Химизм брожения и типы брожения

AZƏRBAYCAN RESPUBLİKASI TƏHSİL NAZİRLİYİ

 

BAKI DÖVLƏT UNİVERSİTETİ

 

 

                                                      

 

                       

 

03.00.07 – Mikrobiologiya

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BAKI- 2012

СОДЕРЖАНИЕ         ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ БРОЖЕНИЯ
.  ХИМИЗМ БРОЖЕНИЯ
ГЛАВА 2 ТИПЫ БРОЖЕНИЯ 2.1. Типы брожения
2.2. Спиртовое  брожение
2.3. Молочнокислое  брожение
2.4. Пропионовокислое брожение
2.5. Муравьинокислое брожение
2.6. Маслянокислое брожение
2.7. Ацетонобутиловое брожение
2.8. Ацетоноэтиловое брожение
2.9 Сбраживание других мономерных и полимерных соединений
Заключение
Summary
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Микробиология ( от греч. Micros - малый, bios - жизнь, logos - учение) - это наука, изучающая строение, функции, химическую деятельность, распространение, условия развития, роль и значение в жизни человека весьма малых организмов, большинство которых невидимо невооруженным глазом.

Мир микроорганизмов  многочислен и разнообразен. Они  повсеместно распространены в природе: в почве, водоемах, воздухе, на продуктах питания и на всех предметах, окружающих человека. Они находятся и в нем самом, а также на животных и растениях.

Микроорганизмы способны выполнять колоссальную по значимости химическую работу: разлагают растительные и животные остатки на поверхности планеты, используются в технологиях производства пищевых продуктов и различных биологически активных соединениях для отраслей народного хозяйства.

Однако многие микроорганизмы наносят большой ущерб народному хозяйству, вызывая порчу продуктов сельскохозяйственного и промышленного производства. Ежегодно погибает более 30% продукции растениеводства, велики потери и ряда других продуктов из-за микробиальных поражений. Среди микроорганизмов есть особая группа - патогенные (болезнетворные) микробы, которые вызывают заболевания человека, животных и растений. Многие патогенные микроорганизмы размножаются или довольно долго сохраняются в живом состоянии на пищевых продуктах. Попадая в организм человека, они могут вызвать так называемые пищевые инфекционные заболевания и отравления.

На современном этапе  развития народного хозяйства страны, в условиях ускорения научно-технического процесса еще в большей степени  растет роль микробиологической науки. В настоящее время микробиология дифференцирована на ряд самостоятельных дисциплин: общую, медицинскую, сельскохозяйственную, ветеринарную, техническую (промышленную) и др. одним из разделов технической микробиологии является пищевая микробиология.

Без знания микрофлоры пищевых продуктов, специфических свойств микроорганизмов, их окружающей среды нельзя успешно выполнять задачи, поставленные перед наукой и практикой в области контроля качества, производства, хранения, реализации пищевых продуктов и максимального сокращения их потерь.

Микроорганизмы обладают высокой биохимической активностью. В процессе обмена веществ они  осуществляют самые разнообразные  химические реакции, в результате которых  образуются ценные вещества: спирты, кислоты, эфиры, витамины и другие. Эти продукты жизнедеятельности микробов используются в медицине, промышленности, быту. Многие биохимические процессы, вызываемые микроорганизмами, применяются в пищевой и легкой промышленности; велика их роль и в круговороте веществ в природе.

Ниже рассматриваются преимущественно микробиологические процессы, используемые при переработке пищевого сырья или обусловливающие порчу пищевых продуктов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1

 

1. История открытия брожения

 

Уже давно люди заметили, что всякий ягодный, виноградный  или иной сок, выжатый из фруктов и оставленный в сосуде, хотя бы и плотно закупоренном, вскоре начинает как бы кипеть, мутиться, пениться, и, если сосуд крепко закупорен, то даже разрывает его и в результате превращается в опьяняющий напиток — вино. Это изменение сока в вино люди и назвали брожением.

В 1850 г. Пастер установил, что  виноградная кислота состоит  из двух изомерных форм, имеющих  одну и ту же химическую формулу, но кристаллизующихся в виде кристаллов, формы которых относятся друг к другу, как несимметричный предмет к своему зеркальному отображению. Эти формы отличаются друг от друга определенным физическим признаком, именно, - противоположным вращением плоскости поляризации. Явление это было объяснено Вант-Гоффом в 1874 г. с точки зрения пространственного расположения атомов.

