Использование микроорганизмов в пищевой промышленн. Процесс брожения дрожжей
Типичные процессы брожения и их значение
Типичные процессы брожения (спиртовое, молочнокислое, масляно-кислое): возбудители, химизм, условия, влияющие на интенсивность брожения, значение
Брожение - анаэробный ферментативный окислительно-восстановительный процесс превращения органических веществ, посредством которого многие организмы получают энергию, необходимую для их жизнедеятельности. Брожение - эволюционно более ранняя и энергетически менее рациональна форма получения энергии из питательных веществ по сравнению с кислородным дыханием. К брожению способны бактерии, многие микроскопические грибы и простейшие. Брожение также может наблюдаться в клетках растений и животных в условиях дефицита кислорода.
Сбраживанию подвергаются различные вещества. Это углеводы, органические кислоты, спирты, аминокислоты и другие вещества. Продуктами брожения являются различные органические кислоты (молочная, масляная, уксусная, муравьиная), спирты (этиловый, бутиловый, амиловый), ацетон, также углекислый газ и вода. Широкое распространение природе имеет брожение молочнокислое, маслянокислое, уксуснокислое, спиртовое и др.
В основе молочнокислого брожения лежит гликолиз, т е. ферментативное расщепление глюкозы.
Для большинства организмов в отсутствие кислорода деградация глюкозы до пирувата — это единственная возможность получения энергии для синтеза АТФ. При этом для поддержания процесса гликолиза и синтеза АТФ образующийся НАДН + Н+ должен постоянно окисляться до НАД+. В организме высших животных этот процесс связан с восстановлением пирувата до лактата. У микроорганизмов регенерация НАД+ происходит по другим механизмам. К процессам этого типа относится брожение, или ферментация.
Процессы брожения с участием микроорганизмов часто используются на практике при производстве пищевых продуктов, алкогольных напитков или консервировании. Все процессы брожения начинаются с образования пирувата и протекают только в анаэробных условиях.
Молочнокислое и пропионовокислое брожение. Скисание молока известно человеку еще с древних времен, но только в 1857 г. Пастером была установлена микробная природа этого брожения. Таким образом, он впервые доказал значение микроорганизмов как возбудителей брожения. В северных широтах возбудителем этого брожения обычно является молочный стрептококк, вызывающий естественное скисание молока. Оптимальная температура для него 30-35°. Вторая группа возбудителей типичного брожения - палочковидные бактерии. Из них болгарская палочка обычно вызывает естественное скисание молока в южных районах. Оптимальная температура для жизнедеятельности около 40°, условный анаэроб. В эту группу входит Thermobacterium cereale. Она приспособлена к усвоению углеводов растительного происхождения - мальтозы и др. Молочный сахар она не разлагает, используется при заводском получении молочной кислоты. Молочнокислые бактерии требовательны к азоту (они усваивают его только из аминокислот) и к наличию витаминов группы В. Больше всего кислоты образует болгарская палочка (3,2%), затем Thermobacterium cereale (2,2%), молочный стрептококк (0,8-1%). В присутствии нейтрализаторов кислоты накопление молочной кислоты сильно увеличивается.
Многие молочные продукты, такие, как простокваша, йогурт или сыр, образуются путем брожения с участием молочнокислых бактерий. Последовательность реакций такая же, как и в организмах высших животных: пируват, образующийся главным образом в результате деградации дисахарида лактозы, восстанавливается лактатдегидрогеназой в лактат. Молочнокислое брожение также играет существенную роль при квашении капусты и силосовании кормов. Получаемые продукты хорошо хранятся, так как происходящее при брожении уменьшение величины рН тормозит рост гнилостных бактерий.
При изготовлении молочных продуктов прежде всего используются бактерии родов Lactobacillus и Streptococcus. Образующиеся на первом этапе полупродукты доводятся до кондиции чаще всего только путем последующего брожения. Так, характерный вкус швейцарского твердого сыра достигается а результате последующего пропионовокислого брожения. При этом под действием бактерий рода Propionibacterium пируват в результате сложной последовательности реакций превращается в пропионат. Различают типичное (гомоферментативное) и нетипичное (гетероферментативное) брожение. Типичное молочнокислое брожение - процесс расщепления углеводов (лактозы, мальтозы, сахарозы, глюкозы и др.) с образованием молочной кислоты без побочных продуктов по уравнению С6Н12О6=2С3Н6О3+18 ккал.
Спиртовое брожение. Спиртовым брожением называется превращение микроорганизмами углеводов в этиловый спирт и углекислоту. Химическая схема спиртового брожения без учета промежуточных этапов выражается уравнением С6Н12О6=2СН3СН2ОН+2С02+27 ккал. Это брожение вызывается дрожжами, а также мукоровыми грибами. Впервые дрожжи наблюдал еще А. Левенгук в 1680 г. Но истинную роль дрожжей в спиртовом брожении установил Луи Пастер в 1857 г.Дрожжи, возбудители этого брожения, - факультативные анаэробы. Как источник азота они используют аминокислоты, пептон, а также аммонийные соли. При развитии в бескислородной среде они получают энергию за счет спиртового брожения, а в аэробных условиях - частично за счет окисления питательных веществ до углекислоты и воды. Это говорит о том, что дрожжевые клетки содержат очень сложный комплекс ферментов. При широком доступе кислорода у дрожжей помимо дыхания параллельно идет и процесс брожения - настолько ферменты дрожжей специализированы в направлении брожения.
Дрожжи широко распространены в природе. Они всегда встречаются на поверхности фруктов и ягод, на листьях. С опадающими фруктами и ягодами дрожжи попадают в почву, где перезимовывают, а затем опять попадают на растения вместе с пылью, а также заносятся насекомыми, птицами. Это гак называемые дикие дрожжи.
Спиртовое брожение широко используется в промышленности: в виноделии, пивоварении, винокурении и хлебопечении. В этих производствах употребляют культурные дрожжи, отличающиеся от диких дрожжей высокой производительностью.
В винокурении и хлебопечении применяются верховые дрожжи Saccharomyces cerevisiae, вызывающие бурное брожение с энергичным газообразованием, образованием поверхностной пены, выделением тепла. Они развиваются при температуре 18-30°. В пивоварении применяются дрожжи низового брожения, которое протекает гораздо спокойнее при более низкой температуре (4-10°), дрожжевые клетки размножаются в нижних слоях и оседают на дно.
