Книги по разным темам Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 | 4 | 5 |

Уксусная кислота стала первым микробиологическим продуктом, полученным с помощью иммобилизованных клеток. В течение длительного времени применяется адсорбирование уксуснокислых бактерий на древесной стружке, древесном угле, коксе и других субстратах. Пропуская раствор этанола через генераторы с иммобилизованными бактериями, получают 10—15 %-ный раст­вор уксусной кислоты. Из 100 л безводного этанола теоретически должно быть получено 103 л уксусной кислоты. На практике выход уксуса из 100 л этанола редко превышает 90 л, что связано с переокислением и неполным окислением этанола уксуснокислыми бактериями, а также с его испарением.

Ежегодно в мире производят более 100 тыс. т уксусной кислоты (около половины получают химическим путем в виде техни­ческой уксусной кислоты). Уксус широко применяют в пищевой промышленности. Техническую уксусную кислоту используют для производства ацетона, ацетилена, синтетических красителей, медицинских препаратов (аспирин, антипирин, фенацетин), ароматизирующих веществ (кумарин, ванилин), а также как субстрат для микробиологической биотрансформации.

Установлено, что продуцент уксусной кислоты из рода Acetobacter, развиваясь на поверхности среды, образует слизистую пленку, которая состоит из целлюлозы (90%) и клеток бактерий (J. D. Fontana, 1989). Если эту пленку снять, высушить и соответ­ственно обработать, можно получить достаточно прочные био­фильмы медицинского назначения. Если ожоговые раны покрыть такими биофильмами, они заживают в течение 7—8 сут.

Ферментацию сахарозных сред реализуют в две стадии. На первой стадии при помощи дрожжевой инвертазы получают инвертный сахар, на второй с помощью Acetobacter xylinum -уксусную кислоту. Вторая стадия длится 60 ч, за это время углеводы (их содержится 6%) сбраживаются, рН снижается до 2, и на поверхности жидкой фазы формируется целевой, продукт — биофильм.

имонная кислота

В природе это вещество встречается довольно часто, главным образом в незрелых плодах цитрусовых, ананасов, груш, инжира, брусники, клюквы и др. Лимоны и апельсины были главными источниками естественной (растительной) лимонной кислоты, которую производили преимущественно в Италии, где в середине XIX в. начали действовать первые заводы по произ­водству кристаллической лимонной кислоты. Затем аналогичные заводы начали действовать в Калифорнии (США), на Гавай­ских островах и в Вест-Индии.

Для получения лимонной кислоты путем микробного синтеза в лабораторных условиях использовали микромицеты (Aspergillus clavatus, Penicillium luteum, P. citricum, Mucor piriformis, Ustina vulgaris и др.), но для промышленного биосинтеза наиболее подходящим оказался Aspergillus niger. Впоследствии из него было селекционировано множество производственных штаммов для биосинтеза лимонной кислоты из сахарозы.

Многие органические вещества сбраживаются микромицетами и могут быть трансформированы в лимонную кислоту, но максимальный выход получается при биосинтезе из сахарозы или фруктозы. В последнее время успешно завершены эксперименты по биосинтезу лимонной кислоты дрожжами (Candida lipolytica и др.) из парафинов и низших спиртов (этанола) с высоким выхо­дом (80—140%).

имонная кислота по объему производства является одним из главных продуктов микробного синтеза. Ее общий выпуск в различных странах достигает 400 тыс. т в год (по данным В. А. Смирнова, 1983). Лимонную кислоту получают в основ­ном из мелассы. Заводы небольшой или средней мощности производят лимонную кислоту поверхностным методом культи­вирования. Глубинный метод экономически выгоден тогда, когда мощность завода превышает 2500 т лимонной кислоты в год.

имонную кислоту широко используют в кулинарии и в пи­щевой промышленности для приготовления безалкогольных на­питков, мармелада, вафель, пастилы и др. Лимонная кислота включена в рецептуры некоторых сортов колбас и сыра, ее при­меняют в виноделии, для рафинирования растительных масел, для производства сгущенного молока. С помощью лимонной кислоты сохраняются естественные вкус и аромат при длитель­ном хранении в замороженном состоянии мяса и рыбы.

При умеренном употреблении лимонная кислота стимулирует деятельность поджелудочной железы, возбуждает аппетит, способствует усвоению пищи.

Натриевые соли лимонной кислоты стимулируют вспенивание и механическую устойчивость пен, поэтому лимонную кислоту ценят кулинары, ее также применяют для изготовления шампу­ней и моющих средств. Последнее имеет важное экологическое значение, так как лимонная кислота и ее соли легко поддаются микробиологической деградации при очистке канализационных вод.

