XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Исследование молочнокислых бактерий
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
На Земле сегодня жизнь чрезвычайно разнообразна и, можно сказать, вездесуща. Есть четыре царства: растений, животных, грибов и бактерий. Самое большое - царство животных, в нём насчитывается не менее 1,5 миллионов разных видов – от одноклеточных амёб до огромных китов и слонов. В царстве растений около 0, 5 миллиона видов, и среди них тоже есть и совсем маленькие, одноклеточные водоросли, и гигантские деревья. Царство грибов тоже огромное – в нём не менее 100 тысяч видов. Но есть и царство бактерий.Хотя каждая бактериальная клетка очень мала, тем не менее, общая масса бактерий, обитающих на Земле, превышает массу всех других живых организмов вместе взятых. Сейчас известно около 2500 видов бактерий. Что они из себя представляют? В чём значение бактерий в природе? Какую пользу или вред несут они? Возможна ли жизнь на Земле без бактерий? Я и хочу это узнать.
Актуальность исследования: «господствующим» видом на Земле является не человек, а маленькие микроорганизмы, невидимые «невооружённым» глазом. Это бактерии. Многие люди думают, что ещё в прошлом веке мы победили бактерии, но оказалось, что это далеко не так. Бактерии могут, как вызывать смертельно опасные болезни, так и приносить пользу человеку и природе. Поэтому роль бактерий огромна. В связи с этим актуальным в настоящее время является дальнейшее изучение, исследование таких крохотных, но таких важных организмов, как бактерии.
Объект исследования: бактерии.
Предмет исследования: свойства бактерий.
Цель исследования: изучить историю возникновения бактерий, их свойства, а также приносимую ими вред или пользу.
Задачи исследования:
1. Изучить литературу и информационные источники по исследуемой теме.
2. Познакомиться с историей исследования бактерий.
3. Изучить строение и распространение бактерий.
4. Определить вред и пользу жизнедеятельности бактерий.
5. Провести исследование молочнокислых продуктов.
6. Обобщить, сделать выводы по исследованию.
Гипотеза: если молочнокислые бактерии приносят пользу организму, можно ли приготовить в домашних условиях йогурт, который по своим свойствам небудет уступать продукции из магазина.
Методы исследования:
Изучение литературы, интернет – ресурсов, учебных фильмов.
Сбор информации.
Эксперимент.
Наблюдение.
Сравнительный анализ.
ГЛАВА 1.ИСТОРИЯ ПРОИСХОЖДЕИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ БАКТЕРИЙ
Бактерии – древнейшие из известных организмов. Когда на Земле появились первые бактерии и как это произошло никто точно не знает. Что абсолютно точно известно, и это подтверждают палеонтологические исследования, что следы самых древних микробов (цианобактерий) были найдены в отложениях пород, которым 3,5 млрд лет. Есть теория, что именно благодаря жизнедеятельности первых бактерий на земле появился кислород. Правда, процесс этот был несколько продолжительным - около миллиарда лет. Появление нового вещества – кислорода, уничтожило немалую часть одноклеточных анаэробов (не способных расти в кислородной среде) и разделило бактериологический мир на два лагеря: аэробный и анаэробный.
Впервые бактерии увидел в оптический микроскоп и описал в 1676 году голландский натуралист Антони ван Левенгук. Как и всех микроскопических существ, он назвал их «анималькули». Название «бактерии» ввёл в употребление в 1828 году Христиан Эренберг. В 1850-х годах Луи Пастер положил начало изучению физиологии и метаболизма бактерий, а также открыл их болезнетворные свойства.
Дальнейшее развитие медицинская микробиология получила в трудах Роберта Коха, которым были сформулированы общие принципы определения возбудителя болезни (постулаты Коха). В 1905 году он был удостоен Нобелевской премии за исследования туберкулёза.
Первым из исследователей, предположившим, что некоторые бактерии совсем не губительны для человека, а напротив, могут оказывать позитивное влияние на здоровье, был знаменитый русский ученый Илья Ильич Мечников. Еще в самом начале XX в. он провел исследования по возможности восстановления кишечной микрофлоры с помощью молочнокислой палочки.
