Уравнения спиртового молочнокислого и маслянокислого брожения

Лабораторная работа по дисциплине «Микробиология» для ВГУ

Лабораторное занятие 13. Брожение: молочнокислое, маслянокислое, спиртовое

Брожение: молочнокислое, маслянокислое, спиртовое

1. Ознакомиться с различными типами брожения: биохимией процесса, возбудителями, применением данных процессов в деятельности человека;
2. Микроскопировать возбудителей спиртового, молочнокислого и маслянокислого брожения;
3. Провести качественные реакции на продукты спиртового, молочнокислого и маслянокислого брожения.

Материалы и оборудование: микроскопы, предметные стекла, покровные стекла, спиртовки, спирт, культура дрожжей, колба емкостью 250 мл, 10 % раствор сахарозы, пробка с изогнутой трубкой, водяная баня (35–40 °С), пробирка с насыщенным раствором Са(ОН)₂, 1% раствор фенола, 1% раствор хлорного железа, кефир, капустный рассол, накопительная культура клостридий, раствор Люголя.

Прокариоты могут получать энергию двумя путями: за счет дыхания или за счет брожения.

Брожение – это анаэробный процесс превращения органических веществ, при котором АТФ образуется за счет субстратного фосфорилирования, а продукты расщепления субстрата могут одновременно служить как донорами, так и акцепторами водорода.

В зависимости от конечного продукта различают спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, муравьинокислое, пропионовокислое брожение.

Спиртовое брожение

Общее уравнение спиртового брожения можно записать следующим образом: С₆Н₁₂О₆ + 2 АДФ + 2 Ф_н → 2 СН₃СН₂ОН + 2 СО₂ + 2 АТФ

Энергетический выход спиртового брожения составляет две молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы.

Спиртовое брожение вызывают различные микроорганизмы. Это могут быть прокариоты (Zymomonas, Erwinia, Sarcina) и эукариоты (Aspergillus, Saccharomyces). В отечественной промышленности для производства спирта и в хлебопечении чаще всего используют дрожжи Saccharomyces. В Японии для производства рисовой водки сакэ используют плесневый гриб кодзи (Aspergillus oryzae), а в Мексике используют Zymonomonas mobilis для сбраживания сока агавы в ходе приготовления текилы.

При изучении брожения на дрожжах Карл Нейберг показал, что при добавлении особых химических веществ состав продуктов брожения меняется. В соответствии с этим выделяют три формы сбраживания по Нейбергу:

Вторая форма сбраживания по Нейбергу используется в промышленности для получения глицерина. Наличие третьей формы сбраживания по Нейбергу следует учитывать при производстве вин. Нужно контролировать рН, поскольку при подщелачивании среды начинается образование уксусной кислоты.

Также для дрожжей были открыты эффекты Пастера и Кребтри.

• Эффект Пастера: В аэробных условиях брожение прекращается и начинается процесс дыхания.
• Эффект Крэбтри: В аэробных условиях может идти процесс брожения, но при определенных условиях: необходима высокая концентрация сахара (1,5 — 2,5 %).

Определение продуктов спиртового брожения

Определение углекислого газа

В колбу емкостью 250 мл наливают 50 мл 10 % раствора сахарозы вносят 10 мл исследуемой дрожжевой суспензии. Колбу плотно закрывают пробкой с изогнутой трубкой и помещают на водяную баню (35–40 °С). Нижний конец трубки погружают в пробирку с насыщенным раствором Са(ОН)₂ (рис. 10). Через несколько минут в пробирке с известковой водой начинают поступать пузырьки газа. Следят за выделением пузырьков и помутнением жидкости. Известковая вода начинает интенсивно мутнеть за счет образования карбоната кальция.

1. приготовить препарат основного возбудителя спиртового брожения – дрожжей Saccharomyces cerevisiae.
2. провести качественную реакцию на углекислый газ.

Молочнокислое брожение

При молочнокислом брожении пируват, образующийся при катаболизме глюкозы, восстанавливается NADH-зависимой дегидрогеназой до лактата (молочной кислоты), что и дало название данному типу брожения.

При молочнокислом брожении углеводы могут катаболизироваться разными способами, в связи с чем принято выделять «гомоферментативное брожение» и «гетероферментативное брожение». При гомоферментативном брожении глюкоза метаболизируется по пути гликолиза, а при гетероферментативном – по пентозофосфатному пути.

В случае гомоферментативного брожения из одной молекулы глюкозы образуется две молекуля АТФ, и единственным конечным продуктом является молочная кислота:

Такой тип брожения характерен для Lactobacillus acidophilus, L.delbrueckii, L.salivarius, Sporolactobacillus inulinus, Streptococcus lactis и др.

При гетероферментативном брожении помимо молочной кислоты образуется ряд других продуктов: уксусная кислота, этанол и углекислый газ. Именно за счет гетероферментативного брожения при производстве кефира в нем может содержаться до 2% этанола. Гетероферментативные молочнокислые бактерии делятся на факультативных (L.casei, L.plantarum, L.sake, Leuconostoc mesenteroides и др.) и облигатных (Lactobacillus brevis, L.kefir, L.fermentum и др.). У первых имеется полный набор ферментов гликолиза, однако адаптивно не синтезируются два ключевых фермента: фруктозо-1,6-бисфосфат-альдолаза и триозофосфатизомераза. В случае облигатных гетероферментативных молочнокислых бактерий данные ферменты полностью отсутствуют.

Гетероферментативные молочнокислые бактерии рода Bifidobacterium преобладают в микробиоте желудочно-кишечного тракта грудных детей, и продукты осуществляемого ими брожения подавляют рост гнилостной микрофлоры. В коровьем молоке отсутствует N-ацетилглюкозамин, который является для этих бактерий незаменимым фактором роста. В настоящее время при дисбактериозе, вызванном, например, приёмом антибиотиков, назначают пробиотики, содержащие молочнокислые бактерии. Кроме того, бактерии рода Lactobacillus, обитающие во влагалище, за счёт образования молочной кислоты предотвращают размножение патогенной микрофлоры

Молочнокислое брожение используется в приготовлении различных продуктов на основе молока. Для приготовления сметаны используются мезофильные бактерии Streptococcus lactis и Streptococcus cremoris, йогуртов — термофильные Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, ацидофилина — Lactobacillus acidophilus, творога, мягких сыров и сливочного масла — Lactobacillus casei, которая вызывает сворачивание белка казеина. Для производства кефира используется симбиотический комплекс из лактобактерий, стрептококков и дрожжей («кефирный гриб»). Спонтанное образование простокваши вызывает Lactobacillus delbrueckii, постоянно присутствующая в молоке.

Поскольку молочная кислота является естественным консервантом, молочнокислое брожение используется при квашении овощей, засолке огурцов, в заквасках для ржаных сортов хлеба, при производстве высших сортов сырокопчёных колбас, а также для получения чистого лактата. С помощью молочнокислого брожения осуществляют заготовку кормов путем силосования.

Качественная реакция на молочную кислоту

Принцип метода. Молочная кислота с реактивом Уффельмана (фенол + хлорное железо) дает желто-зеленое окрашивание, вследствие образования молочно-кислого железа.

Порядок выполнения работы.

В две пробирки наливают по 1 мл 1% раствора фенола и добавляют по каплям 1% раствор хлорного железа до появления фиолетовой окраски. В одну из пробирок добавляют по каплям кефир, а в другую капустный рассол до появления желто-зеленой окраски. Изменение окраски свидетельствует о наличии молочной кислоты.

1. приготовить препараты молочнокислых бактерий из кефира, йогурта, капустного рассола.
2. провести качественную реакцию на молочную кислоту с реактивом Уффельмана.

Маслянокислое брожение

Маслянокислое брожение протекает в соответствии с уравнением: 4 С₆Н₁₂О₆ + 3 АДФ + 3 Ф_н → 3 СН₃СН₂СН₂СООН + 8 Н₂ +2 СН₃СООН + 8 СО₂ +3 АТФ

Энергетический выход маслянокислого брожения составляет три молекулы АТФ.

Возбудители маслянокислого брожения принадлежат к роду Clostridium. Это облигатные анаэробы с метаболизмом исключительно бродильного типа. Способны сбраживать углеводы, спирты, аминокислоты, пурины и ряд других соединений.

По используемым субстратам клостридии подразделяются на сахаролитические (гидролизуют полигликозиды: крахмал, пектин и целлюлозу) и протеолитические (гидролизуют белки и пептиды). К сахаролитическим клостридиям относится C.pasteurianum, к протеолитическим – C.hystoliticum. Некоторые клостридии могут быть одновременно сахаролитическими и протеолитическими.

Получение накопительной культуры клостридий

1. Нарезать небольшими ломтиками нечищеный сырой картофель.
2. Колбы объемом 50 мл заполнить ломтиками картофеля на 1/3.
3. Помещают в колбы по 1 г почвы.
4. Для нейтрализации среды (препятствует закислению среды) прибавить небольшое количество карбоната кальция (CaCO₃) или мела.
5. Смесь залить кипятком на 2/3 и закупорить пробкой с газоотводной трубкой.
6. На газоотводную трубку надеть пробирку для сбора газов и поместить в воду.
7. Инкубировать систему в термостате при температуре +32 0 С в течение 2-7 суток

Качественные реакции на маслянокислое брожение. Качественная реакция на масляную кислоту.

Получение маслянокислого железа (реакция с FeCl₃).

Масляная кислота реагирует при нагревании с FeCl₃ с образованием маслянокислого железа. В пробирку наливают 3-5 мл сброженной жидкости, добавляют 1-2 мл 5%- ного хлорида железа и нагревают на пламени. Реакция идет по уравнению: CH₃(CH₂)₂COOH + FeCl₃ = [CH₃(CH₂)₂COO]Fe + 3HCl

Раствор маслянокислого железа в отраженном свете приобретает буровато-коричневое окрашивание, а в проходящем свете — кроваво-красное.

Качественная реакция на водород

Снимают пробирку для сбора газов с газоотводной трубки, держа ее донышком вверх. К горлышку пробирки подносят горящую спичку. Водород взрывается с небольшим хлопком.

Микроскопическое исследование маслянокислых бактерий

В исследовании жидкости при микроскопировании обнаруживают главным образом Clostridium pasteurianum, подвижные палочки с закругленными концами, одиночные и парные. В клетках этих бактерий содержится гранулеза. В старых культурах у одного из концов клетки обнаруживают спору.

Для определения гранулез в клетке бактерий готовят препарат «Раздавленная капля».

1. На центр чистого обезжиренного предметного стекла пипеткой наносят каплю исследуемой жидкости. Каплю суспензии берут со дна пробирки трубочкой.
2. Этой же пипеткой равномерно, очень тонким слоем распределяют суспензию на 1/5 центральной части поверхности предметного стекла.
3. На предметное стекло наносят каплю концентрированного раствора Люголя и выдерживаю в течение 30 с. Промывают водой и накрывают покровным стеклом.
4. Микроскопируют при увеличении 100х с масляной иммерсией. Гранулеза окрашивается раствором Люголя в синий цвет.

1. Провести качественную реакцию на масляную кислоту.
2. Провести качественную реакцию на водород.
3. Приготовить и микроскопировать окрашенный препарат маслянокислых бактерий.

Реакция брожения глюкозы. Виды, значение и продукт брожения

Брожение глюкозы — одна из основных реакций, с помощью которой возможно приготовление спиртных напитков. Она может осуществляться разными путями, в каждом из которых образуются индивидуальные продукты. Этот процесс играет ключевую роль во многих отраслях нашей жизни, начиная с кулинарии и приготовления винно-водочных изделий и заканчивая реакциями, протекающими в нашем организме.

История

Процессом брожения глюкозы и других сахаров пользовались ещё древние люди. Они ели немного подбродившую пищу. Такая еда была безопаснее, так как содержала спирт, в среде которого гибли многие вредные бактерии. В Древнем Египте и Вавилоне люди уже умели сбраживать многие сахаросодержащие напитки и молоко. Когда людям в конце 18 века удалось лучше изучить этот процесс, его виды и возможности улучшения, очень сильно качественно выросли такие отрасли промышленности, как квасо-, пивоварение и винно-водочная.

