Молочное брожение глюкозы формула. Брожение молочнокислое: технология и необходимое оборудование. Гетероферментативное молочнокислое брожение
19. Брожение моно- и дисахаридов (спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, пропионовокислое).
Брожение (ферментация), биохимические процессы, сопровождающиеся распадением органических веществ на более простые; происходят с выделением тепла и часто углекислого газа.
Брожение, процесс анаэробного расщепления органических веществ, преимущественно углеводов, происходящий под влиянием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. В ходе Б. в результате сопряженных окислительно-восстановительных реакций освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микроорганизмов, и образуются химические соединения, которые микроорганизмы используют для биосинтеза аминокислот, белков, органических кислот, жиров и др. компонентов тела. Одновременно накапливаются конечные продукты Б. В зависимости от их характера различают брожение спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, пропионовокислое, ацетоно-бутиловое, ацетоно-этиловое и др. виды. Характер Б., его интенсивность, количественные соотношения конечных продуктов, а также направление Б. зависят от особенностей его возбудителя и условий, при которых Б. протекает (pH, аэрация, субстрат и др.).
Первая реакция превращения глюкозы при спиртовом Б. - присоединение к глюкозе под влиянием фермента глюкокиназы остатка фосфорной кислоты от аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ, см. Аденозинфосфорные кислоты). При этом образуются аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и глюкозо-6-фосфорная кислотата. Последняя под действием фермента глюкозофосфати-зомеразы превращается в фруктозо-6-фосфорную кислоту, которая, получая от новой молекулы АТФ (при участии фермента фосфофруктокиназы) ещё один остаток фосфорной кислоты, превращается в фруктозо-1,6-дифосфорную кислоту. (Эта и следующая реакции, обозначенные встречными стрелками, обратимы, т. е. их направление зависит от условий - концентрации фермента,pH и др.) Под влиянием фермента кетозо-1-фосфатальдолазы фруктозо-1,6-дифосфорная кислота расщепляется на глицеринальдегидфосфорную и диоксиацетонфосфорную кислоты которые могут превращаться друг в друга под действием фермента триозофосфатизомеразы. Глицеринальдегидфосфорная кислота, присоединяя молекулу неорганической фосфорной кислоты и окисляясь под действием фермента дегидрогеназы фосфоглицеринальдегида, активной группой которого у дрожжей является никотинамидадениндинуклеотид (НАД), превращается в 1,3-дифосфоглицериновую кислоту. Молекула диоксиацетонфосфорной кислоты под действием триозофосфатизомеразы даёт вторую молекулу глицеринальдегидфосфорной кислоты, также подвергающуюся окислению до 1,3-дифосфоглицериновой кислоты; последняя, отдавая АДФ (под действием фермента фосфоглицераткиназы) один остаток фосфорной кислоты, превращается в З-фосфоглицериновую кислоту, которая под действием фермента фосфоглицеро-мутазы превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту, а она под влиянием фермента фосфопируват-гидратазы - в фосфоенол-пировиноградную кислоту. Последняя при участии фермента пируваткиназы передаёт остаток фосфорной кислоты молекуле АДФ, в результате чего образуется молекула АТФ и молекула енолпировиноградной кислоты, которая весьма нестойка и переходит в пировиноградную кислоту. Эта кислота при участии имеющегося в дрожжах фермента пируватдекарбоксилазы расщепляется на уксусный альдегид и двуокись углерода. Уксусный альдегид, реагируя с образовавшейся при окислении глицеринальдегидфосфорной кислоты восстановленной формой никотинамидадениндинуклеотида (НАД-Н), при участии фермента алкогольдегидрогеназы превращается в этиловый спирт. Суммарно уравнение спиртового Б. может быть представлено в следующем виде:
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ ® 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2АТФ.
Т. о., при сбраживании 1 моля глюкозы образуются 2 моля этилового спирта, 2 моля CO2, а также в результате фосфорилирования 2 молей АДФ образуются 2 моля АТФ.
Молочнокислое брожение
Молочнокислые бактерии подразделяют на 2 группы - гомоферментативные и гетероферментативные. Гомоферментативные бактерии (например, Lactobacillus delbrückii) расщепляют моносахариды с образованием двух молекул молочной кислоты в соответствии с суммарным уравнением:
C6H12O6 = 2CH3CHOH·COOH.
Гетероферментативные бактерии (например, Bacterium lactis aerogenes) ведут сбраживание с образованием молочной кислоты, уксусной кислоты, этилового спирта и CO2, а также образуют небольшое количество ароматических. веществ - диацетила, эфиров и т.д.
При молочнокислом Б. превращение углеводов, особенно на первых этапах, близко к реакциям спиртового Б., за исключением декарбоксилирования пировиноградной кислоты, которая восстанавливается до молочной кислоты за счёт водорода, получаемого от НАД-Н. Гомоферментативное молочнокислое Б. используется для получения молочной кислоты, при изготовлении различных кислых молочных продуктов, хлеба и в силосовании кормов в сельском хозяйстве. Гетероферментативное молочнокислое Б. происходит при консервировании различных плодов и овощей путём квашения.
Маслянокислое брожение
Сбраживание углеводов с преимущественным образованием масляной кислоты производят многие анаэробные бактерии, относящиеся к роду Clostridium. Первые этапы расщепления углеводов при маслянокислом Б. аналогичны соответстветственным этапам спиртового Б., вплоть до образования пировиноградной кислоты, из которой при маслянокислом Б. образуется ацетил-кофермент A (CH3CO-KoA). Ацетил-KoA может служить предшественником масляной кислоты, подвергаясь следующим превращениям:
Маслянокислое Б. применялось для получения масляной кислоты из крахмала.
Ацетоно-бутиловое Б. бактерии Clostridium acetobutylicum сбраживают углеводы с преим. образованием бутилового спирта (CH3CH2CH2CH2OH) и ацетона (CH3COCH3). При этом образуются также в сравнительно небольших количествах водород, CO2, уксусная, масляная кислоты, этиловый спирт. Первые этапы расщепления углеводов те же, что и при спиртовом Б. Бутиловый спирт образуется путём восстановления масляной кислоты:
CH3CH2CH2COOH + 4H = CH3CH2CH2CH2OH + H2O.
Ацетон же образуется декарбоксилированием ацетоуксусной кислоты, которая получается в результате конденсации двух молекул уксусной кислоты. Исследованиями В. Н. Шапошникова показано, что ацетоно-бутиловое Б. (как и ряд др., например пропионовокислое, маслянокислое) в опытах с растущей культурой происходит в две фазы. В первую фазу Б. параллельно с нарастанием биомассы накапливаются уксусная и масляная кислоты; во вторую фазу образуются преимущественно ацетон и бутиловый спирт. При ацетоно-бутиловом Б. сбраживаются моносахариды, дисахариды и полисахариды - крахмал, инсулин, но не сбраживаются клетчатка и гемицеллюлоза. Ацетоно-бутиловое Б. использовалось для промышленного получения бутилового спирта и ацетона, применяемых в химической и лакокрасочной промышленности (см. также Ацетоно-бутиловое брожение и Ацетоно-этиловое брожение).
Пропионовокислое брожение
Основные продукты пропионовокислого Б., вызываемого несколькими видами бактерий из рода Propionibacterium, - пропионовая (CH3CH2OH) и уксусная кислоты и CO2. Химизм пропионовокислого Б. сильно изменяется в зависимости от условий. Это, по-видимому, объясняется способностью пропионовых бактерий перестраивать обмен веществ, например в зависимости от аэрации. При доступе кислорода они ведут окислительный процесс, а в его отсутствии расщепляют гексозы путём Б. Пропионовые бактерии способны фиксировать CO2, при этом из пировиноградной к-ты и CO2 образуется щавелевоуксусная к-та, превращающаяся в янтарную к-ту, из которой декарбоксилированием образуется пропионовая к-та:
Существуют Б., которые сопровождаются и восстановительными процессами. Примером такого «окислительного» Б. служит лимоннокислое Б. Многие плесневые грибы сбраживают сахара с образованием лимонной кислоты. Наиболее активные штаммы Aspergillus niger превращают до 90% потребленного сахара в лимонную кислоту. Значительная часть лимонной кислоты, используемой в пищевой промышленности, производится микробиологическим путём - глубинным и поверхностным культивированием плесневых грибов.