Когда в процессе брожения в среде накапливается спирта до 15% и более, брожение прекращается, так как спирт, как отход их жизнедеятельности, является для них вредным продуктом.
При спиртовом брожении кроме спирта и СО2 образуются еще в незначительном количестве сивушные масла и глицерин. Сивушные масла (амиловый и другие спирты) образуются при разложении дрожжами аминокислот и связаны, таким образом, с азотистым питанием дрожжей. При прибавлении к питательной среде сульфитов Na2SО3, СаSО3 увеличивается количество глицерина. В результате из сахара получают 22% спирта и 20% глицерина.
Алкогольные напитки производят, как правило, сбраживанием растительных продуктов с высоким содержанием углеводов. Вначале образующийся из глюкозы пируват декарбоксилируется пируватдекарбоксилазой в ацетальдегид. Последний восстанавливается алкогольдегидрогеназой в этанол с потреблением НАДН. В этом процессе участвуют не сбраживающие бактерии, а дрожжи, являющиеся эукариотами и относящиеся к одноклеточным грибам. Дрожжи часто используются также при выпечке хлеба. Они продуцируют CO2 и спирт, которые разрыхляют тесто. Пивные, или пекарские, дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) гаплоидны и размножаются простым делением. Они могут жить как аэробно так и анаэробно. Вина получают с помощью других видов дрожжей, некоторые из них живут на ягодах винограда. Чтобы содействовать образованию этанола, при спиртовом брожении необходимо исключить доступ кислорода: например, когда тесто "подходит", его покрывают платком или проводят брожение в бочках с затвором, не позволяющим поступать воздуху.
Характеристика микроорганизмов - возбудителей
Микроорганизмы — это возбудители брожения, разложения и распада. Существуют полезные и вредные для людей. Микроорганизмы в большом количестве присутствуют везде, где может выжить организм в воздухе, почве, воде и внутри и снаружи на растениях и животных. Эти мельчайшие организмы выделяют ферменты, воздействующие на органику, на которой они растут.
Микроорганизмы выполняют много полезных и необходимых для жизни функций. В процессе собственной жизни микроорганизмы непрерывно пополняют содержание неорганических веществ в почве. Они расщепляют помет животных и ткани мертвых животных и растений. В процессе разложения сложные органические вещества растений и животных разлагаются до простых неорганических веществ, которые возвращаются в почву, а затем их поглощают зеленые растения. Из всех живых существ только зеленые растения, содержащие хлорофилл, поглощают неорганические вещества, произведенные микроорганизмами, и используют их как строительный материал для клеток и тканей. При помощи фотосинтеза зеленые растения комбинируют энергию солнца и углекислый газ из воздуха с водой и минеральными солями из почвы и производят органические вещества. Такие вещества служат пищей для всех животных и остальных растений, не содержащих хлорофилл, для жизни и развития. Хотя многие микроорганизмы необходимы для жизни на земле, некоторые содержат ядовитые вещества (токсины), которые чрезвычайно опасны для здоровья. Такие микроорганизмы являются причиной отравления, болезни и смерти.
Развитие микроорганизмов внутри и снаружи на скоропортящихся пищевых продуктах вызывает в них сложные химические изменения. В результате происходят нежелательные изменения вкуса, содержания витаминов, запаха и внешнего вида. Если не остановить процесс, пищевые продукты станут непригодными для употребления. Особый интерес при изучении сохранения пищевых продуктов вызывают три типа микроорганизмов: бактерии, дрожжи и микроскопические грибы (плесени). Так как каждый тип микроорганизма несколько отличается и по своей природе, и по поведению, необходимо их изучить.
biofile.ru
Процессы брожения под воздействием микроорганизмов
Важнейшими биохимическими процессами, вызываемыми микроорганизмами, являются различные виды брожения - спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, пропионовокислое и др.
Брожение - это анаэробное разложение углеводов на конечные продукты, которые более не разлагаются. Этот процесс происходит без участия молекулярного кислорода. У различных микроорганизмов продукты брожения различны и зависят в основном от набора ферментов и условий протекания процесса.
Спиртовое брожение.
Спиртовое брожение протекает в анаэробных условиях или при ограниченном доступе воздуха. Необходимую для жизнедеятельности энергию дрожжи получают, расщепляя углеводы на спирт и СО2, т. е. в ходе самого процесса брожения. Пригодны для спиртового брожения простые сахара с 6 углеродными атомами в молекуле - гексозы. Возбудители спиртового брожения - дрожжи семейства Сахаромицетес (сахарные грибы) и некоторые виды плесневых грибов. При наличии кислорода дрожжи ведут себя как аэробные организмы и необходимую энергию получают в результате дыхания, окисляя сахара до СО2 и воды. Спиртовое брожение лежит в основе технологии получения спирта, вина, пива, кваса и других продуктов. В общем виде процесс спиртового брожения выражается уравнением Гей-Люссака:
С6Н12О6 (Глюкоза) -> 2СН3СН2ОН (Спирт) + 2СО2 + Энергия.
Превращение сахара в спирт в результате жизнедеятельности дрожжей является сложным ферментативным процессом. Он проходит ряд промежуточных стадий, каждая из которых вызывается особым ферментом. Большую роль в процессе спиртового брожения играет фосфорная кислота, обеспечивающая действие механизма переноса энергии. Спиртовое брожение возникает самопроизвольно там, где есть сахарсодержащие жидкости и нет доступа воздуха. Дрожжи практически всегда содержатся в субстрате или в окружающей среде.
Молочнокислое брожение.
Молочнокислое брожение представляет собой анаэробное превращение молочного сахара - лактозы под действием молочнокислых бактерий с образованием молочной кислоты. Этот вид брожения открыл и впервые описал Пастер. Процесс протекает по уравнению
С6Н12О6 (Лактоза) -> 2СН3СНОНСООН (Молочная кислота) + Энергия.
При этом брожении наряду с молочной кислотой образуются побочные продукты.
По характеру вызываемого брожения различают все группы молочнокислых бактерий: гомоферментативные и гетероферментативные.
