Брожение молочного сахара - Химия и физика молока
- 1). Виды брожения лактозы. 2). Химизм отдельных видов брожения. 3). Механизм образования диацетила, ацетоина, ацетальдегида.
В основе изготовления целого ряда молочных продуктов лежат процессы глубокого распада молочного сахара под действием микроорганизмом, называемые брожением. Вместе с тем процессы брожения сахара могут быть причиной порчи молочных продуктов (излишняя кислотность, вспучивание творога, сметаны, сыра и т. д.). Существует несколько типов брожения лактозы, различающихся составом конечных продуктов.
Начальным этапом всех типов брожения является расщепление молочного сахара на глюкозу и галактозу под действием лактозы. Далее брожению подвергается глюкоза. Галактоза не сбраживается, но при участии некоторых ферментов и после изомеризации в глюкозофосфат включается в схему превращения глюкозы.
Все типы брожения до образования пировиноградной кислоты идут с получением одних и тех же промежуточных продуктов и по одному тому же пути. Далее пировиноградная кислота превращается в конечные продукты брожения - масляную кислоту, пропион, уксусы, масляные, спирт и др. соединения. Это зависит от особенностей микроорганизма и условий среды.
Различают следующие виды брожения:
Молочнокислое брожение - является основным при изготовлении заквасок, сыра и кисломолочных продуктов, а молочнокислые бактерии - важная группа ____________ для молочной промышленности.
Оно выражается следующим суммарным уравнением:
С6H12O6 2Cн3H6O3 + H2O,
Кроме молочной кислоты, образующей и побочные продукты брожения. Молочнокислые бактерии по характеру продуктов сбраживания глюкозы относят к гомоферментативным или гетероферментативным. Первые образуют в основном молочную кислоту (более 90%) и незначительное количество побочных продуктов. Гетероферментативные бактерии около 50% глюкозы превращают в молочную кислоту, а остальное количество -- в этиловый спирт, CH3СООН и СО2. Это деление условное, т. к. обе группы могут вести себя как одни, так и другие.
Гомоферментативные бактерии. Более характерным признаком при делении молочнокислых бактерий на группы является путь сбраживания глюкозы. Гомоферментативные бактерии: Str. lactis, Str. cremorus, Str. diacetilactis и палочки -- болгарская и. Они сбраживают глюкозу по гликолитегаскому пути.
Гетероферментативные: Leuc. citrovorum, dextranicum, brevis -- пентозофосфатным путем.
Механизм гомоферментативного молочнокислого брожения: глюкозы жировые кислоты молочная кислота (из 1 моль глюкозы образуется 2 моль молочной кислоты). Молочная кислота может существовать в двух изомерах L (+) и D (-). Большинство штампов молочнокислых и Lbm. bifidum преимущественно продуцируют (+)-- молочную кислоту. Болгарские палочки и лейконосгоки -- в основном D(-) форму Lbm. helveticum, Lbm. plantarum и Lbm. acidoplibum -- оба изомера в почти одинаковых количествах. Следовательно, соотношение между этими изомерами в кисломолочных продуктах будет зависеть от вида используемых для заквасок молочнокислых бактерий.
Побочные продукты -- летучие и нелетучие органические кислоты, глицерин, спирты, ацетон, ацетоин, диацетил, бутиленгликоль и пр.
Гетероферментативное молочнокислое брожение. Бактерии этой группы ________и __________ не могут сбраживать глюкозу по глюколитическому пути, а по пентозофосфатному, то есть из каждого моль глюкозы образуются моль молочной кислоты, моль этанола и СО2. Бифидобактерии сбраживают глюкозу до уксусной и молочной кислоты (уксусной в 1,5 раза больше, чем молочной).
Спиртовое брожение имеет место при выработке кефира, кумыса, курунги и других кисломолочных продуктов. Возбудителем являются дрожжи, они сбраживают глюкозу с образованием этанола, углекислоты и других веществ: изобутил, глицерин, уксусная, янтарная, пропионовая кислоты, ацетоин и диацетил.
На первой стадии: глюкозу в _______ кислоту, затем она подвергается декарбоксирированию, образуется СО2 и уксусный альдегид, из него образуется этанол.
С6Н12О6 2С2С2Н5ОН + 2СО2 .
Пропионовокислое брожение -- возбудителем являются пропионовокислые бактерии, которые превращают глюкозу или молочную кислоту в пропионову и укусусную кислоту, одновременно образуется небольшое количество янтарной кислоты. Суммарное уравнение:
3С6Н12О6 4СН3СН2СООН + 2СН3СООН + 2СО2 + 2Н2О.
