36. Использование микроорганизмов в пищевой промышленности

Спиртовым брожением называется процесс превращения сахара м/о в этиловый спирт и углекислый газ. Это брожение осуществляется специфическими микроорганизмами дрожжами, принадлежащими к роду сахаромицетов, могут вызывать некоторые плесневые грибы, бактерии. Однако бактериальное спиртовое брожение отличается от вызываемого дрожжами. Общее уравнение реакции:

С₆Н₁₂О₆ → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 234 кДж/моль

Это уравнение не отражает того, что кроме главных продуктов брожения (этиловый спирт и СО₂) образуются и др. вещества сивушные масла, также в ничтожных количествах образуется уксусный альдегид, глицерин и ряд др. соединений, в конечном итоге определяющих специфический аромат вина, пива и др. спиртовых напитков, аромат хлеба.

Наиболее благоприятная концентрация сахара в среде  от 10 до 15%, но способны сбраживать сахар с концентрацией до 60%. Нормально брожение протекает в кислой среде при рН  4-5. В щелочной среде повышается выход глицерина. Наибольшая скорость брожения при температуре 30°С, а при 40-50 оно  прекращается.

По характеру брожения дрожжи подразделяют на верховые и низовые.

Брожение вызываемое верховыми дрожжами протекает бурно и быстро при температуре 20-28 °С. На поверхности образуется много пены, и под действием выделяющегося углекислого газа, дрожжи выносятся в верхние слои субстрата. По окончании процесса дрожжи оседают на дно бродильных сосудов рыхлым слоем.

Брожение, вызываемое низовыми дрожжами, протекает спокойно и медленно. Его ведут при низких температурах 5-10 °С. Газ выделяется постепенно, пены образуется меньше, дрожжи не выносятся на поверхность и быстро оседают на дно.

В производстве применяют:

-  расы верховых дрожжей Saccaromyces cerevisiae, быстро размножающиеся, спиртоустойчивые, с высокой энергией брожения;

- расы Saccaromyces carlsbergensis – хлопьевидные дрожжи низового брожения;

- расы низовых дрожжей Saccaromyces vini для производства соков. 

Спиртовое брожение  имеет практическое значение, лежит в основе целого ряда пищевых производств: хлебопечении, виноделия, пивоварения, производства этилового  спирта, глицерина. Совместно с молочнокислым брожением используется при получении некоторых кисломолочных продуктов, квашении овощей и т.д. применяемые дрожжи предварительно выращиваются в аэробных условиях на стерильных питательных заторах, заквашенных молочнокислыми бактериями.

МКБ – превращение сахара в анаэробных условиях молочнокислыми бактериями с образованием молочной кислоты.

По характеру брожения различают две группы молочнокислых бактерий: гомоферментативные и гетероферментативные.

Гомоферменативные (однотипнобродящие) образуют в основном (не менее 85-90%) молочную кислоту и очень мало побочных продуктов.

С₆Н₁₂О₆=2СН₃СНОНСООН

Гетероферментативные (разнотипнобродящие) менее активные кислотообразователи. Наряду с молочной кислотой они образуют значительное количество других веществ-этиловый спирт, углекислый газ, некоторые еще и уксусную кислоту.

Возбудители.

Молочнокислые бактерии имеют круглую, слегка овальную или палочковидную форму. Кокки распологаются попарно или цепочками (стрептококки) различной длины.

Все молочнокислые бактерии неподвижны, не образуют сор, грамположительны, лишены фермента каталазы, являются факультативными анаэробами. Палочковидные бактерии более, чем стрептококки, предпочитают анаэробные условия. МКБ сбраживают моно и дисахариды, однако используется ими не любой дисахарид.

По отношению к температуре МКБ можно разделить на мезофильные – с оптимумом роста 25-35⁰С .

МКБ относятся к родам Streptococcus (гомоферментативные)  и Leuconostoc (гетероферментативные), а палочковидные формы к роду Lactobacillus.

Представители гомоферментативных – молочный стрептококк(Streptococcus lactis) – это мезофилы, хорошо развиваются при температуре 30-35⁰С. В среде накапливают до 1% кислоты. Широко используются при приготовлении разнообразных кисломолочных продуктов.

Сливочный стрептококк (S.cremoris) – сферические клетки, образующие длинные цепочки, этот мезофильный стрептококк не активный кислотообразователь, хорошо растет при 25⁰С.

Термофильный стрептококк (S.thermophilus) длинные цепочки кокков, хорошо развиваются при 40-45⁰С,накапливают около 1% кислоты.

Болгарская палочка (Lactobacillus bulgaricus) крупные палочки, образующие длинные цепочки, не сбраживают сахарозу,развиваются хорошо при 40-45⁰С,это активный кислотообразователь.

