Глицериновая форма спиртового брожения уравнение

Глицериновое брожение

Видоизмененный процесс спиртового брожения, при котором в среде накапливается глицерин, получил в технике название глицеринового или альдегидо-глицеринового брожения. Суммарное уравнение глицериновой формы брожения следующее:

Альдегидо-глицериновое брожение имеет исключительно важное техническое значение, так как лежит в основе получения глицерина из сахара при помощи дрожжей. Метод получения глицерина путем изменения хода спиртового брожения был разработан Нейбергом. Техническое оформление метод получил в Германии в 1915 г., во время первой мировой войны, когда потребление глицерина возросло (для производства взрывчатых веществ), а ресурсы жиров истощились.

Метод, предложенный Нейбергом, заключается в том, что в сбраживаемую среду вводится сульфит натрия. Эта соль связывает уксусный альдегид в альдегид-сернистый натрий, предупреждая его восстановление до этилового спирта, но зато способствует образованию глицерина. Вывести ацетальдегид из сферы реакции можно также с помощью бисульфитных солей кальция и натрия, а также активированного угля. Если в среды добавлять углекислые или борнокислые соли натрия или калия (это повышает pH среды, делая ее щелочной), то можно заставить дрожжи образовывать при брожении, кроме этилового спирта, глицерин и уксусную кислоту:

Альдегидо-глицериновое брожение можно осуществить на различных питательных субстратах, содержащих 10-15% сахара, добавляя от 4 до 20% сульфита. Вводят сульфит обычно порциями по мере его использования в процессе. При этом удается получить выходы глицерина, достигающие 21-37% от количества сброженного сахара.

Спиртовое и глицериновое брожение. Их роль в промышленности

Спиртовое брожение есть процесс разложения сахара на спирт и углекислый газ. Оно протекает под действием микро­организмов в виде следующей реакции:

С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2 + 27 ккал

сахар этиловый углекислый

Кроме этилового спирта и углекислого газа, при этом полу­чаются также побочные продукты: уксусный альдегид, глице­рин, сивушные масла (бутиловый, изобутиловый, амиловый и изоамиловый спирты), уксусная и янтарная кислоты и др.

Каждый вид дрожжей подразделяется на расы. Расой наз. разновидность м.о. , которые сохраняя все основные признаки данного вида, отличаются второстепен-ными , но стойкими свойствами.

В бродильном производстве различают низовые и верховые дрожжи. Верховые дрожжи используют для брожения, протекающего при температуре 18-30 0 С. В этих условиях выделяют обильное выделение СО₂ и пенообразование. Верховые дрожжи чаще всего используют в спиртавом брожении и хлебопечении. При этом чаще всего используют Saccharomyces cerevisiae.

Дрожжи низового брожения применяют для брожения при пониженной температуре 4-10 0 С. Используют в пивоварении Saccharomyces ellipsoids, Saccharomyces vini и некоторые расы Saccharomyces cerevisiae.

Оптимальной температурой брожения 30 0 С, при 50 0 С останавливается. Лучше спиртовое брожение происходит при концентрации сахара около 15%, менее 10% — неблагоприятны, при 30-35% — приостанавливается.

Нормальной для спиртового брожения является кислая среда (pH 4,0 или 4,5). В щелочной среде брожение протекает с образованием глицерин и уксусной кислоты. Спирт, накапливающийся в процессе брожения, оказывает губительное действие на дрожжи, поэтому брожение, как правило прекращается при содержании в среде 12-16% спирта. Некоторые расы могут накапливать 17-20%.

Спиртовое брожение может быть изменено так, что основным продуктом станет глицерин. Это достигается регуляцией условий среды. В кислой среде при pH 4,0 — 4,5 дрожжи вызывают спиртовое, а при подщелачивании среды – глицериновое брожение. Накоплению глицерина, как основного продукта брожения способствует введение в бродящую среду биосульфата натрия.

С6Н12О6=СН2ОН СНОН СН2ОН + СН3СНО + СО2 + Х кДж

Две молекулы накопившегося уксусного альдегида взаимодействуют между собой, образуя спирт и уксусную кислоту.

49 Молочно-кислое брожение-анаэробное превращение сахара молочнокислыми бактериями с образованием молочной кислоты. Их делят на 2 группы: гомо – и гетероферментативные . Гомоферментативные те, которые при сбраживании углеводов накапливают в качестве основного продукта молочную кислоту и мало побочных продуктов(уксусная кислота,СО2). Гетероферментативные накапливают много побочных продуктов-уксусная кислота, спирт, ацетоин и диацетил. Молочнокислые бактерии имеют круглую и палочковидную форму. Кокки располагаются попарно или цепочками различной длины. Все они неподвижны, не образуют спор, гр+, факультативные анаэробы, сбраживают моно- и дисахариды. Некоторые из них не сбраживают сахарозу, другие-мальтозу и лактозу. Есть мезофильные (25-35°) и термофильные(40-45°),но встречаются и холодоустойчивые(5°).Некоторые из них образуют слизь, делая жидкие субстраты тягучими.

Гомоферментативные

Молочнокислый стрептококк (Streptococcus lactis)-кокки , соединённые попарно или цепочками. Это мезофиллы (30-35°),в этих условиях молоко свёртывается за 10-12 ч. Min температура их развития 30,max 40-45 .

Подвид S.lactis djacelilactis-способен, кроме сахаров, сбраживать соли лимонной кислоты с образованием ацетоина и диацетила, что обуславливает аромат продукта.

Сливочный стрептококк(S. cremoris)-сферические палочки, образующие длинные цепочки. Этот мезофильный стрептококк не активный кислотообразователь. Лучше растёт при 25°.

Термофильный стрептококк(S.thermophilus) — длинные цепочки кокков, хорошо растёт при 40-45°.Применяется вместе с палочковидными бактериями при изготовлении ряженки, южной простокваши и варенца.

Болгарская палочка (Lactobacilius bulgaricus) —крупные палочки, часто образуют длинные цепочки. Не сбраживают сахарозу. Термофильная бактерия , оптимальная температура её развития 40-45°,min15-20°.Это активный кислотообразователь , накапливающий в молоке 2,5-3,5 % молочной кислоты. Используются для изготовления южной простокваши и кумыса.

Ацидофильная палочка(L. acidophilus) – термофильная бактерия. Температурный оптимум 37-40 0 С, минимум 20 0 С. При сквашивании в молоке накапливается до 2,2% кислоты. Используется в производстве ацидофильных кисломолочных продуктов. Биопрепараты добавляют в корм скоту.

Дельбрюковская палочка – зерновая термофильная палочка(L. delbruekii),которая встречается поодиночке, короткими и длинными цепочками. Не сбраживает лактозу, поэтому в молоке не развивается. Температурный оптимум 45-50 0 С, минимум 20 0 С. Образует в субстрате до 2,5% кислоты. Применяется в производстве молочной кислоты и хлебопечении.

Молочная палочка(L. plantarum) – небольшие палочки часто сцепленные попарно или цепочкой. Температурный оптимум 30 0 С. Накапливается до 1,3% кислоты.

Гетероферментативные

L. brevis – палочковидные бактерии, сбраживающие сахара при квашении капусты и огурцов с образованием кислот, этилового спирта и углекислого газа.

Leuconostoc cremorisудлиненные кокки, которые могут быть одиночными, парами или в виде коротких цепочек. Температурный оптимум 20-25 0 С. Этот лейконосток вводят в закваски для ароматизации продуктов.

СХЕМА ГЛИЦЕРИНОВОГО БРОЖЕНИЯ

Другим примером нарушения нормального метаболизма дрожжей, хотя и не нашедшем практического применения, является спиртовое брожение в щелочной среде. Нормальный процесс требует для своего протекания слабокислой среды (рН=4,0-5,0). При увеличении значения рН выше нормы происходит изменение нормального метаболизма дрожжевых клеток. Образующиеся из ПВК две молекулы ацетальдегида перестают восстанавливаться НАД∙Н и начинают диспропорционировать с образованием одной молекулы этанола и одной молекулы уксусной кислоты, которая, взаимодействуя со щелочью, возвращает величину рН к нормальному значению. Роль акцептора водородов в это время выполняют молекулы фосфодиоксиацетона (по аналогии с процессом глицеринового брожения).

С энергетической точки зрения глицериновое брожение и брожение в щелочной среде менее выгодны, по сравнению с процессом нормального спиртового брожения (1 молекула АТФ на 1 молекулу глюкозы). Однако эти метаболитические пути являются альтернативными, запасными вариантами гликолиза, позволяющими клеткам не только выжить в неблагоприятных условиях, но и нейтрализовать их.

Аэробные процессы

Все аэробные процессы окисления, протекающие в клетках, можно разделить на две группы:

а). Завершающиеся неполным окислением субстрата

б). Завершающиеся полным окислением (до СО₂ и Н₂О)

Наиболее распространенная схема полного окисления глюкозы и других углеводов включает в себя расщепление глюкозы до 2 молекул ПВК, их окислительное декарбоксилирование до 2 молекул ацетил-КоА и полное их окисление в цикле Кребса (цикле трикарбоновых кислот, ЦТК). Суммарно процесс можно представить следующим уравнением:

По похожей схеме (через образование ацетил-КоА) протекает полное окисление органических кислот, углеводородов, глицерина, ряда аминокислот.

При неполном окислении процесс останавливается на стадии образования какого ни будь промежуточного соединения (чаще всего кислоты).

Для получения целевых продуктов в аэробных процессах используют два основных подхода:

а). Если целевой продукт является конечным продуктом неполного окисления, то стараются создать оптимальные условия для его максимального и быстрого накопления (подбор значений рН, температуры, концентрации питательных веществ, добавление активаторов ферментов, отвечающих за синтез продукта, отвод, удаление избыточных количеств продукта).

б). Если целевой продукт является промежуточным метаболитом (кислоты цикла Кребса), то в любой момент времени его концентрация в клетке ничтожно мала. Чтобы обеспечить его сверхсинтез и накопление проводят целенаправленное вмешательство в нормальный процесс метаболизма, заключающееся в избирательном блокировании (ингибировании) одной или нескольких последующих стадий превращения этого целевого продукта. При этом в клетках обязательно должны функционировать альтернативные механизмы ресинтеза некоторых, ключевых жизненно важных промежуточных метаболитов, например щавелевоуксусной кислоты для ЦТК. Часто, для уменьшения эффекта ретроингибирования, целевой продукт стараются вывести из клеток, например, за счет увеличения проницаемости клеточных оболочек или из культуральной жидкости (высаждение в осадок, удаление в виде газа).

Процессы с неполным окислением.

Классическими примерами таких процессов, нашедших применение в биотехнологии являются процессы получения уксусной, глюконовой и итаконовой кислот.

1.Получение уксусной кислоты и столового уксуса.

Микробиологический способ получения уксусной кислоты состоит в частичном окислении этанола до уксусной кислоты при участии бактерий штаммов Acetobacter и Gluconobacter иммобилизованных (закрепленных) на различных носителях (буковая стружка). Таким способом в настоящее время получаю только пищевой уксус.

Техническую уксусную кислоту получают химическим способом по реакции Кучерова или сухой перегонкой древесины.

Дата добавления: 2016-01-30 ; просмотров: 1447 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