Биология и микробиология (стр. 24 )

Спонтанно (самопроизвольно) возникающее молочно-кислое брожение в пищевых продуктах приводит к их порче: прокисание, помутнение, ослизнение.

Пропионово-кислое брожение. Это превращение сахара или молочной кислоты и ее солей под действием ферментативной активности пропионово-кислых бактерий в пропионовую и уксусную кислоты с выделением углекислого газа и воды:

3С6Н12О6 ® 4СН3СН2СООН+ 2СН3СООН+ 2СО2 + 2Н2О+Q;

3 СН3СНОНСООН ® 2СН3СН2СООН+ СН3СООН+ СО2 + Н2О+Q

Некоторые пропионово-кислые бактерии могут образовывать, кроме того, муравьиную, янтарную и изовалериановую кислоты. При пропионово-кислом брожении превращение глюкозы до пировиноградной кислоты протекает также по гликолитическому пути. В дальнейшем пировиноградная кислота, претерпевая ряд превращений, восстанавливается в пропионовую. Пропионово-кислые бактерии относятся к актиномицетам. Это неподвижные, бесспоровые, грамположительные палочки, слегка изогнутые, факультативные анаэробы.

Пропионово-кислое брожение является одним из важных процессов при созревании сычужных сыров.

Пропионовая кислота и ее соли служат ингибиторами мицелиальных грибов и могут быть использованы для предотвращения плесневения пищевых продуктов. Некоторые виды пропионово-кислых бактерий применяют для получения витамина В12.

Слизевое (декстрановое) брожение. Вызывают слизеобразующие бактерии, которые по своим свойствам близки к молочно-кислым и способны образовывать вокруг клеточной стенки капсулу, состоящую из слизистых веществ (полисахариды, полипептиды). Процесс идет в несколько этапов:

С12Н22О11+ Н2О + ®С6Н12О6 +С6Н12О6.

сахароза глюкоза фруктоза

С6Н12О6. ®(С6Н10О5)n+Н2О

глюкоза декстран

С6Н12О6®2СН3СНОНСООН +СООН (СН2)2 СООН+ С2Н5ОН + СН3СООН+ Q

фруктоза

Сбраживание глюкозы протекает по гетероферментативному молочно-кислому брожению.

Слизеобразующие бактерии вызывают ослизнение овощей, фруктов, хлебобулочных изделий (картофельная болезнь), сахарных сиропов, различных слабоалкогольных напитков и вина. Промышленного значения это брожение не имеет.

Масляно-кислое брожение. Этот процесс представляет собой превращение сахара масляно-кислыми бактериями в анаэробных условиях с образованием масляной кислоты, углекислого газа и водорода:

С6Н12О6. ®СН3СН2СН2СООН + 2 СО2 +2Н2 + Q

В качестве побочных продуктов могут накапливаться бутиловый спирт, ацетон, этиловый спирт, уксусная кислота.

При масляно-кислом брожении сахар претерпевает те же превращения, что и при спиртовом и гомоферментативном молочно-кислом брожениях, вплоть до образования пировиноградной кислоты. Пировиноградная кислота подвергается декарбоксилированию и при участии кофермента А расщепляется до ацетилКоА, СО2, Н2. Две молекулы образовавшегося двууглеродного соединения конденсируются при участии фермента карболигазы. Из синтезированного четырехуглеродного соединения в сложном цикле последоваельных превращений образуется масляная кислота:

СН3СОСООН®СН3СНО + СО2;

СН3СНО+ СН3СНО® СН3СН2СН2СООН

Масляно-кислые бактерии представляют собой подвижные, крупные спорообразующие грамположительные палочки, строгие анаэробы.

В природе это брожение имеет положительное значение как звено в цепи многообразных превращений органических веществ. В пищевом производстве часто приносит значительный ущерб, так как может вызвать порчу картофеля и овощей, вспучивание сыров, порчу консервов (бомбаж), прогоркание молока, масла, увлажненной муки и т. д. Могут вызывать порчу квашеных овощей при замедленном молочно-кислом брожении, образующаяся при этом масляная кислота придает продуктам острый прогорклый вкус и резкий неприятный запах.

Масляно-кислое брожение применяют для производства масляной кислоты, которая представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с неприятным резким запахом, а эфиры масляной кислоты отличаются приятным ароматом, как, например: метиловый эфир имеет яблочный запах, этиловый - грушевый, амиловый – ананасовый. Их используют как ароматические вещества в кондитерской, парфюмерной промышленности и при изготовлении фруктовых напитков.

Брожение пектиновых веществ. В тканях растений, овощей и фруктов пектины входят в состав клеточных стенок и срединных пластинок между отдельными клетками в виде труднорастворимого протопектина. Под действием пектолитических ферментов микроорганизмов, развивающихся в растительном пищевом сырье, протопектин превращатся в растворимый пектин. Пектин разлагается с образованием галактуроновых кислот, углеводов (ксилозы, галактозы, арабинозы), метилового спирта и других веществ. Сахара сбраживаются бактериями по типу масляно-кислого брожения с образованием уксусной и масляной кислот, СО2 и Н2 . Все эти процессы приводят к мацерации (распаду) пораженных объектов и другим видам повреждений. Разложение пектиновых веществ может быть выражено следующей схемой:

С46Н68О40 + nН2О® СНО (СНОН)4СООН + С6Н12О6 + С5Н10О5

Пектин галактуроновая к-та галактоза ксилоза

+ С5Н10О5 + СН3ОН +СН3СООН

арабиноза

С6Н12О6® СН3СН2СН2СООН + СН3СООН +СО2 +Н2+ Q

С5Н10О5® СН3СН2СН2СООН + СН3СООН +СО2 +Н2О+ Q

Продукты распада пектиновой кислоты (галактоза, арабиноза и др.) подвергаются сбраживанию или окислению разнообразными микроорганизмами. При анаэробных условиях они сбраживаются масляно-кислыми бактериями, относящимися к роду клостридий. Пектиновое брожение наблюдается при мочке лубоволокнистых растений - льна, конопли, кенафа, джута, канатника и др. Для освобождения волокон клетчатки необходимо разложение пектина, что и происходит под действием пектиноразлагающих ферментов анаэробных бактерий.