Иногда по традиции и чисто окислительные процессы, осуществляемые микроорганизмами, называется Б. Примерами таких процессов могут служить уксуснокислое и глюконовокислое Б.
Молочнокислое брожение
Молочнокислое брожение считается эволюционно одним из самых древних и примитивных типов брожения. По характеру самого процесса и образующимся конечным продуктам различают гомо- и гетероферментативное молочнокислое брожение.
В основе гомоферментативного молочнокислого брожения лежит гликолетический цикл сбраживания гексозы с образованием двух молекул пировиноградной кислоты. Последняя, выступает конечным акцептором водорода, восстанавливается до молочной кислоты. Этот процесс можно выразить следующим уравнением:
С 6 Н 12 О 6 → 2СН 3 СНОНСООН+196,65 кДж/моль.
Энергетический выход гомоферментативного молочнокислого брожения невелик и составляет всего 2 молекулы АТФ на 1 молекулу сброженной глюкозы.
Процесс ведут гомоферментативные молочнокислые бактерии, способные сбраживать 85 – 98% сахара, находящегося в среде, до молочной кислоты. Морфологически они представлены кокками, относящимися к родам Streptococcus и Pediococcus, палочковидными формами обширного рода Lactobacillus. Все бактерии этой группы по методу Грамма окрашиваются положительно, спор не образуют, неподвижны. По отношению к кислороду аэротолерантны, т.е. способны расти при доступе кислорода. Молочнокислые бактерии характеризуются низкими биосинтетическими способностями. Источником углерода для них служат молочные или растительные сахара и редко некоторые пентозы, сахароспирты и органические кислоты. Низкие биосинтетические способности этой группы бактерий свидетельствуют о примитивности их конструктивного метаболизма.
В основе гетероферментативного молочнокислого брожения лежит пентозофосфатный путь сбраживания гексоз или пентоз с образованием молочнокислой кислоты и ряда других продуктов – уксусной кислоты, этиленового спирта, глицерина и углекислого газа:
С 6 Н 12 О 6 →СН 3 СНОНСООН+СН 3 СООН+СН 3 СН 2 ОН+СН 2 ОНСНОНСН 2 ОН+СО 2
Облигатные гетеротрофные молочнокислые бактерии лишены ключевых ферментов гликолетического пути – альдолазы и триозофосфатизомеразы. К этой группе относятся бактерии родов Lactobacillus, Leuconostoc и Bifidobacterium. Некоторые молочнокислые бактерии способны вести как гомо-, так и гетероферментативное молочнокислое брожение, сбраживая гексозы по гликолитическому, а пентозы по пентозному пути.
Молочнокислые бактерии весьма широко распространены в природе. Они легко выделяются из молока и всех молочных продуктов, с поверхности растений и разрушающихся растительных масс, из почвы и ризосферы растений, из желудка и кишечника животных и человека.
С незапамятных времен молочнокислые бактерии находят применение в различных отраслях хозяйственной деятельности человека – для приготовления кисломолочных продуктов, сливочного масла, сыра, квашения овощей и т.д.
Для производства кисломолочных продуктов в разных географических широтах используют различные виды молочнокислых бактерий. Так, на севере в закваску для простокваши входят в основном кокковые формы Streptococcus lactis и S. cremoris; на юге в закваске простокваши преобладает болгарская палочка (Lactobacillus bulgaricus).
Закваски некоторых национальных кисломолочных продуктов (кефира, кумыса, йогурта) представлены исторически сложившимися симбиотическими комплексами молочнокислых бактерий и дрожжей. Молочнокислые бактерии сбраживают лактозу молока с образованием 0,8–1% молочной кислоты, дрожжи ведут спиртовое брожение и сбраживают лактозу с образованием 1%-ного этилового спирта.
Молочнокислые бактерии играют важную роль в приготовлении сыров. В основе сыроварения лежит коагуляция казеинамолока под действием сычужного фермента, получаемого из желудка жвачных жживотных. Образовавшиеся сгустки казеина отделяют от молочной сыворотки, пресуют, выдерживают в растворе соли и оставляют на созревание. Во время созревания в сырной массе идут сложные процессы превращения казеина в аминокислоты под влиянием ферментов.
В процессах квашения овощей и силосования кормов принимают участие многочисленные спонтанные расы гомо- и гетеро-ферментативных молочнокислых бактерий.
Гетероферментативные молочнокислые бактерии рода Bifidobacterium являются обитателями кишечника животных и человека, нередко они составляют от 50 до 90% микробного населения в фекалиях человека.
Многие молочнокислые бактерии способны синтезировать вещества, обладающие антибиотическими свойствами (лактолин, низин, бревин, диплококкцин и др.). На этом свойстве молочнокислых бактерий основано их антагонистическое действие на гнилостные и болезнетворные микроорганизмы в кишечнике человека и животных.
Спиртовое брожение
Процесс спиртового брожения проходит по гликолитическому пути до образования пировиноградной кислоты. Далее при участии ключевого фермента спиртового брожения – пируватдекарбоксилазы – происходит декарбрксилирование пировиноградной кислоты. В результате образуются ацетальдегид и углекислый газ.
Образовавшийся ацетальдегид выступает конечным акцептором и под действием НАД + -зависимой алькогольдегидрогеназы восстанавливается до этиленового спирта. Донором водорода, как и при молочнокислом брожении, служит 3-фосфоглицериновый альдегид.
Суммарно процесс спиртового брожения можно выразить следующим уравнением:
С 6 Н 12 О 6 + 2Ф н + 2АДФ→ 2СН 3 СН 2 ОН + 2СО 2 + 2АТФ +2Н 2 О
Энергетический выход процесса составляют 2 молекулы АТФ на
1 молекулу сброженной глюкозы. Отличие спиртового брожения от молочнокислого заключается в различной природе конечного акцептора водорода.
Спиртовое брожение лежит в основе ряда промышленных производств – виноделия, получения спирта, пивоварения, хлебопечения. На Европейском континенте в промышленности используют различные расы сахаромицетных дрожжей (Saccharomyces cerevisiae, Sacch. Vini), на Американском континенте – различные расы схизосахаромицетов.
Среди прокариот к активному спиртовому брожению способны Erwinia amylovora, Zymomonas mobilis, Sarcina vintriculi. Последняя используется в промышленном производстве для получения этилового спирта в странах Востока.
Маслянокислое брожение. Маслянокислое брожение проходит в строго анаэробных условиях и ведут его облигатно-аэробные бактерии рода Clostridium.
Этот тип брожения следует рассматривать как один из вариантов усложненного брожения, в основе которого лежит гликолитический путь сбраживания углеводов до пировиноградной кислоты. Характерной особенностью маслянокислого брожения является реакция конденсации с образованием С 4- – соединения (масляной кислоты). В результате из пировиноградной кислоты образуются уксксный альдегид, муравьиная и уксусная кислота, нередко этиловый спирт. Муравьиная кислота распадается до СО 2 и Н 2 , а реакция конденсации ацетальдегида приводит к образованию масляной кислоты. Суммарно процесс маслянокислого брожения можно выразить следующим уравнением:
4С 6 Н 12 О 6 →3СН 3 СН 2 СН 2 СООН + 2СН 3 СООН + 8СО 2 + 8Н 2
Энергетический выход данного процесса составляет 3,3 молекулы АТФ на 1 молекулу сброженной глюкозы. Процесс маслянокислого брожения очень лабилен и зависит от состава питательной среды и стадии развития культуры микроорганизма.
Маслянокислые бактерии рода Clostridium многочисленны и гетерогенны. Морфологически они представлены крупными палочками. В молодой культуре палочки подвижны, тип жгутикования перитрихиальный. По мере старения клетки формируют эндоспоры. Спорангии переходного типа – от клостридиального к плекридиальному, форма спор сферическая или овальная.
