Молочнокислые бактерии объединяют в сем. Lactobacillaceae. Хотя эта группа морфологически гетерогенна (включает длинные и короткие па-лочки, а также кокки), в физиологическом отношении ее можно охарак-теризовать достаточно хорошо. Все относящиеся к ней бактерии грам- положительны, не образуют спор (за исключением Sporolactobaciilus inulinus) и в подавляющем большинстве неподвижны. Все они используют в качестве источника энергии углеводы и выделяют молочную кислоту. В отличие от Enterobacteriaceae, тоже образующих лактат, молочнокислые бактерии способны только к брожению; они не содержат гемопротеинов (таких, как цитохромы и каталаза). Несмотря на это, Lactobacteriaceae могут расти в присутствии кислорода воздуха; будучи анаэробами, они все же аэротолерантны. Если какая-нибудь бактерия растет в аэробных условиях, но не образует каталазу, ее с большой вероятностью можно отнести к молочнокислым бактериям.
Потребность в факторах роста. Еще один отличительный признак молочнокислых бактерий-это их потребность в ростовых веществах. Ни один представитель этой группы не может расти на среде с глюкозой и солями аммония. Большинство нуждается в ряде витаминов (лактофлавине, тиамине, пантотеновой, никотиновой и фолиевой кислотах, биотине) и аминокислот, а также в пуринах и пиримидинах. Культивируют эти бактерии преимущественно на сложных средах, содержащих относительно большие количества дрожжевого экстракта, томатного сока, молочной сыворотки и даже крови. Неожиданным оказалось то, что некоторые молочнокислые бактерии (и другие организмы, осуществляющие брожение) при росте на средах, содержащих кровь, образуют цитохромы и даже, возможно, способны осуществлять фосфорилирование в дыхательной цепи. Молочнокислые бактерии не могут, следовательно, синтезировать порфирины; если же порфирины добавлены в питательную среду, то некоторые из этих бактерий способны образовать соответствующие геминовые пигменты.
Таким образом, молочнокислые бактерии-это своего рода «метаболические инвалиды», которые, вероятно в результате своей специализации (рост в молоке и других средах, богатых питательными и ростовыми веществами), утратили способность к синтезу многих метаболитов. С другой стороны, многие из них обладают способностью, которой нет у большинства других микроорганизмов: они могут использовать молочный сахар (лактозу). В этом они сходны с многими кишечными бактериями (например, Escherichia coli).Лактоза в растительном царстве, по-видимому, не встречается; она образуется у млекопитающих, выделяется с молоком и соответственно с ним же поглощается. Таким образом, способность использовать лактозу можно считать приспособлением к среде, характерной для кишечника млекопитающих. Лактоза- дисахарид, который, прежде чем вступить на путь катаболизма гексоз, должен быть расщеплен:
Лактоза + Н20 АГалактозидаза ^D-Глюкоза + D-Галактоза
Галактоза после фосфорилирования превращается в глюкозофосфат.
18-1169
В связи с образованием больших количеств молочной кислоты питательная среда для молочнокислых бактерий должна быть хорошо забу- ферена. Чаще всего с этой целью добавляют карбонат кальция. На ага- ризованной среде со взвесью СаСОэ («меловом агаре») образование кислоты обнаруживается по прозрачным ореолам вокруг колоний.
Распространение и места обитания. Распространение молочнокислых бактерий в природе определяется их сложными потребностями в питательных веществах и способом получения энергии (только брожение). Эти бактерии почти никогда не обнаруживаются в почве или водоемах. В естественных условиях они встречаются:
а) в молоке, местах его переработки и молочных продуктах (Lactobacillus lactis, L bulgaricus, L. helveticus, L. casei, L. fermentum, L. brevis; Streptococcus lactis, S. diacetilactis);
б) на растениях и на разлагающихся растительных остатках (Lactobacillus plantarum, L. delbruckii, L. fermentum, L. brevis; Streptococcus lactis; Leuconostoc mesenteroides);
в) В кишечнике и на слизистых оболочках человека и животных (Lactobacillus acidophilus; Bifidobacterium; Streptococcus faecalis, S. salivarius, S. bovis, S. pyogenes, S. pneumoniae).
Streptococcus faecalis-обычный обитатель кишечника человека; S. bovis распространен в пищеварительном тракте жвачных. Многие стрептококки являются безобидными обитателями слизистых рта, дыхательных и мочевых путей, половых органов; однако среди стрептокок-ков есть и паразиты крови-весьма вирулентные возбудители болезней.
Благодаря образованию больших количеств молочной кислоты, к которой сами они в значительной степени толерантны, молочнокислые бактерии при подходящих условиях могут довольно быстро размножаться, вытесняя другие микроорганизмы. По этой причине их легко культивировать на элективных средах и легко выделять. «Естественные накопительные культуры» этих бактерий содержатся в кислом молоке и молочных продуктах, кислом тесте, кислой капусте, силосе и т.п.
Катаболизм углеводов и продукты брожения. В зависимости от того, какие продукты образуются при сбраживании глюкозы-только молочная кислота или также другие органические продукты и С02,-молочнокислые бактерии принято подразделять на гомофермен- тативные и гетероферментативные (табл. 8.2). Это старое деление отражает коренные различия в путях катаболизма сахаров.
Гомоферментативное молочнокислое брожение. Гомоферментативные молочнокислые бактерии образуют практически только одну молочную кислоту (она составляет не менее 90% всех продуктов брожения). Катаболизм глюкозы происходит у них по фруктозобисфосфатному пути (бактерии обладают всеми необходимыми для этого ферментами, включая альдолазу), а водород, отщепляющийся при дегидрировании глице- ральдегид-3-фосфата, передается на пируват: Таблица 8.2. Молочнокислые бактерии, сгруппированные по форме клеток (кокки или палочки) и по типу брожения
Гомоферментативное брожение: С6Н1206 -+ 2СН3-СНОН-СООН Streptococcus lactis Термобактерии (температурный опти S. faecalis мум 40°C; при 15°C не растут) S. salivarius L, lactis S. pyogenes L, helveticus S. cremoris L acidophilus S. thermophilus L, bulgaricus S. diacetilactis L, delbriickii Pediococcus cerevisiae Стрептобактерии (температурный оп тимум 30 -3 7"C; при 15°C растут) Lactobacillus casei L, plantarum Sporolactobacillus inulinus Гетероферментативиое брожение: СбН1206-» -> CH3-CHOH-соон + сн3- -CH2OH + C02(или CH3 COOH) Leuconostoc mesenteroides Бетабактерии (= Betacoccus) Lactobacillus brevis L, cremoris L. fermentum L. viridescens Bifidobacterium bifldum
От стереоспецифичности лактатдегидрогеназы (а)и от наличия лак- татрацемазы зависит, какой продукт образуется - D (-)-, L (+)- или DL-молочная кислота. Лишь небольшая часть пирувата декарбоксили- руется, превращаясь в уксусную кислоту, этанол и С02, а также в ацетони. Количество образующихся побочных продуктов зависит, по-види- мому, от доступа кислорода.
