Лабораторна робота № 14

Тема: Дослідження спиртового та молочнокислого бродіння

Мета: Ознайомитися з мікроорганізмами різних систематичних груп, які приймають участь у спиртовому та молочнокислому бродінні.

Матеріали й устаткування: мікроскопи, чисті культури дріжджів, пробірка з бражкою, кисле молоко, розсіл огірків чи капусти, кефірні зерна, молочнокислі закваски, бактеріологічні петлі, предметні скельця, фарби, фільтрувальний папір, концентрована Н₂SO₄ , 1 %-й розчин біхромату калію, суміш спирту з ефіром (1:1), імерсійна олія.

Теоретичні положення

Анаеробний розклад вуглеводів під дією мікроорганізмів на етиловий спирт та вуглекислий газ називається спиртовим бродінням. Головний кінцевий продукт бродіння – етиловий спирт:

С₆Н₁₂О₆ – СН₃СН₂ОН + 2СО₂+28,2 ккал

Проміжними продуктами бродіння є фосфорногліцеринова, піровиноградна кислоти, оцтовий альдегід, а побічними – гліцерин, янтарна кислота та сивушні масла (аміловий, ізоаміловий, бутиловий, ізобутиловий та інші спирти).

Збудниками спиртового бродіння є культурні (p. Saccharоmyces) і дикі (p. Torula) дріжджі, деякі плісняві гриби (р. Мисоr) і бактерії (р. Pseudomonas).

На Україні використовуються культурні дріжджі, які відібрані селекційними методами за позитивними для виробництва якостями. Клітини їх овальної форми, розміром 8-10 мкм. Розмножуються переважно брунькуванням, але можуть у несприятливих умовах утворювати спори. Широко поширені в природі дикі дріжджі – в грунтах і на поверхні рослин. Характерною ознакою для них є пігментація клітин (рожеві, зелені, чорні), яка захищає їх від сонячної інсоляції. Дріжджі роду Saccharоmyces міцелій не утворюють, а представники роду Torula мають зачатковий міцелій. Більшість дріжджів – сапрофіти, окремі види спричиняють псування харчових продуктів і захворювання людини (кандідози). Дріжджі, які викликають спиртове бродіння, поділяються на дві групи (раси).

Верхові дріжджі ростуть при підвищеній температурі (18-30°С). Бродіння супроводжується пишним і бурхливим виділенням вуглекислого газу та піни, помутнінням субстрату й утворенням пухкого осаду на дні. Ці дріжджі використовуються у хлібопеченні і виготовленні шампанських вин. Характерний представник Saccharomyces cerevisia.

Низові дріжджі можуть жити при низьких температурах (4-15°С). Низове бродіння відбувається спокійно, без бурхливого газоутворення, дріжджі не викликають помутніння субстрату, після закінчення бродіння легко випадають на дно, утворюючи щільний осад. Ці дріжджі використовують у пивоварінні і виноробстві. Представник – Saccharomyces vini.

Спиртове бродіння нормально відбувається в кислому середовищі при рН 4,0-4,5.

Клітини дріжджів мають повний набір дихальних ферментів і добре ростуть в аеробних умовах, утворюючи велику кількість біомаси. Їх використовують для одержання кормового білка (вирощують дріжджі з доступом кисню на мелясі, відходах целюлозної та нафтової промисловості, метанолі, етанолі). Дріжджі використовують також для одержання жирів (типу рослинної олії). Вони постачають нас вітамінами групи В. Методами генної інженерії дріжджам надають нові якості – вони починають продукувати біологічно активні речовини (інтерферон та інші), які використовуються як цінні медичні препарати.

Під час молочнокислого бродіння відбувається розклад вуглеводів в анаеробних умовах з утворенням молочної кислоти. Серед побічних продуктів утворюються оцтова кислота, вуглекислий газ, інколи етиловий спирт.

Молочнокислі бактерії, які здійснюють цей процес, за формою – палички і коки. Це грампозитивні мікроорганізми, спор не утворюють, переважно нерухомі, факультативні анаероби. Особливістю даної групи бактерій є слабкість їх біосинтетичних можливостей. Вони не здатні до синтезу, тому залежать від присутності у середовищі багатьох речовин: усіх амінокислот, вітамінів групи В, компонентів нуклеїнових кислот. Молочнокислі бактерії широко розповсюджені в природі, зустрічаються на поверхні рослин, у ґрунті, в кишковому тракті людини й тварин і, насамперед, у молоці та молочнокислих продуктах. За характером бродіння, яке вони викликають, виділяють такі групи:

Гомоферментативні, або типові бактерії – утворюють переважно одну молочну кислоту, яка становить 90 % усіх продуктів бродіння:

С₆Н₁₂О₆ – 2СН₃СНОНСООН + СО₂ + 94,3 кДж

Збудниками гомоферментативного бродіння є: Streptococcus lactis – молочнокислий стрептокок, клітини в якому розташовані у вигляді диплококів та коротеньких ланцюжків, викликає закисання молока; Lactobacterium bulgaricum – болгарська паличка використовується для виготовлення кислого молока; Lactobacterium cucumeris – огіркова паличка, утворює ланцюжки, бере участь у квашенні огірків; Lactobacterium plantarum – бере участь у квашенні овочів і силосуванні кормів; Lactobacterium casei – відіграє роль при дозріванні сирів; Lactobacterium acidophilus – використовується для виготовлення ацидофіліна.

Гетероферментативні, або нетипові бактерії – утворюють з вуглеводів, крім молочної, значну кількість оцтової кислоти, вуглекислий газ, етиловий спирт і гліцерин:

С₆Н₁₂О₆ – СН₃СНОНСООН+ СН₃СООН+ СН₂ОНСНОНСН₂ОН+ СН₃СН₂ОН +СО₂

До збудників гетероферментативного молочнокислого бродіння належать Lactobacterium brassica – капустяна паличка, Betabacterium brevis. Вони зустрічаються на рослинах та у хлібних заквасках.

Біфідобактерії мають вигляд прямих або розгалужених паличок, У-форми, булавовидні та лопатовидні, нерухомі, безспорові, грампозитивні. Типовий представник – Bacterium bifidum. Біфідобактерії живуть у кишковому тракті людини, тварин та комах. Вони синтезують антибіотики, з чистих культур готують лікувальний молочнокислий біфідін.

Молочнокислі бактерії використовують для виготовлення кисломолочних продуктів, сирів, для квашення овочів і силосування; у промисловості – для одержання молочної кислоти.

Кисломолочні продукти бувають двох типів:

1) простого бродіння – кисле молоко, сметана, ацидофілія, ряжанка;

2) змішаного бродіння – кефір та кумис.

Кефір виготовляють за допомогою кефірних зерен, які є симбіотичним комплексом молочнокислих бактерій та дріжджів, а кумис – за допомогою заквасок, які також складаються з молочнокислих бактерій та дріжджів.