Гомоферментативные бактерии образуют при брожении только молочную кислоту как единственный продукт, гетероферментативные наряду с молочной кислотой образуют значительные количества побочных продуктов (уксусную кислоту, спирт, СО2, водород и некоторые ароматические вещества).
При молочнокислом брожении превращение сахара протекает так же, как при спиртовом брожении, до образования пировиноградной кислоты. Далее химизм этих двух типов брожения расходится. При действии гомоферментативных молочнокислых бактерий пировиноградная кислота восстанавливается в молочную кислоту:
СН3СОСООН + Н2 (Пировиноградная кислота) -> СН3СНОНСООН (Молочная кислота)
Процесс гетероферментативного молочнокислого брожения более сложен и менее изучен. Возбудители брожения - молочнокислые бактерии - анаэробные неподвижные микроорганизмы палочковидной или шарообразной формы. Многие отличаются большой кислото- и спиртоустойчивостью. По отношению к температуре среди молочнокислых бактерий есть как мезофилы (оптимум роста 25-30 °С), так и термофилы (оптимум роста около 45 °С). В природе молочнокислые бактерии встречаются в молоке, на различных растениях, овощах, плодах и в почве.
Молочнокислые бактерии применяют в промышленности для получения кисломолочных продуктов: простокваши, творога, сметаны, кефира, кислосливочного масла, ряженки, варенца, сыра и др. Их используют также для квашения овощей и силосования кормов.
Молочнокислое брожение происходит при приготовлении ржаного теста. Используют молочнокислые бактерии также для производства молочной кислоты, которая применяется для подкисления продуктов в консервной, кондитерской промышленности, в производстве безалкогольных напитков и др.
Попавшие извне молочнокислые бактерии и вызываемое ими самопроизвольное брожение может привести к порче ряда продуктов - закисанию вин, пива, фруктовых и ягодных соков.
Пропионовокислое брожение.
Этот вид брожения заключается в превращении сахара, молочной кислоты или солей в пропионовую и уксусную кислоты:
3С6Н12О6 (Сахар) -> 4СН3СН2СООН (Пропионовая кислота) + 2СН3СООН (Уксусная кислота) + 2СО2 + 2Н2О + Энергия;
3СН3СНОНСООН (Молочная кислота) -> 2СН3СН2СООН (Пропионовая кислота) + СН3СООН (Уксусная кислота) + СО2 + Н2О + Энергия.
Химизм пропионовокислого брожения схож с химизмом спиртового и молочнокислого: во всех случаях молочная кислота является как бы промежуточным продуктом.
Этот вид брожения вызывают пропионовокислые бактерии - короткие неподвижные бесспоровые палочки, грамположительные анаэробы. Оптимальная температура развития 30-35 °С.
Маслянокислое брожение.
Маслянокислое брожение представляет собой сложные процессы превращения сахара маслянокислыми бактериями и протекает в анаэробных условиях. Продуктами брожения являются масляная кислота, СО2 и водород:
С6Н12О6 (Сахар) -> СН3СН2СН2СООН (Масляная кислота) + 2СО2 + 2Н2 +Энергия.
В качестве побочных продуктов при брожении образуются бутиловый спирт, ацетон, этиловый спирт и уксусная кислота. Маслянокислые бактерии - подвижные, довольно крупные палочки, строгие анаэробы, образуют термоустойчивые споры. Оптимальная температура развития 30-40 °С. Бактерии чувствительны к кислой среде (оптимум рН 6,9-7,3).
Маслянокислые бактерии относятся к роду Клостридиум. Многие из них способны сбраживать не только простые сахара, но и более сложные углеводы: декстрины, крахмал, пектиновые вещества и др.
Маслянокислые бактерии широко распространены в природе. Они постоянно обитают в почве, илистых отложениях на дне водоемов, скоплениях разлагающихся растительных остатков. Встречаются маслянокислые бактерии и в различных пищевых продуктах.
Маслянокислое брожение приносит значительный ущерб народному хозяйству, вызывая гибель картофеля и овощей, вспучивание сыра, порчу консервов (бомбаж), прогоркание масла и др. Маслянокислые бактерии могут вызвать также порчу заквашенных овощей - обильное выделение газов и острый запах масляной кислоты придают продукту неприятный вкус и запах.
Маслянокислое брожение применяют для производства масляной кислоты. Сырьем служит дешевое сахаросодержащее сырье: картофель, отходы крахмало-паточного производства и др.
Ацетонобутиловое брожение.
Этот вид брожения сходен с маслянокислым, но при нем образуется значительно больше бутилового спирта и ацетона. Кроме того, в процессе ацетонобутилового брожения накапливаются этиловый спирт, масляная и уксусная кислоты, выделяются СО2 и водород. Возбудители брожения - спорообразующие подвижные палочки, анаэробы.
В промышленности для производства ацетона и бутилового спирта применяют крахмалистое сырье. Оба эти продукта брожения широко используют в химической промышленности.
