78. Общая характеристика процессов брожения«

Брожение» —ха­рактеризует энергетическую сторону способа существования не­скольких групп эубактерий, при котором они осуществляют в анаэробных условиях окислительно-восстановительные превраще­ния органических соединений, сопровождающиеся выходом энер­гии, которую эти организмы используют. Поскольку брожение протекает без участия молекулярного кислорода, все окислитель­но-восстановительные превращения субстрата происходят за счет его «внутренних» возможностей. Процесс брожения связан с та­кими перестройками органических молекул субстрата, в резуль­тате которых на окислительных этапах процесса высвобождается часть свободной энергии, заключенной в молекуле субстрата, и происходит ее запасание в молекулах АТФ. В процессе брожения, происходит расщепление углеродного скелета моле­кулы субстрата. Круг органических соединений, которые могут сбраживаться, довольно широк. Это углеводы, спирты, органические кислоты, аминокислоты, пурины, пиримидины. Химическое вещество мо­жет быть подвергнуто сбраживанию, если оно содержит неполно­стью окисленные (или восстановленные) углеродные атомы. В этом случае есть возможность для окислительно-восстановительных преобразований между молекулами (или внутри одного вида мо­лекул), возникающими из субстрата. В результате одна часть про­дуктов брожения будет более восстановленной, другая — более окисленной по сравнению с субстратом. Продуктами брожений являются различные органические кислоты (молочная, масляная, уксусная, муравьиная), спирты (этиловый, бутиловый, пропило-вый), ацетон, а также СО₂ и Н;. Обычно в процессе брожения образуется несколько продуктов. В зависимости от того, какой ос­новной продукт накапливается в среде, различают молочнокис­лое, спиртовое, масля нокислое, пропионовокислое и другие виды брожений. Следовательно, в каждом виде брожения можно выделить две стороны: окислительную и восстановительную.

80.Гомоферментативные молочнокислые бактерии

Гомоферментативное молочнокислое брожение, в основе ко­торого лежит гликолитический путь разложения глюкозы, явля­ется единственным способом получения энергии для группы эубактерий, которые при сбраживании углеводов превращают в молоч­ную кислоту от 85 до 90% сахара среды. Бактерии, входящие в данную группу, морфологически различны. Это кокки, относя­щиеся к родам Стрептококкус, а также длинные или короткие палочки из рода Лактобацилюс. . Последний подразделяется на три подрода. Бактерии, включенные в два из них Термобактерии и Стрептобактерии), также осуществляют гомоферментативное молочнокислое брожение. Все бактерии этой группы положитель­но окрашиваются по Граму, не образуют спор, неподвижны. Груп­па весьма гетерогенна в отношении нуклеотидного состава ДНК: молярное содержание ГЦ-пар оснований колеблется от 32 до 51 %. Значительные колебания по этому признаку характерны и для бактерий, объединенных в роды и даже подроды. Лактатдегидрогеназа, катализирующая превращение пирувата в лактат, стереоспецифична. Особенностями конструктивного метаболизма гомоферментативных молочнокислых бактерий являются слабо развитые био­синтетические способности, что выражается в большой зависи­мости их роста от наличия в питательной среде готовых органи­ческих веществ (аминокислоты, витамины группы В, пурины, пиримидины). В качестве источника углерода молочнокислые бак­терии используют лактозу (молочный сахар) или мальтозу (рас­тительный сахар, образующийся при гидролизе крахмала). Могут они также использовать некоторые пентозы, сахароспирты и орга­нические кислоты. Из всех известных непатогенных прокариот молочнокислые бактерии отличаются наибольшей требовательно­стью к субстрату. Зависимость этих бактерий от наличия готовых органических веществ среды указывает на примитивность в целом их конструктивного 81. Использование молочнокислого брожения в пищевой промышленности. Молочнокислым бактериям принадлежит главная роль в осу­ществлении ряда процессов, используемых с давних времен для получения различных кисломолочных продуктов, в процессах соления и квашения овощей, силосования кормов. Кефир — продукт совместной деятельности молочнокислых бактерий и дрожжей. Известно много национальных кисломолочных про­дуктов (кумыс, йогурт и др.), для приготовления которых ис­пользуют кобылье, верблюжье, овечье, козье молоко, а в каче­стве закваски — естественно возникшие и сохраняемые комп­лексы молочнокислых бактерий и дрожжей. Молочнокислые бактерии играют также большую роль в процессе приготовления сыров и сливочного масла. Первый этап производства сыров (створаживание белков молока) осуществляется молочнокислыми бак­териями. Скисание сливок, необходимое для получения сливочного мас­ла, также вызывают бактерии рода Стрептококкус. Помимо молоч­ной кислоты некоторые из них образуют ацетоин и диацетил, придающие сливочному маслу характерный запах и вкус. Субстра­том служит лимонная кислота, содержание которой в молоке мо­жет достигать 1 г/л. Реакции, ведущие к образованию этих ве­ществ, начинаются с расщепления лимонной кислоты: лимонная кислота —> уксусная кислота + щавелевоуксусная кислота. Уксусная кислота выделяется в среду, а щавелевоуксусная кисло­та (ЩУК) декарбоксилируется, что приводит к образованию пи­рувата; метаболизма.

