Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"КИРОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ"

Министерства здравоохранения Российской Федерации

Кафедра микробиологии и вирусологии

Дисциплина: "Основы микробиологии "

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Тема: Спиртовое брожение (определение, возбудители, химизм, практическое значение).

Выполнила:

Ф.И. О студента Гущина Ю.С.

Специальность: Товароведение

Проверила: Попова С.В.

Киров 2015 г.

Содержание

• Введение
• 1. Брожение в анаэробных условиях
• 1.1 Спиртовое брожение и химизм
• 1.2 Использование спиртового брожения
• 2. Практическое значение брожения
• 2.1 Получение пива
• 2.2 Получение вина
• 2.3 Производство хлеба
• 2.4 Применение спирта
• Вывод
• Литература

Введение

Велико значение микроорганизмов в жизни нашей планеты. Они активно участвуют в различных превращениях веществ в природе. С их жизнедеятельностью связано образование каменного угля, нефти, некоторых руд, торфа. Большую роль играют микробы в почвообразовательных процессах, способствуя повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Используют микроорганизмы и в промышленном производстве органических кислот (молочной, масляной, лимонной и др.), ацетона, бутилового и этилового спиртов, витаминов, аминокислот, ферментных препаратов и антибиотиков. Многие микроорганизмы с давних пор применяют в пищевой и легкой промышленности, а также в домашнем хозяйстве. С использованием дрожжей, например, производят пиво, тесто для хлеба. Молочнокислые бактерии используют в производстве различных кисломолочных продуктов, они же участвуют в процессах созревания сыров и квашения овощей.

Микроорганизмы привлекают внимание исследователей и как потенциальные продуценты пищевого белка (дрожжи, цианобактерии и др.).

Многие микроорганизмы, однако, играют отрицательную роль. Они могут являться возбудителями болезней человека, животных и растений, вызывать порчу пищевых продуктов и разрушение различных материалов, нанося большой ущерб народному хозяйству.

Знание свойств микроорганизмов позволяет своевременно принимать соответствующие меры, направленные на предотвращение развития микроорганизмов при транспортировании и хранении продуктов. К наиболее распространенным методам консервирования продуктов относят охлаждение, замораживание, пастеризацию и стерилизацию продуктов, обработку их антисептиками (консервантами) и др. Таким образом, микробиология тесно связана с технологией производства и товароведением пищевых продуктов. Технологу и товароведу в практической деятельности постоянно приходится использовать знания микробиологии.

Достижения современной микробиологии базируются на развитии физики, химии, биологии, биологической химии и молекулярной биологии. Поэтому для успешного изучения микробиологии требуется глубокое знание этих наук, особенно органической и биологической химии.

Задачи современной микробиологии настолько разнообразны и специфичны, что из нее выделился ряд специализированных дисциплин - медицинская, ветеринарная, сельскохозяйственная и техническая (промышленная) микробиология. Техническая микробиология изучает роль и значение хозяйственно-полезных микроорганизмов, используемых в различных производственных процессах, и тех, которые причиняют вред, а также способы воздействия на их развитие и жизнедеятельность [1c.5].

Целью работы выступает изучение спиртового брожения

Для достижения этой цели в работе были поставлены следующие задачи:

изучить химизм, спиртового брожения;

изучить возбудителей спиртового брожения

определить практическое значение и использование этого вида брожения;

Для этих целей я использую такие источники как научные труды ученых - Жариковой Г.Г., Казьмина А.О. Заварзина Г.Л., Колотилова Н.И. Стейннер Р., Эдельберг Э., Ингрэм Дж. и др.