По типу использования углесодержащих веществ маслянокислые бактерии подразделяются на сахаролитические и протеолитические. Сахаролитические виды (Cl. Butyricum, Cl. Pasteurianus, и др.) сбраживают различные соединения углеводной природы: пектин, целлюлозу, крахмал, хитин и т.д. Протеологические клостридии (Cl. Hutrificum, Cl. Sporogenes,
Cl. Histolyticum) в качестве сбраживаемого субстрата используют белки, аминокислоты, пурины, пиримидины.
Различные виды маслянокислых бактерий в природе ведут самые разнообразные процессы: аэробную аммонификацию органических азотсодержащих веществ, анаэробное разложение растительных остатков – пектина и клетчатки.
Маслянокислые бактерии нередко причиняют вред, вызывая порчу продуктов – прогоркание масла, сметаны, и т.д.
Одной из разновидностей маслянокислого брожения является ацетоно-бутиловое брожение. Основные продукты – бутиловый, этиловый и изопропиловый спирт, ацетон и газ СО 2 и Н 2 . Суммарно этот процесс брожения может быть выражен следующим уравнением:
С 6 Н 12 О 6 →СН 3 СН 2 СН 2 СН 2 ОН + СН 3 СН 2 ОН + СН 3 СОСН 3 + СН 3 СНОНСН 3 + Н 2 + СО 2
Выход продукта брожения обуславливается составом питательного субстрата, условиями рН среды, температурой, а также видом маслянокислых бактерий, ведущих брожение. Этот вид маслянокислого брожения широко используется в современном производстве для получения дифицитных реактивов – ацетона и бутилового спирта из любого крахмалсодержащего сырья.
Рассмотрев суть процессов брожения на конкретных примерах, подчеркнем еще раз, что этот тип анаэробного окисления является наиболее примитивным способом получения энергии. Среди царства прокариот анаэробное окисление присуще многочисленной и разнообразной группе микроорганизмов. Однако только небольшая часть их может быть названа первичными анаэробами. Большая часть ныне существующих анаэробов имеет вторичное происхождение, связанное с адаптацией их к анаэробным условиям среды и утратой способности к анаэробному окислению с использованием молекулярного кислорода. Примером таких микроорганизмов может служить микрофлора кишечника. В целом анаэробные прокариоты и в современную эпоху занимают широкие экологические ниши – глубинные слои почвы и воды, придонные илы морей и океанов, нефтяные скважины и т.д.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Вятская государственная сельскохозяйственная академия
Факультет ветеринарной медицины
Кафедра морфологии и микробиологии
Курс микробиологии и вирусологии
По теме «Молочнокислое брожение»
Киров 2012г.
3. Практическое применение молочнокислого брожения в народном хозяйстве
4. Продукты, которые получают с использованием молочнокислого брожения
1. Характеристика и химизм молочнокислого брожения
Молочнокислое брожение - процесс анаэробного окисления углеводов, конечным продуктом при котором выступает молочная кислота. Название получило по характеру продукта - молочной кислоте. Для молочнокислых бактерий является основным путём катаболизма углеводов и основным источником энергии в виде АТФ. Также молочнокислое брожение происходит в тканях животных в отсутствие кислорода при больших нагрузках.
Белки молока являются отличным источником азотистого питания для молочнокислых бактерий, которые расщепляют молочный сахар, превращая его в молочную кислоту, повышают кислотность среды, и молоко свёртывается, образуя плотный однородный сгусток.
Виды молочнокислого брожения. Различают гомоферментативное и гетероферментативное молочнокислое брожение, в зависимости от выделяющихся продуктов помимо молочной кислоты и их процентного соотношения. Отличие также заключается и в разных путях получения пирувата при деградации углеводов гомо- и гетероферментативными молочнокислыми бактериями.
Гомоферментативное молочнокислое брожение. Поскольку расщепление лактозы происходит внутри клетки микроорганизма, ключевым этапом этого метаболического пути является поступление глюкозы в клетку. При переносе лактозы снаружи в цитоплазматическую мембрану и в клетку микроорганизма для превращения в фосфат лактозы участвуют четыре белка (последовательно: фермент II, III, I и HPr). Лактозо-6-фосфат гидролизуется b-фосфогалоктогеназой (b-Pgal) на его моносахаридные компоненты. Галактоза и глюкоза затем катаболизируются через тагатозный путь и путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса (EMP). Возможно дефосфорилирование галактозы, и в этом случае она неусваивается и выводится из клетки микроорганизма. В обоих случаях глюкоза и галактоза превращаются дигидроксиацетон-фосфат и глицеринальдегид-3-фосфат, где трёхуглеродные сахара окисляются дальше до фосфоенолпирувата, а затем образуют молочную кислоту при помощи лактатдегидрогеназы. Продуктом гомоферментативного молочнокислого брожения является молочная кислота, которая составляет не менее 90% всех продуктов брожения. Примеры гомоферментативных молочнокислых бактерий: Lactobacillus casei, L. acidophilus, Streptococcus lactis.
Гетероферментативное молочнокислое брожение. Лактозу и глюкозу по гетероферментативному пути образуют только бифидобактерии. При катаболизме глюкозы СО 2 не образуется, поскольку отсутствует начальный этап, включающий декарбоксилирование. Лактоза транспортируется в клетку с помощью пермеазы, а затем гидролизуется в глюкозу и галактозу. Альдолаза и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа у этого вида отсутствуют. Гексозы подвергают катаболизму путём гексозомонофосфатного шунта с участием фруктозо-6-фосфат-фосфокетолазы. Продуктами ферментации видами Bifidobacterium являются лактат и ацетат, а ферментация двух молекул глюкозы даёт три молекулы ацетата и две молекулы лактата. Побочными продуктами являются: уксусная кислота, этанол. Примеры гетероферментативных молочнокислых бактерий: L. fermentum, L. brvis, Leuconostoc mesenteroides, Oenococcus oeni.
2. Характеристика возбудителей брожения
Молочнокислые бактерии - группа микроаэрофильных грамположительных микроорганизмов, сбраживающих углеводы с образованием молочной кислоты как одного из основных продуктов.
Молочнокислые бактерии представляют собой основу пробиотиков. Их биологическая характеристика - это возбудители молочнокислого брожения. Они расщепляют сахара с образованием более 50% молочной кислоты. Образованная молочная кислота, вместе с бактериоцинами и другими биологически активными веществами, останавливают развитие вредных микробов, детоксицируют организм, стимулируют иммунную систему. Они обладают антираковым, антиатеросклеротическим, противоаллергическим, антиоксидантным эффектом, защищают от лучения.
Все молочнокислые бактерии (они же лактобактерии) грамположительные, факультативные анаэробы. Среди молочнокислых бактерий есть мезофиллы (предпочитают температуру около 30 °С) и термофилы (Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus), оптимальной температурой для которых является температура около 40-50 °С.
Молочнокислые бактерии нуждаются в полном наборе готовых аминокислот, в витаминах группы В12, в компонентах нуклеиновых кислот, что и определяет их распространение в природе.
Молочнокислые бактерии обитают в основном на растениях, плодах, овощах, в желудочно-кишечном тракте, в молоке и молочных продуктах, а также в местах разложения растительных остатков.
В качестве источника углерода используют лактозу, мальтозу.
Оптимальное значение рН для развития молочнокислых бактерий около 4. Молочнокислые бактерии образуют от 1 до 3,5 % молочной кислоты. брожение молочнокислый бактерия пищевой
Молочнокислое брожение вызывается несколькими видами бактерий
Типичные молочнокислые бактерии (почти полностью превращают углеводы в молочную кислоту) - ацидофильная болгарская палочка, бактерия казея, куаказикум, а также молочнокислые кокки, лейконосток, лактобактерии, стрептококки и бифидобактерии.
Нетипичные (брожение с накоплением небольшого количества молочной кислоты) - протеус и кишечная палочка.
