили продуцентов антибиотиков вырабатывать эти ценные лечебные препараты в промышленных масштабах. Лизергиновую кислоту в настоящее время можно получить и из другого вида гриба — С. paspali,  который обладает еще большими потенциальными возможностями, чтобы стать «промышленным микробом».

Интересна история алкалоида эфедрина. Вначале его получали из китайского кустарника ма хуанг (эфедры, хвойника), о лечебных свойствах которого китайцы знали уже тысячи лет. Но после первой мировой войны немецкий биохимик К. Нёйберг при помощи дрожжей преобразовал бензальдегид в соединение фенилгидроксипропанон, из которого позднее, применив всего одну-единственную химическую реакцию, химики получили эфедрин. Так из дешевого бензальдегида фармацевтическая промышленность получает теперь ценный алкалоид. Процесс может быть выражен такой упрощенной схемой:

 

 

Этот рассказ можно было бы продолжить, ведь теперь известны и другие алкалоиды, полученные из микробов. Возможно, что во многих лабораториях нас ждут новые неожиданности…

В производстве алкалоидов микроорганизмы могут быть использованы и как косвенные помощники. Например, выход алкалоидов из головок мака можно увеличить, если головки предварительно инфицировать некоторыми микроскопическими грибами, частично их разлагающими. При этом лучшие результаты даст химическая экстракция алкалоидов.

 

 

Микробы, пиво и вино

 

Я пью шампанское из этого бокала

За тех, чьи кости от Ла-Манша до Байкала

Покоятся в земле, чтоб больше не восстать.

Ночей не хватит мне над ними причитать.

Я пью шампанское — не кровь, как пьют иные;

Я верю в красоту, как в брюхо остальные.

Посмей не утверждать, что не пророк поэт,

Я пью шампанское, и смех — мой вам ответ.

Ян Смрек «Шампанское»

 

Дрожжи и виноделие

 

История виноделия своими корнями уходит в глубокую древность. По библейским сказаниям, праотцем всех виноделов был Ной, вырастивший большой виноградник. Косточки культурного винограда находят в египетских гробницах, хотя египтяне делали вино и из фиников, и из ячменя. Кстати, последнее было напитком простого люда, им омывали также тела умерших перед бальзамированием. В Грецию опыт виноделия пришел, по-видимому, из Малой Азии. Согласно мифу, с виноградной лозой Грецию познакомил бог вина Дионис. В «Илиаде» Гомер говорит, что на щите, который Гефест выковал для Ахиллеса, был изображен весь мир и дела человеческие. Не был забыт и виноград:

 

Сделал на нем отягченный гроздием сад виноградный,

Весь золотой, лишь одни виноградные кисти чернелись;

И стоял он на сребряных, рядом вонзенных подпорах.

Около саду и ров темно-синий, и белую стену

Вывел из олова; к саду одна пролегала тропина,

Коей носильщики ходят, когда виноград собирают.

Там и девицы и юноши, с детской веселостью сердца,

Сладостный плод носили в прекрасных плетеных корзинах.[41]

 

О роли дрожжей в получении вина долгое время ничего не было известно. Муть, осаждавшуюся в конце брожения на дне сосудов и состоявшую, как мы знаем, в значительной мере из клеток дрожжей, немецкий монах и алхимик XV века Базилиус Валентинус считал за faeces vini (выделения, облагораживающие вино). У французских вин очень давние традиции. Говорят, что бургундские виноградники были заложены 2000 лет назад. Когда в 600 году финикийцы основали портовый город Марсель, там уже якобы пили славное бургундское вино.

Луи Пастер, раскрывший сущность брожения, научил своих соотечественников «излечивать» болезни вин отбором качественных дрожжевых культур и пастеризацией готового продукта. Лучшими винными дрожжами являются Saccharomyces cerevisiae elipsoideus.

В Словакии виноделием славится область Малых Карпат, а также районы на юге и востоке страны. Центр виноделия на склонах Малых Карпат — старинный городок Модра, в гербе которого изображена веточка лозы с гроздьями винограда.

 

Как получают пиво

 

Пивоварение — один из самых древних производственных процессов — применяется человеком уже 5000 лет. Основателями пивоварения считают древних египтян. Согласно мифологии, бог Озирис научил человека варить пиво, чтобы облегчить ему тяготы жизни. В легендах северных народов хранителем и покровителем бродильных чанов был бог Химер.

В ассирийских табличках 2000 года до н. э. упоминается, что Утнапиштим (ассирийское имя Ноя) взял в свой ковчег среди прочих продуктов и пиво. Еще более древние сведения мы находим в шумерском рельефе древнего Ура (около 2600 лет до н. э., в эпоху, царствования царицы Шуб-ад). На нем изображены две женщины, потягивающие пиво через тонкие соломины (такой способ питья отнюдь не является достижением нашего века!). Приблизительно к тому же периоду относятся египетские папирусы четвертой династии, в которых описывается приготовление солода из ячменя (фото 65). Древние китайцы пили киу — напиток типа пива, получаемый из риса, — уже в 2300 году до н. э. Высадившийся в Центральной Америке Колумб обнаружил у индейцев пиво, приготовляемое из кукурузы.

На научную основу пивоварение было поставлено лишь Пастером, который на протяжении нескольких лет изучал «болезни» пива. В результате он получил точное представление о деятельности дрожжевых грибов и о влиянии посторонних микроорганизмов на процессы брожения. Свои наблюдения и рекомендации пивоварам ученый обобщил в 1876 году в книге «Исследования о пиве». Датский исследователь Эмиль Христиан Ганзен, изучавший микробиологические процессы, ввел в производство пива чистые культуры дрожжей. По названию Карлсбергской лаборатории в Копенгагене, рассылавшей пивные дрожжи во все страны мира, они получили название Saccharomyces carlsbergensis  (фото 66).

В Европе основным сырьем для пивоварения служит ячмень. Зерна высококачественного ячменя насыпают слоем в несколько сантиметров, увлажняют и проращивают. Эти искусственно проращенные зерна называются солодом. Во время прорастания в зернах образуются ферменты, используемые в дальнейших процессах.

Солод высушивают, перемалывают и смешивают в определенной пропорции с водой. При постепенно повышаемой температуре (от 40 до 70 °C) в действие вступают ферменты, разлагающие крахмал на сахара, которые переходят затем в водный раствор. Кроме сахаров, в раствор попадают компоненты белков и минеральные соли. Полученную смесь подвергают кратковременному кипячению, после чего твердые частицы (дробину) отфильтровывают, а в оставшуюся чистую жидкость, называемую суслом, кладут шишки хмеля и снова варят. Из хмеля выделяются различные соединения, они придают жидкости особый аромат и обладают бактерицидными свойствами. При кипячении жидкость стерилизуется. Затем ее фильтруют, в результате получается раствор, содержащий различные сахара (преимущественно глюкозу), аминокислоты, минеральные соли и другие вещества. Он служит питательной средой для дрожжевых грибов, которые засевают в большие бродильные чаны. Брожение протекает при температуре около 10 °C и продолжается 10 дней, а при более высокой температуре (15–23 °C) — около недели. На поверхности бродящей жидкости в результате освобождения углекислого газа образуется пена.

Перебродившее таким образом пиво еще непригодно к употреблению и после отделения дрожжей должно в течение нескольких недель дозревать в больших сосудах при температуре около 0 °C. За это время процесс брожения постепенно заканчивается, некоторые вещества осаждаются. После их устранения в пиво вводят под давлением углекислый газ, способствующий образованию пены и обеспечивающий более длительную сохранность. Затем пиво разливают в бутылки, где оно подвергается пастеризации.

