Уксуснокислое брожение

Использование человеком[править | править код]

Молочнокислое брожение используется в приготовлении различных продуктов на основе молока (простокваши, сметаны, кефира. Для приготовления сметаны используются мезофильные бактерии и Streptococcus cremoris, йогуртов — термофильные 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 , постоянно присутствующая в молоке. Кисломолочные продукты представляют собой накопительные культуры соответствующих бактерий.

Поскольку молочная кислота является естественным консервантом, молочнокислое брожение используется при квашении овощей, засолке огурцов, в заквасках для ржаных сортов хлеба и добавках для сырокопчёных колбас, а также для получения чистого лактата. С помощью молочнокислого брожения осуществляют силосование, в том числе заготовку кормовой свёклы.

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.

Пищевые продукты, получаемые с использованием брожения (по регионам)

• По всему миру: дрожжевой хлеб, спирт, вино, уксус, сыр, йогурт, пиво, сидр
• Азия
  • Индия: achar, gundruk, индийские пикули, идли
  • Юго-Восточная Азия: asinan, bai-ming, belacan, burong mangga, dalok, jeruk, кимчхи, рыбный соус, leppet-so, miang, мисо, nata de coco, naw-mai-dong, pak-siam-dong, paw-tsaynob в снегу (雪裡蕻), саке, seokbakji, соевый соус, сычуаньская капуста (四川泡菜), tai-tan tsoi, такуан, tsa tzai, цукэмоно, yen tsai (醃菜), пахучий соевый творог, некоторые виды чая
  • Центральная Азия: кумыс (кобылье молоко), кефир, шубат (верблюжье молоко), айран
• Африка: семена гибискуса, острый перцовый соус, lamoun makbouss, mauoloh, msir, mslalla, oilseed, огили, огири, гарри
• Америка: сыр, маринованные овощи, квашеная капуста, семена люпина, семена масличных культур, шоколад, ваниль, табаско, квашеная рыба, рыбьи головы, морж, тюлений жир, птица (в эскимосской кухне)
• Ближний Восток: мацони, kushuk, маринованные лимоны, айран, mekhalel, тан, торси, tursu
• Европа: сыр, квашеная капуста, кисломолочные продукты, такие как творог, кефир и простокваша, айран, мацони, квашеная рыба, сюрстрёмминг
• Россия: простокваша, сметана, квас, квашеная капуста, мочёные яблоки, мочёные сливы, мочёные груши, мочёные арбузы, мочёный виноград, бочковые солёные огурцы, солёные томаты, солёные грибы, брага
• Регионы Арктической зоны: копальхен

Виды брожения

Чаще всего в промышленных масштабах используются спиртовой, молочнокислый и маслянокислый виды. Биохимией рассматриваются также пропионовокислое, лимоннокислое, ацетоно-бутиловое и другие разновидности. Понять, какое брожение будет идти в том или ином случае, можно по виду используемых микроорганизмов.

Так, спиртовое брожение возбуждают пекарские дрожжи (Saccharomyces cerevisiae), бактерии рода эрвиний (Erwinia amylovora) и сарцин (Sarcina ventriculi). Маслянокислое осуществляется облигатно-анаэробными бактериями рода Clostridium. Возбудителями брожения по молочнокислому направлению являются бактерии Streptococcus cremoris, кокки (род Lactococcus) и палочки (род Lactobacillus).

Брожения в пищевой промышленности

Процессы ферментации широко используют для получения спиртосодержащих жидкостей не только в промышленных масштабах. В зависимости от сырья и технологии получают напитки с различным содержанием в них этанола. Поскольку спиртовое брожение глюкозы сопровождается выделением СО₂, то существует ряд продуктов, для которых характерно его выделение в процессе употребление. К ним можно отнести пиво и игристые вина (шампанское). Технологией производства других предусматривается своевременное отведение образующегося при брожении газа, чтобы предотвратить его накопление.

