Шпаргалка по "Биотехнологии"

 

27. Маслянокисллое брожение.Химизм. возбудители.

Маслянокислое брожение — биохимический процесс, тип брожения, характеризующийся анаэробным окислением сахара под действием маслянокислых бактерий с образованием масляной кислоты CH₃CH₂CH₂COOH, углекислого газа CO₂ и водорода H₂. 
Суммарная реакция данного типа маслянокислого брожения от глюкозы C₆H₁₂O₆ до масляной кислоты:

C₆H₁₂O₆ → CH₃CH₂CH₂COOH + 2CO₂↑ + 2H₂ + 20 ккал

В качестве побочных продуктов при  этом получаются этиловый и бутиловый спирты, уксусная кислота и др.

Маслянокислое брожение вызывают маслянокислые  бактерии. Эти бактерии способны сбраживать простые сахара, сложные углеводы (крахмал), пектиновые вещества и другие, а также глицерин. Маслянокислые  бактерии широко распространены в природе, находясь в почве, в иле озер, прудов и болот, в скоплениях различных остатков и отбросов, навозе, загрязненной воде, молоке, сыре и т. д. Вызываемое этими бактериями брожение имеет важное значение в превращениях веществ в природе. Важное значение — разложение мертвых тел живых организмов^[1]. Масляная кислота обладает специфическим запахом, привлекающим детритофагов (падальщиков). Масляная кислота является летучей жидкостью с очень неприятным запахом. Возбудители маслянокислого брожения широко распространены в природе и относятся к роду Clostridium (в дальнейшем Cl.), семейству Bacillaceace. Клетки грамположительные, палочковидные, форма клетки может изменяться в зависимости от условий среды. В молодом возрасте подвижны, имеют перитрихиальное жгутикование. Образует споры, диаметр которых бывает больше толщины клетки. Маслянокислые бактерии являются облигатными анаэробами, однако существуют все переходные формы: от строгих анаэробов до почти аэротолерантных. Оптимальная температура роста 30…40 °C, но есть термофильные виды с оптимальной температурой 60…75 °C

Клостридии растут при  нейтральной или щелочной реакции  среды, поэтому нежелательный рост маслянокислых бактерий, например, в квашеной капусте, силосе, фруктовых  консервах, сырых колбасах, можно  полностью подавить, если продукт  подкислить. Клетки клостридий образуют специфическое запасное вещество —  гранулезу (крахмалоподобный полисахарид, окрашиваемый йодом в синеватый  или коричневато-фиолетовый цвет) в  виде гранул.

Прототипом брожения, осуществляемого  клостридиями, можно считать сбраживание  глюкозы c образованием масляной и уксусной кислот, бутанола, этанола, ацетона, СО2 и Н2. Выход продуктов варьируется  в зависимости от условий брожения.

Для получения масляной кислоты  в промышленном масштабе используют крахмалосодержащее сырье: картофель, зерновые и др. Крахмал гидролизуется 0,4…0,5 %-ной серной кислотой. После нейтрализации среды известью и добавления азотсодержащих веществ в питательную среду вносят маслянокислые бактерии.

Практическое значение

Данный тип брожение применяется  в промышленности для получения  масляной кислоты (продуцент Clostridium butyricum). Сама масляная кислота обладает резким и неприятным запахом прогорклого масла, однако её эфиры отличаются приятным ароматом: метиловый эфир имеет яблочный запах, этиловый — грушевый, амиловый — ананасный. Эфиры масляной кислоты используют в кондитерской, безалкогольной и парфюмерной промышленности. Масляная кислота используется при мочке льна.

В то же время, маслянокислое брожение может принести вред, так как маслянокислые бактерии способны вызывать массовую гибель картофеля и овощей, прогоркание молока и вспучивание сыров, порчу консервов, порчу силоса и пр.

 

28. Брожение пектиновых веществ.

Пектиновые  вещества содержатся в растениях и играют важную роль в строении растительных тканей. Эти вещества образуют межклеточные пластинки и склеивают между собой растительные клетки, объединяя их в единое целое в ткань. Пектиновыми веществами богаты мякоть плодов, ягод, корнеплодов, листья растений и т. д. Особенно много их в яблоках и других плодах, которые используют для получения желеобразной массы, широко применяемой в кондитерском производстве (при изготовлении мармелада, пастилы и др.). Эти вещества состоят из пектиновых кислот и углеводов. Вводе они не растворяются. Однако при кипячении пектиновые вещества из нерастворимой формы (протопектина) переходят в растворимую (пектин), вследствие чего связь между клетками ослабляется или разрушается полностью. Этим объясняется размягчение растительных продуктов после продолжительного кипячения.

Под действием бактерий пектиновые вещества подвергаются брожению, близкому к маслянокислому, в результате которого они разлагаются на более  простые вещества с образованием масляной и уксусной кислот, этилового  спирта, углекислого газа, водорода и др.

