Использование энергии микроорганизмами.

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 21Следующая ⇒

Освобождаемая в процессах дыхания и брожения свободная энергия не может быть непосредственно использована клеткой. Энергия должна быть преобразована в биологически полезную форму - химическую энергию макроэргических фосфатных связей, фосфороорганических соединений, главным из которых является АТФ. Только часть энергии окисления органических веществ резервируется в АТФ - откуда ее получает клетка по мере надобности. АТФ - "аккумулятор" энергии клетки. Значительное количество энергии в виде тепла рассеивается в окружающей среде.

У аэробов в процессе дыхания при полном окислении одного моля глюкозы синтезируется максимальное число молей АТФ (38 молей всего), т.е. резервируется 1,6х10⁶ Дж. Следовательно, аэробами с пользой расходуется около 50% энергии (от потенциального запаса 2,87х10⁶ Дж) и около 50% теряется в виде тепла (идут процессы самосогревания).

ТЕМА 9. ОСНОВНЫЕ БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,

ВЫЗЫВАЕМЫЕ МИКРООРГАНИЗМАМИ, И ИХ ЗНАЧЕНИЕ В ПРИРОДЕ И ПРАКТИКЕ

9.1 Спиртовое брожение.

Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи-сахаромицеты. Спиртовое брожение для дрожжей является способом получения энергии в анаэробных условиях. Химизм процесса в общих чертах заключается в том, что получающаяся в ходе гликолиза пировиноградная кислота при участии фермента пируватдекарбок-силазы декарбоксилируется (отщепляется С02) и образуется уксусный альдегид

2СН₃СОСООН -» 2СН₃СНО + 2С0₂

С02 является одним из конечных продуктов спиртового брожения. Уксусный альдегид играет роль конечного акцептора водорода. Он при участии фермента ал-когольдегидрогеназы восстанавливается в этиловый спирт, а НАД Н2 регенерируется (окисляется) в НАД.

2СН₃СНО + 2НАД Н₂ -» 2СН₃СН₂ОН + 2НАД

Реакция восстановления уксусного альдегида в этиловый спирт является завершающим этапом спиртового брожения.

Наряду с основным продуктом (этиловым спиртом) в небольшом количестве образуются побочные продукты - глицерин, уксусный альдегид, сивушные масла (смесь высокомолекулярных спиртов) и др. Глицерин образуется в начальном периоде брожения, когда еще нет уксусного альдегида, но образовавшийся фосфогли-цериновый альдегид восстанавливается в фосфоглинерин, а затем превращается в глицерин. По мере накопления уксусного альдегида он становится конечным акцептором и восстанавливается в этиловый спирт. Если в процессе брожения ввести в среду бисульфит (или сульфит) натрия, связывающий уксусный альдегид, то можно увеличить выход глицерина.

2С6Н1206 + Н20 = 2С3Н5(ОН)3 + С2Н5ОН + СН3СООН + 2СО₂

Общие условия спиртового брожения.

Концентрация сахара-10-15%.

Наличие азотистого питания (аммонийные соли, аминокислоты и др.). рН 4-5. В щелочной среде повышается выход глицерина, t = 28-30°С.

Верховые дрожжи - ведут процесс при t = 25-28°C. Образуется пена, дрожжи выносятся наверх, а в конце оседают на дно (производство спирта, хлебопечение).

Низовые дрожжи - ведут процесс при t = 5-10°С, пена незначительная, дрожжи оседают на дно в процессе брожения (пивоварение, виноделие).

В производстве спирта используют спиртоустойчивые расы дрожжей (до 18-20% спирта). В хлебопечении используют прессованные, сухие, а также жидкие дрожжи. Хлебопекарные дрожжи должны обладать мальтазной активностью и образовывать большое количество С0₂.

В производстве этилового спирта для пищевых целей используют крахмалистое сырье (картофель, зерно, отходы крахмало-паточного и сахарного производства -меласса, сахарная свекла). Из крахмалсодержащего сырья путем разваривания готовят затор, который подвергают осахариванию. Источником осахаривающих ферментов (амилаз) служат ячменный солод или грибная амилаза, полученная из грибов рода Aspergillus.

В зерновом и грибном солоде кроме амилаз содержатся протеолитические ферменты, вызывающие частичное превращение белков затора в растворимые азотосо-держащие вещества. В результате получается жидкий сахаристый субстрат - сусло.

Для получения технического спирта используют гидролизаты древесины и другие отходы целлюлозно-бумажной промышленности. В настоящее время технический спирт получают также синтетическим путем - из побочных продуктов переработки нефти (этилена).

В производстве пива основным сырьем является ячменный солод. Из солода, воды и хмеля готовят пивное сусло, сусло подвергают брожению специальными видами (расами) пивных дрожжей. Это хлопьевидные дрожжи низового брожения.

В производстве вин исходным материалом служит виноградный и плодово-ягодные соки. Соки сульфитируют (обрабатывают SO₂), а затем подвергают брожению. Применяются специальные расы дрожжей для получения разных сортов вин.

