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 лактатдегидрогеназу и 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