Efekat kratkotrajnog prozračivanja su uslovi za razvoj i aktivnost kvasca. Fermentacija - velika sovjetska enciklopedija

Život mikroba je moguć bez pristupa atmosferskom kiseoniku. Energija neophodna za vitalnu aktivnost organizma, u ovim uslovima, nastaje kao rezultat procesa fermentacije. Najčešći tipovi fermentacije, tokom kojih dolazi do razgradnje organskih materija (uglavnom šećera) pod uticajem mikroorganizama, što predstavlja kombinaciju redoks reakcija. Fermentacije nikada ne dovode do potpune oksidacije organske materije. Mnogi karakteristični oblici fermentacije odvijaju se bez učešća atmosferskog kiseonika - anaerobno.

Budući da je slobodni kisik dostupan na našoj planeti nastao kao rezultat fotosinteze, koja je nastala u kasnijim fazama razvoja života na Zemlji, sasvim je očito da je anaerobni način vađenja energije - fermentacija - drevniji od procesa. disanja.

Fermentacija je poznata ljudima od pamtivijeka. Hiljadama godina ljudi su koristili alkoholnu fermentaciju u proizvodnji vina. Još ranije se znalo za mliječno kiselu fermentaciju. Ljudi su jeli mliječne proizvode, kuhane sireve. Međutim, nisu sumnjali da se ovi procesi odvijaju uz pomoć mikroorganizama. Termin "fermentacija" uveo je holandski alhemičar Van Helmont u 17. veku. za procese koji idu sa oslobađanjem gasova (fermentatio - ključanje). Zatim u 19. veku Osnivač moderne mikrobiologije Louis Pasteur pokazao je da je fermentacija rezultat vitalne aktivnosti mikroba i otkrio da razne fermentacije uzrokovane različitim mikroorganizmima.

Alkoholna fermentacija je proces oksidacije ugljikohidrata koji rezultira stvaranjem etanol, oslobađa se ugljični dioksid i energija.

Od tada je poznata fermentacija šećera davna vremena. Vekovima su pivari i vinari iskorištavali sposobnost određenih kvasaca da izazovu alkoholnu fermentaciju, koja pretvara šećere u alkohol.

Fermentaciju provode uglavnom kvasac, ali i neke bakterije i gljivice. U različitim zemljama za proizvodnju alkohola koriste se različiti mikroorganizmi. Na primjer, u Europi se uglavnom koriste kvasci iz roda Saccharomyces, u Južnoj Americi - bakterija Pseudomonas lindneri, u Aziji - mukozne gljive.

Samo se ugljikohidrati mogu fermentirati, i to vrlo selektivno. Kvasac fermentira samo određene 6-ugljične šećere (glukoza, fruktoza, manoza).

Šematski, alkoholna fermentacija se može predstaviti jednadžbom

Proces alkoholne fermentacije je višestepeni, sastoji se od lanca hemijske reakcije. Pretvaranje glukoze u stvaranje pirogrožđane kiseline događa se na isti način kao i tijekom disanja. Ove reakcije se odvijaju bez sudjelovanja kisika (anaerobno). Nadalje, putevi disanja i fermentacije se razilaze.

Tokom alkoholne fermentacije, pirogrožđana kiselina se na kraju pretvara u alkohol i ugljični dioksid. Ove reakcije se odvijaju u dvije faze. Prvo, CO2 se cijepa od piruvata i nastaje acetaldehid; zatim acetaldehid dodaje vodonik, koji se redukuje u etil alkohol. Sve reakcije kataliziraju enzimi. NAD-H2 je uključen u redukciju aldehida.

Obično tokom alkoholne fermentacije, osim glavnih proizvoda, nastaju i nusproizvodi. Oni su prilično raznoliki, ali prisutni u malim količinama: amil, butil i drugi alkoholi, čija se mješavina naziva fuzelno ulje - spoj od kojeg ovisi specifična aroma vina. Formiranje sporednih tvari nastaje zbog činjenice da konverzija glukoze djelomično ide na druge načine.

Biološko značenje alkoholne fermentacije je da se formira određena količina energije koja se pohranjuje u obliku ATP-a, a zatim troši na sve vitalne ćelijske procese.

Vrenje mliječne kiseline. U fermentaciji mliječne kiseline, krajnji proizvod je mliječna kiselina.

Ljudima je ova fermentacija poznata odavno. Fermentacija mlijeka, priprema jogurta, kefira, fermentacija povrća rezultat su mliječne fermentacije mliječnog šećera ili biljnih ugljikohidrata. Ova vrsta fermentacije odvija se uz pomoć bakterija mliječne kiseline, koje se dijele u dvije velike grupe (ovisno o prirodi fermentacije): homofermentativna, koji iz šećera stvaraju samo mliječnu kiselinu, i heterofermentativna, koji pored mliječne kiseline stvaraju i alkohol, sirćetna kiselina, ugljen-dioksid.

