2. Уксуснокислое брожение.

Уксуснокислое брожение является аэробным процессом. Вызывается уксуснокислыми бактериями. Они способны окислять не только этиловый спирт в уксусную кислоту, но и пропиловый спирт в пропионовую кислоту, бутиловый – в масляную. Не окисляют уксуснокислые бактерии метиловый спирт и высшие спирты.

Окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями осуществляется путем его дегидрирования. Суммарную схему процесса можно представить в следующем виде:

СН₃СН₂ОН + О₂ → СН₃СООН + Н₂О + Q

Этанол уксусная кислота

В средах с достаточно высоким содержанием этилового спирта уксуснокислые бактерии окисляют его только до уксусной кислоты. Эта реакция протекает с малым энергетическим эффектом, поэтому, чтобы получить необходимое для своей жизнедеятельности количество энергии уксуснокислым бактериям приходится производить окисление больших количеств спирта.

Количество видов уксуснокислых бактерий велико. Это аэробы, которые способны образовывать на поверхности субстратов пленки. Уксуснокислые бактерии всегда можно обнаружить в почве, воздухе, воде, на поверхности плодов и ягод. Эти бактерии не образуют спор.

На развитие уксуснокислых бактерий большое влияние оказывает температура. При температуре 12-15^оС размножение в субстрате замедляется. Оптимальная температура 20-35^оС.

Уксуснокислое брожение используется в производстве столового уксуса. Но в тоже время оно может вызывать порчу многих продуктов. Уксуснокислое брожение может наблюдаться в слабокислых пастеризованных маринадах при хранении их в негерметичной таре. При этом маринады скисают, образуется беловато серая нежная пленка, или кольца у стенок тары, или толстые кожистые пленки.

Молочнокислое брожение.

Молочнокислое брожение, как и спиртовое, известно со времен глубокой древности. Возбудителем его являются молочнокислые бактерии.

Молочнокислые бактерии широко распространены в природе. Они находятся на поверхности плодов и овощей. Встречаются также в воздухе, почве, на кожных покровах, в кишечнике животных и человека.

По характеру возбуждаемых реакций молочнокислые бактерии делятся на типичные и нетипичные.

Типичные осуществляют расщепление сахаров до молочной кислоты без образования побочных продуктов. В общем виде процесс можно выразить следующим уравнением.

С₆Н₁₂О₆ 2СН₃СНОНСООН + Q

При этом поэтапно распад моносахаридов идет с образованием тех же продуктов, что и при спиртовом брожении, вплоть до образования пировиноградной кислоты. В дальнейшем механизм процесса изменяется: в комплексе ферментов у молочнокислых бактерий отсутствует карбоксилаза, в результате этого вместо расщепления ПВК на уксусный альдегид и диоксид углерода, она восстанавливается в молочную кислоту. Этот процесс катализирует фермент редуктаза.

Нетипичные молочнокислые бактерии наряду с молочной кислотой образуют большее или меньшее количество побочных продуктов – уксусной кислоты, янтарной кислоты, этилового спирта и пр. Схематично процесс можно представить следующим уравнением.

С ₆Н₁₂О₆ СН₃СНОНСООН + СООНСН₂СН₂СООН +

молочная кислота янтарная кислота

СН₃СООН + С₂Н₅ОН + СО₂ + Н₂ + Q

уксусная кислота

Образование побочных продуктов объясняется тем, что микроорганизмы, вызывающие нетипичное молочнокислое брожение, в комплексе ферментов содержат карбоксилазу. ПВК при этом расщепляется до уксусного альдегида и диоксида углерода лишь частично. В результате разнообразных превращений уксусного альдегида и ПВК происходит образование янтарной, уксусной кислот и этилового спирта. Механизм подробно рассмотрен на примере спиртового брожения.

Таким образом, не типичное молочнокислое брожение протекает более сложно, чем типичное. Количественное соотношение между накапливающимися побочными продуктами может быть самым разнообразным: молочной кислоты может накапливаться до 40 % от количества сброженного сахара, янтарной около 20 %, этилового спирта и уксусной кислоты примерно по 10 %, газов – около 20 %. Иногда количество образовавшихся газов уменьшается, но тогда в среде появляется муравьиная кислота (НСООН).