Для получения кисломолочных продуктов применяют соответствующие бактерии. Благодаря этому типу брожения человечество узнало такие продукты, как сметана, кефир, йогурт, простокваша, сыр, творог. Также этот процесс важен в приготовлении кваса. Благодаря молочнокислым бактериям, которые подавляют рост патогенной микрофлоры, является возможным приготовление квашеных овощей (капусты, огурцов, томатов). Кроме того, они способствуют снижению рН и сохранению мясных продуктов, поэтому молочнокислые бактерии применяют при изготовлении сыровяленых сортов колбасы, например, салями.

Очень важен процесс спиртового брожения для хлебопекарной и кондитерской промышленности. Углекислый газ, выделяющийся при взаимодействии сахара с дрожжами, при расстаивании и выпекании хлебобулочных изделий расширяется. Это приводит к образованию больших пор в тесте, за счет чего оно и становится пышным.

Гомоферментативное молочнокислое брожение

Гомоферментативное молочнокислое брожение представляет собой энергетическую сторону образа жизни группы гомофермен-тативных молочнокислых бактерий. Черты древности этой группы видны не только в процессе добывания ее представителями энергии, но и в других сторонах их метаболизма, о чем будет сказано в разделе, посвященном краткой характеристике этих бактерий.
 

Гомоферментативное молочнокислое брожение, в основе которого лежит гликолитический путь разложения глюкозы, является единственным способом получения энергии для группы эубак-терий, которые при сбраживании углеводов превращают в молочную кислоту от 85 до 90 % сахара среды. Бактерии, входящие в данную группу, морфологически различны. Это кокки, относящиеся к родам Streptococcus и Pediococcus, а также длинные или короткие палочки из рода Lactobacillus. Последний подразделяется на три подрода.
 

Гомоферментативное молочнокислое брожение идентично по химизму реакциям гликолиза в анаэробных условиях.
 

Гомоферментативное молочнокислое брожение вызывают бактерии рода Lactobacillus и стрептококки. Они могут сбраживать различные сахара с 6 — ю ( гексозы) или 5 — ю ( пентозы) углеродными атомами, некоторые кислоты. Однако круг сбраживаемых ими продуктов ограничен.
 

В процессе гомоферментативного молочнокислого брожения синтезируются 2 молекулы АТФ на 1 молекулу сброженной глюкозы; в процессе дыхания при полном окислении молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. В обоих случаях эффективность запасания выделяющейся энергии в макроэргических связях АТФ приблизительно одинакова.
 

Возникнув как первый, далекий от совершенства энергетический процесс, гомоферментативное молочнокислое брожение не было потом отброшено в процессе эволюции. Наоборот, оно закрепилось и существует сейчас в виде гликолиза у подавляющего большинства прокариот, дрожжей, грибов, а также у высших животных и растений, но только как первый этап более совершенного энергетического процесса, сформировавшегося в результате последующего развития способов получения энергии живыми организмами. Чем объясняется такая судьба гомоферментативного молочнокислого брожения. Вероятно, оказалось выгодным использовать его в качестве первого подготовительного этапа по следующим причинам: 1) высокая энергетическая эффективность ( не путать с энергетическим выходом процесса.
 

Собственно гликолиз — это определенная последовательность ферментативных реакций от углевода до пировиноградной кислоты, поэтому, строго говоря, гликолиз не является синонимом гомоферментативного молочнокислого брожения, но 10 из 11 реакций у этих процессов идентичны.
 

Обратимо функционирующие протонные АТФазы мы находим у первичных анаэробов, получающих энергию в процессе брожения. Обнаружено, что выделение во внешнюю среду молочной и уксусной кислот молочнокислыми бактериями и клостридиями приводит к созданию на ЦПМ протонного градиента. У стрептококков, осуществляющих гомоферментативное молочнокислое брожение, молочная кислота накапливается в клетке в виде аниона, для которого ЦПМ практически непроницаема.
 

