Что такое бродильные бактерии
Брожение
18.05.2021, 16:07 Бактерии
Автор: Дарья Куликова
Содержание статьи:
Признаки брожения
брожение Брожение – одна из основных форм катаболизма, представляющая собой окислитель. характеризуются следующими параметрами:
Стадии брожения
Схематично брожение Брожение – одна из основных форм катаболизма, представляющая собой окислитель. представляется в двух стадиях.
Первая стадия – это превращение глюкозы в пируват (пировиноградную кислоту). Эта стадия включает разрыв углеродной цепи глюкозы с одновременным отщеплением двух пар атомов водорода. Она составляет окислительную часть брожения Брожение – одна из основных форм катаболизма, представляющая собой окислитель. и может быть схематично изображена следующим образом:
[4H] – водород, принимаемый акцептором.
Вторая стадия брожения Брожение – одна из основных форм катаболизма, представляющая собой окислитель. – восстановительная. В процессе данной стадии атомы водорода используются для восстановления пировиноградной кислоты или образованных из нее соединений. При различных типах брожений Брожение – одна из основных форм катаболизма, представляющая собой окислитель. вторая стадия протекает специфическим для данного типа образом.
Пути образования пирувата из углеводорода
У микробов известно три пути образования пирувата из углеводородов:
Типы брожения
Молочно-кислое брожение Брожение – одна из основных форм катаболизма, представляющая собой окислитель. – превращение молочно-кислыми бактериями Бактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр. сахара в молочную кислоту. Наряду основным продуктом в большем или меньшем количестве есть и побочные продукты.
Пропионово-кислое брожение Брожение – одна из основных форм катаболизма, представляющая собой окислитель. – процесс превращения сахара или молочной кислоты и ее солей в пропионовую и уксусную кислоты с выделением воды и углекислого газа. Некоторые пропионово-кислые бактерии способны образовывать и другие кислоты (муравьиную, янтарную). Данный тип брожения Брожение – одна из основных форм катаболизма, представляющая собой окислитель. является одним из важных процессов при созревании сычужных сыров. Кроме того, пропионовая кислота и ее соли являются ингибиторами мицелиальных грибов и используются для предотвращения плесневения семян и других продуктов.
Масляно-кислое брожение Брожение – одна из основных форм катаболизма, представляющая собой окислитель. – сложный процесс превращения сахара в анаэробных условиях масляно-кислыми бактериями с образованием масляной кислоты, углекислоты и водорода. Побочные продукты масляно-кислого брожения Брожение – одна из основных форм катаболизма, представляющая собой окислитель. : бутиловый спирт, ацетон, этиловый спирт, уксусная кислота. Масляно-кислые бактерии широко распространены в природе. Встречаются они в илистых отложениях водоемов, в скоплениях разлагающихся растительных остатков, в различных пищевых продуктах.
БРОЖЕНИЕ
БРОЖЕНИЕ — совокупность процессов ферментативного превращения углеводов, осуществляемых в анаэробных условиях. Б.— это внутренний окислительно-восстановительный процесс, с помощью к-рого многие организмы получают хим. энергию из глюкозы и других веществ в отсутствие молекулярного кислорода. Б. принято рассматривать как простейшую форму биол, механизма, обеспечивающего получение энергии из питательных веществ.
Роль конечного продукта при Б. играет обычно какая-нибудь органическая молекула, образующаяся в ходе самого процесса Б. (спирт, молочная к-та, масляная к-та и др.). Хим. природа этих продуктов зависит в первую очередь от вида микроорганизма, осуществляющего анаэробное превращение углеводов. Большое значение имеют и условия протекания Б., в зависимости от которых один и тот же микроорганизм осуществляет Б. не только с различной скоростью, но и с образованием различных продуктов.
Продукты, образующиеся в ходе Б., частично используются самими микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности (развитие, рост, накопление общей биомассы). Хим. преобразования исходного субстрата, происходящие в ходе Б., сопровождаются использованием нек-рой части содержащейся в нем хим. (свободной) энергии для удовлетворения потребности организма в энергии и ее аккумуляции в виде богатых энергией (высокоэргических) соединений, важнейшим представителем которых является аденозинтрифосфорная кислота (см.). Т. о., Б. представляет собой один из видов энергетического обмена, особенностью к-рого является низкий коэффициент использования свободной энергии, содержащейся в молекулах органического вещества, подвергающегося Б. Низкая энергетическая эффективность обусловлена тем, что в процессе Б. не используется свободный кислород.