Homofermentativna mlečne fermentacije uzrokovane bakterijama iz roda Lactobacillus i streptokoka. Mogu fermentirati različite šećere sa 6 (heksoza) ili 5 (pentoza) atoma ugljika, neke kiseline. Međutim, raspon proizvoda koje oni fermentiraju je ograničen.

Bakterije mliječne kiseline nemaju enzimski aparat za korištenje atmosferskog kisika. Kiseonik je ili indiferentan prema njima ili koči razvoj.

Fermentacija mliječne kiseline može se opisati jednadžbom

Proces stvaranja mliječne kiseline izuzetno je blizak procesu alkoholnog vrenja. Glukoza se takođe razlaže do pirogrožđane kiseline. Ali tada ne dolazi do njegove dekarboksilacije (cijepanje CO2), kao kod alkoholne fermentacije, jer su bakterije mliječne kiseline lišene odgovarajućih enzima. Imaju aktivne dehidrogenaze (NAD). Dakle, sama pirogrožđana kiselina (a ne acetaldehid, kao u alkoholnoj fermentaciji) uzima vodonik iz reduciranog oblika NAD i pretvara se u mliječnu kiselinu. U procesu mliječne fermentacije, bakterije dobivaju energiju koja im je potrebna za razvoj u anaerobnim uvjetima, gdje je korištenje drugih izvora energije otežano.

Heterofermentativna mliječna fermentacija je složeniji proces od homofermentativne fermentacije: fermentacija ugljikohidrata dovodi do stvaranja niza spojeva koji se akumuliraju ovisno o uvjetima procesa fermentacije. Neke bakterije stvaraju, osim mliječne kiseline, etilni alkohol i ugljični dioksid, druge - octenu kiselinu; neke heterofermentativne bakterije mliječne kiseline mogu formirati različite alkohole, glicerol, manitol.

Heterofermentativnu mliječno kiselinsku fermentaciju uzrokuju bakterije roda Lactobacterium i roda Streptococcus. Hemija ovih fermentacija nije tako dobro shvaćena kao hemija alkoholne ili homofermentativne fermentacije mliječne kiseline.

Heterofermentativne bakterije stvaraju mliječnu kiselinu na drugačiji način. Posljednja faza - redukcija pirogrožđane kiseline u mliječnu kiselinu - ista je kao u slučaju homofermentativne fermentacije. Ali sama pirogrožđana kiselina nastaje tokom drugačije razgradnje glukoze - heksoza monofosfata. Izlaz energije je mnogo manji nego kod alkoholne fermentacije.

Heterofermentativne bakterije fermentiraju ograničen broj tvari: neke heksoze (sa određenom strukturom), pentoze, šećerne alkohole i kiseline.

Mliječno kisela fermentacija se široko koristi u proizvodnji mliječnih proizvoda: kiselo mlijeko, acidofil, svježi sir, pavlaka. U proizvodnji kefira, kumisa, uz mliječno kiselu fermentaciju uzrokovanu bakterijama, postoji i alkoholna fermentacija uzrokovana kvascem. U prvoj fazi proizvodnje sira dolazi do fermentacije mliječne kiseline, a zatim se bakterije mliječne kiseline zamjenjuju propionskom kiselinom.

Bakterije mliječne kiseline imaju široku primjenu u konzerviranju voća i povrća, u siliranju stočne hrane. Čista mliječna kiselina se koristi za proizvodnju mliječne kiseline u industrijskim razmjerima.

Mliječna kiselina se široko koristi u koži, bojanju, deterdžentima za pranje rublja, plastici, farmaceutskoj industriji i mnogim drugim industrijama. Mliječna kiselina je također potrebna u konditorskoj industriji i za pripremu bezalkoholnih pića.

Maslačna fermentacija. Transformacija ugljikohidrata u maslačnu kiselinu poznata je od davnina. Prirodu maslačne fermentacije kao rezultat vitalne aktivnosti mikroorganizama utvrdio je Louis Pasteur 60-ih godina prošlog stoljeća.

Uzročnici fermentacije su bakterije maslačne kiseline koje dobijaju energiju za život fermentacijom ugljikohidrata. Mogu fermentirati razne tvari - ugljikohidrate, alkohole i kiseline, u stanju su razgraditi i fermentirati čak i visokomolekularne ugljikohidrate - škrob, glikogen, dekstrine.

maslačna fermentacija u opšti pogled je opisana jednačinom

Tokom ove fermentacije nakupljaju se različiti nusproizvodi. Zajedno sa maslačnom kiselinom, ugljičnim dioksidom i vodonikom nastaju etilni alkohol, mliječna i octena kiselina.

Neke butirne bakterije također stvaraju aceton, butanol i izopropil alkohol.

Fermentacija počinje procesom fosforilacije glukoze, a zatim slijedi glikolitički put do faze stvaranja pirogrožđane kiseline. Tada nastaje octena kiselina koju enzim aktivira. Nakon toga, tokom kondenzacije (kombinacije), od spoja sa dva ugljika dobija se jedinjenje sa četiri ugljenika butirna kiselina. Dakle, tokom maslačne fermentacije ne dolazi samo do razgradnje tvari, već i do sinteze.

Prema V. N. Shaposhnikovu, u maslačnoj fermentaciji razlikuju se dvije faze. U prvoj fazi, octena kiselina se akumulira paralelno s povećanjem biomase, dok se maslačna kiselina formira uglavnom u drugoj fazi, kada se usporava sinteza tjelesnih tvari.

Maslačna fermentacija odvija se u prirodnim uvjetima u gigantskim razmjerima: na dnu močvara, u močvarnim zemljištima, muljevima i na svim onim mjestima gdje je pristup kisiku ograničen. Zahvaljujući djelovanju maslačnih bakterija, velike količine organske tvari se razgrađuju.

Alkoholna, homofermentativna mliječna i maslačna fermentacija su glavne vrste fermentacija. Sve ostale vrste fermentacije su kombinacija ove tri vrste. Tako se, na primjer, fermentacija propionske kiseline, koja igra važnu ulogu u proizvodnji sira i koju prati nakupljanje propionske i octene kiseline i ugljičnog dioksida, može smatrati kombinacijom homofermentativnog mliječnog i alkoholna fermentacija. Fermentacije vlakana i pektina su varijante maslačne fermentacije.

Dakle, tri glavne vrste fermentacije su organski međusobno povezane - početni putevi razgradnje ugljikohidrata su za njih isti.

Procesi disanja i fermentacije su glavni izvori energije neophodnih mikroorganizmima za normalan život, sprovođenje procesa sinteze najvažnijih organskih jedinjenja.

4.5. ZNAČAJ KISEONIKA U METABOLIZMU kvasca

Značenje:

1. Potrošnja supstrata od strane ćelije (izvori C i N), katabolizam i anabolizam ćelije zavise od kiseonika. O 2 je dio ćelijskih supstanci, akceptor je elektrona, regulator sinteze enzima.

2. Uz pomoć kiseonika može se kontrolisati reprodukcija kvasca; fermentacija sladovine; formirati buket od gotovog proizvoda.

Slaba opskrbljenost kvasca kisikom dovodi do sljedećeg:

stireni i nezasićene masne kiseline se ne mogu sintetizirati, pa je sinteza smanjena ćelijske membrane i rast ćelija

Ne sintetiše se dovoljno glikogena, pa se nivo diacetila, acetaldehida, SO 2 povećava tokom fermentacije;

ćelijska reprodukcija se usporava, kao rezultat toga, aktivnost fermentacije se ne mijenja, ali se aktivnost populacije smanjuje zbog smanjenja broja ćelija.

Visoka opskrba kisikom kvasca dovodi do sljedećeg:

akumulacija viška biomase;

stvaranje metabolita fermentacije koji negativno utječu na okus;

· Polifenoli se oksidiraju i ORP se povećava, kao rezultat toga, lag faza se produžava kada se unese sjemenski kvasac.

Metode aeracije:

1) prozračivanje suspenzije kvasca pre njenog unošenja u sladovinu;

2) prozračivanje sladovine nakon dodavanja kvasca.

Prva opcija je bolja, jer kvasac akumulira više glikogena i sterola; sastav hlapljivih komponenti u proizvodu je također bolji, jer. nema snažnog obogaćivanja proizvodima za anabolizam.

Druga opcija dovodi do povećanja stope reprodukcije, kao rezultat toga, uočava se rano stvaranje i smanjenje diacetila.

Prema potrebi za kisikom, kvasac se dijeli u 4 grupe, mg O 2 / l:

I - 4; II - 8; III - 40; IV - više od 40 (pivski kvasac do 12 mg O 2 /l).

Kritična koncentracija rastvorenog O 2 je 0,015-0,03 mg/l; ispod ove koncentracije, rast kulture je ograničen, kao rezultat toga, pogoršava se fiziološko stanje (za svaki soj, koncentracija kisika je različita).

Na otapanje kiseonika i njegovu potrošnju od strane kvasca utiču: broj ćelija; respiratorna aktivnost ćelija; stepen uznemirenosti; srednja visina stuba; koncentracija sladovine (što je više čvrstih materija, manja je rastvorljivost kiseonika).

Kiseonik treba unositi u sladovinu u što manjim mjehurićima (na primjer, kroz svijeće).

