172735 Тверская обл., г.Осташков, пер.Советский, д.З

Версия для слабовидящих

Администрация МО

Город Осташков

Тверская область

Телефон:
+7 (48235) 5-68-17

[email protected]

1. Типовые процессы брожения (спиртовое, молочнокислое, масляно-кислое): возбудители, химизм, условия, влияющие на интенсивность брожения, значение. Краткая характеристика микроорганизмов - возбудителей. Возбудителями брожения являются настоящие дрожжи

НПО "Альтернатива" - Спиртовое брожение

Спиртовое брожение лежит в основе целого ряда пищевых производств — виноделия, пивоварения, изготовления спирта. Оно играет существенную роль в процессах хлебопечения, производства диетических кисло-молочных продуктов и других технических процессах. Оно заключается в превращении углеводов в этиловый спирт, углекислый газ и другие вещества.

Типичными представителями микроорганизмов — возбудителей этого брожения являются настоящие дрожжи, в основном из рода сахаромицес.

При определенных условиях слабое брожение могут вызывать некоторые бактерии и плесневые грибы. Непосредственную связь дрожжей и спиртового брожения, издавна известного людям из практики превращения виноградного сока в вино, установил Л. Пастер. В дальнейшем Либихом, Э. Бухнером и А. Н. Лебедевым было доказано, что спиртовое брожение может происходить и без непосредственного участия дрожжей или даже бесклеточных ферментных препаратов, полученных из дрожжей.

В настоящее время установлено, что спиртовое брожение представляет собой целый ряд последовательно совершающихся окислительно-восстановительных и других превращений, в результате которых образуются этиловый спирт, углекислый газ и другие вещества. Легче всего дрожжами сбраживаются простые сахара — фруктоза, глюкоза.

Дисахара (сахароза), мальтоза также могут сбраживаться. Предварительно они гидролизуются дрожжами на составляющие их моносахара (гексозы).

Молочный сахар — лактоза сбраживается лишь немногими, редко встречающимися расами дрожжей.

Более сложные углеводы (крахмал, гликоген и др.) они не сбраживают. В практике такие углеводы предварительно гидролизуются кислотным или ферментативным методом, после чего становятся доступными для дрожжей.

Дрожжи широко распространены в природе. Встречаются на фруктах, ягодах, винограде, в почве и воздухе, особенно в летнее время. Принято различать культурные и дикие дрожжи. Культурными называются дрожжи, имеющие техническое применение в связи с теми или иными положительными свойствами. Например, дрожжи, применяемые в пивоварении, обладают способностью хорошо осветлять пиво, придавать ему приятные вкус, аромат; виноградные — обеспечивают особый букет; хлебные — отличаются активным размножением и способностью хорошо разрыхлять тесто. Дикие дрожжи имеют более слабую бродильную способность и образуют вещества, придающие неприятные привкус и запах.

Уравнение спиртового брожения в общем виде выглядит следующим образом:

Азаров15

Расчет, основанный на учете молекулярных весов сахара и спирта, показывает, что из каждой весовой единицы углевода теоретически возможно образование лишь около половины спирта:

Азаров16

Суммарное уравнение спиртового брожения не раскрывает всей сложности процессов превращения сахара в спирт и углекислый газ, а также того, что, кроме главных продуктов брожения, обычно еще образуются в некотором количестве побочные продукты — янтарная и уксусная кислоты, глицерин, уксусный альдегид, сивушные масла (смесь изомеров высших спиртов — амилового, изобутилового, бутилового и прочих), а также ряд веществ, от присутствия ко» торых даже в ничтожных количествах зависят специфические вкус и аромат вина, пива и других продуктов.

На промежуточных этапах брожения появляются такие соединения, как трифосфороглицериновый альдегид СН2О(Н2РО3) и пировиноградная кислота СН3СОСООН, которая в последующей стадии спиртового брожения декарбоксилируется под влиянием фермента пируватдекарбоксилазы и превращается в уксусный альдегид и углекислый газ:

Азаров17

Уксусный альдегид с помощью восстановленной формы фермента алкогольдегидрогеназы восстанавливается в этиловый спирт:

Азаров18

Эта реакция иллюстрирует завершающий этап спиртового брожения. Постоянное присутствие среди продуктов брожения глицерина объясняется восстановлением части трифосфоглицеринового альдегида еще на промежуточных этапах в соответствующий спирт — глицерин по схеме, аналогичной восстановлению уксусного альдегида.

Химизм спиртового брожения несколько меняется под действием различных факторов. В щелочной среде, кроме спирта, образуется уксусная кислота. Прибавление бисульфита натрия к бродящей жидкости приводит к образованию, кроме спирта, значительных количеств глицерина и уксусного альдегида.

Наиболее энергично спиртовое брожение протекает при температуре 25-40 °С.

Дрожжи способны вести брожение как при очень малом содержании Сахаров, так и в довольно концентрированных субстратах, содержащих до 60 % Сахаров. Они выдерживают присутствие продуктов своей жизнедеятельности (СО2 и спирта) в довольно высоких концентрациях. Так, брожение продолжается, хотя и крайне медленно, даже при накоплении спирта до 10-12 %. Чувствительность дрожжей к спирту повышается при увеличении температуры и при высокой концентрации сахаров.

Дрожжи могут переносить и высокие концентрации углекислого газа, хотя его избыток несколько замедляет брожение.

Нахождение в бродящем субстрате белков в количестве, большем, чем необходимо дрожжам для пластических целей, ведет к тому, что белки, не являясь дефицитными в данном случае, также используются как энергетический материал. Расщепление белков на аминокислоты, дезаминирование и декарбоксилирование последних приводят к образованию сивушных масел, резко ухудшающих качество продукции, получаемой брожением.

Дрожжи в зависимости от поведения при разных температурах делятся на две группы: дрожжи верхового и низового брожения.

Дрожжи верхового брожения хорошо развиваются при доступе кислорода; бродящий субстрат делают мутным, на дне его образуют рыхлый осадок; брожение сопровождается обильным образованием углекислоты и пены.

Дрожжи низового брожения при средних и оптимальных температурах (6-10°С) более активны; они оседают на дно скорее, образуя компактный осадок.