Гетероферментативиое молочнокислое брожение. У гетероферментативных молочнокислых бактерий нет главных ферментов фруктозобис- фосфатного пути - альдолазы и триозофосфат-изомеразы. Начальное превращение глюкозы идет у них исключительно по пентозофосфатному пути, т.е. через глюкозо-6-фосфат, 6-фосфоглюконат и рибулозо-5- фосфат (см. рис. 7.4 и 8.2). Рибулозо-5-фосфат под действием эпимеразы превращается в ксилулозо-5-фосфат, который в результате тиаминпиро- фосфат-зависимой реакции, катализируемой пентозофосфокетолазой,
расщепляется с образованием глицеральдегидфосфата и ацетилфосфата: \+ЧСНз
и
о
ТПФ
НзС.
АцетилТПФ
Дигидроксиэтил-ТПФ Гидроксивинил-ТПФ
снгон і
с=о
. I
НІО-СН
,
нс-он
СН2-0-®
Ксилулозо-б-А
\+ СНэ \+ СНз
Н Н N-Z нгО N-Z
I I 1
ОН ОН ОН
Фосфокетолаза v
снэ-со-о-®
Ацетилфосфат
Нерастущие, отмытые клетки Leuconostoc mesenteroidesсбраживают глюкозу почти стехиометрически согласно уравнению
с6н12о6 -> сн3-снон-соон + сн3-сн2он + со2
в лактат, этанол и двуокись углерода. Таким образом, у этих бактерий ацетилфосфат восстанавливается через ацетил-СоА и ацетальдегид в этанол (рис. 8.2). Другие гетероферментативные молочнокислые бактерии переводят ацетилфосфат частично или целиком в уксусную кислоту, что сопровождается переносом высокоэнергетической фосфатной связи на ADP с образованием АТР. Избыток водорода передается в этом случае глюкозе, из которой образуется маннитол. Глицеральде- гидфосфат через пируват превращается в лактат. Рибозу Leuconostoc mesenteroidesсбраживает в лактат и ацетат.
При сбраживании фруктозы гетероферментативными бактериями образуются лактат, ацетат, С02 и маннитол:
3 Фруктоза -> Лактат + Ацетат + С02 + Маннитол
Фруктоза при этом служит акцептором избыточных восстановительных эквивалентов:
Фруктоза + NADH2-» Маннитол + NAD
Lactobacillus plantarum(= pentosusили arabinosus) сбраживает глюкозу по гомоферментативному пути, а пентозы расщепляет с помощью фосфокетолазы, превращая в лактат и ацетат. Следует отметить, что даже такая типичная гомоферментативная бактерия, как Lactobacillus casei, хотя и сбраживает глюкозу по гомоферментативному, пути, но рибозу превращает в ацетат и лактат гетероферментативным путем. Рибоза индуцирует у нее синтез фосфокетолазы. Если клетки, выросшие на среде с рибозой, отмыть, то после этого они и глюкозу будут сбраживать как гетероферментативные бактерии.
Брожение, осуществляемое Bifidobacterium bifidum.Гетерофермента- тивная молочнокислая бактерия В. bifidumполучила это название за НО-СН
эн
Г люкозо-6-F
СН2-0-(р)
З-Лглюконат
СН2ОН
С=0
I
НО-СН
I
нс-он
сн2-о-@
НС-ОН ^ сн2-0-(р)
Рибупозо-5-Р
Ксилулозо-5-Р
нс-он
сн2-о-(р)
Глицеральдегид-3-F
СН3
СООН
Ацетат
Lactobacillus brevis
Leuconostoc mesenteroides
Ацетальдегид
2CffiD 2 С^?Р) +р.
OOOH
I
нс-он
I
СНэ
Пируват
Рис. 8.2. Гетероферментативное молочнокислое брожение, осуществляемое Lactobacillus brevisи Leuconostoc mesenteroides.Участвующие ферменты (цифры в кружках): 1 -глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа; 2-фосфоглюконатдегидрогена- за; 3 эпимераза; 4 - фосфокетолаза. Ацетилфосфат либо расщепляется под действием ацетаткиназы с фосфорилированием ADP (L. brevis),либо восстанавливается до этанола (L. mesenteroides).Окисление глицеральдегидфосфата происходит обычным путем (см. разд. 7.2.1 о фруктозобисфосфатном пути).
ФК-фосфокетолаза; ТА-трансальдолаза; ТК - транскетолаза; Ац ~ Р-ацетилфосфат; ГА-З-Р - глицеральдегид-3-фосфат.
Лактат
свою V- или Y-образную форму (лат. bifidus-раздвоенный) . Она известна тем, что преобладает в кишечнике грудных детей, особенно детей, вскармливаемых грудью. Эту зависимость ее распространения от способа кормления грудного ребенка можно было связать с потребностью бактерии в углеводах, содержащих N-ацетилглюкозамин, которые имеются только в молоке человека, но не коровы. Все представители рода Bifidobacterium-строгие анаэробы; они не переносят присутствия кислорода, и для их роста нужна атмосфера, содержащая 10% С02. С тех пор как стали известны эти необычные для молочнокислых бактерий особенности, бифидобактерии были обнаружены и в кишечной флоре взрослых людей, и во многих других местах, даже в гниющем иле, и теперь различают много видов этого рода. Бифидобактерии расщепляют глюкозу согласно уравнению
2С6Н1206 -> 2СН3 СНОН-СООН + ЗСН3-СООН
т.е. сбраживают ее по фосфокетолазному побочному пути. Они не имеют ни альдолазы, ни глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, но содержат активные фосфокетолазы, расщепляющие фруктозо-6-фосфат и ксилуло- зо-5-фосфат на ацетилфосфат и эритрозо-4-фосфат или глицеральде- гид-3-фосфат. Гексозы претерпевают следующие превращения:
Применение молочнокислых бактерий в домашнем хозяйстве, сельском хозяйстве и для приготовления пищевых продуктов. Если нестерильный раствор, содержащий наряду с сахарами также сложные источники азота и факторы роста, оставить без доступа воздуха или просто налить в сосуд достаточно большое количество такого раствора, то вскоре в нем появятся молочнокислые бактерии. Они снижают pH до значений Приготовление силоса. Молочнокислые бактерии, обитающие на растениях, играют большую роль при запасании впрок кормов для скота. Для приготовления силоса используют листья сахарной свеклы, кукурузу, картофель, травы и люцерну. Растительную массу прессуют и прибавляют к ней мелассу, чтобы повысить отношение С/N, и муравьиную или какую-либо неорганическую кислоту, чтобы заранее обеспечить преимущественный рост лактобацилл и стрептококков. В таких условиях происходит контролируемое молочнокислое брожение.
Приготовление кислой капусты. Кислая капуста тоже представляет собой продукт, в приготовлении которого участвуют молочнокислые бактерии. В мелко нарезанной, посыпанной солью (2-3%) и спресованной белокочанной капусте при исключении доступа воздуха начинается спонтанное молочнокислое брожение, в котором принимает участие сначала Leuconostoc(с образованием С02), а позднее Lactobacillus plantarum.
Молочные продукты. Молочнокислые бактерии, образующие кислоту и придающие продуктам определенный вкус, находят широкое применение в молочной промышленности. Стерилизованное или пастеризованное молоко или же сливки сбраживают, прибавляя в качестве закваски чистые («стартовые») культуры молочнокислых бактерий. Кисломолочное масло готовят из сливок, сквашенных с помощью Streptococcus lactis, S. cremorisи Leuconostoc cremoris.Образующийся в процессе брожения диацетил (см. стр. 289) придает маслу специфический аромат.
Закваски, содержащие Streptococcus lactisили Lactobacillus bulgaricus и Streptococcus thermophilus,вызывают свертывание казеина при приготовлении творога и немецких сыров (гарцского и майнцского). При изготовлении твердых сыров (в отличие от сыров из кислого молока) для свертывания казеина пользуются сычужным ферментом. Молочнокислые бактерии (Lactobacillus casei, Streptococcus lactis) вместе с пропио- новокислыми участвуют лишь на стадии созревания сыров.
Для приготовления молочнокислых продуктов (табл. 8.3) в качестве заквасок тоже используются стартовые культуры молочнокислых бактерий, образующих кислоту и некоторые вещества, придающие продукту характерный запах. Ароматное пахтанье получают с помощью упомянутых выше заквасок, применяемых для приготовления кисломолочного масла. Пахтанье наряду с молочной кислотой содержит также уксусную кислоту, ацетоин и диацетил. Йогурт получают из пастеризованного го-могенизированного цельного молока, инокулированного Streptococcus thermophilusи Lactobacillus bulgaricus(после внесения закваски молоко выдерживают 2-3 ч при 43-45°С). Под названием биогурт в продажу поступает кислое молоко, сквашенное Lactobacillus acidophilus и Streptococcus thermophilus.Кефир принадлежит к молочнокислым продуктам, содержащим кислоты и этанол; его получают из молока (коровьего, овечьего или козьего). Закваску готовят на так называемых кефирных зернах, которые состоят из пока еще не полностью изученного сообщества организмов, включающего лактобациллы, стрептококки, микрококки и дрожжи. Сквашивание молока ведут при 15-22°С в тече-
Таблица 8.3. Выпускаемые в продажу молочнокислые продукты и соответствующие микробные закваски Молочный продукт
Культуры, входящие в состав закваски
Температура и продолжительность инкубации Сметана и пахтанье Streptococcus lactis, S. cremoris, 22°C, 18 ч
Leuconostoc cremorisили S. dia-
Йогурт Биогурт Кефир и кумыс Творог
cetilactis
Streptococcus thermophilus, Lacto- 43-45°C, 2,5-3 ч
bacillus bulgaricus Streptococcus lactis, S. cremoris, 37-40°C, 24 ч Lactobacillus acidophilus Streptococcus, Lactobacillus, дрож- 15-22°C, 24-36 ч
жи
Streptococcus lactis, S. cremoris, 22°C,18 ч или 35°C, Leuconostoc cremoris 5 ч
ние 24-36 ч. Для приготовления кумыса используют ослиное молоко, которое инокулируют культурой, содержащей Lactobacillus bulgaricus и дрожжи рода Torula.
Чистую молочную кислоту, которая используется для различных промышленных целей и как добавка к пищевым продуктам, получают в результате брожения. Молоко или сыворотку сбраживают при помощи Iactobacillus caseiили L. bulgaricus.Для сбраживания глюкозы и мальтозы применяют L. delbruckii, L. leichmanniiили Sporolactobacillus inulinus. Источником необходимых факторов роста служат меласса и солод.
Образование кислоты в кислом тесте, используемой для его подъема, тоже обеспечивается молочнокислыми бактериями, в частности Lactobacillus plantarumи L. coryneformis.Стартовые культуры лактобацилл и микрококков применяются также для приготовления сырокопченых колбас (салями, сервелат). Образуя молочную кислоту и снижая pH, молочнокислые бактерии предохраняют от порчи те виды колбас, которые не подвергаются варке.
Молочнокислое брожение – это процесс преобразования сахара в молочную кислоту в результате жизнедеятельности молочнокислых бактерий.
Молочнокислое брожение играет определяющую роль при производстве простокваши, кумыса, кефира, сметаны, при квашении капусты, огурцов, силосовании сочных растительных кормов. Очень важна его роль при изготовлении жидких дрожжей, заквасок, кваса. Важным техническим продуктом является сама молочная кислота, широко применяемая при производстве фруктовых соков, консервов в кондитерской, кожевенной, текстильной и других отраслях промышленности.
Типы молочнокислого брожения
1. Типичное (гомоферментативное) - в процессе молочнокислого брожения образуется только молочная кислота.
2. Нетипичное (гетероферментативное) – в процессе молочнокислого брожения наряду с молочной кислотой образуются еще и другие продукты (уксусная кислота, этиловый спирт, углекислый газ и др.).
Возбудители молочнокислого брожения
Для всех молочнокислых бактерий (как для шарообразных, так и для палочкоподобных) общими являются такие признаки:
Неподвижность
Не образуют спор
Факультативные анаэробы
Продукт обмена – молочная кислота
Мезофиллы
Широко распространены в природе (в молоке, на растениях, на поверхности плодов и овощей, в воздухе, в кишечнике животных и людей).
Важнейшие представители типичных молочнокислых бактерий и их использование
Молочнокислый стрептококк – всегда присутствуют в молоке и вызывают самоскисание;
Сливочная палочка – используют при производстве сметаны и масла;
Болгарская палочка – используют при производстве йогуртов и кумыса;
Ацидофильная палочка – продуцирует антибиотические вещества. Используют для производства ацидофильных кисломолочных продуктов, биопрепаратов для лечения и профилактики желудочно-кишечных заболеваний человека и животных.
Сырная палочка – используется при производстве сыров;
Дельбрюковская палочка – используют для получения молочной кислоты из сахара, а также при выпечке ржаного хлеба;
Молочнокислая палочка – основной возбудитель брожения при квашении овощей и фруктов, а также при силосовании кормов.