Молочнокислые бактерии объединяют в семейство Lactobacillaceae. Хотя эта группа морфологически гетерогенна (включает длинные и короткие палочки, а также кокки), в физиологическом отношении её можно охарактеризовать достаточно хорошо. Все относящиеся к ней бактерии грамположительны, не образуют спор (за исключением Sporolactobacillus inulinus) и в подавляющем большинстве неподвижны.
Все они используют в качестве источника энергии углеводы и выделяют молочную кислоту. Молочнокислые бактерии способны только к брожению; они не содержат гемопротеинов (таких, как цитохромы и каталаза).
Могут расти в присутствии кислорода воздуха: будучи анаэробами, они всё же аэротолерантны.
Ещё один отличительный признак молочнокислых бактерий - это их потребность в ростовых веществах. Ни один представитель этой группы не может расти на среде с глюкозой и солями аммония. Большинство нуждается в ряде витаминов (лактофлавине, тиамине, пантотеновой, никотиновой и фолиевой кислотах, биотине) и аминокислотах, а также в пуринах и пиримидинах.
Культивируют эти бактерии преимущественно на сложных средах, содержащих относительно большое количество дрожжевого экстракта, томатного сока, молочной сыворотки и даже крови.
Таким образом, молочнокислые бактерии - это своего рода «метаболические инвалиды», которые, вероятно в результате своей специализации (рост в молоке и других средах, богатых питательными и ростовыми веществами), утратили способность к синтезу многих метаболитов. С другой стороны, многие из них обладают способностью, которой нет у большинства других микроорганизмов; они могут использовать молочный сахар (лактозу). В этом они сходны с многими кишечными бактериями.
Распространение и места обитания. Распространение молочнокислых бактерий в природе определяется их сложными потребностями в питательных веществах и способом получения энергии (только брожение). Эти бактерии почти никогда не обнаруживаются в почве и водоёмах. В естественных условиях они встречаются:
в молоке, местах его переработки и молочных продуктах (Lactobacillus lactis, L. bulgaricus, L. helveticus, L. casei, L. fermentum, L. brevis, Streptococcus lactis, S. diacetilactis).
на растениях и на разлагающихся растительных остатках (Lactobacillus plantarum, L. delbriickii, L. fermentum, L. brevis, Streptococcus lactis, Leuconostoc mesenteroides).
в кишечнике и на слизистых оболочках человека и животных (Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium, Streptococcus faecalis, S. salivarius, S. bovis, S. pyogenes, S. pneumoniae).
Описание некоторых видов лактобактерий:
Lactobacillus bulgaricus (Thermobacterium buldaricum). Образует длинные палочки и является гомоферментативной. Совместно с Streptococcus thermophilus или с окисляющей в большей степени Lactobacillus jughurti она применяется для приготовления йогурта. Иногда Lactobacillus bulgaricus входит в состав бактерий молочнокислой закваски для приготовления молочнокислых продуктов. Ее используют также при производстве твердых сыров. Оптимальная температура ее развития составляет 40--45°С.
Lactobacillus lactis (Thermobacterium lactis) образует длинные нити. Постоянно находится в кишечнике человека и животных. Ее можно обнаружить на доильном оборудовании, и чаще, чем другие виды лактобацилл, она присутствует в необработанном (сыром) молоке. Lactobacillus lactis идентична Lactobacillus caucasicus, находящейся в кефире. Она часто принимает участие в созревании твердых сыров. Оптимальная температура ее развития примерно 40°С.
Lactobacillus helveticus (Thermobacterium helveticum) встречается в необработанном (сыром) молоке, в сычуге и в сычужном ферменте телят. Используется вместе с Streptococcus thermophilus для приготовления эмментальского и грюйерского сыров. Образует не только молочную кислоту, но и участвует благодаря наличию протеолитического эндофермента в созревании сыров.
Lactobacillus acidophilus (Bifidobacterium bifidum). При преимущественно молочном питании находится в большом количестве в кишечнике детей и взрослых. Часто ее обнаруживают и в кишечнике телят. Из других встречающихся в молоке лактобацилл следует отметить: Lactobacillus casei (Streptobacterium casei)-- сильно протеолитическая, Lactobacillus brevis (Betabacterium breve), Lactobacillus fermenti (Betabacterium longum).
Streptococcus lactis. Он является первым микроорганизмом, который выделен в чистой культуре (в 1873 г. Листером). Streptococcus lactis встречается на растениях. С пылью и растительными частицами попадает на доильное оборудование и затем в молоко. Он встречается в виде коротких цепочек из двух -- шести звеньев. Определенные штаммы, которые не образуют слизи и ароматических веществ с неприятным запахом, как многие дикие штаммы, входят в состав заквасок. Оптимальная температура развития Streptococcus lactis -- около 30°С. Отдельные штаммы, однако, могут также размножаться, но медленно, при низких температурах (ниже 7°С). При температуре 25°С Streptococcus lactis за счет образования молочной кислоты снижает показатель рН примерно до 4,5 и молоко свертывается вследствие выпадения казеина.
Streptococcus diacetilactis. Он образует в молоке не только молочную кислоту, но и ацетон и диацетил, важнейшие ароматические масла, а также СО2. Streptococcus diacetilactis содержится в значительном количестве в закваске для приготовления масла.
Молочнокислые бактерии являются компонентом нормального микробиоценоза пищеварительного тракта человека, а их количественный состав служит критерием оценки состояния здоровья. Лечебный эффект препаратов которые содержат лактобактерии, обусловлен антагонистическим действием лактобактерий по отношению к патогенным микроорганизмам, включая стафилококки, энтеропатогенные кишечные палочки, протеи, шигеллы, что определяет корригирующее действие препарата при нарушениях бактериоценоза. Препараты лактобактерий улучшают обменные процессы, препятствуют формированию затяжных форм кишечных заболеваний, повышают неспецифическую резистентность организма.
Некоторые виды Lactobacillus нашли применение в промышленности для производства кефира, йогурта, сыров. Лактобактерии участвуют в процессах засолки овощей, в приготовлении маринадов и других продуктов, используют также синтетическую и биотехнологическую молочную кислоту. Брожение силоса приводит к торможению развития плесеней, что обеспечивает животных ценным кормом.
Штаммы молочнокислых бактерий используют в производстве медицинских препаратов - пробиотиков, предназначенных для восстановления нормальной микрофлоры кишечника и репродуктивной системы у женщин (после инфекционных заболеваний, антибиотикотерапии).
3. Практическое применение молочнокислого брожения в народном
хозяйстве
Молочнокислое брожение используется в молочной промышленности для изготовления простокваши, творога, сметаны, кефира, сливочного масла, ацидофильного молока и ацидофильной простокваши, сыров, квашеных овощей, при приготовлении хлебных заквасок, молочной кислоты. Молочнокислые бактерии широко применяют также при силосовании кормов, при выделке меховых шкурок и в производстве молочной кислоты.
Большое значение эти бактерии имеют при квашении овощей, силосовании кормов (растительной массы) для животных, в хлебопечении, особенно при изготовления ржаного хлеба. Положительные результаты дают исследования по использованию молочнокислых бактерий при изготовлении некоторых сортов колбас, солено-вареных мясных изделий, а также при созревании слабосоленой рыбы для ускорения процесса и придания продуктам новых ценных качеств(вкуса, аромата, консистенции и др.).
Промышленное значение имеет также применение молочнокислых бактерий для получения молочной кислоты, которую используют в безалкогольных напитках.
Спонтанно (самопроизвольно) возникающее молочнокислое брожение в продуктах (молоке, вине, пиве, безалкогольных напитках и др.) приводит к их порче (прокисанию, помутнению, ослизнению).
