Уксусный альдегид Этиловый спирт

Сбраживание глюкозы дрожжами – анаэробный процесс. Но дрожжи – аэробные микроорганизмы. В анаэробных условиях происходит интенсивное брожение, но роста дрожжей не происходит. При доступе кислорода, наоборот, замедляется брожение, происходит рост дрожжей, процесс дыхания.

Интенсивный приток воздуха вызывает прекращение брожения. Однако образование спирта полностью прекратиться не может. Этот эффект подавления брожения называется эффектом Пастера.

Из углеводов дрожжи в первую очередь сбраживают глюкозу, фруктозу, мальтозу, сахарозу, мальтотриозу. Сначала сбраживаются моносахара, затем дисахариды, только после их превращения в моносахара.

Этиловый спирт и диоксид углерода – основные продукты спиртового брожения. Кроме них в небольших количествах образуются вторичные и побочные продукты брожения. Эти продукты придают вкус и аромат продуктам брожения.

Вторичные продукты – образуются из сахара (кроме спирта и диоксида углерода). Такими продуктами являются: глицерин, уксусный альдегид, уксусная, янтарная, молочная и лимонная кислоты, ацетон, ацетоин, диацетил.

Побочные продукты – образуются из других веществ, находящихся в сбраживаемой среде, главным образом из аминокислот. К ним относятся: высшие спирты: пропанол, изобутанол, изопентанол, эфиры.

Вторичные и побочные продукты спиртового брожения строго разграничивать нельзя. Так, янтарная и молочная кислоты могут быть получены как из сахара, так и из глютаминовой кислоты и аланина. Высшие спирты также образуются из сахара и аминокислот.

Высшие спирты –могут образовываться из аминокислот путем дезаминирования (отщепление группы NH₃), декарбоксилирования (отщепление СО₂) с присоединением воды или переаминирования аминокислот. Также высшие спирты могут образовываться из сахара. В процессе спиртового брожения образуется ПВК. Основная часть ее расходуется на образование этилового спирта, а незначительное количество претерпевает ряд превращений, в результате образуется изобутанол или изопентанол. Все эти пути образования высших спиртов не противоречат друг другу. Часть высших спиртов образуется из сахаров, другая часть из аминокислот.

Образование эфиров происходит в результате реакции этерификации при участии эстераз дрожжей. В этой реакции участвуют спирт и кислота. Образование эфиров также может происходить из альдегидов:

Кислоты образуются следующим образом: уксусный альдегид может испытывать дисмутацию с образованием уксусной кислоты и этилового спирта.

Одна молекула окисляется в кислоту, другая - восстанавливается в спирт.

Янтарная кислота образуется при взаимодействии двух молекул уксусной кислоты с одной молекулой уксусного альдегида.

2СН₃СООН + СН₃СНО СООНСН₂СН₂ + СН₃СН₂ОН

Янтарная кислота может образовываться также путем дезаминирования глютаминовой кислоты.

Лимонная кислота также образуется из уксусного альдегида.

3СН₃СОН + 4Н₂О СН₂СООН)₂ С(ОН)СООН + 6СН₃СН₂ОН

Молочная кислота образуется при восстановлении пировиноградной кислоты.

По рассмотренным схемам образуются вторичные и побочные продукты при спиртовом брожении. Но эти продукты также образуются и во время протекания других видов брожения: уксуснокислого, молочнокислого и пр. Механизм образования их идентичен, разнообразие составляет только наименование и количество образующихся продуктов.

Вторичные и побочные продукты образуются также в результате квашения и мочения и придают готовым продуктам специфические вкусовые качества.

Наиболее благоприятной концентрацией сахара в бродящей среде является 10-20 %. По мере брожения в среде накапливается спирт, который угнетающе действует на дрожжи. При накоплении спирта до 18 % брожение останавливается. Такая концентрация спирта для дрожжей является предельной.

Большое значение для брожения имеет и температура среды. Оптимальной является температура 15-25 ^оС. При температуре 35 ^оС наблюдается затухание брожения, а при 50 ^оС брожение прекращается, так как происходит инактивация ферментов. Минимальная температура, при которой происходит брожение – 4-5^оС.