4.6. UTICAJ kvasca NA STVARANJE I RAZGRADNJU NUSPROIZVODA FERMENTACIJE

Tokom fermentacije, kvasac oslobađa niz metaboličkih proizvoda (MP) koji utiču na kvalitetu gotovog proizvoda. Sastav, količina, promjene PM u velikoj mjeri zavise od uslova fermentacije i svojstava soja.

PM

Supstance koje formiraju Supstance koje formiraju

buket mladog piva, vino buket gotovog piva, vino

Vicinalni diketoni - viši alkoholi

Aldehidi - esteri

Jedinjenja sumpora

(uklonjeno iz piva, vina biohemijskim putem

by = svrha fermentacije piva, vina)

vicinalni diketoni

1. Kvasci formiraju prekursore vicinalnih diketona - acetohidroksi kiseline.

Na formiranje ovih prekursora utiču:

Stopa primjene kvasca (što je više kvasca, što je više prekursora, to je brže cijepanje);

specifična svojstva soja.

2. Kvasac ne utiče na konverziju prekursora u diketone.

3. Kvasac obnavlja (razgrađuje) diketone, smanjujući njihov negativan uticaj na ukus.

Ovaj proces doprinosi sljedećem:

Kvasac se tokom fermentacije može oporaviti 10 puta više nego što je imao.

mnogi sojevi su slični po svojoj sposobnosti da cijepaju diketone;

stepen cijepanja ovisi o koncentraciji kvasca; o stepenu kontakta medijuma i kvasca (ispumpavanje, smanjenje pritiska, itd.).

One. za fazu sazrijevanja potrebna je određena koncentracija aktivnih živih stanica; a kvasac se mora spriječiti da se taloži.

Aldehidi

1. Sirćetni aldehid (najvažniji) luče ćelije kvasca 1-3 dana fermentacije. Njegova koncentracija raste sa povećana stopa dodavanjem kvasca.

2. Za cijepanje acetaldehida potrebna je povećana koncentracija kvasca tokom zrenja.

Jedinjenja sumpora (H 2 S, SO 2, merkaptani, dimetil sulfid)

1. Mnoge od ovih supstanci formiraju kvasac. Povećanje njihovog broja je olakšano nedostatkom faktora rasta za kvasac ili gubitkom. Vidi paragrafe. 4.4., 4.5.

Viši alkoholi

1. Izlučuju ih kvasac, formirajući se na različite načine. Maksimalno se oslobađa do 100 mg / l.

Stvaranje viših alkohola može se kontrolisati. Sa smanjenjem brzine dodavanja kvasca, kao i pod određenim uslovima uzgoja (niska temperatura, velika količina aminokiselina u sladovini), manje se stvaraju viši alkoholi.

Postoji veza između stvaranja estera i snabdijevanja kvasca kisikom. Što je više kiseonika, to se stvara više masti, a dok se masti sintetišu, estri se ne formiraju.

Na proces formiranja estera lakše je uticati kroz ekstraktivnost piva: što je veći CB, to je više estera.

organske kiseline

Nastaju od aminokiselina kao rezultat aktivnosti kvasca: oduzimaju NH 2, a ostaci ugljika se oslobađaju van.

Druge transformacije

Uz pomoć kvasca možete utjecati na druge pokazatelje:

1. Dakle, boja piva se smanjuje za 3 jedinice zbog sorpcije tvari za bojenje na kvascu.

2. Nakon završetka glavne fermentacije, odležavanje sa kvascem doprinosi sazrevanju proizvoda. Izlaganje živim ćelijama dovodi do obogaćivanja proizvoda aminokiselinama, peptidima, vitaminima, fosforom, enzimima itd. Ali onda dolazi do izlaganja mrtvim ćelijama (one nastaju kao rezultat autolize živih ćelija), što degradira kvalitetu proizvod.

Početak autolize kvasca može se pratiti povećanjem aminskog dušika. Povećanje pH takođe ukazuje na autolizu. Snižavanje pH može se postići povećanjem temperature fermentacije i povećanjem brzine kvasca.

4.7. REGULACIJA I INTEZIFIKACIJA METABOLIZMA kvasca

1. Metabolizam kvasca možete regulisati promjenom količine i sastava izvora C, N, masti, minerali, kiseonik (klauzule 4.1-4.6).

2. Može se podesiti metodom kontinuirane kulture. Dakle, u tekućim medijima postoji maksimalna mogućnost da se postigne maksimalna brzina rasta i razmnožavanja kvasca, tj. maksimalna brzina metabolizma, dakle i maksimalni prinos alkohola (ponavljanje kontinuiranog uzgoja i njegove vrline).

3. Može se podesiti dodavanjem povećane koncentracije kvasca.

· visoka doza kvasca utiče na nivo stvaranja i razgradnje nusproizvoda (klauzula 4.5);

· sa povećanjem doze, specifična brzina rasta se smanjuje, a nivo fermentacije se povećava, pa se trajanje fermentacije značajno smanjuje. Gde večinašećer ide u fermentaciju

Načini da se osigura visoka koncentracija kvasca:

Kontinuirana reprodukcija u aparatu (s periodičnom reprodukcijom, ćelija formira 4-5 pupoljaka, uz kontinuiranu reprodukciju - svu moguću količinu);

kontinuirano snabdijevanje aparata kvascem;

djelomično vraćanje kvasca u sistem nakon glavne fermentacije;

kašnjenje unutar aparata (jaka flokulacija, filtracija);

upotreba imobiliziranog kvasca

4. Možete podesiti povećanu temperaturu fermentacije.

Temperatura od 13-24 o C ubrzava rast, dakle skraćuje glavni period fermentacije. Ali temperatura može utjecati na kvalitetu konačnog proizvoda:

Metabolički nusproizvodi će se brže formirati i uništavati;

– hemijski sastav pogoršati.

5. Proces fermentacije (vino, pivo) možete ubrzati korištenjem lizata kvasca.

Kao rezultat uništavanja dobijaju se lizati kvasca ćelijski zid kvasac, dok se intracelularni enzimi oslobađaju, njihov kontakt sa spoljašnje okruženje, intenziviraju se svi biohemijski procesi sazrevanja, skraćuje se period sazrevanja.

Količina ne samo da dovodi do otpada i povećanja troškova, već ponekad uzrokuje i lošiju filtrabilnost. Aerobna obrada otpada. Aerobni tretman otpadnih voda je najopsežnija oblast kontrolisane upotrebe mikroorganizama u biotehnologiji. Obuhvata sledeće faze: 1) adsorpciju supstrata na površini ćelije: 2) cepanje adsorbovanog supstrata...

Koristeći monoklonska antitijela ili enzimski imunotest, utvrđuje se prisutnost virusa i bakterija. Uz pomoć enzima kontrolišu prisustvo određenih supstanci u životnoj sredini.Ekološka biotehnologija se ubrzano razvija, pojavljuju se sistemi za korišćenje organskih i neorganske supstance zagađivanje životne sredine i unošenje tečnosti i gasova u nju. U aerobici i...

Naumov. Posebno snažan uticaj na proučavanje kvasca, kao i većine drugih grupa mikroorganizama, imao je nagli razvoj krajem 20. veka. molekularna biologija. U savremenoj taksonomiji kvasca široko se koriste metode genske sistematike zasnovane na direktnom poređenju genoma i sekvenciranju nukleotidnih sekvenci. Primena unificiranih molekularno bioloških metoda...

U budućnosti, mnogi istraživači su detaljno proučavali enzimsku prirodu i mehanizam alkohola B. (vidi dijagram). Prva reakcija konverzije glukoze u alkoholnom B. je dodavanje ostatka fosforne kiseline iz adenozin trifosforne kiseline (ATP, vidi Adenozin fosforne kiseline) u glukozu pod uticajem enzima glukokinaze. U tom slučaju nastaju adenozin difosforna kiselina (ADP) i glukoza-6-fosforna kiselina. Potonji se pod djelovanjem enzima glukoza fosfatis-izomeraze pretvara u fruktozo-6-fosfornu kiselinu, koja se, primajući drugi ostatak fosforne kiseline iz nove molekule ATP (uz sudjelovanje enzima fosfofruktokinaze), pretvara u fruktokinazu-1. ,6-difosforna kiselina. (Ova i sljedeće reakcije, označene strelicama na suprotnoj strani, su reverzibilne, odnosno njihov smjer ovisi o uvjetima - koncentraciji enzima, pH, itd.) dihidroksiaceton fosforne kiseline, koje se mogu pretvoriti jedna u drugu pomoću enzima trioza fosfat izomeraze. Glicerinaldehid fosforna kiselina, vezanjem molekula anorganske fosforne kiseline i oksidacijom pod djelovanjem enzima fosfoglicerinaldehid dehidrogenaze, čija je aktivna grupa u kvascu nikotinamid adenin dinukleotid (NAD), pretvara se u 3-cefosfatnu kiselinu (NAD1). Molekul dihidroksiacetonfosforne kiseline pod djelovanjem triosefosfat izomeraze daje drugi molekul glicerinaldehidfosforne kiseline, koji se također oksidira u 1,3-difosfoglicerinsku kiselinu; ovaj drugi, dajući ADP-u (pod dejstvom enzima fosfoglicerat kinaze) jedan ostatak fosforne kiseline, prelazi u 3-fosfoglicerinsku kiselinu, koja se pod dejstvom enzima fosfogliceromutaze pretvara u 2-fosfogliceratnu kiselinu, a enzim fosfopiruvat hidrataza, u fosfoenol-pirogrožđanu kiselinu. Potonji, uz sudjelovanje enzima piruvat kinaze, prenosi ostatak fosforne kiseline na molekulu ADP, uslijed čega nastaju molekula ATP i molekula enolpirogrožđane kiseline, koja je vrlo nestabilna i prelazi u pirogrožđanu kiselinu. Ova kiselina, uz učešće enzima piruvat dekarboksilaze prisutne u kvascu, razgrađuje se na acetaldehid i ugljični dioksid. Sirćetni aldehid, reagujući sa redukovanim oblikom nikotinamid adenin dinukleotida (NAD-H) koji nastaje tokom oksidacije glicerinaldehid fosforne kiseline, uz učešće enzima alkohol dehidrogenaze, prelazi u etil alkohol. Ukupno, jednačina alkohola B. može se predstaviti u sljedećem obliku:

