Разложение углеводов. Гомоферментативное и гетероферментативное брожение.

1. 1. 6. Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе. Сущность гниения, пептонизации, распада липидов. Физиологические группы микроорганизмов, расщепляющих белки и липиды. Азотфиксирующие, аммонифицирующие, нитрифицирующие и денитрифицирующие микроорганизмы. Влияние продуктов распада белков и жиров на пищевые продукты. Разложение углеводов. Гомоферментативное и гетероферментативное брожение

Микроорганизмы вызывают сложные превращения различных минеральных и органических веществ - соединений серы, фосфора, железа, азота, углерода и других элементов. В процессе своей жизнедеятельности микробы непрерывно синтезируют одни соединения и расщепляют другие, получая при этом нужные для клетки химические вещества и энергию.

Превращения веществ под влиянием микробов происходят повсюду в природе как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Многие из этих превращений имеют важное биологическое и народнохозяйственное значение.

Круговорот – это цикл различных превращений веществ, благодаря которым запасы их в природе не уменьшаются и являются неисчерпаемыми. Круговорот совершается непрерывно и обусловлен жизнедеятельностью микроорганизмов.

Так, при гнилостном бактериальном разложении в природе растительных и животных остатков содержащаяся в них сера обычно освобождается в виде сероводорода. Сероводород образуется также в результате восстановления серной, сернистой и серноватистой кислот под действием особых десульфофицирующих бактерий. Оба эти процесса приводят к накоплению в почве и водоемах ядовитого для живых организмов сероводорода. Накопление сероводорода в почве вызывает гибель произрастающей на ней растительности. Если сероводород будет накапливаться в водоеме, то существование животных и растительных организмов в нем тоже может оказаться невозможным. Образование и накопление сероводорода иногда наблюдается в озерах и лиманах. Воды Черного моря на глубине более 200 м также насыщены сероводородом и являются ядовитыми для живых организмов.

Поэтому окисление сероводорода, в результате которого он утрачивает ядовитые свойства, а сера, входящая в его состав, получает удобную для усвоения форму сернокислых солей, имеет очень важное значение. Такое окисление сероводорода постоянно происходит в природе под действием серобактерий.

Многообразные превращения соединений фосфора сводятся в основном к двум процессам: к расщеплению фосфоросодержащих органических соединений до образования минеральных веществ и к переводу труднорастворимых фосфорнокислых солей в легкорастворимые. Оба указанных процесса происходят под влиянием различных микроорганизмов и играют большую роль в обогащении почвы фосфором и усвоении его растениями.

Широко распространены в природе превращения соединений железа, заключающиеся в переходе в результате окисления закисных солей этого элемента в окисные соединения под влиянием железобактерий.

Среди превращений соединений азота, вызываемых микробами, важнейшее место принадлежит трём основным процессам: нитрификации, денитрификации и фиксации атмосферного азота.

Фиксация атмосферного азота. Использовать запасы азота, содержащиеся в атмосфере, и фиксировать молекулярный азот могут прокариоты. Они переводят инертный азот (N₂) в органические соединения и включают его в белок, который попадает в почву и подвергается минерализации (гниению). Усвоение молекулярного азота атмосферы возможно с помощью двух групп азотфиксирующих микроорганизмов: свободноживущих и клубеньковых бактерий, обитающих на корнях бобовых растений. Эти м/о при помощи ферментов нитрогеназ связывают свободный азот с другими химическими элементами и синтезирует из него органические соединения своей клетки. Азотфиксирующие микроорганизмы обогащают почву связанным азотом и способствуют повышению ее плодородия. Свободноживущие азотфиксирующие микроорганизмы вносят в почву 1 – 3 кг азота на 1га в год.

Гниение - это микробиологический процесс, при котором под воздействием гнилостных микробов происходит гидролитическое расщипление белка с образованием промежуточных соединений. Конечным продуктом этого гидролиза является аммиак. Процесс распада белков называют протеолизом.