www.comodity.ru
Процесс спиртового брожения - Справочник химика 21
Брожение или ферментация — процесс разложения углеводов под воздействием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. В производстве этанола методом гидролиза (также, как и в методах осахаривания крахмала и из сульфитных щелоков) используют один из видов брожения — спиртовое брожение, вызываемое ферментом зимазой, содержащемся в дрожжевых клетках. Из моносахаридов брожению подвергаются только гексозы. Процесс спиртового брожения а-1)-глюкозы, являющейся структурной единицей глюкозы, происходит без доступа кислорода (анаэробное брожение) и состоит из ряда ста- [c.279] Такая реакция оказывается благоприятной для клетки, поскольку образующаяся уксусная кислота нейтрализует щелочь pH среды смещается к нейтральным значениям, после чего вновь возобновляется стандартный процесс спиртового брожения. Суммарное значение Дб оказывается столь значительным, что может обеспечить синтез двух или трех молекул АТР, однако неизвестно, где и каким образом это происходит. Очевидно, наиболее логичным было бы его сопряжение с окислением ацетальдегида в ацетат, которое могло бы идти через образование ацетил-СоА и ацетилфосфата (рис. 9-9) —путь, используемый во многих процессах бактериального брожения. Однако дрожжи содержат фермент, окисляющий ацетальдегид непосредственно в ацетат, причем сопряженного синтеза АТР при этом не было выявлено. [c.349]Спиртовое брожение — один из самых изученных биохимических процессов. Спиртовое брожение вызывают чаще всего дрожжи, реже некоторые бактерии (Sar ina) и плесневые грибы [c.138]
Совершенно верно. Этанол получают в процессе спиртового брожения сахара. [c.312]
Полые барботажные биореакторы. В процессах биотехнологии такие реакторы получили большое распространение. Они применяются в процессах спиртового брожения, получения пивных дрожжей, выращивания мицелиальных культур и кормовых дрожжей. [c.156]
Процесс спиртового брожения даже стимулируется и несколько увеличивается выход спирта. [c.211]
Сложноэфирная конденсация имеет важное значение в ряде биохимических процессов (например, в процессах спиртового брожения, стр. 115). [c.147]
Другой важный процесс синтеза этанола (этилового спирта) основан на использовании процесса спиртового брожения. [c.308]
Отделение сивушного масла. В процессе спиртового брожения образуется небольшое количество сивушного масла, состоящее прежде всего из высших спиртов (приблизительно 3—4 дал сивушного масла на каждые 1000 дал абсолютного спирта). [c.109]
Плесневые грибы очень быстро размножаются, для выращивания готовой культуры достаточно 1—1,5 сут, для проращивания же зерна в солод требуется 10—12 сут. Глубинные культуры выращивают в стерильных условиях, что обеспечивает чистоту процесса спиртового брожения. Предложены эффективные способы получения и поверхностной культуры, исключающие обсеменение микроорганизмами. [c.114]
Процесс спиртового брожения заключается в том, что одно из простых сахаристых веществ —глюкоза, или виноградный сахар, в присутствии особых микроорганизмов — дрожжей (грибок Sa haromy es erevisiae) расщепляется (сбраживается), образуя этиловый спирт и двуокись углерода по уравнению [c.115]
Процесс спиртового брожения отличается большой сложностью. Он протекает через ряд промежуточных стадий, катализируемых различными ферментами. Общее уравнение этого процесса можно представить следующим образом [c.417]
Каким уравнением описывается процесс спиртового брожения [c.1081]
Перснектнвность применения колонных бнореакторов для процессов микробиологического синтеза определяется рядом моментов, в том числе отсутствием выращивающих механических частей высокой надежностью и простотой обслуживания возможностью организации стерильного процесса малой установочной площадью и возможностью создания аппаратов большой единичной мощности возможностью организации многостадийного процесса ферментации и др. В работе [20] приведены данные по результатам использования колонных бнореакторов в процессах микробиологического синтеза для синтеза лизина в процессе спиртового брожения для выращивания грибов, дрожжей на глюкозе, дрожжей на этаноле и других процессов. [c.207]
Научное обеспечение процесса спиртового брожения пищевых сред. . . 1051 [c.713]
НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ ПИЩЕВЫХ СРЕД [c.1051]
В производстве пива, спирта, вина, кваса, дрожжевого теста процесс спиртового брожения ведут таким образом, чтобы накопить только определенное количество биомассы дрожжей, которая будет достаточна для получения целевого продукта. Спиртовое брожение, осуществляемое дрожжами, характерно для получения пива, спирта, вина, кваса и дрожжевого теста. [c.1052]
Каким образом ведут процесс спиртового брожения в производстве пива, спирта, кваса и дрожжевого теста [c.1081]
В начале тридцатых годов нашего столетия выявилось глубокое сходство между процессом спиртового брожения и так называемым гликоли- [c.365]
Оказалось, что процессы, близкие к процессам спиртового брожения или гликолиза в мышце, широко распространены и являются основным источником энергии для многих анаэробных организмов . Выяснение процессов гликолиза и спиртового брожения было одной из первых фундаментальных проблем биохимии, решенной с применением методов органической химии, что заложило теоретические и методические основы современной молекулярной биохимии. [c.366]
Для установления последовательности биохимических реакций ш строения промежуточных продуктов при процессах спиртового брожения и гликолиза были использованы в основном два метода [c.366]
V. Изомеразы и мутазы — ферменты, катализирующие внутримолекулярные превращения. К ним относится, например, фермент фосфоглицеромутаза, катализирующая изомеризацию 3-фосфо-глицериновой кислоты в процессах спиртового брожения. [c.527]
Изучение процессов брожения, вызываемых живыми дрожжами, представляет значительные методические трудности. Поэтому установить химизм спиртового брожения возможно было только после открытия бесклеточного брожения. В этом случае стало возможно изучать процессы спиртового брожения независимо от всех других жизненных процессов — размножения, роста и разных химических превращений, сопровождающих брожение живых дрожжей. Многочисленные исследования процессов брожения ферментного дрожжевого сока показали, что в этом процессе принимают участие различные ферменты, в ходе брожения образуются различные промежуточные и побочные продукты. Большую роль в брожении играют соединения фосфорной кислоты. [c.548]
Образованием этилового спирта и заканчивается процесс спиртового брожения. [c.554]
Процесс спиртового брожения, осуществляемый дрожжами, до последней реакции идет по тому же пути, что и описанный выше процесс молочнокислого брожения, но последняя реакция заменена двумя другими ферментативными реакциями. Сначала пируват с помощью пируватдекарбоксилазы, ключевого фермента спиртового брожения, декарбоксилируется до ацетальдегида и СО2 [c.219]
Процесс спиртового брожения суммарно можно выразить следующим уравнением [c.219]
