Ацетонобутиловое брожение

Близким к маслянокислому является ацетонобутиловое брожение, в процессе которого образуется значительно большее количество бутилового спирта и ацетона, чем при обычном маслянокислом брожении. При этом образуются также этиловый спирт, масляная и уксусная кислоты, выделяются диоксид углерода и водород. Впервые было установлено В.Н. Шапошниковым. Протекает в две фазы.

Возбудителями ацетонобутилового брожения являются анаэробные подвижные спорообразующие палочковидные бактерии Clostridium acetobutylicum.

В промышленности для производства ацетона и бутилового спирта используют крахмалистое сырье. После отгонки из бражки ацетона и спиртов остающиеся отходы — барду — используют для выращивания метановых бактерий, которые синтезируют витамин В12.

Ацетон и бутиловый спирт получают и химическим синтезом.

Разложение целлюлозы и пектиновых веществ микроорганизмами

Целлюлоза (клетчатка) — наиболее распространенный природный биополимер. В состав целлюлозы входит более 50% всего органического углерода биосферы. Из целлюлозы состоят оболочки растительных клеток. Она составляет до 50% сухой массы растений. Целлюлоза — это полисахарид, крупные молекулы которого состоят из цепочек глюкозы по 100—200 молекул в каждой. Цепочки объединяются в пучки фибрилл, которые покрываются общей оболочкой, содержащей воск и пектин. Целлюлоза представляет собой очень стойкое органическое соединение и может быть разрушена только при действии сильных химических реагентов. Однако в природных условиях интенсивное расщепление целлюлозы осуществляется специфичными целлюлозоразрушающими микроорганизмами. Разрушение целлюлозы в анаэробных условиях идет по типу брожения. Вначале под действием ферментов целлюлаз происходит внеклеточный гидролиз:

Затем продукты гидролиза — целлобиоза и глюкоза — сбраживаются, образуя различные продукты распада: уксусную, масляную, муравьиную кислоты, С02 и др. В анаэробных условиях целлюлоза разлагается мезофильными и термофильными бактериями рода Clostridium.

В аэробных условиях целлобиоза и глюкоза окисляются полностью — до С02 и Н20. Ведущая роль в окислении целлюлозы принадлежит базидиомицетам и дейтеромицетам. Наряду с целлюлозой важным компонентом растительных тканей является лигнин, его содержание в древесине составляет до 35% массы сухого вещества. Нерастворим в воде и органических растворителях, имеет очень сложный химический состав. Способностью разрушать лигнин обладают лишь высшие грибы класса Basidiomycetes и отдельные виды актиномицетов. Разложение лигнина в почве протекает чрезвычайно медленно и служит основой образования почвенного гумуса.

Пектиновые вещества также имеют сложное химическое строение, в своем составе содержат более 40 атомов углерода. Эти соединения обладают коллоидными свойствами и склеивают растительные клетки, образуя ткани. Особенно много пектиновых веществ в кожице плодов и ягод. При минерализации растительных тканей в первую очередь происходит расщепление их на отдельные клетки вследствие разрушения склеивающих (пектиновых) веществ. В почве и водоемах это разрушение осуществляют специальные пектиноразлагающие микроорганизмы. Деградация пектина начинается с его гидролиза под действием пектолитических ферментов. Гидролиз пектиновых веществ протекает по уравнению:

В аэробных условиях продукты ферментативного гидролиза — галактоза и арабиноза — окисляются до С02 и Н20. В этих процессах наиболее активное участие принимают спорообразующие бактерии рода Bacillus, а также многие мицелиальные грибы родов Penicillium, Aspergillus, Mucor, Botrytis, Sclerotinia и др. В анаэробных условиях галактоза и арабиноза подвергаются брожению, протекающему по типу маслянокислого, возбудителями которого являются маслянокислые бактерии — Treponema pectinovorum (Clostridium pectinovorum), Clostridium felsineum. В качестве продуктов брожения образуются масляная и уксусная кислоты, С02, Н2 и др.

Аэробное и анаэробное разложение целлюлозы и пектиновых веществ имеет большое значение в круговороте органических веществ в природе. В результате разложения и минерализации растительных остатков постоянно пополняются необходимые запасы углерода в атмосфере. Однако целлюлозо- и пектиноразлагающие микроорганизмы могут вызывать ухудшение качества и порчу хлопка, бумаги, древесины, а также растительного пищевого сырья, плодов и овощей.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >