80. Co nazywamy fermentacją?

Fermentacja jest typem oddychania, w którym akceptorami elektronów są związki organiczne. Jest to proces polegający na niecałkowitym utlenieniu materii organicznej, na skutek czego z substratów większym ciężarze cząsteczkowym (głównie węglowodany) powstają związki o mniejszym od nich ciężarze (kwasy, alkohole).

81. Rodzaje fermentacji - opisać.

Rozróżniamy:

• homofermentacje - powstaje tylko 1 produkt końcowy; zaliczamy do nich fermentację octową i mlekową

• heterofermentacje - powstaje więcej niż 1 produkt końcowy; zaliczamy do nich fermentację masłową, propionową, alkoholową, rzekomą mlekową i pleśniową

Fermentacja octowa

• polega na utlenianiu alkoholu etylowego do kwasu octowego w warunkach tlenowych przez bakterie z rodzajów Acetobacter i Gluconobacter; w warunkach niesprzyjających ich rozwojowi, np. w zbyt wysokiej temperaturze lub przy niedostatku tlenu, tworzą formy zniekształcone - inwolucyjne, o wydłużonych i rozszerzonych komórkach

• bakterie z rodzaju Acetobacter różnią się od bakterii z rodzaju Gluconobacter tym, że część wytworzonego kwasu octowego utleniają do CO₂ i H₂O;

• bakterie fermentacji octowej występują przede wszystkim na owocach, towarzysząc drożdżom;

• bakterie fermentacji octowej mogą powodować przy dostępie powietrza kwaśnienie napojów niskoalkoholowych;

• zastosowanie: produkcja octu (używa się zazwyczaj szczepów z gatunku Acetobacter aceti).

Fermentacja mlekowa

• przeprowadzana jest przez bakterie, które są typowymi auksotrofami

• kwas mlekowy wytwarzają z cukrów prostych i dwucukrów, w wyniku szeregu przekształceń chemicznych; nie wykorzystują węglowodanów złożonych

• w warunkach beztlenowych lub przy niskim ciśnieniu parcjalnym tlenu

• dobre warunki rozwoju - mleko i materiał roślinny (tam f. mlekowa przebiega samorzutnie

• zastosowanie: zakwaszanie mleka, zakiszanie paszy i warzyw

1. f. mlekowa właściwa - bakterie z rodzajów Streptococcus i Lactobacillus (wśród nich homofermentacyjne - fermentacja laktozy, rozwija się w mleku i heterofermentacyjne - oprócz kwasu mlekowego CO₂ i kwas octowy, na poddawanym zakiszaniu materiale roślinnym); chroni produkty od zepsucia, uniemożliwiając rozwój bakterii proteolitycznych; przy zakwaszaniu należy zachowa warunki beztlenowe;

2. f. mlekowa rzekoma - różne gatunki bakterii, wśród nich Escherichia coli; kwas mlekowy jest jednym z wielu produktów, powstaje w małych ilościach; bakterie tej fermentacji są szkodnikami; bez zastosowania praktycznego

Fermentacja masłowa

• proces beztlenowy

• bakterie z rodzaju Clostridium - naturalne środowisko bytowania - gleba, a przetrwalniki też na powierzchni

• substraty- nie tylko proste węglowodany, np., skrobia, celuloza, pektyny

• produkty: kwas masłowy i np.: aceton, butanol, kwas octowy, CO₂ - zmieniają się w zależności od warunków (głównie pH)

• bakterie f. masłowej - szkodniki w mleczarstwie, przy kiszeniu pasz, warzyw; w roszarnictwie do produkcji na skalę przemysłową acetonu, butanolu i kwasu masłowego

Fermentacja propionowa

• wywoływana przez bakterie propionowe

• należą do rodzaju Propionibacterium,

• mają kształt pałeczek,

• są względnymi beztlenowcami,

• nie wytwarzają przetrwalników,

• mają zastosowanie przy produkcji serów dojrzewających, np. sera edamskiego (wytwarzający się kwas octowy i propionowy nadają serom charakterystyczny, nieco ostry smak, a dwutlenek węgla powoduje powstawanie dziurek w serze), produkcja witaminy B₁₂

• bakterie te towarzyszą bakteriom mlekowym w zakwasach chlebowych, a niekiedy też w kiszonkach.

Fermentacja alkoholowa

• wytwarzanie przez drobnoustroje alkoholu etylowego z węglowodanów

• substraty: cukry proste lub dwucukry

• przeprowadzana przede wszystkim przez drożdże, które obficie występują na owocach

• beztlenowa

• zastosowanie: przemysł gorzelniczy, winiarski, piwowarski

• surowiec poddawany fermentacji alkoholowej zaszczepia się hodowlami drożdży o dużej żywotności, tj. takimi, które zawierają nieliczne komórki stare i martwe

Fermentacja pleśniowa

• produkcja kwasu cytrynowego przy zastosowaniu Aspergillus Niger

79. Udział drobnoustrojów w oczyszczaniu ścieków.

Biologiczne sposoby oczyszczania ścieków polegają głównie na utlenianiu (spalaniu na mokro). Najistotniejsze znaczenie w tym procesie odgrywają bakterie tlenowe (aerobowe). Proces oczyszczania w warunkach tlenowych polega na zatrzymaniu przez powierzchnię mikroorganizmów zanieczyszczeń organicznych, rozpuszczonych lub koloidalnych, zawartych w ściekach. Mikroorganizmy te mogą występować jako skupisko w postaci błony biologicznej lub osadu czynnego. Część zatrzymanych ze ścieków zanieczyszczeń jest utleniana, w wyniku czego powstaje woda i dwutlenek węgla, pozostała część jest asymilowana i wykorzystywana do przyrostu żywej masy mikroorganizmów. Następnie część lub całość zsyntetyzowanej substancji żywej ulega autooksydacji. Biologiczne oczyszczanie ścieków odbywa się przy udziale enzymów wydzielonych przez mikroorganizmy biorące czynny udział w procesie oczyszczania. Najważniejszymi produktami procesów utleniania są bezwodniki kwasu węglowego, azotowego i siarkowego. Ponieważ ścieki zawierają dostateczną ilość związków zasadowych, bezwodniki tych kwasów wytwarzają sole rozpuszczalne: węglany, azotany i siarczany. Jedynie część dwutlenku węgla jako gaz pozostaje w roztworze lub z niego uchodzi. Podczas biologicznego oczyszczania ścieków rozkładowi ulega 45-80% zanieczyszczeń organicznych. Pozostała ilość substancji organicznych, organicznych postaci błony biologicznej ze złóż lub osadu czynnego, dostaje się do osadników wtórnych, wtórnych następnie przerabiana jest jako osad. W oczyszczalni biologicznej sztucznej w środowisku wodnym następuje nitryfikacja azotu - utlenienie N do organicznego NO3. Przy niedostatecznym zaopatrzeniu w tlen w procesie oczyszczania może nastąpić denitryfikacja, której wynikiem jest między innymi wydalanie gazowego azotu do atmosfery. Do degradacji organicznych osadów ściekowych i stężonych organicznych ścieków przemysłowych stosuje się metodę beztlenowego rozkładu biologicznego. Metoda ta, określana jest jako fermentacja anaerobowa lub metanowa. W procesie fermentacyjnym bierze tu udział bardzo różnorodna grupa drobnoustrojów, zdolnych do życia w warunkach beztlenowych.

---