Важнейшие представители нетипичных молочнокислых бактерий и их использование
Ароматобразующие молочнокислые стрептококки – предают особый аромат сливочному маслу;
Лейконостоки – используются в комбинированных заквасках с целью ароматизации продукта. Некоторые виды Лейконостоков являются активными слизеобразователями и вызывают порчу продуктов (молока, вина, пива и безалкогольных напитков).
3. Пропионовокислое брожение
Пропионовокислое брожение – это процесс преобразования сахара или молочной кислоты и ее солей в пропионовую и уксусную кислоты, углекислый газ и воду в результате жизнедеятельности пропионовокислых бактерий.
Пропионовокислые, или пропионовые, бактерии были впервые выделены из сыров в 1878 г. Фитцем, а сыроделие – самая древняя биотехнология, использующая эти бактерии. Пропионовокислые бактерии давно уже используются при изготовлении твердых сычужных сыров (Советский, Швейцарский, Алтайский). Пропионовые бактерии из лактозы синтезируют пропионовую, уксусную кислоту (предают сыру острый вкус и специфический запах) и выделяют углекислоту, которая в значительной степени обусловливает рисунок сыра.
Возбудители пропионовокислого брожения пропионовокислые бактерии – это короткие, не образующие спор, неподвижные, факультативные анаэробы, мезофиллы (оптимальная температура их развития 30-35 С).
Молочнокислое брожение. Наиболее простым типом брожения следует считать молочнокислое. Различают два вида молочнокислого брожения: типичное молочнокислое брожение (гомоферментативное) и нетипичное (гетероферментативное). В первом случае процесс осуществляется однородными ферментами (только ферментами, участвующими в восстановлении пировиноградной кислоты в молочную). Во втором случае разнородные ферменты вызывают, кроме молочнокислого, также и спиртовое с образованием в качестве побочных продуктов уксусной кислоты и этилового спирта.[ ...]
Брожение известно людям с незапамятных времен. Тысячелетиями человек пользовался спиртовым брожением при изготовлении вина. Еще раньше было известно о молочнокислом брожении. Люди употребляли в пищу молочные продукты, готовили сыры. При этом они не подозревали, что эти процессы происходят с помощью микроорганизмов. Термин «брожение» был введен голландским алхимиком Ван Хельмонтом в XVII в. для процессов, идущих с выделением газов егте аио - кипение). Затем в XIX в. основоположник современной микробиологии Луи Пастер показал, что брожение является результатом жизнедеятельности микробов, и установил, что различные брожения вызываются разными микроорганизмами.[ ...]
Молочнокислое брожение следует проводить в анаэробных условиях, ибо молочнокислые бактерии относятся к группе факультативных анаэробов, не требующих для своей жизнедеятельности кислоро да воздуха. Большинство же вредных микроорганизмов являются строгими аэробами и в отсутствие воздуха не развиваются. Молочнокислые бактерии из каждой молекулы сахара образуют две молекулы молочной кислоты. Поскольку источник накопления молочной кислоты - сахар сырья, следует подбирать высокосахаристые сорта овощей и плодов.[ ...]
Молочнокислые бактерии используются в хлебопечении, обусловливая кислый вкус хлеба, а также при промышленном получении молочной кислоты. В этом случае 15-18°/о-ный раствор сахара подвергают молочнокислому брожению и связывают образующуюся молочную кислоту мелом.[ ...]
Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении конечным продуктом является молочная кислота.[ ...]
Молочнокислое брожение широко используется при выработке молочных продуктов: простокваши, ацидофилина, творога, сметаны. При производстве кефира, кумыса наряду с молочнокислым брожением, вызываемым бактериями, имеет место и спиртовое брожение, вызываемое дрожжами. Молочнокислое брожение происходит на первом этапе изготовления сыра, затем молочнокислые бактерии сменяются пропионово кислыми.[ ...]
Молочнокислые бактерии нашли широкое применение при консервировании плодов и овощей, в силосовании кормов. Чистое молочнокислое брожение применяется для получения молочной кислоты в промышленных масштабах.[ ...]
Молочнокислое брожение. Это процесс превращения сахара в молочную кислоту при помощи микроорганизмов. Молочнокислое брожение бывает типичное и нетипичное. При типичном сахар расщепляется только на 2 молекулы молочной кислоты по уравнению.[ ...]
Типичное молочнокислое брожение широко применяется для изготовления молочнокислых продуктов на молочных заводах. Большое значение молочнокислые бактерии имеют в консервировании свежих кормов путем силосования- Консервирование сочной кормовой массы основано на сбраживании сахаров, содержащихся в растительном соке с образованием молочной кислоты. Благодаря кислой реакции среды предотвращается развитие гнилостных процессов в силосуемой массе. В последние годы разработаны силосные закваски из молочнокислых бактерий. Применение этих заквасок позволяет ускорить и улучшить процесс созревания силоса, избежать образования масляной кислоты.[ ...]
Нормальное молочнокислое брожение происходит в том случае, когда сок полностью покрывает капусту.[ ...]
Нетипичным молочнокислым брожением называется такое, при котором наряду с молочной кислотой образуются и другие продукты, например этиловый спирт, уксусная и янтарная кислота, углекислота и водород.[ ...]
Как можно видеть, молочнокислая ферментация ВРУ предпочтительнее с точки зрения максимальной пищевой ценности силоса без потерь СВ и с незначительной потерей энергии. Рост гетероферментативных Lactobacillus spp. в силосе ведет к образованию этанола и диоксида углерода с последующей потерей СВ и энергии . В результате воздействия этих факторов большая часть биологических силосных добавок содержит те виды молочнокислых бактерий, которые способствуют молочнокислому брожению в силосе.[ ...]
Вместо спиртового брожения можно выбрать молочнокислое брожение, которое проводится бактериями Lactobacillus pento-sus. Выход продуктов на 1 т вырабатываемой целлюлозы равен 125 кг молочной кислоты 95%-ной чистоты и 30 кг уксусной кислоты .[ ...]
Гомоферментативное молочнокислое брожение вызывают бактерии рода Lactobacillus и стрептококки. Они могут сбраживать различные сахара с 6-ю (гексозы) или 5-ю (пентозы) углеродными атомами, некоторые кислоты. Однако круг сбраживаемых ими продуктов ограничен.[ ...]
Гетероферментативное молочнокислое брожение - процесс более сложный, чем гомоферментативное: сбраживание углеводов приводит к образованию ряда соединений, накапливающихся в зависимости от условий процесса брожения. Одни бактерии образуют, помимо молочной кислоты, этиловый спирт и углекислоту, другие - уксусную кислоту; некоторые гетероферментативные молочнокислые бактерии могут образовывать различные спирты, глицерин, маннит.[ ...]
Гетероферментативное молочнокислое брожение вызывают бактерии рода Lactobacterium и рода Streptococcus. Химизм этих брожений изучен не так хорошо, как спиртового или гомоферментативно го молочнокислого брожения.[ ...]