C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP ® 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2ATP.

Dakle, kod fermentacije 1 moli se formira se glukoza 2 moli se etil alkohol, 2 moli se CO2, kao i kao rezultat fosforilacije 2 madeži ADP se formira 2 moli se ATP. Termodinamički proračuni pokazuju da je u slučaju alkohola B. transformacija 1 moli se glukoze može biti praćeno smanjenjem slobodne energije za oko 210 kJ (50 000 feces), tj. . energija akumulirana u 1 krtica etil alkohol, za 210 kJ(50 000 feces) manje energije 1 moli se glukoze. Na edukaciji 1 moli se Koristi se ATP (makroergijska - energetski bogata fosfatna jedinjenja) 42 kJ (10 000 feces). Posljedično, značajan dio energije koja se oslobađa tokom alkohola B. pohranjuje se u obliku ATP-a, koji obezbjeđuje različite energetske potrebe ćelija kvasca. Isto biološki značaj ima B. proces i kod dr. mikroorganizama. Potpuno sagorevanje 1 moli se glukoze (sa stvaranjem CO2 i H2O) promjena slobodne energije dostiže 2,87 mj(686 000 feces). Drugim riječima, ćelija kvasca koristi samo 7% energije glukoze. Ovo pokazuje nisku efikasnost anaerobnih procesa u poređenju sa procesima koji se odvijaju u prisustvu kiseonika. U prisustvu kiseonika alkohol B. se inhibira ili zaustavlja, a kvasac dobija energiju za vitalnu aktivnost u procesu disanja. Postoji bliska veza između B. i disanja mikroorganizama, biljaka i životinja. Enzimi uključeni u alkohol B. također se nalaze u tkivima životinja i biljaka. U mnogim slučajevima, prve faze razgradnje šećera, sve do stvaranja pirogrožđane kiseline, uobičajene su za B. i disanje. Proces anaerobne razgradnje glukoze je također od većeg značaja za vrijeme mišićne kontrakcije (vidi Glikoliza), prve faze ovog procesa su također slične početnim reakcijama alkohola B.

Fermentacija ugljikohidrata (glukoza, enzimski hidrolizati škroba, kiseli hidrolizati drveta) koristi se u mnogim industrijama: za proizvodnju etilnog alkohola, glicerina i drugih tehničkih i prehrambeni proizvodi. Priprema tijesta u pekarskoj industriji, vinarstvu i pivarstvu bazira se na alkoholu B..

propionska kiselina B. Glavni proizvodi propionske B., koju uzrokuje nekoliko vrsta bakterija iz roda Propionibacterium, su propionska (CH3CH2OH) i octena kiselina i CO2. Hemija propionske kiseline B. uvelike varira u zavisnosti od uslova. To se, očito, objašnjava sposobnošću propionskih bakterija da reorganiziraju metabolizam, na primjer, ovisno o aeraciji. Pristupom kiseoniku vode oksidativni proces, a u njegovom nedostatku razgrađuju heksoze pomoću B. Propionske bakterije su sposobne da fiksiraju CO2, dok oksalooctena kiselina nastaje iz pirogrožđane kiseline i CO2, koja prelazi u jantarnu kiselinu, iz koje propionska kiselina kiselina nastaje dekarboksilacijom to-ta:

Postoje B., koji su praćeni procesima oporavka. Primjer takvog "oksidirajućeg" B.-a je citrat B. Mnogi kalupi fermentiraju šećere kako bi se formirala limunska kiselina. Najaktivniji sojevi Aspergillus niger pretvaraju do 90% unesenog šećera u limunsku kiselinu. Značajan dio limunske kiseline koja se koristi u prehrambenoj industriji proizvodi se mikrobiološki – dubinskim i površinskim uzgojem plijesni.

