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. orleanense развивается на слабых растворах виноградного вина. Образует шелковидную довольно прочную пленку. Выдерживает до 12 % спирта в среде и образует до 9,5 % уксусной кислоты. Используется при изготовлении уксуса из виноградного вина медленным способом.

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.

2. Лимоннокислое брожение

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.