ГЛАВА 2. СТРОЕНИЕ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ БАКТЕРИЙ
2.1 Строение и морфология бактерий
Бактериальные клетки имеют разнообразную морфологию (то есть форму и размер). Большинство бактерий имеет шарообразную (кокки) или палочковидную (бациллы) форму. Спирохеты имеют длинные плотно закрученные клетки, а спиреллы имеют спиральную форму. Форма бактерий обуславливает их способность поглащать питательные вещества, прикрепляться к поверхностям, плавать в жидкостях. Многие виды бактерий существуют в виде одиночных клеток, некоторые виды образуют скопления в пары (диплококки), в цепочки или гроздья.
Бактериальная клетка окружена мембраной. Она выступает в роли барьера для удержания в клетке питательных веществ, белков и компонентов цитоплазмы. Поверх мембраны располагается клеточная стенка, которая обеспечивает химическую и физическую защиту клетке. Внутри клетки бактерии находится густая неподвижная цитоплазма. Белки и запасные питательные вещества размещаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центре клетки находится нуклеоид. В нем нет ядрышек и ядерной оболочки, и поэтому он может менять свою форму. Основная функция ядерного вещества – это передача наследственной информации другим клеткам, отвечающих за развитие определенного признака, поэтому их называют прокариотами или доядерными организмами. Организмы, имеющие ядро, называются эукариотами.
2.2. Распространение бактерий
Бактерии встречаются почти повсеместно. В одном грамме почвы содержится 40 миллионов бактериальных клеток. Они живут во льдах Антарктиды и в горячих источниках. Обитают они в почве, в пресных и морских водоемах, на растениях, плодах, у различных животных и у человека. Очень выносливы и приспособлены к различным условиям существования. Переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 90 °C, не теряя при этом жизнеспособность. Бактерии играют важную роль в круговороте питательных веществ. На корнях бобовых растений бывают утолщения (клубеньки), которые вызываются особыми бактериями. Они поглощают азот из находящегося в почве воздуха. На таких полях получают высокий урожай. Посредством гниения бактерии разлагают останки животных и растений.
Человеческая микрофлора очень разнообразна, свободна от бактерий в человеческом организме только кровь и лимфа. Наиболее многочисленна кишечная микрофлора, она участвует в работе иммунитета, синтезирует витамины, превращает сахара в молочную кислоту. Бактерии часто являются симбионтами – взаимовыгодное сосуществование (полезные бактерии), например, «полезные» кишечные бактерии помогают переваривать пищу и вырабатывают витамина, а также сдерживают рост патогенных организмов. Бактерии, паразитирующие на других организмах, называют патогенами. Патогенные бактерии (вредные бактерии) являются причиной множества болезней у человека, животных и растений. Такие заболевания как туберкулез, сибирская язва, холера, язвенная болезнь желудка и пищевые отравления вызывают бактерии. Многие бактерии могут входить в состав нормальной флоры человека и только при определенных условиях вызывать болезнь – условно-патогенные микроорганизмы.
2.3 Полезные бактерии
Как и все другие организмы, бактерии объединяют в семейства. Всех тех, которые способны образовывать молочную кислоту из углеводов (сахаров) объединяют в семейство молочнокислые. Если налить молоко в банку и оставить открытым на несколько часов в тёплом месте, оно скиснет и превратится в простоквашу. Это происходит под влиянием бактерий молочнокислого брожения. Молочнокислое брожение было известно очень давно и используется до сих пор для переработки и сохранения еды в домашних и промышленных условиях. К молочнокислым бактериям относят неподвижных кокковидных или палочковидных представителей отряда лактобактерий. Молочнокислые бактерии используются для производства йогурта, творога, сыра, сметаны и других молочнокислых продуктов.
Йогуртом называется кисломолочный продукт с повышенным содержанием сухих обезжиренных веществ молока, произведенный с использованием смеси термофильных молочнокислых стрептококков и болгарской молочнокислой палочки.
