Бродіння: спиртове, молочнокисле, оцтовокисле, маслянокисле та ін

Потреби мікроорганізмів у факторах росту

Крім елементів мінерального живлення, джерел вуглецю та енергії, які повинні входити до складу поживного середовища, багато які мікроорганізми потребують додаткових речовин, які називаються факторами росту. Ці речовини входять до основного складу клітини, але деякі організми не можуть їх самі синтезувати.

Фактори росту можна віднести до трьох груп:

· Амінокислоти

· Пурини та піримідини

· Вітаміни та споріднені сполуки

Вони потрібні в дуже малих кількостях. Останні беруть участь у каталітичних процесах.

Організми, які потребують факторів росту, називаються ауксотрофами і протиставляються прототрофам.

Кількість і природа для різних мікроорганізмів різна.

Література:

1. Пирог Т.П. Загальна мікробіологія. К.: НУХТ. – 2004.

2. Векірчик К.М. Мікробіологія з основами вірусології. К.: «Либідь». – 2011.

3. Шлегель Г. Общая микробиология. М.: «Мир». – 1987.

4. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. М.:Агропромиздат. – 1987.

5. Малигіна В.Д., Ракша-Слюсарева О.А. та ін.. Мікробіологія та фізіологія харчування. К.: Кондор. – 2009.

Лекція №5

Тема: Найважливіші процеси, збудниками яких є мікроорганізми

План:

1. Бродіння: спиртове, молочнокисле, оцтовокисле, маслянокисле та ін.

2. Збудники цих типів бродіння, характеристика процесів, використання

Залежно від речовини, що переважно накопичуються під час бродіння, розрізнять спиртове, молочнокисле, пропріоновокисле, маслянокисле бродіння та ін..

Одним із найбільш поширених і вивчених типів бродіння є спиртове. Перші відомості про хімічну природу спиртового бродіння знаходимо в працях Шванна, Тюрпена тощо. Проте через жорстоку критику, якій Ю. Лібіх піддав цю теорію, її швидко забули. І тільки в 1857 р. Л. Пастер експериментально довів і теоретично обґрунтував біологічну природу процесів бродіння. Йому на прикладі спиртового, молочнокислого і маслянокислого бродінь довести, що ці процеси спричиняються життєдіяльністю мікроорганізмів.

Бродіння – це процес, в якому має місце поєднане окислення-відновлення зброджуваного субстрату без участі кисню.

Молекулярний кисень у процесах бродіння участі не бере. Більшість мікроорганізмів, які здійснюють бродіння, є облігатними анаеробами (вмирають при наявності кисню) або факультативними аеробами, здатними рости як у присутності кисню, так і без нього. При цьому кисень пригнічує бродіння, і воно замінюється диханням.

Спиртовим бродінням називається процес розкладу цукру мікроорганізмами на спирт і вуглекислий газ. Ще в 1815 р. Гей-Люссак встановив, що гексози (глюкоза) перетворюються на спирт і СО₂ за таким рівнянням:

С₆Н₁₂О₆=2С₂Н₅ОН+2СО₂ +113 кДж, яке нині є загальноприйнятим.

Сумарне рівняння не розкриває усієї складності процесів перетворення цукру на спирт і вуглекислий газ. Окрім головних продуктів бродіння, утворюються в невеликій кількості побічні продукти:

· Янтарна кислота

· Оцтова кислота

· Гліцерин

· Оцтовий альдегід

· Сивушні масла (суміш спиртів)

· А також сполуки, які обумовлюють специфічний смак і аромат вина, пива та інших напоїв.

Збудниками спиртового бродіння є дріжджі, деякі мукорові гриби і бактерії. Найчастіше використовують дріжджі Saccharomyces, їх описано понад 200 видів. Найбільше значення для людини має Saccharomyces cerevisiae. Серед бактерій Zymomonas mobilis, Leuconostoc mesenteroides, Sarcina vertriculi.

Будь-яке бродіння відбувається у дві стадії:

· Окислення, яка включає перетворення глюкози до піровиноградної кислоти і відняття двох пар водню

· Відновлення, коли НАД*Н₂ передає водень кінцевому акцептору.

Найбільш активно спиртове бродіння протікає за:

· Температури 25-40 С

· рН 4-5 (лужне середовище)

· оптимальний вміст цукру 20%

Сповільнюється процес бродіння за підвищення концентрації вуглекислого газу.

Виробничі дріжджі поділяють на верхові (хлібопекарські, спиртові) і низові (пивні, винні).

Бродіння, що викликається верховими дріжджами, здійснюється швидко і бурхливо за температури 20-28 С. на поверхні бродильного субстрату утворюється багато піни і пухирців вуглекислого газу, під дією яких дріжджі опиняються в поверхневому шарі субстрату. Під час закінчення бродіння дріжджі осідають на дно субстрату, утворюючи рихлий осад.

Бродіння, що викликається низовими дріжджами, здійснюється повільніше і спокійніше, особливо, якщо воно здійснюється за температури 6-10 С. Вуглекислий газ утворюється поволі, піни обмаль, дріжджі швидко осідають на дно, утворюючи компактний осад.

Молочнокисле бродіння – це анаеробне перетворення цукру молочнокислими бактеріями з утворенням молочної кислоти.

Молочнокислі бактерії об’єднуються у родину Lactobacillaceae. Всі бактерії є грам позитивні, не утворюють спор, переважно нерухливі. Всі вони використовують вуглеводи як джерело вуглецю та енергії і виділяють молочну кислоту. Проте представники цієї родини можуть рости в присутності кисню, оскільки є аеротолерантними. Ще однією особливістю їх є потреба у факторах росту. Для росту більшості цих бактерій потрібен ряд вітамінів (тіамін - B1, пантонтенова кислота – В5, нікотинова кислота – РР, фолієва кислота – В9, біотин – Н або В7), амінокислот, а також пуринів і піримідинів (АТГЦ). Вони єдині здатні використовувати лактозу(молочний цукор) як субстрат. Остання зустрічається тільки у ссавців, у рослинному царстві її немає. Серед молочнокислих бактерій зустрічаються як коки, так і палички. У природі зустрічаються на рослинах, овочах, фруктах, грунті, повітрі, продуктах харчування. У великій кількості містяться у травному тракті людини і тварин.

Поширення молочнокислих бактерій:

· Молоко та молочні продукти

· Кишечник і слизові оболонки людини та тварин

· Серед стрептококів зустрічаються паразити крові

· Відсутні у грунті та водоймах

Залежно від продуктів, які нагромаджуються під час бродіння, всі молочнокислі бактерії поділяються на дві групи:

Гомоферментативні, що утворюються при зброджуванні цукрі як основний продукт молочну кислоту і незначну кількість інших продуктів

С₆Н₁₂О₁₂=2СН₃СНОНСООН

· Молочнокислий стрептокок – зустрічається у молоці і здатні зброджувати його за оптимальної температури 25-30 С за 10 год., максимальна – 40 С, мінімальна – 10 С. використовують у виробництві сметани, сиру, кефіру.

· Вершковий стрептокок (сметана)

· Ацидофільні палички одержують антибіотики з метою підвищення лікувальних властивостей кисломолочних продуктів.

· Дельбрюківські палички (у виробництві молочної кислоти та хлібопеченні)

· Молочнокислі палички – сквашують овочі та силосують корми (Силосування - це натуральний біологічний метод консервації кормів. Збереження поживної цінності кормів досягається трамбуванням маси, що силосується, при цьому запобігається доступу повітря. Створюються умови, при яких утворюється молочна кислота, яка перешкоджає розвитку гнильних і маслянокислих бактерій).