Верховые дрожжи используют при производстве спирта, в хлебопечении; различные расы низовых дрожжей — для производства пива, вин. Так, например, известны расы винных дрожжей — Алиготэ, Массандра 3, Шампанское 7, Магарач 7, Малиновая 10 и др.

Чистым культурам дрожжей этих рас присваиваются названия тех сортов винограда, вин или соков, для переработки которых они применяются.

Применение чистых культур определенных рае дрожжей улучшает технологию сбраживания, обеспечивает получение вин, пива, кваса с определенными специфическими потребительскими достоинствами — вкусом, ароматом, прозрачностью, стойкостью при хранении.

Важной отраслью пищевой промышленности является производство различных типов пекарских дрожжей.

При наличии достаточного количества кислорода дрожжи переходят на аэробный тип дыхания, при котором более экономно расходуется субстрат в связи с большим выходом энергии на грамм-молекулу сброженного сахара. При этом они усиленно размножаются. Эта особенность положена в основу производства пекарских дрожжей.

Клетки дрожжей, выращенные в жидкой высокопитательной среде в условиях хорошей аэрации, затем отделяют, промывают, после чего спрессовывают в брикеты различной массы.

Ранее на ряде примеров была оценена возможная роль дрожжей в порче различных товаров (плодов, ягод, соков, мяса, рыбы), однако и сами дрожжи, и ими осуществляемые технологические процессы могут быть объектом воздействия других микроорганизмов, попадающих из внешней среды. Так, в виноделии часто наблюдается порча вин в результате развития случайных, диких дрожжей.

Вина при этом мутнеют, теряют характерные для данного сорта запах и вкус.

Молочно-кислые, пропионово-кислые и уксуснокислые бактерии вызывают скисание вин, образование в них тягучей массы (ослизнение).

В производстве пива существенный вред приносят дикие пленчатые дрожжи. Попадая в бродильные емкости или в готовое пиво, они делают пиво мутным, придают ему пустые, неприятные вкус и запах.

Плесневению, гниению и другим процессам порчи могут подвергаться при хранении прессованные и сухие дрожжи.

alternativa-sar.ru

11.1. Спиртовое брожение. Химизм, условия проведения процесса. Возбудители. Практическое использование спиртового брожения

Спиртовое брожение - микробиологический процесс превращения углеводов в спирт и углекислый газ. Вызывается аскомицетовыми дрожжами рода Saccharomyces, некоторыми бактериями и отдельными представителями мукоровых грибов.

Суммарное уравнение реакции:

С6 h22 O6 → 2 СНзCh3 ОН + 2 СО2 + Е

глюкоза этиловый спирт

Как и любое брожение это сложный многоступенчатый процесс (см. 7.2), который протекает при участии комплекса ферментов. Наряду со спиртом могут образовываться побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, уксусная, яблочная кислоты, сивушные масла (смесь высших кислот).

Основными возбудителями спиртового брожения являются дрожжи - сахаромицеты.

Это факультативно-анаэробные микроорганизмы. В аэробных условиях дрожжи получают энергию путем полного окисления моно- и дисахаридов до углекислого газа и воды, т.е. путем аэробного дыхания. При этом интенсивно накапливается биомасса (эффект Пастера). Поэтому производство хлебопекарных дрожжей ведут в аэробных условиях.

Условия проведения спиртового брожения

1. Источники питания. В качестве источника углерода используют глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу. Крахмал дрожжи не сбраживают, так как амилолитические ферменты у них отсутствуют. Поэтому крахмалсодержащее сырье подвергают осахариванию при участии амилаз различного происхождения. Концентрация сахара 10-15% наиболее благоприятна для большинства дрожжей. В качестве источника азота используются аммонийные соли органических кислот и аминокислоты;

2. Анаэробные условия;

3. Температура. По отношению к температуре сахаромицеты делятся на низовые и верховые дрожжи. Дрожжи верхового брожения вызывают бурное и быстрое брожение при температуре 20-28 °С. При этом они всплывают на поверхность под действием выделяющегося диоксида углерода. Низовые дрожжи осуществляют более спокойное брожение, которое ведут при 5-10°С;

4. Концентрация этилового спирта. Этиловый спирт, накапливающийся в среде, оказывает неблагоприятное действие на дрожжи. Угнетающее действие спирт оказывает уже при концентрации в среде 2-5 % об., а при 12-15 % об. брожение прекращается;

5. Активная кислотность среды (рН). Спиртовое брожение протекает в кислой среде (рН 4-4,5). При подщелачивании среды до рН 8 дрожжи в качестве основного продукта брожения накапливают не спирт, а глицерин. Это так называемая глицериновая форма спиртового брожения:

2С6Н1206 → 2CН20HCHOHСН20Н+СНзСН20Н+СНзСООН+2С02 + Е

глюкоза глицерин этиловый уксусная

спирт кислота

Практическое использование спиртового брожения

Спиртовое брожение лежит в основе производства этилового спирта, пива, вина, используется в хлебопечении. Совместно с молочнокислым брожением оно используется при производстве кваса, кефира, кумыса. Основными потребителями этилового спирта являются пищевая и химическая промышленность, а также медицина.

studfiles.net

1. Типовые процессы брожения (спиртовое, молочнокислое, масляно-кислое): возбудители, химизм, условия, влияющие на интенсивность брожения, значение. Краткая характеристика микроорганизмов - возбудителей. Теоретические основы физиологии и санитарии питания