2.4 Вредные бактерии
Но есть особая группа бактерий, которые, попадая в организм человека, отравляют его продуктами своей жизнедеятельности. Например, «шигелла» - возбудитель дизентерии, живёт в мясных и молочных продуктах. «Сальмонелла» - это тоже кишечная бактерия, несущая большой вред здоровью. Ее носителями и переносчиками являются куры. Скорлупа яиц содержит поры, через которые этот возбудитель проникает внутрь, поэтому яйца необходимо хорошо термически обрабатывать перед употреблением в пищу. «Холерный вибрион» - возбудитель холеры. Ежегодно от него умирают около100 тысяч человек. Это очень тяжёлая кишечная инфекция.
Так как бактерии могут нанести огромный вред организму человека были разработаны некоторые рекомендации:
Нужно всегда мыть руки, овощи и фрукты.
Регулярно делать профилактические прививки для предупреждения некоторых заразных заболеваний.
Нельзя пить воду, не прокипятив её.
Нельзя купаться в стоячих водоёмах.
Необходимо регулярно проветривать комнаты, кабинеты.
Тщательно термически обрабатывать необходимую пищу перед употреблением.
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Изучая бактерии, я прочитала ряд энциклопедий: Большая энциклопедия школьника, «Живой мир», «Планета Земля»; книги: «Происхождение жизни», искала информацию в интернете о великих учёных, которые изучали бактерии, а также материалы о пользе и вреде бактерий; смотрела учебные фильмы: «Бактерии» (1959г.), научные телепередачи: «Разнообразие микробов», «Наука 2.0», «Вопрос времени. Бактерии».
Меня заинтересовали молочнокислые бактерии, и я решила исследовать их и пронаблюдать за ними.
1. Наблюдение за молоком и молочнокислыми бактериями.
Если разлить молоко и оставить в тёплом месте, то через несколько часов оно должно скиснуть и превратиться в простоквашу.
Купила молоко в магазине.
Разлила в два стакана и поставила в тёплое место.
Один стакан оставила открытым, а другой закрыла, чтобы узнать, в какой емкости молоко скиснет быстрее (см. фото 1).
Фото 1 Фото 2
Прошло несколько часов, молоко скисло в обоих стаканах одинаково: оно превратилось в простоквашу. Рассмотрев ее под микроскопом (см. фото 2), я увидела молочнокислые бактерии.
Вывод: скисание происходит под влиянием бактерий молочнокислого брожения в первом и во втором стакане одинаково. В молоке есть сахар, который любят молочнокислые бактерии. Такая особенность используется для получения и приготовления разнообразных пищевых продуктов из молока (сметаны, кефира, ряженки, масла, сыра), а также при квашении овощей.
2. Исследование современных молочнокислых продуктов.
Сейчас в магазинах есть огромный выбор разнообразных молочнокислых продуктов: сметана, ряженка, йогурты и многое другое. Для своего исследования я решила выбрать йогурт. Йогуртов очень много и на каждой упаковке сообщается о наличии живых бактерий. Я решила это проверить.
Я купила в магазине 5 йогуртов разных производителей:
«Ставропольский» (49 руб.)
«Активиа» (35 руб.)
«Био-Макс» (25 руб. и 61 руб.)
«Коровка из Кореновки» (64 руб.)
«Даниссимо» (40 руб.)
Количество молочнокислых бактерий (МКБ) в 1 грамме продукта согласно этикетке не менее 10 000 000 КОЕ (колоний образующих единиц), во всех йогуртах приблизительно одинаково.
Чтобы проверить наличие живые молочнокислых бактерий, я использовала в качестве закваски образцы из магазина. Я добавила в каждый стакан теплого молока по 1 ложке йогурта разных марок. Молоко скисло только во всех стаканах, но самая густая консистенция получилась в стаканах, в которые были добавлены йогурты марок «Активиа» и «Био-Макс».
Вывод: благодаря опыту я выяснила, что самое большое количество живых молочнокислых бактерий содержится в йогуртах марок «Активиа» и «Био-Макс» (см. приложение, фото 3). Помимо молока и заквасок в йогурт вносятся ещё и различные пищевые консерванты. Прежде чем покупать йогурт, нужно читать этикетку, и выбирать йогурты, в состав которых не входит крахмал и другие загустители, а также добавки, содержащие кислоты, которые убивают полезные бактерии. В продаже я нашла йогурты с добавками, фруктами и без них. Йогурты с фруктами обязательно будут содержать красители и консерванты.