Возникнув как первый, далекий от совершенства энергетический процесс, гомоферментативное молочнокислое брожение не было потом отброшено в процессе эволюции. Наоборот, оно закрепилось и существует сейчас в виде гликолиза у подавляющего большинства прокариот, дрожжей, грибов, а также у высших животных и растений, но только как первый этап более совершенного энергетического процесса, сформировавшегося в результате последующего развития способов получения энергии живыми организмами. Чем объясняется такая судьба гомоферментативного молочнокислого брожения. Вероятно, оказалось выгодным использовать его в качестве первого подготовительного этапа по следующим причинам: 1) высокая энергетическая эффективность ( не путать с энергетическим выходом процесса.
 

Окислительно-восстановительные превращения имеют место на двух этапах процесса, именно они приводят к получению клеткой энергии. Это результат того, что процесс замкнут на себя, т.е. субстрат является и источником веществ — доноров электронов и источником веществ — их акцепторов. Все это, вместе взятое, определило судьбу гомоферментативного молочнокислого брожения.
 

1.5.5.2 Пропионовокислое брожение

В сырах с высокой
температурой второго нагревания
образование глазков обуславливают
пропионовокислые бактерии, сбраживающие
молочный сахар,
молочную кислоту и ее соли.

3С12Н22О11 + 3Н2О 
8СН3СН2СООН + 4СН3СООН + 4СО2 + 4Н2О

лактоза пропионовая
к-та уксусная к-та

3СН3СНОНСООН 
2СН3СН2СООН + СН3СООН + СО2 + Н2О

молочная к-та
пропионовая к-та уксусная к-та

В процессе гликолиза
молекула органического вещества
метабилизируется до пирувата. Молекула
ПВК усложняется – карбоксилируется в
реакции, катализируемой биотинзависимым
фертментом. Донором СО2 является
метилмалонил-КоА. В реакции
транскарбоксилирования образуется
щавелеянтарная кислота (ЩУК) и
пропионил-КоА:

Рисунок 4 – Реакция
транскарбоксилирования в пропионовокислом
брожении

ЩУК в результате
трех последовательных ферментетивных
реакций превращается в янтарную кислоту,
реакции протекают с участием НАДН+ ,
возникших при окислении 3-ФГА. На сукцинат
переносится КоА-группа с пропионил-КоА,
в результате чего образуются сукцинил-КоА
и пропионовая кислота, которая выводится
из процесса и накапливается вне клетки.
Сукцинил-КоА с помощью изомеразы
превращается в метилмалонил-КоА. Эту
реакцию называют ключевой в пропионовом
брожении, т.к. в ней подготавливается
субстрат, являющийся предшественником
пропионовой кислоты, — метилмалонил-КоА.

Рисунок 5 –
Пропионовокислое брожение

В ходе реакции
образуются дополнительные продукты:

Рисунок 6 –
Дополнительные продукты пропионовокислого
брожения

Пропионовокислое
брожение рассматривается как наиболее
совершенные впособ получения энергии
в анаэробных условиях.

Использование человеком

Основная польза от брожения — это превращение, например, сока в вино, зерна и других исходных продуктов в пиво, а углеводов в диоксид углерода при приготовлении хлебного теста. Широко используется человеком также молочнокислое брожение для приготовления кисломолочных продуктов, квашения овощей и приготовления силоса.

Поскольку фрукты сбраживаются в своем натуральном состоянии, брожение как процесс изменения пищевых продуктов появилось раньше человеческой истории. Однако люди с некоторых пор научились контролировать процесс брожения. Есть веские доказательства того, что люди сбраживали напитки в Вавилоне около 5000 г. до н. э., в Древнем Египте около 3000 г. до н. э., в доиспанской Мексике около 2000 г. до н. э. и в Судане около 1500 г. до н. э. Также существуют данные о дрожжевом хлебе в Древнем Египте около 1500 г. до н. э. и сбраживании молока в Вавилоне около 3000 г. до н. э. Китайцы, вероятно, первыми стали сбраживать овощи.

По Штейнкраузу (Steinkraus; 1995), брожение пищи выполняет пять главных задач:

1. Обогащение видов пищи разнообразием вкусов, ароматов и текстуры
2. Сохранение существенного количества пищи с помощью молочной кислоты, алкоголя, уксусной кислоты и щелочного брожения
3. Биологическое обогащение пищи протеинами, важными аминокислотами, важными жирными кислотами и витаминами
4. Детоксификация в процессе брожения пищи
5. Уменьшение времени и затрат на приготовление пищи

У брожения есть несколько преимуществ, важных для приготовления или сохранения пищи. В процессе брожения можно получать важные питательные вещества или устранять непитательные. С помощью брожения пищу можно дольше сохранять, поскольку брожение может создать условия, неподходящие для нежелательных микроорганизмов. Например, при квашении кислота, получаемая из доминирующей бактерии, препятствует росту всех других микроорганизмов.

Разложение лимонной кислоты

О деградации лимонной кислоты молочнокислыми бактериями с образованием летучей  кислотности известно с давних пор. В частности, известно, что яблочно-молочное брожение иногда сопровождается более или менее глубоким разложением лимонной кислоты, которая ответственна за увеличение летучей кислотности, наблюдаемое во время брожения. Рис. 15.28. Разложение лимонной кислоты молочнокислыми бактериями. Исследуя баланс этого разложения, Шарпантье и сотрудники (1951) и Шарпантье (1954) показали, что одна молекула лимонной кислоты дает от 1,2 до 1,5 молекулы уксусной кислоты, очень малое количество молочной кислоты и от 0,2 до 0,3 молекулы ацетоиновых веществ (бутандиол-2,3 и ацетоин). Основываясь на предыдущих работах и на результатах собственных исследований, эти авторы предложили механизм деградации, включающий разрыв лимонной кислоты на щавелево-уксусную кислоту и уксусную (рис. 15.28). Первая декарбоксилируется в  пировиноградную кислоту, которая сама по себе лежит в основе молочной кислоты, с одной стороны, и ацетоиновых веществ (бутандиол-2,3 и ацетоин), с другой, посредством описанных выше реакций (см. рис. 15.11). Эта пировиноградная кислота может также образовывать уксусную кислоту с помощью ацетилко- фермента А с образованием одной молекулы СО2 или в некоторых случаях муравьиной кислоты (см. рис. 15.11). Эта схема, которая включает двоякий источник уксусной кислоты, построена с учетом образования более одной молекулы этой кислоты на одну молекулу разложенной лимонной кислоты.

Биохимия

Брожение — это процесс, важный в анаэробных условиях, в отсутствие окислительного фосфорилирования. В ходе брожения, как и в ходе гликолиза, образуется АТФ. Во время брожения пируват преобразуется в различные вещества.

Хотя на последнем этапе брожения (превращения пирувата в конечные продукты брожения) не освобождается энергия, он крайне важен для анаэробной клетки, поскольку на этом этапе регенерируется никотинамидадениндинуклеотид (NAD+), который требуется для гликолиза

Это важно для нормальной жизнедеятельности клетки, поскольку гликолиз для многих организмов — единственный источник АТФ в анаэробных условиях.. В ходе брожения происходит частичное окисление субстратов, при котором водород переносится на NAD+ (никотинамидадениндинуклеотид)

В ходе других этапов брожения его промежуточные продукты служат акцепторами водорода, входящего в состав NADH; в ходе регенерации NAD+ они восстанавливаются, а продукты восстановления выводятся из клетки.

В ходе брожения происходит частичное окисление субстратов, при котором водород переносится на NAD+ (никотинамидадениндинуклеотид). В ходе других этапов брожения его промежуточные продукты служат акцепторами водорода, входящего в состав NADH; в ходе регенерации NAD+ они восстанавливаются, а продукты восстановления выводятся из клетки.

Конечные продукты брожения содержат химическую энергию (они не полностью окислены), но считаются отходами, поскольку не могут быть подвергнуты дальнейшему метаболизму в отсутствие кислорода (или других высокоокисленных акцепторов электронов) и часто выводятся из клетки. Следствием этого является тот факт, что получение АТФ брожением менее эффективно, чем путём окислительного фосфорилирования, когда пируват полностью окисляется до диоксида углерода. В ходе разных типов брожения на одну молекулу глюкозы получается от двух до четырёх молекул АТФ (ср. около 36 молекул путём аэробного дыхания).