Важную роль играет это брожение в процессе созревания сыров с высоким вторым нагреванием.
Маслянокислое брожение происходит под действием маслянокислых бактерий, сбраживает глюкозу и молочную кислоту. Известно несколько типов этого брожения, которые различаются по образуемым продуктам. При одном типе образуются масляная, укусусная кислоты, углекислота и Н2.
2С6Р12О6 + 2Н2О СН3СН2СН2СООН 2СН3СООН + 4СО2 + 6Н2
При другом типе -- образования бутилового, изопропионового спиртов, этанола и ацетона, которые обладают резким, неприятным запахом, а также образуется большое количество газов.
Это брожение -- нежелательный процесс в производстве молочных продуктов, вызывает пороки сыров: вспучивание, неприятный вкус и запах.
Уксуснокислое брожение. Под действием уксуснокислых бактерий этиловый спирт окисляется в уксусную кислоту, уксуснокислые бактерии как типичные аэробы появляются на поверхности молочных продуктов и часто являются спутниками дрожжей.
Уравнение:
+Н2О +1/2 О2
СН3СН2ОН СН3СНО СН3СН(ОН2) СН3СООН + Н2О
-2Н
Механизм образования диацетила и ацетоина. Это четырехуглеродные соединения, являются продуктами метаболизма различных микроорганизмов: молочнокислых бактерий, дрожжей и др. Предшественниками их являются пируват, который образуется из цитрата. Цитрат под действием цитритазы в присутствии Мп или Мз расщепляется на уксусную и щавелевоуксусную кислоты, последняя превращается в пируват:
СН2 -- СООН СООН
МП2+ МЗ2+ СН2 + СН2
Н - С -- СООН ------
СН2 -- СООН С =О СООН
Лимонная кислота СООН
Щавелевоуксусная кислота
СООН
--СО2 СН3
СН2 --
С = О С = О
СООН СООН
Пируват
Утилизация пирувата в ацетоин и диацетил начинается с его декарбоксирирования до активной формы ацетальдегида:
СН2
Тиаминпирофосфат Мз2+
С = О ------------------ СН3 -- СНОН -- ТПФ + СО2
СООН ________ацетальгид - ТПФ
При синтезе ацетоина этот комплекс вступает в реакцию с другой молекулой пирувата, образуя - ацетомолочную кислоту, которая при декарбоксилировании переходит в ацетоин. Ацетоин может обратимо восстанавливаться в бутиленгликоль, который может перейти в бутанон и далее в бутанол:
СН3
СН3 СН3 С = О
-- СО2
СНОН + С = О -- ----
--ТПФ
НО--С -- СООН
ТПФ СООН
СН3
-ацетомолочная кислота
CH3 CH3
C = O HA1D H2 CHOH
CHOH HAD CHOH
CH3 CH3
Ацетоин 2-3 бутиленгликоль
Возможен второй путь образования ароматообразующих веществ. Ацетоина -- восстановлением диацетила. Дрожжи и бактерии Е. соli продуцируют ацетоин из активного и свободного ацетальдегида без образования промежуточного продукта -- - ацетомолочной кислоты. СН3
СН3 СН3
О + СНОН - ТПФ С = О
С СНОН + ТПФ
Н СН3
Для синтеза диацетила ароматообразующим молочнокислым бактериям требуется ацетальдегид, ТПФ и ацетил КОА.
ТПФ и ацетил КОА
О СН3
СН3 - СНОН - ТПФ + СН3 - С С = О + ИS - КОА + ТПФ
SКОА С = О
СН3
Диацетил
Дрожжи и в меньшей степени молочнокислые бактерии образуют диацетил путем спонтанного окисления ацетоина:
СН3 СН3
С = О -- 2Н С = О
СНОН С = О
СН3 СН3
В аэробных условиях при высоком окислительно-восстановительном потенциале диацетил образует молочнокислые бактерии непосредственно из - ацетомолочной кислоты при ее спонтанном окислительном декарбоксилировании.
