А. Уксусная кислота или уксус

Уксусом называется 5 – 9% раствор уксусной кислоты в воде. Он был обнаружен в кислом вине раньше,чем уксусная кислота. Позже уксус начали получать, сбраживая спиртовой раствор при помощи особых уксуснокислых бактерий. В результате перегонки перебродившего раствора получают 70 – 80% -ный раствор уксусной кислоты – уксусную эссенцию. Концентрация безводной или ледяной уксусной кислоты 99,8%.

Уксусную кислоту используют как в пищевой промышленности, так и для растворения органических красителей, получения медикаментов, пластмасс, синтетических волокон, в микробиологическом синтезе как источник углерода и др.

Для полученного микробиологическим путем уксуса характерен приятный запах и вкус за счет образования небольшого количества эфиров, спиртов и кислот.

В промышленности уксуснокислое брожение ведут в вертикальных генераторах по непрерывному методу.

Б. Молочная кислота

На субстратах, содержащих углеводы, многие молочнокислые бактерии продуцируют молочную кислоту. Чаще всего они встречаются в молочных продуктах, на их деятельности основано получение простокваши, сметаны и других кисломолочных продуктов. Молочнокислые бактерии находятся и на зерне, поэтому ржаной хлеб можно получить после естественного брожения теста.

Молочную кислоту широко используют в химической, фармацевтической и пищевой промышленности.

Молочную кислоту в промышленных условиях получают путем анаэробной глубинной ферментации. В качестве основного сырья используют мелассу, сахарозу, гидролизаты крахмала.

В. Пропионовая кислота

Пропионовую кислоту продуцируют пропионовокислые бактерии. В производстве сыра они способствуют образованию специфического вкуса. Пропионовую кислоту как растворитель используют в производстве душистых веществ. В химико – фармацевтической промышленности она используется в качестве сырья. Пропионовую кислоту получают в анаэробных условиях.

Г. Лимонная кислота

Лимонная кислота широко распространена в фруктах – смородине, клюкве, лимонах и т.д.

В Италии и Испании лимонную кислоту до сих пор получают из лимонов. Ее широко используют в пищевой промышленности для производства напитков и кондитерских изделий, в химической промышленности для приготовления светочувствительных фотоэмульсий, для окраски волокон, в медицине и т.д.

Лимонную кислоту микробиологическим синтезом получают, используя главным образом микроскопические плесневые грибы Aspergillus niger, выращиваемые методом поверхностного культивирования.

В последнее время в производстве лимонной кислоты способ поверхностного культивирования начинает сменяться глубинным культивированием. Разработан метод получения лимонной кислоты из жидких парафинов, используя специальные культуры дрожжей.

 

Липиды

Под липидами в данном случае подразумеваются растворимые в неполярных растворителях клеточные компоненты микроорганизмов. Их концентрация составляет до 75% сухой биомассы. В состав липидов микроорганизмов входит сравнительно много ненасыщенных жирных кислот.

Соотношение насыщенных и ненасыщенных кислот зависит не только от свойств продуцента, но и от условий культивирования. Низкая температура стимулирует синтез ненасыщенных жирных кислот у грибов. Общее количество и соотношение жирных кислот зависит и от присутствия K, Mg, Na и их соотношения в среде.

Синтез липидов стимулируют ингибиторы углеводного обмена, например арсенит натрия.

Для производства липидов микробного происхождения может быть использовано дешевое сырье. Они могут заменить жиры и масла растительного и животного происхождения, используемые для технических нужд.

Примерами подобного не затратного сырья являются гидролизаты древесины или торфа, а также продукты нефти.

Чтобы в клетках микроорганизмов накопилось максимальное количество липидов, во время ферментации надо лимитировать количество азота и вести ее в аэробных условиях. За сутки в биомассе дрожжей Rhodotorula gracilis может образоваться 50 – 60% липидов. Содержание белков в биомассе при таких условиях уменьшается до 10 – 20%.

Липиды выделяют из биомассы экстракцией эфиром. Из 1 т сухого торфа можно получить 40 – 50 кг липидов. По физико-химическим свойствам они близки к растительным маслам, которые используют во многих отраслях промышленности для технических нужд.

Возможно отобрать такие культуры микроорганизмов и создать условия культивирования, чтобы в биомассе накапливалось меньше липидов (15 – 30%), но больше белков (30 – 40%). В этом случае после экстракции липидов получают ценный кормовой препарат – микробный жмых.

В последнее время доказано, что микроорганизмы могут выделять липиды из клеток в культуральную жидкость. Культура дрожжей Rhodotorula glutinis выделяет из клеток уксусную, миристиновую, пальмитиновую, стеариновую, олеиновую, линолевую, линоленовую и 3-дигидроксигексадекановую кислоты.

