Получение пропионовой кислоты.

Пропионовокислое брожение характерно для пропионовых бактерий, которые культивируются в средах, где глюкоза является источником углерода. Из 3 молекул глюкозы образуется 4 молекулы пропионовой кислоты, 2 молекулы уксусной кислоты. 2 молекулы диоксида углерода и 2 молекулы воды:

С Н О - СН СН СООН + 2СН СОСН + 2СО + 2Н О

Пропионовые бактерии представляют собой грамположительные, бесспоровые, неподвижные палочки, подразделяемые на “кожные” и “классические”. Кожные обитают на кожных покровах человека и в желудке жвачных животных- они могут быть причиной определенных патологических процессов. Классические пропионовые бактерии обитают в молоке и молочных продуктах. Температура для них 37 С, анаэробы, но образуют каталазу, перексидазу, фиксируют углекислый газ, молекулярный азот, нуждаются в витаминах. Биосинтез кислоты проводят на достаточно простых средах, такого состава: углевод-1, аммония сульфат, гидрофосфат калия, кобальта хлорид, тиамин. Эти бактерии помимо сахаров и молочной кислоты способны, сбраживать пировиноградную кислоту, глицерин. Они разлагают аминокислоты, при этом выделяются жирные кислоты.

Аэробные процессы

К окислительным (аэробным) относятся вызываемые микро­организмами биохимические процессы, протекающие с участием кислорода воздуха.

Большинство аэробных микроорганизмов окисляют органи­ческие вещества в процессе дыхания до С0₂ и Н₂О. Однако некоторые окисляют их лишь частично. Конечными продуктами такого неполного окисления чаще являются кислоты. Поскольку эти продукты сходны с теми, которые образуются при брожениях, некоторые процессы неполного окисления условно называют окислительными брожениями.

Некоторые из этих окислительных процессов используют в промышленности.

Уксуснокислое брожение

Уксуснокислое брожение — это окисление бактериями эти­лового спирта в уксусную кислоту:

СН₃СН₂ОН + О₂'=СН₃СООН + Н₂О.

Такое брожение было известно еще в глубокой древности. В оставленном на воздухе сосуде с виноградным вином или пивом через день-два на поверхности напитков появлялась серо­ватая пленка, они мутнели и прокисали.

Химизм уксуснокислого брожения.

При уксуснокислом бро­жении реакция окисления этилового спирта протекает в две стадии: сначала образуется уксусный альдегид, который затем окисляется в уксусную кислоту:

2СН₈СН₂ОН + О₂ -> 2СН₃СНО + 2Н₂О; 2СН₈СНО + 0₂ -* 2СН₈СООН.

Возбудителем уксуснокислого брожения является уксусный гриб (Mycoderma aceti)

Уксуснокислые бак­терии представляют собой грамотрицательные, палочковидные, бесспоровые, строго аэробные организмы. Среди них есть под­вижные и неподвижные бактерии. Оyи кислотоустойчивы, и не­которые могут развиваться при рН среды до 3,2.

Уксуснокислые бактерии имеют родовое название Acetobacter.

В настоящее время описано около 20 видов этих бактерий, важнейшими из них являются: A. aceti, A. pasteurianum, А. огleanense, A. xylinum, A. schutzenbachii. Эти бактерии разли­чаются размерами клеток, устойчивостью к спирту, способ­ностью накапливать в среде большее или меньшее количество уксусной кислоты и другими признаками. Например, A aceti накапливает в среде до 6% уксусной кислоты, A. orleanense — до 9,5%, A schutzenbachii — до 11,5%, a A xylinum — до 4,5%. A. aceti и A schutzenbachii выдерживают довольно высокую концентрацию спирта —до 9—11%, a A. xylinum — лишь 5—7%.

Оптимальная температура роста для различных уксуснокис­лых бактерий 20—35° С. Некоторые из них способны синтезиро­вать витамины В_ь В₂, Bi₂, однако многие сами нуждаются в ви­таминах и прежде всего в пантотеновой кислоте. Уксуснокислые бактерии часто встречаются в виде длинных нитей и многие образуют пленки на поверхности субстрата. Например, для A. pasteurianum характерна пленка сухая морщинистая, для A. xylinum— мощная, хрящевидная. Некоторые бактерии сплош­ной пленки не образуют, а дают только островки ее на поверх­ности жидкости или «кольцо» около стенок сосуда. Появление пленок связано с ослизнением клеточных оболочек.

Уксуснокислым бактериям свойственна изменчивость формы клеток. В неблагоприятных условиях развития бактерии приоб­ретают необычную форму — толстые длинные нити, иногда раз­дутые, уродливые клетки/

Уксуснокислые бактерии широко распространены в природе, они встречаются на зрелых плодах, ягодах, в квашеных овощах, вине, пиве, квасе.

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 соответ­ствующих кислот сахара альдозы, например глюкозу в глюко-новую кислоту:

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

Превращение глюкозы в глюконовую кислоту известно как глюко.новокислое 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.