СН СН3
+ 12 О2
С = О ---- С = О
НО -- С -- СООН -- СО2 С = О
СН3 СН3
Ароматообразующие бактерии продуцируют диацетил в меньших количествах по сравнению с ацетоном. Так, Sts diacetilactis максимально накапливает 12 мг/кг (некоторые штаммы до 50 мг/кг) диацетила и около 500 мг/кг ацетоина; лейконосгоки -- соответственно 5 и 85 мг/кг. Это объясняется дефицитом ацетил КОА для синтеза диацетила, а также восстановлением диацетила в ацетон под действием диацетилредуктазы, активность этого фермента зависит от температуры, рН.
Для максимального образования аромата (в заквасках и кисломолочных продуктах) целесообразно подбирать смешанные культуры молочнокислых бактерий с низкой диацетилредуктазной активностью и слабыми редуцирующими свойствами, и поддерживать рН среды ниже 5,5 (оптимальные условия для накопления диацетила рН - 4,5 - 4,7, температура 21-25С). Образованию диацетила способствуют добавление в молоко 0,2% цитрата и аэрация (перемешивание) закваски. Для сохранения накопившегося диацетила необходимо закваску и готовый продукт быстро охладить до 5-8С.
Похожие статьи
-
Изменение жиров при хранении - Химия и физика молока
Современные представления о механизме окисления жиров. При неблагоприятных условиях хранения в жирах протекают различные процессы, отрицательно влияющие...
-
Значение рН в молочной промышленности - Химия и физика молока
От величины рН зависят многие производственные показатели: -- коллоидное состояние белков молока и сл-но стабильность полидисперсной системы молока; --...
-
Окислительно-восстановительный потенциал - Химия и физика молока
Е является количественной мерой окисляющей или восстанавливающей способности молока. Е. нормального свежего молока равен 0,25--0,3 В (250--350 мВ)....
-
Физико-химические свойства казеина - Химия и физика молока
Около 95% казеина находится в молоке в виде сравнительно крупных коллоидных частиц -- мицелл -- которые имеют рыхлую структуру, они сильно гидратированы....
-
Теплофизические и оптические свойства молока - Химия и физика молока
1).Удельная теплоемкость. 2).Коэффициент теплопроводности и температуропроводности. 3).Показатель преломления. Теплофизические свойства молока Для...
-
Химические свойства молока - Химия и физика молока
1). Влияние химического состава молока на его свойства. 2). Кислотность молока. 3). Буферная емкость молока. 3). Окислительно-восстановительный...
-
Факторы, влияющие на состав и свойства молока - Химия и физика молока
1. Порода коров 2. Стадия лактации 3. Здоровье коров 4. Режим кормления 5. Другие факторы. Выход и качество молочных продуктов, определяемые составом...
-
Введение - Химия и физика молока
Химия и физика как наука начала свой отсчет в прошлом веке, в тот период она начинала с изучения химического состава молока. В нашей стране этим вопросом...
-
Изменение белков при различной обработке молока - Химия и физика молока
1). Изменение структуры и свойств белков при гомогенизации. 2). Изменение структуры и свойств белков при новых методах обработки молока. Гомогенизация...
-
Характеристика природных и синтетических антиокислителей. Механизм их воздействия Предохранение жиров от порчи имеет важное биологическое и экономическое...
-
Фаза эмульсии - Химия и физика молока
1). Состав и структура оболочки шариков жира. 2). Факторы устойчивости жировой эмульсии молока. Молоко представляет собой эмульсию жировых шариков в...
-
Коллоидная система молока - Химия и физика молока
1). Характеристика дисперсной фазы. 2). Структура мицелл казеина. 3). Коагуляция. В коллоидно-дисперсном состоянии в молоке находятся сывороточные белки,...
-
Фракционный состав казеина - Химия и физика молока
1). Характеристика основных фракций. 2). Физико-химические свойства казеина. В свежевыдоенном молоке казеин присутствует в форме мицелл, построенных из...
-
Физические свойства молока - Химия и физика молока
1). Плотность, вязкость, поверхностное натяжение. 2). Осмотическое давление и температура замерзания. 3). Удельная электропроводность. Плотность молока...
-
Химический состав молока - Химия и физика молока
Составные части Истинные Не истинные Главные Второстепенные Посторонние Вода соли (в форме катионов антибиотики и анионов) гербициды Белок лимонная...
-
ВВЕДЕНИЕ Химия и физика как наука начала свой отсчет в прошлом веке, в тот период она начинала с изучения химического состава молока. В нашей стране этим...
-
К числу физических факторов, вызывающих коррозию цементного камня и бетона, относят их попеременное увлажнение и высыхание, которое сопровождается...