Виды брожения

Как ни странно, но этот процесс бывает разным. И различают виды брожения глюкозы по конечным продуктам. Таким образом, существует молочнокислое, спиртовое, лимоннокислое, ацетоновое, маслянокислое и ещё несколько других. Поговорим немного о каждом виде по отдельности. Молочнокислое брожение глюкозы — основной процесс при приготовлении такой продукции, как простокваша, сметана, кефир, творог. Оно также используется для консервации овощей и выполняет ключевую функцию в нашем организме: в условиях недостатка кислорода глюкоза превращается в конечный продукт — молочную кислоту, которая обуславливает боли в мышцах в момент тренировки и немного после неё.

Спиртовое брожение отличается тем, что в качестве конечного продукта образуется этиловый спирт. Оно происходит при помощи микроорганизмов — дрожжей. И играет ключевую роль в кулинарии, так как помимо основного продукта при спиртовом брожении глюкозы выделяется углекислый газ (этим и объясняется пышность дрожжевого теста).

Лимоннокислое брожение происходит, как нетрудно догадаться, с образованием лимонной кислоты. Происходит оно под действием определённого вида грибов и является частью цикла Кребса, который обеспечивает дыхание всех клеток нашего организма.

Ацетоно-бутиловое брожение очень схоже с маслянокислым. В результате него образуются масляная кислота, бутиловый и этиловый спирты, ацетон и углекислый газ. При маслянокислом брожении образуется лишь соответствующая названию кислота и углекислый газ.

Сейчас мы рассмотрим все типы подробнее, а начнём с самого основного — спиртового брожения глюкозы. Будут подробно разобраны все реакции и нюансы их протекания.

Спиртовое брожение

Расскажем немного больше про брожение глюкозы, уравнение которого: С₆Н₁₂О₆ = 2С₂Н₅ОН + 2CO₂. Что можно узнать из этой реакции? Мы имеем два продукта: этиловый спирт и углекислый газ. За счёт последнего мы и наблюдаем взбухание дрожжевого теста. А за счёт первого имеем возможность получить незабываемый вкус вина и винных напитков. Но на самом деле это лишь упрощённое уравнение. Полная реакция брожения глюкозы сложнее, поэтому давайте разберём это немного глубже.

Существует такой процесс, как гликолиз. Буквально его название переводится как «расщепление сахара». Он происходит в организме, и его побочным продуктом является пировиноградная кислота, а основным — аденозинотрифосфорная кислота (АТФ), которая образуется в ходе этой реакции из другого соединения. Можно сказать, что АТФ является переносчиком энергии в организме, и фактически гликолиз служит для обеспечения нашего тела энергией.

Мы не зря коснулись этого процесса. На самом деле брожение очень схоже с гликолизом, так как первая стадия у них абсолютно одинаковая. Можно даже сказать, что реакция спиртового брожения глюкозы является продолжением гликолиза. Образовавшийся в ходе последнего пируват (ион пировиноградной кислоты) превращается в ацетальдегид (CH₃-C(O)H) с выделением в качестве побочного продукта углекислого газа. После этого полученный продукт восстанавливается коферментом NADH, содержащимся в бактериях. Восстановление приводит к образованию этилового спирта.

Таким образом, реакция брожения глюкозы до этилового спирта выглядит так:

NADH служит катализатором реакции, а ион NAD + играет ключевую роль на ранней стадии гликолиза, и, образуясь в конце спиртового брожения, возвращается в процесс.

Перейдём к следующей разновидности исследуемого типа реакций.

Молочнокислое брожение глюкозы

От спиртового этот вид отличается тем, что происходит не под влиянием дрожжей, а с помощью молочнокислых бактерий. Поэтому мы имеем совершенно разные продукты. Молочнокислое брожение также происходит в наших мышцах при высоких нагрузках и недостатке кислорода.

Различают два вида этого процесса. Первый — гомоферментативное брожение. Если вы хоть раз слышали приставку «гомо», то наверняка понимаете, что она означает. Гомоферментативное брожение — это процесс с участием одного фермента. На первой стадии происходит гликолиз и образуется пировиоградная кислота. Затем полученный пируват (в растворе эта кислота может существовать только в виде ионов) подвергается гидрированию при помощи NADH + H и лактатдегидрогеназы. В результате продуктом восстановления является молочная кислота, которая составляет около 90% от всех получившихся в ходе реакции продуктов. Это соединение, однако, тоже может образовываться в виде двух разных изомеров: D и L. Эти типы отличаются тем, что являются зеркальными отражениями друг друга и, вследствие этого, по-разному воздействуют на наш организм. То, какой изомер будет образовываться в большей степени, определяет строение лактатдегидрогеназы.

Перейдём ко второму типу молочнокислого брожения — гетероферментативному. В этом процессе участвуют несколько ферментов, и он идёт по более сложному пути. Из-за этого в ходе реакции образуется больше различных продуктов: кроме молочной кислоты, мы можем найти там уксусную кислоту и этиловый спирт.

Вот мы и рассмотрели молочнокислое брожение. Это процесс, благодаря которому мы можем наслаждаться вкусом творога, простокваши, ряженки и кефира. Подведём итоги и запишем в общем виде реакцию молочнокислого брожения глюкозы: C₆H₁₂O₆ = 2 C₃H₆O₃ . Конечно, это упрощённая схема процесса гомоферментативного брожения, так как даже схема гетероферментативного процесса будет очень сложной. Химики до сих пор изучают молочное брожение глюкозы и выясняют полные его механизмы, поэтому нам ещё есть куда стремиться.

Лимоннокислое брожение

Реакции этого вида брожения происходят, как и при спиртовом, под действием грибов определённого штамма. Полный механизм этой реакции ещё не до конца изучен, и мы можем полагаться только на некоторые упрощения. Однако есть предположения, что начальная стадия процесса представляет собой гликолиз. Потом пировиноградная кислота превращается по очереди в различные кислоты и доходит до лимонной. Вследствие такого механизма в реакционной среде накапливаются другие кислоты — продукты неполного окисления глюкозы.

Этот процесс происходит под влиянием кислорода, и в общем виде его можно записать следующим уравнением: 2С₆Н₁₂O₆ +3О₂ = 2С₆Н₈О₇ + 4Н₂О. До того как этот вид брожения открыли, люди добывали лимонную кислоту исключительно выжимкой плодов соответствующего дерева. Однако в лимоне этой кислоты не более 15%, поэтому этот способ оказался нецелесообразен, и после открытия этой реакции всю кислоту начали получать методом брожения.

Маслянокислое брожение

Перейдём к следующему типу. Этот вид брожения происходит под действием маслянокислых бактерий. Они широко распространены, а процесс, который они вызывают, играет ключевую роль в биологически важных циклах. С помощью этих бактерий и происходит разложение мёртвых организмов. Масляная кислота, образующаяся в ходе реакций, привлекает своим запахом падальщиков.

Этот вид брожения используется в промышленности. Как нетрудно догадаться, им получают масляную кислоту. Её сложные эфиры широко используются в парфюмерии и имеют приятный запах, в отличие от неё самой. Однако не всегда маслянокислое брожение приносит пользу. Оно может вызывать порчу овощей, консервов, молока и других продуктов. Но это может произойти, если только в продукт попали маслянокислые бактерии.

Разберём механизм маслянокислого брожения глюкозы. Реакция его выглядит так: C₆H₁₂O₆ → CH₃CH₂CH₂COOH + 2CO₂↑ + 2H₂. В результате также образуется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность маслянокислых бактерий.

Ацетоно-бутиловое брожение

Этот тип очень схож с маслянокислым. Бродить таким способом может не только глюкоза, но и глицерин, и пировиноградная кислота. Этот процесс можно разделить на две стадии: первая (иногда её называют кислотной) представляет собой фактически маслянокислое брожение. Однако помимо масляной, выделяется ещё и уксусная кислота. В результате брожения глюкозы таким способом мы получаем продукты, которые идут во вторую стадию (ацетонобутиловую). Так как весь этот процесс происходит также под действием бактерий, то при подкислении среды (повышении концентрации кислот) происходит выделение специальных ферментов бактериями. Они индуцируют реакцию превращения продуктов брожения глюкозы в н-бутанол (бутиловый спирт) и ацетон. Помимо этого, может образовываться некоторое количество этанола.

Другие виды брожения

Помимо перечисленных пяти видов этого процесса, существуют ещё несколько. Например, это уксуснокислое брожение. Оно тоже происходит под действием многих бактерий. Этот вид брожения может использоваться в полезных целях при мариновании. Он предохраняет пищу от болезнетворных и опасных бактерий. Ещё различают щелочное или метановое брожение. В отличие от предыдущих типов, этот вид брожения может осуществляться для большинства органических соединений. В результате большого количества сложных реакций, органические вещества расщепляются на метан, водород и углекислый газ.

Биологическая роль

Брожение — самый древний способ добывания энергии живыми организмами. Одни существа производят органические вещества, попутно получая энергию, а другие разрушают эти вещества, тоже получая при этом энергию. На этом построена вся наша жизнь. И в каждом из нас брожение в том или ином виде протекает. Как мы уже говорили выше, молочнокислое брожение происходит в мышцах при интенсивной тренировке.

Что ещё почитать?

Если вас заинтересовала биохимия этого очень интересного процесса, стоит начать со школьных учебников по химии и биологии. Во многих вузовских учебниках изложен настолько подробный материал, что после их прочтения вы сможете стать просто экспертом в этой области.

Заключение

Вот мы и подошли к концу. Разобрали все виды брожения глюкозы и общие принципы протекания этих процессов, которые играют очень важную роль как в функционировании живых организмов, так и в нашей промышленности. Вполне возможно, что в будущем мы откроем ещё несколько видов этого древнего процесса и научимся использовать их на пользу себе, как сделали с уже известными нам.

Использование микроорганизмов в пищевой промышленн

Важнейшими биохимическими процессами, вызываемыми микроорганизмами, являются различные виды брожения — спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, пропионовокислое и др.

Брожение — это анаэробное разложение углеводов на конечные продукты, которые более не разлагаются. Этот процесс происходит без участия молекулярного кислорода. У различных микроорганизмов продукты брожения различны и зависят в основном от набора ферментов и условий протекания процесса.

Спиртовое брожение.

Спиртовое брожение протекает в анаэробных условиях или при ограниченном доступе воздуха. Необходимую для жизнедеятельности энергию дрожжи получают, расщепляя углеводы на спирт и СО₂, т. е. в ходе самого процесса брожения. Пригодны для спиртового брожения простые сахара с 6 углеродными атомами в молекуле — гексозы. Возбудители спиртового брожения — дрожжи семейства Сахаромицетес (сахарные грибы) и некоторые виды плесневых грибов. При наличии кислорода дрожжи ведут себя как аэробные организмы и необходимую энергию получают в результате дыхания, окисляя сахара до СО₂ и воды. Спиртовое брожение лежит в основе технологии получения спирта, вина, пива, кваса и других продуктов. В общем виде процесс спиртового брожения выражается уравнением Гей-Люссака:

Превращение сахара в спирт в результате жизнедеятельности дрожжей является сложным ферментативным процессом. Он проходит ряд промежуточных стадий, каждая из которых вызывается особым ферментом. Большую роль в процессе спиртового брожения играет фосфорная кислота, обеспечивающая действие механизма переноса энергии. Спиртовое брожение возникает самопроизвольно там, где есть сахарсодержащие жидкости и нет доступа воздуха. Дрожжи практически всегда содержатся в субстрате или в окружающей среде.

Молочнокислое брожение.

Молочнокислое брожение представляет собой анаэробное превращение молочного сахара — лактозы под действием молочнокислых бактерий с образованием молочной кислоты. Этот вид брожения открыл и впервые описал Пастер. Процесс протекает по уравнению

С₆Н₁₂О₆ (Лактоза) -> 2СН₃СНОНСООН (Молочная кислота) + Энергия.

При этом брожении наряду с молочной кислотой образуются побочные продукты.

По характеру вызываемого брожения различают все группы молочнокислых бактерий: гомоферментативные и гетероферментативные.

Гомоферментативные бактерии образуют при брожении только молочную кислоту как единственный продукт, гетероферментативные наряду с молочной кислотой образуют значительные количества побочных продуктов (уксусную кислоту, спирт, СО₂, водород и некоторые ароматические вещества).