спиртовое брожение анаэробное расщепление

1. Брожение в анаэробных условиях

1.1 Спиртовое брожение и химизм

Брожение - это процесс анаэробного расщепления органических веществ, преимущественно углеводов, происходящий под влиянием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. В ходе брожения в результате сопряженных окислительно-восстановительных реакций освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микроорганизмов, и образуются химические соединения, которые микроорганизмы используют для биосинтеза аминокислот, белков, органических кислот, жиров и др. компонентов тела. Одновременно накапливаются конечные продукты брожения. В зависимости от их характера различают брожения спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, пропионовокислое, ацетонобутиловое, ацетоноэтиловое и др. виды. Характер брожения, его интенсивность, количественные соотношения конечных продуктов, а также направление брожения зависят от особенностей его возбудителя и условий, при которых брожение протекает (pH, аэрация, субстрат и др.).

К брожению в строгом смысле слова относятся те процессы получения энергии, при которых отщепляемый от субстрата водород переносится, в конечном счете, на органические акцепторы. Кислород в процессах брожения не участвует.

Л. Пастер называл брожение жизнью без воздуха. Причины брожения были установлены еще в середине XIX в. Л. Пастером, который показал, что в аэробных условиях дрожжи образуют из определенного количества сахара примерно в 20 раз больше клеточного материала, чем в анаэробных. Он открыл также, что кислород подавляет брожение. Этот эффект, получивший название эффекта Пастера, приобрел с тех пор известность как один из классических примеров регуляции обмена веществ.

В 1896-1897 гг. было обнаружено "бесклеточное брожение" - брожение, вызываемое растертыми прессованными пивными дрожжами. Это первый сложный биохимический процесс, осуществленный вне клетки.

Позднее было установлено, что для сбраживания глюкозы дрожжам необходим неорганический фосфат. Иначе говоря, брожение - процесс превращения соединений углерода, как в анаэробных, так и аэробных условиях [2 с.117].

Спиртовое брожение - это процесс превращения в анаэробных условиях сахара в диоксид углерода и этиловый спирт:

С6Н12О6 = 2С2Н2ОН + 2СО2 + 27 ккал

Сахар Этиловый Углекислый

спирт газ

Этиловый спирт - один из широко распространенных продуктов сбраживания Сахаров микроорганизмами. Даже растения и грибы в анаэробных условиях накапливают этиловый спирт.

Рассмотрим химизм спиртового брожения.:.

Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи, которые выращивают в аэробных условиях, подбирая соответствующие расы, обладающие необходимыми свойствами для данного производства.

Процесс спиртового брожения осуществляется с тем же запасом энергии в форме АТФ и тем же ферментативным путем, что и гликолиз, вплоть до образования пировиноградной кислоты. Превращение пировиноградной кислоты в этиловый спирт происходит в два этапа.

Сначала пируват (пировиноградная кислота) декарбоксилируется пируватдекарбоксилазой при участии тиаминпирофосфата до ацетальдегида, а затем ацетальдегид восстанавливается алкогольдегидрогеназой в этанол при участии NADH2

При этом дрожжи получают энергию для развития биохимических процессов в клетке: глюкоза - этиловый спирт + СО2 + 166 кДж/моль.

С энергетической точки зрения брожение - процесс малоэффективный. Так, если при окислении 1 граммолекулы глюкозы до СО2 и Н2О в процессе аэробного дыхания синтезируется 36 мольАТФ, то в процессе спиртового брожения - всего 2 моль АТФ.

Дрожжи могут переключать один тип обмена веществ (аэробный) на другой (анаэробный).

Наряду с основными продуктами брожения - этиловым спиртом и СО2 - образуются побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, уксусная кислота, янтарная кислота, а также так называемые сивушные масла. В состав сивушных масел входят пропанол, 2-бутанол, 2-метилпропанол, амиловый (пентанол) и изоамиловый (триметилбутанол) спирты, представляющие собой продукты нормального бродильного метаболизма дрожжей и обнаруживающиеся при росте дрожжей на любых средах. Пути синтеза этих веществ еще до конца не изучены.