На ход брожения оказывает влияние раса дрожжей. Одни дрожжи способны накапливать больше спирта, другие – побочные и вторичные продукты. Спиртовое брожение нормально протекает в средах с довольно высокой кислотностью (рН 3,5-4,5).

При получении плодово-ягодных соков спиртовое брожение является нежелательным процессом и его приостанавливают различными технологическими приемами: охлаждением, сульфитацией, пастеризацией. Брожение может также вызывать порчу консервированных продуктов, содержащих сахар: компотов, пюре, соков и т.д.

Таким образом, процесс спиртового брожения играет в различных производствах как положительную, так и отрицательную роль.

Уксуснокислое брожение является аэробным процессом. Вызывается уксуснокислыми бактериями. Они способны окислять не только этиловый спирт в уксусную кислоту, но и пропиловый спирт в пропионовую кислоту, бутиловый – в мясляную. Не окисляют уксуснокислые бактерии метиловый спирт и высшие спирты.

Окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями осуществляется путем его дегидрирования. Суммарную схему процесса можно представить в следующем виде:

В средах с достаточно высоким содержанием этилового спирта уксуснокислые бактерии окисляют его только до уксусной кислоты. Эта реакция протекает с малым энергетическим эффектом, поэтому, чтобы получить необходимое для своей жизнедеятельности количество энергии уксуснокислым бактериям приходится производить окисление больших количеств спирта.

Количество видов уксуснокислых бактерий велико. Это аэробы, которые способны образовывать на поверхности субстратов пленки. Уксуснокислые бактерии всегда можно обнаружить в почве, воздухе, воде, на поверхности плодов и ягод. Эти бактерии не образуют спор.

На развитие уксуснокислых бактерий большое влияние оказывает температура. При температуре 12-15^оС размножение в субстрате замедляется. Оптимальная температура 20-35^оС.

Уксуснокислое брожение используется в производстве столового уксуса. Но в тоже время оно может вызывать порчу многих продуктов. Уксуснокислое брожение может наблюдаться в слабокислых пастеризованных маринадах при хранении их в негерметичной таре. При этом маринады скисают, образуется беловато серая нежная пленка, или кольца у стенок тары, или толстые кожистые пленки.

Молочнокислое брожение, как и спиртовое, известно со времен глубокой древности. Возбудителем его являются молочнокислые бактерии.

Молочнокислые бактерии широко распространены в природе. Они находятся на поверхности плодов и овощей. Встречаются также в воздухе, почве, на кожных покровах, в кишечнике животных и человека.

По характеру возбуждаемых реакций молочнокислые бактерии делятся на типичные и нетипичные.

Типичные осуществляют расщепление сахаров до молочной кислоты без образования побочных продуктов. В общем виде процесс можно выразить следующим уравнением.

При этом поэтапно распад моносахаридов идет с образованием тех же продуктов, что и при спиртовом брожении, вплоть до образования пировиноградной кислоты. В дальнейшем механизм процесса изменяется: в комплексе ферментов у молочнокислых бактерий отсутствует карбоксилаза, в результате этого вместо расщепления ПВК на уксусный альдегид и диоксид углерода, она восстанавливается в молочную кислоту. Этот процесс катализирует фермент редуктаза.

Нетипичные молочнокислые бактерии наряду с молочной кислотой образуют большее или меньшее количество побочных продуктов – уксусной кислоты, янтарной кислоты, этилового спирта и пр. Схематично процесс можно представить следующим уравнением.

Образование побочных продуктов объясняется тем, что микроорганизмы, вызывающие нетипичное молочнокислое брожение, в комплексе ферментов содержат карбоксилазу. ПВК при этом расщепляется до уксусного альдегида и диоксида углерода лишь частично. В результате разнообразных превращений уксусного альдегида и ПВК происходит образование янтарной, уксусной кислот и этилового спирта. Механизм подробно рассмотрен на примере спиртового брожения.