Применение молочнокислых бактерий в домашнем хозяйстве, сельском хозяйстве и для приготовления пищевых продуктов. Если нестерильный раствор, содержащий наряду с сахарами также сложные источники азота и факторы роста, оставить без доступа воздуха или просто налить в сосуд достаточно большое количество такого раствора, то вскоре в нем появятся молочнокислые бактерии. Они снижают рН до значений < 5 и тем самым подавляют рост других анаэробных бактерий, которые не могут развиваться в столь кислой среде. Какие именно молочнокислые бактерии вырастут в таких накопительных культурах, зависит от прочих условий. Благодаря своему стерилизующему и консервирующему действию, основанному на подкислении среды, молочнокислые бактерии используются в сельском и домашнем хозяйстве и в молочной промышленности.
Приготовление силоса. Молочнокислые бактерии, обитающие на растениях, играют большую роль при запасании впрок кормов для скота. Для приготовления силоса используют листья сахарной свеклы, кукурузу, картофель, травы и люцерну. Растительную массу прессуют и прибавляют к ней мелассу, чтобы повысить отношение C/N, и муравьиную или какую-либо неорганическую кислоту, чтобы заранее обеспечить преимущественный рост лактобацилл и стрептококков. В таких условиях происходит контролируемое молочнокислое брожение.
Приготовление кислой капусты. Кислая капуста тоже представляет собой продукт, в приготовлении которого участвуют молочнокислые бактерии. В мелко нарезанной, посыпанной солью (2-3%) и спресованной белокочанной капусте при исключении доступа воздуха начинается спонтанное молочнокислое брожение, в котором принимает участие сначала Leuconostoc (с образованием С02), а позднее Lactobacillus plantarum.
Молочные продукты. Молочнокислые бактерии, образующие кислоту и придающие продуктам определенный вкус, находят широкое применение в молочной промышленности. Стерилизованное или пастеризованное молоко или же сливки сбраживают, прибавляя в качестве закваски чистые («стартовые») культуры молочнокислых бактерий. Кисломолочное масло готовят из сливок, сквашенных с помощью Streptococcus lactis, S. cremoris и Leuconostoc cremoris. Образующийся в процессе брожения диацетил придает маслу специфический аромат.
Закваски, содержащие Streptococcus lactis или Lactobacillus bulgaricus и Streptococcus thermophilus, вызывают свертывание казеина при приготовлении творога и немецких сыров (гарцского и майнцского). При изготовлении твердых сыров (в отличие от сыров из кислого молока) для свертывания казеина пользуются сычужным ферментом. Молочнокислые бактерии (Lactobacillus casei, Streptococcus lactis) вместе с пропио-новокислыми участвуют лишь на стадии созревания сыров.
Для приготовления молочнокислых продуктов в качестве заквасок тоже используются стартовые культуры молочнокислых бактерий, образующих кислоту и некоторые вещества, придающие продукту характерный запах. Ароматное пахтанье получают с помощью упомянутых выше заквасок, применяемых для приготовления кисломолочного масла. Пахтанье наряду с молочной кислотой содержит также уксусную кислоту, ацетоин и диацетил. Йогурт получают из пастеризованного гомогенизированного цельного молока, инокулированного Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus (после внесения закваски молоко выдерживают 2-3 ч при 43-45°С). Под названием биогурт в продажу поступает кислое молоко, сквашенное Lactobacillus acidophilus и Streptococcus thermophilus. Кефир принадлежит к молочнокислым продуктам, содержащим кислоты и этанол; его получают из молока (коровьего, овечьего или козьего). Закваску готовят на так называемых кефирных зернах, которые состоят из пока еще не полностью изученного сообщества организмов, включающего лактобациллы, стрептококки, микрококки и дрожжи. Сквашивание молока ведут при 15-22°С в течение 24-36 ч. Для приготовления кумыса используют ослиное молоко, которое инокулируют культурой, содержащей Lactobacillus bulgaricus и дрожжи рода Torula.
Чистую молочную кислоту, которая используется для различных промышленных целей и как добавка к пищевым продуктам, получают в результате брожения. Молоко или сыворотку сбраживают при помощи lactobacillus casei или L. bulgaricus. Для сбраживания глюкозы и мальтозы применяют L. delbruckii, L. leichmannii или Sporolactobacillus inulinus. Источником необходимых факторов роста служат меласса и солод.
Образование кислоты в кислом тесте, используемой для его подъема, тоже обеспечивается молочнокислыми бактериями, в частности Lactobacillus plantarum и L. coryneformis. Стартовые культуры лактобацилл и микрококков применяются также для приготовления сырокопченых колбас (салями, сервелат). Образуя молочную кислоту и снижая рН, молочнокислые бактерии предохраняют от порчи те виды колбас, которые не подвергаются варке.
4. Продукты, получаемые с использованием молочнокислого брожения
В основе получения кисломолочных продуктов лежит направленная и регулируемая деятельность определенных видов молочнокислых бактерий. В результате жизнедеятельности молочнокислых микроорганизмов молоко изменяется и приобретает новые вкусовые, диетические, биологические и лечебные свойства.
Кисломолочные продукты лучше и быстрее усваиваются. Если обычное молоко через час после потребления усваивается на 32%, то кефир, простокваша и др. усваиваются на 91%.
При сквашивании молока образуются мелкие, легкоусвояемые хлопья. Белок молока подвергается частичному расщеплению (пептонизации) и приобретает мелкодисперсную структуру, в связи с чем для его усвоения не требуется той обработки в желудке, которой подвергается обычное молоко.
Важнейшей составной частью кисломолочных продуктов является молочная кислота, которая обладает биологической активностью, создавая оптимальные условия для проявления действия антибиотических веществ и жизнедеятельности молочнокислых бактерий. В то же время молочная кислота тормозит развитие гнилостных и других немолочнокислых (в том числе и патогенных) бактерий.
Кисломолочные продукты содержат огромное количество живых бактерий однородного состава (молочнокислые бактерии), которые способны подавить развитие других видов микроорганизмов. Если в доброкачественном бутылочном молоке количество микроорганизмов исчисляется десятками тысяч в 1 мл, то в простоквашах количество микробов составляет не менее 100 млн. в 1 мл. По существу кисломолочные продукты можно рассматривать как своеобразные бактериальные культуры.
С помощью кисломолочных напитков представляется возможным ограничить и даже полностью прекратить образование в кишечнике вредных веществ гнилостными микробами. Знаменитый русский ученый И.И. Мечников экспериментально доказал, что при введении в кишечник животных этих вредных продуктов жизнедеятельности гнилостных микробов через несколько месяцев у животных развивается склероз аорты. По-видимому, в развитии атеросклероза у человека немалую роль играет интенсивная жизнедеятельность гнилостной микрофлоры кишечника.
Определенные виды молочнокислых бактерий -- ацидофильная палочка, молочнокислый стрептококк и др., способны образовывать в кисломолочных напитках антибиотические вещества, обладающие бактериостатическим и бактерицидным действием. Изучение антибиотических свойств ацидофильных бактерий выявило способность их продуцировать ряд термостабильных антибиотических веществ: низин, лактолин, лактомин, стрептоцин и др., проявляющие свое действие преимущественно в кислой среде.
Во всех случаях нарушения нормального состава кишечной микрофлоры использование кисломолочных, ацидофильных продуктов позволяет в значительной степени нормализовать микрофлору кишечника, особенно в отношении снижения интенсивности гнилостных процессов.
Молочнокислые бактерии являются продуцентами витаминов группы В. Путем подбора культур молочнокислых бактерий представляется возможным получить кисломолочные продукты с высоким содержанием витаминов.
Таким образом, кисломолочные продукты обладают разносторонними биологическими и лечебными свойствами. Известно лечебное действие кисломолочных продуктов (напитков) при многих заболеваниях пищеварительной системы. Они улучшают желудочную секрецию, нормализуют перистальтику кишечника, снижают газообразование.
Биологические свойства кисломолочных продуктов оказывают оздоровляющее действие на полезную кишечную микрофлору.
В СССР промышленное производство кисломолочных продуктов было организовано на основе широкого использования чистых культур молочнокислых бактерий и молочных дрожжей. Была создана сеть специальных лабораторий по подбору культур и производству заквасок, которыми обеспечиваются предприятия молочной промышленности. В производстве кисломолочных напитков использовались современные установки, обеспечивающие выпуск продуктов высокого качества (рис. 1).