Молочная кислота

Эта кислота всегда присутствует в кислом молоке и в виде побочного продукта при получении уксусной и лимонной кислот.

Молочнокислые бактерии трансформируют в молочную кис­лоту самые разные углеводы, поэтому для промышленного по­лучения этой кислоты используют глюкозу, мальтозу, сахарозу, лактозу, осахаренный крахмал и пр. После выбора субстрата подыскивают подходящий продуцент. Для сбраживания глюкозы или мальтозы обычно применяют штаммы Lactobacillus delb-rueckii, L. leichmannii или L. bulgaricus. Для сбраживания ocaхаренного крахмала используют смесь молочнокислых бактерий L, delbrueckii или с L. bulgaricus, или со Streptococcus lactis. При сбраживании мальтозы выход молочной кислоты выше при использовании L. bulgaricus или L. casei.

В России производство молочной кислоты из крахмала было организовано в 1923 г. под руководством В. Н. Шапошникова на основе селекционированных штаммов L. delbrueckii. Сейчас молочную кислоту получают из мелассы в количестве примерно 100 т в год.

Молочную кислоту используют в пищевой промышленности (для приготовления кондитерских изделий, безалкогольных напитков), в производстве витаминов, в медицинской промыш­ленности, в производстве пластмасс и в других отраслях народ­ного хозяйства.

Винная кислота

Винная кислота в свободном виде или в виде солей часто встречается в природе. Она входит в состав многих плодов и ово­щей, выделяется в виде кальциевых солей при изготовлении вин. Винную кислоту можно получать путем микробного синтеза. Для этого разработаны эффективные технологические прие­мы, однако до сих пор винную кислоту выгодно получать хими­ческим путем из винного камня.

Винную кислоту применяют в пищевой промышленности, медицине, кожевенной и текстильной промышленности.

Первые заводы по производству винной кислоты химическим путем в нашей стране были построены в Одессе и Риге и начали давать продукцию еще в 1890 г.

Все большее значение в народном хозяйстве и в медицине приобретает яблочная кислота. Она содержится во фруктах. Яблочную кислоту применяют в органическом синтезе (например, в синтезе урацила). Ее получают путем химического син­теза из малеиновой кислоты, но возрастающий спрос на яблочную кислоту стимулировал разработку способов ее микро­биологического синтеза.

В 1929 г. японский микробиолог С. Киносита выделил из соленых слив новый вид микромицетов Aspergillus itaconicus, который синтезировал сравнительно редко встречаемую органи­ческую кислоту—итаконовую. С 1944 г. с помощью итаконовой кислоты стали производить синтетические волокна, была разработана технология микробного синтеза итаконовой кислоты с использованием Aspergillus terreus.

В России итаконовую кислоту производят с 1962 г. Технология ее биосинтеза разработана на Экспериментальном заводе биохимических препаратов Института микробиологии АН ЛатвССР.

ДРОЖЖИ И ПРОДУКТЫ ДРОЖЖЕВОГО БРОЖЕНИЯ

Дрожжи являются одними из самых распространенных микроорганизмов. Они встречаются в верхних слоях почвы, в пыли, ягодах и цветах, во многих растениях. Они почти всегда встречаются на яблоках, грушах, винограде, смородине, клубнике и других плодах. Иногда дрожжей так много, что они об­разуют налет сероватого цвета, видимый невооруженным гла­зом. Дрожжей много в почве садов и виноградников. Дрожжи распространяют пчелы, осы и другие насекомые, а также ветер. Попадая в благоприятную среду, дрожжи размножаются с удивительной быстротой. В течение всей истории цивилизации дрожжи постоянно находились в сфере деятельности человека и часто напоминали о себе, вызывая процессы брожения различных продуктов.

Хлебопекарные дрожжи

Этот вид дрожжей — Saccharomyces cerevisiae — известен человеку уже 4 тыс. лет. Самые давние сведения об использовании дрожжей для приготовления хлеба найдены в Египте. В Рос­сии хлебопекарные дрожжи выращивали в монастырях начи­ная с 14—15 в. Прессованные хлебопекарные дрожжи начали производить в 1792 г. в Германии.