Молочнокислое брожение.

Это есть превращение сахара молочнокислыми бактериями с образованием молочной кислоты. По характеру брожения различают две группы молочнокислых бактерий: гомоферментативные и гетероферментативные.

Гомоферментативные бактерии.

Streptococcus lactis - мезофилы (t= 30-35°C). Образуют до 1% кислоты, минимальная t=10°C. Максимальная - 40°С. Бактерии соединены попарно или представляют короткие палочки.

Streptococcus cremoris (сливочный стрептококк). Максимальная t=36-38°C, минимальная - 10°С, оптимальная - 25°С.

Lactobaclilus acidophilus (ацидофильная палочка). Оптимальная t= 37-40°C, минимальная - 20°С, образуют до 2,2% кислоты. Обеспечивает тягучесть продуктов.

Lactobacillus buigaricus - крупные палочки, образующие длинные цепочки. Не сбраживают сахарозу. Оптимальная t= 40-45°C, минимальная t= 15-20°C, образуют 2,5-3,5% кислоты. Эти бактерии содержатся в южных продуктах: айран, йогурт и т. д.

Lactobacillus delbrueckii (зерновая термофильная палочка). Не сбраживает лактозу, в молоке не развивается. Оптимальная t= 45-50°C, минимальная t = 20°C, образует до 2,5% кислоты. Применяются в производстве молочной кислоты из зерновых отходов, в хлебопечении.

Lactobacillus plantarum. (Молочнокислая палочка). Встречаются попарно или в виде цепочки. Оптимальная t = 30°C, образует до 1,3% кислоты. Основной возбудитель брожения при квашении овощей, плодов и силосовании кормов.

При гомоферментативном процессе образуется при сбраживании Сахаров до 85-90% молочной кислоты, почти нет побочных продуктов

С₆Н₁₂0₆ = 2СН₃СНОНСООН + О

Химизм заключается в том, что образующаяся в процессе гликолиза пировиноградная кислота при участии фермента лактикодегидрогеназы восстанавливается до молочной кислоты, почти нет побочных продутов.

СНзСОСООН + НАДН₂ СНзСНОНСО+ Q

Гетероферментативные бактерии.

Lactobacillus brevis (капустная палочка), оптимальная t = 20-25°С. При сбраживании Сахаров образует, кроме молочной, уксусную кислоту, этиловый спирт, С0₂. Химизм при гетероферментативном процессе определяется своеобразием комплекса ферментов, отличающегося от группы гомоферментативных бактерий. При отсутствии у них фермента альдолазы в начальной стадии превращений глюкозы после фосфорилирования гексоза окисляется (отщепляется водород), декарбокси-лируется (отщепляется С0₂). Фосфоглицериновый альдегид превращается в пиро-виноградную кислоту, как у гомоферментативных бактерий, которая затем превращается в молочную кислоту. Ацетилфосфат дефосфорилируется и превращается в уксусную кислоту или восстанавливается (через уксусный альдегид) в этиловый спирт (пентозофосфатный путь).

Leuconostoc mesentenoides, Bifidobacterium - целая группа кишечных бактерий, образующих молочную кислоту и другие вещества при сбраживании разных Сахаров.

Маслянокислое брожение.

Это сложный процесс превращения Сахаров в анаэробных условиях в масляную кислоту.

С₆Н₁₂0₆ = СН₃СН₂СН₂СООН + 2С0₂ + 2Н₂ +Q

Кроме основных продуктов при брожении образуются побочные продукты ацетон, этиловый, бутиловый спирты, уксусная кислота.

Химизм маслянокислого брожения - это гликолиз до стадии образования пиро-виноградной кислоты. Пировиноградная кислота расщепляется до ацетилкоэнзима А (СН₃СОКоА), СО₂ и Н₂. Две молекулы коэнзима конденсируются и через ряд превращений образуется масляная кислота.

Возбудители Clostndium butyncum - строгие анаэробы Способны сбраживать не только сахара, но и расщепляют крахмал, пектиновые вещества и т. д. Они широко распространены в природе - почве, на дне водоемов (в иле), в навозе, а также на плодоовощном сырье и в пищевых продуктах. В народном хозяйстве приносят значительный ущерб, вызывая порчу консервов (бомбаж), прогоркание молока, молочных продуктов, низкокислотных консервированных плодоовощных продуктов - компотов, соков, вспучивание сыров и т д

Пропионовокислое брожение.

Propiombacterium - Грам+, неподвижные, спор не образуют, форма палочковидная, встречаются раздвоенные, изогнутые и даже слегка разветвленные структуры. Микроаэрофилы. Сбраживают сахара, спирты, кислоты.

ЗС₆Н₁₂0₆ = 4СН₃СН₂СООН + 2СН₃СООН + 2С0₂ + 2Н₂О 2СН₃СНОНСООН = 2СН₃СН₂СООН + СН₃СООН + С0₂ + Н₂0

Участвуют в созревании сыров, присутствуют в пищевом тракте животных, образуют витамин В₁₂.

Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 381; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!