Брожение приводит к разрушению связи между клетками и распаду растительных тканей. Возбудителями брожения являются подвижные, спорообразующие бактерии, относящиеся к факультативным анаэробам.

Брожение  пектиновых веществ имеет большое значение в природе, так как приводит к разрушению различных растительных материалов. Оно постоянно протекает в почве и воде, содержащей растительные остатки.

Пектиновое брожение используют при водяной мочке льна и других волокнистых растений.

 

29. брожение клетчатки

Клетчатка (целлюлоза) является главной составной частью растительных тканей. Она представляет собой сложный полисахарид, обладающий большой химической устойчивостью. Однако некоторые бактерии и грибы выделяют ферменты, разрушающие клетчатку. Разложение клетчатки постоянно происходит в природе и может протекать как в анаэробных, так и в аэробных условиях. Брожение целлюлозы заключается в разрушении клетчатки в анаэробных условиях с образованием масляной и уксусной кислот, углекислого газа, водорода или метана. Сущность брожения клетчатки вскрыта в 1902 г. Омелянским, который выделил две разновидности бактерий, разрушающих клетчатку: одна из них вызывает брожение целлюлозы с образованием преимущественно водорода (водородное брожение), а другая - метана (метановое брожение).

Бактерии Омелянского  представляют собой спорообразующие  анаэробные палочки, имеющие оптимальную  температуру развития около 30°С; они  широко распространены в природе.

Брожение  клетчатки вызывают также некоторые термофильные бактерии. Они образуют споры и являются факультативными анаэробами, хорошо развивающимися при температуре 60-65°С.

Брожение  клетчатки находит использование в технике при получении горючих газов, а также уксусной и муравьиной кислот из опилок, соломы и других растительных материалов, богатых целлюлозой.

Аэробное  разрушение клетчатки происходит под действием различных микроорганизмов - грибов и аэробных бактерий. К их числу относятся многие грибы из родов пенициллиум, аспергиллус, ботритис, кладоспориум и других, а также актиномицеты и миксобактерии.Аэробное разрушение клетчатки имеет огромное значение в процессах разложения различных растительных остатков и их минерализации в природе. В результате разложения клетчатки, а также других органических соединений, в почве под влиянием грибов и бактерий образуется гумус - темноокрашеные вещество, характеризующее черноземную почву.

 

 

30. Уксуснокислое брожение.химизм.возбудители.

Уксуснокислым брожением  называется окисление этилового спирта в уксусную кислоту под влиянием уксуснокислых бактерий.

Оно может быть выражено таким суммарным уравнением:

С2Н5ОН + О2 = СН3СООН + Н2О

Это брожение, как и спиртовое, известно с давних времен. Человек с давних пор наблюдал, что на поверхности вина или пива, оставленных в открытом сосуде, образуется сероватая пленка, а содержимое превращается в уксус. Микробиологическая природа этого процесса была впервые установлена в 1862 г. Пастером.

Возбудителями уксуснокислого брожения являются уксуснокислые бактерии, составляющие многочисленную группу палочковидных, бесспоровых, аэробных бактерий. Среди них встречаются подвижные и неподвижные формы. Различаются они также размерами клеток, разной устойчивостью к спирту и способностью накапливать больше или меньше уксусной кислоты.

Процесс уксусно-кислого  брожения протекает в два этапа. Сначала этиловый спирт окисляется до уксусного альдегида:  
 
C2H6O + О = Н2О + С2H4О (альдегид);  
 
а затем уксусный, альдегид в результате дальнейшего окисления превращается в уксусную кислоту:  
 
С2H4О + О = С2Н4O2 (уксусная кислота). 
 Вызывают процесс уксусного брожения уксуснокислые бактерии, они достаточно широко распространены в природе, встречаются на растениях, ягодах, фруктах, часто совместно с дрожжами в квашеных овощах, в почве, в меде, вине, пиве, на зерне и даже на пчелах. Оптимальная температура развития +20 ^о…+34 ^оС.  
 
Уксуснокислые бактерии представляют собой слабоподвижные или неподвижные бесспоровые палочки; отличаются высокой степенью устойчивости к кислотам, некоторые способны проявлять жизнедеятельность при содержании в среде до 7—11 % уксусной кислоты; нуждаются в питательных средах сложного состава.

 

32. Практическое использование уксуснокислого  брожения.

На уксуснокислом брожении основано промышленное получение уксуса для пищевых целей. До настоящего времени еще сохранился старинный «медленный» способ производства уксуса из вина. Подкисленное уксусом и разбавленное водой вино наливают в открытые чаны (бочки) и вносят кусочки пленки уксуснокислых бактерий A orleanense. Бактерии развиваются на поверхности вина, окисляют спирт, и вино превращается в уксус. Процесс идет очень медленно. Готовый уксус частично сливают из-под пленки и добавляют новую порцию вина. Так одну и ту же пленку используют длительное время.

В промышленности для производства уксуса обычно применяют быстрый  способ.

