Волгоградский государственный университет Институт естественных наук Кафедра биологии Брожение и его типы к. б. н. Усубова Е. З. 2014 год
ГЛИКОЛИЗ Первой фазой анаэробного дыхания тоже является гликолиз. Он дает в результате на каждую молекулу глюкозы две молекулы пировиноградной кислоты Если кислород имеется, то пировиноградная кислота переходит в митохондрии для полного окисления до СО 2 и воды (аэробное дыхание). Если же кислорода нет, то она превращается либо в этанол, либо в молочную кислоту (анаэробное дыхание).
Брожение — это внутренний окислительновосстановительный процесс, при котором акцептором электронов служит органическая молекула и суммарная степень окисления образующихся продуктов, отличается от степени окисления сбраживаемого вещества. Брожение-это такой метаболический процесс, при котором регенерируется АТР, а продукты расщепления органического субстрата могут служить одновременно и донорами, и акцепторами водорода.
Сахара (гексозы) С 6 Н 12 О 6 продукты брожения и дыхания DG 0' = – 196, 65 к. Дж/моль DG 0' = – 2870, 22 к. Дж/моль.
Типы брожения Спиртовое Молочнокислое Уксуснокислое Пропионовокислое Маслянокислое
Лабораторно-практическое занятие 1 Изучение микроорганизмов молочнокислого брожения. Цель: освоить методику приготовления культур молочнокислых бактерий и ознакомиться с основными представителями группы. Молочнокислое брожение представляет собой анаэробный процесс разложения углеводов ферментами молочнокислых бактерий с образованием молочной кислоты и другими продуктами.
Молочнокислое брожение Гомоферментативное молочный сахар образует только молочную кислоту Гетероферментативное кроме молочной кислоты образуются и другие продукты: летучие кислоты спирты и эфиры
Молочнокислое брожение С 6 Н 12 О 6 → 2 СН 3 -СНОН –СООН Гомоферментативное молочнокислое брожение: Ф 1 — гексокиназа; Ф 2 — глюкозофосфатизомераза; Ф 3 — фофсофруктокиназа; Ф 4 — фруктозо-1, 6 дифосфатальдолаза; Ф 5 — триозофосфатизомераза; Ф 6 — 3 -ФГА-дегидрогеназа; Ф 7 — фофсоглицерокиназа; Ф 8 — фосфоглицеромутаза; Ф 9 — енолаза; Ф 10 — пируваткиназа; Ф 11 — лактатдегиброгеназа (по Dagley, Nicholson, 1973)
• Возбудители гомоферментативного брожения являются: • Streptococcus lactis – овальные кокки, диаметром 0, 5 -1 мкм, располагаются в культуре попарно (диплококки), цепочками (стрептококки), реже одиночными клетками. • Streptococcus cremoris – клетки расположены более длинными цепочками. • Lactobacterium bulgaricum – болгарская палочка, крупная бактерия, длиной 4 -5 мкм, неподвижная, грамположительная, располагается в виде отдельных клеток и коротких цепочек (стрептобактерия). Темепература развития 40 -450 С. • Lactobacterium acidophilum – ацидофильная палочка, по морфологии близка к болгарской, но имеет другой температурный оптимум развития – 370 С. • Lactobacterium cucumeris – огуречная палочка, короткая грамположительная неподвижная бактерия. Располагается парами или цепочкой. Оптимальная температура ее развития – 20 -250 С. Встречается в рассоле засоленных огурцов, капусты, силосе. • Возбудители гетероферментативного брожения это палочковидные бактерии: Lactobacterium brassicae fermentatae – капустная палочка, Betabacterium breve, Leuconostoc mesenteroides.