При молочнокислом брожении превращение сахара протекает так же, как при спиртовом брожении, до образования пировиноградной кислоты. Далее химизм этих двух типов брожения расходится. При действии гомоферментативных молочнокислых бактерий пировиноградная кислота восстанавливается в молочную кислоту:

СН₃СОСООН + Н₂ (Пировиноградная кислота) -> СН₃СНОНСООН (Молочная кислота)

Процесс гетероферментативного молочнокислого брожения более сложен и менее изучен. Возбудители брожения — молочнокислые бактерии — анаэробные неподвижные микроорганизмы палочковидной или шарообразной формы. Многие отличаются большой кислото- и спиртоустойчивостью. По отношению к температуре среди молочнокислых бактерий есть как мезофилы (оптимум роста 25-30 °С), так и термофилы (оптимум роста около 45 °С). В природе молочнокислые бактерии встречаются в молоке, на различных растениях, овощах, плодах и в почве.

Молочнокислые бактерии применяют в промышленности для получения кисломолочных продуктов: простокваши, творога, сметаны, кефира, кислосливочного масла, ряженки, варенца, сыра и др. Их используют также для квашения овощей и силосования кормов.

Молочнокислое брожение происходит при приготовлении ржаного теста. Используют молочнокислые бактерии также для производства молочной кислоты, которая применяется для подкисления продуктов в консервной, кондитерской промышленности, в производстве безалкогольных напитков и др.

Попавшие извне молочнокислые бактерии и вызываемое ими самопроизвольное брожение может привести к порче ряда продуктов — закисанию вин, пива, фруктовых и ягодных соков.

Пропионовокислое брожение.

Этот вид брожения заключается в превращении сахара, молочной кислоты или солей в пропионовую и уксусную кислоты:

3С₆Н₁₂О₆ (Сахар) -> 4СН₃СН₂СООН (Пропионовая кислота) + 2СН₃СООН (Уксусная кислота) + 2СО₂ + 2Н₂О + Энергия;

3СН₃СНОНСООН (Молочная кислота) -> 2СН₃СН₂СООН (Пропионовая кислота) + СН₃СООН (Уксусная кислота) + СО₂ + Н₂О + Энергия.

Химизм пропионовокислого брожения схож с химизмом спиртового и молочнокислого: во всех случаях молочная кислота является как бы промежуточным продуктом.

Этот вид брожения вызывают пропионовокислые бактерии — короткие неподвижные бесспоровые палочки, грамположительные анаэробы. Оптимальная температура развития 30-35 °С.

Маслянокислое брожение.

Маслянокислое брожение представляет собой сложные процессы превращения сахара маслянокислыми бактериями и протекает в анаэробных условиях. Продуктами брожения являются масляная кислота, СО₂ и водород:

В качестве побочных продуктов при брожении образуются бутиловый спирт, ацетон, этиловый спирт и уксусная кислота. Маслянокислые бактерии — подвижные, довольно крупные палочки, строгие анаэробы, образуют термоустойчивые споры. Оптимальная температура развития 30-40 °С. Бактерии чувствительны к кислой среде (оптимум рН 6,9-7,3).

Маслянокислые бактерии относятся к роду Клостридиум. Многие из них способны сбраживать не только простые сахара, но и более сложные углеводы: декстрины, крахмал, пектиновые вещества и др.

Маслянокислые бактерии широко распространены в природе. Они постоянно обитают в почве, илистых отложениях на дне водоемов, скоплениях разлагающихся растительных остатков. Встречаются маслянокислые бактерии и в различных пищевых продуктах.

Маслянокислое брожение приносит значительный ущерб народному хозяйству, вызывая гибель картофеля и овощей, вспучивание сыра, порчу консервов (бомбаж), прогоркание масла и др. Маслянокислые бактерии могут вызвать также порчу заквашенных овощей — обильное выделение газов и острый запах масляной кислоты придают продукту неприятный вкус и запах.

Маслянокислое брожение применяют для производства масляной кислоты. Сырьем служит дешевое сахаросодержащее сырье: картофель, отходы крахмало-паточного производства и др.

Ацетонобутиловое брожение.

Этот вид брожения сходен с маслянокислым, но при нем образуется значительно больше бутилового спирта и ацетона. Кроме того, в процессе ацетонобутилового брожения накапливаются этиловый спирт, масляная и уксусная кислоты, выделяются СО₂ и водород. Возбудители брожения — спорообразующие подвижные палочки, анаэробы.

В промышленности для производства ацетона и бутилового спирта применяют крахмалистое сырье. Оба эти продукта брожения широко используют в химической промышленности.