Спиртовое брожение, осуществляемое дрожжами, интересно тем, что на нем впервые были сделаны открытия, имеющие принципиальное значение. Именно при изучении спиртового брожения Л. Пастер доказал, что оно является процессом, связанным с жизнедеятельностью определенных микроорганизмов — дрожжей. Л. Пастер открыл, что в условиях свободного доступа кислорода воздуха процесс спиртового брожения ингибируется и активируется дыхание. Это явление получило название эффекта Пастера . Эффект Пастера есть результат определенного взаимодействия между различными энергетическими путями, существующими у дрожжей. Одним из проявлений такого взаимодействия является конкуренция за АДФ и неорганический фосфат между процессами субстратного фосфорилирования гликолитического пути и окислительного фосфорилирования в дыхательной цепи. [c.220]
Особенности сбраживания сульфитного сусла. Подготовлен-пый к сбраживанию сульфитный щелок является таким же техническим раствором сахара, как например древесные гидроли- аты. Процесс брожения осуществляется по известным ранее, вышеописанным методам. Однако, рассматривая вопрос о сбраживании сульфитного щелока, надо учесть также и его отличительные особенности и прежде всего наличие в нем бисульфита свободного (минерального) и органически связанного. В зависимости от проведенной подготовки щелока в сульфитном сусле остается больше или меньше ионов бисульфита. С одной стороны, нх присутствие придает сульфатному суслу большую стерильность по сравнению с другими, что позволяет применить бессепа-рационные методы брожения. С другой стороны, сернистая кислота, даже нейтрализованная, и бисульфитные соединения оказывают отрицательное влияние на процесс спиртового брожения, токсически действуя на дрожжи и влияя на гсонечный выход спирта. Установлено, что непосредственно титруемый 50г уже в количестве 0,02—0,03% оказывает отрицательное действие на [c.445]
Основные научные работы относятся к химии древесины. Изучал (с 1911) процесс спиртового брожения сахаров, образующихся в качестве побочного продукта при сульфитной варке целлюлозы. Исследовал влияние на этот процесс водородного показателя. Предложил (1917) совместно с Ф. Бергиусом способ гидролиза целлюлозы с использованием соляной кислоты, приводящий к получению сахаров, пригодных для спиртового брожения. На основе разработанной ими технологии был пущен (1935) спиртовой завод в Рейнау. Изучал лиг-пин и лигносульфоновые кислоты. [c.539]
На приведенной ниже сводной схеме можно проследить основные превращения субстрата и коферментов в процессе спиртового брожения. [c.252]
Большую роль в природе играют процессы брожения — микробиологического превращения углеводов. Важнейшие из этих процессов спиртовое брожение — превращение сахаров в этиловый спнрт молочнокислое брожение — превращение сахаров в молочную кислоту. Кроме того, при брожении могут образовываться такие органические вещества, как глицерин, ацетон, бутиловый спирт, уксусная кислота, лимонная кислота и многие другие. [c.304]
В заключительной фазе процесса спиртового брожения углеводов, протекающего через иировиноградную кислоту, НАД-Н осуществляет гидрирование ацетальдегида в этиловый спирт при участии алкогольдегидрогеназы [2651 [c.319]
Рпределение бродильной активности фожжей в автоматически записывающем аппарате зимограф (по К. П. Петрову). Этот метод основан на измерении объема углекислого газа, образующегося в процессе спиртового брожения. Объем СОа учитывают в автоматически записывающем аппарате (рис. 27), который позволяет вести [c.87]
Выделяемый СОа в процессе спиртового брожения регистрируется по изменению электрической емкости электродов, погруженных в не растворяющую СОа жидкость (трансформаторное масло или другое неокисляющееся минеральное масло). Изменение электрической емкости связано с вытеснением жидкости выделяющимся СОа, которая фиксируется емкостным датчиком и записывается самописцем электронного потенциометра в виде зимограммы. На зимограмме, как и при определении на зимографе, описанном выше, отмечаются непрерывно все фазы процесса брожения. [c.89]
Для процесса спиртового брожения наибольшее значение имеет 3-фосфоглицериновый альдегид, так как в дальнейших превращениях были обнаружены его производные (фосфоглице-риновая кислота). Но и фосфодиоксиацетон не теряет значения для брожения. В дрожжевом соке был найден фермент изомера-за фосфотриоз, катализирующий взаимное превращение фосфо-диоксиацетона и 3-фосфоглицеринового альдегида [c.550]
К. Нойберг обнаружил, что в зависимости от условий процесс спиртового брожения может идти с образованием продуктов, которые в норме не образуются. Если к дрожжам, сбраживающим глюкозу, добавить бисульфит, то основным продуктом брожения будет глицерин. Оказалось, что бисульфит образует комплекс с ацетальдегидом, и последний не может больше функционировать как акцептор электронов [c.220]
В процессе спиртового брожения так же, как и при гликолизе, происходит фосфоролитический распад углеводов, что приводит к образованию к качестве промежуточных соединений фосфорных эфиров гексоз и три- [c.128]
Опишем важнейшие реакции, протекающие в процессе спиртового брожения, которым посвящены работы Эмбдена, Нейберга, Мейергофа, Парнаса, Недхама, супругов Кюри и многих других. (Как уже отмечалось выше, аналогичные работы были проведены параллельно в очень сходной области гликолиза в мышцах результаты этих исследований взаимно дополняются.) [c.247]
Судьба дигидрокодегидразы изменяется в зависимости от того, происходит ли реакция в анаэробной или аэробной среде. В нервом случае KoIHj отдает водород акцептору (например, ацетальдегиду в процессе спиртового брожения), регенерируя Kol (и образуя этанол). [c.801]
chem21.info
Что такое брожение и от чего оно происходит
Людьми уже с давних времен было подмечено, что любой сок, будь то виноградный, яблочный, ягодный, который выжат из фруктов и оставлен в сосуде, в скором времени становится мутным, начинает пениться бурлить, даже если сосуд плотно закупорен. Со временем «кипящий» сок становиться опьяняющим напитком — он превращается в вино. Процесс превращения сока в вино люди стали называть брожением.
В течение долгого времени, они не понимали, почему так происходит. Только в 60-е годы XIX Луи Пастер, ученый из Франции, занялся изучением этого вопроса, и в итоге понял, что в сладкой, содержащей сахаристые элементы жидкости, процесс брожения начинается из-за того, что в ней поселяется и развивается дрожжевой грибок, который представляет собой низший организм. Эти организмы и получили название дрожжи.
Форма дрожжевого грибка округлая, иногда удлиненная, а размер их настолько мал, что рассмотреть их возможно лишь используя микроскоп. Огромное количество отдельных грибков собираются вместе и именно тогда они превращаются в серовато-желтую массу, которую мы привыкли видеть на дне бутылки, если сок из фруктов постоит некоторый период времени.
Дрожжевые грибки наделены способностью мгновенно размножаться, если есть соответствующие условия. Например, на дрожжевом заводе, один грибок в течение нескольких суток превращается в десятки, или даже сотни пудов прессованных дрожжей. Если дрожжевой грибок попадет в сок, который содержит даже минимальное количество сахара, тут же начинает процесс размножения, сок начинает бродить. Дрожжевой грибок при высыхании не погибает, он всего лишь теряет свой вес и становиться очень легким, что позволяет ему летать повсюду в воздухе, поэтому если даже пару минут сок простоит незакрытым, грибок обязательно попадет внутрь. Единственное, что убивает дрожжевой грибок — высокая температура, кипячение сока в крепко закупоренной посуде избавит напиток от брожения.