Гетероферментативні, які в процесі зброджування цукрі, крім молочної кислоти, утворюють значну кількість інших речовин:кислоти,спирт, вуглекислий газ тощо:

С₆Н₁₂О₁₂=СН₃СНОНСООН+СООН=СН₂СН₂СООН+СН₃СООН+СН₃СН₂ОН+СО₂+Н₂

Залежно від умов розвитку (рН, температури, ступеню аеробності і ін.), характер кінцевих продуктів бродіння може змінюватися в одного й того самого виду молочнокислих бактерій, тому різкої межі між гомо- та гетеро ферментативними бактеріями немає.

· Капустяна паличка (сквашування огірків і капусти)

· Ароматоутворюючі молочнокислі стрептококи

Оцтовокисле бродіння – це окислення бактеріями етилового спирту у оцтову кислоту. Бродіння є важливим у практичному відношенні, бо дозволяє одержувати оцтову кислоту у промислових кількостях з дешевої сировини. Оцтова кислота використовується у харчовій та хімічній промисловості, у с/г та ін.. галузях.

Здійснюється у 2 етапи:

СН₃СН₂ОН+О₂=2СН₃СНО (оцт.альдегід)+2Н₂О

СН₃СНО+О₂=2СН₃СООН

Сумарне рівняння:

СН₃СН₂ОН+О₂=СН₃СООН+Н₂О

Збудники оцтовокислого бродіння зустрічаються на рослинах, стиглих продуктах, ягодах, часто сумісно із дріжджами і багатьма іншими мікроорганізмами. Це малорухомі й нерухомі палички, не здатні до спороутворення, стійкі до кислого середовища, потребують складних живильних субстратів, оптимальна температура їх розвинення 20-34 С.

Оцтовокислі бактерії здатні зброджувати не тільки етиловий спирт. Промислове значення має окислення шестиатомного спирту сорбіту в сорбозу, яку потім використовують для одержання аскорбінової кислоти (вітаміну С). вихід сорбози становить 80-90% від початкової сировини.

Якщо оцтовокислі бактерії потрапляють на харчові продукти, вони псують їх.

Маслянокисле бродіння – це складний процес перетворення моносахаридів маслянокислими бактеріями за анаеробних умов з утворенням масляної кислоти, вуглекислого газу і водню:

С₆Н₁₂О₆=СН₃СН₂СН₂СООН+2СО₂+2Н₂

Побічні продукти: бутиловий спирт, ацетон, етиловий спирт і оцтова кислота.

Маслянокислі бактерії є доволі великі, рухомі, споро утворюючі палички. Спори досить термостійкі, витримують кип’ятіння протягом кількох хвилин. Характерною особливістю є наявність у клітинах крохмалеподібної речовини – гранульози. Здатні розмножуватись лише за відсутності кисню, оптимальна температура 30-40 С, чутливі до кислого середовища.

Широко розповсюджені у природі. Постійним місцем існування є грунт, мул водойми, скупчення рослинних залишків, зустрічаються на харчових продуктах.

У природі мають позитивне значення – перетворюють органічні сполуки. У С/Г навпаки – псують картоплю, овочі, сири, консерви, викликають зволоження борошна і надає їм неприємного запаху та смаку.

Використовують для одержання масляної кислоти, з якої отримують її естери, які мають приємниі запахи (яблука, грушів, ананасів). Використовують у парфумерії та кондитерському виробництві.

Пропріонове та лимоннокисле на с/р.

Література:

1. Пирог Т.П. Загальна мікробіологія. К.: НУХТ. – 2004.

2. Векірчик К.М. Мікробіологія з основами вірусології. К.: «Либідь». – 2011.

3. Шлегель Г. Общая микробиология. М.: «Мир». – 1987.

4. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. М.:Агропромиздат. – 1987.

5. Малигіна В.Д., Ракша-Слюсарева О.А. та ін.. Мікробіологія та фізіологія харчування. К.: Кондор. – 2009.

Лекція №6

Тема: Найважливіші процеси, збудниками яких є мікроорганізми

План:

1. Гниття

2. Збудники, характеристика процесу та значення гниття у природі.

Дата добавления: 2014-11-29