ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Биохимические процессы, вызываемые микроорганизмами

1. Превращение микроорганизмами безазотистых органических веществ (спиртовое, молочнокислое, маслянокислое брожения)

Микроорганизмы в основном получают энергию при ее высвобождении из безазотистых органических веществ (углеводов).

В зависимости от того, каким путем идет разложение органических веществ, различают окисление, или дыхание – выделение энергии в аэробных условиях и брожение – высвобождение энергии без доступа свободного кислорода (анаэробный процесс).

При окислении – конечные продукты СО₂ и Н₂О.

При брожении – среди конечных продуктов всегда находятся не полностью окислившиеся вещества, содержащие запасы химической энергии – спирт, молочная кислота и др.

В зависимости от того, какой основной продукт образуется в ходе химических процессов, брожения получили соответствующие названия – спиртовое, молочнокислое и т.д.

Практическое значение брожений – пивоварение, квасоварение, квашение овощей, виноделие, переработка молока в кисломолочные продукты и сыр, силосование кормов, мочение волокнистых растений.

Опыты по брожению ведут в нестерильных условиях, но благодаря элективности питательных сред будут развиваться определенные группы микробов.

1. Спиртовое брожение

Процесс превращения углеводов (моно- и дисахаридов) с образованием этилового спирта и СО₂:

С₆Н₁₂О₆=2СН₃СН₂ОН + 2СО₂

Основные возбудители брожения – дрожжевые грибы из рода Saccharomyces, обладающие следующими особенностями:

- устойчивы к высокой концентрации сахара (до 70%) и спирта (до 14%);

- развиваются при рН=4-6;

- развиваются при температуре +30С;

При 45-50С брожение прекращается, т.к. дрожжи отмирают. При понижении температуры брожении замедляется, полностью прекращается при 0С.

- источник азота для дрожжей: пептоны, аминокислоты, аммонийные соли. Дрожжи дезаминируют аминокислоты, извлекая из них азот;

- анаэробные условия: в присутствии кислорода дрожжи активно размножаются и окисляют углеводы до СО₂ и Н₂О.

Выделяют:

- верховые дрожжи: процесс идет бурно при температуре от 20 до 28С; образуют много пены и под действием выделяющегося СО₂ дрожжи выносятся в верхние слои субстрата. После брожения дрожжи оседают на дно рыхлым слоем.

- низовые дрожжи: брожение спокойное, медленное; при температуре +4...+10С; пены меньше, СО₂ выделяется медленно; дрожжи быстро оседают на дно бродильной емкости.

Кроме дрожжей спиртовое брожение вызывают: бактерии (например, Sarcina ventriculi), мукоровые грибы (Mucor orysae, Mucor mucedo): образуют 5-7% этилового спирта; имеют ферменты амилазы – поэтому сбраживают крахмал.

Значение спиртового брожения:

- вино, коньяк;

- пиво;

- квас;

- хлебопечение;

- кефир, кумыс;

- этиловый спирт.

2. Молочнокислое брожение

- процесс превращения сахара молочнокислыми бактериями в молочную кислоту и ряд других побочных продуктов.

Чаще бактерии, обитающие в молоке, сбраживают лактозу и слабо воздействуют или не воздействуют на сахарозу.

Лактоза (дисахарид) подвергается гидролизу с образованием глюкозы и галактозы, а затем уже происходит брожение.

В природе молочнокислые бактерии встречаются на различных растениях, разлагающихся растительных остатках, многих пищевых продуктах (плодах, овощах, в молоке, квашеной капусте). В больших количествах молочнокислые бактерии обнаруживаются в желудочно-кишечном тракте человека и животных.

ПРИЗНАКИ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ:

1. Способность к синтезу молочной кислоты;

2. Грамположительность;

3. Отсутствие спор;

4. Неподвижность;

5. Форма – кокки или палочки.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ МОЛОЧНОКИСЛОГО БРОЖЕНИЯ

1. Получение большого ассортимента МОЛОЧНОКИСЛЫХ ПРОДУКТОВ: простокваши, сметаны, творога, йогурта, кефира, кумыса и др. Деятельность молочнокислых бактерий лежит в основе изготовления СЫРОВ.

В производственных условиях кисломолочные продукты готовят, заражая пастеризованное молоко соответствующими чистыми культурами бактерий (молочнокислый стрептококк, болгарская палочка, ацидофильная палочка).

2. КВАШЕНИЕ ОВОЩЕЙ – приготовление квашеной (кислой) капусты.

В мелко нарезанной, посыпанной солью (2-3%) и спрессованной белокочанной капусте при исключении доступа воздуха начинается спонтанное молочнокислое брожение, в котором принимают участие сначала Leuconostoc (с образованием СО₂), а позднее Lactobacillus plantarum.

3. Приготовление СИЛОСА – растительного корма для скота, который особым образом заквашивается.

Однако СПОНТАННО ВОЗНИКАЮЩЕЕ молочнокислое брожение в продуктах (молоке, вине, пиве, безалкогольных напитках) приводит к их порче: прокисанию, помутнению, ослизнению.

В зависимости от накапливающихся продуктов различают гомоферментативное и гетероферментативное молочнокислое брожение.

1.ГОМОФЕРМЕНТАТИВНОЕ МОЛОЧНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ (однотипное) – из глюкозы образуется только молочная кислота (и очень мало побочных продуктов):

лактикодегидрогеназа

С₆Н₁₂О₆→2СН₃СНОНСООН + nАТФ

Пировиноградная кислота при участии фермента ЛАКТИКОДЕГИДРОГЕНАЗЫ восстанавливается в молочную кислоту, а НАД*Н₂ окисляется в НАД:

СН₃СОСООН+НАД*Н₂→СН₃СНОНСООН+НАД

пировиноградная кислота молочная кислота

К гомоферментативным молочнокислым бактериям относят бактерии кокковой и палочковидной формы.