Пастер установил, что  плесневый гриб Penicillium glaucum, развиваясь на растворах виноградной кислоты, в первую очередь потребляет одну из двух форм, именно правовращающую, встречающуюся в виде естественного продукта. От изомерии виноградной кислоты он перешел к изомерии амиловых спиртов, образующихся при спиртовом брожении. Это заставило его обратиться к изучению брожений и их природы.

В 1855 г. Пастер обнаружил, что  сырой амиловый спирт брожения состоит  из двух химически тождественных амиловых спиртов: оптически неактивного и способного вращать плоскость поляризованного света. Уже в прежних своих кристаллографических исследованиях Пастер пришел к обобщению, что оптически активные вещества свойственны только органическому миру и их образование связано с процессом жизни. Отсюда Пастер сделал логическое заключение, что и оптически активный амиловый спирт возникает в процессе брожения при участии живого организма. Если это верно, то брожение есть процесс, связанный с жизнью, сам же фермент должен быть живым организмом. В результате длинного ряда блестящих исследований Пастером была создана теория брожения.

Сам Пастер говорит: "Вовлеченный, даже, вернее сказать, вынужденный логическим развитием моих исследований, я перешел от кристаллографии и молекулярной химии к изучению возбудителей брожения".

Поскольку фрукты сбраживаются в своем натуральном состоянии, брожение 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 сбраживания молока в Вавилоне около 3000 г. до н.э. Китайцы, вероятно, первыми стали сбраживать овощи.

Жизнь микробов возможна и без доступа кислорода  воздуха. Энергия, необходимая для жизнедеятельности организма, в этих условиях образуется в результате процессов брожения. Наиболее распространены виды брожений, в процессе которых происходит распад органических веществ (преимущественно Сахаров) под влиянием микроорганизмов, представляющий совокупность окислительно-восстановительных реакций. Брожения никогда не приводят к полному окислению органических веществ. Многие характерные формы брожения протекают без участия кислорода воздуха - анаэробно.

Поскольку свободный кислород, имеющийся на нашей планете, образовался в результате фотосинтеза, возникшего на более поздних этапах развития жизни на Земле, совершенно очевидно, что анаэробный способ извлечения энергии - брожение - более древний, чем процесс дыхания.

Брожение известно людям с незапамятных времен. Тысячелетиями человек пользовался спиртовым брожением при изготовлении вина. Еще раньше было известно о молочнокислом брожении. Люди употребляли в пищу молочные продукты, готовили сыры. При этом они не подозревали, что эти процессы происходят с помощью микроорганизмов. Термин "брожение" был введен голландским алхимиком Ван Хельмонтом в XVII в. для процессов, идущих с выделением газов (fermentatio - кипение). Затем в XIX в. основоположник современной микробиологии Луи Пастер показал, что брожение является результатом жизнедеятельности микробов, и установил, что различные брожения вызываются разными микроорганизмами.

Уже давно люди заметили, что всякий ягодный, виноградный  или иной сок, выжатый из фруктов  и оставленный в сосуде, хотя бы и плотно закупоренном, вскоре начинает как бы кипеть, мутиться, пениться, и, если сосуд крепко закупорен, то даже разрывает его и в результате превращается в опьяняющий напиток — вино. Это изменение сока в вино люди и назвали брожением.

Долгое время  не знали, отчего оно происходит. Лишь в 60-х годах XIX столетия французский  ученый Луи Пастер изучил этот вопрос и выяснил, что брожение всякой сладкой, т. е. содержащей сахаристые вещества жидкости происходит оттого, что в ней поселяются, размножаются и живут особые низшие организмы, которые были названы дрожжами или дрожжевыми грибками.

Дрожжевые грибки представляют собой кругловатые  или удлиненные тельца и настолько  малы, что их можно рассмотреть  лишь в микроскоп. Собранные же вместе в огромных количествах отдельных грибков дрожжи представляют по виду ту серовато-желтую массу, которая оседает на дне бутылки если в ней дать постоять фруктовому соку в течение некоторого времени.

