Методика проведения работы
Исследовательская работа. Изучение загрязнения пищевых продуктов плесневыми грибами
Введение
На сегодня описано 100 тысяч видов грибов. Около 30% из известных грибов относятся к плесневым микроскопическим грибам — мицелиальным, состоящим из ветвящихся нитей — гиф и дрожжевым, округлым почкующимся клеткам.
Плесень. Эта форма жизни появилась задолго до появления «властителя мира» - человека. Она властвовала на земле с испокон веков и по сей день, позиции сдавать не собирается. Даже сегодня, когда человечество имеет огромный багаж знаний в области микробиологии, плесень остается одной из самых загадочных форм жизни.
Плесень – это различные грибы, относящиеся к группе микромицетов, являются гетеротрофами. Эти микроорганизмы обладают высокой скоростью размножения: обычно бесполым и вегетативным способом — спорами и фрагментами гиф мицелия, значительно реже — половым путём (слиянием клеток), когда происходит обмен генетической информацией. Плесени очень быстро реагируют даже на незначительные изменения окружающей среды. Их несложно обнаружить в различных природных субстратах или в пищевых продуктах. Если смотреть на плесневые грибы под микроскопом, удивляешься их разнообразию и красоте. Сложные разветвления и переплетения гиф, длинные цепочки или грозди различающихся по форме и размерам спор. А сами колонии — бархатные, пушистые, ворсистые, всевозможных цветов и оттенков, на поверхности блестят яркие жёлтые, оранжевые, малиновые капли экскретов (выделений)…
Однако слово «плесень» обычно ассоциируется у нас не с красотой природы, а с чем-то малоприятным. Ещё в недавние времена «плесенью» называли стиляг и тунеядцев, подразумевая, что это явление требует презрения и уничтожения. А заплесневелый батон или осклизлые пятна по углам подвала вызывают брезгливость. Наиболее опасным видом является плесень желтого цвета, продукты с такими поражениями – следует немедленно утилизировать. Яд, который содержит подобная плесень, способен при накоплении вызвать рак печени. И не надейтесь, что, обрезав плесень, хлебушек можно еще скушать!
Плесень может убить и спасти от смерти, как это было во вторую мировую войну, когда 95% военнослужащих с инфицированными ранами вылечились. После окончания войны в 1945 году, вещество, полученное из плесени, стало главным оружием медицины.
Людям не лень бороться с плесенью. Часто они просто не знают, как это делать.
Мы, учащиеся 7 класса, выбрали эту тему, потому что нам интересно понять, какое значение имеет в нашей жизни плесень и насколько она опасна. В своей работе мы расскажем, о загрязненности плесневыми грибами продуктов питания, оценим последствия этой загрязнённости и предложим рекомендации по хранению продуктов.
Проблема плесневых грибов становится актуальной после того, как человек столкнётся с плесенью сам. Относясь к плесени пренебрежительно и порой несерьезно, мы даже не подозреваем, насколько опасной она может быть. Чтобы ответить на вопросы как сильно могут быть загрязнены плесенью продукты, которыми мы питаемся, и какую опасность может это таить в себе, нами была определена цель и поставлены задачи исследования.
Цель работы: выявить мицелии и споры грибов на пищевых продуктах и оценить возможные последствия загрязнённости продуктов питания этими микроорганизмами.
Основные задачи работы:
1.Познакомиться с распространением плесневых грибов и их значением в природе и быту. 2.Проанализировать влияния плесневых грибов на живые организмы. 3. Изучить характеристику основных видов плесневых грибов и дать им описание. 4. Выявить степень загрязненности продуктов питания плесенью. 5. Предложить для населения рекомендации правил хранения, сроков потребления и защите продуктов питания от спор плесневых грибов. Для решения указанных задач мы изучили литературу по теме; провели поиск данных в сети Интернет; исследовали пищевые продукты на наличие спор плеcневых грибов и сроки развития мицелия, изучили правила хранения и сроки потребления продуктов питания.
Исследовательская работа проводилась на базе кабинета биологии МБОУ АСОШ №1 с декабря 2011 по январь 2012 года.
Обзор литературы
Мы все постоянно контактируем с плесенью, только никогда об этом не задумываемся. Плесени есть везде — в поверхностных слоях пресной и морской воды, на поверхности растений, в воздухе, внутри помещений. Больше всего их содержится в почвах. Наиболее чистыми по этому показателю оказываются больницы, офисы, то есть помещения, где проводят ежедневную тщательную уборку: хотя посещаемость их высока, содержание плесневых грибов в среднем составляет сотни спор в 1 м3. В квартирах, как правило, содержание грибных спор в воздухе больше и может достигать нескольких тысяч. А вот наибольшее количество плесени (до сотен тысяч и миллионов спор) обнаруживается в воздухе предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции.