Возбудителями типичного молочнокислого брожения яв ляются следующие микроорганизмы: 1) Bact. Эта бактерия накапливает наибольшее количество молочной кислоты, равное 3,2%. Молочнокислые бактерии могут сбраживать различные сахара в зависимости от наличия в них тех или иных ферментов.[ ...]
Приготовление силоса основано на молочнокислом брожении. В хорошем силосованном корме накапливается молочная кислота, которая резко преобладает над другими органическими кислотами, образующимися при неправильном силосовании. Определение общей кислотности силоса, а также молочной (нелетучей) и других (летучих) кислот позволяет объективно охарактеризовать качество силосованного корма.[ ...]
Гетероферментативное (нетипичное) молочнокислое брожение вызывается кишечной палочкой Bact. coli, а также близкой к ней бактерией Bact.Jactis aerogenes. При санитарной оценке воды и почвы она является показателем фекального загрязнения.[ ...]
Встречаются также так называемые ложные бактерии молочнокислого брожения, они размножаются при температуре 25-35° и образуют наряду с молочной другие кислоты.[ ...]
Кишечная палочка относится к группе бактерий, вызывающих нетипичное молочнокислое брожение. При сбраживании сахаров эти бактерии образуют наряду с молочной кислотой ряд других продуктов: янтарную и уксусную кислоту, этиловый спирт, углекислый газ и водород.[ ...]
Процесс образования молочной кислоты чрезвычайно близок к процессу спиртового брожения. Но затем ее декарбоксили-рование (отщепление СОг), как при спиртовом брожении, не происходит, так как молочнокислые бактерии лишены соответствующих ферментов. У них активны дегидрогеназы (НАД). Поэтому пировиноградная кислота сама (а не уксусный альдегид, как при спиртовом брожении) принимает водород от восстановленной формы НАД и превращается в молочную кислоту. В процессе молочнокислого брожения бактерии получают энергию, необходимую им для развития в анаэробных условиях, где использование других источников энергии затруднено.[ ...]
Важное отличие получения ржаного теста заключается в том, что в нем в основном происходит молочнокислое брожение, в то время как для теста из пшеничной муки характерно спиртовое. Молочнокислый тип брожения приводит к быстрому повышению кислотности теста, и клейковинные белки ржи, имеющие сравнительно небольшую молекулярную массу, легко растворяются в разбавленных растворах молочной, уксусной и других органических кислот. Таким образом, тестоведение также способствует диспергируемости белков и окончательно приводит к тому, что они не формируют связный клейковинный комплекс. Поэтому ржаное тесто в сравнении с пшеничным более липкое, не обладает эластичностью и плохо сохраняет приданную ему форму.[ ...]
Работники сыродельных заводов давно обратили внимание на то, что в ряде случаев активность молочнокислых микробов закваски резко снижается, что приводит к плохому сбраживанию молока. Это явление может быть вызвано разными причинами. Но чаще всего оно вызывается фагами, которые лизируют полностью или частично культуры заквасок. В результате этого процесс молочнокислого брожения полностью останавливается или интенсивность его резко снижается.[ ...]
Далее при отсутствии в среде кислорода ПВК перерабатывается либо в этиловый спирт - спиртовое брожение (в клетках дрожжей и растений при недостатке кислорода), либо в молочную кислоту - молочнокислое брожение (в клетках животных при недостатке кислорода).[ ...]
На сыродельных заводах, как правило, применяют закваски, состоящие не из одной культуры, а из смеси различных культур молочнокислых стрептококков.Стрептококков очень много в природе, поэтому для производства можно отобрать культуры, отличающиеся по своей чувствительности к фагам. При применении смешанной закваски под влиянием фага лизи-руется одна или две культуры, другие же продолжают процесс молочнокислого брожения.[ ...]
Таким образом, в отличие от маринования консервирующее начало не вносится в пищевой продукт извне, а создается в самом сырье в результате молочнокислого брожения.[ ...]
Характер микробиологических изменений, происходящих в растительном сырье при квашении, солении и мочении, зависит от условий, в которых протекают эти процессы. Важно создать благоприятные условия для молочнокислых бактерий и неблагоприятные для вредных микроорганизмов. Многостороннее влияние на процесс квашения и соления овощей оказывает поваренная соль. Соль придает продукту определенные вкусовые качества, обладает некоторым консервирующим воздействием и, главное, вызывает плазмолиз растительных клеток в начальной стадии процесса. При этом извлекают содержащийся в клетках сок, богатый сахаром, что способствует молочнокислому брожению. Поваренную соль используют в небольших концентрациях (2-3 %). В таком количестве соль подавляет развитие многих видов микроорганизмов, а на деятельность молочнокислых бактерий почти не влияет.[ ...]
Одной из форм взаимоотношений в микробных ассоциациях является антагонизм, выражающийся в угнетающем или гибельном влиянии одного из участников сообщества на другого. И. И. Мечников, изучивший взаимоотношения между микрофлорой кишечника и палочкой молочнокислого брожения, одним из первых начал заниматься вопросами антагонизма. Различают несколько видов антагонизма, например прямой и косвенный, односторонний и двухсторонний, когда при изменившихся условиях среды угнетающий и угнетаемый организмы меняются местами.[ ...]
Вышеупомянутые способы консервирования продуктов можно применить и для сохранения ягод на зиму. Всякие заготовки ягод представляют собой использование разных приемов их консервирования: варенье- это комбинированный способ стерилизации и влияния крепкого раствора сахара; заквашивание ягод - использование молочнокислого брожения и тому подобное.[ ...]
При солении огурцов и помидоров в качестве специй часто используют майоран, базилик, кориандр, чабер, чабрец, гвоздику и другие пряности из расчета 1-2 г на 3-литровую банку. После заливки 6-7%-ным раствором банки прикрывают лакированными крышками и выдерживают при комнатной температуре 8-12 дней. По истечении этого срока молочнокислое брожение почти полностью завершается. Банки Доливают рассолом и закрывают крышками.[ ...]
Заводы, занимающиеся солением капусты, можно рассматривать как плодоовощные консервные заводы. Капусту сначала очищают, с нее удаляют верхние грязные листья и вырезают загрязненные места. Затем ее тонко нарезают, утрамбовывают в больших чапах, причем каждый пласт посыпают поваренной солью. Спустя короткое время начинается молочнокислое брожение и выделяется овощной сок, который время от времени спускается, особенно при упаковке соленой капусты в тару для перевозки, а также при опорожнении и мытье чанов.[ ...]