2.1.1 Характеристика готового продукта

Сыр «Российский
новый» должен соответствовать
требованиям приведенным ниже.

Форму, размер и
массу сыр должен иметь следующие: форма
— низкий цилиндр со слегка выпуклой
боковой поверхностью и округлыми
гранями; высота -10-18см; диаметр 24-28см;
масса — 4,7-1,1 кг.

Органолептические
показатели сыра:

— вкус и запах —
выраженный сырный, слегка кисловатых,
без посторонних привкусов и запахов,
допускается слегка пряный вкус;

— внешний вид- корка
ровная, без повреждений и толстого
подкоркового слоя, покрытая специальными
парафинами, полимерными, комбинированными
составами или полимерными пленками под
вакуумом, поверхность должна быть
чистой;

— консистенция-
тесто пластичное, нежное, однородное
(допускается слегка плотное тесто);

— рисунок — на
разрезе сыр имеет равномерно расположенный
рисунок, состоящий из глазков неправильной,
угловатой или щелевидной формы;

— цвет теста — от
слабо-желтого до желтого, равномерный
по всей массе.

Физико-химические
показатели сыра: массовая доля жира в
сухом веществе 501,6%;
массовая доля влаги, не более 44%; массовая
доля поваренной соли 1,5
0,5%.

Основы процесса молочнокислого брожения

С химической точки зрения эти превращения представляют собой ряд последовательных стадий.

1. 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.
2. 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.
3. 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.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ

Молочнокислое брожение лежит в основе силосования, квашения овощей, переработки молока в кисломолочные продукты и сыр. Кислый вкус черного хлеба определяется также молочной кислотой. Данные процессы вызывает группа молочнокислых бактерий, которая очень разнообразна и широко распространена в природе.

Молочнокислые бактерии обитают на поверхности растений, в молоке, на пищевых продуктах, в кишечнике человека и животных.

Молочнокислые бактерии в основном — анаэробы, но существуют виды, которые способны жить в аэробных условиях. Клетки молочнокислых бактерий по форме кокки или палочки, могут быть одиночными или соединены в цепочки.

Молочнокислые бактерии грамположительные, не способны образовывать споры, требовательны к источникам азота и витаминам (многие из них не развиваются на простых синтетических средах).

Классификация молочнокислых бактерий еще недостаточно разработана. Большинство исследователей кокковые формы объединяют в роды Streptococcus и Leuconostoc, а палочковидные — в род Lactobacillus.

Молочнокислые бактерии можно разделить:

— на гомоферментативные(конечным продуктом брожения является молочная кислота)

глюкоза молочная кислота

— на гетероферментативные(конечными продуктами брожения являются уксусная кислота, глицерин, этиловый спирт)

глюкоза молочная кислота уксусная кислота глицерин этиловый спирт

Молочнокислые бактерии сбраживают моно- и дисахариды. Часто те из них, которые обитают в молоке, сбраживают лактозу, но не действуют на сахарозу. В качестве источника азота эта группа бактерий используют пептоны, смесь аминокислот.

По отношению к температуре молочнокислые бактерии можно разделить:

— на мезофильные — с оптимумом роста 25-35 0 С

— на термофильные— с оптимумом роста около 40-45 0 С.

Отдельные молочнокислые бактерии холодоустойчивы и могут развиваться при относительно низких положительных температурах (5 0 С и ниже). При нагревании до 60-80 0 С они гибнут в течение 10-30 мин.

Молочнокислые бактерии обладают определенной протеолитической активностью, обусловливаемой действием протеиназ и пептидаз.

Протеолитическую активность проявляют как кокковые формы, так и термофильные палочки, стрептобактерии. В процессе протеолиза белков молока, особенно в начале культивирования определенных штаммов в молоке, происходит накопление аминокислот: главным образом аспарагиновой кислоты, глицина, серина, глутаминовой кислоты, треонина, тирозина, валина, фенилаланина, изолейцина, а также пептидов.