Высшие спирты участвуют в формировании аромата и вкуса напитков спиртового брожения. Дрожжи способны сбраживать помимо глюкозы и пировиноградную кислоту. В качестве промежуточного продукта при сбраживании пировинограднои кислоты образуется ацетальдегид; если к дрожжам, сбраживающим глюкозу, добавить бисульфит, то появится новый продукт - глицерин, однако при этом снижается выход этилового спирта и СО2. Брожение в присутствии бисульфита стали использовать в промышленности при производстве глицерина. На условия спиртового брожения влияют многие факторы: химический состав сбраживаемой среды, т.е. ее полноценность, концентрация и кислотность среды, содержание спирта, температура, наличие посторонних микроорганизмов.

Большинство дрожжей способны сбраживать моносахариды, сбраживать моносахариды, а из дисахаридов - сахарозу и мальтозу. Пентозы сбраживаются только некоторыми дрожжами. Дрожжи не могут сбраживать крахмал, так как они не образуют амилолитических ферментов. Наиболее благоприятная концентрация сахара в среде для большинства дрожжей составляет 10.15%. При повышении концентрации сахара энергия брожения снижается, а при 30.35% сахара брожение обычно прекращается. Энергией брожения называется способность определенного количества дрожжей сбраживать за определенный промежуток времени то или иное количество сахара. В природе встречаются дрожжи, способные вызывать брожение сахара даже при концентрации его 50.60% и выше. Хорошим источником азота для большинства дрожжей являются аммонийные соли, но дрожжи могут использовать также аминокислоты и пептиды.

Брожение обычно протекает в кислой среде при рН 4.5 В щелочной среде в результате брожения образуется глицерин. Наибольшая скорость брожения наблюдается при температуре около 30.°С; при температуре 45.50°С брожение прекращается в результате гибели клеток дрожжей. Снижение температуры приводит к замедлению брожения, но полностью оно не прекращается даже при температуре ниже О°С.

Этиловый спирт, образующийся в процессе брожения, неблагоприятно влияет на дрожжи. Накопление дрожжами спирта в концентрации 2.5 % в зависимости от вида и расы дрожжей действует на них уже угнетающе. В большинстве случаев брожение прекращается при накоплении дрожжами 12.14% (объемных) спирта. Выведены селекционерами расы дрожжей, устойчивые к накоплению 16.18 и даже 20 % спирта. [2 с.118]

1.2 Использование спиртового брожения

Использование спиртового брожения лежит в основе производства этилового спирта, пива, вина и пекарских дрожжей.

Для получения этилового спирта используют разное сырье трех основных групп: содержащее сахар (сахарная свекла, кормовая патока, или меласса, сахарный тростник, фруктовые соки); содержащее крахмал (картофель, земляная груша, кукуруза, ячмень, овес, рожь, пшеница); содержащее целлюлозу (древесина и сульфитные щелока). Сырье используют в зависимости от хозяйственных возможностей; оно должно быть дешевым и в достаточном количестве. В настоящее время для осахаривания применяют также грибной солод (грибы рода аспергиллус), который во многих отношениях является выгоднее ячменного солода. В результате осахаривания крахмала образуется дисахарид мальтоза - солодовый сахар. Крахмалсодержащее сырье разваривают и подвергают осахариванию. Источником амилолитических ферментов служит солодовое молоко, изготовляемое из проросших зерен ячменя, или ферментный препарат из грибов рода Aspergillus.

В солоде кроме амилаз содержатся и протеолитические ферменты, которые вызывают частичное превращение белковых веществ в растворимые азотсодержащие вещества. В результате получается сусло, богатое как сахаристыми веществами, так и другими питательными веществами для дрожжей. Вносят и дополнительные источники питания. Это делается всегда по рецепту сред для каждого данного производства.

В полученное сусло вносят дрожжи, чаще всего применяют расы Saccharomyces cerevisiae, которые быстро размножаются, спиртоустойчивы, обладают высокой энергией брожения. Есть и другие промышленно важные расы дрожжей.