Дрожжевые грибки обладают способностью при благоприятных  условиях очень быстро размножаться, так что на заводах, приготовляющих дрожжи, из одного такого грибка в течение даже 1—2 суток получаются десятки и сотни пудов прессованных дрожжей. Если такое тельце попадет в фруктовый сок, имеющий хоть немного сахара, то оно начинает сейчас же размножаться и вызовет этим брожение сока. Благодаря же тому, что эти грибки чрезвычайно мелки и при высыхании не теряют своей жизнеспособности, а становясь очень легкими, всюду носятся в воздухе, не может быть такого случая, чтобы в сок, простоявший на воздухе открыто хотя бы несколько минут, не попало хотя бы одного такого грибка. Эти грибки могут быть убиты лишь кипячением такого сока, притом в посуде крепко закупоренной.

Попавши в сахаристый сок, дрожжевые грибки начинают очень  быстро размножаться, если условия для этого благоприятствуют. Размножаются эти грибки трояко: почкованием, спорами и реже делением. При почковании сбоку дрожжевого тельца появляется бородавочка — почка; почка эта быстро растет, достигает материнских размеров и тогда, а иногда раньше или позже, отделяется от материнского тельца и живет как самостоятельный грибок. Часто эта дочерняя почка, еще не отделившись от матери, образует свои почки, а те в свою очередь образуют свои почки, следовательно, внуков, правнуков и так далее, так что в этих случаях образуется нечто вроде сильно разветвленного деревца, состоящего из соединенных друг с другом кругловатых телец — почек. Такая группа грибков носит название дрожжевой колонии. При малейшем сотрясении такая колония быстро распадается на отдельные тельца — дрожжевые грибки. Это размножение почкованием происходит чрезвычайно быстро.

Размножение дрожжей  спорами происходит медленнее. Когда  грибок достигает полной зрелости, что обычно случается через 10—12 часов его жизни, тогда внутри тельца дрожжевого грибка образуется 1—11 кругловатых телец, называемых спорами, которые, достигнув соответствующей величины, разрывают материнское тело и таким образом освобождаются. Если при этом условия благоприятны, то споры эти начинают расти, размножаться почкованием, образовывать колонии, как и взрослые грибки. Этот способ размножения замечается обычно тогда, когда дрожжевые грибки, не имея достаточной пищи, чувствуют опасность погибнуть от голода. Споры дрожжей важны для нас потому, что в виде спор грибки эти легче переносят неблагоприятные условия жизни, сухость, голод, более или менее сильный жар и пр. Кроме того, так как они мельче дрожжевых грибков, то легче переносятся воздухом.

Размножение делением наблюдается сравнительно редко  и лишь у некоторых видов дрожжевых грибков, имеющих удлиненную палочкообразную форму. В этом случае посередине тельца грибка образуется перегородка, которая и разделяет грибок на два самостоятельных грибка, быстро вырастающих и в свою очередь делящихся пополам и т. д. В результате получается колония дрожжевых грибков в виде более или менее длинной цепочки.

Главными, наиболее важными условиями, необходимыми для  размножения и жизни дрожжевых  грибков являются:

1) достаточное  количество пищи для постройки  тела дрожжевых грибков;

2) достаточное  количество тепла и

3) возможность  добывать так или иначе кислород, необходимый для работы этих  грибков.

Пищей дрожжевых  грибков являются, главным образом, белковые (азотистые) вещества, минеральные  вещества и лишь в самом ничтожном размере сахаристые вещества.

Белковые вещества (азотистые), поглощаясь тельцами дрожжевых  грибков, накапливаются внутри их, распирают  их и этим вызывают рост дрожжей  и образование почек. При недостатке белковых веществ дрожжи не размножаются и временно замирают.

 

Из минеральных  веществ наиболее необходимы фосфорная  кислота, калий, меньше магний и еще  меньше известь. Сахар для пищи дрожжей  нужен в очень слабой степени, и, в случае недостатка его, дрожжи легко  обходятся и без сахара.

Для жизни дрожжевых  грибков нужно достаточно тепла. Хотя эти грибки выдерживают очень низкие температуры и даже при замораживании не умирают, а лишь замирают, но наилучше они себя чувствуют при более средних температурах. Размножение дрожжей почкованием требует при 4° — 20 часов, 13,5° — 10 1/2 ч., 23° — 6 1/2 ч. и при 28°C — 5 3/4 часа. Считают, что жизнь дрожжевых грибков происходит лишь при температуре не ниже 1° и не выше 47°. При более низкой грибки замирают; а при более высокой (при нагревании до 80—100°C) даже погибают. Необходимое для жизни тепло дрожжевые грибки, как и все животные и человек, добывают посредством дыхания.