3. Приготовление йогурта в домашних условиях с помощью закваски (комплекс сухих микроорганизмов пробиотиков) «Эвиталия»
В аптеке купила сухую закваску «Эвиталия».
Купила домашнее молоко.
Тёплое молоко и закваску перемешала и разлила по формам.
Поместила в йогуртницу (см. фото 3)
Фото 3 Фото 4
Через 8 часов у нас получился настоящий йогурт. Я рассмотрела его под микроскопом и увидела молочнокислые бактерии (см. фото 4).
Вывод: только домашний йогурт, польза которого объясняется содержанием активных и живых культур бактерий помогает организму поддерживать постоянство микрофлоры и активировать рост полезных кишечных бактерий. Именно живые бактерии, обладающие пробиотическим действием, подавляют размножение патогенной микрофлоры на слизистых оболочках и коже, что помогает предотвращать различные заболевания, в том числе дисбактериоз. Йогурт магазинный такими свойствами не обладает, ведь производители для продления срока годности подвергают его стерилизации, добавляют различные добавки в виде красителей, усилителей вкуса и консервантов.
4. Приготовление йогурта с помощью лактобактерина
Лактобактерин - это живые лактобактерии.Препарат содержит в 1 дозе не менее 10 млн. живых ацидофильных лактобактерий,нормализующих пищеварительную деятельность ЖКТ, улучшают обменные процессы, способствуют восстановлению естественного иммунитета. Для приготовления йогурта мне понадобилось: тёплое молоко, 1 флакон лактобактерина. Всё перемешала и разлила по формочкам. Поместила в йогуртницу на 8 часов при температуре 37 °C.
Вывод: получился настоящий йогурт. Его консистенция отличалась от предыдущего йогурта: она более густая и однородная.
5. Расчет экономической выгоды приготовления йогурта в домашних условиях.
Био-йогурт Классический «Био-Макс», масса 125 г.
Цена 25 руб.
Йогурт "Активиа" натуральный, масса 125 г.
Цена 34 руб.
Йогурт домашний, масса 125 г.
Состав:
1. Молоко домашнее 4,2 %
2. Лактобактерин (10 млн. живых ацидофильных лактобактерий в 1 дозе)
Расчёт себестоимости домашнего йогурта:
Молоко 1л *50 руб = 50 руб. Мы использовали 0,75 л = 37,50 руб (0,75/50)
Лактобактерин сухой - 3 шт = 200 руб; 1 шт = 67 руб.
Затраты электроэнергии: (860 Вт/ч) 860Вт = 0,86 кВт *8 часов = 6,8 кВт*5,06 руб = 34,40 руб.
Итого: 37,5+67+34,40=138,90 руб.
Стоимость 1 баночки: 138,90: 6 = 23,15 руб (125 грамм)
Экономия за 1 баночку йогурта составила:
Биойогурт Классический «Био-Макс»: 1,85 руб
Йогурт «Активиа»: 10,85 руб
Расчёты показали эффективность приготовления йогурта в домашних условиях (таблица 1).
Таблица 1
|
Исследуемый продукт |
Стоимость |
Экономическая выгода |
||
|
1 баночки (125г), руб |
6 баночек (750г), руб |
1 баночки (125г), руб |
6 баночек (750г), руб |
|
|
Домашний иогурт |
23,15 |
138,9 |
- |
- |
|
«Био-Макс» |
25 |
150 |
1,85 |
11,1 |
|
«Активиа» |
34 |
204 |
10,85 |
65,1 |
Вывод: приготовление домашнего йогурта намного экономичнее и полезнее. Чтобы ещё удешевить продукт, можно взять молоко по более низкой цене, с меньшим % жирности. Помимо экономии, он, как и любой кисломолочный продукт, безусловно, полезен. Лактобактерин - один из важнейших в группе молочнокислых бактерий, который превращает лактозу и другие углеводы в молочную кислоту, и действует угнетающе в отношении разнообразных патогенных бактерий. Прямое внесение бактериальных заквасочных препаратов, таких как лактобактерин,бифидумбактерин, «Эвиталия» обеспечивает эффективность домашнего йогурта, это всегда «живой» продукти по приемлемой цене.