Lactococcus lactis
Материалы и оборудование: молочнокислые продукты (простокваша, кефир), огуречный и капустный рассолы, микробиологические петли, спиртовки, раствор метиленового синего, пинцеты, микроскопы, пробирки, спиртовки, смесь Никифорова (этиловый спирт и серный эфир в равных объемах). Ход работы: • Указанные продукты нанести петлей на предметное стекло и смешать с каплей воды. • Сделать микробиологический мазок. • Мазок фиксировать в пламени спиртовки. • Произвести окраску в течение 3 -5 мин водным раствором метиленового синего. • Промыть водой, высушить при комнатной температуре или осторожно рядом с пламенем спиртовки. • Микроскопировать в иммерсии. • Результаты занести в альбом. Сделать рисунок о обозначения.
Лабораторно-практическое занятие 2 Изучение микроорганизмов маслянокислого брожения Цель: освоить методику приготовления культур маслянокислых бактерий и ознакомиться с основными представителями группы. Маслянокислое брожение – сложный процесс превращения углеводов в масляную кислоту и другие продукты, совершаемый группой анаэробных спороносных бактерий. Маслянокислые бактерии имеют различные активные ферменты, способные производить расщепление сложных углеводов.
С 6 Н 12 О 6 → С 3 Н 7 СООН + 2 Н 2↑ + 2 СО 2↑
С 6 Н 12 О 6 → С 3 Н 7 СООН + 2 Н 2↑ + 2 СО 2↑ Clostridium perfringens вызывает газовую гангрену, а также флегмону, некротический фасциит, пищевую токсикоинфекцию и некротический энтерит.
Схема бактериологического исследования на Clostridium perfringens
Ход работы: • • Неочищенный картофель нарезать ломтиками, которые могут легко войти в пробирку. Заполнить ими пробирку на 1/3 объема, добавить щепотку мела и заполнить водой почти до верха. Пробирки поместить в водяную баню при температуре 800 С на 10 -15 мин. Затем пробирки закрыть пробками и ставить в термостат с температурой 350 С. В этих условиях уже через 2 -3 дня в жидкости обнаруживают бактерии маслянокислого брожения. Культура является элективной. Для их преимущественного развития созданы анаэробные условия, бесспоровые формы убиты предварительным нагреванием, добавка мела нейтрализует образующиеся кислоты и способствует развитию бактерий. Культуру микроскопировать, в ней обнаруживается главным образом Clostridium pasteurianum – подвижные палочки с закругленными концами, одиночные и парные. В старых культурах у одного из концов клетки обнаруживается спора. При микроскопировании можно добавить к капле культуральной жидкости каплю раствора Люголя. Маслянокислые бактерии содержат в клетках гранулезу, которая окрашивается раствором Люголя в синий цвет. С культуральной жидкостью проводят качественную реакцию на масляную кислоту. Для этого к 5 мл жидкости добавляют 2 мл 5%-ного хлорного железа. При нагревании образуется маслянокислое железо коричневого цвета. Результаты занести в альбом. Сделать рисунок.
Лабораторно-практическое занятие 3 Изучение микроорганизмов уксуснокислого брожения Цель: освоить методику приготовления культур уксуснокислых бактерий и ознакомиться с основными представителями группы. вызывается уксуснокислыми аэробными бактериями, которые превращают спирт (в слабых растворах) в уксусную кислоту, при этом выделяется вода и энергия. Схема брожения : С 2 Н 5 ОН+ О 2 ---> СН 3 СН 2 СООН+ Н 2 О На уксуснокислом брожении основано промышленное получение уксуса для пищевых целей. Вместе с тем уксуснокислые бактерии могут вызывать прокисание вина, пива, кваса, ягод, салатов и других продуктов.
Acetobacter • описано около 20 видов этих бактерий, важнейшими из них являются: A. aceti, A. pasteurianum, А. огleanense, A. xylinum, A. schutzenbachii. • Эти бактерии различаются размерами клеток, устойчивостью к спирту, способностью накапливать в среде большее или меньшее количество уксусной кислоты и другими признаками. • A aceti накапливает в среде до 6% уксусной кислоты, A. orleanense — до 9, 5%, A schutzenbachii — до 11, 5%, A xylinum — до 4, 5%. • A. aceti и A schutzenbachii выдерживают довольно высокую концентрацию спирта —до 9— 11%, a A. xylinum — лишь 5— 7%.
Acetobacter pasteurianus Acetobacter aceti
Ход работы • Небольшое количество пива налить в чашку Петри и поместить в термостат на 2 -3 дня. • Из образовавшейся пленки приготовить постоянный микропрепарат, окрасить метиленовым синим. • Зарисовать в альбом. • Измерить р. Н образовавшегося раствора, результаты занести в альбом.
Лабораторно-практическое занятие 4 Изучение микроорганизмов пропионовокислого брожения. Цель: освоить методику приготовления культур пропионовокислых бактерий и ознакомиться с основными представителями группы. Пропионовокислые бактерии представляют собой естественную микробиоту, спонтанно обитаемую в твердых сырах. В настоящее время они применяются в сыроделии в качестве стартовых культур в технологиях управляемого созревания высококачественных сыров.
Propioibacterium freudenreichii in Emmental cheese (Photo INRA)
Закваски • YY-88 – культура, содержащая смесь множественных штаммов Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. lactis, Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. diacetylactis, Streptococcus thermophilus и Lactobacillus helveticus. Культура производит аромат и СО 2. Культура преимущественно используется в производстве сыров континетального типа (Гауда, Эддам, Лиердам, Самсо). • LH-B 02 – термофильная культура содержит штамм Lactobacillus helveticus. Культура в основном используется в производстве сыров итальянского и швейцарского типа. Может применяться как отдельно, так и в комбинации с другими молочными культурами, например, Streptococcus thermophillus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. • PS-4 – термофильная культура пропионовокислых бактерий, содержащая определенный штамм. Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii. Культура преимущественно используется в производстве сыров Швейцарского типа, таких как Эмменталь, Грюер, Гриве, Джарлсберг и других подобных сыров, где необходимы типичные вкус и формирование глазков, обеспечиваемые пропионовокислыми бактериями. • И т. д.
Созревание сыра сложный биохимический процесс, протекающий при участии сучужного фермента, ферментов молока, молочнокислых и пропионовых бактерий. Контроль развития пропионовокислых бактерий в крупных сырах осуществляют селекцией штаммов и видов, степенью посолки и температурой созревания. Пропионовокислые бактерии должны активно размножаться в сыре в теплой камере и не образовывать газ в сырах в холодной камере. Для мелких сыров пропионовокислые бактерии являются нежелательной микрофлорой, так как придают им нетипичные вкус и рисунок. Размножение пропионовокислых бактерий в мелких сырах происходит при низком уровне посолки, повышенной температуре созревания.
Производство сыра Эмменталь три вида бактерий — стрептококки Streptococcus salivarius subspecies thermophilus, лактобактерии Lactobacillus helveticus или Lactobacillus delbrueckii subspecies bulgaricus и пропионобактерии Propionibacterium freudenreichiiподвид shermanii. Молочнокислые бактерии (лактобактерии и стрептококки) сбраживают лактозу и другие углеводы молока в молочную кислоту. Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii потребляет выделяемую другими бактериями молочную кислоту и производит ацетат, пропионовую кислоту и углекислый газ. Последний формируется в пузырьки, в результате чего и получаются характерные в швейцарских сортах «дырки» . Ацетат и пропионовая кислоты дают швейцарскому сыру его ореховый и сладкий вкус.
Ход работы: • Приготовить и промикроскопировать препаратыотпечатки сыра. Для этого фломбированным скальпелем срезать то место, где будет взята проба. Срезать тонкий кусочек сыра и плотно сдавить между двумя сухими чистыми предметными стеклами. Стекла осторожно разъединить и удалить сыр. Полученный отпечаток просушить, зафиксировать, окрасить метиленовым синим. • При микроскопировании крупных сыров выявляются палочковидные формы молочнокислых и пропионовокислых бактерий, при микроскопировании мелких – молочнокислые стрептококки.
Скачать презентацию Волгоградский государственный университет Институт естественных наук Кафедра биологии
Brozhenie_i_ego_tipy_1.pptx