11. Брожение пектиновых веществ

В тканях растений пектиновые вещества входят в состав клеточных стенок и срединных пластинок между отдельными клетками. Под действие пектолитических ферментов микроорганизмов, развивающихся на растительном пищевом сырье, протопектин превращается в растворимый пектин. Пектин разлагается с образованием галактуроновой кислоты, ксилозы, галактозы, арабинозы, метилового спирта и других веществ. Сахара сбраживаются затем бактериями по типу маслянокислого брожения с образованием кислот уксусной и масляной, СО₂ и водорода.

Возбудителями брожения являются спорообразующие анаэробные, подвижные бактерии рода Clostridium. В природе (в воде, в почве) пектинразрушающие бактерии играют большую роль в процессе разложения растительных остатков.

Пектиновое брожение лежит в основе процесса мацерации лубоволокнистых прядильных растений (льна, конопли, кенафа, канатника, джута и др.) при их водяной мочке на льнозаводах. Цель брожения – отделение находящихся в стеблях этих растений пучков волокон целлюлозы от других тканей, с которыми они склеены пектином.

12. Брожение клетчатки

Клетчатка (целлюлоза) является основным веществом клеточных стенок растений. Брожение клетчатки состоит в разложении ее в анаэробных условиях палочковидными спорообразующими бактериями рода Clostridium. Обладая ферментами целлюлазой и целлобиазой, они гидролизуют клетчатку до глюкозы. Глюкозу они сбраживают с образованием кислот (масляной, уксусной, молочной, муравьиной), этилового спирта, СО₂ и Н₂. Среди этих бактерий есть мезофиллы и термофилы. Биохимическая деятельность бактерий имеет большое значение в круговороте углерода.

Аэробные процессы

13. Окисление этилового спирта до уксусной кислоты

Уксусная кислота образуется из этилового спирта в процессе дыхания уксуснокислых бактерий:

СН₃СН₂ОН + О₂ → СН₃СООН +Н₂О

Химизм процесса. Уксуснокислые бактерии обладают ферментом алкогольдегидрогеназой. Окисление этилового спирта протекает в две стадии: первым промежуточным соединением является уксусный альдегид, который затем окисляется в уксусную кислоту.

Возбудители процесса – уксуснокислые бактерии – бесспоровые палочки, грамотрицательные, строгие аэробы. Среди них есть подвижные и неподвижные формы. Они кислотоустойчивы и некоторые могут развиваться при рН среды около 3,0; оптимальное значение рН – 5,4-6,3.

Уксуснокислые бактерии относятся к двум родам: Gluconobacter (Acetomonas) – палочки с полярными жгутиками, не способные окислять уксусную кислоту, и Acetobacter – перитрихи, способные окислять уксусную кислоту до СО₂ и воды.

Уксуснокислые бактерии различаются размерами клеток, устойчивостью к спирту, способностью накапливать в среде большее или меньшее количество уксусной кислоты и другими признаками. Например, Acetomonas aceti накапливает в среде до 6 % уксусной кислоты. A.aceti subsp. оrleanensis – до 9,5 %, A.aceti subsp. хylinum – до 4,5 %. A.aceti выдерживают довольно высокую концентрацию спирта – до 9-11 %, A.aceti subsp. хylinum – лишь 5-7 %.

Растут уксуснокислые бактерии в интервале температуры 5-40 ^оС, оптимум – около 30 ^оС. Некоторые из них способны синтезировать витамины В₁, В₂, В₁₂, однако многие сами нуждаются в витаминах.

Уксуснокислые бактерии часто встречаются в виде длинных нитей и многие образуют пленки на поверхности субстрата. Для A.pasteurianus характерна сухая морщинистая пленка, для A.aceti subsp. хylinum – мощная хрящевидная пленка, в состав которой входит клетчатка. Некоторые бактерии образуют лишь островки на поверхности жидкости или кольцо около стенок сосуда.

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

Уксуснокислые бактерии встречаются на поверхности растений, в зрелых плодах, ягодах, квашеных овощах, вине, пиве, квасе.

Практическое значение процесса. Процесс окисления этилового спирта до уксусной кислоты лежит в основе получения уксуса для пищевых целей.

Осуществляется в специальных башневидных чанах-генераторах, внутри которых неплотно уложены буковые стружки. В верхней части генератора имеются приспособления для равномерного орошения стружек перерабатываемым спиртосодержащим субстратом. Исходным сырьем служит уксусно-спиртовой раствор с питательными (для бактерий) солями или разбавленное подкисленное вино. Подкисление субстрата необходимо для предотвращения развития вредителей производства – пленчатых дрожжей и слизеобразующих непроизводственных видов уксуснокислых бактерий, которые могут попасть извне. Производственной культурой чаще всего служит A.aceti . В стенках генератора имеются отверстия для засасывания воздуха. Чем лучше аэрация, тем активнее протекает процесс. По мере протекания субстрата по стружкам уксуснокислые бактерии, обильно заселяющие стружки, окисляют спирт в уксусную кислоту, и в нижней части аппарата накапливается готовый уксус, который периодически сливают.

Уксуснокислые бактерии могут при недостатке спирта окислять уксусную кислоту до СО₂ и воды. Этот процесс называется переокислением, он опасен для производства.

В настоящее время процесс производства уксуса ведут «глубинным» способом в герметически закрытых аппаратах, в которых спиртосодержащий субстрат с введенным в него уксуснокислыми бактериями аэрируется и перемешивается непрерывно подаваемым в аппарат стерильным воздухом. Этот метод имеет ряд преимуществ: требуется меньше производственных площадей, процесс автоматизирован и протекает значительно быстрее, исключено попадание инфекции извне.