По окончании брожения дрожжи отделяют от сброженных заторов, а спирт отгоняют на специальных перегонных аппаратах. Получается спирт-сырец и остается отход производства - барда, которую используют для получения кормовых дрожжей. Отработанные дрожжи тоже используются в виде жидких и сухих кормовых дрожжей. [4 с. 204]

2. Практическое значение брожения

2.1 Получение пива

К солоду добавляют несоложеные ячмень, рис, кукурузную муку, воду, хмель и получают пивное сусло. Пивное сусло является полноценной питательной средой для дрожжей. Вещества хмеля обладают антибактериальным действием и придают пиву специфические горечь и аромат. Для получения большинства сортов пива используют преимущественно дрожжи низового брожения (расы Saccharomyces carlsbergensis), для некоторых сортов пива - дрожжи верхового брожения (Saccharomyces cerevisiae). Брожение, вызываемое низовыми дрожжами, протекает медленно и спокойно, ведут его присравнительно низких температурах - от 5 до 10°С. Газ выделяется постепенно, пены образуется меньше, дрожжи не выносятся наповерхность сбраживаемой среды и быстро оседают на дно бродильных емкостей. Брожение, вызываемое верховыми дрожжами, протекает бурно и быстро при температуре 20.28°С. На поверхности бродящей жидкости образуется много пены. Под действием выделяющегося СО2 дрожжи выносятся в верхние слои субстрата. По окончании брожения дрожжи оседают на дно бродильных емкостей рыхлым слоем.

Процесс получения пива идет в два этапа, т.е. осуществляется два периода брожения - главное и дображивание. В процессе главного брожения при температуре от 6 до 10°С дрожжи активно размножаются и интенсивно сбраживают сахар. Получают так называемое зеленое (незрелое) пиво. Его сливают с дрожжевого осадка и направляют на дображивание при температуре около 1°С. Дрожжи, оставшиеся в зеленом пиве, почти не размножаются и медленно сбраживают оставшийся сахар. Накапливаются диоксид углерода, 3.6 % (по массе) этилового спирта, побочные продукты брожения: высшие спирты, органические кислоты, диацетил, эфиры. Все они принимают участие в формировании вкуса и аромата пива.

Созревшее пиво осветляют, а дрожжи удаляют путем фильтрования или центрифугирования и направляют на розлив. Химический состав и вкусовые свойства разных сортов пива зависят от используемого сырья, использованной расы дрожжей и технологии производства. Часть дрожжей, осевших на дно бродильных емкостей, вновь используют для получения пива, часть выпускают в виде жидких или сухих пивных дрожжей в качестве продукта, богатого витаминами В, В2, В6, РР, пантотеновой кислотой, а часть идет накорм животным.

Пиво - скоропортящийся продукт. Для увеличения срока хранения пива его пастеризуют, иногда добавляют химические консерванты (сорбиновую кислоту), обрабатывают СВЧ.

2.2 Получение вина

Для получения вина исходным сырьем служат виноградный сок, а также плодово-ягодные соки. Все соки являются хорошей питательной средой для различных микроорганизмов. Для избавления от вредной микрофлоры и от диких дрожжей соки сульфитируют (обрабатывают сернистым ангидридом SO2), а затем подвергают брожению. Сернистый ангидрид играет роль как антисептика, так и антиокислителя. Он связывает кислород, при этом снижается окислительно-восстановительный потенциал среды, что препятствует развитию аэробной микрофлоры и благоприятствует брожению.

Брожение соков для изготовления вин осуществляют с применением чистых культур винных дрожжей низового брожения Sacch. г/я/ (ellipsoideus). А для вин хересного типа еще и Sacch. oviformis. Для получения определенных вин выбирают производственные расы дрожжей, отвечающие следующим требованиям: они должны полностью выбраживать сусло, быть устойчивыми к повышенному содержанию сахара и спирта, к SO2, к низкому рН быстро оседать после брожения и давать плотный осадок. Разные расы Sacch. vini, селекционированные для определенных типов вин, обладают различным температурным оптимумом брожения, образуют разное количество спирта (10.18%), разные побочные продукты, что отражается на вкусовых и ароматических свойствах вин.