Кисломолочные продукты подразделяются на продукты молочнокислого и смешанного брожения.
Рис. 1. Линия производства кисломолочных напитков резервуарным способом с охлаждением в потоке.
1 -- молокохранительный танк ТМА-10, 2 -- центробежные насосы -- МЦН-10, 3 -- приемный бак, 4 -- пластинчатый пастеризатор, 5 -- молокоочиститель типа ОМА-2М, 6 -- двухстенный танк, 7 -- гомогенизатор, 8 -- двухстенные танки, 9 -- мембранный насос для сгустка, 10 -- автомат для розлива напитков в бутылки, 11 -- автомат для розлива напитков в пакеты.
Простокваша -- это кисломолочный напиток, выработанный из пастеризованного молока путем сквашивания его закваской, приготовленной на чистых культурах молочнокислых растений. В зависимости от культур молочнокислых бактерий различают простоквашу обыкновенную, мечниковскую, южную, украинскую (ряженка), ацидофильную и варенец. Обыкновенную простоквашу готовят на чистых культурах молочнокислых стрептококков; она имеет нежный сгусток с освежающим, приятным, слабокислым вкусом. Мечниковская простокваша отличается от обыкновенной более плотным сгустком и кисловатым вкусом. Это объясняется тем, что ее готовят из чистых культур болгарской палочки и молочнокислых стрептококков. Южная простокваша имеет консистенцию сметаны, слегка вязкую, вкус кисловатый, щиплющий, освежающий. При приготовлении кроме молочнокислых стрептококков и палочек используют дрожжи. Варенец готовят из стерилизованного молока, выдержанного при высокой температуре в течение 2--3 ч (томленого). Варенец имеет плотную, слегка вязкую консистенцию, кисловатый вкус со сладковатым привкусом томленого молока, кремовый цвет. Варенец готовят на тех же культурах, что и мечниковскую простоквашу.
Ряженка, или украинская простокваша, кремового цвета, по вкусу и консистенции напоминает сметану, но имеет своеобразный вкус. Сладковатым привкусом напоминает томленое молоко. Жирность ряженки 6%. Для приготовления ее применяют чистые культуры молочнокислого стрептококка. Калорийность ряженки значительно выше калорийности простокваши других разновидностей.
Мацони, мацун, катык -- по сути это разные названия примерно одного и того же вида южного кислого молока, вырабатываемого из коровьего, буйволиного, овечьего, верблюжьего или козьего молока. Основная микрофлора этих напитков -- болгарская палочка и теплолюбивые молочнокислые стрептококки. Молоко заквашивают при повышенных температурах (48--55 °С) и сквашивают в устройстве, сохраняющем тепло. Джугурт вырабатывают на Северном Кавказе (преимущественно в Кабардино-Балкарии). Это отжатое кислое молоко, внешне похожее на сметану или пасту. Жира в нем 12 --13 %, а воды не более 70 %. Из такого отжатого кислого молока готовят различные блюда. Его можно хранить длительное время для потребления в зимние месяцы в виде сметанообразного продукта «брнацмацун».
Курунга -- это кисломолочный напиток, широко распространенный в Северо-Восточной Азии у бурятов, монголов, тувинцев и других народов. Способ приготовления курунги известен из глубокой древности. Для монголов и тувинцев, которые вели полукочевой образ жизни, летом курунга представляла собой один из важнейших продуктов. Начиная с XVIII века секрет приготовления курунги узнали и другие народы (буряты, хакассы). Готовят курунгу посредством двойной ферментации -- молочнокислой и спиртовой. Содержание алкоголя обычно не превышает 1 %.
Айран -- очень распространенный напиток у народов Средней Азии, на Кавказе, в Татарии, Башкирии. Готовят из коровьего, козьего, овечьего молока. Несколько похож на кумыс (при приготовлении используется молочнокислая и спиртовая ферментация). У некоторых народов нашей страны под словом «айран» подразумевается прохладительный напиток, представляющий собой смесь кислого молока с водой. Узбекский рецепт, например, предусматривает разбавление простокваши холодной переваренной водой в соотношении 1:1, после чего напиток разливают в стаканы со льдом. В Таджикистане и в Узбекистане производится еще кисломолочный продукт чакка (суему) -- с удалением определенной части воды. На Балканском полуострове йогурт с давних времен делают из молока овец и буйволиц. Так как в этом молоке белка, жира и углеводов больше, чем в коровьем, йогурт гуще многих других кисломолочных напитков. С переходом на промышленное производство йогурт стали приготовлять из коровьего молока, к которому добавляют сухое молоко или частично выпаривают из коровьего молока влагу на вакуум-аппаратах. Закваска, применяемая для производства йогурта, состоит из молочнокислых стрептококков и болгарской палочки. Совместно развиваясь, они дают более высокое содержание молочной кислоты. Йогурт быстро уменьшает жажду, утоляет чувство голода. Он полезен людям всех возрастов, особенно пожилым, беременным и кормящим матерям. Ежедневное употребление йогурта способствует быстрому восстановлению сил, покрывает потребности нашего организма в аминокислотах, солях кальция и др.
«Кисело млеко» -- болгарское кислое молоко, приготовляемое с применением «болгарской палочки», открытой в начале нашего века Стаменом Григоровым. В тайном архиве Людовика XIV были обнаружены свидетельства того, что французский король весьма успешно пользовался в целях исцеления от тяжкого желудочного недуга этим густым белым напитком, который ему привозили из Болгарии в специальных мешках из овечьей кожи. «Пища настоящих мужчин до глубокой старости» -- так с гордостью называют болгары этот эликсир молодости и долголетия. Кружка «кисело млеко» обязательно присутствует в меню болгар.
Чал (шубат) -- кисломолочный, сильно пенящийся напиток с чистым кисломолочным вкусом и дрожжевым запахом, готовится из молока верблюдицы. В Туркмении он называется чал, в Казахстане -- шубат. И. И. Мечников писал, что кочевники арабы, имеющие отличное здоровье и обладающие большой физической силой, питаются почти исключительно свежим или скисшим молоком верблюдиц. Первоначальной закваской для приготовления этого напитка служит кислое молоко верблюдиц -- «катык». Напитку чал приписываются могущественные целебные свойства. В Туркмении даже имеются районы, куда ездят для принятия курса лечения чалом.
К числу наиболее молодых кисломолочных напитков относятся ацидофильные напитки. Ацидофильная палочка, которая используется для приготовления ацидофилина и других ацидофильных напитков,-- одна из разновидностей молочнокислых бактерий. Она не разрушается под действием пищеварительных соков, лучше чем другие молочнокислые бактерии приживается в толстых кишках человека. Для приготовления ацидофилина используют равные количества ацидофильной палочки, молочнокислого стрептококка и кефирных грибков. Получается тягучий напиток слегка острого вкуса. Ацидофилин выпускают сладкий, добавляя сахар. В эту же группу напитков входит ацидофильное молоко и ацидофильно-дрожжевое молоко. Как и другие кисломолочные напитки, эта группа -- ацидофилин, ацидофильное и ацидофильно-дрожжевое молоко -- ценный продукт для питания детей, взрослых и пожилых. Она содержит основные, необходимые для нашего организма пищевые вещества, причем в легкоусвояемой форме.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Особенности молочнокислого и спиртового брожения. Виды молочнокислого брожения, их недостатки и преимущества. Характеристика молочнокислых бактерий, их устойчивость и питательные потребности. Использование дрожжей в промышленности, их характеристика.
презентация , добавлен 10.04.2014
Биологический смысл спиртового брожения. Процесс гетероферментативного молочнокислого брожения. Соотношение чистых культур дрожжей и молочнокислых бактерий, вводимых в квасное сусло. Стадии спиртового и молочнокислого брожения, условия их существования.
