Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биохимия пищевых продуктов и их метаболизм. Учебно-методическое пособие
.pdf
ем у них ключевого фермента альдолазы, необходимого для
расщепления фруктозо-1,6-дифосфата на две молекулы триозофосфата. Пентозофосфатный путь окисления глюкозы представлен на рис. 16.
Рис. 16. Пентозофосфатный путь расщепления глюкозы
гетероферментативными молочнокислыми бактериями
В ходе реакций по пентозофосфатному пути из каждого
моля глюкозы образуются моль молочной кислоты, моль
этанола и СО2:
С6Н12О6 + Фн + АДФ С3Н6О3 + С2Н5ОН + СО2 +
АТФ.
221
Энергетический баланс брожения глюкозы, протекающего
по этому пути, составляет одну молекулу АТФ. В аэробных условиях возможно образование двух молекул АТФ, тогда ацетилфосфат превращается не в этанол, а в уксусную кислоту
(рис. 16).
Фруктозо-6-фосфатный путь расщепления глюкозы
бифидобактериями. Бифидобактерии (В. bifidum, B. Longum,
B. adolescentis и др.) в отличие от пентозофосфатного пути превращают глюкозу не в глюкозо-6-фосфат, а во фруктозо-6фосфат, который далее расщепляется фосфокетолазой на эритрозо-4-фосфат и ацетилфосфат (рис. 17). Затем эритрозо-4фосфат и фруктозо-6-фосфат под действием ферментной системы перестройки сахаров превращается в два моля пентозофосфата (ксилулозо-5-фосфата и рибозо-5-фосфата). Далее
пентозофосфат расщепляется на ацетил-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат, который переходит в пируват.
Рис. 17. Путь сбраживания глюкозы бифидобактериями
222
На последней стадии пируват восстанавливается до лактата (а ацетилфосфат превращается в ацетат). Таким образом, образование уксусной и молочной кислот происходит в молярном
отношении 3:2. Выход АТФ составляет 21/2 моля на 1 моль
глюкозы. Цитратыбифидобактерии не используют.
Бифидобактерии имеют низкую α-галактозидазную активность и плохо развиваются в молоке. Для стимуляции их роста
целесообразно в закваски вводить культуры термофильного
стрептококка, обладающего повышенной α-галактозидазной
активностью.
3.3.2. Спиртовое брожение
Спиртовое брожение глюкозы имеет место при выработке
кефира, кумыса, курунги и других кисломолочных продуктов.
Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи родов
Saccharomyces, Zygosaccharomyces, Fabospora, Torulopsis и др.
Они сбраживают глюкозу с образованием этанола и диоксида углерода:
С6Н12О6 + 2ФН + 2АДФ 2С2Н5ОН + 2СО2 + 2АТФ.
Выход АТФ при спиртовом брожении составляет 2 моля
на 1 моль глюкозы.
Превращение глюкозы в пировиноградную кислоту на
первой стадии спиртового брожения идет по гликолитическому
пути аналогично гомоферментативному молочнокислому брожению. Однако вместо восстановления до молочной кислоты
она подвергается декарбоксилированию под действием пируватдекарбоксилазы с образованием СО2 и уксусного альдегида.
Уксусный альдегид далее вступает во взаимодействие с
НАД•Н2, образовавшимся ранее при окислении 3фосфоглицеринового альдегида. В результате образуется этанол:
СН3СОСООН СН3СНО + СО
2,
СН3СНО + НАД×Н2 С2Н5ОН + НАД+.
Кроме этанола и диоксида углерода дрожжи могут образовывать в небольшом количестве другие спирты (изобутиловый, пропиловый, глицерин и др.), уксусную, пропионовую,
янтарную и молочную кислоты, а также ацетальдегид, ацетоин
и диацетил.
223
Окисление спирта уксуснокислыми бактериями. При
совместном культивировании дрожжей и уксуснокислых бактерий, например при использовании кефирных грибков, происходит неполное окисление части накопившегося этанола до уксусной кислоты (с образованием более 5% кислоты):
- 2Н + Н2О +1/2 О
2
СН3СН2ОН СН3СНО СН3СН(ОН)2 СН3СООН +
Н2О.
Уксуснокислые бактерии относятся к роду Асеdobacter
(виды А. асеti и др.), по типу питания являются облигатными
аэробами, то есть растут при доступе кислорода воздуха на поверхности молочных продуктов. Чистые культуры уксуснокислых бактерий плохо развиваются в молоке, так как не усваивают лактозу - источниками углерода для них служат этанол и
лактат. Однако их рост усиливается при совместном культивировании с дрожжами (и молочнокислыми бактериями).
