Шпаргалка по "Биотехнологии"

 

Реакция спиртового брожения подобна гликолизу. Расхождение начинается только после образования пирувата. Конечный этап гликолиза заменяется двумя ферментативными реакциями. Сначала пируват подвергается декарбоксилированию, Данная реакция происходит при участии пируватдекарбоксилазы

 

После ацетальдегид восстанавливается водородом, который отщепляется от кофермента NADH. При этом ацетальдегид восстанавливается до этанола. Собственно, цель спиртового брожения — это окисление NADH, чтобы он мог снова принять участие в гликолизе. Катализатором является алкогольдегидрогеназа.

Спиртовое брожение сопровождается запасанием энергии в виде АТФ. Суммарно реакцию можно записать так:

 Обычно  спиртовое  брожение протекает при кислой  реакции среды, если реакция  питательного субстракта поддерживается  на щелочном уровне ph=8 одним из основных продуктов вляется глицерин.

 

Еще более резко повышается выход  глицерина, если брожение протекает  в присутствии Na2SO3

В этом случае уксусный альдегид связывается с сульфитом и  не может быть восстановлен водородом  в этиловый спирт.

 

 

 

 

 

 

21. Глицериновая форма спиртового  брожения.

 

22. Общие условие спиртового брожения

Спиртовое брожение есть процесс разложения сахара на спирт и углекислый газ. Оно протекает  под действием микроорганизмов в виде следующей реакции:

С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2 + 27 ккал

сахар            этиловый     углекислый

спирт               газ

Кроме этилового  спирта и углекислого газа, при  этом получаются также побочные продукты: уксусный альдегид, глицерин, сивушные масла (бутиловый, изобутиловый, амиловый и изоамиловыйг спирты), уксусная и янтарная кислоты и др.

Общие условия  спиртового брожения.

На развитие дрожжей и  ход брожения влияют многие факторы: химический состав среды, ее концентрация и кислотность, температура и  др. Не все сахара сбраживаются дрожжами. Большинство дрожжей способны сбраживать моносахариды, а из дисахаридов - сахарозу и мальтозу. Наиболее благоприятная  концентрация сахара в среде для  большинства дрожжей от 10 до 15%. При  повышении концентрации сахара энергия  брожения снижается, а при 30-35% брожение обычно почти прекращается. Наибольшая скорость брожения наблюдается при  температуре около 30°С, а при 40-45°С оно прекращается, так как дрожжи отмирают. При снижении температуры брожение замедляется, но не прекращается.

Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи. Спиртовое брожение могут вызвать некоторые мицелиальные грибы, однако при этом образуется значительно  меньше спирта(5-7%). Брожение с образованием спирта и углекислого газа вызывают и некоторые бактерии, но по количественному  соотношению между конечными  и побочными продуктами, а также  характеру побочных продуктов бактериальное  спиртовое брожение отличается от брожения, вызываемого дрожжами.

По характеру брожения дрожжи делят на верховые и низовые. Брожение, вызываемое верховыми дрожжами, протекает бурно и быстро при  температуре 20-28°С. На поверхности бродящей жидкости образуется пена, и под  действием выделяющегося углекислого  газа дрожжи выносятся в верхние  слои субстрата. По окончании брожения дрожжи оседают на дно рыхлым слоем. Брожение, вызываемое низовыми дрожжами, протекает спокойнее и медленнее, особенно при сравнительно низких температурах - 4-10°С. Газ выделяется постепенно, пены меньше, дрожжи не выносятся на поверхность  и быстро оседают на дно. Спиртовое  брожение протекает нормально в  анаэробных условиях, при этом дрожжи почти не размножаются. В среде, богатой  кислородом, дрожжи ведут себя как  аэробные организмы и активно  размножаются.

К расам низового брожения относится большинство винных и  пивных дрожжей, к расам верхового - спиртовые и хлебопекарные.

 

23. Практическое использование  спиртового брожения

Процесс спиртового брожения лежит в основе получения этилового  спирта, кормовых и пищевых дрожжей, пивоварения, хлебопечения, производства глицерина. Совместно с молочнокислым  брожением используется при получении  кисломолочных продуктов (кумуса, кефира).

