Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Спиртовое брожение

Общие сведения

Микроорганизмы в основном получают энергию при высвобождении ее из безазотистых органических веществ. Только небольшая их часть может использовать солнечную энергию или энергию окисления минеральных соединений. В зависимости от того, каким путем идет разложение органических веществ, различают брожение, при котором высвобождение энергии происходит без доступа свободного кислорода, и дыхание, или окисление, когда выделение энергии происходит в аэробных условиях. Во втором случае энергия высвобождается полностью, и в качестве конечных продуктов окисления выделяются СО2 и H2О.

Брожение сопровождается частичным высвобождением энергии, заключенной в органическом веществе. Поэтому среди конечных продуктов этого процесса всегда находятся неполностью окислившиеся вещества, содержащие запасы химической энергии, — спирт, молочная кислота и др. В зависимости от основного продукта, образующеюся в ходе этих процессов, брожения получили соответствующие названия: спиртовое, молочнокислое, маслянокислое и др.

Брожения, осуществляемые микроорганизмами, имеют большое значение в природе и широко используются в практической деятельности человека. Они лежат в основе пивоварения, виноделия, квашения овощей, силосования, переработки молока в кисломолочные продукты и сыр, мочения волокнистых растении (лен) и т. д.

При изучении процессов, вызываемых микроорганизмами, удобно пользоваться методом элективных культур.

Вводные пояснения. Спиртовое брожение — это процесс превращения углеводов, вызываемый дрожжами, некоторыми видами бактерий (Zymomonas mobilis, Sarcina ventriculi и др.) и отдельными представителями мукоровых грибов. Однако практическое значение имеет лишь спиртное брожение, осуществляемое дрожжами.

Дрожжи встречаются на поверхности растений, плодов, ягод, зерна, в воздухе, почве. Это одноклеточные, неподвижные организмы диаметром 8—15 мкм (для сравнения: диаметр бактериальной клетки 0,5—0,7 мкм). Клетки дрожжей округлой, овальной или несколько удлиненной формы, содержат хорошо заметное под микроскопом ядро. В них встречаются различные включения: капли жира и волютина, сильно преломляющие свет; гликоген.

Дрожжи обычно размножаются бесполым путем: почкованием (Saccharomyces и др.), реже — делением (Schizosaccharomyces), но способны и к спорообразованию. Споры могут формироваться как без предварительного слияния двух клеток, так и после полового процесса, т. е. в результате слияния содержимого двух клеток. В первом случае сумки со спорами возникают непосредственно из вегетативных клеток, во втором — из образовавшейся зиготы развивается сумка, в которой формируется от 4 до 12 спор (число спор обычно кратно 4). Однако образование спор у дрожжей наблюдается редко. Их появлению способствует резкий переход культуры с богатого питательного субстрата на бедный и хорошая аэрация.

Дрожжи сбраживают углеводы (моно- и дисахариды) с образованием этилового спирта по схеме:

С6Н12О6 = 2СН3СН2ОН + 2СО2

Источником азота служат пептоны, аминокислоты и аммонийные соли. Дрожжи дезаминируют аминокислоты, потребляя освобождающийся при этом азот. Образующиеся в процессе реакции высокомолекулярные спирты составляют главную часть сивушных масел. Дрожжи лучше развиваются при рН 4—6, устойчивы к высоким концентрациям сахара (до 70%) и спирта (до 14%).

Спиртовое брожение лежит в основе виноделия, пивоварения. В хлебопекарной промышленности дрожжи выполняют роль биологических разрыхлителей теста: при брожении и дыхании образуется диоксид углерода СО2, благодаря чему увеличиваются объем теста при выпечке и пористость хлеба. Большинство видов культурных дрожжей, используемых в бродильных производствах, принадлежит к роду Saccharomyces.

В пивоварении главное внимание обращают на полноту сбраживания мальтозы. В виноделии ценными оказываются побочные продукты, создающие «букет» вина.

Постановка опыта. Для изучения спиртового брожения используют синтетическую среду следующего состава (в объемных процентах): сахароза — 15,0; пептон — 0,5; КН2РО4 — 0,3: MgSO4 - 0,1.

Опыт ставят в нестерильных условиях, однако благодаря созданию элективных условий — учету избирательных потребностей возбудителей спиртового брожения в среде будут развиваться преимущественно дрожжи. При этом жизнедеятельность других групп микроорганизмов будет подавлена.

100 мл среды наливают в колбу Эрленмейера или плоскодонную колбу на 250—300 мл и вносят туда около 0,5 г прессованных или шепотку сухих дрожжей. Колбу закрывают каучуковой пробкой, в которую вставлен затвор Мейссля с резиновым клапаном Бунзена (рис. 15). В состав затвора Мейссля входят три стеклянные детали: внутренняя стеклянная трубка (1), один конец которой входит в колбу, а другой — во внутренний стеклянный резервуар (2), имеющий внизу отверстия, соединяющие его с внешним (основным) резервуаром (3), который имеет выход вверх и вниз. Выход вверх закрыт толстостенной резиновой трубкой с небольшим продольным разрезом (клапан Бунзена). Верхний конец резиновой трубки закрыт стеклянной бусиной. Затвор легко пропускает выделяющийся при брожении диоксид углерода (СО2), но испаряющаяся при инкубации в термостате влага, проходя через слой концентрированной серной кислоты (H2SO4), налитой в затвор, поглощается ею.