При попадании в сок с содержанием сахара, грибок начинает моментально размножаться, процесс этот происходит тремя способами: спорами, почкованием, и не так часто — делением. Размножение почкованием начинается с появление на дрожжевом грибке небольшой бородавочки — почки, она начинает быстро увеличиваться, дорастает до размера материнского грибка, после чего отделяется от него и начинает существовать как самостоятельный дрожжевой грибок. Очень часто, еще не отделившись от материнского грибка, дочерняя почка уже становиться материнской для новых почек, которые в свою очередь, образуют своих деток. В итоге получается нечто напоминающее разветвленное дерево, которое состоит из кругловатых почек, которые соединены между собой. Такие грибковые группы принято называть дрожжевыми колониями. Они очень болезненно реагируют на малейшие колебания, даже небольшое сотрясение может привести к их разрушению на отдельные дрожжевые грибки. Процесс размножения почкованием происходит очень быстро.
При размножении дрожжей спорами, процесс происходит намного медленнее. В тот момент, когда грибок становится полностью взрослым, это обычно происходит через 10-12 часов после его рождения, тогда внутри дрожжевого грибка вырастает от 1 до 11 новых округлых телец, которые и называют спорами. После того, как они достигают определенной величины, материнское тело разрывается, и новорожденные тельца грибка освобождаются. При этом когда условия способствуют росту грибка, они начинают размножаться почкованием, появляются колонии взрослых грибков. Размножение спорами обычно происходит в том случае, если им грозит опасность гибели от голода, когда грибок чувствует недостаток пищи. Дрожжевые споры несут в себе огромную важность, ведь именно в виде спор грибок переносит неблагоприятные условия для жизни, голод, слишком высокие температуры, сухость. Более того, споры намного меньше тельца взрослого грибка, поэтому легче переносятся воздухом.Деление дрожжевых грибков происходит относительно редко и только у некоторых видов грибков, которые имеют удлиненную форму в виде палочки. При таком делении в середине тельца грибка появляется перегородка, она делит тельце на два независимых друг от друга грибка, которые быстро растут, после чего так же делятся пололам. В итоге получается колония дрожжевого грибка, которая представляет собой длинную цепочку.
Основными условиями, которые необходимы для жизни и размножения дрожжевых грибков являются:1) полноценное количество пищи, необходимое для развития тела грибков;2) тепло;3) возможность получать кислород, который необходим для работы грибков.
Питаются дрожжевые грибки преимущественно белковыми (азотными) веществами, минеральными веществами, и только в самом минимальном размере сахаристыми веществами.Белковые элементы, при поступлении в тельце грибка, накапливаются внутри него и тем самым вызывают рост дрожжей и появление почек. Если белка недостаточно, дрожжи перестают размножаться, и на определенное время их активность замирает.
Среди минеральных веществ наиболее важными являются калий, фосфорная кислота, немного менее важной является известь. Для питания дрожжей сахар необходим в очень малых количествах, в случае его недостатка, дрожжевой грибок может легко справиться с этим, питаясь другими веществами.
Главное условия для полноценной жизни — достаточное количество тепла. Несмотря на то, что дрожжевой грибок может выдержать и очень низкие температуры, он выживает даже при замораживании, просто замирая, все же лучше всего дрожжи себя чувствуют при средних температурах. Почкование дрожжевых грибков при температуре 4° занимает 20 часов, при температуре 13,5° — 10,5 часа, если температура составляет 23° и 28° -6,5 и 5 часов соответственно. Обычно считается, что дрожжевые грибки живут только при температуре выше 1° и не больше 47°.
Если температура выходит за эти рамки, грибок замирает, а при нагревании до 80-100° дрожжевой грибок погибает. Жизненно необходимое тепло грибок добывает в процессе дыхания, так же как и человек.Для виноделия процесс дыхания грибков представляет собой особенный интерес. Для своей полноценной жизнедеятельности грибки добывают тепло, сжигая углеводы (сахар и другие элементы). Однако грибок отличается от большинства организмов тем, что сжигание углеводов происходит не до конца, грибок прерывает процесс сгорания на середине. При этом того тепла, которое вырабатывается грибку вполне достаточно для его жизнедеятельности, а сожженный сахар превращается в углекислый газ и спирт.
Бактерий, дрожжевых грибков, других организмов существует огромное количество различных видов, есть и такие, которые подхватывают незаконченную работу дрожжей и продолжают ее. Например, такими являются бактерии уксусного брожения, они частично сжигают спирт, образовавшийся в результате дыхания грибка, и превращают его в уксус, при этом опять же выделяется определенное количество тепла, поэтому процесс сжигания сахара (дыхания организмов) продолжается. После этого работают организмы, разлагающие уксусную кислоту, и так далее, до того момента, пока все не превратиться в углекислый газ и процесс сжигания сахара будет доведен до конечной точки.
Иные дрожжевые грибки, бактерии и другие низшие организмы, сжигают сахар и превращают его масляную кислоту, молочную, однако здесь так же не происходит окончательно сжигание сахара, процесс продолжается и так же подхватывается другими организмами. Вместе с тем, те дрожжевые грибки, которые подхватывают процесс брожения, не могут обходиться без кислорода, поэтому для виноделия доступ кислорода очень важный момент.
При изучении процесса брожения и жизнедеятельности бактерий, грибков и иных низших организмов, как общего дыхательного процесса (сжигания углеводов), на сегодняшний день ученые пришли к выводу, что дыхание человека представляет собой целый ряд отдельных брожений, которые происходят друг за другом.