Для получения этилового  спирта используют разное сырье трех основных групп: содержащее сахар (сахарная свекла, кормовая патока, или меласса, сахарный тростник, фруктовые соки); содержащее крахмал (картофель, земляная груша, кукуруза, ячмень, овес, рожь, пшеница); содержащее целлюлозу (древесина и  сульфитные щелока). Сырье используют в зависимости от хозяйственных  возможностей; оно должно быть дешевым  и в достаточном количестве.

Крахмалсодержащее сырье  разваривают и подвергают осахариванию. Источником амилолитических ферментов  служит солодовое молоко, изготовляемое  из проросших зерен ячменя, или  ферментный препарат из грибов рода Aspergillus.

Вносят и дополнительные источники питания. Это делается всегда по рецепту сред для каждого  данного производства.

В полученное сусло вносят дрожжи, чаще всего применяют расы Saccharomyces cerevisiae, которые быстро размножаются, с устойчивы, обладают высокой энергией брожения. Есть и промышленно важные расы дрожжей.

По окончании брожения дрожжи отделяют от сброженных заторов, а спирт отгоняют на специальных  перегонных аппарата. Получается спирт-сырец  и остается отход производства - барда которую используют для  получения кормовых дрожжей. Отработанные дрожжи тоже используются в виде жидких и сухих кормовых дрожжей.

Спирт-сырец используют как  для технических целей, так и  для дальнейшей очистки - ректификации.

 

24. молочнокислое брожение. Химиз процесса.

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  дрожжей 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.

брожение бактерия микроорганизм  спиртовой

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.

Различают т. н. гомоферментативное и  гетероферментативное молочнокислое  брожение, в зависимости от выделяющихся продуктов помимо молочной кислоты  и их процентного соотношения. Отличие  также заключается и в разных путях получения пирувата при деградации углеводов гомо- и гетероферментативными молочнокислыми бактериями.

Гомоферментативное молочнокислое брожение

При гомоферментативном молочнокислом  брожении углевод сначала окисляется до пирувата по гликолитическому пути, затем пируват восстанавливается до молочной кислотыНАДН+Н (образовавшегося на стадии гликолиза при дегидрировании глицеральдегид-3-фосфата) при помощи лактатдегидрогеназы. От стереоспецифичности лактатдегидрогеназы и наличия лактатрацемазы зависит, какой энантиомер молочной кислоты будет превалировать в продуктах- L-, D- молочная кислота или же DL-рацемат. Продуктом гомоферментативного молочнокислого брожения является молочная кислота, которая составляет не менее 90 % всех продуктов брожения. Примеры гомоферментативных молочнокислых бактерий:Lactobacillus casei , L. acidophilus , Streptococcus lactis.

Гетероферментативное молочнокислое брожение

В отличие от гомоферментативного  брожения, деградация глюкозы идет по пентозофосфатному пути, образующийся из ксилулозо-5-фосфата глицеральдегид-3-фосфат окисляется до молочной кислоты, а ацетилфосфат восстанавливается до этанола (некоторые гетероферментативные молочнокислые бактерии окисляют полученный этанол частично или полностью доацетата). Таким образом, при гетероферментативном молочнокислом брожении образуется больше продуктов: молочная кислота, уксусная кислота, этанол, двуокись углерода. примеры гетероферментативных молочнокислых бактерий: L. fermentum, L. brevis, Leuconostoc mesenteroides, Oenococcus oeni .

 

25. Возбудители молочнокислого брожения. Практическое использование молочнокислого  брожения.

Молочнокислое брожение вызывают молочнокислые стрептококки и палочки.

Молочнокислые стрептококки. Streptococcus lactis (молочнокислый стрептококк) —имеет клетки овальной формы, располагающиеся  чаще всего в виде диплококков; при  размножении в молоке (до образования  сгустка) клетки располагаются в  виде коротких цепочек. При росте  на поверхности твердых питательных  сред образуют мелкие каплевидные колонии; глубинные колонии имеют форму  чечевичек. Оптимальная температура  роста клеток находится в пределах 30—35° С; при этой температуре  они свертывают молоко через 10—12 ч (при посеве в 10 мл стерильного молока небольшого количества свежей культуры).