Начало интенсивного изучения Б. связано с описанием дрожжевых клеток [Каньяр-Латур (В. С. Cagniard-Latour) во Франции и Т. Шванн в Германии, 1836—1838]. В числе ученых, изучавших его, следует назвать Л. Пастера и 10. Либиха. Пастер, назвавший Б. «жизнью без кислорода», считал, что оно может вызываться только живыми дрожжевыми клетками. В противоположность ему Либих рассматривал сбраживание сахара как сложную хим. реакцию, не требующую участия живых организмов. Длительный спор по этому вопросу, имеющему не только чисто научное, но и философское значение, получил окончательное решение в результате работ М. М. Манассеиной (1871) и в особенности Э. Бухнера (1897), показавших способность бесклеточного дрожжевого сока вызывать алкогольное брожение. Т. о., было доказано, что Б. является ферментативным процессом, протекающим и без участия живых клеток.
Дальнейшее исследование природы Б. показало, что в процессах Б. принимают участие целые ферментные системы, объединяемые ранее под общим названием «зимазы» (см. Ферменты). Параллельно шло выяснение хим. природы продуктов, образующихся при Б.
Выдающуюся роль в решении этих сложных задач сыграли исследования русских и советских ученых (А. Н. Лебедев, Л. А. Иванов, В. И. Палладии, С. П. Костычев, Я. О. Парнас и др.), а также и зарубежных [Харден (A. Harden), К. Нейберг, О. Мейергоф, Г. Эмбден и др.]. В частности, А. Н. Лебедев предложил новый, более простой способ получения бесклеточных ферментных препаратов из дрожжей путем аутолиза (самопереваривание). Фундаментальное значение для выяснения химизма Б. имело открытие Л. А. Иванова, показавшего (1905), что при спиртовом Б. распаду подвергается не свободная молекула сахара, а соединение последней с фосфорной к-той (фосфорилированная молекула сахара). Последующие исследования не только подтвердили выводы Л. А. Иванова, но и позволили убедиться в том, что реакциям фосфорилирования при Б. принадлежит ключевая роль (см. Гликолиз).
В зависимости от природы конечного продукта, образующегося в ходе процесса, различают несколько типов Б.
Спиртовое брожение
Спиртовое брожение осуществляется так наз. дрожжеподобными организмами (Monilia, Oidium и др.), а также нек-рыми из плесневых грибков (напр., мукоровыми).
Спирт способны продуцировать и клетки высших растений, если они находятся в среде, лишенной кислорода. В этих условиях окислительный обмен растений осуществляется по пути, близкому к спиртовому Б. Наконец, в некоторых тканях высших растений (напр., клетки точек роста, или так наз. меристемы) образование спирта наблюдается и в условиях полной обеспеченности кислородом. Такого рода процессы называют аэробной ферментацией, к-рая по своей хим. природе также приближается к спиртовому Б.
Спиртовое брожение выражается суммарным уравнением реакции: C6H12O6 = 2CO2 + 2C2H5OH.
Из него следует, что при полном сбраживании 1 моля гексозы образуются 2 моля углекислого газа и 2 моля этилового спирта. Количество реализуемой в ходе этого процесса свободной энергии должно теоретически составлять 56 ккал на 1 моль сброженной гексозы, что составляет лишь незначительную часть того выхода энергии, который имеет место при нормальном аэробном дыхании (см. Аэробы). Вследствие этого для получения одного и того же количества энергии анаэробным организмам (см. Анаэробы) необходимо затратить по крайней мере в 10 раз большее количество сахаров, чем аэробным организмам.
Суммарное уравнение спиртового Б. не учитывает, что, помимо этилового спирта и углекислого газа, в ходе Б. образуются в незначительных количествах и некоторые другие соединения. К ним относятся амиловые спирты (см.), бутиловые спирты (см.) й некоторые другие, в совокупности образующие так наз. сивушные масла (см.). В числе продуктов спиртового Б. обнаруживают также ацетальдегид, янтарную к-ту и ряд других соединений, придающих специфический аромат и вкус вину, пиву и другим спиртным напиткам.
При спиртовом Б. используются молекулы сахаров различной степени сложности. Легче всего дрожжи сбраживают глюкозу и фруктозу, значительно хуже маннозу и особенно галактозу. Сахароза и мальтоза сбраживаются только после предварительного гидролиза. Лактозу способны сбраживать только особые виды дрожжей, содержащие фермент, гидролизующий этот дисахарид с образованием глюкозы и галактозы.