При широком доступе кислорода происходит полная минерализация белковых веществ и в качестве конечных продуктов гниения с образованиемаммиака, CO₂, H₂O, H₂S. Этот процесс называется тлением. На процесс гниения влияет реакция среды. В кислых средах процесс гниения не происходит. Только в щелочной (рН ˂ 7) или нейтральной (рН = 7).

Нитрификация - процесс окисления аммиака и аммиачных солей, образующихся при гнилостном разложении органических веществ, до солей азотистой, а затем азотной кислоты. Она осуществляется в два этапа:

· на 1 этапе нитрозные бактерии Nitrosococcus окисляют аммиачные соли до солей азотистой кислоты, получая при этом энергию, необходимую для их жизни.

· на 2 этапе нитратные бактерии Nitrobacter окисляют соли азотистой кислоты в соли азотной кислоты, которые усваиваются растениями и используются для синтеза растительного белка.

Денитрификация - процесс, при котором нитраты восстанавливаются, до нитритов, аммиака (NH₃) и молекулярного азота.

Разложение углеводов. Гомоферментативное и гетероферментативное брожение.

Брожение - разложение углеводов под действием различных микроорганизмов, протекающее преимущественно в анаэробных условиях.

Существует несколько типов брожения:

1. Молочнокислое брожение . Впроцессе брожения молочногосахара (лактозы) молочнокислыми бактериями он превращается в молочную кислоту:

Под воздействием фермента лактазы происходит гидролиз лактозы на две частицы гексоз: глюкозу и галактозу. Они превращаются в пировиноградную кислоту, а потом в молочную. Различают гомо- и гетероферментативное молочнокислое брожение.

Брожение, в результате которого в качестве основного продукта брожения образуется молочная кислота, называют гомоферментативное брожение. При гетероферментативном наряду с молочной кислотой образуются уксусная кислота, этиловый спирт, CO₂ и др. ароматические вещества.

Молочнокислое брожение используется при производстве кисломолочных продуктов, сыра. Молочную кислоту применяют в кондитерском производстве.

2. Спиртовое брожение характеризуется, распадом сахаров (способствуют дрожжи), чаще гексоз, до этилового спирта и CO₂ с выделением энергии.

Каждый вид дрожжей подразделяется на расы.

Расой называется разновидность микроорганизмов, которые сохраняя все основные признаки данного вида, отличаются второстепенными, но стойкими признаками. Процесс брожения зависит от концентрации сахара в среде. Оптимальная концентрация сахара - 15%. Спирт, накапливающийся в процессе брожения, оказывает губительное действие на дрожжи, поэтому брожение прекращается при содержании спирта 12 - 16%. В молочной промышленности спиртовое брожение используют при производстве кефира, кумыса.

3. Уксуснокислое брожение - окислительный процесс, при котором с помощью уксуснокислых бактерий спирт окисляется в уксусную кислоту.

Уксусные бактерии используют для приготовления пищевого уксуса из вина или яблочного сока. В молочной промышленности уксуснокислые бактерии используют в составе естественной симбиотической закваски для кефира.

4. Пропионовокислое брожение вызывается пропионовокислыми бактериями, которые сбраживают молочный сахар, образуя пропионовую, уксусную кислоты и CO₂.

Пропионовокислое брожение имеет большое значение при производстве твердых сычужных сыров с высокой температурой второго нагревания.

5. Маслянокислое брожение - это процесс расщепления углеводов, жиров и белков до масляной кислоты.

Возбудителями маслянокислого брожения являются маслянокислые бактерии, относящиеся к роду Clostridium. Маслянокислое брожение иногда происходит в молоке, в сыре с приобретением прогорклого вкуса и неприятного запаха. Результатом маслянокислого брожения являются пороки продуктов.

Каждому ответить на вопросы обоих вариантов тестов. Правильный вариант ответа только один: