Уксуснокислое и лимоннокислое брожение
Содержание
Введение
. Уксуснокислое брожение
. Лимоннокислое брожение
Заключение
Список
литературы
Введение
К брожению в строгом смысле
слова относятся те процессы получения энергии, при которых отщепляемый от
субстрата водород переносится в конечном счете на органические акцепторы.
Кислород в процессах брожения не участвует. Л.Пастер называл брожение жизнью
без воздуха.
Причины брожения были
установлены еще в середине XIX
в. Л. Пастером, который показал, что в аэробных условиях дрожжи образуют из
определенного количества сахара примерно в 20 раз больше клеточного материала,
чем в анаэробных. Он открыл также, что кислород подавляет брожение. Этот
эффект, получивший название эффекта Пастера, приобрел с тех пор известность как
один из классических примеров регуляции обмена веществ.
В 1896-1897 гг. было обнаружено
«бесклеточное брожение» - брожение, вызываемое растертыми прессованными пивными
дрожжами. Это первый сложный биохимический процесс, осуществленный вне клетки.
Позднее было установлено, что для сбраживания глюкозы дрожжам необходим
неорганический фосфат. Иначе говоря, брожение - процесс превращения соединений
углерода как в анаэробных, так и аэробных условиях. Большинство аэробных
микроорганизмов окисляет органические питательные вещества в процессе дыхания
до СО и воды. Поскольку в молекуле СО2 достигается высшая степень
окисления углерода, то говорят о полном окислении и отличают этот тип дыхания
от неполного окисления, при котором в качестве продуктов обмена выделяются
частично окисленные органические соединения. Конечными продуктами неполного
окисления могут быть уксусная, лимонная кислоты и ряд других соединений. Эти
продукты сходны с теми, которые образуются при брожениях в анаэробных условиях
(масляная, пропионовая кислоты и др.); неполное окисление называют также
окислительным брожением.
1. Уксуснокислое
брожение
Уксусная кислота образуется
уксуснокислыми бактериями, которые окисляют этиловый спирт до уксусной кислоты
(уксуса) с выделением небольшого количества энергии:
Этиловый спирт → уксусная
кислота + Н2О + 494 кДж/моль.
Процесс, осуществляемый
уксуснокислыми бактериями, - это типичное окисление (брожение) в аэробных
условиях, так как уксусная кислота далее подвергается окислению бактериями до
диоксида углерода и воды.
Возбудителем уксуснокислого
брожения является Mycoderma
aceti (уксусный гриб).
Уксуснокислое брожение было известно в глубокой древности. Например, в
оставленном на воздухе сосуде с виноградным вином или пивом через день-два на
поверхности напитков появляется сероватая пленка, а пиво и вино мутнеют и
прокисают.
Уксуснокислые бактерии (рис. 1)
- это не образующие спор короткие грамотрицательные палочки, расположенные
цепочками. Встречаются как подвижные, так и неподвижные штаммы. Бактерии
являются строгими аэробами, развиваются только на поверхности субстрата,
образуя пленку, которая моментально распадается при легком покачивании
жидкости. Все виды (25) уксуснокислых бактерий объединены в род Acetobacter
(в дальнейшем Acet.). Ниже
приведена характеристика некоторых видов.
Рис. 1.
Уксуснокислые бактерии: а - Acet.
aceti;
б - Acet.
pasteuriurianum
Acet.
aceti ( см. рис. 1, а) -
короткая грамотрицательная палочка, неподвижная, спор не образует.
Располагается цепочками, выдерживает до 11 % спирта в среде. На поверхности
пива образует пленку. Оптимальная температура роста 34 °С. Окрашивается йодом в
желтый цвет.
Acet.
pasteurianum по форме похожа на
Acet. aceti.
На поверхности напитков образует сухую складчатую пленку. Окрашивается йодом в
синий цвет (см. рис. 1, б).
Acet.
schuetzenbachii
используется при быстром (немецком) способе получения уксуса. Культивируется на
буковых стружках, орошаемых разведенным и подкисленным этиловым спиртом. Клетки
бактерий хорошо фиксируются на поверхности стружек и образуют сплошную пленку.
Накапливается до 11,5 % уксусной кислоты.
Уксуснокислые бактерии широко
распространены в природе. Они встречаются на зрелых плодах, ягодах, в квашеных
овощах, вине, пиве, квасе.
Уксус (уксусная кислота)
является продуктом широкого потребления, особенно у народов, живущих в более
жарком климате. Наибольшее распространение имеют два метода получения уксуса:
орлеанский (французский) и немецкий (скорый).
По французскому методу получают
уксус наивысшего качества. В этом случае уксуснокислому брожению подвергаются
виноградные вина, которые помещают в чаны для брожения. Чаны заполняют смесью
вина с уксусом (4 % алкоголя и 2 % уксусной кислоты).
Процесс идет несколько недель
до получения уксуса с содержанием уксусной кислоты 5... 6 %. За этот срок
успевают образоваться ароматические вещества - «букет», придающие уксусу
высокие качества, подобно тому, как качество вин повышается выдерживанием их
после брожения в подвалах. Брожение заканчивают прежде, чем исчезнет весь
алкоголь, так как бактерии после его потребления могут окислять и уксусную
кислоту до СО2 и Н2О.
Продолжительность процесса
увеличивает стоимость уксуса.
Принцип быстрого, или
немецкого, способа получения уксуса заключается в создании возможно большей
поверхности окисления спирта. Поверхность создается рыхло скрученными буковыми
стружками, помещаемыми в чан (рис. 2) и смачиваемыми подкисленным спиртом. Этот
раствор заливается в чан сверху и медленно перетекает вниз. Спирт окисляется до
уксусной кислоты, которая собирается внизу и удаляется. Столовый уксус,
полученный этим методом, должен содержать около 4,5 % уксусной кислоты.
Рис. 2. Бродильный
чан для производства уксуса. Культивирование на субстрате в потоке питательной
среды: 1 - лоточки; 2 - аппарат для заливки затора; 3 - термометры; 4 - ложное
дно; 5 - воздушник; 6 - кран; 7 - водомерное стекло, 8 - стружки
В чанах (генераторах), которые
могут работать непрерывно несколько лет, часто появляются вредители
уксуснокислого производства - угрицы - мелкие, длиной 1...2 мм черви, которые
питаются уксуснокислыми бактериями. Уксус становится мутным, приобретает
неприятный привкус, поэтому его необходимо пастеризовать и фильтровать.
В настоящее время уксус
получают на заводах глубинным способом в ферментерах (закрытых герметических
емкостях). Аэробные условия в ферментерах создают путем подачи стерильного
воздуха и перемешивания среды. Глубинный способ предотвращает загрязнение,
повышает качество продукта и производительность труда.
Спонтанное развитие
уксуснокислых бактерий в вине, пиве, квасе, безалкогольных напитках и других
продуктах приводит к их порче: прокисанию, помутнению, ослизнению.
Уксуснокислые бактерии помимо
этилового могут окислять и другие спирты, например пропиловый спирт в
пропионовую кислоту, бутиловый - в масляную. Некоторые уксуснокислые бактерии
окисляют глюкозу в глюконовую кислоту, происходит глюконовокислое брожение.
Глюконовая кислота применяется
в медицине, ветеринарии, фармацевтической промышленности. Глюконовую кислоту
образуют и многие аспергиллы и пенициллы. Так, у Asp.
niger этот процесс может
идти с высоким выходом даже в 30... 35%-ных растворах глюкозы, если
выделяющуюся глюконовую кислоту нейтрализовать карбонатом кальция.
Особый интерес представляет окисление
некоторыми уксуснокислыми бактериями многоатомных спиртов, производных сахаров,
например сорбита в сорбозу.
С помощью бактерий Gluconobacter
oxydans (рис. 3) из
растворов, содержащих до 30 % сорбита, получают сорбозу с выходом 90 %. Сорбоза
используется для получения аскорбиновой кислоты (витамина С).
Рис. 3. Gluconobacter
oxydans
уксуснокислый лимонный брожение бактерия
Имеет значение окисление
уксуснокислыми бактериями глицерина в диоксиацетон, который является ценным
продуктом для химической промышленности.
До 1890-х гг. лимонную кислоту
получали в виде кристаллов из сока цитрусовых. Однако выход ее составлял
7...9%, что было экономически невыгодно.
После того как лимонная кислота
была обнаружена в культурах грибов, были разработаны основы получения ее в
промышленном масштабе. Было установлено, что один из видов грибов - Asp.
niger - превосходно
растет на средах с начальным рН 2,5... 3,5 и выделяет большие количества
лимонной кислоты. Низкий начальный рН позволяет избежать бактериального загрязнения.
Промышленное получение лимонной
кислоты до сих пор часто ведется без соблюдения стерильности, поверхностным
способом в кюветах. В бродильные камеры помещают алюминиевые кюветы размерами 2
х 2,5 х 0,15 м, заполненные на высоту 8 см раствором мелассы, инокулированные
спорами гриба. Их выдерживают при температуре 30 °С в течение 8... 11 дней.
Выход лимонной кислоты весьма значительный. После спуска лимонной кислоты можно
снова подвести под мицелий гриба свежую питательную среду. Лимонную кислоту осаждают
из раствора, добавляя карбонат кальция, а затем перекристаллизовывают и
выделяют с помощью серной кислоты.
При отсутствии в питательной
среде сахара Asp. niger
может окислить лимонную кислоту до щавелевой и уксусной кислот, СО2
и Н2О.
В настоящее время лимонную
кислоту получают и глубинным способом.
Лимонная кислота используется в
кондитерской промышленности, производстве безалкогольных напитков, сиропов, в
кулинарии, медицине и др.
Заключение
Брожение (тж. сбраживание, ферментация) - это, в
наиболее строгом смысле, анаэробный метаболический распад молекул питательных
веществ, например глюкозы, без окисления в чистом виде. Брожение не
высвобождает всю имеющуюся в молекуле энергию; оно просто позволяет
продолжаться гликолизу (процесс, выходом которого на одну молекулу глюкозы
являются две молекулы АТФ), восполняя восстановленные коферменты. Результатом
брожения являются этанол, углекислый газ, другие продукты, а далее - молочная
кислота, уксусная кислота, этилен и другие восстановленные метаболиты.
Аэробы - микроорганизмы, использующие
атмосферный кислород в качестве конечного акцептора электронов (водорода) при
биологическом окислении .
Брожение уксуснокислое - это брожение,
приводящее к образованию уксусной кислоты; вызывается некоторыми микроорганизмами
в аэробных условиях.
Список литературы
1. Азаров В.Н. Основы микробиологии и
санитарии .- М: Экономика, 1986 .- 452с.
. Жарикова Г.Г. Микробиология
продовольственных товаров. Санитария и гигиена .- М: Академия, 2005 .- 304с.
. Микробиология /Под ред. И.Л. Дикого .-
Киев: Профессионал, 2004 .- 623с.
. Микробиология, гигиена и санитария в
торговле /Под ред. Т.П. Трушина .- Ростов н/Д: Феникс, 2000 .- 320с.
. Основы микробиологии, вирусологии и
иммунологии /Под ред. А.А. Воробьева .- М: Высшая школа, 2001 .- 224с.