Д З 7 Брожение пектиновых веществ 8 Глава 3

Д/З 7 «Брожение пектиновых веществ» [8] Глава 3 стр. 104 -105

БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ВЫЗЫВАЕМЫЕ МИКРООРГАНИЗМАМИ

ВСЕ ПРОЦЕССЫ РАЗДЕЛЯЮТСЯ на: ü ПРЕВРАЩЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, НЕ СОДЕРЖАЩИХ АЗОТА (БРОЖЕНИЕ) (ОКИСЛЕНИЕ) ü ПРЕВРАЩЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩИХ АЗОТ (ГНИЕНИЕ)

АНАЭРОБНЫЕ ПРОЦЕССЫ БРОЖЕНИЕ - анаэробный процесс превращения безазотистых органических веществ (углеводов) микроорганизмами, при котором происходит накопление продуктов неполного окисления (спиртов, органических кислот, углеводов и др. ) и который сопровождается выделением энергии. Биологическое значение брожения: • образование энергии для осуществления жизнедеятельности микроорганизмов Типы брожений: • cпиртовое брожение • молочнокислое брожение • пропионовокислое брожение • маслянокислое брожение • брожение пектиновых веществ

ОКИСЛЕНИЕ УГЛЕВОДОВ В ПРОЦЕССЕ БРОЖЕ НИЯ УГЛЕВОДЫ ↓ ГЛЮКОЗА 2 АТФ → ↓ ФРУКТОЗО-1, 6 -ДИФОСФАТ ↓ 2 ФОСФОГЛИЦЕРИНОВЫХ АЛЬДЕГИДА 4 АТФ ↓ 2 НАДН 2 2 ПИРОВИНОГРАДНОЙ КИСЛОТЫ Молочная кислота Этиловый Пропионовая кислота спирт Масляная кислота

ЭТАПЫ ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОВ В ПРОЦЕССЕ БРОЖЕНИЯ I этап - гидролиз углеводов до простых сахаров и изомеризацию их до глюкозы. II этап - наблюдается гликолиз – окисление глюкозы в ПВК. Основные стадии гликолиза: 1. от молекулы АТФ присоединяются фосфатные группы и происходит превращение глюкозы во фруктозо-1, 6 -дифосфат 2. фруктозо-1, 6 -дифосфат превращается в фосфоглицериновый альдегид 3. фосфоглицериновый альдегид превращается в пировиноградную кислоту (при этом образуется свободная энергия, достаточная для образования 4 молекул АТФ). Так как 2 АТФ затрачиваются на активацию глюкозы, то энергетическая ценность любого брожения: ИЗ 1 МОЛЕКУЛЫ ГЛЮКОЗЫ ОБРАЗУЕТСЯ 2 МОЛЕКУЛЫ АТФ Также, при гликолизе восстанавливается дегидрогеназа (2 НАДН 2). III этап - пировиноградная кислота претерпевает превращения.

СПИРТОВОЕ БРОЖЕНИЕ микробиологический процесс превращения углеводов в спирт и углекислый газ. Могут образовываться и побочные продукты: ü глицерин, ü уксусный альдегид, ü Уксусная, яблочная кислоты, ü сивушные масла. Протекает при участии комплекса ферментов. Вызывается: ü аскомицетовыми дрожжами рода Saccharomyces, ü некоторыми бактериями, ü отдельными представителями мукоровых грибов.

Сахаромицеты - факультативно-анаэробные микроорганизмы. В аэробных условиях дрожжи получают энергию путем аэробного дыхания (полного окисления моно - и дисахаридов до CO 2 и H 2 O). При этом интенсивно накапливается биомасса). Поэтому производство хлебопекарных дрожжей ведут в аэробных условиях. Ацидофилы. Мезофилы. Суммарное уравнение реакции: С 6 H 12 O 6 → 2 СНз. CH 2 ОН + 2 СО 2 + Е глюкоза этиловый спирт Естественное местообитание дрожжей: ü поверхность плодов и ягод, сок и поверхность листьев, нектар, üвода, почва, üкожные покровы и пищеварительный тракт людей и животных.

УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ 1. Источники питания: глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза. 2. Анаэробные условия 3. Температура: • при температуре 20– 28 °С дрожжи верхового брожения вызывают бурное и быстрое брожение; • при 5 – 10 °С низовые дрожжи осуществляют более спокойное брожение. 4. Концентрация этилового спирта. Этиловый спирт, который накапливается в среде оказывает: • угнетающее действие при концентрации в среде 2– 5 % об. (объемные %), • брожение прекращается при 12– 15 % об. 5. Активная кислотность среды (р. Н). • Спиртовое брожение протекает в кислой среде (р. Н 4 – 4, 5). • При подщелачивании среды до р. Н 8 дрожжи накапливают глицерин. Это глицериновая форма спиртового брожения: 2 С 6 Н 1206 → 2 CН 20 HCHOHСН 20 Н+СНз. СООН+2 С 02 + Е глюкоза глицерин этиловый уксусная спирт кислота

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПИРТОВОЕ БРОЖЕНИЕ лежит в основе производства: ü этилового спирта, ü пива, ü вина, ü используется в хлебопечении; ü используется при производстве кваса, кефира, кумыса (совместно с молочнокислым брожением ); ü основными потребителями этилового спирта являются пищевая и химическая промышленность, медицина.

МОЛОЧНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ - процесс превращения углеводов в молочную кислоту. Вызывается молочнокислыми бактериями и является для них единственным источником энергии. Молочнокислые бактерии подразделяются на 2 группы: • гомоферментативные - вызывают гомоферментативное молочнокислое брожение. В результате из сахара образуют молочную кислоту: Химизм процесса: С 6 H 12 О 6 → 2 СНз. СНОНСООН + Е глюкоза молочная кислота Относятся: • молочнокислые стрептококки: Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, Streptococcus thermophilus • молочнокислые палочки: Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus ptantarum.

• гетероферментативные - вызывают гетероферментативное молочнокислое брожение. Из сахара образуют не только молочную кислоту но и др. продукты брожения (уксусную кислоту, этиловый спирт, диоксид углерода и др. ): Химизм процесса: С 6 H 12 О 6 → СНз. СНОНСООН + СООНСН 2 СООН + СНз. СООН +СНз. СН 2 ОН + C 02 +Н 2 +Е глюкоза молочная кислота янтарная кислота уксусная кислота этиловый спирт Относятся: • бактерии рода Streptococcus: Streptococcus diacetilactis, Streptococcus acetoinicus; • бактерии рода Lactobacillus: Lactobacillus brevis, Lactobacillus helveticus; • бактерии рода Leuconostoc: Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc cremoris.

ХАРАКТЕРИСТИКА МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ: 1. Грам+, факультативные анаэробы. 2. Среди них есть мезофилы и термофилы. 3. Требовательны к питательной среде: нуждаются в • полном наборе готовых аминокислот, • витаминах группы В 12, • компонентах нуклеиновых кислот. 4. Молочнокислые бактерии обитают: • на растениях, плодах, овощах, • в желудочно-кишечном тракте, • в молоке и молочных продуктах, • в местах разложения растительных остатков. 5. В качестве источника углерода используют лактозу, мальтозу. 6. Для развития молочнокислых бактерий р. Н ~ 4. 7. Молочнокислые бактерии образуют от 1 до 3, 5 % молочной кислоты.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ МОЛОЧНОКИСЛОГО БРОЖЕНИЯ Применяется при изготовлении: • кисломолочных продуктов, • сливочного масла, • маргарина, • используется в хлебопечении, • при квашении овощей, • силосовании кормов, • производстве молочной кислоты. Многие мезофильные гетероферментативные молочнокислые бактерии, лейконосток являются вредителями в производстве спирта, пива, вина, безалкогольных напитков, сахара и др.

ПРОПИОНОВОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ Вызывается пропионовокислыми бактериями. Относятся к роду Propionibacterium. Небольшие, неподвижные грам+ палочки, не образуют спор, факультативные анаэробы. Обитают в основном в кишечном тракте жвачных животных и в молоке. Единственный источник энергии для пропионовокислых бактерий - процесс сбраживания различных веществ: моносахаридов (гексоз, пентоз), молочной, яблочной кислот, глицерина и других в пропионовую и уксусную кислоту, диоксид углерода и воду. Химизм пропионовокислого брожения: ЗС 6 H 12 О 6 → 4 СНз. CH 2 СООН + 2 СНз. СООН + 2 CO 2 + 2 H 2 O +Е глюкоза пропионовая кислота уксусная кислота

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРОПИОНОВОКИСЛОГО БРОЖЕНИЯ Для получения витамина В 12. В сыроделии

МАСЛЯНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ - анаэробное окисление органических веществ маслянокислыми бактериями в масляную кислоту. Возбудители маслянокислые бактерии - относятся к роду Clostridium. Это крупные, подвижные грам+ палочки, образуют устойчивые споры, при образовании которых клетка приобретает форму веретена или теннисной ракетки, облигатные (строгие) анаэробы. Широко распространены в природе. Обитают в иловых отложениях водоемов, навозе, почве и т. д. (там, где много органических веществ и нет доступа воздуха) Маслянокислые бактерии сбраживают: ü многие углеводы (крахмал, гликоген, пектиновые вещества, целлюлозу), ü спирты (этиловый, маннит, глицерин), ü аминокислоты. Химизм процесса: С 6 H 12 О 6 → СНз. СН 2 СООН + 2 С 02 + 2 Н 2 +Е глюкоза масляная кислота

Маслянокислые бактерии делятся на 2 группы (по характеру используемых субстратов): • сахаролитические клостридии - сбраживают в основном углеводы (Clostridium butyricum), • протеопитические клостридии - разлагают белки и пептоны до аминокислот и затем их сбраживают (Clostridium sporogenes, Clostridium subterminalis, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum).

Clostridium perfringens

Clostridium botulinum

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Маслянокислое брожение: ü Используется в промышленности для получения масляной кислоты (продуцент Clostridium butyricum). ü Эфиры масляной кислоты используют в кондитерской, безалкогольной, парфюмерной промышленности. ü Маслянокислые бактерии участвуют в круговороте веществ в природе. ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ РОЛЬ МАСЛЯНОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ : ü могут вызвать массовую гибель картофеля и овощей, ü вспучивание сыров, ü порчу консервов, ü прогоркание масла и маргарина, увлажненной муки и других продуктов Борьба с маслянокислыми бактериями затруднена из-за высокой устойчивости спор.

Аэробные процессы Аэробное окисление углеводов и спирта уксуснокислыми бактериями в уксусную кислоту. Это брожение относится к неполным окислениям. Суммарное уравнение процесса имеет вид: С 6 H 12 O 6 + 2 О 2 → 2 СНз. СООН + 2 CO 2 + 2 Н 2 О + Е глюкоза уксусная кислота или СНз. СН 2 ОН + O 2 → СНз. СООН + Н 2 О + Е этиловый спирт уксусная кислота

Возбудители: уксуснокислые бактерии. Относятся к двум родам: Gluconobacter и Acetobacter. Это короткие, подвижные грам- палочки, не образуют спор. Оптимальная температура развития – 30˚ С. Бактерии кислотоустойчивы, оптимальное значение р. Н для развития 5, 4– 6, 3. Обитают на цветах, зрелых фруктах, ягодах, овощах, в прокисших соках, пиве, вине, квашенных овощах. Практическое значение уксуснокислого брожения ü Используется в промышленности для получения натурального спиртового уксуса (продуцент Acetobacter aceti). ü Производят также винный уксус (из вина) и яблочный уксус (из яблочного сока). Отрицательная роль Уксуснокислые бактерии являются вредителями спиртового, пивоваренного, консервного производств, виноделия, производства безалкогольных напитков

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

САХАРОМИЦЕТЫ

МОЛОЧНОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ

ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ

МАСЛЯНОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ

Clostridium butyricum

Clostridium sporogenes

Acetobacter aceti