38. Двофазность брожения.

Ацетонобутиловое брожение

Близким к маслянокислым брожению является ацетонобутиловое брожение, в процессе которого образуется больше количество бутилового спирта и ацетона, чем при обычном маслянокислом брожении. При этом образуются этиловый спирт, масляная и уксусная кислота, выделяются водород и углекислый газ.

Ацетонобутиловое брожение протекает в две фазы:

• кислотная, во время которой усиленно размножаются бактерии и в среде накапливается масляная и уксусная кислоты.

• ацетонобутиловая, в течение которой кислотность уменьшается и происходит усиленное накопление ацетона, бутилового и этилового спиртов.

И в зависимости от условий ведения процесса можно подавлять то первую, то вторую фазу брожения. Возбудители ацетонобутилового брожения представляют собой подвижные палочки, соединенные попарно. Они анаэробы, образуют споры, сбраживают крахмал, но не сбраживают клетчатку. В промышленности для производства ацетона и бутилового спирта применяют крахмалистое сырье. После отгона ацетона и спиртов из отстающего отхода (барда) используют для извлечения витамина В2, который продуцирует ацетонобутиловые бактерии. Барда используется и для выращивания метановых бактерий, которые синтезируют витамин В 12.

Маслянокислые бактерии в природе принимают участие в разрушение органические веществ (углеводов, спиртов). В почве маслянокислое брожение происходит постоянно.

Возбутители ацетонбутилового брожения- подвижные, анаэробные спороносные палочки. Они сбраживают крахмал и другие углеводные, кроме целлюлозы. Clostridium acetobutylicum.

39.Гомоферментативные молочнокислые бактерии являются анаэробами или микроаэрофилами.

Они неподвижны, спор не образуют, грамположительны, хорошо выносят высушивание (сухие молочнокислые закваски сохраняются годами). Требовательны к питательной среде, так как многие нуждаются в свободных аминокислотах и других ростовых веществах, в витаминах.

При гомоферментативном молочнокислом брожении углевод сначала окисляется до пирувата по гликолитическому пути, затем пируват восстанавливается до молочной кислоты НАДН+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.

Гетероферментативные молочнокислые бактерии являются факультативными анаэробами. При брожении, кроме молочной кислоты, в зависимости от видов участвующих бактерий и условий брожения образуют разнообразные вещества - уксусную кислоту, этиловый спирт, а также янтарную кислоту, различные эфиры, углекислый газ, водород, диацетил (вещество, обладающее характерным приятным ароматом) и др.

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 до ацетата). 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.

40. Молочнокислое брожение. Использование.  Скисание молока известно человеку еще с древних времен, но только в 1857 г. Пастером была установлена микробная природа этого брожения. Таким образом, он впервые доказал значение микроорганизмов как возбудителей брожения.

Различают типичное (гомоферментативное) и нетипичное (гетероферментативное) брожение. Типичное молочнокислое брожение - процесс расщепления углеводов (лактозы, мальтозы, сахарозы, глюкозы и др.) с образованием молочной кислоты без побочных продуктов по уравнению С₆Н₁₂О₆=2С₃Н₆О₃+18 ккал.

В северных широтах возбудителем этого брожения обычно является молочный стрептококк, вызывающий естественное скисание молока. Оптимальная температура для него 30-35°. Вторая группа возбудителей типичного брожения - палочковидные бактерии. Из них болгарская палочка обычно вызывает естественное скисание молока в южных районах. Оптимальная температура для жизнедеятельности около 40°, условный анаэроб. В эту группу входит Thermobacterium cereale. Она приспособлена к усвоению углеводов растительного происхождения - мальтозы и др. Молочный сахар она не разлагает, используется при заводском получении молочной кислоты.

Молочнокислые бактерии требовательны к азоту (они усваивают его только из аминокислот) и к наличию витаминов группы В. Больше всего кислоты образует болгарская палочка (3,2%), затем Thermobacterium cereale (2,2%), молочный стрептококк (0,8-1%). В присутствии нейтрализаторов кислоты накопление молочной кислоты сильно увеличивается.

Типичное молочнокислое брожение имеет широкое применение в пищевой промышленности, особенно в молочном хозяйстве. Молочнокислое брожение лежит в основе приготовления простокваши, кефира, кумыса, сыра; консервирования овощей, фруктов; квашения капусты; силосования кормов; получения технической молочной кислоты. Типичные молочнокислые бактерии очень полезны. Они являются антагонистами гнилостных микробов. И. И. Мечников первый указал на эту сторону молочнокислых бактерий. Молочнокислые бактерии в процессе своей жизнедеятельности образуют молочную кислоту: создавая кислую реакцию среды, они предохраняют казеин молока от разложения гнилостными бактериями. Так, с незапамятных времен молочнокислые бактерии являются друзьями человека, предохраняющими молочные и другие продукты от порчи.

Для приготовления простокваши на молочных заводах молоко пастеризуют, для того чтобы убить болезнетворные микробы и всегда находящихся в молоке представителей нетипичного брожения - гнилостных бактерий. Затем прибавляют чистую культуру соответствующей молочнокислой бактерии и оставляют при определенной температуре для брожения. Накапливающаяся при этом молочная кислота отщепляет кальций от казеина молока. Казеин переходит в нерастворимый параказеин, выпадающий в виде творожистой массы. Простокваша должна быть одинаковой плотности без сыворотки и вспучивания газами. Когда получается простокваша с сывороткой, ноздреватым сгустком, то, значит, приготовление ее было грязным, неопрятным, в брожении принимали участие нетипичные молочнокислые бактерии, чаще всего кишечная палочка - показатель фекального загрязнения.

Сметану получают прибавляя к сливкам чистую культуру молочнокислых бактерий Streptococcus cremoris.

Ацидофилин получают заквашиванием пастеризованного молока ацидофильной палочкой, выделенной из кишечника грудных детей. Эта палочка хорошо приживается в кишечнике, тогда как болгарская палочка, рекомендованная Мечниковым, в кишечнике приживается плохо.

Симбиотическим действием молочнокислых бактерий и дрожжей получают пенистые кислоспиртовые напитки - кефир, кумыс, хлебный квас и др. Кефир получается из казеина, молока, молочнокислых палочек, дрожжей из рода Торула. Кефир содержит 1% молочной кислоты и 0,6% спирта. Кумыс приготовляют из кобыльего молока, а также из коровьего. Он содержит 2% спирта и более 1% молочной кислоты.

Производство молочной кислоты основано на сбраживании мальтозы, полученной из осахаренного солодом крахмала Thermobacterium cereale при температуре 48-50°.

Квашение овощей при быстром росте овощного хозяйства приобретает все большее значение. Овощи плотно закладывают в чаны, чтобы создать анаэробные условия. Благодаря прибавлению соли происходит плазмолиз и затем гибель клеток заквашиваемых овощей - капусты, огурцов, помидоров и пр. Они быстрее отдают в рассол сок, в частности сахара. Все это благоприятствует развитию молочнокислых бактерий и накоплению молочной кислоты. Дрожжи могут продуцировать спирт и эфиры, которые придают продуктам специфический аромат и вкус.

Молочнокислые бактерии и дрожжи играют существенную роль в приготовлении черного кислого хлеба. Молочнокислые бактерии хлебной закваски придают кислый вкус хлебу, препятствуют развитию маслянокислых и гнилостных микроорганизмов, а спиртовое брожение "поднимает" тесто.