Для предохранения вин от микробной порчи их пастеризуют, вводят антисептики (SO2, сорбиновую кислоту), обрабатывают ультразвуком, ультрафиолетом.

На всех бродильных производствах качество и выход готовой продукции в значительной степени зависят от общего санитарного состояния производства. На всех предприятиях должен поддерживаться строгий санитарный режим, а также проводиться постоянный микробиологический контроль на всех стадия) производственного процесса, включая помещения, тару и т.п. [2 с.120]

2.3 Производство хлеба

Для получения хлебного теста используют пекарские дрожжи, обладающие хорошей подъемной силой и способностью быстро размножаться. Образующиеся в процессе брожения спирт и углекислый газ разрыхляют и поднимают тесто, а побочные продукты брожения придают хлебу особый вкус и аромат.

В производстве хлеба применяют прессованные и жидкие дрожжи, а также закваски. Прессованные дрожжи являются скоропортящимся продуктом и потому должны храниться при низких температурах. Примесь в прессованных дрожжах диких дрожжей и бактерий свидетельствует о их низком качестве. Жидкие дрожжи изготавливаются непосредственно на хлебозаводах. В отличие от прессованных дрожжей они содержат и молочнокислые бактерии. Вырабатывая молочную кислоту, молочнокислые бактерии препятствуют развитию в тесте картофельной палочки, вызывающей тягучую болезнь хлеба. Закваски представляют собой тесто, оставляемое от предыдущей выпечки. Их используют для разрыхления ржаного теста. Закваски содержат дрожжи и молочнокислые бактерии. [1]

Пекарские дрожжи (расы Sacch. cerevisiae) прессованные и сухие для производства хлебобулочных изделий получают на специализированных дрожжевых заводах. При получении пекарских дрожжей в качестве питательной среды используют очищенную и разбавленную водой свекловичную мелассу - отход свеклосахарного производства. К свекловичной мелассе, содержащееся все необходимое для дрожжей, дополнительно добавляют азот-фосфорсодержащие соли. Дрожжи размножаются при температуре около 30"С, рН 4,5.5,5, при непрерывной аэрации. Дрожжи дышат и активно размножаются, а не бродят. Большая часть сахара используется ими для синтеза веществ клетки.

Выросшую массу дрожжей отделяют от среды, промывают водой, сгущают и прессуют до содержания влаги 73.75 %. Полученную дрожжевую массу формуют в виде брикетов с содержанием дрожжевых клеток от 8 до 12 млрд в 1 г. Брикеты упаковывают в бумагу и охлаждают до температуры 4 "С. Сухие дрожжи выпускают влажностью 8.10 %. Используемые расы пекарских дрожжей должны хорошо размножаться, обладать высокой бродильной активностью, быть стойким при хранении в прессованном виде и при высушивании. В настоящее время используют следующие расы пекарских дрожжей: Киевская 21, Одесская 14, гибриды № 176 и 196-6. Сохранять прессованные дрожжи следует на холоде. [4 с.145]

2.4 Применение спирта

Спирт-сырец используют как для технических целей, так и для дальнейшей очистки - ректификации.

Микроорганизмы в спирт-сырец могут попадать из воздуха, сырья, аппаратуры. Ими могут быть молочнокислые бактерии и дикие дрожжи, которые способны развиваться в анаэробных условиях в присутствии спирта. Они используют питательные вещества среды, угнетают дрожжи продуктами своего обмена, при этом снижается выход спирта.

Спирт применяют в медицине, производстве различных спиртовых напитков. В последние десятилетия спирт рассматривают как перспективное топливо. Производство спирта на топливо налажено в США, Японии, Германии, во Франции, в Швеции, Австралии и других странах. В некоторых странах (США, Бразилия) мощность заводов составляет ~ 200 тыс. л в сутки. Спирт является сырьем для химической промышленности. С уменьшением запасов нефти (полагают многие ученые) на смену нефтехимии придет алкохимия (химия биоэтанола). Основным сырьем для получения пива является ячменный солод, который получают из пророщенных зерен ячменя (соложение). Амилазы солода расщепляют содержащийся в нем крахмал на более простые углеводы - мальтозу и декстрин, а протеазы частично превращают содержащийся белок в азотистые соединения, усваиваемые дрожжами.

Спирты применяются не только в пищевой промышленности, например в производстве парфюмерной продукции этанол высшей очистки выступает растворителем душистых веществ. При реакции с водой образуются соли, которые выпадают в осадок. Они входят в состав фантазийных и цветочных композиций, косметического молочка, кремов, эликсиров, лосьонов.

Основной базой многих средств по уходу является глицерин. Он способен притягивать влагу, активно увлажнять кожу, делать ее эластичной. Сухой, обезвоженной коже полезны крема, маски, мыла с глицерином: он создает на поверхности влагосберегающую пленку, сохраняет мягкость кожного покрова.

Этанол в медицинской практике используют как антисептик. Он уничтожает микробы, предупреждает разложение в открытых ранах, задерживает болезненные изменения крови. Его подсушивающее, обеззараживающее, дубящее свойства - причина использования для обработки рук медицинского персонала до работы с пациентом.

Спирты в лекарственных средствах и их воздействие на человека исследует наука фармакология. Этанол как растворитель используют при изготовлении экстрактов, настоек целебного растительного сырья (боярышника, перца, женьшеня, пустырника). Кроме производства косметики, парфюмерии, жидких лекарственных средств, кондитерских изделий спирты еще являются хорошими растворителями: Популярные растворители - изопропанол, этанол, метанол. Также используют многоатомные и циклические вещества: глицерин, циклогексанол, этиленгликоль.

Поверхностно-активные вещества производят из высших жирных спиртов. Полноценный уход за автомобилем, посудой, квартирой, одеждой возможен благодаря ПАВ. Они входят в состав чистящих, моющих средств, используются во многих отраслях экономики

Вывод

Из всего выше изложенного можно сделать вывод: спиртовое брожение, осуществляемое дрожжами, интересно тем, что на нем впервые были сделаны открытия, имеющие принципиальное значение. Именно при изучении спиртового брожения Л. Пастер доказал, что оно является процессом, связанным с жизнедеятельностью определенных микроорганизмов - дрожжей.Л. Пастер открыл, что в условиях свободного доступа кислорода воздуха процесс спиртового брожения ингибируется и активируется дыхание. Это явление получило название "эффекта Пастера" Эффект Пастера есть результат определенного взаимодействия между различными энергетическими путями, существующими у дрожжей.

Также следует отметить, что производство спиртов. Благодаря научным достижениям XIX - XX вв. стало возможным глобальное использование спиртов. Ученые прошлого разработали теорию строения водно - спиртовых растворов, исследовали их физико-химические свойства. Открыли способы брожения: циклический и непрерывно - проточный.

Таким, образом можно сказать, что применение спиртов в пищевой промышленности, медицине, производстве парфюмерии и косметике, использование в качестве топлива, растворителей, поверхностно-активных веществ имеет огромное значение и положительно сказывается на состояние экономики страны. Приносит удобство в жизнь человека, но требует соблюдения техники безопасности из-за токсичности веществ

Литература

1. Мудрецова-Висс К.А. М89 Микробиология: Учебник для товароведов, и технологов. фак. торг. вузов. - 5-е изд., перераб. - М.: Экономика, 1985. - 256 с.

2. Жарикова Г.Г. Микробиология продовольственных товаров. Санитария и гигиена: Учебник для студ. высш. учеб, заведений / Галина Григорьевна Жарикова. - М.: Издательский центр "Академия", 2005. - 304 с.

3. Жарикова Г.Г., Леонова И.Б. Основы микробиологии: Практикум. Учебное пособие для вузов. - М.: Академия, 2008. - 112 с

4. Мудрецова - Висс К.А. Микробиология, санитария и гигиена: Учебник. - М.: Деловая литература, 2008. - 388

Размещено на Allbest.ru