Спиртовое брожение

Молочнокислое брожение

Молочнокислое брожение – это анаэробное превращение углеводов с образованием молочной кислоты. Существуют два вида молочнокислого брожения - гомоферментативное и гетероферментативное. Вызываются эти виды брожения соответственно гомоферментативными и гетероферментативными молочнокислыми бактериями (МКБ).

Гомоферментативное молочнокислое брожение. Сначала расщепление глюкозы идет по ЭМП пути (гликолиз). Гомоферментативные МКБ синтезируют фермент лактатдегидрогеназуи используют ПВК в качестве акцептора водорода, восстанавливая ее до молочной кислоты:

ЭМП-путь ЛДГ

С₆Н₁₂О₆ → 2 СН₃СОСООН + 2 НАДН₂ → 2 СН₃СНОНСООН + НАД⁺

Гетероферментативное молочнокислое брожение. Гетероферментативные МКБ не имеют альдолазы и триозофосфатизомеразы – основных ферментов, необходимых для расщепления углеводов по ЭМП-пути, поэтому эти микроорганизмы метаболизируют глюкозу по ГМФ-пути. При гетероферментативном молочнокислом брожении одновременно с образованием молочной кислоты происходит накопление этилового спирта, СО₂, уксусной кислоты и других продуктов. Это зависит от вида микроорганизма, условий культивирования (рН, температура, степень аэрации) и других факторов. Например:

2 С₆Н₁₂О₆→СН₃СНОНСООН+СООНСН₂СН₂СООН+СН₃СООН+СН₃СН₂ОН+Н₂

Молочнокислые бактерии – это бактерии, способные образовывать в качестве главного продукта брожения молочную кислоту. В группу МКБ объединены различные по систематическому положению микроорганизмы: молочнокислые кокки(представители родов Lactococcus, Pediococcus, Aerococcus, Leuconostoc), молочнокислые палочки (род Lactobacillus). МКБ широко распространены в природе. Они встречаются на различных растениях, в почве (в верхних слоях), в ризосфере растений, в желудочном тракте теплокровных животных и человека, в силосе, муке, овощах, сыром молоке, молочных продуктах, различных квашенных продуктах. На основе живых культур лактобактерий изготовлены многочисленные пробиотические препараты, большинство из них предназначено для коррекции микрофлоры организма человека.

Спиртовое брожение вызывают различные дрожжи и некоторые бактерии. Перед началом спиртового брожения олигосахара вначале гидролизуются соответствующими ферментами дрожжей до гексоз. Затем гликолитическим путем осуществляется расщепление гексоз и образование ПВК. Под действием пируватдекарбоксилазы микроорганизмов от ПВК отщепляется СО₂ и образуется ацетальдегид:

ЭМП-путь ПДК

С₆Н₁₂О₆ → 2 СН₃СОСООН → 2 СН₃СНО + 2 СО₂

Ацетальдегид служит конечным акцептором водорода. Он восстанавливается в этанол при участии фермента алкогольдегидрогеназы. Брожение предполагает строгое равновесие процессов окисления и восстановления. Поэтому НАД, восстановленный на одном из этапов брожения, должен окисляться на другом этапе. Окисление НАДН₂ происходит одновременно с восстановлением ацетальдегида в этанол:

АДГ

2 СН₃СНО + 2 НАДН₂ → 2 СН₃СН₂ОН + 2НАД⁺

Таким образом, при спиртовом брожении основным продуктом превращения сахаров является этанол и СО₂: С₆Н₁₂О₆ → 2 СН₃СН₂ОН + 2 СО₂

Спиртовое брожение протекает наиболее интенсивно в кислой среде (рН 4,0-4,5), при температуре 30⁰С и концентрации сахара 10-15%. Повышенная концентрация сахара приводит к замедлению, а затем прекращению процесса.

Ход брожения может заметно меняться в зависимости от конкретных условий. Если в культуру бродящих дрожжей добавить бисульфит натрия, то он связывает уксусный альдегид. Значит, ацетальдегид блокируется и исключается из последующего процесса:

СН₃СНО + NaHSO₃ → СН₃СНОНSO₃Na

В таких условиях акцептором водорода, оторванного от НАДН₂, является фосфоглицериновый альдегид, который превращается в глицерин-3-фосфат, а затем дефосфорилируется с образованием глицерина:

С₆Н₁₂О₆ → С₃Н₅(ОН)₃ + СН₃СНОНSO₃Na + СО₂

Сходный вариант спиртового брожения происходит при подщелачивании среды:

2 С₆Н₁₂О₆ + Н₂О → 2 С₃Н₅(ОН)₃ + СН₃СН₂ОН + СН₃СООН + 2СО₂