 

На дрожжевом заводе

 

Под старым замком Матуша Чака на левом берегу реки Ваг на скале выбита надпись, свидетельствующая о пребывании в конце II века легии римского императора Марка Аврелия на территории теперешней Словакии. Скала и развалины замка на ней — свидетели древней славы города Тренчин. На правом берегу реки расположен небольшой завод, принесший известность городу и в наше время. Ежедневно с его конвейера сходят деревянные ящики с надписью «Тренчинские дрожжи». Проследим их путь, начиная с заводской лаборатории.

В небольшом сосуде Ганзена в жидкой питательной среде находится культура дрожжей Saccharomyces cerevisiae.  В каждой капельке среды видны под микроскопом тысячи овальных клеток. Из этого сосуда постепенным пересевом во все большие и большие сосуды дрожжи наконец попадают в большие цилиндрические емкости, называемые в производстве бродильными чанами. Там также находится питательная среда. Главный ее компонент — патока, получаемая с сахарных заводов. В патоке много примесей (до 50 %), так что добывание из нее сахара себя не оправдывает.

Кроме патоки, разведенной водой, питательная среда содержит фосфорнокислые соли, аммиак и другие необходимые для жизнедеятельности дрожжей вещества. После стерилизации жидкость в чанах охлаждают до 28 °C и засевают культурой дрожжей. При постоянно поддерживаемой температуре, непрерывном перемешивании и подаче стерильного воздуха дрожжи начинают усваивать подготовленную для них пищу. Содержащиеся в патоке сахара они разлагают на спирт и углекислый газ, вспенивающий жидкость в чанах и уходящий в атмосферу. При этом они получают энергию. Азот из аммиака, фосфор из солей фосфорной кислоты и углерод из сахаров — главные биогенные элементы, из которых клетки дрожжей образуют новую живую массу. Эта биомасса постепенно увеличивается, клетки, размножаясь, делятся на новые и новые, и по прошествии 12 ч брожение заканчивается. Дрожжи вместе с жидкостью поступают по трубам в сепараторы, где происходит их разделение — кашеобразная масса с дрожжами уходит в одном направлении, а жидкость — в другом. Из дрожжей под прессом удаляют воду и получают пекарские дрожжи — всем хорошо известную плотную, бесструктурную светлую массу.

 

Производство спирта

 

Дрожжи Saccharomyces cerevisiae  применяются и в производстве спирта. Кроме приготовления напитков, спирт используется также в качестве ценного сырья в химической промышленности. Применяется он и в медицине.

Производственный процесс получения спирта очень схож с производством пекарских дрожжей. Основное различие — в интенсивности снабжения питательной среды воздухом. При поступлении в бродящую жидкость достаточного количества воздуха происходит полное разложение сахаров на углекислый газ и воду, причем образуется обильная масса дрожжевых клеток. Если же поступление воздуха в период брожения ограничено, разложение сахаров задерживается на стадии образования спирта. Чтобы лучше уяснить себе различие между производством дрожжей и спирта, попробуем кратко охарактеризовать происходящие при этом процессы.

Патока содержит углевод сахарозу, который под влиянием ферментов дрожжей разлагается на более простые соединения — глюкозу и фруктозу. Разложение этих сахаров происходит одинаково вплоть до важного промежуточного продукта, называемого пировиноградной кислотой. Вот тут-то и появляются существенные различия в производстве дрожжей и спирта. Если в питательную среду кислород поступает в достаточном количестве, то пировиноградная кислота включается в серию химических реакций, заканчивающихся ее разложением на углекислый газ и воду, причем освобождается химическая энергия, необходимая для образования белков в клетках, — так получают дрожжи.

За исследование процесса биохимических реакций от пировиноградной кислоты до углекислого газа и воды двум английским биохимикам, Кребсу и Липмену, была присуждена Нобелевская премия. Кребс в то время заведовал кафедрой биохимии Оксфордского университета. Его коллеге Липмену мы обязаны открытием важного соединения — кофермента А, играющего решающую роль во многих жизненных процессах.

Вернемся, однако, к нашей пировиноградной кислоте и проследим ее судьбу в условиях недостатка кислорода. При помощи ферментов дрожжи прежде всего укорачивают ее молекулу до промежуточного продукта ацетальдегида, из которого далее образуется этиловый спирт. При этом освобождается значительно меньшее количество энергии, чем в производстве дрожжей. Возникает и значительно меньше дрожжевых клеток, которые вынуждены разложить большее количество сахаров. В результате образуется спирт,

 

Хлеб и дрожжи

 

В древних писаниях мы находим немало сведений о том, что люди ели хлеб, приготовленный из кислого (дрожжевого) теста, пили вино и пиво. Все это отражено и в мифологии. Греки и римляне поклонялись богу вина Дионису (Вакху), и в его честь устраивались знаменитые вакханалии. Из санскритской литературы мы знаем, что древние арийцы приготовляли пьянящий ритуальный напиток сома из перебродивших соков, а напиток сура, очень похожий на наше пиво, из пшеницы и ячменя. Греческий историк Геродот 2500 лет назад приписывал пиву божественное происхождение. Знаем мы и о том, что древние славяне варили пиво и мед.

По некоторым данным, дрожжи приготовляли и торговали ими в русских монастырях уже в XIV и XV веках. В конце XVIII века стали употреблять спрессованные дрожжи.

Жители древней Палестины имели рецепт приготовления хлеба из кислого и пресного теста.

Нужное количество дрожжей разводят в воде или молоке до белой кашицы — закваски, на которой и замешивают тесто. Клетки дрожжей преобразуют бродящие вещества в спирт и углекислый газ. Выход газов из теста затруднен; они вздувают его пузырями, и оно «поднимается». Поднявшееся тесто ставят в печь при температуре несколько сотен градусов. Газы, расширяясь в объеме, увеличивают размеры хлеба, который постепенно растет и покрывается коркой, сохраняющей его вздутую форму. От пузырьков углекислого газа и спирта в сердцевине хлеба остаются пустоты, которые делают мякиш пористым. Дрожжи в процессе выпечки разлагают часть крахмалистых и белковых веществ, делая их более доступными для ферментов, содержащихся в желудочном соке человека. Поры в сердцевине обеспечивают хорошую выпечку хлеба.

Итак, дрожжи являются одним из самых древних помощников человека в мире микробов. Хлеб, спирт, вино, пиво, белковые и витаминные препараты — все это широко известные продукты их жизнедеятельности.

Мы не упомянули здесь еще множество иных напитков, получению которых обязаны не только дрожжам, но и целому ряду других микроорганизмов. Но нельзя закончить эту главу, не подчеркнув, что использование этих продуктов жизнедеятельности микробов имеет и свою оборотную сторону, омрачающую жизнь человека.

Мы говорим об алкоголизме и его страшных последствиях. Как здесь снова не вспомнить слова Парацельса о том, что все есть яд и только доза делает яд незаметным!

 

 

Микробы и наше питание

 

В своем стремлении восполнить недостаток белковых веществ человек неоднократно обращался к микроорганизмам, которые могут получать белки из других азотсодержащих веществ и дешевых источников углерода.

П. Н. Хобсон

 

Бактерии и наше меню

 

В предыдущей главе мы воздали должное дрожжам, обеспечивающим нас и вкусным хлебом на столе, и приятными напитками. Еще раньше мы говорили о других грибах — богатых источниках, витаминов. А что же бактерии? Неужели они не принимают никакого участия в нашем питании?

Начнем с уксуснокислых бактерий. Прежде всего эти бактерии дают нам уксус.

Не было бы в нашем рационе ни кислой капусты, ни соленых огурцов или маринованных маслин, если бы не существовали молочнокислые бактерии. Эти бактерии живут не только в молоке. Есть среди них и специалисты по растительной пище. Сахара они преобразуют в молочную кислоту, предохраняющую маринованные овощи от действия гнилостных бактерий.

Любители югурта[42] и других напитков, приготовляемых из молока, должны с благодарностью вспоминать о бактериях. Молочнокислые бактерии превращают молочный сахар — лактозу — в молочную кислоту, придающую приятный кислый вкус напиткам и предохраняющую их от разложения. Хорошая хозяйка знает, что из кислого молока можно получить творог — концентрат молочных белков.

Мечников придавал молочнокислым бактериям огромное значение в охране здоровья и обеспечении долголетия. Основываясь во многом на богатом опыте болгар-долгожителей, у которых югурт является широко распространенным молочным продуктом, он разработал учение о продлении жизни, в котором немалую роль отводил молочнокислым бактериям. Все известные данные и собственные взгляды и соображения он изложил в книге «Этюды оптимизма» (1907), в которой подчеркивал важность питания молочнокислыми продуктами.

На Кавказе с незапамятных времен из молока приготовляли кефир, широко распространенный сейчас в Советском Союзе. В молоко вносят так называемые кефирные «зерна», содержащие молочнокислые бактерии и дрожжи. Они сбраживают сахара в молоке, преобразуя их в молочную кислоту и спирт.

На юге РСФСР и в Средней Азии распространен напиток из кобыльего молока, называемый кумысом. Он также содержит молочную кислоту и спирт, образующиеся в результате жизнедеятельности микробов.

В Восточной Азии из коровьего молока приготовляют напиток курунга, напоминающий кефир, а так называемый лебен уже сотни лет распространен в Египте, Сирии, Алжире и на острове Сардиния.

 

В пастушеских становищах

 

Жинчица, брынза, ощепки и пареницы[43] — всей этой пищи, без которой немыслим пастушеский быт в горах, не существовало бы, не будь у человека помощников из мира микробов.

Основа почти всех продуктов, приготовляемых в пастушеских становищах («кошах») Словакии, — овечье молоко. «Закваской» служит кусок желудка теленка. Он содержит ферменты, при помощи которых из молока осаждаются белки в виде сладковатого сыра. Отцеженная жидкость — жинчица — отличный напиток, играющий важную роль в повседневном рационе обитателей коша и столь любимый горожанами. Створоженное молоко, являющееся исходным продуктом для изготовления сыра, длительное время «выдерживают»; в этот период в нем протекают процессы, придающие сыру специфические качества и обеспечивающие длительную сохранность. В этих процессах главную роль играют молочнокислые бактерии. Вслед за ними вступают в действие пропионовокислые бактерии, превращающие молочную кислоту в пропионовую с выделением углекислого газа. В результате сыр приобретает пористость, а его белки преобразуются в аминокислоты.

Самым важным ферментом в закваске молока является реннин, который находили лишь в желудке телят, вскармливаемых молоком. Но недавно японские исследователи из Токийского университета открыли микроскопический гриб Mucor pusillusy  вырабатывающий реннин, неотличимый от животного. Таким образом, появились перспективы более рационального приготовления молочнокислых продуктов.

Обработка сыра для получения брынзы также происходит при участии микробов. Но эти химические изменения тормозятся добавлением в качестве консервирующего вещества большого количества соли.

Сыры можно приготовлять из молока и другими способами. В Европе и Азии они были известны за несколько столетий до нашей эры. Греческий поэт Гомер в поэме «Одиссея» рассказывает, как одноглазый циклоп Полифем приготовлял сыр, добавляя в молоко соки кислых трав.

Самый простой из коровьих сыров — творог. Его получают из кислого молока, в котором в результате жизнедеятельности бактерий образуется молочная кислота, а из белков (казеина) выделяется кальций. Казеин, лишенный кальция, при умеренном нагревании отделяется от сыворотки.

Из творога изготовляют различные виды сыров. В их дозревании активное участие принимают микробы. Вкусовые качества сыров как раз и зависят от того, какие микроорганизмы играют ведущую роль при их созревании. Почти в каждой стране имеется свой специфический сыр. Родина эмментальского сыра — Швейцария, в Голландии изготовляют известный эдамский сыр, Италия славится своим пармезаном, в Болгарии производят знаменитый кашкавал.