Ponekad se, prema tradiciji, čisto oksidativni procesi koje provode mikroorganizmi nazivaju B. Primjeri takvih procesa su octena kiselina i glukonska kiselina B.

sirćetna kiselina B. Bakterije koje pripadaju rodu Acetobacter oksidiraju etil alkohol u octenu kiselinu u skladu s ukupnom reakcijom:

Intermedijer u oksidaciji alkohola u sirćetnu kiselinu je acetaldehid. Mnoge bakterije octene kiseline, osim što oksidiraju alkohol u octenu kiselinu, oksidiraju glukozu u glukonsku i ketoglukonsku kiselinu.

Glukonat B. izvode se i neki kalupi, sposobni da oksidiraju aldehidnu grupu glukoze, pretvarajući potonju u glukonsku kiselinu:

Kalcijumova so glukonske kiseline je dobar izvor kalcijuma za ljude i životinje.

Lit.:Šapošnjikov V. N., Tehnička mikrobiologija, M., 1948; Prescott S., Dan S., Technical microbiology, trans. sa engleskog, M., 1952; Pasteur L., fav. djela, trans. sa francuskog, tom 1-2, Moskva, 1960; Kretovich V. L., Osnove biohemije biljaka, 4. izdanje, M., 1964; Frobisher M., Osnove mikrobiologije, trans. sa engleskog, M., 1965; Ferdman D. L., biohemija, M., 1966; Rabotnova I. L., Opća mikrobiologija, M., 1966.

V. I. Lyubimov.

Strana 5 od 10

Aeracija obezbeđena tokom anaerobne fermentacije ubrzava je i omogućava fermentaciju više šećera. Općenito, moguće je zamijeniti stimulaciju koju pruža konstantna opskrba kisikom kratkotrajnim, povremenim prozračivanjem. Ilustracija ove pozicije je sljedeći eksperiment (Ribero-Gayon i saradnici, 1951).

Prozračivanje u različitim trenucima fermentacije

Mošt od grožđa fermentira na 25°C u nizu boca ispod čepova sa tankim konvergentnim cijevima, dakle u potpunom odsustvu zraka. Nakon 2, 4 ili 8 dana od početka fermentacije, istovremeno se unose približno poznate količine rastvorenog kiseonika (od 0,14 do 6 cm3/l). Zatim se meri količina fermentisanog šećera i broje ćelije kvasca, upoređujući dobijene rezultate sa podacima kontrolnog uzorka, gde se fermentacija odvijala bez pristupa vazduhu.
Da bi se unele dovoljno određene količine kiseonika, u izmerene zapremine fermentacionog medijuma, degaziranog i zasićenog kiseonikom (oko 6 cm3 po 1 litru), unosi se dugim mućkanjem, prvo u vakuumu, a zatim na vazduhu.
Paralelna fermentacija u boci obloženoj vatom daje brzinu fermentacije i razvoj kvasca u uslovima stalnog dovoda vazduha. Konačno, u bocu sa čepom sa suženom tankom cijevi stavljan je isti mošt, koji je prije sjetve bio zasićen zrakom.
Najizrazitiji rezultati prikazani su u tabeli. 7.4.
Tabela 7.4
Učinak kisika unesenog u različitim točkama fermentacije na mošt od grožđa koji sadrži 228 g/l redukujućih šećera

U boci začepljenoj tankom konusnom cijevi fermentacija je stala na 26 g šećera, dok je u boci zatvorenoj pamukom brzo i potpuno završena. Broj ćelija kvasca je takođe indikativan: 93 miliona po 1 cm3 u aerobnoj fermentaciji, 51 milion u anaerobnoj.
Fermentacija bez pristupa zraka u sladovini, prethodno zasićenoj kisikom, tekla je aktivnije u prvim danima nego u kontroli; povećao se broj ćelija kvasca. Dakle, učinak male količine kisika unesenog u fermentacijski medij je u početku značajan, ali se ne održava i ne doprinosi boljem završetku fermentacije.
Situacija se mijenja kada se kisik unese u okolinu u kojoj je kvasac u stanju aktivnosti. Prozračivanje 2 dana nakon sjetve, kada je fermentacija već počela, bila je vrlo efikasna. Čak je i unošenje malih količina kiseonika, reda veličine 0,15 cm3/l (tj. oko 0,2 mg), značajno uticalo na brzinu fermentacije i broj ćelija kvasca, koji se povećao za 15%. Unošenje 0,75 cm3 kiseonika povećava populaciju za 20%, 1,5 cm3 - za 25% i 6 cm3 - za 50%. Međutim, u potonjem slučaju, koncentracija ćelija dobivena tijekom fermentacije ispod pamučnog štapića nije postignuta, pa količina kisika koja prodire u podlogu kroz vatu značajno premašuje dozu od 6 cm3/l.

Rice. 7.5. Učinak aeracije na različitim točkama fermentacije na populaciju živih stanica kvasca:
1 - kontrola živih ćelija; 2 - aeracija 8. dana; 3 - aeracija 4. dana; 4 - prozračivanje 2. dana.
Prozračivanje obavljeno 2. dana u količini od 6 cm3 kiseonika po 1 litru sladovine omogućava skoro isto brzo završetak fermentacije kao u boci zatvorenoj vatom, ali manje prozračivanja bi bilo nedovoljno. Unošenje istih količina kiseonika, izvršeno 4 dana nakon setve, u trenutku kada je 1/3 šećera već fermentisalo, ima izrazito manje izražen efekat; 0,15 cm3 kiseonika ovoga puta nije uticalo na broj ćelija kvasca i na brzinu fermentacije. 0,75 cm3 povećava količinu fermentiranog šećera samo sa 15 na 20 g. Da biste dobili primjetan efekat, potrebno je unijeti 1,5 cm3. Konačno, aeracije koje se vrše 8. dana, kada ima još 100 g neprevrelog šećera, praktično nemaju efekta.
Na sl. Slika 7.5 prikazuje evoluciju broja živih ćelija u različitim slučajevima aeracije (Lafourcade, 1954).
Na kraju zračne fermentacije svi kvasci su još živi, ​​dok je u anaerobnoj fermentaciji aktivna samo polovina populacije. Uvođenje zraka drugog dana izaziva fermentaciju koja je po svojoj brzini i broju proizvedenih stanica kvasca tipično aerobna.
Prozračivanje 4. dana vrši se u uslovima kada tečnost već ima visoku koncentraciju alkohola i kada 15% kvasca više nije u stanju da se razmnožava. Iako se 2 dana nakon unošenja zraka broj živih ćelija povećava za 12%, ovaj efekat je kratkotrajan.
8 dana nakon sijanja u bocu, čiji je sadržaj u uslovima potpune anaerobioze, samo 50% ćelija je još živo. Aeracija koja se provodi u ovom trenutku uzrokuje brzo oživljavanje stanovništva. U sljedeća tri dana broj ćelija sposobnih za umnožavanje dostiže 78% od ukupnog broja, koji ostaje nepromijenjen. Posljedično, djelovanje kisika unesenog tokom fermentacije izražava se u povećanju ukupnog broja kvasca, a posebno aktivnih ćelija sposobnih za samoreprodukciju. Na osnovu ovih podataka za praksu se može izvesti sljedeći zaključak: da bi fermentacija bila potpuna, potrebno je utjecati na podlogu na način da najveći mogući dio stanica kvasca ostane živ i aktivan sve dok se šećer ne isprazni. potpuno potrošen.
Promjena uslova aeracije u različiti periodi fermentacija
Ribero-Gayon et al (1951) opisali su sljedeći eksperiment, koji predstavlja poseban slučaj odnosa između rasta kvasca i kisika. Mošt od grožđa koji sadrži 245 g/l redukujućih šećera fermentira se u dvije serije boca. Neki su zatvoreni pamučnim štapićima, drugi čepovima kroz koje prolaze tanke sužene cijevi. Kroz različita vremena nakon početka fermentacije (2 dana, 4 ili 8 dana) međusobno se mijenjaju blokade boca; fermentacija, koja je započela pristupom zraka, nastavlja se njegovim potpunim odsustvom, i obrnuto. Generalno, na ovaj način se donekle realizuju uslovi otvorenih kontejnera u proizvodnji, koji su zatvoreni u različito vreme, i uslovi u zatvorenim kacama čiji se otvori otvaraju tokom fermentacije. U tabeli. 7.5 prikazuje dobijene rezultate.
Zatvaranje boca čepom sa tankom cijevi 2. dana fermentacije, kada je "D" dio šećera fermentiran, rezultira sporijom fermentacijom i smanjenjem broja ćelija.Ali kada se čep napravi na 4. dan više se ne mijenja tok fermentacije i populacija kvasca.
Promjena uslova aeracije tokom fermentacije

U nizu boca opremljenih tankim odvodnim cijevima, gdje se vrši kontrola fermentacije. nije mogao biti dovršen, otvaranje boce 2. dana izazvalo je ubrzanje fermentacije i povećanje broja ćelija; Poticaj koji je dalo ovo prozračivanje bio je takav da je 11. dana fermentacija u istoj fazi kao u boci, prvobitno zatvorenoj pamukom. Ako se otvaranje napravi kasnije, 4. ili 8. dana, povećanje broja ćelija i ubrzanje fermentacije postaju neznatni, jer kvasac više ne može koristiti ovaj kisik za svoju reprodukciju.
Dakle, ovi rezultati potvrđuju upotrebu kisika od strane kvasca samo u prvoj fazi fermentacije i njihovu nesposobnost da iskoriste aeraciju kada je fermentacija jako odmakla i kada je sadržaj alkohola u mediju postao previsok.