Окисление других спиртов  и сахара уксуснокислыми бактериями. Уксуснокислые бактерии могут окислять не только этиловый, но и другие одноатомные  спирты, например пропиловый в пропионовую  кислоту, бутиловый — в масляную. Метиловый спирт и высшие одноатомные  спирты эти бактерии не окисляют.

Некоторые уксуснокислые  бактерии окисляют до соотве¬ствующих  кислот сахара альдозы, например глюкозу  в глюко-новую кислоту:

2СН2ОН (СНОН)4 СНО О2 -> 2СН2ОН (СНОН)4СООН

Превращение глюкозы в  глюконовую кислоту известно как  глюконовокислое брожение.

Глюконовая кислота применяется  в медицине и ветеринарии.

В качестве возбудителей этого  брожения используют уксуснокислые  бактерии, устойчивые к повышенному  содержанию глюкозы и глюконовой кислоты. Кроме уксуснокислых бактерий, глюконовую кислоту в глюкозосодержащих  субстратах образуют некоторые флуоресцирующие  бактерии (например, Ps. fluores-cens) и некоторые  плесневые грибы из родов Aspergillus и Реnicillium, которые также используются в промышленности

 

33.Лимонокислое  брожение.

При лимоннокислом  брожении сахар под воздействием грибов окисляется в лимонную кислоту. Эту кислоту раньше получали из сока цитрусовых – лимонов и апельсинов. В настоящее время ее производят в основном путем брожения. В качестве возбудителя лимоннокислого брожения применяется гриб асспергиллус нигер.

Сырьем для производства лимонной кислоты служит сахаросодержащий продукт - меласса. Мелассный раствор, включающий около 15% сахара и необходимые грибу питательные вещества, разливают в плоские открытые сосуды и засевают спорами гриба. Сосуды помещают в бродильные камеры, которые хорошо проветривают. Процесс брожения продолжается в течение 6-8 дней при температуре около 30°С.

По окончании  брожения мелассный раствор из-под  пленки гриба сливают, затем из него выделяют лимонную кислоту, которую подвергают последующей очистке и кристаллизации. Выход лимонной кислоты составляет 50-60% от количества израсходованного сахара.

В последнее время начинают применять новый метод получения лимонной кислоты. При этом гриб находится не на поверхности сбраживаемого субстрата, а внедряется своим мицелием в толщу субстрата, который энергично насыщают воздухом. Такой способ ускоряет процесс накопления лимонной кислоты в сбраживаемом субстрате. Данный тип брожения можно представить следующей суммарной формулой (глюкоза + кислород → лимонная кислота + вода + энергия):

2C₆H₁₂O₆ + 3O₂ → 2C₆H₈O₇ + 4H₂O + E 

Лимонная кислота  находит широкое практическое применение, она используется, например, при изготовлении кондитерских и кулинарных изделий, безалкогольных напитков и т. д.

 

34. Разложение жиров и жирных  кислот.

Различные физико-химические факторы, а также микроорганизмы, могут вызывать разложение и порчу жиров.

Начальной стадией  разрушения жиров является их гидролиз (омыление) на глицерин ижирные кислоты. Этот процесс легко происходит при высокой температуре под действием щелочей или кислот. Под влиянием ферментов (липаз) гирдолиз протекает при обычной температуре. Омыление жиров при воздействии ферментов происходит, например, во время переваривания жиров в пищеварительном тракте животных. Ферменты, разрушающие жиры, вырабатываются многими микроорганизмами.

Образовавшиеся  в результате гидролитического расщепления глицерин и жирные кислоты затем подвергаются дальнейшему разрушению. Наиболее легко разрушается глицерин, служащий для многих микроорганизмов источником углерода. Разрушение глицерина может происходить в аэробных и анаэробных условиях.

Жирные  кислоты менее подвержены разрушению, однако и они постепенно окисляются, преимущественно в аэробных условиях. Конечной стадией разрушения глицерина и жирных кислот является их минерализация, сопровождающаяся образованием углекислого газа и воды.

Наиболее активно  разлагают жиры некоторые пигментные и флуоресцирующие бактерии, микрококки и актиномицеты, а также плесневые  грибы, особенно оидиум лактис и многие виды из родов аспергиллус и пенициллиум.

Разложение жиров  микроорганизмами в почве и воде происходит постоянно, оно является составной частью общего круговорота веществ в природе.

Порча пищевых жиров  микробами нередко наносит большой  ущерб. Развитию в жирах микроорганизмов  способствует наличие в них воды и органических примесей. Поэтому чем меньше влаги содержится в жире и чем полнее он очищен от примесей, тем лучше сохраняется.

Естественные жиры и жирные масла растительного и животного  происхождения представляют собой  твёрдые и полутвёрдые (жиры) или  жидкие (масла) триглицериновые смеси. Животные жиры, кроме жиров морских животных и молочного жира, состоят из насыщенных высших жирных кислот: пальмитиновой и стеариновой, а растительные масла содержат ненасыщенные жирные кислоты: масляную, линолевую, линоленовую.