Пропіоновокисле бродіння

Пропіоновокисле бродіння – це перетворення цукру або молоч­ної кислоти та її солей в пропіонову і оцтову кислоти, вуглекислий газ та воду в результаті життєдіяльності пропіоновокислих бактерій.

Підсумувати цей процес можна такими рівняннями:

3С₆Н₁₂О₆ = 4СН₃СН₂СООН+2СН₃СООН+2СО₂+2Н₂О

або

3СН₃СНОНСООН = 2СН₃СН₂СООН + СН₃СООН +СО₂ + Н₂О.

Деякі пропіоновокислі бактерії утворюють, крім того, невелику кількість інших кислот (мурашину, янтарну, ізовалеріанову).

Хімізм процесу до утворення піровиноградної кислоти проходить за такою ж схемою, що й при спиртовому бродінні. Дальше перетворення (відновлення) піровиноградної кислоти в пропіонову проходить за дуже складною схемою, яка змінюється в залежності від екології процесу.

Збудниками пропіоновокислого бродіння є так звані пропіоно­вокислі бактерії роду Bacterium. Типовим представником цих бакте­рій є Bact. acidi propionici. Це короткі, безспорові, нерухомі, грам­додатні палички, дуже близькі за морфологічними і фізіологічними ознаками до молочнокислих бактерій, і тому часто розвиваються разом з ними. Пропіоновокислі бактерії факультативні анаероби, мезофіли. Оптимальна температура їх розвитку 30–35С, але добре ростуть і при 15–25С. Гинуть при 60–70С.

Поряд з бродінням цукрів, молочної кислоти та її солей пропіо­но­вокислі бактерії дезамінують амінокислоти з утворенням жирних кислот.

Дуже велику роль відіграють пропіоновокислі бактерії в сирова­рінні, бо саме пропіоновокисле бродіння – один із найваж­ливіших процесів при дозріванні сирів. Молочна кислота, що утво­рюється в сирній масі в результаті молочнокислого бродіння, та її кальцієва сіль перетворюється пропіоновокислими бактеріями в пропіонову і оцтову кислоти та вуглекислий газ. Пропіонова кислота зумовлює типовий сирний гострий смак і запах сичугових сирів. Характерний приємний солодкуватий смак деяких сирів (типу швейцарського) зумовлює пропіоновокислий кальцій, а відо­крем­лення вуглекислого газу призводить до утворення характерного малюнку сиру (великі, не густі, правильної кулястої форми "вічка").

Пропіонова кислота та її солі є інгібіторами плісені, завдяки чому використовуються з метою попередження пліснявіння різних продуктів, а також при виготовленні силосу. Деякі види пропіоно­во­кислих бактерій синтезують вітамін В₁₂. Їх використовують для отри­мання чистого препарату цього вітаміну. В складі комбінованих з молочнокислими бактеріями заквасок їх використовують для природ­ного збагачення різних продуктів цим життєво необхідним вітаміном.

Маслянокисле бродіння

Маслянокисле бродіння – це процес розкладу цукру на масляну кислоту, вуглекислий газ та водень в результаті життєдіяльності маслянокислих бактерій. Підсумувати цей процес можна таким рівнянням:

С₆Н₁₂О₆ = С₃Н₇СООН + 2СО₂ + 2Н₂.

До утворення піровиноградної кислоти і оцтового альдегіду процес маслянокислого бродіння іде по тій же схемі, що й процес спиртового бродіння. Далі цей процес іде по надто складній схемі, через цілу ланку проміжних продуктів. Тому при маслянокислому бродінні, поряд з головними продуктами бродіння (масляною кисло­тою, вуглекислим газом та воднем), утворюються побічні продукти (бутиловий спирт, ацетон, етиловий спирт, оцтова кислота). Масляна кислота утворюється в результаті альдольної конденсації (розри­вається подвійний зв’язок в альдольній групі = О). При цьому утворюється альдегід β-оксимасляної кислоти, який після внутрішньомолекулярного окиснювального процесу перетворюється в масляну кислоту.

О	О	О
//	//	//
СН3-С	+ СН3-С	 СН3-СН(ОН)СН2С	 СН3СН2-СН2-СООН
\	\	\
Н	Н	Н
		Альдегід -оксимасля­ної кислоти	Масляна кислота

Побічні продукти утворюються, коли проходить не альдольна конденсація, а окисно-відновний процес між двома молеку­лами оцтового альдегіду. При цьому в результаті відновлення однієї з молекул оцтового альдегіду утворюється етиловий спирт, а в результаті окиснення іншої – оцтова кислота.

О О

// //

СН2-С-Н + СН3-С-Н  С2Н5ОН + СН3СООН

 

Відновлення. – Н2О – окиснення

|__________________|

Збудники маслянокислого бродіння – маслянокислі бактерії –фер­мен­тують не тільки моносахариди, але й дисахариди і полі­сахариди (крохмаль, декстрини, пектинові речовини) і солі молочної кислоти.

Маслянокислі бактерії – облігатні (строгі) анаероби. Кисень повітря для них є токсином. Вперше збудники маслянокислого бродіння були відкриті Луї Пастером. Цим відкриттям він зробив цілий переворот в біологічній науці (до Л. Пастера вважалось, що без кисню неможливе життя). Збудники маслянокислого бродіння дуже чутливі до кислотності середовища. Оптимальне значення рН 6,9–7,4. При нижчому рН середовищі вони сповільнюють свій розвиток і зміщують процес типового маслянокислого бродіння в сторону ацетонобутилового, тобто утворюється більше бутилового спирту та ацетону і менше масляної кислоти. Оптимальна температура розвитку маслянокислих бактерій 30–40С.

Всі маслянокислі бактерії мають форму паличок і утворюють спори. Відносяться до роду Clostridium (спори звичайно розташо­вуються в центрі палички і вона нагадує веретено). Спори не дуже термостійкі (витримують кип’ятіння впродовж кількох хвилин). Маслянокислі бактерії – це рухомі, доволі великі палички. Джгутики розташовуються з усіх сторін клітини (перетрихи).

Зустрічається доволі багато видів маслянокислих бактерій. Найбільш типовими представниками є такі: Clostridium butyricum, Cl. Sacharobutiricum i Clost. Pasteurianum.

Характерною морфологічною особливістю всіх маслянокислих бактерій є вміст в клітинах запасної поживної крохмалеподібної речовини – гранульози (у вигляді зерен-гранул), що забарвлюється йодом в синьо-фіолетовий колір. Завдяки наявності гранульози маслянокислим бактеріям часто надають родову назву Granulobacter (замість Clostridium).

Маслянокислі бактерії широко розповсюджені в природі. Вони завжди є в ґрунті, в гної, на дні озер та рік. Наявність маслянокислих бактерій в продуктах харчування говорить про забруднення їх землею чи гноєм. В природі маслянокисле бродіння має позитивне значення як ланка в ланцюгу кругообігу речовин (пе­ретво­рення органічних речовин в неорганічні). В народному гос­по­дарстві воно часто завдає великих втрат. Так, маслянокислі бактерії і маслянокисле бродіння є причиною псування різних харчових продуктів. Наприклад, масового псування картоплі. Те, що в побуті називають гниттям картоплі, – найчастіше є розкладом крохмалю маслянокислими бактеріями (мокра гниль картоплі). Маслянокислі бактерії можуть стати причиною псування й інших овочів. Розвиваючись в харчових продуктах, маслянокислі бактерії утворю­ють масляну кислоту, а остання надає продуктам гіркого смаку і неприємного запаху.

Завдяки здатності до спороутворення, маслянокислі бактерії є причиною псування пастеризованих продуктів. Скисання пастери­зо­ваного молока (щільно закритого) зумовлене розвитком масляно­кислих бактерій, що не гинуть при пастеризації. Прокисле пастери­зоване молоко часто має неприємний гіркий смак, зумовлений утворенням масляної кислоти. Крім того, значна кількість газів (вуглекислого газу і водню), на утворення яких витрачається 60 % ферментованого цукру (40 % цукру іде на утворення масляної кислоти), призводить до того, що весь згусток пронизаний пухирцями газу, й одночасно спостерігається сильне виділення сироватки зі згустку.

Маслянокислі бактерії є також причиною псування сирів. Масляна кислота надає їм неприємного смаку, і, крім того, через виділення величезної кількості газів (вуглекислого газу й водню) є причиною здуття сирів.

Маслянокислі бактерії є причиною псування овочевих та фруктових консервів, при виробництві яких застосовували тільки пастеризацію (бомбаж банок), згіркнення зволоженої муки та ін. При уповільненому молочнокислому бродінні вони можуть стати причиною псування квашених овочів, надавати їм гострого прогірклого смаку та різкого неприємного запаху.

Масляна кислота має дуже різкий, неприємний кисло-гіркий смак, але її складні ефіри мають прекрасний запах (метиловий ефір –яблучний, етиловий – грушевий, аміловий – ананасний). Ці ефіри широко використовуються в кондитерській промисловості при виробництві безалкогольних напоїв, а в парфумерії – як ароматичні речовини. Для виготовлення названих ефірів потрібна масляна кислота, яку отримують шляхом бродіння із крохмале- або цукро­місткої сировини: картоплі, зерна, відходів цукрового виробництва. Для того, щоб реакція у ферментуючій рідині зали­шалась нейт­ральною (процес типового маслянокислого бродіння іде нормально тільки в нейтральному середовищі), додають крейду. Саме вона зв’язує масляну кислоту, яка утворюється в результаті життє­діяль­ності внесених маслянокислих бактерій, і, таким чином, реакція зали­шається нейтральною. Бродіння триває 10 діб при температурі 40С. Потім кальцієву сіль масляної кислоти розкладають, додаючи соляну кислоту. В результаті утворюється хлористий кальцій і вільна масляна кислота, яка спливає на поверхню у вигляді маслянистого шару.