Молочнокислая палочка(L.plantarum) небольшие палочки, часто сцепленные попарно или цепочкой, температурный оптимум около 30⁰С, накапливает до 1% кислоты.

Гетероферментативные МКБ: L.brevis - палочковидные бактерии, сбраживающие сахара при квашении капусты и огурцов с образованием кислот (молочной и уксусной), этилового спирта и углекислого газа.

Leuconostoc cremoris-удлиненные кокки, могут быть одиночными, парами или в виде коротких цепочек, температурный оптимум 20-25⁰С.

Особенно велика роль МКБ в молочной промышленности. Большое значение имеют МКБ при квашении овощей, в хлебопечении. Промышленное значение имеет также применение МКБ для получения молочной кислоты, которую используют в консервной, кондитерской промышленности и в производстве безалкогольных напитков. 

26  Маслянокислое брожение, характеристика возбудителей и значение процесса

Маслянокислое брожение – анаэробное окисление органических веществ маслянокислыми бактериями в масляную кислоту.

С6H12О6 → СНзСН2СН2СООН + 2 С02 + 2Н2 +Е

                           глюкоза          масляная кислота

Возбудители маслянокислого брожения:

Маслянокислые бактерии относятся к роду Clostridium. Это крупные, подвижные грамположительные палочки, образующие устойчивые споры, при образовании которых клетка приобретает форму веретена или теннисной ракетки, облигатные (строгие) анаэробы.

Маслянокислые бактерии широко распространены в природе. Обитают там, где много органических веществ и нет доступа воздуха – в иловых отложениях водоемов, навозе, почве и т.д.

Эти бактерии могут сбраживать многие углеводы, в т.ч. (крахмал, гликоген, пектиновые вещества, целлюлозу), спирты (этиловый, маннит, глицерин) и аминокислоты. По характеру используемых субстратов маслянокислые бактерии делятся на две группы: сахаролитические клостридии, которые сбраживают в основном углеводы (Ctostridium butyricum), и протеопитические клостридии, которые разлагают белки и пептоны до аминокислот и затем их сбраживают (Clostridium sporogenes, Clostridium subterminalis, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum).

Практическое значение маслянокислого брожения.

Маслянокислое брожение используется в промышленности для получения масляной кислоты (продуцент Clostridium butyricum). Хотя масляная кислота обладает резким, неприятным запахом прогорклого масла, ее эфиры отличаются приятным ароматом: метиловый эфир имеет яблочный запах, этиловый – грушевый, амиловый – ананасный. Эфиры масляной кислоты используют в кондитерской, безалкогольной, парфюмерной промышленности.

Маслянокислые бактерии участвуют в круговороте веществ в природе. С другой стороны, маслянокислые бактерии могут вызвать массовую гибель картофеля и овощей, вспучивание сыров, порчу консервов, прогоркание масла и маргарина, увлажненной муки и других продуктов, чем наносят большой урон народному хозяйству. Борьба с маслянокислыми бактериями затруднена из-за высокой устойчивости спор.

Содержание органических веществ, разлагаемых микробами, оцениваются по «биологическиму потреблению кислорода» (БПЭ) – необходимое микроорганизмам для окисления органического материала в процессе дыхания. «Хим. Потребление кислорода» (ХПК) – кол-во кислорода, необходимое для полного химического окисления тех же веществ до СО2 и Н2О

Для очистки сточных вод в очистных системах осуществляются этапы:

1)удаление относительно легко осаждаемых твердых частиц в пескоуловителе и первичном отстойнике;

2)микробиологическое окисление растворенных органических веществ с применением активногого ила или использованием биофильтра;

3)инкубация осадка, удаленного из первичного и вторичного отстойников, в анаэробных условиях в метантенке, где в результате образуется метан и выпадает осадок. После обезвоживания из него получают компост и используют как удобрение.

Затем очищенная вода сбрасывается в реки, но он еще содержит продукты минерализации и в результате ее сбросы в реке может создаться избыток питательных веществ, что вызовет увеличение первичной продукции. Для избежания эвтрофизации водоемов либо ипсользуют эти воды для орошения полей и удобрения лесов, либо добавляют еще один этап очистки и освобождают воды хотя бы от связанного азота.

При очистки от нефти сперва происходит механический сбор ее с поверхности, а затем используют биопрепараты для сорбации клеток на плавучем носителе.

Биоремедиация загрязненных почв:

1.Стимулирование аборигенной микрофлоры,

2.Аугментация – внесение в почву дополнительных биопрепаратов, состоящих из способных окислять углеводороды.

Необходимо определить характер загрязнения, его давность – снятие паспорта загрязнения. Внести минеральные и азотные удобрения (провести необходимый агрохимический анализ), вспашка. В застарелых заграязнениях обычно присутствуют размножающиеся углеводород-окисляющие МО.