При свертывании  молока образуется ровный, плотный  сгусток с колющейся консистенцией; расы, образующие тягучую консистенцию, для приготовления большинства  молочных продуктов, являются непригодными.

Предельная кислотность, образуемая в молоке Str. lactis, чаще всего  колеблется от 110 до 120° Т, хотя встречаются  «слабые» расы, образующие предельную кислотность не выше 90—100° Т. Молоко, сквашенное Str. lactis, имеет чистый кисломолочный  вкус и аромат. Нередко встречаются  расы, вызывающие в молоке появление  пригорелого (запах черного хлеба), нечистого и других пороков запаха и вкуса.

Практическое  применение молочнокислого брожения

Молочнокислое брожение используется в молочной промышленности для изготовления простокваши, творога, сметаны, кефира, сливочного масла, ацидофильного молока и ацидофильной простокваши, сыров, квашеных овощей, при приготовлении  хлебных заквасок, молочной кислоты. Молочнокислые бактерии широко применяют  также при силосовании кормов, при выделке меховых шкурок и  в производстве молочной кислоты.

Большое значение эти бактерии имеют при квашении овощей, силосовании  кормов (растительной массы) для животных, в хлебопечении, особенно при изготовления ржаного хлеба. Положительные результаты дают исследования по использованию  молочнокислых бактерий при изготовлении некоторых сортов колбас, солено-вареных мясных изделий, а также при созревании слабосоленой рыбы для ускорения процесса и придания продуктам новых ценных качеств(вкуса, аромата, консистенции и др.).

Промышленное значение имеет  также применение молочнокислых  бактерий для получения молочной кислоты, которую используют в безалкогольных напитках.

Спонтанно (самопроизвольно) возникающее молочнокислое брожение в продуктах (молоке, вине, пиве, безалкогольных напитках и др.) приводит к их порче (прокисанию, помутнению, ослизнению).

Применение молочнокислых  бактерий в домашнем хозяйстве, сельском хозяйстве и для приготовления  пищевых продуктов. Если нестерильный раствор, содержащий наряду с сахарами также сложные источники азота  и факторы роста, оставить без  доступа воздуха или просто налить в сосуд достаточно большое количество такого раствора, то вскоре в нем  появятся молочнокислые бактерии. Они  снижают рН до значений < 5 и тем  самым подавляют рост других анаэробных бактерий, которые не могут развиваться  в столь кислой среде. Какие именно молочнокислые бактерии вырастут в  таких накопительных культурах, зависит от прочих условий. Благодаря  своему стерилизующему и консервирующему  действию, основанному на подкислении  среды, молочнокислые бактерии используются в сельском и домашнем хозяйстве  и в молочной промышленности.

 

26. пропионовокислое брожение.

Под пропионовокислым брожением  подразумевают биохимический процесс  превращения бактериями сахара, молочную кислоту и ее солей в пропионовую  кислоту. В этом брожении, кроме пропионовой  кислоты, образуются и такие продукты, как уксусная кислота, углекислый газ, янтарная кислота, ацетоин, диацетил, другие летучие ароматические соединения - диметилсульфид, ацетальдегид, пропионовый  альдегид, этанол и пропанол. Химизм данного брожения подобен типичному  молочнокислому брожению с той разницей, что образовавшаяся молочная кислота в этом брожении не конечный продукт, а промежуточный. От других типов брожения пропионовокислое отличается высоким выходом АТФ, участием некоторых уникальных ферментов и реакций.

Основные продукты пропионовокислого  брожения, вызываемого несколькими  видами бактерий из рода Propionibacterium, —  пропионовая (CH3CH2OH) и уксусная кислоты  и CO2. Химизм пропионовокислого брожения сильно изменяется в зависимости  от условий. Это, по-видимому, объясняется  способностью пропионовых бактерий перестраивать обмен веществ, например, в зависимости от аэрации. При  доступе кислорода они ведут  окислительный процесс, а в его  отсутствии расщепляют гексозы путём  брожения. Пропионовые бактерии способны фиксировать CO2, при этом из пировиноградной кислоты и CO2 образуется щавелевоуксусная кислота, превращающаяся в янтарную кислоту, из которой декарбоксилированием образуется пропионовая кислота.