В кефире, приготовленном на чистых культурах, уксуснокислые бактерии постепенно вытесняют дрожжи, и накопление
спирта прекращается. Вместе с тем в кефире, выработанном на
кефирных грибках, дрожжи не исчезают полностью. Вероятно,
они находятся в метабиозе - дрожжи, образуя этанол, создают
условия для развития уксуснокислых бактерий. Однако при излишнем развитии уксуснокислых бактерий происходит ослизнение кефирных грибков и образование тягучей консистенции
закваски.
3.3.3. Пропионовокислое брожение
Возбудителем брожения являются пропионовокислые
бактерии рода Ргopionibacterium (Р. freudenreichii и др.), которые превращают глюкозу или молочную кислоту в пропионовую и уксусную кислоты с выделением диоксида углерода. Если брожение начинается с глюкозы, то процесс до образования
пировиноградной кислоты идет аналогично гомоферментативному молочнокислому брожению. Если же брожению подвергается молочная кислота, то путем дегидрирования (с помощью
лактатдегидрогеназы) она также превращается в пировиноградную кислоту. В дальнейшем одна часть пировиноградной
кислоты подвергается окислительному декарбоксилированию с
224
образованием ацетил-КоА, который через ацетилфосфат переходит в уксусную кислоту:
Другая часть пировиноградной кислоты путем карбоксилирования превращается в щавелевоуксусную кислоту. Далее
щавелевоуксусная кислота восстанавливается в яблочную, которая, в свою очередь, восстанавливается в янтарную кислоту.
Янтарная кислота через сукцинил-КоА и метилмалонил-КоА
превращается в пропионил-КоА, который расщепляется с образованием пропионовой кислоты.
Суммарное уравнение пропионовокислого брожения глюкозы (если одна треть молекул глюкозы превращается в уксусную кислоту, а две трети - в пропионозую) имеет следующий
вид:
3С6Н12О6 + 8ФН + 8АДФ
4СН3СН2СООН + 2СН3СООН + 2СО2 + 2Н2О +
8АТФ.
Общий энергетический выход составляет 22/3 моля АТФ
на 1 моль глюкозы.
Пропионовокислое брожение углеводов и молочной кислоты играет важную роль в процессе созревания твердых сыров с высокой температурой второго нагревания.
3.3.4. Маслянокислое брожение
Брожение происходит в молочных продуктах под действием маслянокислых бактерий (С1. butyricum, С1. tyrobutyricum
и др.), сбраживающих как глюкозу, так и молочную кислоту.
Известно несколько типов маслянокислого брожения, различающихся образуемыми продуктами. Так, конечными продук-
225
тами одного из типов брожения являются масляная и уксусная
кислота, диоксид углерода и водород:
2С6Н12О6 + 2Н2О + 7ФН + 7АДФ
СН3СН2СН2СООН + 2СН3СООН + 4СО2 + 6Н2 +
7АТФ.
Выход АТФ оказывается равным 31/2 моля на 1 моль глюкозы. До образования пировиноградной кислоты брожение
идет по гликолитическому пути. Затем пировиноградная кислота декарбоксилируется до ацетил-КоА. Одна часть молекул
ацетил-КоА переходит в ацетилфосфат и далее в уксусную кислоту (см. путь на рис. 15). Другая часть ацетил-КоА конденсируется в ацетоацетил-КоА, который через ряд реакций превращается в масляную кислоту, обладающую в больших концентрациях неприятным прогорклым запахом.
Кроме того, в процессе маслянокислого брожения наряду
с масляной кислотой образуется большое количество газов.
Маслянокислое брожение - нежелательный процесс в молочной
промышленности. Продукты жизнедеятельности маслянокислых бактерий являются причиной появления в кисломолочных
продуктах неприятного вкуса, запаха, а в сырах - позднего
вспучивания.
3.4. Биохимические процессы в мясе после убоя животных
Все биохимические процессы, происходящие в мясе после
убоя животного, условно делят на три последовательные фазы:
окоченение, созревание и глубокий автолиз.
Окоченение. После убоя животного расслабленная туша
начинает затвердевать. Это состояние называется посмертным
окоченением. Оно сохраняется в течение 1 - 2 суток, после чего
мышцы расслабляются и принимают свой первоначальный вид.
В мышцах больных животных содержание гликогена нарушено, что приводит к замедлению процессов окоченения. В ходе
окоченения изменяется рН. Так, в живой мышце он равен 7,3 7,5, после убоя становится нейтральным, а через несколько часов достигает максимума - 5,3 - 5,5. Причиной изменения рН
является распад гликогена и глюкозы до молочной кислоты в
ходе гликолиза. В первые 20-50 мин после убоя наблюдается
повышение температуры мяса на 0,9 - 2,0°С, это результат на-
226
рушения сопряжения между клеточным дыханием и окислительным фосфорилированием, а также затухания последнего
после смерти животного.