реферат , добавлен 24.04.2017
Анаэробный метаболический распад молекул питательных веществ. Использование брожения с применением определенных видов и штаммов микроорганизмов. Молочнокислые бактерии в квашеной капусте. Приготовление сыра путём плавления различных молочных продуктов.
презентация , добавлен 25.12.2013
Биохимические изменения составных частей молока при тепловой обработке. Продукты молочнокислого и спиртового брожения. Физико-химические процессы, протекающие при выработке сгущенного стерилизованного молока. Определение жира в сыре. Хрящевая ткань.
контрольная работа , добавлен 04.06.2014
Основные биохимические процессы, протекающие при выработке кисломолочных продуктов. Характеристика процессов молочнокислого и спиртового брожения молочного сахара, протеолиза, коагуляции казеина и гелеобразования. Биотехнология в переработке молока.
реферат , добавлен 10.04.2010
Квас - напиток, изготовляемый при помощи молочнокислого и спиртового брожения из полноценного хлебного сырья, а также фруктов, ягод, меда с добавлением к ним трав, пряностей. Технология производства кваса, пищевая ценность, условия и сроки хранения.
курсовая работа , добавлен 15.12.2013
Технология производства и розлива квасов брожения, ее актуальность и оценка роста за последние годы. Особенности организации производства кваса живого брожения на ООО "Бочкаревский пивоваренный завод", оценка его эффективности и пути совершенствования.
статья , добавлен 24.08.2013
Классификация витаминов по признаку растворимости. Химический состав молока, предназначенного для производства масла. Продукты молочнокислого и спиртового брожения (простокваша; кефир, кумыс, ацидофильные кисломолочные напитки, сметана, творог).
контрольная работа , добавлен 04.06.2014
Изменения состава и свойств молока при нагревании. Виды брожения молочного сахара как основа производства кисломолочных продуктов. Обработка сгустка при выработке сыра. Физико-химические и биохимические показатели масла при его выработке и хранении.
реферат , добавлен 14.06.2014
Характеристика процессов брожения и микроорганизмов-возбудителей. Микрофлора молочных продуктов и яичных товаров. Понятие и методы дезинфекции. Санитарно-гигиенические требования к производству кондитерских изделий. Обмен веществ и энергетический баланс.
Конечным продуктом при котором выступает молочная кислота . Название получило по характерному продукту - молочной кислоте. Для молочнокислых бактерий является основным путём катаболизма углеводов и основным источником энергии в виде АТФ . Также молочнокислое брожение происходит в тканях животных в отсутствие
Виды молочнокислого брожения
Различают т. н. гомоферментативное и гетероферментативное молочнокислое брожение, в зависимости от выделяющихся продуктов помимо молочной кислоты и их процентного соотношения. Отличие также заключается и в разных путях получения пирувата при деградации углеводов гомо- и гетероферментативными молочнокислыми бактериями.
Гомоферментативное молочнокислое брожение
При гомоферментативном молочнокислом брожении углевод сначала окисляется до пирувата по гликолитическому пути, затем пируват восстанавливается до молочной кислоты НАДН +Н (образовавшегося на стадии гликолиза при дегидрировании глицеральдегид-3-фосфата) при помощи лактатдегидрогеназы . От стереоспецифичности лактатдегидрогеназы и наличия лактатрацемазы зависит, какой энантиомер молочной кислоты будет превалировать в продуктах- L-, D- молочная кислота или же DL-рацемат . Продуктом гомоферментативного молочнокислого брожения является молочная кислота , которая составляет не менее 90 % всех продуктов брожения. Промежуточными продуктами являются: глюкозо-6-фосфат , фруктозо-6-фосфат , фруктозо-1,6-дифосфат , 3-фосфоглицериновый альдегид, 1,3-дифосфоглицериновая кислота , пировиноградная кислота . Примеры гомоферментативных молочнокислых бактерий: Lactobacillus casei , L. acidophilus , Streptococcus lactis .
Гетероферментативное молочнокислое брожение
В отличие от гомоферментативного брожения, деградация глюкозы идет по пентозофосфатному пути, образующийся из ксилулозо-5-фосфата глицеральдегид-3-фосфат окисляется до молочной кислоты, а ацетилфосфат восстанавливается до этанола (некоторые гетероферментативные молочнокислые бактерии окисляют полученный этанол частично или полностью до ацетата). Таким образом, при гетероферментативном молочнокислом брожении образуется больше продуктов: молочная кислота,
Природа позволяет человеку пользоваться теми благами, что в ней имеются. При этом люди стараются эти богатства приумножать, создавать что-то новое и познавать еще неизвестное. Бактерии - это мельчайшие создания природы, которых также научился использовать в своих целях человек.
Но не только вред, сопряженный с патогенными процессами и болезнями, несут в себе эти прокариотические организмы. Они еще являются источником важного промышленного процесса, который издревле применяется людьми - брожения. В данной статье мы рассмотрим, что собой представляет этот процесс и как осуществляется конкретно молочнокислое сбраживание веществ.
История возникновения и использования брожения
Первые упоминания о том, что процесс брожения использовался людьми с целью получения определенной продукции, появились еще 5000 году до нашей эры. Именно тогда вавилоняне использовали этот способ для получения таких продуктов, как:
- вино;
- простокваша и другие молочные изделия.
Позже подобное продовольствие стали получать и в Египте, Китае, Судане, Мексике и прочих древних государствах. Стали выпекать дрожжевой хлеб, сбраживать овощные культуры, появились первые попытки консервирования.
Процесс молочнокислого брожения применялся людьми тысячелетиями. Сыры, кефиры, йогурты были важной частью трапезы во все времена. О пользе этих продуктов знали все лекари и врачеватели. Однако причины, по которым возможно превращение подобного рода, долгое время оставались неизвестными.
То, что условия брожения требуют присутствия микроорганизмов, люди даже предположить не могли. В середине XVII века Ван Гельмонт предложит ввести термин "брожение" для тех процессов приготовления пищи, которые сопровождаются выделением газа. Ведь в переводе данное слово означает "кипящий". Однако лишь в XIX веке, то есть почти двести лет спустя, французский микробиолог, химик и физик Луи Пастер открыл миру существование микробов, бактерий.
С тех пор стало известно о том, что разное брожение требует присутствия разного рода невидимых глазу микроорганизмов. Их изучение дало возможность со временем управлять брожением и направлять его в нужную человеку сторону.
Суть процессов брожения
Если говорить о том, что собой представляет процесс брожения, то следует указать на его биохимическую природу. Ведь, по своей сути, это просто деятельность бактерий, которые добывают себе энергию для жизни, вырабатывая при этом различные побочные продукты.
В целом брожение можно обозначить одним словом - окисление. Анаэробный распад какого-либо вещества под влиянием тех или иных бактерий, который приводит к образованию целого ряда продуктов. Какое вещество лежит в основе, а также что получится в результате, определяется типом самого процесса. Выделяют несколько вариантов брожения, поэтому существует своя классификация для данных преобразований.
Классификация
Всего выделяют три основных типа брожения.
- Спиртовое . Заключается в окислении исходной молекулы углевода до этилового спирта, углекислого газа, воды и молекулы АТФ (источника энергии). Данные превращения осуществляются под действием не только бактерий, но и грибов разных родов и видов. Именно таким способом издревле получают такие продукты, как пиво, вино, дрожжи для выпечки, спирт. Та энергия, что выделяется в ходе разложения углевода, уходит на обеспечение процессов жизнедеятельности микроорганизма. Именно в этом состоит биологическая суть процесса.
- Брожение молочнокислое заключается в окислении углеводов до молочной кислоты с выходом ряда побочных продуктов. Как оно осуществляется и каких видов бывает, рассмотрим подробнее дальше.
- Маслянокислое
. Этот тип брожения важен в природном масштабе. Он осуществляется за счет жизнедеятельности маслянокислых бактерий, которые живут в анаэробных условиях на дне болот, речном иле и так далее. Благодаря их работе в природе перерабатывается огромное количество органических компонентов. Продуктами являются многие вещества, основное среди которых Также выделяются: ацетон, углекислый газ, уксусная кислота, молочная, и прочие соединения.
