
- •Микроорганизмы и окружающая среда
- •Микроорганизмы и окружающая среда
- •Распространение микроорганизмов в природе.
- •1.1. Микроорганизмы почвы.
- •1.2. Микробиология воды.
- •1.3. Микроорганизмы воздуха.
- •2. Патогенные микроорганизмы и их особенности.
- •Заболевания, передающиеся через пищевые продукты.
- •3.1. Пищевые инфекции.
- •3.2. Пищевые отравления.
- •Пищевые интоксикации (токсикозы).
- •3.4. Санитарно-показательные микроорганизмы.
- •Экология микроорганизмов.
- •4.1. Абиотические факторы.
- •4.1.1. Температура
- •4.1.2.Влажность среды
- •4.1.3. Осмотическое давление
- •4.1.4. Концентрация водородных ионов
- •4.1.6. Энергия электромагнитных излучений.
- •4.1.7. Антимикробные химические вещества
- •4.2. Биотические факторы
- •Ассоциативные формы симбиоза.
- •4.3. Антропогенные факторы.
- •5. Основы генетики микроорганизмов
- •6. Биохимические процессы, вызываемые микроорганизмами, и их использование в пищевых производствах.
- •6.1. Превращения безазотистых органических веществ
- •6.1.1. Анаэробные процессы.
- •Производство хлебопродуктов.
- •6.1.1.2 Молочнокислое брожение
- •6.1.1.3. Пропионовокислое брожение
- •6.1.1.4. Маслянокислое брожение
- •6.1.1.5. Ацетонобутиловое брожение.
- •6.1.1.6. Брожение пектиновых веществ.
- •6.1.2. Аэробные процессы.
- •6.1.2.1. Окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями
- •6.1.2.2. Окисление других спиртов и углеводов уксуснокислыми бактериями.
- •6.1.2.3. Окисление углеводов мицелиальными грибами
- •6.1.2.4. Окисление жиров и высших жирных кислот
- •6.2. Превращение органических веществ, содержащих азот
- •7. Микробиологические и санитарно-гигиенические критерии безопасности пищевых продуктов.
- •Контрольные вопросы
6.1.1.5. Ацетонобутиловое брожение.
Близким к маслянокислому является ацетонобутиловое брожение, в процессе которого образуется значительно большее количество бутилового спирта и ацетона, чем при обычном маслянокислом брожении. При этом образуется также этиловый спирт, масляная и уксусная кислоты, выделяются диоксид углерода и водород.
Возбудителями ацетонобутилового брожения являются анаэробные подвижные спорообразующие палочковидные бактерии рода Clostridium.
В промышленности для производства ацетона и бутилового спирта применяют крахмалистое сырье. После отгонки из бражки ацетона и спиртов, остающийся отход – барду – используют для извлечения витамина В12. Барда может быть использована для выращивания метановых бактерий, которые синтезируют витамин В12.
Ацетон и бутиловый спирт получают и химическим синтезом.
6.1.1.6. Брожение пектиновых веществ.
В растениях, особенно в плодах, ягодах, корнеплодах содержится много пектиновых веществ. Они входят в состав срединных пластинок и склеивают между собой растительные клетки. Пектиновые вещества – это высокомолекулярные соединения (полисахариды). Под влиянием пектолитических ферментов микроорганизмов, развивающихся в растительном сырье и в продуктах его переработки, происходит ступенчатый гидролиз пектиновых веществ c образованием галактуроновой и уксусной кислот, углеводов ( галактозы, ксилозы, арабинозы), метилового спирта и др. веществ.
Ферментативный гидролиз микроорганизмам энергии не дает. В анаэробных условиях они ее получают в процессе маслянокислого брожения, которому подвергаются продукты ферментативного гидролиза - арабиноза и галактоза (в анаэробных условиях происходит их полное окисление до СО2 и Н2О). Брожение протекает при участии определенных видов маслянокислых бактерий. Продуктами брожения являются масляная и уксусная кислоты, а также газы – СО2 и Н2. Разложение пектиновых веществ приводит к порче продукции, например, соленые огурцы, размягчаются или в них появляются пустоты за счет мацерации (распада на отдельные клетки) тканей огурцов при ферментативном расщеплении срединных пластинок.
В природе (воде, почве) разложение пектиновых веществ играет большую роль в круговороте углерода за счет разложения растительных остатков.
6.1.2. Аэробные процессы.
Они осуществляются хемогетеротрофами в присутствии молекулярного кислорода, но в отличие от аэробного дыхания (полного окисления) являются процессами неполного окисления. Часто их называют "окислительными брожениями", что совершенно неправильно, поскольку термин "брожение" вполне определенно означает окислительно-восстановительные превращения субстрата, вызываемые микроорганизмами в анаэробных условиях, то есть при обязательном отсутствии молекулярного кислорода.
6.1.2.1. Окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями
Этот процесс был известен человеку в глубокой древности - в оставленном на воздухе вине или пиве через некоторое время появлялась легкая муть, а на поверхности - более или менее плотная пленка. При этом вино или пиво закисает и превращается в уксус.
Окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями протекает в две стадии. Сначала образуется уксусный альдегид, который далее окисляется в уксусную кислоту.
В суммарном виде уравнение выглядит так:
C2H5OH + О2 ---> СНзСООН + Н2О + 487 кДж Этиловый Уксусная
спирт кислота
Уксуснокислые бактерии (рис.5) - строгие аэробы. Они окисляют не только одноатомный этиловый спирт, но и многоатомные. Так, шестиатомный спирт сорбит они окисляют в углевод сорбозу, которая является сырьем для химического синтеза аскорбиновой кислоты.
Некоторые уксуснокислые бактерии окисляют трехатомный спирт глицерин в диоксиацетон, который необходим для химической промышленности; могут окислять и глюкозу в глюконовую кислоту. Она широко применяется в фармацевтической промышленности и медицине, а также в детском питании.
Процессы окисления этих соединений служат для уксуснокислых бакте-рий единственным источником получения энергии.
Некоторые уксуснокислые бактерии могут вызывать процесс так называемого «переокисления», («сверхокисления»), то есть дальнейшего окисления образовавшейся из спирта уксусной кислоты до СО2 до Н2О (ее полное окисление). Этот процесс представляет большую опасность в производстве уксуса.
Уксуснокислые бактерии в основном короткие подвижные палочки, встречаются поодиночке, парами или цепочками, эндоспор не образуют,
Рис.5 Уксуснокислые бактерии (а); пленка уксуснокислых бактерий (б)
грамотрицательные. Они отнесены к двум родам: Gluconobacter - палочки с полярным жгутиком, окисляют глюкозу в глюконовую кислоту, способность к окислению этилового спирта в уксусную кислоту - средняя, к дальнейшему окислению уксусной кислоты неспособны, и Acetobacter - палочки со жгутиками по всей поверхности клетки, неспособные к окислению глюкозы, энергично окисляют этиловый спирт до уксусной кислоты, способны к дальнейшему окислению ее до СО2 и Н2О.
Уксуснокислые бактерии различаются размерами клеток, многие образуют пленки на поверхности среды - хрупкие тонкие или толстые хрящевидные. Пленки образуются в связи с ослизнением клеточной стенки у бактерий. В неблагоприятных условиях бактерии приобретают необычную форму - появляются раздутые, уродливые клетки, толстые длинные нити и т.п.
Уксуснокислые бактерии различаются по своей устойчивости к спирту, способности накапливать различное количество уксусной кислоты (от 4,5 % до 9-11%). Оптимальная температура для развития - около 30 0С. Они кислотоустойчивы, могут развиваться при рН около 3,0, оптимальные значения рН 5,4-6,3.
Уксуснокислые бактерии широко распространены в природе, обитают на цветах, на зрелых фруктах, ягодах, овощах, обнаруживаются в садовой почве; в прокисших фруктовых соках, пиве, вине, квашеных овощах.
Практическое использование уксуснокислых бактерий. Они используются для промышленного получения спиртового натурального уксуса. Его получают стружечно-циркуляционным периодическим, стружечно-непрерывно-циркуляционным и глубинным непрерывным методами. Принцип методов заключается в создании возможно большей поверхности для окисления спирта. Производственной культурой является Acetobacter aceti.
Производство уксуса стружечно-циркуляционным периодическим методом осуществляется в специальном аппарате - окислителе. В стенках окислителя имеются отверстия для засасывания (или вдувания) воздуха. Чем лучше аэрация, тем активнее протекает процесс окисления. По мере протекания субстрата по стружкам уксуснокислые бактерии, густо заселяющие стружки, окисляют спирт в уксусную кислоту. Процесс длится 4-5 суток, за это время спирт практически полностью окисляется и накапливается уксусная кислота (9-10%). Готовый уксус сливается и цикл начинается сначала.
Последние годы осуществляется переход от периодического к непрерывным способам.
Производство уксуса непрерывно-стужечно-циркуляционным методом осуществляется в двух окислителях. Основная часть питательной среды подается на головной окислитель, небольшая часть - на хвостовой. Из головного окислителя культуральная жидкость самотеком перетекает в хвостовой, из хвостового непрерывным потоком в сборник «сырого» уксуса, а затем следует его фильтрация (осветление).
Наиболее, прогрессивным является производство уксуса глубинным непрерывным методом. Оно осуществляется в батарее герметически закрытых аппаратов - ферментеров. Первый из них заполняется питательной средой и засеивается культурой уксуснокислых бактерий. Содержимое ферментера перемешивается мешалкой, а через барбатер непрерывно подается воздух для аэрации. Под давлением воздуха культуральная жидкость перетекает из одного ферментера в другой и спирт постепенно окисляется в уксусную кислоту.
Готовый уксус как правило содержит не менее 9% уксусной кислоты.
Кроме спиртового натурального уксуса производят винный уксус и плодово - ягодный.
Во многих отраслях пищевой промышленности уксуснокислые бактерии являются вредителями - в спиртовом, пивоваренном, дрожжевом, консервном производствах, в виноделии, в производстве безалкогольных напитков и др.