При наличии в среде кислорода энергообмен дрожжей осуществляется по пути нормального аэробного превращения, позволяющего тратить сахар гораздо более экономно. Сберегающее сахар влияние кислорода было впервые обнаружено Л. Пастером, в связи с чем оно стало именоваться эффектом Пастера.
Первые этапы превращений, к-рым подвергается глюкоза при спиртовом Б., состоят в активации молекулы сахара. Активация осуществляется постепенно, через ряд последовательно сменяющих друг друга отдельных реакций. Первым шагом повышения реакционной способности молекулы глюкозы является образование ее фосфорного эфира. Источником фосфорной к-ты становится молекула аденозинтрифосфата (АТФ), к-рая, отдавая эту группу, превращается в аденозиндифосфат (АДФ). Перенос остатка фосфата от АТФ на глюкозу осуществляется при участии фермента гексокиназы (см.).
Этот этап связан с затратой энергии одной макроэргической связи молекулы АТФ.
Следующий этап состоит в изомеризации молекулы глюкозо-6-фос-фата и превращении ее во фруктозо-6-фосфат. Процесс осуществляет фермент глюкозофосфатизомераза [КФ 5. 3. 1. 9], который найден как в дрожжах, так и во многих других микроорганизмах и в тканях большого числа различных видов растений и животных. Активирование фруктозо-6-фосфата достигается путем присоединения к молекуле еще одного остатка фосфорной к-ты и образования фруктозо-1,6-дифосфата.
Источником фосфата и энергии, необходимой для этой реакции, также служит молекула АТФ. Реакция катализируется ферментом фосфофруктокиназой [К Ф 2. 7. 1. 11]. Последующим этапом является образование из молекулы фруктозо-1,6-дифосфата двух фосфотриоз — диоксиацетонфосфата и глицеральдегидфосфата (ГАФ). Фермент, катализирующий эту реакцию, называется альдолазой (см.).
В связи с особенностями ферментных систем, участвующих в спиртовом Б., из двух названных фосфотриоз в дальнейших превращениях участвует лишь ГАФ, что должно было бы повлечь за собой потерю для процесса Б. половины исходной молекулы глюкозы. Однако потеря эта предотвращается благодаря присутствию в клетке специфического фермента — фосфотриозоизомеразы, катализирующего обратимую реакцию: диоксиацетонфосфат глицеральдегидфосфат. Тем самым обеспечивается возможность использования молекулы сахара полностью.
Окисление ГАФ катализируется глицеральдегидфосфатдегидрогеназой (ГАФД) и приводит к образованию богатого энергией соединения — 1,3-дифосфоглицерата (1,3 ДФГ). Общее уравнение реакции может быть представлено в следующем виде:
Реакция протекает в несколько этапов: одна из SH групп ГАФД участвует в присоединении НАД + и образовании комплекса — 
.
К этому комплексу присоединяется ГАФ, осуществляется его окисление с образованием ацилэнзима:
Затем происходит передача водорода на НАД + :
Бродильные бактерии: описание, размножение и значение для человека
Люди уже давно получают и используют продукты природного процесса брожения в своих интересах. Квашеные овощи, вино, сыр, кисломолочные продукты – все это результат жизнедеятельности бактерий для брожения, которые, вкладывая собственную энергию в ходе ряда химических реакций-превращений, одни органические соединения преобразуют в другие. Новообразованная органика имеет для человека особую ценность.
Что такое брожение?
Брожением называется анаэробный процесс превращения безазотистых органических веществ (главным образом углеводов) микроорганизмами, при котором происходит накопление продуктов неполного окисления (спиртов, органических кислот, углеводов и др.) и который сопровождается выделением энергии.
Биологическое значение брожения заключается в образовании энергии для осуществления жизнедеятельности микроорганизмов подобно дыханию животных и растений.
Процессы брожения
В зависимости от превалирующих или особо типичных продуктов выделяют:
Биологическая суть реакции брожения была открыта в середине XIX в. Луи Пастером, который определил брожения как «жизнь без кислорода».
Микроорганизмы в пищевой промышленности
Основные группы микроорганизмов, используемых в отраслях пищевой промышленности — бактерии, дрожжи и плесени.
Бактерии
Используют в качестве возбудителей молочнокислого, уксуснокислого, маслянокислого брожения.
Культурные молочнокислые бактерии используют при получении молочной кислоты, в хлебопечении, при производстве кисломолочных продуктов, иногда в спиртовом производстве. Молочнокислые микроорганизмы могут вызывать два типа брожения: — гомоферментативное брожение — при разложении углеводов (лактозы) образуется в основном молочная кислота и гетероферментативное — кроме молочной кислоты образуются другие вещества (диацетил, ацетоин, ароматообразующие, СО2, летучие жирные кислоты, спирт и другие).