Основные типы брожения - Med24info.com

Продукты брожения известны человеку с незапамятных времен, хотя истинная причина этого явления была установлена Л. Пастером только в 1861 г. Он открыл три основных типа брожения: спиртовое, молочнокислое и маслянокислое. Брожению подвергаются различные органические вещества, и в зависимости от их природы и свойств микроба можно получать те или иные продукты. К настоящему времени наиболее полно изучены механизмы сбраживания углеводов. В. Н. Шапошниковым и его сотрудниками установлена двухфазность брожения углеводов. В первой фазе происходит интенсивный биосинтез веществ клетки из углеводов и в среде образуются окисленные продукты брожения. Во второй фазе биосинтез клеточного материала замедляется, а в среде появляются более восстановленные продукты. Восстановленными продуктами брожения могут быть различные спирты, органические кислоты, ацетон, бутанол и другие вещества. Различают спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, пропионо- вокислое и другие виды брожения. Спиртовое брожение. Сбраживание углеводов микроорганизмами до этилового спирта и углекислоты составляет сущность спиртового брожения. Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи - одноклеточные эукариотные микроорганизмы. Некоторые бактерии в анаэробных условиях также способны осуществлять спиртовое брожение, например, Sarcina ventriculi, Erwinia emylovora. Энергию получают путем сбраживания углеводов, при котором в среде накапливается этиловый спирт, уксусная и молочная кислота, выделяется углекислый газ, водород. Оба вида бактерий осуществляют разложение глюкозы до пировиноградной кислоты гликолитическим путем, далее следуют реакции декарбоксилирования пировиноградной кислоты до ацетальдегида и восстановление последнего до этилового спирта. Гетероферментативные молочнокислые бактерии образуют спирт из глюкозы, расщепляя ее по пентозофосфатному пути. Выделенная из сока агавы бактерия Zymomonas mobilis вызывает спиртовое брожение глюкозы, разлагая ее по пути Энтнера-Дудорова (КДФГ-путь). Образовавшийся пируват декар- боксилируется, затем восстанавливается в этиловый спирт и углекислый газ. Выход продуктов брожения не отличается от такового при брожении по гликолитическому пути, но энергии выделяется в два раза меньше, чем при гликолизе: на одну молекулу сбраженной глюкозы образуется одна молекула АТФ. Широкое практическое применение в производстве спирта микробиологическим путем имеют дрожжи. Это одноклеточные неподвижные микроорганизмы с овальной или эллипсоидальной формой клеток. Дрожжи - аэробы, энергию получают в процессе дыхания, но в анаэробных условиях осуществляют спиртовое брожение, расщепляя углеводы по гликолитическому пути. В условиях аэрации процесс спиртового брожения подавляется и активируется дыхание. Подавление спиртового брожения кислородом получило название «эффекта Пастера». «Эффект Пастера» рассматривается как результат конкурирующего взаимодействия энергетических путей, в частности, гликолиза и дыхания, функционирующих у дрожжей. Одним из проявлений является конкуренция за АДФ и неорганический фосфат между субстратным и окислительным фосфорилированием. При понижении внутриклеточной концентрации АДФ и Фн тормозится расщепление глюкозы и образование спирта. Дрожжи широко распространены в природе. Они встречаются на фруктах, ягодах, растениях, в почве, воздухе. Дрожжи подразделяют на культурные и дикие. К культурным относятся те, которые имеют техническое применение (например, виноградные и хлебопекарные). Они характеризуются высокой бродильной способностью. Дикие дрожжи вовсе не обладают бродильными свойствами или они слабо выражены. Возбудителями спиртового брожения являются дрожжевые грибки рода Saccharomyces. Сюда относятся все дрожжи, применяемые в промышленности для получения спирта. Дрожжи спиртового брожения делятся на расы верхнего и нижнего брожения (верховые и низовые). Верховые дрожжи развиваются при доступе кислорода, образуя на поверхности слабую пленку. Брожение идет при температуре 20-24° С, сопровождается обильным выделением углекислоты и образованием пены, дрожжевые клетки при этом выносятся на поверхность среды. К верховым принадлежат отдельные расы дрожжей Saccharomyces cerevisiae. В диком состоянии в природе они не встречаются. Дрожжи нижнего брожения осуществляют этот процесс при более низкой температуре (4-10° С). Брожение протекает спокойнее и медленнее при образовании компактного осадка дрожжей. К низовым дрожжам относятся Sacch. ellipsoideus. Спиртовое брожение используется для производства спирта, глицерина, различных вин, в том числе шампанского, пива и коньяка, а также в хлебопечении. Исходным сырьем для получения спирта служат углеводы различного происхождения (крахмалсодержащие продукты - картофель, злаки, отходы сахарной промышленности - меласса, содержащая 50-60 % сахарозы), широко используются также гидролизаты древесины, отходы целлюлозно-бумажной промышленности, так называемые сульфитные щелока. В связи с отсутствием у низовых дрожжей фермента амилазы крахмал непосредственно не сбраживается. Поэтому предварительно производится осахаривание его так называемыми осахаривающими ферментами, к которым относятся а- и р-амилазы, декстриназа. Осахаривающие ферменты превращают крахмал в сахар мальтозу, сбраживаемый дрожжами. Источниками осахаривающих ферментов являются солод (пророщенное зерно) и препараты плесневых грибов родов Mucor и Aspergillus. В последние годы солод вытесняется более активными ферментными препаратами грибного происхождения. Брожение обычно ведут в кислой среде при pH 4,0-4,5 (кислая среда подавляет развитие посторонней микрофлоры, особенно нежелательных масляно-кислых бактерий), оптимальной температуре 30° С и концентрации сахара 10-15 % (повышение содержания сахара затрудняет брожение, а при 30-35 % оно почти полностью прекращается). Процесс спиртового брожения идет по пути Эмбдена- Мейергофа, описанного выше Суммарно его можно выразить уравнением: СбН,206 gt; 2C2HsOH + 2СО2 + 28 ккал.

В щелочной среде вместо этилового спирта образуется глицерин и уксусный альдегид: При спиртовом брожении образуется янтарная кислота и сивушные масла - смесь амилового, изоамилового, бутилового и других спиртов. Это продукты дезаминирования аминокислот, служащих источником азотистого питания дрожжей. Брожение осуществляется в специальных аппаратах - ферментерах при постоянной температуре. Сначала среду аэрируют для стимуляции роста дрожжей, затем устанавливают анаэробные условия, благоприятствующие брожению. Брожение ведется до тех пор, пока концентрация образующегося спирта не подавит рост дрожжей (10-15 %). Полученная бражка поступает в перегонные аппараты, где производится отгонка спирта. При одноразовой перегонке получается спирт-сырец (этиловый спирт и летучие примеси). Он используется для технических целей. При дальнейшей очистке - фракционной дистилляции - получается спирт-ректификат, содержащий 95,6 %. В настоящее время этиловый спирт получают также и синтетическим путем - из побочных продуктов крекинга нефти (этилена). Синтетический способ вытесняет биохимический, так как он обходится дешевле. Молочнокислое брожение. Анаэробное превращение углеводов под действием микроорганизмов с образованием в среде значительных количеств молочной кислоты составляет сущность молочнокислого брожения. Этот тип брожения был изучен Л. Пастером в 1857 г. Чистую культуру молочнокислых бактерий впервые выделил Д. Листер в 1877 г. из кислого молока. Молочнокислые бактерии не составляют в морфологическом отношении однородную группу. Сюда входят грамположительные неспорообразующие палочки разной длины, относящиеся к роду Lactobacillus и кокки из родов Streptococcus и Pediococcus. Молочнокислые бактерии относятся к факультативным анаэробам. Они неподвижны, весьма требовательны к питательным средам. Зависимость данных бактерий от наличия готовых органических веществ говорит о слабо развитых биосинтетических способностях. Многие из них нуждаются в аминокислотах, витаминах, азотистых основаниях. В качестве источников энергии молочнокислые бактерии используют сахара и спирты. В отношении углеводов у них наблюдается довольно выраженная специфичность: одни используют лактозу, другие мальтозу. Лактозу потребляют бактерии, развивающиеся в молоке и молочных продуктах, мальтозу - те, которые сбраживают растительные материалы. По образующимся в процессе брожения продуктам, молочнокислые бактерии разделяются на две группы: гомоферментативные и гетероферментативные. К гомофермен- тативным относятся палочковидные бактерии рода Lactobacillus и стрептококки. Они образуют из сахара только молочную кислоту и не дают каких-либо побочных продуктов. К гетероферментативным относятся палочковидные бактерии рода Betabacterium и кокки рода Leuconostoc. И те, и другие являются обитателями растений. Помимо молочной кислоты, они образуют из сахара ряд других веществ; спирты, эфиры, уксусную кислоту, водород, углекислоту и др. Гетероферментативный стрептококк Str. diacetilactis дополнительно продуцирует ароматообразующее соединение ацетоин, или ацетил метил карбинол, придающий молочнокислым продуктам приятный аромат. Общая формула гомоферментативного молочнокислого брожения может быть представлена следующим уравнением: С6Н1206 gt; 2СН3СНОНСООН + 22,5 ккал. ¦ Гомоферментативные бактерии расщепляют глюкозу гликолитическим путем. Молочнокислое брожение для них является единственным способом получения энергии. Гетероферментативные молочнокислые бактерии не содержат основных ферментов гликолиза: альдолазы и триозофосфат- изомеразы. Поэтому начальное расщепление глюкозы у них происходит по пентозофосфатному пути. Образующиеся в процессе расщепления фосфоглицериновый альдегид и а цетил фосфат превращаются в разные конечные продукты брожения. Так, Leuconostoc mesenteroides помимо молочной кислоты образует: этанол и углекислоту, а при сбраживании рибозы эта же бактерия продуцирует молочную кислоту, уксусную и углекислоту. На молочнокислом брожении основано изготовление молочнокислых продуктов - простокваши, кефира, ацидофилина, кумыса, а также квашение капусты, силосование кормов и др. Для приготовления молочнокислых продуктов используется свежее высококачественное пастеризованное молоко или сливки, к которым добавляют свежую культуру соответствующих молочнокислых микроорганизмов. Последние активно размножаются, образуют молочную кислоту и тем самым подавляют развитие гнилостных бактерий, так как для них кислая среда является неблагоприятной Например, для приготовления простокваши используется чистая культура «болгарской палочки» - Lact. bulgaricus. Она в отличие от других молочнокислых бактерий активнее образует молочную кислоту. Для приготовления таких молочных продуктов, как кефир, кумыс, йогурт, используются не чистые культуры, а их ассоциации с дрожжами. Кефир, к примеру, готовят из молока, внося в него кефирные зерна, представляющие собой комочки свернувшегося казеина и содержащие симбиотический комплекс молочнокислых бактерий (Str. lactis, Lact. caucasicum), дрожжей (Torula kefiri и Torula ellipsoidea) и ряда других микроорганизмов, вызывающих пептонизацию молока. Ацидофилин готовят путем внесения в пастеризованное молоко Lactobacillus acidophilus и Str. lactis. Молочнокислые бактерии широко применяются также при приготовлении масла и различных видов сырья. Молочнокислое брожение лежит в основе квашения овощей и заготовки силоса. Возбудителями процесса являются бактерии, которые находятся на поверхности растений. Это молочнокислые стрептококки и различные виды Betabacterium и Leuconostoc На силос идет зеленая растительная масса - листья сахарной свеклы, кукурузы, люцерна, трава. Ее плотно укладывают в специальные резервуары - силосные башни или траншеи. Вначале в этой массе развиваются самые разнообразные микроорганизмы, в том числе молочнокислые и гнилостные бактерии. Но по мере сбраживанияуглеводов, содержащихся в растениях, происходит накопление молочной кислоты, кислотность силоса повышается до губительной для гнилостных бактерий концентрации (pH ниже 4,5). Кроме того, в процессе активного роста микроорганизмов быстро используется кислород и создаются анаэробные условия. Все это приводит к прекращению развития большинства микроорганизмов, и в силосной массе начинают преобладать молочнокислые стрептококки и Leuconostoc. Последующий этап брожения осуществляют более кислотоустойчивые молочнокислые бактерии рода Lactobacillus. Маслянокислое брожение. В отличие от спиртового и молочнокислого брожения маслянокислое брожение происходит в строго анаэробных условиях. Типичный возбудитель его Clostridium butyricum относится к облигатным анаэробам, широко распространен в почвах и сточных водах. Маслянокислое брожение вызывают й другие виды анаэробных бактерий. Все они споровые и относятся к роду Clostridium. В протоплазме клеток содержится гликоген и гранулеза. В качестве источника энергии маслянокислые бактерии используют различные углеводы, спирты и кислоты. Они могут также использовать и некоторые полисахариды - крахмал, декстрин, гликоген. При брожении в преобладающем количестве образуется масляная кислота, сопутствующими продуктами являются этиловый и бутиловый спирты, уксусная кислота, углекислота и водород. Маслянокислое брожение протекает гликолитическим путем до образования пировиноградной кислоты. Затем следует ключевая реакция - разложение пирувата до ацетил-КоА и С02 с образованием восстановленного ферредоксина. Реакцию катализирует фермент пируват: ферредоксин-оксидоредуктаза. Синтез масляной кислоты начинается с конденсации двух молекул ацетил-КоА при участии фермента тиолазы. В результате образуется ацетоацетил-КоА, который через ряд промежуточных продуктов восстанавливается в бутирил-КоА. Масляная кислота получается при последующем переносе КоА с молекулы бутирил-КоА на ацетат. * Ацетил-КоА + Бутират (масляная кислота).

Образующийся ацетил-КоА может быть использован для синтеза АТФ. Маслянокислое брожение дает более высокий энергетический выход, чем спиртовое или молочнокислое: на 1 моль сброженной глюкозы 3,3 моля АТФ. Некоторые клостридии, в частности С. acetobutyricum наряду с масляной кислотой образуют в значительных количествах бутанол, изопропанол, ацетон, т.е. способны осуществлять ацетоно-бутиловое брожение. При этом, вначале образуется масляная кислота, затем по мере подкисления среды индуцируется синтез ферментов, действие которых приводит к накоплению бутанола и ацетона. Так как данные продукты являются нейтральными растворителями, брожение, осуществляемое клостридиями, приобрело большое техническое значение. Маслянокислое брожение используется также для получения масляной кислоты, которая применяется в кожевенной промышленности. Исходным сырьем служат крахмалсодержащие продукты и отходы свеклосахарного производства. В природных условиях маслянокислое брожение активно протекает на дне водоемов, содержащих отложения ила, и на дне болот, где нет доступа кислорода. Пропионовокислое брожение. Образование пропионовой кислоты при брожении углеводов присуще бактериям рода Propaombactenum. Это грамположительные, неподвижные, не образующие спор палочковидные бактерии. В зависимости от условий развития клетки могут иметь булавовидную, вильчатую или разветвленную формы Известно 8 видов пропионовокислых бактерий. Типовой вид - Р. freudenreichii. Пропионовые бактерии отличаются от молочнокислых более совершенным конструктивным метаболизмом, в связи с чем могут расти на простой синтетической среде е аммонийным азотом при наличии в среде биотина и пантотеновой кислоты. Они обитают в рубце и кишечнике жвачных животных, участвуя в образовании жирных кислот. В воде и почве не обнаруживаются. Пропионовокислые бактерии используют в сыроделии и микробиологической промышленности для получения витамина Ваг- Пропионовые бактерии - аэротолерантные анаэробы. Энергию в основном получают при брожении углеводов, расщепление

которых осуществляют гликолитическим путем. Но кроме этого основного пути у некоторых видов выявлено наличие ферментов пентозофосфатного пути, цикла трикарбоновых кислот, электрон- транспортной цепи. Функционирование этих путей зависит от условий развития бактерий. Образование пропионовой кислоты из пирувата происходит сложным путем (рис.7.5). В отличие от предыдущих типов брожения здесь имеет место усложнение молекулы пирувата за счет присоединения к ней С02. Присоединение углекислоты происходит путем карбоксилирования с образованием дикарбоновых кислот.

Эта реакция широко распространена среди всех гетеротрофных прокариот, а также растений и животных. Она получила название гетеротрофной ассимиляции углекислоты. Реакцию катализирует биотинзависимая карбокситрансфераза. На первом этапе образуется щавелево-уксусная кислота (ЩУК) и пропионилкоэнзим А. Затем ЩУК через яблочную и фумаровую кислоты восстанавливается до янтарной. Далее с помощью КоА-трансферазы осуществляется перенос КоА-группы с пропионил-КоА на янтарную кислоту, в

результате чего образуется сукцинил-КоА и пропионовая кислота. Сукцинил-КоА превращается в метилмалонил-КоА и снова вступав! в реакции с пируватом, а пропионовая кислота выделяется из клетки и накапливается в среде.

www.med24info.com

1. Типичные процессы брожения (спиртовое, молочнокислое, масляно-кислое): возбудители, химизм, условия, влияющие на интенсивность брожения, значение. Краткая характеристика микроорганизмов - возбудителей. Процессы брожения. Санитарный надзор. Виды дезинфекции

Морфология и классификация дрожжей. — МегаЛекции

Дро́жжи — внетаксономическая группа одноклеточных грибов, утративших мицелиальное строение в связи с переходом к обитанию в жидких и полужидких, богатых органическими веществами субстратах. Объединяет около 1500 видов, относящихся к аскомицетам и базидиомицетам.

Размножение дрожжей

Размножаются дрожжи почкованием, лишь немногие размножаются делением клетки.Процесс почкования состоит в том, что на клетке появляется бугорок (иногда их несколько), который постепенно увеличивается в размерах. Этот бугорок называют почкой. При неблагоприятных условиях почкование дрожжей замедляется или совсем приостанавливается, а некоторые клетки переходят в состояние покоя.Покоящиеся клетки (артроспоры) отличаются толстой и плотной, большей частью двухслойной оболочкой, а также значительным содержанием запасных веществ, например жира и гликогена. Они более устойчивы, чем вегетативные клетки, к повышенной температуре и высушиванию.Попадая в благоприятные условия развития, покоящиеся клетки почкуются, как и обычные вегетативные клетки. Помимо почкования многие дрожжи размножаются также с помощью спор. Споры образуются внутри клетки и находятся в ней, как в сумке, что и позволяет относить их к сумчатым грибам (аскомицетам). Число спор в клетке разных видов дрожжей различно. Их может быть две, четыре, а иногда восемь и даже двенадцать.

Споры большинства дрожжей округлые или овальные, но у некоторых видов — игловидные, шляповидные, У многих на поверхности спор имеются различные образования типа выростов, 47175674893513898181269p43518S062331113215801128190554083216бородавок, ободков и др.

