Лекційний матеріал мікробіологічні процеси

БРОДІННЯ

Людина широко використовує здатність мікроорганізмів в процесах живлення і дихання активно перетворювати різні речовини. При допомозі мікробів отримують цінні харчові продукти, речовини, які використовуються в промисловості для різних цілей. Але ці ж перетворення речовин під впливом мікроорганізмів, що розвиваються на харчових товарах і інших середовищах, самовільно приносять шкоду, викликаючи псування, приводять до великих кількісних втрат.

Багато мікроорганізмів здатні дихати в середовищі, яке не містить вільного кисню. Такий тип дихання називається бродінням. В практичному відношенні бродіння досить важливе.

В залежності від речовин, які нагромаджуються при бродінні розрізняють спиртове, молочнокисле, пропіоновокисле, маслянокисле бродіння.

СПИРТОВЕ БРОДІННЯ

Спиртове бродіння лежить в основі цілого ряду харчових виробництв - виноробства, пивоваріння, виготовлення спирту. Воно відіграє суттєву роль в процесах виробництва хліба, виробництва дієтичних кисло - молочних продуктів і інших технічних виробництвах. Воно полягає в перетворенні вуглеводів в етиловий спирт, вуглекислий газ і інші речовини.

Типовими представниками мікроорганізмів - збудників цього бродіння являються дійсні дріжджі, переважно із роду сахароміцетів.

При відповідних умовах слабке бродіння можуть викликати деякі бактерії і плісеневі гриби.

Добре дріжджами зброджуються прості цукри - фруктоза, глюкоза.

Процес бродіння відбувається у відповідності із рівнянням:

С₆Н₁₂О₆ = 2 С₂Н₅ОН + 2СО₂ +27 калорій

В процесі бродіння, крім спирту і вуглекислого газу, утворюється цілий ряд побічних продуктів - гліцерин, янтарна кислота, сивушні масла, тощо, але в невеликих кількостях.

При приготуванні спиртних напоїв спирт очищають перегонкою, і таким чином отримують спирт - ректифікат, придатний для харчових цілей.

Оптимальна температура бродіння від 25 до 40⁰ С.

Процес бродіння залежить від концентрації цукру в середовищі. Найкраще відбувається процес бродіння при концентрації цукру в середовищі близько 15 %.

В промисловості для отримання спирту головним чином використовують крохмалисті продукти. А так як дріжджі не здатні переводити крохмаль в цукор ( вони не містять фермент діастаза), то крохмаль приходиться попередньо обробляти діастазом солоду і перетворювати в мальтозу. Фермент мальтаза, який входить до складу дріжджів, перетворює мальтозу в глюкозу і перетворює останню при допомозі свого ферменту - зімази - в спирт і вуглекислий газ.

МОЛОЧНОКИСЛЕ БРОДІННЯ

Молочнокислим бродінням називається процес розкладу цукру під впливом молочнокислих бактерій з утворенням молочної кислоти.

Молочнокисле бродіння має дуже важливе значення і широко використовується в харчовій промисловості при приготуванні кисломолочних продуктів, сирів, квашенні капусти, солінні огірків, квашенні яблук, при силосуванні кормів.

Бродіння і підняття тіста відбувається за участю молочнокислих бактерій, вони створюють сприятливі умови для діяльності дріжджів.

Бродіння відбувається у відповідності із рівнянням:

С₆Н₁₂О₆ = 2 СН₃СНОНСООН +80 кДж

Молочна кислота

Хімізм молочнокислого бродіння подібний із спиртовим. Бродінню можуть піддаватися як прості моносахариди, так і дисахариди. Більш складні вуглеводи перероблятися не можуть, так як молочнокислі бактерії не мають ферментів для їх розщеплення.

Процес молочнокислого бродіння може відбуватися самовільно. Що ми і спостерігаємо при скисанні молока.

Молочнокислі бактерії спор не утворюють, тому при температурі пастеризації вони гинуть. Цим користуються для продовження терміну збереження молока.

Оптимальна температура для розвитку молочнокислих бактерій 25 - 35⁰ С.

МАСЛЯНОКИСЛЕ БРОДІННЯ

Маслянокисле бродіння - це процес розщеплення вуглеводів під впливом маслянокислих бактерій з утворенням масляної кислоти.

Бродіння відбувається по такому рівнянню:

С₆Н₁₂О₆ = СН₃СН₂СН₂СООН + 2СО₂ + 2Н₂ + 69 кДж

При цьому утворюється, крім масляної кислоти, вуглекислий газ і водень. Таке бродіння отримується іноді в молоці сирі і інших молочних продуктах. Ці продукти набувають гіркого смаку і неприємного запаху; цими властивостями володіє масляна кислота.

Збудниками бродіння являється група маслянокислих паличок, вони дуже поширенні в природі: в повітрі, забрудненій воді, в молоці, сирі, на зернах злаків, тощо. Серед них є види, які ведуть бродіння з виділенням кислоти, вуглекислого газу, водню, але є і такі , які при бродінні дають цілий ряд побічних продуктів - оцтову кислоту, метан, тощо.

Маслянокислі бактерії являють собою рухомі великі палички, мають джгутики. Вони утворюють стійкі спори, які витримують кип'ятіння протягом декількох хвилин. Тому вести боротьбу з маслянокислими бактеріями не легко; знищити спори можна тільки тривалою стерилізацією. Маслянокислі бактерії анаероби, тому бродіння відбувається в закритому посуді. Оптимум бродіння при температурі 30 - 40⁰ С.

В харчовій промисловості маслянокисле бродіння не використовується.

В заквашених овочах при повільному нагромадженні молочної кислоти розвивається маслянокисле бродіння, яке зумовлює неприємний смак і запах. Результатом маслянокислого бродіння іноді буває бомбаж консервів. Це ж бродіння може розвиватися в сирому борошні і придавати йому гіркий смак.

В техніці масляна кислота знаходить застосування в кондитерському і парфумерному виробництвах у вигляді ефірів, тобто з'єднань із спиртами. Ефіри являються цінними ароматичними речовинами. При невеликих концентраціях запах нагадує деякі фрукти. Так, наприклад, ефір масляної кислоти має яблучний запах, етиловий - грушевий, аміловий - ананасний, тощо.

Не менш цінними проміжними продуктами являються ацетон, бутиловий спирт.

В природних умовах маслянокисле бродіння має велику роль у руйнуванні рослинних залишків, багатих вуглеводами, - в грунті, на дні річок, боліт, тобто скрізь, куди важко доступне повітря.

ОКИСЛЮВАЛЬНІ ПРОЦЕСИ

Це процеси дихання мікроорганізмів, які проходять при обов'язковій участі кисню. Серед окислювальних бродінь мають значення оцтовокисле і лимоннокисле. Оцтовокисле бродіння полягає втім, що відбувається процес розкладу етилового спирту під впливом оцтовокислих бактерій з утворенням оцтової кислоти і води :

С₂Н₅ОН + О₂ = СН₃СООН + Н₂О = 116 кал

Бродіння сугубо аеробне, іде тільки в присутності кисню. Збудники бродіння широко поширені в природі. Вони знаходяться на поверхні плодів і ягід, в цукристих рідинах, в вині, пиві, квасі, молоці, в квашених овочах, в тісті, тощо. Самовільне бродіння відбувається при прокисанні вина, пива, при цьому на поверхні виникає сірувато - біла плівка, яка складається з оцтовокислих бактерій.

В технології використовуються оцтовокислі бактерії для отримання із виноградного вина кращого виноградного оцту і із розведеного спирту – винного оцту.

Лимоннокисле бродіння викликається також деякими видами плісеней, які окислюють цукор (глюкозу) до лимонної кислоти; цим бродінням користуються для отримання лимонної кислоти.

Такою здатністю володіють різні гриби, але найбільш продуктивними є аспергіллові гриби – аспергіллус нігер.

ГНИТТЯ

Харчові продукти, багаті білком (м'ясо, риба, яйця), дуже часто підлягають псуванню, процес розкладу їх в більшості випадків викликається мікроорганізмами. Найчастіше процеси розкладу харчових продуктів зв'язанні з гниттям.

Здебільшого під гниттям розуміють різні процеси, об'єднанні зовнішньою подібністю псування харчових продуктів – м'яса, риби, плодів і овочів, розклад рослинних залишків, тощо.

В мікробіології гниттям називається процес розпаду білків або їх похідних під впливом гнилісних мікробів.

Гниття супроводжується виділенням різкого запаху: аміаку, сірководню та інших.

Гнилісні мікроби широко поширенні в природі. Із повітря води, грунту, з рук, з посуду, обладнання, вони попадають на харчові продукти – м'ясо, рибу, яйця, молочні продукти, тощо.

Процеси гниття можуть проходити аеробно і анаеробно – в глибоких шарах продукту.

Гнилісні мікроорганізми використовують білок як пластичний матеріал для побудови свого тіла, як і енергетичний – для отримання енергії.

В першому випадку використання білку – розклад іде до утворення амінокислот, в другому – руйнування білку іде до виділення мінеральних речовин. Процес розкладу білку відбувається за участю протеолітичних ферментів.

Схематично етапи мікробіологічної дії на білки можна зобразити в такому вигляді:

Білок-^+НО--- Пептони--^+НО--- Поліпептиди--- Амінокислоти

Із типових гнилісних мікроорганізмів, які розвиваються на поверхні харчового продукту з доступом кисню, найчастіше викликає розклад білку паличка протея. Вона являє собою коротку паличку, не утворюючу спор, іноді вона буває у вигляді довгих ниток.

Дуже часто в гнилісних процесах бере участь кишкова паличка.

Як кишкова, так і паличка протея в продуктах іноді можуть виробляти отруйні речовини.

Із аеробних мікроорганізмів найбільш часто в процесах гниття беруть участь: мікоідес (рухома грунтова бактерія), сінна паличка (бациллюс субтіліс), картопляна паличка (бациллюс мезентерікус), бактерія флуоресценс, бактерія продигіозум.

Із анаеробних бактерій активними збудниками гниття є путрифікус, спорогенес та інші.