После окоченения в мясе резко уменьшается содержание
органического фосфора и увеличивается содержание неорганического, постепенно уменьшается и исчезает запас АТФ и креатинфосфата, накапливаются продукты, не свойственные живым
мышцам.
Созревание мяса. Это процесс, протекающий после окоченения и приводящий к улучшению вкусовых качеств мяса, способствует появлению специфически приятного вкуса и аромата,
сочности и нежности. При температуре 2 - 3°С созревание мяса
завершается через 12-15 суток, при 12 °С - на пятые, при 29 °С через несколько часов. Наилучшие результаты созревания достигаются при 0 - 4 °С. В живых мышцах часть белков ведет себя как кислоты, образуя соли. При уменьшении рН эти соли
распадаются и катионы переходят в раствор. Белки теряют гидрофильные свойства. В дальнейшем образуется жидкая фракция - мясной сок, который равномерно пропитывает ткани мяса. Он содержит 89,4% воды, 6,4 -белков, 3 - экстрактивных
веществ и 1,2% - минеральных соединений. Мясной сок в значительной степени определяет вкус мяса, т. к. содержит экстрактивные вещества - глутаминовую и инозитовую кислоты,
аминокислоты и другие низкомолекулярные соединения. Специфический вкус и запах говядины, свинины, конины и других
видов мяса связаны частично с их липидным составом.
Глубокий автолиз. При длительном хранении мяса изменяются его запах, вкус, цвет и другие показатели. Здесь следует
различать два явления - загар и гниение мяса.
Загар мяса - изменения, возникающие в мясе в процессе
автолиза и приводящие к уменьшению или потере пригодности
его для пищевых целей. Цвет мяса становится серо-красным
или серо-коричневым, запах - удушливо кислым, консистенция
- рыхлой, реакция - кислой. Возникает при прекращении доступа к мясу кислорода, повышенной температуре хранения (15°С
и больше) и высокой влажности среды. В мясе повышается
температура (более 37°С), расщепляется гликоген, накапливаются продукты гликолиза и гликогенолиза, разлагаются белки с
227
выделением серосодержащих аминокислот, из которых образуется Н2S. Для предупреждения загара мясо хранят в прохладном помещении с хорошей вентиляцией.
Гниение мяса - это разложение органических веществ мяса
под влиянием ферментов микрофлоры. При этом разлагаются
белки, образуются путресцин, кадаверин, индол, скатол, фенолы и др. При разложении жиров образуются НЖК (масляная,
капроновая и другие).
Гниение может происходить при доступе кислорода
(аэробно) и в отсутствие кислорода (анаэробно).
Гнилостные бактерии, выделяющие протеолитические
ферменты, действуют в щелочной среде, а так как мясо имеет
кислую реакцию, они развиваются в нем медленно. При созревании мяса среда подкисляется вследствие накопления кислот.
При этом создаются неблагоприятные условия для развития
микроорганизмов, поэтому от утомленных, больных или возбужденных перед убоем животных, содержащих в мышечной
ткани мало гликогена, получается мясо, нестойкое при хранении, так как рН его через сутки после убоя больше 6,0.
Разложение мяса, как правило, начинается с поверхности.
Плесени выделяют ферменты, действующие в кислой среде. В
результате их деятельности накапливаются аммиак и органические основания, которые сдвигают рН мяса в щелочную сторону, создаются условия, благоприятные для развития гнилостных бактерий, действующих в щелочной среде.
Химические процессы, происходящие при гниении, многообразны. Ниже приводятся пути образования некоторых
главных продуктов гниения. Аммиак и оксикислоты образуются при гидролитическом дезаминировании:
NН3 и летучие жирные кислоты образуются при восстановительном дезаминировании под действием ферментов анаэробных бактерий:
228
NH3 и кетокислоты образуются при окислительном
дезаминировании:
Таким образом, дезаминирование аминокислот под воздействием ферментов микроорганизмов приводит к образованию аммиака, жирных кислот, кетокислот и оксикислот, причем некоторые кетокислоты и оксикислоты могут претерпевать
дальнейшие превращения. Так, кетокислоты при каталитическом действии декарболаз превращаются в альдегиды и углекислый газ:
Оксикислоты - в спирт и углекислый газ:
Амины образуются в результате декарбоксилирования
аминокислот:
229
Многие амины даже в очень малых количествах обладают
сильным фармакологическим действием, например кадаверин,
образующийся при декарбоксилировании лизина.
Из аминокислот тирозина и триптофана в результате дезаминирования и декарбоксилирования образуются крезол, фенол, скатол, индол - дурнопахнущие и ядовитые вещества.
В процессе гниения из аминокислот, содержащих серу,
выделяются сероводород и аммиак и образуются меркаптаны.
Например:
230
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]