26. Брожение как разновидность биологического окисления. Спиртовое брожение

Броженне — это одна из разновидностей биологического окисления субстрата у гетеротрофных микробов в целях получения энергии, когда акцептором электронов или атомов водорода является органическое вещество. Биотехнологические бродильные процессы изучеиы давно в сравнении, например, с биотехнологией антибиотиков, аминокислот и друтих продуктов. Однако некоторые брожения реализованы на практике относительно недавно, например, брожения с участием Zymomonas spp.

В основе многих бродилъных процессов лежит универсалъная реакция превращения глюкозы (источник углерода) в ключевой промежуточный продукт (интермедиат) — пировиноградную кислоту, или пируват, из которого синтезируются различные конечные продукты. По метаболиту, образующемуся в наибольшем количестве, называют соответствующее брожение: сннртовос, масляно-кислое, молочнокислое, и т. д.

Спиртовое брожение лежит в основе получения этилового спирта, кормовых и пищевых дрожжей, пивоварения и виноделия. Возбудителями спиртового брожения могут быть дрожжи — сахаромицеты, некоторые мицелиальные грибы (Aspergillus oryzae) и бактерии (Erwinia amylovora, Sarcina ventricula, Zymomonas mobilis, Z. anaerobia). Среди названных организмов дрожжи занимают ведущее место, а получение с их помощью этанола относят к разряду наикрупнейших в мире. Эганол используют в различных отраслях народного хозяйства: то как растворитель, то как сырье для химического синтсза, широко используют в медицине, и т. Д.

Специальные штаммы Saccharomycos cerevisiae рекомендованы как биообъекты в производстве этанола (на африканском континенте чаще применяют Schizosaccharomyces pombe и S. octospoms). Штаммы подразделяют в свою очередь на расы верхового и низового брожений, а по способности к флокуляции — на хлопьевидные и пылевидные. Расами верхового брожения являются спиртовые, хлебопекарные и некоторые пивные дрожжи, расами низового брожения — большинство винных и пивных дрожжей. Клетки обеих рас могут быть подвержены флокуляции. При этом следует помнить, что пылевидные дрожжи находятся в диспергированном состоянии в течение бродильного процесса. Они менее стойки к автолизу, но более полно сбраживают сусло; хлопьевидные — оседают на дно или всплывают на поверхность, они более выраженные ароматизаторы.

В отличие от S. cerevisiae аэротолерантные бактерии Z. mobilis меньше чувствительны к этанолу, у них отсутствует катаболитная репрессия, а удельная скорость потребления глюкозы и образования этанола в 2—3 раза выше (qC₂H₅OH= 1,87 г/г»ч). Катаболизм глюкозы протекает по Энтнеру-Дудорову. Однако скорость размножения зтой бактерии низка и продуктивность по спирту не столь высока. Здесь остается резерв надежд на позитивные результаты генетико-селекционной работы с продуцентом.

Значительный интерес представляет S. sosei, Эги дрожжи способпы образовывать этанол при использовании топинамбура (земляная груша), в котором из углеводов содержится преимуществен-но инулин, сбраживаемый после гидролиза до этанола. Топинамбур хорошо растет даже в северных регионах на бедных супесчаных почвах.