Франция — производитель известных сыров, получаемых при помощи микроскопических грибов. На юге страны уже почти 1000 лет изготовляют из овечьего молока сыр рокфор. В районе Рокфора разводят высокоудойных овец, а сыр производят на небольших местных заводах. Предварительно выращивают хорошо растущий на хлебе плесневый гриб Penicillium roqueforti.  Хлеб размельчают и хранят во влажном и холодном месте. Творог закладывают в формы и посыпают крошками такого хлеба. В сыре, который выдерживают в высеченных в скалах погребах, гриб разрастается и проникает до самой его сердцевины. Другой известный французский сыр — камамбер. Для его созревания используется гриб Penicillium camemberti.  Французы — большие знатоки и любители сыров. Президенту Ш. де Голлю приписывают такие слова: «Трудно управлять страной, в которой потребляется свыше трехсот разных сортов сыра!» (фиг. IX).

 

Угроза голода

 

В начале нашей эры на Земле насчитывалось около 250 миллионов человек. За последующие 1600 лет число их приблизительно удвоилось. Дальнейшее удвоение населения наступило спустя всего лишь 200 лет. Начиная с 1800 года только за 150 лет количество людей ра планете увеличилось втрое. Для увеличения нынешнего населения в 2 раза потребуется, по некоторым расчетам, неполных 40 лет.

В связи с этим возникает серьезный вопрос — будет ли обеспечено продуктами питания все увеличивающееся население Земли? Не следует забывать, что сегодня 2/3 человечества терпит недостаток в тех или иных продуктах питания.

Важную роль в борьбе с голодом играет и будет играть микробиология, поскольку микробы можно использовать для получения дешевых кормов и продуктов питания для человека. Многие микроорганизмы очень неприхотливы в питании, для их промышленного выращивания могут быть использованы отходы сельского хозяйства и промышленности. Поскольку микроорганизмы размножаются очень быстро, с их помощью можно получать белки, жиры и витамины за значительно более короткий срок, чем при выращивании сельскохозяйственных растений или разведении домашних животных.

Вот уже несколько десятилетий известен дрожжевой организм Torulopsis atills  (фото 70). Для его промышленного выращивания могут быть использованы патока, сульфитные щелока с целлюлозных заводов и другие отходы микробиологической промышленности. При росте и размножении в клетках Т. utilis  накапливаются белки и витамины, полученные из очень дешевых питательных веществ. Каждый килограмм сухой биомассы этого гриба содержит 500 г белков, 50 г жиров и 0,5 г витаминов. До сих пор на целлюлозных предприятиях мы теряем огромное количество питательных веществ в сульфитных щелоках, спускаемых чаще всего в реки, где они, кстати, отнюдь не благоприятствуют ведению рыбного хозяйства. В мировом масштабе из сульфитных щелоков можно было бы при помощи гриба Т. utills  получать по крайней мере миллион тонн высококачественных кормов.

В Финляндии белки получают из сульфитных щелоков так называемым методом «пекило», который заключается в непрерывном выращивании микроскопических грибов в специальных ферментёрах. Получаемый продукт чрезвычайно ценен по своему составу, поскольку содержит аминокислоты и витамины. Используется как высококачественная замена импортируемой соевой и рыбной муки и как отличная добавка к кормам в животноводстве.

Сульфитные щелока могут быть использованы и при микробиологическом получении жиров. Некоторые микроорганизмы откладывают в своих клетках большое количество жиров, иногда до четверти веса сухой массы. Эти жиры по качеству сравнимы с лучшими растительными маслами, что позволяет использовать их в пищевой промышленности.

Микробиологи предпринимают попытки пополнить нашу пищу грибами, которые мы могли бы получать не только в лесах. Некоторые грибы удается культивировать промышленным способом, сходным с производством дрожжей. По внешнему виду искусственно выращиваемые грибы отличаются от лесных, но по своей пит