Изменение окружающей среды не может не сказаться на развитии плесеней. Этому будут способствовать потепление, увеличение влажности климата в отдельных регионах. Современная глобализация также влияет на распространение плесеней. Это перенос спор воздушным путём и с транспортом, с продуктами питания, произведёнными из разных регионов мира. В последние годы отмечаются случаи заболевания глубокими микозами (возбудитель Penicillium marnefii, типичный для тропических широт) не только у европейцев, посетивших тёплые страны, но и у людей, никогда в них не бывавших.
В тесной связи с человеком и его бытом существуют и развивается множество видов животных, растений. В совместной эволюции человека и плесени тоже нет ничего удивительного. Насколько это плохо как для человека, так и для природы в целом, однозначно сказать сложно. Однако нельзя не обращать внимания на рост заболеваний, вызываемых плесневыми грибами в последние годы. Плесени могут быть ответственны за три группы неблагоприятных для человека эффектов: пищевые отравления - микотоксикозы, вызываемые грибами; микогенные аллергии; и непосредственно грибковые заболевания микозы.
Не надо бояться плесени, она приносит человеку много пользы. Но надо учиться налаживать свой быт так, чтобы поддержать здоровье и экологическое благополучие. Плесень многолика. Да, она может причинить вред, став причиной болезни, но она несёт и благо: формирует почву, даёт нам вино, сыр, пиво, квашеную капусту, соленые огурцы, колбасы, хлеб. Опасные для насекомых плесневые грибы нужны для борьбы со многими насекомыми-вредителями, например колорадским жуком, картофельной коровкой, кукурузным мотыльком, свекловичным долгоносиком, щитовками, нематодами, клещами. Основное свойство грибов — разлагать разнообразные органические субстраты — используют при очистке сточных вод: плесневые сапротрофные грибы в комплексе с простейшими и бактериями составляют «биоплёнку», которой покрывают камни «загрузки фильтра» в очистных сооружениях (см. «Наука и жизнь» № 9, 2008 г). Без этого жизнь в больших городах была бы крайне затруднена. Даже в авиастроении нашлось место плесневым грибам — при их участии изготавливают смеси, защищающие крылья самолётов от обледенения при взлёте и посадке. Из плесеней чаще всего встречаются Мuсоr (мукор), Penicillium (пенициллиум), Aspergillus (аспергиллус) и Фузариум (Fusarium).
1.Муко́р (лат. Mucor) — род низших плесневых грибов класса зигомицетов. Этот сапрофит развивается в почве и на пищевых продуктах. Их гифы не имеют перегородок и представляют собой сильно разветвленные клетки с многочисленными ядрами. Колонии бежевого или серого цвета, быстро растут (до нескольких миллиметров в высоту). Старые колонии более тёмные из-за образования многочисленных спорангиев со спорами. Бесполое размножение осуществляется при помощи спорангиоспор. Одиночные бесцветные спорангиеносцы, на вершине имеют по одному спорангию. При бесполом размножении оболочка зрелого спорангия растворяется от влаги, освобождая тысячи спор, прорастающих в новые мицелии. Половой процесс происходит редко.
Некоторые виды мукора вызывают мукоромикозы - болезни животных и человека, другие используются для получения антибиотиков или в качестве закваски, так как мукоровые грибы обладают высокой ферментативной активностью. Многие мукоровые грибы способны вызывать спиртовое брожение. Некоторые мукоровые грибы (Мuсоr racemosus), развиваясь в сахаристых жидкостях, образуют при недостатке воздуха дрожжеподобные клетки, размножающиеся почкованием, поэтому их называют мукоровыми дрожжами.
К этому же семейству относится и род Ризопус, отличающийся неветвистыми спорангиеносцами, расположенными кустиками на особых гифах–столонах.
Рис.1-Мукор; Рис 2-Ризопус.
2.Аспергилл – ( лат.Аsреrgillus) род высших плесневых грибов, относятся к плодосумчатым грибам класса Аскомицетов. Мицелий гриба очень сильный, с характерными для высших грибов, перегородками. У аспергиллов конидиеносец одноклеточный, со вздутой верхушкой, на поверхности которой расположены радиально вытянутые клеточки - стеригмы с цепочками конидиоспор.
Рис 4. Фото Aspergillus niger
Рис 3.Aspergillus niger (конидиеносец):1 - стеригмы; 2 - конидии.
Образуют плоские пушистые колонии, вначале белого цвета, а затем, в зависимости от вида, они принимают разную окраску. Чёрная «плесень» на стенах сырых помещений — это, Aspergillus niger в фазе спороношения. Бесполое размножение происходит с помощью конидиоспор. Половое размножение наступает редко.
Некоторые виды грибов этого рода используются человеком для очистки сточных вод. Аспергилл это сапрофитный гриб, который сбраживает сахара и используется для получения лимонной и других кислот, ферментов. Другие приносят вред и могут быть патогенными.
Некоторые грибы рода Aspergillus могут стать причиной заболевания аспергиллёза. Аспергиллёз характерен в основном для лиц с различными иммунодефицитами или страдающих туберкулезом, раком легких. При этом поражаются легкие, бронхи и другие внутренние органы. Грибок проникает внутрь через дыхательные пути и рот и может поражать дыхательную, нервную, пищеварительную, половую системы, кожу, органы чувств. При поражении дыхательной системы развивается легочный аспергиллёз. Аспергиллёзный менингит или энцефалит в большинстве случаев заканчивается летальным исходом. Встречаются также грибковые поражения селезенки, почек и костей аспергиллами. Роговица поражается аспергиллом в связи с повреждением глаза растением, соломинкой и попаданием спор грибка. Развивающаяся язва роговицы может иметь хроническое течение, привести к образованию рубца роговицы и слепоте. Реже встречается аспергиллез кожи в виде экземы или язвы, после различных повреждений, при наличии трещин кожи, расчесов, при несоблюдения правил гигиены кожи.
Аспергиллы могут быть причиной тяжелых заболеваний органов дыхания: горла, воздушного мешка, легких -у диких и домашних птиц, и их гибели. В Англии 1960 год произошла массовая гибель индюшат на фермах: около 100.000 птиц погибло в результате скармливания им арахисовой муки зараженной желтым аспергиллом. 3. Пеницилл- (от лат.Penicillium) - род грибов, относят к порядку плектасковых. Известен под названием зеленая плесень и «гриб – кистевик»: от вегетативного мицелия отходят конидиеносцы, ветвящиеся на вершине в виде кисточки, на которой образуются цепочки окрашенных одноклеточных спор (конидий). Мицелий пенициллов почти не отличается от мицелия аспергиллов. Он бесцветный, многоклеточный, ветвящийся. Основное различие заключается в строении конидиального аппарата.
Лечебные свойства плесеней, образуемых колониями пенициллов, были впервые отмечены русскими учеными В.А. Манассеиным и А.Г. Полотебновым в 70-х годах прошлого века. Они использовали эти плесени для лечения кожных заболеваний и сифилиса. В 1872 г. русский дерматолог А. Г. Полотебнов впервые успешно применил плесень (пеницилл) для лечения гнойных язв и незаживающих послеоперационных ран, а русский терапевт В. А. Манассеин сообщил о губительном влиянии пенициллов на бактерии. В 1929 г. англ. бактериолог А. Флеминг сделал знаменательное открытие. Он заметил, что в одной из лабораторных чашек Петри с культурой стафилококка выросла зеленая колония пеницилла; находившиеся вблизи нее стафилококки исчезли, как бы растаяли. Выделенное Флемингом из плесени антибактериальное вещество было названо пенициллином. В СССР пенициллин был получен в 1942 г. 3, В, Ермольевой и Т. И. Балезиной. Пенициллин получил широчайшее применение для лечения инф. болезней.
Вид пеницилл пурпурный паразитирует на растениях - корнях проростков кукурузы. Некоторые виды пенициллов приносят вред цветоводству. Их выделяют с луковиц тюльпанов, гиацинтов, нарциссов гладиолусов в Голландии. В почве и на различных субстратах (зерне, хлебе, промышленных товарах и т. п.) встречается P. Expansum. Он же известен как причина быстро развивающейся мягкой коричневой гнили яблок. Потери яблок от этого гриба при хранении составляют до 90%. Большой экономический ущерб причиняют пенициллины вызывающие гниение плодов цитрусовых, P. digitatum — раневой паразит, т. е. в здоровые, неповрежденные плоды его мицелий проникнуть не может. При благоприятных условиях, он быстро распространяется по поверхности плодов, покрывая их в течение трех-четырех дней зеленовато-оливковым плотным налетом конидий. Пораженные плоды быстро сохнут на воздухе, сморщиваются и покрываются коркой коричневого цвета («зеленая гниль» плодов цитрусовых). Он же выделяет этилен, вызывающий быстрое созревание здоровых плодов цитрусовых, находящихся поблизости от плодов, пораженных этим грибом.
В 1954—1955 гг. в Японии вследствие скармливания свиньям заплесневелого риса наблюдалось их массовое заболевание пенициллотоксикоз, вызванное красным пенициллом, которое выражалось в остром отравлении и быстрой гибели животных.
4.Фузариум (Fusarium), род грибов из класса несовершенных аскомикотовых грибов. Мицелий у разных видов может быть разной окраски — белый, розоватый, сиреневый, бурый. Большинство видов являются безопасными сапрофитами. Могут иметься покоящиеся структуры для перезимовки или перенесения неблагоприятных условий. К таким структурам относят хламидоспоры и склероции. Хламидоспоры — отдельные клетки гиф, приобретающие толстостенные оболочки и отделяющиеся; они могут быть бесцветные или охряно-коричневых тонов. Склероции представляют образования плотной консистенции, состоящие из сплетённых гиф; белые, желтые, синие или коричневые, могут развиваться в отмерших тканях растительности и в почве. Размножаются фузариумы бесполым путём — конидиями, которые разнообразны по форме, размеру, строению и способу образования. Микроконидии 1- или 2-клеточные; овальные, яйцевидные; образуются на конидиеносцах, и на коротких веточках мицелия.
Представители рода имеют значение как грибы, приносящие вред народному хозяйству и как патогены, вызывающие заболевания или токсикозы у растений, животных и человека. Некоторые фузарии паразитируют на человеческой коже, вызывая дерматиты. Заболевания растений-фузариозы-могут проявляться в форме гнили корней увядании, поражений плодов и семян. Некоторые виды фузариумов производят микотоксины- яды. Отравления животных и человека — фузариотоксикозы. Зерно, поражённое фузарием содержит яд вомитоксин, его упортебление в пищу приводит к заболеванию «септической ангине», проявляющейся в общей слабости, рвоте, нарушение координации движений, в связи с чем она получила название «пьяный хлеб». Сапротрофные фузарии вредят, вызывая порчу различных предметов — изделий из бумаги, кожи. Симбионтные виды обитают в почве, в корневой зоне растений, их относят к микоризным грибам. Они живут на корнях пшеницы и положительно влияют на развитие растения.
2. Экспериментальная часть
2.1. Место и условия проведения работы
Исследовательская работа проводилась на базе кабинета биологии МБОУ АСОШ №1 с декабря 2011 по январь 2012 года.
Для проведения эксперимента было заготовлено следующее оборудование: Лабораторный микроскоп, чашки Петри, предметные и покровные стекла, спиртовка, ножницы, препаровальные иглы, пробиркодержатель, штатив, фильтровальная бумага, колба с кипяченой водой, скотч, маркер, хлебобулочные изделия 4 сорта, пищевые продукты (апельсин, вареная свекла, сыр), продукты обладающие фитонцидными свойствами - лимон, лук .
Работа проводилась с использованием методов: частично – поисковое исследование, наблюдение и анализ, микроскопирование.
Методика проведения работы
Опыт №1: Выявление развития колоний плесневых грибов на хлебе разных производителей.
Закупить марки хлебобулочных изделий разных производителей в упаковке. Выяснить по этикеткам на хлебобулочных изделиях состав продукта. Чтобы добиться чистоты эксперимента и избежать занесения спор плесневых грибов из воздуха прокалить на спиртовке нож. Затем этим ножом вырезать из каждого хлебобулочного изделия равноценные кусочки хлеба. Чистые чашки Петри прокалить на спиртовке и пронумеровать каждую маркером. Фильтровальную бумагу обрызгать кипяченой водой и поместили в готовую стерильную и маркированную посуду. Готовые кусочки хлеба поместить в чашки Петри на увлажненные фильтровальные бумажки. Затем Чашки Петри закрыть и убрать на 5-7 суток.
Ежедневно чашки Петри с кусочками хлеба просматривать, регистрировать появление колоний плесени на кусочках хлеба, подсчитывать их число и замерять диаметр колоний, отмечать окраску колоний. Фотографировать этап заложения опыта и его результат.
Опыт№2: Выявление влияния растительных фитонцидов на скорости роста колоний плесневых грибов .
Подготовить стерильную посуду: прокалить на спиртовке нож, чистые чашки Петри пронумеровать каждую маркером. Фильтровальную бумагу обрызгать кипяченой водой и поместить в готовые чашки Петри.
Из каждого продукта (апельсин, вареная свекла, сыр, ржаной хлеб и батон нарезной) вырезать по два равноценных кусочка. Готовые кусочки разных продуктов питания поместить в стерильные чашки Петри. В каждую вторую чашку Петри с продуктом питания положить дополнительно по кусочку лимона или лука. Готовые емкости закрыть и убрать на 5-7 суток. Ежедневно чашки Петри с кусочками продуктов питания просматривать, регистрировать время появления колоний плесени на кусочках продуктов, подсчитывать их число и замерять диаметр колоний, отмечать окраску колоний и фотографировать их. Данные заносить в таблицу:
Опыт№3: Микроскопирование и определение родовой принадлежности колоний плесневых грибов.
Подготовить временные микропрепараты. Для этого, на предметное стекло перенести в каплю воды препаровальной иглой часть мицелия и споры из грибной колонии, выросшей на кусочках хлеба, корке апельсина, вареной свекле и сыре. Рассмотреть временные препараты в микроскоп сначала на малом (в 100 раз), а затем на большом (в 300 раз) увеличении. Зарисовать, предположить систематическую принадлежность плесневых грибов.
Ход выполнения работы
Опыт №1: Выявление развития колоний плесневых грибов на хлебе разных производителей.
Закупили хлебобулочные изделия Хлеб Дарницкий формовой в упаковке от разных производителей: ЗАО «Арзамасский хлеб», ОАО «Кулебакский Хлебозавод», ОАО «Городетский Хлеб», ООО «Ардатовский пищекомбинат». Сравнили по этикеткам на хлебобулочных изделиях состав продукта. Чтобы добиться чистоты эксперимента и избежать занесения спор плесневых грибов из воздуха мы прокалили на спиртовке нож. Затем этим ножом вырезали из каждого хлебобулочного изделия равноценные кусочки хлеба.
Чистые чашки Петри прокалили на спиртовке и пронумеровали каждую маркером. Фильтровальную бумагу обрызгали кипяченой водой и поместили в готовую стерильную посуду.
Готовые кусочки поместили в чашки Петри на увлажненные фильтровальные бумажки. Затем Чашки Петри закрыли и убрали на 5-7 суток.
Ежедневно чашки Петри с кусочками хлеба просматривали, регистрировали появление колоний плесени на кусочках хлеба, подсчитывали их число и замеряли диаметр колоний, отмечали окраску колоний и фотографировали их. Данные заносили в таблицу «Сравнительная характеристика плесневых колоний на хлебе разных производителей».
Наименование пищевого продукта, производитель. № чашки Петри Время появления колоний плесени Число колоний плесени Диаметр колоний Окраска колоний
Опыт №2: Выявление влияния растительных фитонцидов на скорости роста колоний плесневых грибов.
Подготовили стерильную посуду как это делали в первом опыте: прокалили на спиртовке нож, чистые чашки Петри пронумеровали каждую маркером и прокалили на спиртовке, фильтровальную бумагу обрызгали кипяченой водой и поместили в готовые чашки Петри.
Из каждого пищевого продукта (апельсин, вареная свекла, сыр, ржаной хлеб и батон нарезной) вырезали по два равноценных кусочка. Готовые кусочки разных продуктов питания поместили в разные стерильные чашки Петри. В каждую вторую чашку Петри с продуктом питания поместили дополнительно по кусочку лимона или лука. Готовые емкости закрыли и убрали на 5-7 суток. Ежедневно чашки Петри с кусочками продуктов питания просматривали, регистрировали время появление колоний плесени на кусочках продуктов, подсчитывали их число и замеряли диаметр колоний, отмечали окраску колоний и фотографировали их. Данные заносили в таблицу « Рост колоний плесневых грибов под антибактериальным действием фитонцидов»:
№ чашки Петри Вид пищевого продукта Условие опыта Время появления колоний плесени Число колоний плесени Диаметр колоний Окраска колоний
Опыт №3: Микроскопическое исследование колоний плесневых грибов с разных продуктов питания и определение их родовой принадлежности.
Подготовили микропрепараты. Для этого, на предметное стекло, в каплю воды препаровальной иглой, переносили часть мицелия и споры из грибной колонии, выросшей на кусочках хлеба, батона, сыра, корке апельсина, вареной свекле. Рассматривали в микроскоп сначала на малом (в 100 раз), а затем на большом (в 300 раз) увеличении. Увиденное зарисовали и предположили систематическую принадлежность плесневых грибов.