Дрожжи выращивают в биореакторах на мелассной среде аэробным глубинным способом при рН 4,4—4,5 по так называемому приточному методу. В чистый аппарат вводят 70—80 % теплой воды от необходимого для конечного разведения мелас­сы (1 : 17-1 : 30) количества, добавляют 10% мелассы и раст­воры солей, устанавливают оптимальные рН среды и темпера­туру и начинают умеренную аэрацию (1 об/(об- мин). В такую среду вводят посевной материал. В течение первого часа среду не добавляют, а в последующие 10 ч ее вводят непрерывным потоком в количествах 5; 6; 7,2; 8,2; 9,2; 10,2; 11,4; 12,8; 11,0 и 9 % в час от общего количества среды. Аэрация в течение всего времени ферментации также меняется. В первый и последний час культивирования она меньше (1:1), а в период интенсивного размножения дрожжей достигает 1,5—2,0 об/(об-мин). В та­ких условиях дрожжи проходят все фазы развития. В стационар­ной фазе роста культуру надо выдержать до полного созревания, т. е. до прекращения интенсивного почкования.

Во время ферментации незначительно возрастают концентрации среды (от 0,9 до 2,2 по сахариметру) и титруемая кислота (от 0,3 до 0,8 мл 1 н. раствора кислоты на 100 мл раствора). В таких условиях выход прессованных дрожжей составляет 150 % от количества использованного сахара (или 37,5 % сухой биомассы).

После ферментации дрожжи отделяют от среды путем центрифугирования или фильтрации на фильтр-прессе, затем биомассу тщательно промывают водой. Прессованные дрожжи хранят при пониженной температуре (4—6С), так как при комнатной тем­пературе бактерии и микромицеты быстро повреждают дрожже­вые клетки.

Хорошими считаются хлебопекарные дрожжи, которые насы­щают тесто большим количеством диоксида углерода. Дози­ровка прессованных дрожжей в тесто составляет обычно 1 — 1,5% к массе муки. Мука содержит ферменты (амилазу и протеазу}, которые обеспечивают частичный гидролиз крахмала и белков муки, создавая благоприятный субстрат для роста дрожжей. В целях интенсификации процесса брожения в тесто можно добавить сахарозу или солодовый экстракт. В дрожжах, выра­щенных на мелассе, много инвертазы.

Мука содержит также много молочнокислых бактерий, создающих в тесте кислую среду, которая способствует росту дрож­жей и предохраняет тесто от размножения посторонних микро­организмов.

В биомассе дрожжей около 50 % белков, свободные аминокислоты и витамины (см. приведенные ниже данные).

Аминокислоты (г на 100 г СВ) Витамины (мкг/г СВ)

изин 8,2 Инозит 3000

ейцин 7,9 Холинхлорид 2 710

В алии 5,5 Ниацин 585

Изолсйцин 5,5 Тиамин монохлорид 165

Тирозин 5,0 -Аминобензойная кисло- 160

Аргинин 5,0 та

Треонин 4,8 Рибофлавин 100

Фенил ал анин 4,5 Пантотенат кальция 100

Гистидин 4,0 Пиридоксин монохлорид 20

Метионин 2,5 Фолиевая кислота 13

Цистин 1,5 Биотин 0,6

Триптофан 1,2

Дрожжи обогащают хлеб ценными вещестами. Человек ежедневно принимает с пищей около 2 г дрожжевой биомассы. Для длительного сохранения хлебопекарные дрожжи высушивают до содержания влаги 8—9%.

Пивные дрожжи и пиво

При производстве пива обычно используют специально селекционированные штаммы дрожжей Saccharomyces cerevisiae, а также дрожжи S. carlsbergensis и др. Выбор штамма является наиболее важным условием, определяющим свойства пива: его окраску, аромат, крепость.

Пивное сусло после гидролиза крахмала ферментами ячмен­ного солода содержит следующие углеводы (в % от общего количества углеводов): мальтозу — 53, глюкозу — 12, мальтотриозу—13, декстрин — 22, небольшое количество мальтотетраозы. Пивные дрожжи ассимилируют мальтозу, глюкозу и маль-тотриозу, но не используют декстрины и мальтотетраозу.

Поскольку сейчас популярны светлые сорта пива (с низким содержанием углеводов), генетики пытаются создать пивные дрожжи, способные ассимилировать декстрины.

Для упрощения технологии пивоварения поставлена задача получить рекомбинантные пивные дрожжи, способные перерабатывать крахмал непосредственно в этанол. Получен штамм S. cerevisiae с трансплантированным геном бактерии Bacillus subtilis, детерминизирующим р-глюканазу. Новый штамм не тре­бует предварительного солодования ячменя.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 | 4 | 5 |    Книги по разным темам