Молочнокислые бактерии (Lactobacterium) являются не спорообразующими. Большинство – факультативные анаэробы, но лучше развиваются без доступа кислорода. Имеют высокую сбраживающую способность по отношению к различным моно- и дисахаридам. Сбраживать же крахмал не могут, так как не содержат соответствующих гидролитических ферментов. Температурный оптимум 30-35 ^оС.

Молочнокислые бактерии являются возбудителем процессов квашения и мочения овощей и плодов.

Кроме этого молочнокислые бактерии могут явиться причиной порчи консервированных продуктов, в частности, томатов и томатного сока.

Если при стерилизации нарушен температурный режим, то в этом случае в консервах сохраняются жизнеспособные клетки, которые сбраживают углеводы и органические кислоты томатного сока. При этом образуется спирт, уксусная и молочная кислоты и диоксид углерода. При нормальном проведении технологического процесса порчи сока не происходит, так как молочнокислые бактерии не образуют спор, их вегетативные клетки гибнут при температуре около 80 ^оС.

4. Маслянокислое брожение.

Маслянокислое брожение является очень распространенным в природных условиях процессом анаэробного разложения органических веществ. Возбудителями являются маслянокислые бактерии. Они присутствуют всюду, где есть растительные остатки. Оптимальная температура их развития 30-40^оС. Споры возбудителей маслянокислого брожения очень термоустойчивы.

Для своего развития они используют самые разнообразные источники углерода – сахара, молочную, пировиноградную кислоты, маннит, глицерин. В своем комплексе ферментов они содержат активную амилазу, это дает им возможность непосредственно сбраживать и крахмал.

Расщепление сахара при маслянокислом брожении происходит согласно следующему суммарного уравнения:

С₆Н₁₂О₆ → СН₃СН₂СН₂СООН + 2СО₂ + 2Н₂ + Q

При маслянокислом брожении все превращения идут по тому же пути, что и при спиртовом, вплоть до образования уксусного альдегида. Но восстановления образовавшегося ацетальдегида до этанола не происходит, так как в ферментативном комплексе маслянокислых бактерий отсутствует редуктаза. Вместо восстановления ацетальдегида происходит его альдольное уплотнение с последующей трансформацией альдоля в масляную кислоту. Альдольное уплотнение катализируется ферментом карболигазой.

карболигаза

СН₃СОН +СН₃СОН → СН₃СНОНСН₂СОН → СН₃СН₂СН₂СООН

Ацетальдоль

В качестве побочных продуктов брожения часто образуется этиловый спирт, а также бутиловый спирт, ацетон и уксусная кислота.

Для консервного производства, а также и для других пищевых производств маслянокислое брожение является вредным процессом.

Споры маслянокислых бактерий могут выдерживать непродолжительное кипячение (в течение 1-2 мин), поэтому они могут сохраняться в пастеризованных или даже стерилизованных продуктах, особенно в тех случаях, когда сырье сильно загрязнено и плохо промыто. В процессе жизнедеятельности маслянокислые бактерии разлагают углеводы (крахмал, декстрины, гексозы, пентозы), некоторые спирты (глицерин, маннит), соли молочной и пировиноградной кислот. Образующиеся в результате брожения масляная кислота, диоксид углерода и водород изменяют вкусовые качества консервов. Консервы становятся не пригодными к употреблению. Маслянокислые бактерии вызывают порчу фруктовых консервов и томатопродуктов.

Но при переработке свежего сырья и при соблюдении санитарного и технологического режима порчи консервов не происходит, так как споры этих бактерий в кислой среде не термостойки и погибают при нагревании продукта до температуры 100^о С.

При наличии азотистых веществ в пищевых продуктах при развитии маслянокислых бактерий появляется резкий запах аммиачных соединений. Маслянокислое брожение может возникнуть и в квашеных овощах. Иногда наблюдается массовая порча картофеля, хранящегося в буртах.

Но масляная кислота и ее эфиры находят широкое техническое применение. Метиловый эфир (яблочная эссенция), этиловый (грушевая) и амиловый (ананасная) используются в качестве ароматизаторов в различных отраслях промышленности.