Брожение клетчатки. Клетчатка (целлюлоза) является основным веществом клеточных стенок растений. Брожение клетчатки состоит из разложения ее в анаэробных условиях палочковидными споробразуюищими бактериями рода клостридий. Они гидролизуют клетчатку до глюкозы в результате активности ферментов целлюлазы (до целлобиозы) и целлобиазы (до глюкозы) (см. уравнение 1-ниже). Глюкозу они сбраживают с образованием уксусной, масляной, молочной, муравьиной кислот, этилового спирта, СО2 и Н2 (уравнение 2 ниже):

(С6Н10О5)n + nН2О ®С12Н22О11 ® С6Н12О6;

С6Н12О6® СН3СООН +СН3СН2СН2СООН+ СН3СНОНСООН + С2Н5ОН +НСООН +СО2+ Q

Среди этих бактерий есть мезофилы и термофилы, которые накапливают различные органические кислоты.

Окислительные брожения. Окислительное брожение - это процесс окисления органических веществ (спиртов, углеводов) под действием ферментативной активности микроорганизмов не до конечных продуктов, как при дыхании, а до органических кислот и спиртов, как при брожении.

Уксусно - кислое брожение. Это процесс окисления этилового спирта под действием ферментов уксусно - кислых бактерий до уксусной кислоты и воды. Окисление этилового спирта протекает в две стадии - сначала образуется уксусный альдегид, который далее окисляется до уксусной кислоты:

2С2Н5ОН +О2® 2 СН3СНО + 2Н2О;

2СН3СНО+О2® 2 СН3СООН

Уксусно-кислые бактерии - бесспоровые палочки, грамотрицательные, строгие аэробы. Среди них есть подвижные и неподвижные формы. Уксусно-кислые бактерии относят к двум родам бактерий: Глюконобактер (Gluconobacter) и Ацетобактер ( Acetobacter). Ацетобактер – перитрихи, способные окислять уксусную кислоту до СО2 и Н2О (переокисление).

Уксусно-кислым бактериям свойственна изменчивость формы клеток, в неблагоприятных условиях могут образовывать толстые длинные нити, иногда раздутые уродливые клетки.

Уксусно-кислое брожение лежит в основе получения уксуса для пищевых целей. Исходным сырьем может служить спиртовый раствор, разбавленное подкисленное плодово-ягодное или виноградное вино.

Лимонно-кислое брожение. Это процесс неполного окисления углеводов ферментативной активностью мицелиальных грибов с образованием органических кислот (лимонной, щавелевой и др.). Окисление глюкозы в лимонную кислоту можно представить следующим суммарным уравнением:

2С6Н12О6+3О2® 2С6Н8О7 +4 Н2О

Химизм протекает по гликолитическому пути до образования пировиноградной кислоты. Пировинограданая кислота через ацетил-coA включается в цикл Кребса (цикл ди - и трикарбоновых кислот), в котором происходит накопление яблочной, фумаровой, янтарной и лимонной кислот.

Наибольшее практическое значение имеет процесс получения лимонной кислоты, которую получают в настоящее время с помощью гриба Аспергиллус нигер (Aspergillus niger) в кислой среде. При изменении кислотности среды до нейтральной происходит накопление щавелевой кислоты.

Технические приемы биохимического получения лимонной кислоты в нашей стране были разработаны . Используют поверхностный и глубинный (более перспективный) способы промышленного получения лимонной кислоты

Превращения белков - гниение. В метаболизме микроорганизмов азотсодержащие вещества подвергаются разнообразным превращениям. По случайно поверхностному сходству разные виды порчи пищевых продуктов нередко называют гниением. Однако гниение - это процесс глубокого разложения белковых веществ микроорганизмами.

Способность разлагать в той или иной степени белковые вещества свойственна многим микроорганизмам. Некоторые из них разлагают непосредственно белки, другие могут воздействовать только на более или менее простые продукты распада белковой молекулы, например на пептиды, аминокислоты и др.

Продукты разложения белков микробы используют для синтеза веществ своего организма, а также в качестве энергетического материала.

Химизм разложения белковых веществ. Гниение - сложный, многоступенчатый биохимический процесс, характер и конечный результат которого зависят от состава разлагаемых белков, условий процесса и видов вызывающих его микроорганизмов.

Белковые вещества не могут непосредственно поступать в клетки микроорганизмов, поэтому использовать белки могут только те микроорганизмы, которые обладают протеолитическими ферментами — экзопротеазами, выделяемыми клетками в окружающую среду.

Процесс распада белков начинается с их гидролиза. Первичными продуктами гидролиза являются пептоны и пептиды. Они расщепляются до аминокислот, которые являются конечными продуктами гидролиза.

Образующиеся в процессе распада белков различные аминокислоты используются микроорганизмами или подвергаются ими дальнейшим изменениям, например дезаминированию, в результате чего образуются аммиак и разнообразные органические соединения. Процесс дезаминирования может происходить различными путями. Различают дезаминирование гидролитическое, окислительное и восстановительное.