Накопление консервирующего вещества в продукте может быть достигнуто не только путем внесения его, но и благодаря химическим изменениям, происходящим в сырье под действием микроорганизмов. Под действием дрожжей имеющиеся в продукте сахара сбраживаются с образованием этилового спирта. Этот процесс широко используют в виноделии. Квашение капусты, яблок, соление огурцов основано на молочнокислом брожении сахаров. Образующиеся при спиртовом и молочнокислом брожении антисептики (спирт, молочная кислота) подавляют жизнедеятельность микроорганизмов. В результате брожения получаются новые продукты, резко отличающиеся от исходного сырья по свойствам и вкусу.[ ...]
Бактерии живут повсеместно - в почве, воде, воздухе, в организмах растений, животных и человека. Многие бактерии по способу питания являются гетеротрофными организмами, т. е. используют готовые органические вещества. Часть из них, являясь сапрофитами, разрушает остатки мертвых растений и животных, участвует в разложении навоза, способствуют минерализации почвы. Бактериальные процессы спиртового, молочнокислого брожения используются человеком. Есть виды, которые могут жить в организме человека, не принося вреда. Так, например, в кишечнике человека обитает кишечная палочка. Отдельные виды бактерий, поселяясь на продуктах питания, вызывают их порчу. К сапро-фитам относятся бактерии гниения и брожения.[ ...]
Вода необходима для жизни микробов и прежде всего для процессов питания, поскольку все питательные вещества могут поступать в клетку только в растворенном состоянии. Точно также все отработанные продукты выводятся из бактериальной клетки в виде различных растворенных в воде веществ. Кроме того, и рост молодых бактериальных клеток также требует достаточной влаги. Поэтому жизнедеятельность микробов невозможна в сухой среде. Однако, если жизнь бактерий при высушивании замирает, то это еще не значит, что она полностью прекращается. Есть микробы, которые в отсутствии влаги начинают отмирать, однако многие из них способны довольно длительное время переносить высушивание. Так, например, в высохшей мокроте туберкулезных больных Bact. tuberculosis сохраняются в течение 10 мес., а один из возбудителей молочнокислого брожения Bad. lactis acidi свободно переносит высушивание даже в течение 9-10 лет.
Молочнокислое брожение
Молочнокислое брожение считается эволюционно одним из самых древних и примитивных типов брожения. По характеру самого процесса и образующимся конечным продуктам различают гомо- и гетероферментативное молочнокислое брожение.
В основе гомоферментативного молочнокислого брожения лежит гликолетический цикл сбраживания гексозы с образованием двух молекул пировиноградной кислоты. Последняя, выступает конечным акцептором водорода, восстанавливается до молочной кислоты. Этот процесс можно выразить следующим уравнением:
С 6 Н 12 О 6 → 2СН 3 СНОНСООН+196,65 кДж/моль.
Энергетический выход гомоферментативного молочнокислого брожения невелик и составляет всего 2 молекулы АТФ на 1 молекулу сброженной глюкозы.
Процесс ведут гомоферментативные молочнокислые бактерии, способные сбраживать 85 – 98% сахара, находящегося в среде, до молочной кислоты. Морфологически они представлены кокками, относящимися к родам Streptococcus и Pediococcus, палочковидными формами обширного рода Lactobacillus. Все бактерии этой группы по методу Грамма окрашиваются положительно, спор не образуют, неподвижны. По отношению к кислороду аэротолерантны, т.е. способны расти при доступе кислорода. Молочнокислые бактерии характеризуются низкими биосинтетическими способностями. Источником углерода для них служат молочные или растительные сахара и редко некоторые пентозы, сахароспирты и органические кислоты. Низкие биосинтетические способности этой группы бактерий свидетельствуют о примитивности их конструктивного метаболизма.
В основе гетероферментативного молочнокислого брожения лежит пентозофосфатный путь сбраживания гексоз или пентоз с образованием молочнокислой кислоты и ряда других продуктов – уксусной кислоты, этиленового спирта, глицерина и углекислого газа:
С 6 Н 12 О 6 →СН 3 СНОНСООН+СН 3 СООН+СН 3 СН 2 ОН+СН 2 ОНСНОНСН 2 ОН+СО 2
Облигатные гетеротрофные молочнокислые бактерии лишены ключевых ферментов гликолетического пути – альдолазы и триозофосфатизомеразы. К этой группе относятся бактерии родов Lactobacillus, Leuconostoc и Bifidobacterium. Некоторые молочнокислые бактерии способны вести как гомо-, так и гетероферментативное молочнокислое брожение, сбраживая гексозы по гликолитическому, а пентозы по пентозному пути.
Молочнокислые бактерии весьма широко распространены в природе. Они легко выделяются из молока и всех молочных продуктов, с поверхности растений и разрушающихся растительных масс, из почвы и ризосферы растений, из желудка и кишечника животных и человека.
С незапамятных времен молочнокислые бактерии находят применение в различных отраслях хозяйственной деятельности человека – для приготовления кисломолочных продуктов, сливочного масла, сыра, квашения овощей и т.д.
Для производства кисломолочных продуктов в разных географических широтах используют различные виды молочнокислых бактерий. Так, на севере в закваску для простокваши входят в основном кокковые формы Streptococcus lactis и S. cremoris; на юге в закваске простокваши преобладает болгарская палочка (Lactobacillus bulgaricus).
Закваски некоторых национальных кисломолочных продуктов (кефира, кумыса, йогурта) представлены исторически сложившимися симбиотическими комплексами молочнокислых бактерий и дрожжей. Молочнокислые бактерии сбраживают лактозу молока с образованием 0,8–1% молочной кислоты, дрожжи ведут спиртовое брожение и сбраживают лактозу с образованием 1%-ного этилового спирта.
Молочнокислые бактерии играют важную роль в приготовлении сыров. В основе сыроварения лежит коагуляция казеинамолока под действием сычужного фермента, получаемого из желудка жвачных жживотных. Образовавшиеся сгустки казеина отделяют от молочной сыворотки, пресуют, выдерживают в растворе соли и оставляют на созревание. Во время созревания в сырной массе идут сложные процессы превращения казеина в аминокислоты под влиянием ферментов.
В процессах квашения овощей и силосования кормов принимают участие многочисленные спонтанные расы гомо- и гетеро-ферментативных молочнокислых бактерий.
Гетероферментативные молочнокислые бактерии рода Bifidobacterium являются обитателями кишечника животных и человека, нередко они составляют от 50 до 90% микробного населения в фекалиях человека.
Многие молочнокислые бактерии способны синтезировать вещества, обладающие антибиотическими свойствами (лактолин, низин, бревин, диплококкцин и др.). На этом свойстве молочнокислых бактерий основано их антагонистическое действие на гнилостные и болезнетворные микроорганизмы в кишечнике человека и животных.
Спиртовое брожение
Процесс спиртового брожения проходит по гликолитическому пути до образования пировиноградной кислоты. Далее при участии ключевого фермента спиртового брожения – пируватдекарбоксилазы – происходит декарбрксилирование пировиноградной кислоты. В результате образуются ацетальдегид и углекислый газ.