81. Использование молочнокислого брожения в пищевой промышленности. Молочнокислым бактериям принадлежит главная роль в осу­ществлении ряда процессов, используемых с давних времен для получения различных кисломолочных продуктов, в процессах соления и квашения овощей, силосования кормов. Кефир — продукт совместной деятельности молочнокислых бактерий и дрожжей. Известно много национальных кисломолочных про­дуктов (кумыс, йогурт и др.), для приготовления которых ис­пользуют кобылье, верблюжье, овечье, козье молоко, а в каче­стве закваски — естественно возникшие и сохраняемые комп­лексы молочнокислых бактерий и дрожжей. Молочнокислые бактерии играют также большую роль в процессе приготовления сыров и сливочного масла. Первый этап производства сыров (створаживание белков молока) осуществляется молочнокислыми бак­териями. Скисание сливок, необходимое для получения сливочного мас­ла, также вызывают бактерии рода Стрептококкус. Помимо молоч­ной кислоты некоторые из них образуют ацетоин и диацетил, придающие сливочному маслу характерный запах и вкус. Субстра­том служит лимонная кислота, содержание которой в молоке мо­жет достигать 1 г/л. Реакции, ведущие к образованию этих ве­ществ, начинаются с р лимонная кислота —> уксусная кислота + щавелевоуксусная кислота асщепления лимонной кислоты: Уксусная кислота выделяется в среду, а щавелевоуксусная кисло­та (ЩУК) декарбоксилируется, что приводит к образованию пи­рувата;

ЩУК—пировиноградная кислота + СО₂ (1) Использующие мальтозу молочнокислые бактерии участвуют в квашении овошей. В мелко нарезанные овощи добавляют 2—3% соли и создают условия, исключающие свободный доступ воздуха. Начинается спонтанное молочнокислое брожение. Аналогичный процесс протекает при силосовании кормов. Предназначенная для силосования растительная масса плотно загружается в силосные башни или ямы. Чтобы повысить питательные свойства среды, добавляют мелассу, а в целях создания более благоприятных усло­вий для молочнокислых бактерий растительную массу подкисля­ют. В этих условиях также протекает спонтанное молочнокислое брожение.

82. Гетероферментативное брожение. Окислительный пентозо-фосфатный путь сбраживания углеводов. Гетероферментативное молочнокислое брожение, когда из глюкозы кроме молочной кислоты получаются эта­нол и диоксид углерода:

С₆Н₁₂О₆=СН₃СНОНСООН + СН₃СН₂ОН +СО₂ У гетероферментативных молочнокислых бактерий отсутствуют главные ферменты гликолиза -~ фруктозобисфосфатальдолаза и триозофосфатизомераза. Поэтому начальное превращение глюкозы идет у данных бактерий исключительно по пентозофосфатному пути до образования рибулозо-5-фосфата. Пентозофосфатный путь отличается тем. что не приводит непосредственно к образованию пирувата. В ходе пентозофосфатного пути происходит окисление только одного из уг­леродных атомов субстрата, который освобождается в форме СО_2. Первая реакция представляет собой фосфорилиронание глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата с последующим дегидрированием, сопряженным с вос­становлением НАДФ и образованием 6-фосфоглюконолактона Затем 6-фосфоглюконолаюон при участии фермента глюконолактоназы гидролизуется до 6-фосфоглюконата. Данное соединение дегидрируется дегидрогеназой до З-кето-6-фосфоглюконата. из которого путем декар-, боксилирования образуется пентозофосфат и рибулозо-5-фосфат. Из последнего при изомеризации образуется ксилулозо-5-фосфат и рибозо-5-фосфат. В дальнейшем образовавшиеся рибозо-5-фосфат и ксилулозо-5- фосфат включаются в ряд транскетолазных реакций и трансальдолазных реакций (и снова превращаются в глюкозо-6-фосфат. Следовательно, пентозофосфатный путь цикличен. Считают, однако, что пентозофосфатный путь на одном из этапов обычно переходит в пугь Эмбдена—Мейергофа—Парнаса. При прохождении через пентозофосфатный цикл каждых шести мо­лекул глюкозы происходит полное окисление одной молекулы глюкозо-6-фосфата до СО₂ и восстановление шести молекул НАДФ⁺ до НАДФ*Н₂;. Основное назначение пентозофосфатного пути — поставлять пентозы (главным образом рибозо-5-фосфат), необходимые для синтеза нукле­иновых кислот, и обеспечивать образование большей части НАДФ*Н₂. не­обходимого для синтеза жирных кислот, стероидов и т. д.