Немалое значение имеет сжигание сахара в процессе работы дрожжевых грибков. Внутри любого тельца грибка находится жидкость, она имеет название — дрожжевой сок. В нем находятся особые элементы, которые ранее называли ферментами, а сегодня им дали название энзимы. Эти вещества действуют на сахар и углеводы, частично их сжигают, как было описано ранее, выделяется тепло, которое жизненно необходимо дрожжам, и вещества, которые нам так же желательны. На сегодня уже изучено немало энзимов, каждый вид грибка или бактерии обладает своим собственным энзимом. Так грибок, который вызывает спиртовой брожения, содержит энзим — алкоголязу, действующий на сахар, который содержится в соке фруктов, и превращающий его в углекислый газ и спирт. Именно это превращение и носит название спиртового брожения.
Во фруктовом соке может появиться не только спиртовое брожение, например, если в сок попадаю бактерии, которые превращают сахар в уксусную кислоту, тогда произойдет уксусное брожение. При производстве уксуса без такого вида брожения не обойтись.
Кисломолочное брожение, когда образуется молочная кислота, так же очень важно при заквашивании капусты, варения кваса и др.При производстве вина главным брожением, конечно, является спиртовое. Все другие виды брожения при виноделии, наоборот, нося нежелательный характер, так как негативно влияют на вино, вызывая его болезни или даже порчу.
atdrinks.ru
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА БРОЖЕНИЯ МЕДОВОГО СУСЛА ПРИ ВЫСОКОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ КЛЕТОК ДРОЖЖЕЙ
Авторы: А. Л. Панасюк, д-р техн. наук, проф.; Л. И. Розина, канд. техн. наук.; Л. А. Пелих, И. М. Шур, канд. техн. наукВсероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности
Известно, что мед обладает защитной системой от микрофлоры, имеет выраженную антимикробную и антидрожжевую активность. При сбраживании медового сусла, особенно с высоким содержанием Сахаров, дрожжи находятся на пределе своих физиологических возможностей из-за депрессирующего действия субстрата, на котором они развиваются. В связи с этим для жизнедеятельности культурных рас необходимо создавать условия, когда факторы, влияющие на усиление физиологической активности, оказывали бы постоянное воздействие. Один из таких факторов — иммобилизация: ее цель — стабилизация ферментативной активности клеток, расширение значений рН- и температурных оптимумов, удлинение срока действия ферментов клетки.В качестве бионосителей микроорганизмов используют как неорганические, так и органические адсорбенты. В отечественном виноделии для интенсификации процесса брожения испытывали дрожжи, иммобилизованные на алюмосиликатных минералах, буковой стружке, полиэтилене, полиакриаламидном теле. В результате исследования влияния природы насадок на физиологическое состояние дрожжей в процессе брожения и на их бродильную активность установлено положительное влияние иммобилизации дрожжей на процесс брожения и качество получаемого виноматериала [1].Основная причина интенсификации процессов заключается в специфике условий, возникающих на поверхности раздела фаз «жидкость — твердая поверхность». Предполагается, что граница раздела жидкости и твердого тела служит микросредой, где клетки легче, чем в остальной жидкости, могут изменять условия своей жизнедеятельности в благоприятную для себя сторону. На границе раздела фаз меняются значения рН и окислительно-восстановительного потенциала. Насадка оказывает на газовый режим субстрата определенное воздействие, способствует концентрированию и выделению углекислого газа, который, как известно, существенно влияет на скорость протекания биохимических процессов. Показано, что иммобилизованные клетки попадают в зону повышенной концентрации физиологически активных веществ (витамины, ферменты, аминокислоты и другие стимуляторы роста), способных адсорбироваться на поверхности насадки. Насадка также способствует прохождению гетерокатализа. Метод сбраживания в условиях высокой концентрации дрожжей, иммобилизованных на насадке, нашел широкое распространение при производстве напитков, проходящих стадию брожения.Восстановительную способность винных дрожжей, иммобилизованных на насадке, использовали для интенсификации различных стадий технологического процесса при производстве игристых вин. Большое количество автолизированных дрожжей обогащает среду ферментами, биологически активными веществами и другими продуктами автолиза, а увеличение активности внутриклеточных ферментов повышает физиологическую активность жизнедеятельности дрожжей [2].Известно, что применение дрожжей, иммобилизованных на насадке, в производстве различных типов вин, в том числе плодовых, и в других бродильных производствах обеспечивает ускорение процесса брожения и улучшение качества конечного продукта.
В своих исследованиях при получении медовых виноматериалов мы пользовались наиболее распространенным в виноделии методом иммобилизации дрожжей — адсорбцией.В задачу исследований входило: повышение эффективности производства медовых вин за счет интенсификации процесса брожения медового сусла, разработка оптимальных режимов брожения медового сусла при получении медовых виноматериалов с высоким набродом спирта.
При подготовке медового сусла к брожению в целях сохранения ароматических веществ исходного меда и предотвращения инфицирования сусла во время брожения проводили обеспложивающую фильтрацию через мембранный фильтр с величиной пор 0,65 мк (микрон). В медовое сусло вносили азотистое питание для дрожжей в виде коммерческих препаратов (энергизеры). В работе использовали сухие шампанские дрожжи Saccharomyces bayanus, обладающие высокой бродильной активностью.На брожение направляли медовое сусло массовой концентрации сахаров 150; 220 и 240 г/дм', подкисляли его лимонной кислотой до получения активной кислотности (рН) в сусле 3,2-3,4. Непосредственно перед нанесением на насадку, сухие дрожжи восстанавливали из обезвоженного состояния. Этот процесс включает увлажнение клеток (регидратация) и восстановление функций клеточных структур (реактивация). Процесс регидратации (возвращение воды в клетку) проходит достаточно быстро. Затем наступает фаза реактивации, при которой восстанавливаются функции клеточных органелл и ферментной активности. Некоторые клеточные структуры при высушивании повреждаются и в случае обратимости этих повреждений при реактивации клетки восстанавливаются.Реактивацию сухих дрожжей проводили по схеме, рекомендуемой производителем: разводили требуемое количество дрожжей в небольшом количестве медового сусла, смешанного с водой в пропорции 1:1 при 20°С, выдерживали при периодическом перемешивании в течение 8-12 ч при 18...22°С, после чего вносили в сусло, подготовленное для брожения. Бродильную смесь подавали в аппарат с насадкой за несколько приемов для достижения требуемой концентрации дрожжей. Температуру брожения поддерживали на уровне 22...24°С.В результате получили сухие медовые виноматериалы с объемной долей этилового спирта 9,0 и 13,0%, полусухой виноматериал с объемной долей спирта 13,0% и массовой концентрацией сахаров 19,6 г/дм3. В процессе брожения наблюдали за изменением содержания сахаров и накоплением глицерина (рис. 1).Брожение медового сусла при получении виноматериала с объемной долей спирта 9,0% продолжалось 9 сут., сухого виноматериала с объемной долей спирта 13,0% — 18 сут, а полусухого — 23 сут. Как показали проведенные ранее исследования, для получения сброженного медового сусла с объемной долей спирта 13,0% при сбраживании обычным способом потребовалось более 30 сут.Накопление глицерина проходило равномерно по мере сбраживания сахара: его образование начиналось уже в первый день брожения. Основное количество глицерина сформировалось к моменту массовой концентрации сахаров в среде 20 г/дм:|. При дображивании сахара накопление глицерина было незначительным.При повышении объемной доли этилового спирта возрастает массовая концентрация титруемых кислот соответственно на 6,9 и 15,5% (табл. 1).Активная кислотность уменьшилась соответственно на 0,6 и 1,5%. Уровень рН находится в интервале, рекомендованном нами в результате предыдущих исследований. Несколько увеличивается массовая концентрация глицерина соответственно на 23 и 40%, что вполне объяснимо, так как количество глицерина наряду с условиями брожения напрямую зависит от исходной сахаристости сусла.В полностью сброженном медовом сусле объемной долей спирта 13,0% определяли также качественный и количественный состав органических кислот и летучих соединений (табл. 2).