Каждый из обозначенных типов имеет важное значение как природного, так и промышленного масштаба. Виды организмов, осуществляющих подобные превращения, хорошо изучены на сегодняшний день и многие из них культивируются искусственно для того, чтобы получать большой выход продукта.
Брожение молочнокислое: общее понятие
Этот вид брожения известен с самой древности. Еще до нашей эры жители Древнего Египта и прочих государств умели изготовлять сыр, варить пиво и вино, выпекать хлеб, сквашивать овощи и фрукты.
Сегодня используются специальные закваски для кисломолочных продуктов, искусственно выращиваются штаммы нужных микроорганизмов. Процесс модернизирован и доведен до автоматизма, проводится при помощи комплектационного оборудования. Существует множество заводов-изготовителей, которые непосредственно производят брожение молочнокислое.
Суть всего процесса можно изложить в нескольких пунктах.
- За основной продукт исходный берется углевод - простой (фруктоза, глюкоза, пентозы) или сложный (сахароза, крахмал, гликоген и прочие).
- Создаются анаэробные условия.
- В продукт подселяются штаммы молочнокислых бактерий определенного вида.
- Обеспечиваются все необходимые внешние факторы, которые являются оптимальными для желаемого продукта: освещенность, температура, наличие тех или иных добавочных компонентов, давление.
- После завершения процесса брожения происходит обработка продукта и выделение всех побочных соединений.
Конечно, это лишь общее описание происходящего. На самом деле на каждом этапе происходит множество сложных биохимических реакций, ведь процесс молочнокислого брожения - это результат жизнедеятельности живых существ.
Основы процесса молочнокислого брожения
С химической точки зрения эти превращения представляют собой ряд последовательных стадий.
- Сначала происходит изменение исходного субстрата, то есть изменяется углеродная цепь вещества (углевода). Это приводит к появлению промежуточных соединений совершенно иной природы, относящихся к разным классам. Например, если исходный субстрат - глюкоза, то она перестраивается в глюконовую кислоту.
- Окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся выделением газов, образованием побочных продуктов. Основной единицей в ходе всего процесса является молочная кислота. Именно она вырабатывается и накапливается в ходе брожения. Однако это не единственное соединение. Так, происходит формирование молекул уксусной кислоты, этилового спирта, углекислого газа, воды, иногда и других сопровождающих.
- Энергетический выход процесса в виде молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). На одну молекулу глюкозы приходится 2 молекулы АТФ, если же исходный субстрат более сложного строения, например целлюлоза, тогда три молекулы АТФ. Эту энергию используют молочнокислые бактерии для дальнейшей жизнедеятельности.
Естественно, что если разбираться в биохимических превращениях подробно, то следует указывать все промежуточные молекулы и комплексы. Такие, например, как:
Однако этот вопрос заслуживает отдельного внимания и рассматриваться должен с точки зрения биохимии, поэтому его затрагивать в данной статье не будем. Более подробно рассмотрим, какова технология производства молочнокислых продуктов и какие виды рассматриваемого брожения существуют.
Гомоферментативное брожение
Гомоферментативное брожение молочнокислое подразумевает использование специальных форм возбудителей и отличается от гетероферментативного получаемыми продуктами и их количеством. Происходит оно по гликолитическому пути внутри клетки микроорганизма. Суть состоит, как и в целом у любого брожения, в превращении углеводов в молочную кислоту. Основное преимущество подобного процесса в том, что выход нужного продукта составляет 90%. И лишь оставшаяся часть уходит на побочные соединения.
Бактерии брожения такого типа следующих видов:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus и другие.
Какие еще вещества образуются в результате гомоферментативного брожения? Это такие соединения, как:
- этиловый спирт;
- летучие кислоты;
- углекислый газ;
- фумаровая и янтарная кислота.
Однако в промышленности этот способ получения кисломолочной продукции практически не используется. Он сохранился в природе как первоначальный этап гликолиза, он же происходит в клетках мышц млекопитающих при обширных физических нагрузках.
Технология производства нужных продуктов для питания людей подразумевает использование таких исходных углеводов, как:
А гомоферментативные бактерии не способны окислять многие из этих соединений, поэтому их использование в качестве заквасок при производстве не представляется возможным.
Гетероферментативное молочнокислое брожение
Этот способ является именно тем промышленно применимым, благодаря которому и осуществляется производство всей кисломолочной продукции, осуществляется консервация овощей, происходит заготовка силосных кормов для скота.
Основное отличие от описанного ранее - это то, что молочнокислое брожение возбудители осуществляют с образованием большего числа побочных продуктов. Лишь 50% сахара перерабатывается бактериями в молочную кислоту, остальной же уходит на формирование таких молекул, как:
- уксусная кислота;
- глицерин;
- диоксид углерода;
- этиловый спирт и прочие.
Чем это лучше и выгоднее, чем образование 90% чистой молочной кислоты при гомоферментативном методе? Все дело в том, что когда основного продукта вырабатывается слишком много, то жизнедеятельность многих бактерий угнетается совсем. Кроме того, продукты теряют многие вкусовые качества, которые приобретают благодаря побочным соединениям. Так, например, приятный аромат консервированных овощей обеспечивается уксусной кислотой и изоамиловым спиртом. Если же этих соединений не будет, то результат консервации станет совсем иным.
Выход молочной кислоты в 50% вполне достаточен для подавления развития и жизнедеятельности всех посторонних грибков и микроорганизмов в системе. Потому что даже 1-2% вызывают слишком сильное подкисление среды, в которой не могут существовать никакие иные организмы, кроме молочнокислых бактерий. Весь процесс осуществляется по
Условия брожения при гетероферментативном способе должны быть следующими:
- хорошая и свежая закваска, добавляемая на первоначальном этапе;
- оптимальные внешние условия, которые подбираются для каждого продукта индивидуально;
- качественное и отлаженное оборудование;
- все необходимые для процесса технические приспособления.
Среди внешних условий особое значение имеет температура процесса. Она не должна быть слишком высокой, но и холод резко затормозит весь ход брожения.
Сегодня существует специализированная емкость для брожения, которая автоматически создает все необходимые условия для правильной и комфортной работы микроорганизмов.
Необходимое оборудование
Как мы уже отметили выше, среди самых важных атрибутов следует отметить емкость для брожения. Если говорить о домашнем проведении процедуры, то тогда следует обратить внимание на чистоту используемой посуды при консервации, изготовлении простокваши и прочих продуктов. Одним из способов добиться сокращения численности посторонних популяций микроорганизмов является стерилизация емкостей перед их использованием.
Какая посуда подойдет для гетероферментативного брожения? Это может быть стеклянная либо качественная пластиковая (полипропиленовая, полиэтиленовая) емкость, которая способна плотно закрываться крышкой.
В промышленности используют специальные устройства для обеззараживания и очищения тары перед началом процесса брожения.
Бактерии, используемые в процессе
Если говорить о культурах бактерий, которые используются для создания консервированных и кисломолочных продуктов, то можно обозначить несколько самых распространенных видов организмов.
На основе сочетания и чистых культур обозначенных организмов, изготавливают закваски для кисломолочных продуктов. Они находятся в открытом доступе, их может приобрести каждый желающий. Самое главное, это соблюдать условия процесса брожения, чтобы получить пользу от образующегося продукта.
Какие продукты получают в результате подобного брожения?
Если говорить о том, какие продукты брожения можно получить при помощи лактобактерий, то можно назвать несколько основных категорий.
- питания (ряженка, йогурты, варенцы, кефир, творог, сметана, масло сливочное, ацидофильная продукция и прочие).
- Корма силосного типа для сельскохозяйственных животных.
- Молочная кислота, которую используют при изготовлении безалкогольных напитков, выделке меховых шкур и прочее.
- Хлебопечение, производство сыров.
- Консервирование овощей и фруктов.
Все это доказывает важное значение бактерий определенных видов в жизни людей, их промышленной деятельности.