Молочнокислые палочковидные бактерии обладают большей протеолитической активностью, чем кокковые формы. Так, L.bulgaricus, L.casei могут переводить до 25-30% казеина в растворимую форму, тогда как Str. cremoris и Str.lactis — 15 — 17%.

Гидролиз белков молока молочнокислыми бактериями осуществляется с помощью внеклеточных протеиназ. Существует прямая зависимость между степенью созревания сыра, его вкусом, ароматом и содержанием в нем свободных аминокислот, накапливаемых протеолитически активными молочнокислыми бактериями.

Для молочнокислых бактерий лучшая питательная среда — молоко. В нем есть все необходимые вещества для развития этих микроорганизмов. В такой среде могут развиваться и другие микроорганизмы: дрожжи, плесени, гнилостные, маслянокислые бактерии. Но молочная кислота быстро подавляет их рост.

Если простокваша долго сохраняется на воздухе, то на ее поверхности образуется белая бархатистая морщинистая пленка. Такая же пленка бывает на поверхности рассола при квашении огурцов, капусты и других овощей. Это и есть молочная плесень — Geotrichum candidum. Она всегда сопутствует молочнокислому брожению и является его нежелательным спутником. Окисляя молочную кислоту, образуемую молочнокислыми бактериями, до углекислого газа и воды, молочная плесень снижает кислотность. В результате в среде начинают развиваться гнилостные бактерии.

77.243.189.108 studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock! и обновите страницу (F5)очень нужно

Разложение винной кислоты — пропионовокислое брожение (турн)

Лишь ограниченное ч-исло молочнокислых бактерий вина способно разлагать винную кислоту. Это разложение представляет собой серьезную болезнь вина — турн, иногда довольно частое явление, но в настоящее время встречающееся все реже и реже вследствие прогресса в технике хранения вина. Механизм разложения винной кислоты исследовали Крампиц и Линен (1964) и особенно Радлер и Янисис (1972). Из анализа балансов, полученных на различных штаммах, Радлер и Янисис сделали вывод, что известны два пути разложения винной кислоты (рис. 15.30). Lactobacillus plantarum используют механизм I, который соответствует образованию из двух молекул винной кислоты трех молекул С02, одной молекулы уксусной кислоты и одной -молекулы молочной кислоты. Lactobacillus brevis использует механизм II, который соответствует образованию из трех молекул винной кислоты четырех молекул С02, двух молекул уксусной кислоты и одной молекулы янтарной кислоты. В этих двух механизмах обеспечивается равновесие окисления-восстановления в том смысле, что число молекул NAD, восстанавливаемых в NADH2, равно числу молекул NADH2, окисляемых в NAD.

Продукты окисления сахаров уксуснокислыми бактериямиОкисление спирта в уксусную кислоту за счет кислорода воздуха уксуснокислыми бактериями.

Некоторые бактерии могут реализовать частичное окисление уксусной кислоты в С02 и Н20, и соответствующая характеристика служит тестом для их классификации (Дивие и Дюпюи, 1969). Уравнение записывается: СН3 — СООН + -202 2С02 + 2Н20. В этом случае общее уравнение уксуснокислого брожения приобретает вид СН3 — СН2ОН + 302 2С02 + ЗН20. Точно так же уксуснокислые бактерии вызывают частичную этерификацию уксусной кислоты этиловым спиртом в соответствии с реакцией СН3 — СООН + сн3 — сн2он сн3 — со — о — сн2 — СНз + н2о, Этилацетат играет важную роль в энологии; он ответственен за особые органолептические качества вин, пораженных при уксусном скисании.

Окислительное декарбоксилирование пирувата. Строение

мультиферментного
пируватдегидрогеназного комплекса.
Суммарное уравнение и энергетический
баланс окислительного

декарбоксилирования
пирувата. Регуляция активности

пируватдегидрогеназного
комплекса: ковалентная модификация,

аллостерический
механизм

Окисление пирувата
до ацетил-CоА
происходит при участии ряда ферментов
и коферментов, объединенных структурно
в мультиферментную систему, получившую
название «пируватдегидрогеназный
комплекс».