-
Теллур - Химия элементов VI группы
Теллур -- химический элемент 16-й группы, 5-го периода в периодической системе, имеет атомный номер 52; обозначается символом Te (лат. Tellurium) . Атом...
-
Соединения железа - Химия железа
Железный купорос FeSO4.7H2O получают путем растворения обрезков стали в 20-30%-ной серной кислоте: Железный купорос - светло-зеленые кристаллы, хорошо...
-
Процессы, основанные на микробиологической ферментации, разработаны и для получения ряда других органических кислот. Среди них -- глюконовая кислота и ее...
-
Химия и физика - Связь химии с другими науками
К общим вопросам химии и физики относятся строение веществ и движение тех частиц, из которых вещества построены. Показательно, что самые первые шаги в...
-
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ - Неограническая химия
Задание 5.1. В определенном объеме раствора V л содержится m г вещества. Плотность раствора с (табл. V.1). Рассчитайте: 5.1.1. Процентную концентрацию...
-
Полоний - Химия элементов VI группы
Полоний - радиоактивный химический элемент 16-й группы, 6-го периода в периодической системе Д. И. Менделеева, с атомным номером 84, обозначается...
-
Способы получения и химические свойства кислот - Основы химии
Бескислородные кислоты получают: 1. Взаимодействием неметалла с водородом. Например H2 + Cl = 2HCl 2. Действием на соль более сильной или менее летучей...
-
Средства для чистки зубов - Химия в косметике
Слово гигиена происходит от греч. гигиенос, что означает целебный, приносящий здоровье, а косметика -- от греч., означающее искусство украшать. Одним из...
-
А) Углерод (С), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn), свинец (РЬ) - элементы 4 группы главной подгруппы ПСЭ. На внешнем электронном слое атомы этих...
-
Растворы электролитов. Диссоциация кислот, солей и оснований - Основы химии
Электролиты - вещества, которые при растворении подвергаются диссоциации на ионы. В результате раствор приобретает способность проводить электрический...
-
Составление химических уравнений, Расчеты по химическим уравнениям - Основные понятия и законы химии
Включает три этапа: 1. Запись формул веществ, вступивших в реакцию (слева) и продуктов реакции (справа), соединив их по смыслу знаками "+" и "®" : HgO ®...
-
ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ VI ГРУППЫ, Кислород - Химия элементов VI группы
16-ю группу периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева составляют Халькогемны (от греч. чблкпт -- медь (в широком смысле), руда (в узком...
-
Что такое гравиметрический фактор F - Основы аналитической химии
Если мы знаем A - навеску анализируемой пробы, b - массу осадка и его состав, то мы можем вычислить содержание определяемого вещества X . X = a*F*100/b...
-
Сушки (температура материала 100...200 °C - здесь происходит частичное испарение воды); подогрева (200...650 °C - выгорают органические примеси и...
-
Анализ условий образования эффективных объединений предприятий молочного подкомплекса АПК
Анализ условий образования эффективных объединений предприятий молочного подкомплекса АПК Несбалансированный процесс взаимоотношений между...
-
Керамика -- изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой...
-
Молекулы, радикалы и ионы - Введение в химию
Молекула - наименьшая частица вещества, определяющая его свойства, способная к самостоятельному существованию. Состоит из одинаковых или разных атомов....
-
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА - Неограническая химия
Задание 3.1. Запишите реакцию взаимодействия указанного по варианту элемента с кислородом. Используя приведенные в табл. III.1 данные, рассчитайте...
-
Особые механические свойства эластичность - способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки); малая хрупкость...
-
Зарождение современной химии, Теория флогистона и система Лавуазье - Химия сегодня
Представления древнегреческих натурфилософов оставались основными идейными истоками естествознания вплоть до XVIII в. До начала эпохи Возрождения в науке...
-
Химические препараты - Химия в быту
Человек чуть ли не с рождения сталкивается с химией, точнее с химическими препаратами, которые окружают нас везде. Возьмите элементарное мытье посуды,...
-
Преломление - Физика солнечного света. Почему небо голубое
В 1621 году Снеллиус сформулировал закон преломления, который гласит, что если угол между падающим лучом и нормалью поверхности проведенной к точке...
-
Дезодоранты - Химия в косметике
Дезодоранты -- это средства, устраняющие неприятный запах пота. На чем основано их действие? Пот выделяется особыми железами, расположенными В Коже на...
Брожение молочного сахара - Химия и физика молока