 
 
Рисунок 15 - Колба с затвором Мейссля для изучения спиртового брожения    

 


Клапан также пропускает выделяющийся из колбы СО2, но не дает возможности наружному воздуху проникать в колбу.

Колбу взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г и ставят в термостат при 25 °С.

К условиям, способствующим преимущественному развитию дрожжей по сравнению с другими микроорганизмами, относятся: высокая концентрация сахара, слегка кислая реакция среды (за счет КН2РО4), анаэробные условия, накопление значительного количества спирта. Сумма этих факторов делает среду элективной для дрожжей.

 

Определение СО2. Диоксид углерода, образующийся при брожении, определяют по разности массы колбы при постановке опыта и после его окончания. Завершение процесса брожения устанавливают по прекращению газообразования. Брожение обычно продолжается 2—3 дня. Несмотря на то, что колбу взвешивают только на технических весах, учет СО2 получается достаточно точным, так как в процессе брожения его выделяется много. Почти 50% сброженного сахара превращается в диоксид углерода:

В опыте среда содержит 15 г сахара (см. Постановка опыта). При этом может выделиться 7—7,5 г СО2. Расчет количества образовавшегося спирта и сброженного сахара проводят, исходя из массы выделившегося диоксида углерода в соответствии с уравнением спиртового брожения.

 

Пример расчета. В процессе брожения образовалось 6 г СО2. Находим массы выделившегося спирта (х) и сброженного сахара (у):

 

 

Определение интенсивности брожения. Под интенсивностью брожения понимают отношение массы сброженного за определенный промежуток времени сахара к исходному его количеству в процентах.

 

Пример расчета. Если бы за время инкубации подверглись брожению все 15 г сахара, то интенсивность брожения составила бы 100%. В результате же опыта было сброжено 12,3 г сахара:

15 г сахара соответствуют 100% интенсивности брожения

12,3 г сахара х интенсивности брожения

 

 

Микроскопировоние дрожжей. Познакомиться с морфологией дрожжей можно при исследовании препарата, приготовленного из бродящей жидкости. Для этого ее каплю стеклянной палочкой наносят на предметное стекло, накрывают покровным стеклом и после нанесения капли кедрового масла микроскопируют с иммерсионной системой объектива. При микроскопировании препарата в раздавленной капле конденсор следует немного опустить. На препарате надо найти клетки в стадии почкования и зарисовать их — это Saccharomyces cerevisiae (см. рис. 7, а).

 

Определение этилового спирта. После взвешивания бродильных колб и определения СО2 культуральную жидкость переносят в плоскодонную круглую колбу на 700—800 мл для отгонки этилового спирта.

Колбу соединяют с обратным холодильником, устанавливают на асбестовой сетке над газовой горелкой и начинают нагревать. Жидкость закипает. Спирт улетучивается вместе с парами воды и, охлаждаясь в холодильнике, каплями стекает в приемную колбу.

При анализе интересно получить несколько последовательных порций отгона. Для этого ставят 3—4 приемные колбы и в каждую набирают примерно 10—15 мл отгона. Пробы из разных порций наносят на фарфоровую пластину и поджигают. Первые порции отгона горят интенсивнее, так как они содержат больше спирта, чем последующие. Первые 2— 3 фракции используют для проведения качественных реакций на этиловый спирт.

Одна из качественных реакций на этиловый спирт основана на том, что он с кристаллическим иодом в щелочной среде при нагревании до 60—70 °С образует йодоформ (СHI3).

Берут в пробирку 3—5 мл отгона, прибавляют столько же 20%-ного раствора Na2CO3 и около 0,1 г кристаллического иода в порошке. Смесь взбалтывают, нагревают на водяной бане при 60—70 °С до полного растворения иода и его обесцвечивания. При охлаждении раствора в осадок выпадают мелкие светло-желтые кристаллы йодоформа, имеющего характерный резкий запах. Процесс проходит по следующей схеме:

 

СН3СН2ОН + I2 = СH3СНО + 2HI

СН3СНО + 3I2 = CI3CHO + ЗНI

CI3CHO + NaOH = CHI3 + HCOONa

 

Из летучих органических соединений положительную иодоформную пробу дают уксусный альдегид и ацетон. В их отсутствии в отгоне убеждаются при помощи фуксинсернистой кислоты или аммиачного раствора серебра. При наличии альдегидов фуксинсернистая кислота краснеет, а аммиачный раствор серебра чернеет вследствие выпадения металлического серебра в осадок.

Другая качественная реакция на спирт осуществляется с помощью бихромата калия. К 5 мл отгона прибавляют несколько капель 10%-ного раствора H2SO4 и небольшой кристалл К2Сг2O7. При слабом нагревании образуется уксусный альдегид, температура кипения которого 21 °С. Для его обнаружения отверстие пробирки покрывают фильтровальной бумагой, смоченной аммиачным раствором нитрата серебра. Приобразовании уксусного альдегида, а значит, и при наличии спирта, бумага чернеет.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Брожение | Молочнокислое брожение
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 3356; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.011 сек.