Образовавшийся ацетальдегид выступает конечным акцептором и под действием НАД + -зависимой алькогольдегидрогеназы восстанавливается до этиленового спирта. Донором водорода, как и при молочнокислом брожении, служит 3-фосфоглицериновый альдегид.
Суммарно процесс спиртового брожения можно выразить следующим уравнением:
С 6 Н 12 О 6 + 2Ф н + 2АДФ→ 2СН 3 СН 2 ОН + 2СО 2 + 2АТФ +2Н 2 О
Энергетический выход процесса составляют 2 молекулы АТФ на
1 молекулу сброженной глюкозы. Отличие спиртового брожения от молочнокислого заключается в различной природе конечного акцептора водорода.
Спиртовое брожение лежит в основе ряда промышленных производств – виноделия, получения спирта, пивоварения, хлебопечения. На Европейском континенте в промышленности используют различные расы сахаромицетных дрожжей (Saccharomyces cerevisiae, Sacch. Vini), на Американском континенте – различные расы схизосахаромицетов.
Среди прокариот к активному спиртовому брожению способны Erwinia amylovora, Zymomonas mobilis, Sarcina vintriculi. Последняя используется в промышленном производстве для получения этилового спирта в странах Востока.
Маслянокислое брожение. Маслянокислое брожение проходит в строго анаэробных условиях и ведут его облигатно-аэробные бактерии рода Clostridium.
Этот тип брожения следует рассматривать как один из вариантов усложненного брожения, в основе которого лежит гликолитический путь сбраживания углеводов до пировиноградной кислоты. Характерной особенностью маслянокислого брожения является реакция конденсации с образованием С 4- – соединения (масляной кислоты). В результате из пировиноградной кислоты образуются уксксный альдегид, муравьиная и уксусная кислота, нередко этиловый спирт. Муравьиная кислота распадается до СО 2 и Н 2 , а реакция конденсации ацетальдегида приводит к образованию масляной кислоты. Суммарно процесс маслянокислого брожения можно выразить следующим уравнением:
4С 6 Н 12 О 6 →3СН 3 СН 2 СН 2 СООН + 2СН 3 СООН + 8СО 2 + 8Н 2
Энергетический выход данного процесса составляет 3,3 молекулы АТФ на 1 молекулу сброженной глюкозы. Процесс маслянокислого брожения очень лабилен и зависит от состава питательной среды и стадии развития культуры микроорганизма.
Маслянокислые бактерии рода Clostridium многочисленны и гетерогенны. Морфологически они представлены крупными палочками. В молодой культуре палочки подвижны, тип жгутикования перитрихиальный. По мере старения клетки формируют эндоспоры. Спорангии переходного типа – от клостридиального к плекридиальному, форма спор сферическая или овальная.
По типу использования углесодержащих веществ маслянокислые бактерии подразделяются на сахаролитические и протеолитические. Сахаролитические виды (Cl. Butyricum, Cl. Pasteurianus, и др.) сбраживают различные соединения углеводной природы: пектин, целлюлозу, крахмал, хитин и т.д. Протеологические клостридии (Cl. Hutrificum, Cl. Sporogenes,
Cl. Histolyticum) в качестве сбраживаемого субстрата используют белки, аминокислоты, пурины, пиримидины.
Различные виды маслянокислых бактерий в природе ведут самые разнообразные процессы: аэробную аммонификацию органических азотсодержащих веществ, анаэробное разложение растительных остатков – пектина и клетчатки.
Маслянокислые бактерии нередко причиняют вред, вызывая порчу продуктов – прогоркание масла, сметаны, и т.д.
Одной из разновидностей маслянокислого брожения является ацетоно-бутиловое брожение. Основные продукты – бутиловый, этиловый и изопропиловый спирт, ацетон и газ СО 2 и Н 2 . Суммарно этот процесс брожения может быть выражен следующим уравнением:
С 6 Н 12 О 6 →СН 3 СН 2 СН 2 СН 2 ОН + СН 3 СН 2 ОН + СН 3 СОСН 3 + СН 3 СНОНСН 3 + Н 2 + СО 2
Выход продукта брожения обуславливается составом питательного субстрата, условиями рН среды, температурой, а также видом маслянокислых бактерий, ведущих брожение. Этот вид маслянокислого брожения широко используется в современном производстве для получения дифицитных реактивов – ацетона и бутилового спирта из любого крахмалсодержащего сырья.
Рассмотрев суть процессов брожения на конкретных примерах, подчеркнем еще раз, что этот тип анаэробного окисления является наиболее примитивным способом получения энергии. Среди царства прокариот анаэробное окисление присуще многочисленной и разнообразной группе микроорганизмов. Однако только небольшая часть их может быть названа первичными анаэробами. Большая часть ныне существующих анаэробов имеет вторичное происхождение, связанное с адаптацией их к анаэробным условиям среды и утратой способности к анаэробному окислению с использованием молекулярного кислорода. Примером таких микроорганизмов может служить микрофлора кишечника. В целом анаэробные прокариоты и в современную эпоху занимают широкие экологические ниши – глубинные слои почвы и воды, придонные илы морей и океанов, нефтяные скважины и т.д.
19. Брожение моно- и дисахаридов (спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, пропионовокислое).
Брожение (ферментация), биохимические процессы, сопровождающиеся распадением органических веществ на более простые; происходят с выделением тепла и часто углекислого газа.
Брожение, процесс анаэробного расщепления органических веществ, преимущественно углеводов, происходящий под влиянием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. В ходе Б. в результате сопряженных окислительно-восстановительных реакций освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микроорганизмов, и образуются химические соединения, которые микроорганизмы используют для биосинтеза аминокислот, белков, органических кислот, жиров и др. компонентов тела. Одновременно накапливаются конечные продукты Б. В зависимости от их характера различают брожение спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, пропионовокислое, ацетоно-бутиловое, ацетоно-этиловое и др. виды. Характер Б., его интенсивность, количественные соотношения конечных продуктов, а также направление Б. зависят от особенностей его возбудителя и условий, при которых Б. протекает (pH, аэрация, субстрат и др.).
Первая реакция превращения глюкозы при спиртовом Б. - присоединение к глюкозе под влиянием фермента глюкокиназы остатка фосфорной кислоты от аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ, см. Аденозинфосфорные кислоты). При этом образуются аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и глюкозо-6-фосфорная кислотата. Последняя под действием фермента глюкозофосфати-зомеразы превращается в фруктозо-6-фосфорную кислоту, которая, получая от новой молекулы АТФ (при участии фермента фосфофруктокиназы) ещё один остаток фосфорной кислоты, превращается в фруктозо-1,6-дифосфорную кислоту. (Эта и следующая реакции, обозначенные встречными стрелками, обратимы, т. е. их направление зависит от условий - концентрации фермента,pH и др.) Под влиянием фермента кетозо-1-фосфатальдолазы фруктозо-1,6-дифосфорная кислота расщепляется на глицеринальдегидфосфорную и диоксиацетонфосфорную кислоты которые могут превращаться друг в друга под действием фермента триозофосфатизомеразы. Глицеринальдегидфосфорная кислота, присоединяя молекулу неорганической фосфорной кислоты и окисляясь под действием фермента дегидрогеназы фосфоглицеринальдегида, активной группой которого у дрожжей является никотинамидадениндинуклеотид (НАД), превращается в 1,3-дифосфоглицериновую кислоту. Молекула диоксиацетонфосфорной кислоты под действием триозофосфатизомеразы даёт вторую молекулу глицеринальдегидфосфорной кислоты, также подвергающуюся окислению до 1,3-дифосфоглицериновой кислоты; последняя, отдавая АДФ (под действием фермента фосфоглицераткиназы) один остаток фосфорной кислоты, превращается в З-фосфоглицериновую кислоту, которая под действием фермента фосфоглицеро-мутазы превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту, а она под влиянием фермента фосфопируват-гидратазы - в фосфоенол-пировиноградную кислоту. Последняя при участии фермента пируваткиназы передаёт остаток фосфорной кислоты молекуле АДФ, в результате чего образуется молекула АТФ и молекула енолпировиноградной кислоты, которая весьма нестойка и переходит в пировиноградную кислоту. Эта кислота при участии имеющегося в дрожжах фермента пируватдекарбоксилазы расщепляется на уксусный альдегид и двуокись углерода. Уксусный альдегид, реагируя с образовавшейся при окислении глицеринальдегидфосфорной кислоты восстановленной формой никотинамидадениндинуклеотида (НАД-Н), при участии фермента алкогольдегидрогеназы превращается в этиловый спирт. Суммарно уравнение спиртового Б. может быть представлено в следующем виде:
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ ® 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2АТФ.
Т. о., при сбраживании 1 моля глюкозы образуются 2 моля этилового спирта, 2 моля CO2, а также в результате фосфорилирования 2 молей АДФ образуются 2 моля АТФ.
Молочнокислое брожение
Молочнокислые бактерии подразделяют на 2 группы - гомоферментативные и гетероферментативные. Гомоферментативные бактерии (например, Lactobacillus delbrückii) расщепляют моносахариды с образованием двух молекул молочной кислоты в соответствии с суммарным уравнением:
C6H12O6 = 2CH3CHOH·COOH.
Гетероферментативные бактерии (например, Bacterium lactis aerogenes) ведут сбраживание с образованием молочной кислоты, уксусной кислоты, этилового спирта и CO2, а также образуют небольшое количество ароматических. веществ - диацетила, эфиров и т.д.
При молочнокислом Б. превращение углеводов, особенно на первых этапах, близко к реакциям спиртового Б., за исключением декарбоксилирования пировиноградной кислоты, которая восстанавливается до молочной кислоты за счёт водорода, получаемого от НАД-Н. Гомоферментативное молочнокислое Б. используется для получения молочной кислоты, при изготовлении различных кислых молочных продуктов, хлеба и в силосовании кормов в сельском хозяйстве. Гетероферментативное молочнокислое Б. происходит при консервировании различных плодов и овощей путём квашения.
Маслянокислое брожение
Сбраживание углеводов с преимущественным образованием масляной кислоты производят многие анаэробные бактерии, относящиеся к роду Clostridium. Первые этапы расщепления углеводов при маслянокислом Б. аналогичны соответстветственным этапам спиртового Б., вплоть до образования пировиноградной кислоты, из которой при маслянокислом Б. образуется ацетил-кофермент A (CH3CO-KoA). Ацетил-KoA может служить предшественником масляной кислоты, подвергаясь следующим превращениям:
Маслянокислое Б. применялось для получения масляной кислоты из крахмала.
Ацетоно-бутиловое Б. бактерии Clostridium acetobutylicum сбраживают углеводы с преим. образованием бутилового спирта (CH3CH2CH2CH2OH) и ацетона (CH3COCH3). При этом образуются также в сравнительно небольших количествах водород, CO2, уксусная, масляная кислоты, этиловый спирт. Первые этапы расщепления углеводов те же, что и при спиртовом Б. Бутиловый спирт образуется путём восстановления масляной кислоты:
CH3CH2CH2COOH + 4H = CH3CH2CH2CH2OH + H2O.
Ацетон же образуется декарбоксилированием ацетоуксусной кислоты, которая получается в результате конденсации двух молекул уксусной кислоты. Исследованиями В. Н. Шапошникова показано, что ацетоно-бутиловое Б. (как и ряд др., например пропионовокислое, маслянокислое) в опытах с растущей культурой происходит в две фазы. В первую фазу Б. параллельно с нарастанием биомассы накапливаются уксусная и масляная кислоты; во вторую фазу образуются преимущественно ацетон и бутиловый спирт. При ацетоно-бутиловом Б. сбраживаются моносахариды, дисахариды и полисахариды - крахмал, инсулин, но не сбраживаются клетчатка и гемицеллюлоза. Ацетоно-бутиловое Б. использовалось для промышленного получения бутилового спирта и ацетона, применяемых в химической и лакокрасочной промышленности (см. также Ацетоно-бутиловое брожение и Ацетоно-этиловое брожение).
Пропионовокислое брожение
Основные продукты пропионовокислого Б., вызываемого несколькими видами бактерий из рода Propionibacterium, - пропионовая (CH3CH2OH) и уксусная кислоты и CO2. Химизм пропионовокислого Б. сильно изменяется в зависимости от условий. Это, по-видимому, объясняется способностью пропионовых бактерий перестраивать обмен веществ, например в зависимости от аэрации. При доступе кислорода они ведут окислительный процесс, а в его отсутствии расщепляют гексозы путём Б. Пропионовые бактерии способны фиксировать CO2, при этом из пировиноградной к-ты и CO2 образуется щавелевоуксусная к-та, превращающаяся в янтарную к-ту, из которой декарбоксилированием образуется пропионовая к-та:
Существуют Б., которые сопровождаются и восстановительными процессами. Примером такого «окислительного» Б. служит лимоннокислое Б. Многие плесневые грибы сбраживают сахара с образованием лимонной кислоты. Наиболее активные штаммы Aspergillus niger превращают до 90% потребленного сахара в лимонную кислоту. Значительная часть лимонной кислоты, используемой в пищевой промышленности, производится микробиологическим путём - глубинным и поверхностным культивированием плесневых грибов.
Иногда по традиции и чисто окислительные процессы, осуществляемые микроорганизмами, называется Б. Примерами таких процессов могут служить уксуснокислое и глюконовокислое Б.