Образование спор у дрожжей может происходить бесполым и половым путями. При бесполом образовании спор ядро клетки делится на столько частей, сколько образуется спор у данного вида дрожжей. Каждое новое ядро окружается цитоплазмой и покрывается оболочкой. Образованию спор половым путем предшествует слияние (копуляция) клеток. У некоторых дрожжей копулируют прорастающие споры.

Споры дрожжей несколько более устойчивы к вредным воздействиям, чем вегетативные дрожжевые клетки, но менее стойки по сравнению с бактериальными спорами. Попав в благоприятные условия, споры прорастают в клетки.

У многих так называемых культурных дрожжей, т. е. культивируемых человеком для производственно-хозяйственных целей, способность к спорообразованию в значительной степени ослаблена, а иногда полностью утрачена (аспорогенные расы).

Такие дрожжи можно вернуть к спорообразованию только принудительным путем. Для этого молодую культуру дрожжей переводят из условий обильного 400149462216081898189853007834197257711192855478347182питания в условия голодания. При благоприятной аэрации и температуре дрожжи образуют споры.

Дрожжи, способные к спорообразованию, нередко называют истинными дрожжами, а не образующие спор (аспоро-генные) — ложными дрожжами, или дрожжеподоб-ными организмами.

12.СПИРТОВОЕ БРОЖЕНИЕ. Возбудителями спиртового брожения являются дрожи сахаромицеты, некоторые мицеальные грибы. Даже растения и грибы в анаэробных условиях способны накапливать этиловый спирт.Процесс проходит 2 стадии:1. Окислительная - превращение глюкозы до пировиноградной кислоты (пируват) и отнятие двух пар водорода.

С6Н12О6–2СН3СОСООН= НАД (кофермент) Н2О.2. Далее пируват декарбоксилируется пируваткарбоксилазой при участии тиаминпирофрсфата до ацетальдегида, а затем ацетальдегид восстанавливается алкогольдегидрогеназой в этанол при участии кофермента НАД.

Во второй стадии- восстановительный кофермент НАД Н2 передает водород конечному акцепторуХарактерной физиологической особенностью большинства дрожжей является их способность переключать обмен с одного типа (анаэробный) на другой (аэробный). Недостаточность выделяющейся при брожении энергии дрожжи возмещают переработкой большого количества сахара, чем при дыхании. Наряду с главными продуктами брожения в небольшом количестве образуются и побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, сивушные масла. В состав сивушных масел входят пропанол, 2-бутанол, амиловый, изоамиловый спирты.Высшие спирты участвуют в формировании аромата и вкуса напитков спиртового брожения.Дрожжи способны сбраживать помимо глюкозы и пировиноградную кислоту. В качестве промежуточного продукта при сбраживании пирувата образуется ацетальдегид; если к дрожжам сбраживающим глюкозу добавить бисульфит, то появится новый продукт-глицерин, при снизится выход этилового спирта.

13.Молочнокислое брожение- это анаэробное превращение сахара молочнокислыми бактериями с образованием молочной кислоты.По характеру брожения различают 2 группы молочнокислых бактерий: гомоферментативные и гетероферментативные.Гомоферментативные бактерии образуют в основном (не менее 85-90%) молочную кислоту и очень мало побочных продуктов. Гетероферментативные бактерии менее активные кислотообразователи. Наряду с молочной кислотой они образуют значительное количество других веществ-этиловый спирт, углекислый газ, ацетон, кислоты.Химизм молочнокислого брожения.Процесс превращения глюкозы до пировиноградной кислоты у гомоферментатавных молочнокислых бактерий протекает как и у дрожей при спиртовом брожении. Далее ввиду отсутствия у этих бактерий пируватдекарбоксилазы, пировиноградная кислота не подвергается расщеплению, она является в этом брожении конечным акцептором водорода. Пировиноградная кислота вступает во взаимодействие с восстановленным НАД Н2 (кофермент) - образуется молочная кислота.

СНзСОСООН + НАД Н2- СНзСНОНСООН

Превращение глюкозы гетероферментативными бактериями происходит по-иному. Отсутствие у них фермента адьдолазы меняет начальный путь превращения глюкозы. После фосфорилирования гексоза окисляется (отщепляется водород) и декарбоксилируется (отщепляется углекислый газ), превращаясь в пентозофосфат. Пентозофосфат при участии фермента фосфокеталазы расщепляется на фосфоглицериновый альдегид. Фосфорглицериновый альдегид превращается в пировиноградную кислоту, которая восстанавливается в молочную.Возбудители молочнокислого брожения- молочнокислые бактерии имеют круглую палочковидную форму. Все молочнокислые бактерии неподвижны, не образую спор, грамположительные факультативные анаэробы. Они требовательны к составу питательный среды и хорошо развиваются только при наличии полного набора аминокислот и витаминов В1, В6, РР. По отношению к температуре молочнокислые бактерии разделяются на мезофильные- с мах температурой роста-25-35 С и термофильные с оптимум около 4-45 С. Некоторые бактерии способны к слезообразованию. В питательной среде они снижают рН ниже 5 и тем самым подавляют рост других анаэробных бактерий, которые не могут развиваться в кислой среде, на различных растениях, в почве, на пищевых продуктах, в кишечнике человека.

14. ПропионовокислоеHYPERLINK "http://biobib.ru/index.php/mikrobiologiya/obshaya-mikrobiologiya/propionovokisloe-brojenie.html" брожение

Пропионовокислое брожение представляет собой процесс превращения сахара или молочной кислоты в пропионовую и уксусную кислоты с образованием углекислоты и воды:

3C6h22О6 = 4С2Н5СООН + 2СН3СООН + 2СО2 + 2h3O

или

3С3Н6О3 = 2С2Н5СООН + СН3СООН + СО2 + Н2О

Брожение вызывается пропионовокислыми бактериями. Это короткие, неподвижные, бесспоровые анаэробные палочки, оптимальная температура развития которых около 30°С. Пропионово-кислые бактерии близки к молочнокислым бактериям и нередко развиваются вместе с ними.

