Превращение соединений углерода микроорганизмами

 

Вопросы лекции:

1. Общая характеристика процессов брожения.

2. Основные типы брожения.

3. Аэробное окисление клетчатки.

4. Неполное окисление и соокисление органических веществ.

 

Общая характеристика процессов брожения

 

Брожение – это чисто микробиологический термин. Он характеризует энергетическую сторону способа существования нескольких групп бактерий, при котором они осуществляют в анаэробных условиях окислительно-восстановительные превращения органических соединений, сопровождающиеся выходом энергии, которую эти организмы используют. Т.к. брожение происходит без участия кислорода, все превращения субстрата происходят за счет его «внутренних» возможностей. И в процессе брожения происходит расщепление углеродного скелета молекулы субстрата. 

Круг органических соединений, которые могут сбраживаться широк. Это углеводы, спирты, органические кислоты, аминокислоты и т.д. Продуктами брожения являются различные органические кислоты (молочная, масляная, уксусная), спирты (этиловый, бутиловый), ацетон, углекислый газ, водород. В процессе брожения всегда образуется несколько продуктов. 

В зависимости от того, какой продукт накапливается в среде, различают следующие типы брожения: молочнокислое, спиртовое, маслянокислое, пропионовокислое и другие виды брожений.

В каждом виде брожения можно выделить две стороны: окислительную и восстановительную. Процессы окисления сводятся к отрыву электронов от определенных метаболитов с помощью специфических ферментов (дегидрогеназ) и акцептированию их другими молекулами, образующимися из сбраживаемого субстрата, т.е. в процессе брожения происходит окисление анаэробного типа.

 

Основные типы брожения

 

Молочнокислое брожение

При молочнокислом брожении происходит распад глюкозы до молочной кислоты, посредством молочнокислых бактерий. Все они делятся на 2 группы:

1. гомоферментативные (типичные) – например, стрептококк молочный, сливочный стрептококк, огуречная палочка и т.д. Они вызывают простое брожение, при котором из глюкозы образуется только молочная кислота, с малым количеством побочных продуктов. 

2. гетероферментативные (нетипичные) – например, кишечная палочка. Они вызывают более сложное брожение, при котором наряду с молочной кислотой образуются уксусная кислота, этиловый спирт, водород.

Молочнокислое брожение широко используется в пищевом производстве при получении кисломолочных продуктов, в квашении овощей, силосовании кормов. Но кроме пользы приносит и вред, нередко являясь причиной порчи сырья и готовой продукции.

Спиртовое брожение

Вызывается дрожжевыми грибами, разлагающими сахара ферментом зимазой с образованием этилового спирта и углекислоты. Дрожжи широко распространены в природе, они живут на цветах, листьях и стеблях растений, особенно в большом количестве на плодах. Культурные дрожжи используются в хлебопечении, при производстве кефира, кваса. Вся промышленность по изготовлению этилового спирта, различных вин, пива основана на деятельности дрожжей. 

Маслянокислое брожение

Это сложный процесс образования масляной кислоты, диоксида углерода, водорода с выделением энергии. Возбудители относятся к роду клостридиум и широко распространены в природе. Образуемая масляная кислота в виде эфиров используется в парфюмерной и кондитерской промышленности. Маслянокислое брожение нередко является причиной прогоркания семян подсолнечника, сои, прогоркание растительных масел и жиров животного происхождения. При накапливании в силосе масляной кислоты в количестве 0,3—0,4 % он плохо поедается животными. Маслянокислые микробы участвуют в самосогревании влажного зерна, сена.

Пропионовокислое брожение

При данном брожении происходит процесс превращения бактериями сахара, молочной кислоты и ее солей в пропионовую кислоту. Возбудители - пропионовокислые бактерии, играющие важную роль при созревании сыров, выпечке хлеба.

Ацетонобутиловое брожение

Превращение углеводов бактериями вида клостридиум ацетонобутилиум с образованием ацетона, бутилового спирта, масляной, уксусной кислоты, водорода и углекислого газа. Данные бактерии используются в промышленном производстве ацетона и бутилового спирта.

Образование уксусной кислоты  

Этомикробиологический процесс окисления этилового спирта в уксусную кислоту. Природу его впервые установил Л. Пастер, доказав ведущую роль в нем бактерий. Последние широко распространены в природе, их обнаруживают в почве, воздухе, на растениях, в жилых помещениях и на животноводческих фермах. Род уксуснокислых бактерий – Acetobacter - состоит из 11 видов, среди них главной является - уксусная палочка. В промышленности уксус получают с использованием этих бактерий путем размножения их на буковых опилках, обильно увлажненных раствором этилового спирта. Уксуснокислое брожение имеет важное практическое значение при силосовании кормов.

Брожение пектиновых веществ

Разрушение отмерших растений происходит при активном участии микроорганизмов, вызывающих брожение пектиновых межклеточных веществ, связывающих растительные клетки. При нагревании пектиновые вещества приобретают студневидную консистенцию. Возбудители этого брожения- Clostridium pectinovorum - спорообразующие подвижные крупные палочки. Большое практическое значение пектиновокислое брожение имеет при мочке волокнистых растений (льна, конопли).