Минерализация крахмала

Крахмал – запасной полисахарид, содержится в растениях в семенах, корневищах, луковицах, клубнях. Его содержание в этих органах может достигать 30 – 70%. Крахмал относится к группе гомогликанов, так как состоит только из молекул глюкозы, поэтому разлагается биотой интенсивнее и быстрее по сравнению с лигнином и целлюлозой. Крахмал – это смесь двух полисахаридов – амилозы и амилопектина. Амилоза – полимер с неразветвленной цепью, составляет 20 – 25% от молекулы крахмала. На долю амилопектина приходится 75 – 80%. Амилоза с йодом дает синее окрашивание. Амилопектин с йодом дает красно-фиолетовый цвет. Это разветвленный полимер с большой молекулярной массой, растворяется при нагревании, дает очень вязкие растворы. Крахмал разлагается внеклеточными микробными ферментами – амилазами. Они расщепляют крахмал до декстринов, мальтозы и глюкозы. В аэробных условиях продукты расщепления крахмала быстро используются микроорганизмами с выделением СО₂. В анаэробных условиях мальтоза и глюкоза сбраживаются с образованием органических кислот, спиртов, СО₂, СН₄ и воды.

α-Амилазы способны продуцировать многие животные, растения, микроорганизмы и грибы. Среди бактерий к активным продуцентам амилаз относятся некоторые бациллы (Bacillus macerans, B. polymyxa, B. subtilis), псевдомонады, стрептомицеты. Многие почвенные грибы продуцируют амилазы и расщепляют крахмал до глюкозы (Aspergillus oryzae, A. niger, A.wentii). Способность к расщеплению крахмала при помощи аминолитических экзоферментов распространена у микроорганизмов очень широко.

Крахмал

α - амилаза

глюкоамилаза

Декстрины (мальтоза, глюкоза)

Глюкоза

Анаэробные условия

Анаэробные условия

Аэробные условия

СО₂

Этанол, органические кислоты, СО₂, СН₄, Н₂О

Схема разложения крахмала в аэробных и анаэробных условиях (по Г. Звягинцеву и др., 2005).

Разложение пектинов

Пектины – межклеточные вещества растений, придают растительным тканям необходимую прочность. Пектины представляют собой неразветвленные цепи, состоящие из остатков D-галактурановых кислот, соединенных α-1,4-гликозидными связями. Карбоксильные группы кислот этерифицированы метанолом. Микроорганизмы расщепляют пектины пекталитическими ферментами – эстеразами и деполимеразами. Пектинэстерзы разрывают эфирные связи, в результате чего высвобождается метанол (СН₃ОН) полигалактуроновые кислоты, которые расщепляются гидролазами до мономеров D-галактуроновой кислоты. Пектиновые вещества – это смесь нерастворимого в воде протопектина и растворимого пектина и их соли. Микроорганизмы вырабатывают различные ферменты для разрушения различных форм пектиновых веществ. Протопектиназы переводят нерастворимый в воде протопектин в растворимые формы. Пектинэстеразы разрывают эфирные связи с образованием этанола и свободных пектиновых кислот. Полигалактуроназы разлагают цепь пектина на молекулы D-галактуроновой кислоты:

Действие различных ферментов микроорганизмов на разные структуры пектина

Способностью расщеплять пектин обладают многие микроорганизмы. В почве численность микроорганизмов, разлагающих пектин 10⁵ клеток на 1 грамм почвы. Наиболее активными являются: Bacillus macerans, B.polymyxa, в анаэробных условиях Clostriclium pectinovorum и C.felsineum. Некоторые фитопатогенные грибы и бактерии проникают в ткани растений и вызывают их распад (Botrytis cinerea, Erwinia carotovora, Fusarium oxysporum). Мономеры полигалактуроновых кислот минерализуются до СО₂ и Н₂О.