Высокое содержание лимонной кислоты в образцах объясняется тем, что ее вносили в сусло перед брожением для повышения кислотности и достижения требуемого значения рН. В медовом сусле отсутствует янтарная кислота, которая в значительном количестве содержится в сброженном медовом сусле.Дрожжевые клетки получают энергию, необходимую для размножения в анаэробных условиях, путем превращения гексозных сахаров в двуокись углерода и этанол. Поскольку построение новых клеток предполагает большое число метаболических путей, а реакции не полностью эффективны, образуется ряд летучих побочных продуктов, которые выделяются в вино и придают ему характерный аромат. Один из основных классов химических веществ в продуктах виноделия — спирты, а основными ароматическими соединениями сброженного медового сусла являются высшие спирты изоаминол, изобутанол, и 1-пропанол. В целом можно отметить, что массовая концентрация ароматических соединений в медовом сусле меньше, чем в виноградных и плодовых винах.Готовые вина, полученные по данной технологии, имели нарядный светло-соломенный цвет, чистый медовый аромат с цветочными тонами и мягкий вкус с медовыми тонами и пикантной горчинкой в послевкусии.По данным проведенных исследований, для интенсификации процесса брожения медового сусла его сбраживание рекомендовано проводить в условиях высокой концентрации дрожжей, иммобилизованных на насадке при 20...25°С. Перед брожением наносят активную дрожжевую разводку в количестве 400 млн кл./см:', а в качестве чистой культуры дрожжей используют сухие дрожжи Sассhагоmyces bayanus, обладающие высокой бродильной активностью и спиртоустойчивостью.Полученные данные будут использоваться при разработке технологии различных типов медовых вин.
eurowine.com.ua
Ферментация (брожение).
Так называется химический процесс, в котором под воздействием определенных микроорганизмов, таких, как дрожжи и некоторые бактерии, из сахара получают этиловый спирт и другие продукты. Ферментация глюкозы с образованием этанола может быть описан уравнением
Этот процесс имеет сложный механизм. Одним из его главных интермедиатов является 2-оксопропановая (пировиноградная) кислота
Процесс состоит из 12 стадий, причем для протекания каждой стадии необходим специфический фермент. Зимаза-один из 12 (или близкого к этому числа) ферментов, обнаруживаемых в типичных дрожжах.
Промышленное получение этанола может осуществляться путем ферментации тростникового сахара с последующей перегонкой. Тростниковый сахар содержит приблизительно 50% сахарозы C12h32O11. Перед ферментацией сахарный сироп, который называется патокой, разбавляют водой. В процессе ферментации сахароза превращается в глюкозу и фруктозу. Этот процесс катализируется ферментом инвертазой.
Пиво получают ферментацией смеси солода и хмеля. Хмель добавляют для придания пиву специфического вкуса. Солод получают из хлебных злаков, обычно ячменя. Крахмал, содержащийся в солоде, превращается в мальтозу под действием фермента диастазы. Затем другой фермент, содержащийся в дрожжах, мальтаза, катализирует превращение мальтозы в глюкозу. Осветление пива осуществляется с помощью фермента папаина, который гидролизует белки, обусловливающие наличие мути в пиве. Папаин может использоваться также в процессе варки мяса для его умягчения.
В процессе получения вин превращение Сахаров, содержащихся в виноградном соке, в этанол осуществляется благодаря наличию в кожице виноградин природных дрожжей. Иногда в виноградный сок добавляют также культурные дрожжи. Если ферментацию проводить до полного завершения, получается сухое вино. Если ферментация приостанавливается преждевременно, получается более сладкое вино.
Из-за того, что растворы, содержащие более 15,5% этанола, подавляют действие ферментов в дрожжах, получение крепленых алкагольных напитков требует проведения перегонки. Другой способ получения крепленых вин заключается в добавлении спирта, например в виде водки или бренди.
Виноградник во Франции. Более 100 млн. акров земли в 50 с лишним странах используются для виноделия. Мировое производство вина превышает 30000 млн. л в год. В европейских странах вырабатывается приблизительно 80% этого количества.
Ферментирующие дрожжи, как, например, винодельческие дрожжи Saccharo-myces ellipsoideus, обладают способностью ферментировать сахара лишь до тех пор, пока не образуется раствор, содержащий 15,5% этанола по объему. Дикие дрожжи позволяют проводить ферментацию лишь до получения растворов с содержанием этанола до 5,5% но объему. Пленочные дрожжи, как, например, те, которые используются для получения шерри, позволяют проводить ферментацию вплоть до получения раствора, содержащего 20% этанола но объему.
Оглавление:
www.himikatus.ru
 |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
 Пример видео 3 |  Пример видео 2 |  Пример видео 6 |  Пример видео 1 |  Пример видео 5 |  Пример видео 4 |
Администрация муниципального образования «Городское поселение – г.Осташков»