Дрожжи
Широко применяются в качестве возбудителей брожения при производстве спирта и пива, в виноделии, при производстве хлебного кваса, а также в хлебопечении для разрыхления теста и в составе кефирного грибка — для производства кефира, кумыса и айрана.
Зигомицеты
Какие бывают бродильные бактерии?
Бактерии в бродильной промышленности используют в качестве возбудителей брожения:
Молочнокислые бактерии
Культурные молочнокислые бактерии используют в производстве молочной кислоты путем брожения, в хлебопечении и спиртовом производстве. Они превращают сахар в молочную кислоту.
В спиртовой промышленности молочнокислое брожение может применяться для подкисления дрожжевого сусла. Молочная кислота стимулирует развитие дрожжей и подавляет развитие посторонних микроорганизмов.
Дикие молочнокислые бактерии кроме молочной кислоты образуют ряд летучих кислот, неблагоприятно влияющих на ход технологического процесса, поэтому в бродильной промышленности с ними ведут борьбу.
К молочнокислым бактериям относятся бактерии лейконостоки (Leuconostoc mesenterioides и Leuconostoc agglutinans), часто встречающиеся в мелассе, перерабатываемой на спиртовых и дрожжевых заводах; в производственной практике их называют клек. Эти бактерии имеют форму очень короткой палочки, Почти кокка, размером 1,5 — 1,3х1,4 — 1,2 мкм ( Микрометр, или микрон (мкм) = 1 • 10 – 6 м). Чаще их обнаруживают в виде диплококков или коротких цепочек — стрептоформ. Лейконостоки спор не образуют, но легко образуют капсулу и поэтому весьма устойчивы к нагреванию, выдерживая температуру до 90°С.
Лейконостоки могут причинить большой ущерб в производстве: они расщепляют сахарозу на фруктозу, и глюкозу, а последнюю превращают в сложное соединение —декстран. Зараженное лейконостоком мелассное сусло за несколько часов превращается в слизистую массу, засоряющую трубопроводы и вентили. Лейконостоки вызывают также закисание мелассы, превращая содержащуюся в ней сахарозу в молочную и другие кислоты.
Уксуснокислые бактерии
Уксуснокислые бактерии используют в бродильной промышленности для получения уксуса (раствор уксусной кислоты).
В спиртовом производстве уксуснокислое брожение является вредным процессом, так как окисление спирта приводит к уменьшению выхода его, а образующаяся уксусная кислота угнетает развитие дрожжей. В пивоварении уксуснокислые бактерии ухудшают качество пива, могут вызвать порчу его.
Окислять уксуснокислые микроорганизмы способны не только этиловый спирт и глюкозу. Такие бактерии превращают пропиловый спирт в пропиловую кислоту, а бутиловый — в масляную.
Такие микроорганизмы не способны окислять метиловый спирт, а также высшие спирты. Представляют собой такие бактерии в большинстве случаев палочковидные короткие клетки длиной 2-1.5х1.0. Особенностью этих микроорганизмов является то, что они не образуют спор. По форме и величине такие клетки могут значительно различаться, в зависимости от разновидности, возраста, условий питательной среды и пр.
Оптимальной температурой реакции уксуснокислого брожения являются 15-34 °С. При охлаждении среды до 12-15 °С развитие таких микроорганизмов замедляется. Сами бактерии при таких условиях приобретают вид коротких толстых палочек. При повышении температуры до 35-45 °С некоторые виды уксуснокислых бактерий могут принимать уродливые формы и становиться похожими на прозрачные нити со вздутиями.
При наличии в среде большого количества кислот — винной, яблочной и пр., спирта, а также солей, в ней могут появляться гипертрофированно большие микрооганизмы этого типа. Также в таких условиях у уксуснокислых бактерий обычно начинает осклизняться оболочка. В некоторых случаях этот процесс принимает настолько серьезный характер, что в среде появляются зооглеи. При этом сами бактерии в таких слизистых скоплениях обычно достаточно рассеяны.
Маслянокислые бактерии
Маслянокислые бактерии сбраживают сахар в масляную кислоту.
Маслянокислое брожение используют для производства масляной кислоты, эфиры которой применяются в качестве ароматических веществ. В спиртовом производстве маслянокислые бактерии являются вредителями, так как масляная кислота подавляет развитие дрожжей и инактивирует фермент амилазу.
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.
Особым видом маслянокислых бактерий являются ацетоно-бутиловые бактерии. Они превращают крахмал и другие углеводы в ацетон, бутиловый и этиловый спирты.