Следует отметить, что пропионовокислому брожению могут подвергаться не только молочная кислота, но и ее соли. Это брожение имеет важное значение в созревании сыров. Молочная кислота (вернее, ее кальциевая соль), образующаяся в результате жизнедеятельности молочнокислых бактерий, под влиянием пропионовокислых бактерий превращается в пропионовую кислоту, уксусную кислоту и углекислый газ. Выделение углекислоты приводит к образованию глазков в сыре, придающих ему характерный ноздреватый рисунок. Пропионовая и уксусная кислоты способствуют образованию специфического сырного вкуса и запаха.

Пропионовокислые бактерии используются также для получения витамина B12.

15.Маслянокислое брожение - это процесс превращения сахара маслянокислыми бактериями в анаэробных условиях с образованием масляной кислоты, углекислого газа и водорода..С Н О - СН СН СН СООН +2СО2 + 2Н

Кроме основных продуктов брожения получаются и побочные продукты - бутиловый спирт, ацетон, этиловый спирт.

Как и при спиртовом брожении маслянокислое брожение претерпевает те же превращения до образования пировиноградной кислоты. Затем пировиноградная кислота декарбоксилируется с образованием углекислого газа и уксусного альдегида. Далее в отличии от спиртовового брожения под действием фермента карболигазы уксусный альдегид конденсируется и из 2 молекул уксусного альдегида образуется - ацетальдоль

СН СНОНСН СНО - СН СН СН СООН

Возбудители брожения- маслянокислые бактерии относятся к роду Clostridium семейству Bacillaceae . Крупные, подвижные палочки, которые образуют споры, грамположительные. Споры термоустойчивы. Бактерии строго анаэробны. Оптимальная температура развития бактерий 30-40С. Очень чувствительны к кислотности среды, оптимум рН 6,9-7,3. При рН ниже 4,9 прекращают развиваться. Многие маслянокислые бактерии способны сбраживать не только простые сахара, но и более сложные углеводы. Постоянным местообитанием их является почва, илистые отложения на дне водоемов.

В народном хозяйстве маслянокислое брожение часто приносит значительный ущерб, вызывая массовую гибель овощей, вспучивание сыра, порчу консервов, прогоркание молока.

Маслянокислое брожение применяют для производства масляной кислоты. При биохимическом производстве масляной кислоты сырьем служат дешевые сахаро или хроммолокосодержащие вещества. Брожение ведут при 40 С в присутствии мела для нейтрализации.

Масляная кислота- бесцветная жидкость, с неприятным резким запахом. В слабых растворах обладает спец. сырным запахом.

Уксуснокислое брожение

Уксуснокислым брожением называется окисление этилового спирта в уксусную кислоту под влиянием уксуснокислых бактерий.

Оно может быть выражено таким суммарным уравнением:

С2Н5ОН + О2 = СН3СООН + Н2О

Это брожение, как и спиртовое, известно с давних времен. Человек с давних пор наблюдал, что на поверхности вина или пива, оставленных в открытом сосуде, образуется сероватая пленка, а содержимое превращается в уксус. Микробиологическая природа этого процесса была впервые установлена в 1862 г. Пастером.

Возбудителями уксуснокислого брожения являются уксуснокислые бактерии, составляющие многочисленную группу палочковидных, бесспоровых, аэробных бактерий. Среди них встречаются подвижные и неподвижные формы. Различаются они также размерами клеток, разной устойчивостью к спирту и способностью накапливать больше или меньше уксусной кислоты.

Уксуснокислые бактерии выдерживают концентрацию спирта в 10-12% и образуют в среде от 6 до 11,5% уксуса.

Оптимальная температура их развития колеблется в пределах 20-35°С. Уксуснокислые бактерии могут соединяться в длинные нити или образовывать пленки на поверхности субстрата. Они широко распространены в природе и встречаются на зрелых ягодах, плодах, в вине, пиве, квасе, квашеных овощах и т. д.

На практике уксуснокислое брожение используется для получения уксуса.

Исходным субстратом для получения уксуса служит виноградное или плодово-ягодное вино, а чаще всего - раствор, содержащий спирт и подкисленный уксусом с целью создания благоприятных условий уксуснокислым бактериям. В такой раствор добавляют также необходимые для бактерий минеральные соли и другие питательные вещества.

После брожения содержание уксусной кислоты в субстрате может доходить до 9%. Такой уксус разбавляют до содержания 4,5-6% уксусной кислоты, а затем направляют в продажу.

megalektsii.ru

Особенности метаболизма дрожжей

Хотя дрожжи и не так разнообразны по своему метаболизму, как бактерии, различные виды дрожжей могут катаболизировать разные соединения углерода и азота и образовывать разные конечные продукты

Спиртовое брожение

Наиболее известное свойство многих дрожжей – способность к спиртовому брожению. Многие виды дрожжей могут переключаться с бродильного метаболизма на дыхательный и обратно в зависимости от условий: при наличии кислорода брожение ингибируется и дрожжи начинают дышать, в отсутствии кислорода включается механизм спиртового брожения. Так как кислородное дыхание – энергетически более выгодный процесс, чем брожение, то выход биомассы дрожжей в расчете на единицу используемого субстрата выше при выращивании их в аэробных условиях, чем в анаэробных. Это явление называется эффектом Пастера.

Спиртовое брожение может идти не только в анаэробных условиях. Если выращивать дрожжи в присутствии кислорода, но при высоком содержании глюкозы в среде, то в этом случае дрожжи также сбраживают глюкозу. Таким образом, глюкоза подавляет процессы анаэробного дыхания. Это явление получило название эффекта Кребтри, или катаболитной репрессии.

Многие дрожжи вообще не способны бродить. По соотношению между этими двумя процессами в метаболизме можно выделить следующие группы дрожжей.

1. Дрожжи, существующие только за счет брожения и не способные расти в аэробных условиях. К ним относятся, например, вид Arxiozyma telluris, обитающие в кишечном тракте грызунов.

2. Активные бродильщики интенсивно сбраживающие различные субстраты, но в анаэробных условиях переключаются на дыхательный обмен. Представители – Saccharomysec cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe.

3. Слабые бродильщики в основном существующие за счет аэробного дыхания, но в аэробных условиях могут бродить, однако значительно менее интенсивно, чем виды из предыдущей группы. Это аскомицетовые дрожжи из родов Pichia, Dedaryomycas, а также все способные к брожению базидиомицетовые дрожжи.

4. Дрожжи существующие только а счет дыхания и не способные расти в анаэробных условиях. К этой группе относятся аскомицетовые дрожжи базидиомицетового аффинитета – Cryptococcus, Rhodotorula, Sporobolomyces.

Основными продуктами спиртового брожения являются этанол и углекислота, однако, в микроколичествах образуется также множество побочных соединений.

Субстраты брожения. Все бродящие дрожжи сбраживают глюкозу и фруктозу, поскольку именно с этих сахаров начинается гликолитическое расщепление. Кроме глюкозы и фруктозы могут сбраживать другие соединения, которые легко превращаются в интермедиаты гликолитического пути. В основном к ним относятся галактоза, из дисахаридов – сахароза, мальтоза, трегалоза. Значительно реже встречаются дрожжи, сбраживающие лактозу и мелибиозу.

Некоторые дрожжи способны сбраживать полисахариды. Например, Sacchoromycopsis fibuliger активно сбраживает крахмал.

Долгое время не были известны дрожжи, способные интенсивно сбраживать пентозы. Такие виды были описаны только к началу 80-х гг. XXв. К ним относятся, например, Pichia stipis (несовершенная стадия – Candida shehatae), Pachysolen tannophilus (Бабьева, Чернов, 2004).

Дыхание

При росте в аэробных условиях при низком содержании глюкозы в среде дрожжи получают АТФ за счет процессов дыхания, как это делает большинство аэробных организмов. Полное окисление субстрата до углекислого газа и воды может происходить у дрожжей с помощью трех различных механизмов: в цикле трикарбоновых кислот, в глиоксилатном цикле и в пентозафосфатном цикле.

Спектр углеродных соединений, усваиваемых дрожжами за счет аэробного дыхания, значительно шире, чем в случае брожения.

Вторичные продукты метаболизма

В процессе роста дрожжи на ряду с основными продуктами (этанол, СО2 ) образуют множество других метаболитов, которые при катаболизме углеводов, обмене аминокислот и пр. Хотя соединения обычно накапливаются в культуральной среде в очень незначительных количествах и трудно идентифицируются, они могут иметь большое практическое значение, например, для пищевой промышленности, так как от их состава зависит качество пищевого продукта, получаемого с помощью дрожжей. Такие соединения называют органолептическими.

Обязательные побочные продукты метаболизма дрожжей – высшие спирты (сивушные масла). Механизм синтеза высших спиртов связан с образованием алифатических аминокислот.

Чаще всего встречаются спирты: пропиловый, изоамиловый, бутиловый, изобутиловый. Летучие жирные кислоты, такие как уксуная, пропионовая, масляная, изомасляная, изовалериановая – также обычно минорные продукты метаболизма дрожжей. Большое практическое значение имеют выделяемые дрожжами альдегиды и кетоны (ацетоин и диацетил) (Бабьева, Чернов, 2004).

Источники азота

Универсальным источником азота для дрожжей являются соли аммония.

Многие дрожжи способны усваивать азот в окисленной форме – в виде солей нитратов и нитритов. Дрожжи, использующие нитраты, имеют две ферментные системы: первая восстанавливает нитрат до нитрита, вторая – нитрат до аммония. У некоторых видов присутствует только вторая ферментная система – они способны усваивать нитриты, но не нитраты. Способность к ассимиляции нитратов считается ценным таксономическим признаком, поэтому определение способности к росту на среде с KNO3 в качестве единственного источника азота – рутинный тест при идентификации дрожжей.

Практически все дрожжи используют в качестве источника азота мочевину, расщепляя ее до СО2 и Nh4.

Лимитирующие факторы

За исключением нескольких исключительно холоднолюбивых видов, среди дрожжей нет ярко выраженных экстремофилов, то есть видов, предпочитающих крайне высокие или низкие значения температуры, рН, осмотического давления, влажности, среды, и т.п. В тоже время существуют дрожжи, которые сильно выделяются среди большинства других видов, которые сильно выделяются среди большинства других видов по своей способности переносить неблагоприятные факторы среды (http://www.ss.msu.ru/soilyeasts/PicsList.htm.).

Температура

У большинства видов дрожжей минимальная температура роста находится в пределах 0-5°С, а максимальная - 30-40°С. Почти все дрожжи могут расти при комнатной температуре 20-25°С. Базидиомицетовые дрожжи в целом характеризуются более низкими максимальными температурами роста, чем аскомицетовые. Однако из этого правила есть ряд исключений.

В целом дрожжи - это довольно холоднолюбивая группа микроорганизмов. Часто это дает возможность создать селективные условия при выделении дрожжей методом посева на твердых питательных средах сильно мешают мицелиальные грибы, присутствующие в изучаемом субстрате. Колонии грибов маскируют более мелкие дрожжевые колонии и затрудняют их изоляцию. Подобрать какую-либо селективную только на одноклеточные грибы питательную среду, то есть ограничить рост мицелиальных грибов химически невозможно: все ингибиторы роста мицелиальных грибов действуют и на дрожжи. Однако при выращивании посевов при низкой (около 5°С) температуре дрожжеподобные колонии в среднем развиваются быстрее. Это дает возможность частично избавиться от колоний мицелиальных грибов.

Кислотность среды

Оптимальные значения рН для роста большинства дрожжеподобных грибов находится в области средней кислотности (рН4-6). Однако отдельные виды способны развиваться в более кислой среде. Например, некоторые штаммы Saccharomyces cerevisiae хорошо растут при рН 2,5-3.

Практически все виды дрожжей могут расти в диапазоне рН 4-4,5. В то же время, в такой слабокислой среде не растет большинство банальных бактерий, которые наиболее обычны в самых разных природных местообитаниях. На этом основан простейший метод селективного выделения дрожжей: питательная среда (например, сусло агар) подкисляется НCL или молочной кислотой до рН 4-4,5. В большинстве случаев на такой среде вырастают только дрожжи и быстрорастущие мицелиальные грибы.

Ингибиторы роста

Рост дрожжей подавляется многими антибиотиками актиномицетного и грибного происхождения с разным механизмом действия.

biofile.ru