На первой стадии
этого процесса пируват (рис. 18.1) теряет
свою карбоксильную группу в результате
взаимодействия с тиаминпирофосфатом
(TPP)
в составе активного центра фермента
пируватдегидрогеназы (E₁).
На второй стадии оксиэтильная группа
комплекса E₁–TPP–СНОН–СН₃
окисляется с образованием ацетильной
группы, которая одновременно переносится
на амид липоевой кислоты (кофермент),
связанной с ферментом
дигидроли-поилацетилтрансферазой (Е₂).
Этот фермент катализирует третью стадию
– перенос ацетильной группы на коэнзим
CоА
(HSCoA)
с образованием конечного продукта
(ацетил-CоА),
который является высокоэнергетическим
(макроэргическим) соединением.

На четвертой стадии
регенерируется окисленная форма
липоамида из восстановленного комплекса
дигидролипоамида-Е₂.
При участии фермента дигидролипоилдегидрогеназы
(Е₃)
осуществляется перенос атомов водорода
от восстановленных сульфгидрильных
групп дигидролипоамида на FAD,
который выполняет роль простетической
группы данного фермента и прочно с ним
связан. На пятой стадии восстановленный
FADН₂
дигидро-липоилдегидрогеназы передает
водород на кофермент NAD+
(с образованием NADН
+ Н+).

Рис. 18.1.Механизм
действия пируватдегидрогеназного
комплекса. Е₁
– пируватдегидрогеназа; Е₂
– дигидролипоилацетилтрансфераза; Е₃
– дигидролипоилдегидрогеназа (цифры
в кружках обозначают стадии процесса)

Процесс окислительного
декарбоксилирования пирувата происходит
в матриксе митохондрий. В нем (в составе
сложного мультиферментного комплекса)
принимают участие 3 фермента
(пируватдегидрогеназа,
ди-гидролипоилацетилтрансфераза,
дигидролипоилдегидрогеназа) и 5
кофер-ментов (TРP,
амид липоевой кислоты, коэнзим А, FAD
и NAD),
из которых три относительно прочно
связаны с ферментами (ТPP-E₁,
липоамид-Е₂
и FAD-Е₃),
а два – легко диссоциируют (HS-CoA
и NAD).

Все эти ферменты,
имеющие субъединичное строение, и
коферменты организованы в единый
комплекс. Поэтому промежуточные продукты
способны быстро взаимодействовать.
Доказано, что полипептидные цепи
субъединиц дигидролипоил-ацетилтрансферазы
составляют как бы ядро комплекса, вокруг
которого расположены пируватдегидрогеназа
и дигидролипоилдегидрогеназа. Принято
считать, что нативный ферментный комплекс
образуется путем самосборки.

Суммарную реакцию,
катализируемую пируватдегидрогеназным
комплексом, можно представить следующим
образом:

Реакция сопровождается
значительным уменьшением стандартной
свободной энергии и практически
необратима (∆G′=
‒ 40 кДж/моль).

Образовавшийся в
процессе окислительного декарбоксилирования
аце-тил-CоА
подвергается дальнейшему окислению с
образованием СО₂
и Н₂О.
Полное окисление ацетил-CоА
происходит в цикле трикарбоновых кислот
(цикл Кребса). Этот процесс, так же как
окислительное декарбо-ксилирование
пирувата, происходит в митохондриях
клеток.

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.

1. За основной продукт исходный берется углевод — простой (фруктоза, глюкоза, пентозы) или сложный (сахароза, крахмал, гликоген и прочие).
2. Создаются анаэробные условия.
3. В продукт подселяются штаммы молочнокислых бактерий определенного вида.
4. Обеспечиваются все необходимые внешние факторы, которые являются оптимальными для желаемого продукта: освещенность, температура, наличие тех или иных добавочных компонентов, давление.
5. 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.