Ацетоно-бутиловые бактерии
Ацетоно-бутиловые бактерии используют в качестве возбудителей брожения в ацетоно-бутиловом производстве.
Вид ацетоно-бутилового 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.
Размножение микроорганизмов
Процесс размножения микроорганизмов разделяют на четыре основные фазы:
Период, непосредственно следующий за внесением посевного материала в питательную среду, называется фазой задержки, или лаг-фазой. В этой фазе при посеве микроорганизмов в питательную среду клетки не сразу начинают размножаться; некоторое время они находятся в питательной среде и не размножаются. В лаг-фазе происходит процесс приспособления микроорганизмов к новой среде и, по-видимому, микроорганизмы приспосабливают среду к своим потребностям. Если в очень благоприятную по составу питательную среду внесены молодые, только что делившиеся клетки, то лаг-фаза может отсутствовать.
Следующий период — это фаза логарифмического роста. В этой фазе клетки хорошо снабжены питательными веществами и не накопили еще вредных продуктов обмена.
Размножение микроорганизмов в этой фазе может быть определено прогрессией, подчиняющейся закону сложных процентов.
Период, называемый фазой логарифмического роста, фактически характеризуется не логарифмическим, а экспоненциальным уравнением, в котором время стоит в показателе степени (экспоненте). Следовательно, эту фазу правильнее бы назвать экспоненциальной.
По мере исчерпания питательных веществ среды и накопления продуктов обмена размножение микроорганизмов замедляется, некоторые клетки перестают размножаться и отмирают. Наступает такой момент, когда количество образующихся и отмирающих клеток становится равным. Этот период называется стационарной фазой.
Вслед за ней наступает фаза затухания, в которой отмирание клеток преобладает над размножением. В этой фазе все больше клеток теряет жизнеспособность и погибает из-за отсутствия питательных веществ и накопления в среде продуктов обмена.
Для микроорганизмов, обладающих активными протеолитическими ферментами, например дрожжей, фаза затухания сопровождается автолизом — распадом белков мертвых клеток под действием собственных ферментов. Применяют и метод непрерывного размножения (культивирования) микроорганизмов, техническое оформление которого сводится к тому, что культура находится в специальном сосуде, куда непрерывно поступает свежая питательная среда и с такой же скоростью вытекает жидкость вместе с размножившимися клетками.
Непрерывное культивирование микроорганизмов позволяет выращивать их в постоянных, установившихся условиях, устраняет лаг-фазу в развитии микроорганизмов, в результате чего сокращается общая длительность процесса размножения.
Победить паразитов можно!
Сейчас действует льготная программа на бесплатную упаковку. Читать мнение экспертов.
Размножение ДНК вирусов в клетке: особенности, стадии и способы
Мезофилы у животных и растений, температура размножения
Комар: описание, виды и характеристики, способы питания и размножения
Бактерии колиформы в пищевых продуктах: что это и причины появления
Бесполое размножение паразитов: почему она является оптимальной для паразитов
Жизненный цикла размножения постельных клопов в квартире
Список литературы
Лучшие истории наших читателей
Тема: Во всех бедах виноваты паразиты!
От кого: Людмила С. ([email protected])
Кому: Администрации Noparasites.ru
Не так давно мое состояние здоровья ухудшилось. Начала чувствовать постоянную усталость, появились головные боли, лень и какая-то бесконечная апатия. С ЖКТ тоже появились проблемы: вздутие, понос, боли и неприятный запах изо рта.
Думала, что это из-за тяжелой работы и надеялась, что само все пройдет. Но с каждым днем мне становилось все хуже. Врачи тоже ничего толком сказать не могли. Вроде как все в норме, но я-то чувствую, что мой организм не здоров.
Решила обратиться в частную клинику. Тут мне посоветовали на ряду с общими анализами, сдать анализ на паразитов. Так вот в одном из анализов у меня обнаружили паразитов. По словам врачей – это были глисты, которые есть у 90% людей и заражен практически каждый, в большей или меньшей степени.
Мне назначили курс противопаразитных лекарств. Но результатов мне это не дало. Через неделю мне подруга прислала ссылку на одну статью, где какой-то врач паразитолог делился реальными советами по борьбе с паразитами. Эта статья буквально спасла мою жизнь. Я выполнила все советы, что там были и через пару дней мне стало гораздо лучше!
Улучшилось пищеварение, прошли головные боли и появилась та жизненная энергия, которой мне так не хватало. Для надежности, я еще раз сдала анализы и никаких паразитов не обнаружили!