Ацетоно-бутиловое брожение. Хемизм и энергетика процесса. Морфологические и физиологические особенности возбудителей данного типа брожения.

Возбудитель ацетонобутилового брожения — С.acetobutylicum, он широко распространен в поч­вах, имеет палочковидные клетки (0.6—0.9 х 2,4—4.7 мкм) с перитрихальным жгутикованием. Характерно образование овальных спор, которые располагаются в клетке субтерминально. Бактерии сбраживают моно-. ди- и полисахариды. а также глицерин, маннит. глюконат, пируват и ряд других соединений, фиксируют молекуляр­ный азот. Оптимальная температура для их роста 37—38 °С, опти­мальное значение рН среды ~ 5,1—6,9- Ацетонобутиловые бактерии способны разлагать белки.

Сбраживание углеводов при помощи данных бактерий проис­ходит по пути Эмбдена—Мейергофа—Парнаса. Образовавшийся в ре­зультате декарбоксилирования пирувата ацетил-КоА восстанавлива­ется в этанол. идет на синтез ацетата или конденсируется в ацето-ацетил-КоА. Последний декарбоксилируется, что приводит к обра­зованию ацетона, или восстанавливается в бутирил-КоА. Который может трансформироваться в бутират или восстанавливаться через бутиральдегид до бутанола. Суммарная схема ацетонобутилового брожения:

С₆Н₁₂О₆ = СН₃СН₂СН₂СН₂ОН + СН₃СОСН₃ + СН₃СН₂ОН + СН₃СНОНСН₃ + Н₂ + СО₂

Основные конечные продукты брожения, как видно. — бутанол, этанол, ацетон. 2-пропанол, а также ацетат и бутират. Однако характер конечных продуктов определяется как видовой принадлеж­ностью используемого для брожения микроорганизма, так и усло­виями. в которых идет процесс. Установлено, что ацетонобутиловое брожение имеет двухфазный характер. В течение первой фазы на­блюдается активный рост бактерий, в среде идет накопление пре­имущественно органических кислот. Во второй фазе брожения сни­жается значение рН среды, рост бактерий замедляется, преобладает синтез нейтральных продуктов — ацетона, бутанола и этанола.

Двухфазность ацетонобутилового брожения связана с рН сре­ды. Если кислотность среды в результате накопления органических кислот возрастает до рН 4,5 и более, происходит интенсивное обра­зование нейтральных продуктов, что предупреждает дальнейшее подкисление среды, неблагоприятное для бактерий.

Ацетонобутиловые бактерии значительно более требовательны к среде, чем маслянокислые. Эти микроорганизмы нуждаются в го­товых аминокислотах и витаминах (биотин и п-аминобензойная кислота).

Образование уксусной кислоты и уксуснокислые бактерии. Способы производства уксуса.

Этиловый спирт окисляется до уксусной кислоты под влиянием уксуснокис­лых бактерий родов Gluconobacter и Acetobacter. Это грамотрицательные хемоорганогетеротрофные, не образующие спор, палочковидные организмы, подвижные или неподвижные.

Уксуснокислые бактерии указанных родов различаются между собой по характеру жгутикования. У представителей рода Gluconobacter клетки двигаются при помоши трех—восьми полярных жгути­ков. редко одного, есть и неподвижные формы. Для бактерий рода Acetobacter. характерно перитрихальное жтутикование, но также есть и неподвижные виды.

Уксуснокислые бактерии — строгие аэробы, поэтому они раз­виваются только на поверхности среды. Им присуще и образование пленок — одни виды организмов образуют тонкие пленки, состоя­щие из одного слоя клеток, у других пленки более толстые, иногда напоминающие папиросную бумагу. Отдельные виды имеют слизис­тые. толстые пленки. Уксуснокислые бактерии отличаются высокой устойчивостью к кислотам (могут расти в среде с начальным рН 4, при оптимуме рН 5—6). Виды данной группы микроорганизмов об­наруживают на поверхности растений (цветков, плодов), на разла­гающихся растительных остатках и т. д. Характерная особенность уксуснокислых бактерий — способ­ность превращать этиловый спирт в уксусную кислоту: СН₃СН₂ОН + О₂ = СН₃СООН + Н₂О

Эти организмы используют для производства пищевого уксуса из вина и спирта. Два рода уксуснокислых бактерий различают по степени окисления органических субстратов.

Есть группа бактерии, способные к полному окислению органических субстратов до СО₂ и Н₂О. В этом случае образовавшаяся уксусная кислота представляет собой лишь про­межуточный этап, и после исчерпания из среды исходного суб­страта бактерии начинают медленно окислять уксусную кислоту.

89. Образование органических кислот мицелляльными грибами. Производство лимонной кислоты. Возбудители процесса.

Углеводы могут окисляться до лимонной кислоты и других органических кислот. При рассмотрении процессов дыхания и бро­жения было отмечено, что некоторые микроорганизмы не полно­стью окисляют те или иные органические соединения. В этом слу­чае происходит накопление продуктов неполного окисления — оксалата, цитрата, сукцината, фумарата, малата. аконитата, глюконата и других кислот. Подобные процессы часто вызывают грибы. Так, виды родов Rhizopus и Мисоr вызывают окисление углеводов глав­ным образом до малата, в небольших количествах до сукцината, фу­марата, малата. ацетата и муравьиной кислоты, а также этанола; ро­дов Aspergillus, Penicillium — до глюконата,оксалата и цитрата. Микробиологический синтез цитрата, глюконата, α - кетоглутарата, сукцината, фумарата, малата и ряда других органических кислот обычно осуществляется при интенсивной аэрации. Перечис­ленные кислоты служат промежуточными продуктами метаболизма соединений углерода, в том числе цикла трикарбоновых кислот.

Большое практическое значение имеет микробиологическое получение цитрата из углеводов с использованием гриба Aspergillus, превращающего почти 60% глюкозы в лимонную кислоту. Сейчас разработан и промышленный способ микробиологического получения лимонной кислоты, необходимой в медицине, фармацевтической, пищевой и химической промыш­ленности, а также при дублении кож, в печатном деле и т. д. В процессе окисления глюкозы наряду с цитратом всегда об­разуется глюконат, причем выход последнего зависит от штамма гриба и от рН среды. Попутно выделяются оксалат и сукцинат.