Маслянокислое брожение Химизм процесса. Возбудители. Практическое использование и роль в процессах порчи пищевых продуктов

Маслянокислое брожение – анаэробное окисление органических веществ маслянокислыми бактериями в масляную кислоту.

Химизм процесса:

С₆H₁₂О₆ → СНзСН₂СН₂СООН + 2 С0₂ + 2Н₂ +Е

глюкоза масляная кислота

Возбудители маслянокислого брожения

Маслянокислые бактерии относятся к роду Clostridium. Это крупные, подвижные грамположительные палочки, образующие устойчивые споры, при образовании которых клетка приобретает форму веретена или теннисной ракетки. Клостридии - облигатные (строгие) анаэробы. Именно при работе с клостридиями Л. Пастер в 1861 г. открыл форму

жизни без кислорода.

В зависимости от вида сбраживаемого субстрата выделяют несколько физиологических групп клостридий:

1. Сахаролитические клостридии, использующие в качестве субстратов

брожения вещества углеводной природы – моносахара, крахмал, клетчатка;

(C. butyricum, С. acetobutylicum, C. pasteurianum).

2. Протеолитические клостридии, субстратами брожения которых яв-

ляются белки, пептиды, аминокислоты (С. histolyticum, С. sporogenes, С.

tetani, С. botulinum).

3. Пуринолитические клостридии, специфически приспособленные к

сбраживанию гетероциклических соединений – пуринов и пиримидинов (С.

acidi-urici, C. cylindrosporum). Относящиеся к этой группе виды часто узко-

специализированы в отношении пищевых субстратов.

Типы брожений, осуществляемых клостридиями, необычайно разнообразны. Для сахаролитических клостридий конечный продукт брожения масляная кислота.

Некоторые виды способны фиксировать атмосферный азот. Первый анаэробный азотфиксатор был выделен из почвы C. Н.Виноградским и назван им в честь Л. Пастера C. pasteurianum.

Маслянокислые бактерии широко распространены в природе. Обитают там, где много органических веществ и нет доступа воздуха – в иловых отложениях водоемов, навозе, почве и т.д.

Клостридии имеют большое практическое значение. Большинство бактерий рода Clostridium – сапротрофы,обитатели почвы. Некоторые виды живут в кишечнике человека и животных.

С жизнедеятельностью клостридиев связаны различные процессы: разложение (гниение) азотсодержащих соединений (белков, нуклеиновых кислот) ванаэробных условиях; анаэробное разложение растительных материалов, таких как клетчатка, хитин. Некоторые сахаролитические клостридии могут использовать в качестве субстрата брожения пектиновые вещества, составляющие покровы растительных клеток. Этот вид играет важную роль в процессе мацерации волокон при мочке льна.

Еще в конце XIX века было обнаружено, что некоторые клостридии патогенны, т. е. вызывают заболевания человека и животных. Они могут вызывать такие заболевания, как газовая гангрена и столбняк (раневые инфекции).

Возбудителями газовой гангрены служат C. perfrigens, С. histolyticum, С. septicum, C.sordelli. Возбудитель столбняка – C. tetani. Эти заболевания очень опасны, протекают быстро и часто с фатальным исходом.

В основе патогенности клостридиев лежит их способность синтезировать и выделять из клетки токсины, являющиеся сильными биологическими ядами. C. botulinum – продуцент ботулина – экзотоксина, одного из самых сильных биологических ядов; C. tetani образует в организме человека столбнячный токсин. По химической природе это белки. В одних случаях они выступают как ингибиторы нервных функций (симптомы ботулизма и столбняка), в других – это ферменты, разрушающие ткани.

Практическое значение маслянокислого брожения. Маслянокислое брожение используется в промышленности для получения масляной кислоты (продуцент Clostridium butyricum). Хотя масляная кислота обладает резким, неприятным запахом прогорклого масла, ее эфиры отличаются приятным ароматом: метиловый эфир имеет яблочный запах, этиловый – грушевый, амиловый – ананасный. Эфиры масляной кислоты используют в кондитерской, безалкогольной, парфюмерной промышленности.

Ацетоно-бутиловое брожение, осуществляемое некоторыми видами клостридиев, используют для получения в промышленном масштабе ацетона и бутанола

Маслянокислые бактерии участвуют в круговороте веществ в природе. С другой стороны, маслянокислые бактерии могут вызвать массовую гибель картофеля и овощей, вспучивание сыров, порчу консервов, прогоркание масла и маргарина, увлажненной муки и других продуктов, чем наносят большой урон народному хозяйству. Борьба с маслянокислыми бактериями затруднена из-за высокой устойчивости спор.

Расширяется использование клостридий для получения ряда важнейших ферментов: пектиназ, целлюлаз, протеаз, липаз, амилаз, декарбоксилазы, гиалуронидазы и др.

В некоторых странах анаэробные бактерии используют для трансформации стероидных гормонов.