При культивировании Candida bogoriensis в среде образуются игольчатые кристаллы липидов с температурой плавления 74 - 76°С. Эти кристаллы состоят из углевода софорозы и гидроксигокозановой кислоты, соединенных гликозидной связью.

 

Полисахариды

Полисахариды микробного происхождения при введении в организм человека в кровь повышают защитные силы организма – резистентность. В клеточной стенке дрожжей около 70% по сухой массе полисахаридов – маннана и гликана.

а. Зимозан

Для получения зимозана можно использовать дрожжи родов Saccharomyces, Candida, Cryptococcus и другие дрожжеподобные культуры. Биомассу дрожжей получают в модифицированной среде Ридера по 11-часовой схеме культивирования в стерильных условиях, полностью исключая присутствие побочной микрофлоры и стимулируя образование клеточной стенки добавлением кобальта, марганца и меди.

После ферментации культуральную жидкость сепарируют, прессуют и дрожжевую пасту варят в четырехкратном объеме 0,5 M , после охлаждения до 37°С гидролизуют в среде с ферментным препаратом панкреатина.

Через 16 – 20 суток ферментации суспензию центрифугируют. В результате варки белки денатурируются, клеточные стенки рвутся; при последующем ферментативном гидролизе белки, а также белково-полисахаридные комплексы клеточной оболочки разрушаются до аминокислот и полисахаридов. Осадок после центрифугирования промывают несколько раз холодной и горячей водой для удаления растворимых сахаров, промывают этиловым спиртом и высушивают в вакууме. Размельченный препарат используют в медицине.

Зимозан – вещество светло-серого цвета без специфического вкуса и запаха. В воде и обычных растворителях не растворяется, а образует суспензию. В зависимости от технологии производства в него входят 30 – 90% углеводов, 1,0 – 2,3% азота, 0,1 – 0,8% фосфора.

б. Декстран

Это полигликозид. В отличие от полигликозидов типа крахмала или гликогена декстран не дает реакцию с йодом.

Рис.1. Участок молекулы декстрана.

Деполимеризованный декстран используется как заменитель сыворотки крови (полигликин).

Препарат полигликина широко используют в хирургии. Все станции скорой помощи обеспечены этим препаратом. При больших потерях крови вместо нее в кровеносную систему вводят полигликин.

В опытах с собаками доказано, что даже при потере крови на две третьих с помощью полигликина можно спасти жизнь. При восстановлении крови декстран постепенно используется на энергетические потребности.

Для получения декстрана используют культуры Leuconostoc mesenteroides и L. dextranicum. Главное исходное производство при производстве декстрана – сахароза. Ферментацию ведут методом глубинного культивирования. Концентрация сахарозы в среде должна быть высокой, а содержание азота – низким.

 

Этиловый спирт

Еще до открытия микроорганизмов люди знали и использовали в своем питании продукты их синтеза.

В истории многих древних народах описывается вино, а древние египтяне употребляли также и пиво. Спирт был получен гораздо позже, из-за возникшей необходимости отделять его от других продуктов брожения. Спиртовое брожение лежит в основе многих отраслей промышленности, так как все алкогольные напитки являются продуктами брожения.

Большую часть этилового спирта (53%) в нашей стране используют для технических нужд – в производстве синтетического каучука, для синтеза различных веществ, как растворитель, а 47% - на изготовление напитков и медицинские нужды.

Спиртовое брожение – один из самых изученных биохимических процессов. Спиртовое брожение чаще всего вызывают дрожжи, реже некоторые бактерии (Sarcina) и плесневые грибы (Mucor).

В промышленности дрожжи обычно подразделяют на верховые и низовые. Верховые дрожжи интенсивнее ведут брожение и труднее осаждаются. К ним принадлежат спиртовые и хлебопекарные дрожжи Saccharomyces cerevisiae. К низовым дрожжам относятся виды, используемые в пивоваренной промышленности.

Еще Пастер выяснил, что брожение есть жизнь без кислорода.

В природе не всегда доступен кислород, в присутствии которого из углеводов можно получить гораздо больше энергии, чем в процессе спиртового брожения. Поэтому, некоторые культуры приспособившиеся к подобным условиям выработали свой трудный путь получения энергии. В основе брожения лежит разрушение углеводов до этилового спирта, и О по следующему суммарному уравнению:

В процессе спиртового брожения в среде могут накапливаться различные высшие спирты, которые в практике называют сивушными маслами.

В состав сивушных масел входят изоамиловый, амиловый и изобутиловый спирты. Существует мнение, что сивушные масла образуются из аминокислот, азот которых дрожжи используют по следующему уравнению:

Однако в последнее время это мнение подвергают критике и считают, что сивушные масла образуются из продукта гликолиза — пировиноградной кислоты путем аминирования ее до аланина, который в свою очередь переаминируется в соответствующую кетокислоту. В условиях спиртового брожения кетокислоты, восстанавливаясь, образуют высшие спирты.