6. Опрос в 9Б классе
Я провела опрос среди одноклассников и выяснила, все ли знают о существовании различных видов бактерий. Ответы на вопросы я представила в виде диаграммы (диаграмма 1).
Диаграмма 1
7. Опрос в магазинах п. Рыздвяный
Покупателям в магазинах поселка я задала вопрос: «Какой йогурт по вашему мнению самый полезный?». Результаты опроса я представила в виде круговой диаграммы (диаграмма 2).
Диаграмма 2
Вывод: благодаря анализу полученных данных я выяснила, что большая часть школьников не осведомлена о существовании молочнокислых бактерий. Значит нужно уделять больше времени на популяризацию этой темы. А также, наибольшей популярностью среди населения поселка пользуется йогурт торговой марки «Активиа» благодаря своей активной маркетинговой кампании.
Анализ экспериментальных данных
Проведя своё исследование, я пришла к следующим выводам:
Существует огромное количество бактерий: полезных и вредных.
Молочнокислые бактерии являются полезными для человека.
Благодаря своим свойствам молочнокислые бактерии используются в производстве продуктов из молока (сметана, творог, йогурт и др.).
Самое большое количество живых молочнокислых бактерий содержится в йогуртах марок «Активиа» и «Био-Макс».
Йогурт приготовленный в домашних условиях является наиболее полезным, так как в нем не содержится консервантов и красителей.
Изготовление йогурта в домашних условиях экономически выгодно.
Моя гипотеза подтвердилась: можно приготовить в домашних условиях йогурт, который по своим свойствам небудет уступать продукции из магазина.
Необходимо просвещать население о пользе молочнокислых бактерий.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Бактерии распространены повсеместно. Ни низкие температуры Антарктики, ни кипящие струи гейзеров, ни жёсткое облучение атомных реакторов не мешают существованию и развитию микрофлоры. Все живые существа постоянно взаимодействуют с микроорганизмами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Бактерии - аборигены нашей планеты, активно осваивающие самые невероятные природные материалы.
Существуют на Земле и вредные, и полезные бактерии. Молочнокислые бактерии обладают набором полезных свойств и представляют высокую ценность для человеческого организма. Они стимулируют пищеварение и повышают иммунные силы. Для поддержания концентрации лактобактерий в норме необходимо употреблять пробиотики – кисломолочные продукты, содержащие определенные штаммы микроорганизмов.
Трудно переоценить роль, которую играют бактерии в жизни человека, особенно, если учесть тот факт, что именно они, своей жизнедеятельностью в организме, формируют наш иммунитет.
Список использОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРатуры
https://bio-lessons.ru/
https://biouroki.ru/
https://dmnesterov.ru/
https://gsenzao.ru/rol-molochnokislyx-bakterij-v-zhizni-cheloveka/
https://moodle.kstu.ru/
https://nauka.club/biologiya/bakterii.html
https://paracels66.ru/info/interesnoe/molochnokislye-bakterii
https://ru.wikipedia.org/wiki/
https://rus-biological.slovaronline.com/
https://studme.org/258286/geografiya/forma_bakteriy
https://studopedia.ru/17_44343_istoriya-izucheniya-bakteriy.html
https://бмэ.орг/index.php/МОЛОЧНОКИСЛЫЕ_БАКТЕРИИ
https://бмэ.орг/index.php/МОЛОЧНОКИСЛЫЕ_ПРОДУКТЫ
Кёте, Райнер. Энциклопедия «Микроскоп». 2013 г. с. 8
Научно – информационный журнал «Биофаки» bio-faq.ru
Пономарева И.Н. Учебник по биологии 9 класс. 2020 г. с. 65-67
Рябинина И. В. Происхождение жизни. – СПб: «БКК», 2012 г. с. 53
Шляхов А. «Увлекательно о биологии». АСТ, 2022 г.
Энциклопедия «Живой мир». Росмэн. 2011 г. с. 137
Энциклопедия «Планета Земля». Росмэн. 2011 г. с. 108