Таким образом, не типичное молочнокислое брожение протекает более сложно, чем типичное. Количественное соотношение между накапливающимися побочными продуктами может быть самым разнообразным: молочной кислоты может накапливаться до 40 % от количества сброженного сахара, янтарной около 20 %, этилового спирта и уксусной кислоты примерно по 10 %, газов – около 20 %. Иногда количество образовавшихся газов уменьшается, но тогда в среде появляется муравьиная кислота (НСООН).

Молочнокислые бактерии (Lactobacterium) являются не спорообразующими. Большинство – факультативные анаэробы, но лучше развиваются без доступа кислорода. Имеют высокую сбраживающую способность по отношению к различным моно- и дисахаридам. Сбраживать же крахмал не могут, так как не содержат соответствующих гидролитических ферментов. Температурный оптимум 30-35 ^оС.

Молочнокислые бактерии являются возбудителем процессов квашения и мочения овощей и плодов.

Кроме этого молочнокислые бактерии могут явиться причиной порчи консервированных продуктов, в частности, томатов и томатного сока.

Если при стерилизации нарушен температурный режим, то в этом случае в консервах сохраняются жизнеспособные клетки, которые сбраживают углеводы и органические кислоты томатного сока. При этом образуется спирт, уксусная и молочная кислоты и диоксид углерода. При нормальном проведении технологического процесса порчи сока не происходит, так как молочнокислые бактерии не образуют спор, их вегетативные клетки гибнут при температуре около 80^о С.

Маслянокислое брожение является очень распространенным в природных условиях процессом анаэробного разложения органических веществ. Возбудителями являются маслянокислые бактерии. Они присутствуют всюду, где есть растительные остатки. Оптимальная температура их развития 30-40^оС. Споры возбудителей маслянокислого брожения очень термоустойчивы.

Для своего развития они используют самые разнообразные источники углерода – сахара, молочную, пировиноградную кислоты, маннит, глицерин. В своем комплексе ферментов они содержат активную амилазу, это дает им возможность непосредственно сбраживать и крахмал.

Расщепление сахара при маслянокислом брожении происходит согласно следующего суммарного уравнения:

При маслянокислом брожении все превращения идут по тому же пути, что и при спиртовом, вплоть до образования уксусного альдегида. Но восстановления образовавшегося ацетальдегида до этанола не происходит, так как в ферментативном комплексе маслянокислых бактерий отсутствует редуктаза. Вместо восстановления ацетальдегида происходит его альдольное уплотнение с последующей трансформацией альдоля в масляную кислоту. Альдольное уплотнение катализируется ферментом карболигазой.

СН₃СОН +СН₃СОН СН₃СНОНСН₂СОН СН₃СН₂СН₂СООН

В качестве побочных продуктов брожения часто образуется этиловый спирт, а также бутиловый спирт, ацетон и уксусная кислота.

Для консервного производства, а также и для других пищевых производств маслянокислое брожение является вредным процессом.

Споры маслянокислых бактерий могут выдерживать непродолжительное кипячение (в течение 1-2 мин), поэтому они могут сохраняться в пастеризованных или даже стерилизованных продуктах, особенно в тех случаях, когда сырье сильно загрязнено и плохо промыто. В процессе жизнедеятельности маслянокислые бактерии разлагают углеводы (крахмал, декстрины, гексозы, пентозы), некоторые спирты (глицерин, маннит), соли молочной и пировиноградной кислот. Образующиеся в результате брожения масляная кислота, диоксид углерода и водород изменяют вкусовыекачества консервов. Консервы становятся не пригодными к употреблению. Маслянокислые бактерии вызывают порчу фруктовых консервов и томатопродуктов.

Но при переработке свежего сырья и при соблюдении санитарного и технологического режима порчи консервов не происходит, так как споры этих бактерий в кислой среде нетермостойки и погибают при нагревании продукта до температуры 100^о С.

При наличии азотистых веществ в пищевых продуктах при развитии маслянокислых бактерий появляется резкий запах аммиачных соединений. Маслянокислое брожение может возникнуть и в квашеных овощах. Иногда наблюдается массовая порча картофеля, хранящегося в буртах.

Но масляная кислота и ее эфиры находят широкое техническое применение. Метиловый эфир (яблочная эссенция), этиловый (грушевая) и амиловый (ананасная) используются в качестве ароматизаторов в различных отраслях промышленности.

В процессе обмена веществ микроорганизмы не только осуществляют синтез сложных белковых веществ собственной цитоплазмы, но и производят глубокое разрушение белковых соединений субстрата. Процесс минерализации органических белковых веществ микроорганизмами, протекающий с выделением аммиака или с образованием аммонийных солей, получил название гниения.

В строгом микробиологическом смысле гниение – минерализация белка, но в повседневной жизни гниением называют ряд разнообразных процессов, имеющих чисто случайное сходство, объединяя в этом понятии и порчу пищевых продуктов (мяса, рыбы, плодов, овощей).

Гниение – сложный многоступенчатый процесс. Его внутренняя сущность заключается в энергетических превращениях микроорганизмами аминокислот с использованием их углеродного скелета в синтезе новых соединений. В естественных условиях разложение богатых белками веществ возбуждается различными бактериями, плесенями, протекает очень легко как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

В этой связи химизм разложения белковых веществ и природа образующихся продуктов распада могут сильно изменяться в зависимости от вида микроорганизмов, химической природы белка, условий протекания процесса: аэрации, влажности, температуры.

При доступе воздуха, например, процесс гниения протекает очень интенсивно, вплоть до полной минерализации белковых веществ – образуются аммиак, метан, либо диоксид углерода, а также сероводород и соли фосфорной кислоты.

В анаэробных условиях, как правило, полной минерализации белка не происходит, часть промежуточных продуктов гниения, имеющих неприятный запах, сохраняется в продукте, придавая ему тошнотворный запах гниения.

Механизм минерализации белковой молекулы гнилостными микробами можно представить следующей цепью химических превращений.

1. Гидролиз крупной белковой молекулы до альбумоз, пептонов, полипептидов, дипептидов.

2. Более глубокий гидролиз продуктов разложения белка до аминокислот.

3. Превращения аминокислот под действием микробных ферментов.

Аминокислоты могут подвергаться декарбоксилированию, дезаминированию. Карбоксилаза вызываетдекарбоксилирование аминокислот с образованием летучих аминов или диаминов, имеющих тошнотворный запах. Из аминокислоты лизина при этом образуется кадаверин, из аминокислоты орнитина – путресцин.

Кадаверин и путресцин получили название «трупных ядов». Ранее считалось, что эти яды вызывают пищевые отравления. Но в настоящее время доказано, что ядовитыми считаются не они сами, а сопутствующие им производные – нейрин, мускарин и некоторые вещества неизвестной химической природы.

При дезаминировании от аминокислот отщепляется аминогруппа (NН)₂, из которой образуется аммиак. Реакция субстрата при этом становится щелочной. При окислительном дезаминировании, кроме аммиака, образуются еще и кетокислоты.

При восстановительном дезаминировании возникают предельные жирные кислоты.

Гидролитическое дезаминирование и декарбоксилирование приводят к образованию спиртов.

Кроме того могут образовываться при этом и углеводороды (например, метан), непредельные жирные кислоты, водород.

Из ароматических аминокислот в анаэробных условиях возникают дурнопахнущие продукты гниения: фенол, индол, скатол. Индол и скатол образуются обычно из триптофана.

Из аминокислот, содержащих серу, в аэробных условиях гниения образуются сероводород или меркаптаны, обладающие неприятным запахом тухлых яиц.

В каждом конкретном случае возможно протекание только части указанных химических превращений, а не полностью всего цикла.

Появление в пищевых продуктах, богатых белком (таких как мясо, рыба), запаха аммиака, аминов и других продуктов распада аминокислот является показателем их микробиологической порчи. Из консервированной продукции гниению подвергаются мясные и мясоовощные консервы. Сначала наблюдается потемнение мяса, затем почернение, появляется гнилостный запах и часто наблюдается вздутие банок. Лишь при созревании соленой сельди процесс гниения может быть использован как полезный процесс. Схема расщепления белка микроорганизмами приведена на рисунке 23.

Если консервы были недостаточно простерилизованы или банки недостаточно герметично укупорены, то в консервированных продуктах начинается активное развитие микроорганизмов с образованием газообразных продуктов их жизнедеятельности: водорода, диоксида углерода, аммиака, сероводорода. В результате давление в таких банках повышается и происходит вспучивание крышек, причем в металлической таре вспучивание происходит с обеих сторон. Такой вид брака консервов называется бомбаж. Бомбажная банка вздута постоянно, вспучивание не устраняется при нажатии пальцем. Бомбажные банки отбраковывают и уничтожают.

Если образующихся газов недостаточно, чтобы вызвать вздутие обоих концов, бомбаж может быть односторонним. При нажатии пальцем вздутый конец приобретает нормальное положение, но вздувается с легким хлопком противоположный конец. Если палец отнять, конец снова вспучивается. Такой вид брака называется «хлопающие донца» или «хлопуши».

Если количество образовавшегося газа в банке еще меньше, то возникшее небольшое вздутие одного конца можно устранить нажатием пальца руки, причем по устранении нажима крышка больше не вздувается. Такой вид брака называется «вибрирующая крышка».

Бомбаж может иметь химическое происхождение, если за счет коррозионных процессов в банке (из-за реакции консервированных продуктов с материалом тары) накапливается газ – водород.

Бомбаж может иметь физическую природу, т.е. вздутие может произойти из-за того, что температура хранения выше, чем температура продукта при фасовке. При этом повышается избыточное давление в таре. При охлаждении концы втягиваются и банки принимают нормальное положение. Физический бомбаж может быть связан также и с переполнением банки при фасовке. При последующей стерилизации расширение продукта может вызвать необратимую деформацию концов. Такие консервы доброкачественны, но имеют не привлекательный внешний вид.

К браку консервов, фасованных в стеклянную тару, относят также банки с видимыми через стекло признаками микробиологической порчи – пленкой плесени на поверхности продукта, пузырьками брожения, не свойственными осадками, с помутневшей жидкой фазой. Последнее относится к консервам с прозрачной заливкой, для которых показатель прозрачности фигурирует в нормативных документах на данный вид консервов. Также к браку относятся консервы с явно выраженными признаками негерметичности: с пробоинами, со сквозными трещинами, подтеками или следами продукта, вытекающего из банки.

Есть виды брака, которые могут быть только обнаружены при вскрытии тары (консервы заплесневевшие, забродившие, с помутневшей заливкой), если консервы расфасованы в металлическую тару. Кроме того, после вскрытия банок некоторые признаки порчи могут быть определены органолептически: скисание, наличие дурных запахов, ослизнение, мацерация тканей. В некоторых случаях внешние и органолептические признаки порчи отсутствуют, но микробиологический анализ обнаруживает их недоброкачественность. Такое явление наблюдается в консервах, инфицированных гнилостными или протеолитическими микроорганизмами, в том числе возбудителями ботулизма. Такие консервы отбраковываются и уничтожаются.

1. Какие микроорганизмы могут вызывать спиртовое брожение?

2. Как изменяются свойства плодов и овощей при спиртовом брожении?

4. Каким образом происходит окисление сахаров в аэробных и анаэробных условиях?

5. Каким образом образуются высшие спирты при спиртовом брожении?

6. Как образуются эфиры при спиртовом брожении?

7. Как и какие кислоты образуются при брожении?

8. Какие факторы влияют на процесс спиртового брожения?

9. Какие микроорганизмы вызывают уксуснокислое брожение?

10. Какие факторы оказывают влияние на развитие уксуснокислых бактерий?

11. Чем отличаются типичные и нетипичные молочнокислые бактерии?

12. Какие факторы влияют жизнедеятельность молочнокислых бактерий?

13. Какие основные и побочные продукты образуются при мяслянокислом брожении?

14. Какую роль играет маслянокислое брожение в консервном производстве?

15. В чем заключается механизм минерализации белков под действием микроорганизмов?

16. Что такое «трупные яды» и каков механизм их образования?

18. Чем обусловлен химический и физический бомбаж?

19. Что относится к браку консервов в стеклянной таре?

20. Как можно обнаружить брак консервов в металлической таре?

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: