FERMENTACJE

cd. Wykładu 3 (Inżynieria bioprocesowa)

Fermentacja

Do najważniejszych rodzajów fermentacji należą:



Fermentacja alkoholowa



Fermentacja cytrynowa



Fermentacja masłowa



Fermentacja mlekowa



Fermentacja mannitowa (zwana też "śluzową" lub
"gumową")



Fermentacja metanowa



Fermentacja octowa (fermentacja tlenowa)



Fermentacja propionowa.

Fermentacj
a
mannitowa

Fermentacja mannitowa

Fermentacja mannitowa (inaczej

fermentacja śluzowa albo gumowa)

przeobrażenie zachodzące w cieczach zawierających

cukier, (np. wino lub mleko), skutkiem czego ciecze te

stają się włókniste i śluzowate.
Zmiany te są wywoływane przez pewne właściwe
bakterie, jak Bacillus sachari, Bacillus vini,
Lactobacillus brevis.
Efektem tej fermentacji jest pojawienie się zapachu
psujących się owoców, a także wydzielanie się
mannitolu i równocześnie kwasu octowego oraz kwasu
mlekowego.

Fermentacja mannitowa

Mannitol, mannit – organiczny związek
chemiczny, polihydroksylowy alkohol
cukrowy.
Stanowi bogate źródło przyswajalnego węgla
i dlatego jest dodawany do podłoży
hodowlanych (np. podłoże Chapmana służące
izolacji i identyfikacji bakterii z rodzaju

Staphylococcus - gronkowiec

).

Pożywka Chapmana – jest to pożywka typu
wybiórczo-różnicującego stosowana do
hodowli gronkowców.

Gronkowiec złocisty
(Staphylococcus
aureus) w barwieniu
metodą Grama

Fermentacja mannitowa

Fermentacja mannitowa zaliczana jest do chorób win,

skutkującej mdłym posmakiem i zmętnieniem wina.
Zapobieganie jej polega głównie na stosowaniu tylko zdrowych

owoców i zachowaniu czystości, a także terminów i reżimów

wynikających

z technologii produkcji wina.
Leczenie skutków fermentacji mannitowej jest możliwe,

jeśli nie posunęła się zbyt daleko i polegać może m.in. na

pasteryzacji w temperaturze 70 °C, a także ewentualnym

dokwaszeniu lub kupażowaniu z innym gatunkiem wina.

Kupażowanie

– mieszanie różnych gatunków, bądź roczników

wina, piwa lub whisky w celu uzyskania odpowiednich

parametrów

.

Fermentacja metanowa

Fermentacja metanowa

Fermentacja metanowa – proces mikrobiologiczny
rozkładu substancji organicznych przeprowadzany
w warunkach beztlenowych przez mikroorganizmy
anaerobowe z wydzieleniem metanu.
Nazwa "fermentacja metanowa" została nadana
przed poznaniem istoty tego procesu i może być
myląca.
W rzeczywistości jest to zespół przemian
biochemicznych, które łączy brak tlenu.

Fermentacja metanowa

Typy fermentacji metanowej



psychrofilna – zachodzi w temperaturze otoczenia

(poniżej 25 stopni), trwa minimum 70–80 dni, zwykle

zachodzi w szambie, osadniku Imhoffa oraz w

otwartych basenach fermentacyjnych; powstający

biogaz nie jest ujmowany i stanowi zanieczyszczenie

atmosfery



mezofilna – przeprowadzana w temperaturze 30–40 C,

trwa około 30 dni, w zamkniętych komorach

fermentacyjnych z których ujmowany jest biogaz. Mimo

konieczności podgrzewania komory fermentacyjnej,

fermentacja mezofilna posiada dodatni bilans energii.



termofilna – trwa od 15 do 20 dni, zachodzi w

temperaturze powyżej 40 stopni w zamkniętych

komorach, przy ujemnym bilansie energetycznym.

Fermentacja metanowa

Etapy procesu
Wyróżnia się następujące 4 etapy fermentacji metanowej:

hydroliza

prowadząca do rozkładu polimerów organicznych do

związków o prostszej budowie, obejmująca w szczególności rozkład:

►

białek do aminokwasów,

►

lipidów do alkoholi

►

wyższych kwasów tłuszczowych oraz węglowodanów do

cukrów prostych

acidogeneza

, podczas której z produktów hydrolizy wytwarzane są

kwasy karboksylowe, głównie walerianowy, mrówkowy i propionowy

acetogeneza

, podczas której powstaje octan produkowany przez

heterotrofy

z glukozy oraz przez

autotrofy

z dwutlenku węgla i

wodoru

metanogeneza

, czyli wytworzenie metanu przez

metanogeny

z

octanu lub na drodze redukcji dwutlenku węgla wodorem

Fermentacja metanowa

Czas generacji mikroorganizmów pierwszych trzech
faz wynosi kilkanaście minut, natomiast czas generacji
bakterii metanogennych kilkadziesiąt do kilkuset godzin.
heterotrof, organizm cudzożywny – organizm

odżywiający się cudzożywnie
autotrof, organizm samożywny (autotrof) – organizm
samodzielnie wytwarzający związki organiczne.
Potrzebuje do tego wody, dwutlenku węgla i energii
słonecznej (zachodzi proces fotosyntezy) bądź energii
chemicznej, którą uzyskuje ze spalania (utleniania)
związków nieorganicznych (chemosynteza).

Fermentacja metanowa

Metanogeny zwane też tradycyjnie

bakteriami metanogennymi,

bakteriami metanogenicznymi lub

metanobakteriami, mimo że według

obecnych klasyfikacji

taksonomicznych nie są zaliczane do

bakterii, są to archeowce u których

głównym produktem oddychania jest
metan

.

Archeony, archeany (Archaea)

dawniej zwane też archebakteriami,

(Archaebacteria) lub archeowcami –

drobne, pierwotnie bezjądrowe.

archeony

Fermentacja metanowa

Metanobakterie są bezwzględnymi anaerobami.
Ich metabolizm zachodzi przy temperaturach od 0 do 70

C, niektóre są w stanie funkcjonować nawet w

temperaturze 90°C, przy wyższych temperaturach giną.
Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta wydajność

metabolizmu.
Środowisko bakterii metanogennych musi być:



beztlenowe,



pH neutralne lub lekko alkaliczne



i musi zawierać przynajmniej 50% wody.

Najczęściej spotyka się je: w bagnach, na uprawach

ryżowych,

w oborniku, w gnojowicy lub w układzie trawiennym

przeżuwaczy.

Fermentacja octowa
(

fermentacja tlenowa

)

Fermentacja octowa – biochemiczny proces powstawania

kwasu octowego z alkoholu etylowego w rozcieńczonym
roztworze wodnym z udziałem bakterii.
Nie jest procesem właściwej fermentacji (zachodzi w
warunkach tlenowych) i jest zaliczana do pseudofermentacji.

Reakcja fermentacji octowej

Pod wpływem enzymów wytwarzanych przez bakterie
octowe etanol utlenia się z wykorzystaniem tlenu z
powietrza do kwasu octowego z wydzieleniem wody.

Fermentacja octowa
(

fermentacja tlenowa

)

Charakterystyka bakterii octowych



należą do rodzaju Acetobacter



mają kształt krótkich pałeczek i mogą występować

pojedynczo, po dwie lub w łańcuszkach



są ścisłymi tlenowcami, mogą na powierzchni

pożywki tworzyć kożuszek



nie mają wysokich wymagań odżywczych



są

mezofilami



mają zdolność utleniania alkoholu etylowego do

kwasu octowego, co wykorzystywane jest w

przemyśle do produkcji octu



nie wytwarzają przetrwalników

Fermentacja octowa
(

fermentacja tlenowa

)

Mezofile

(bakterie mezofile) – bakterie, dla których

optymalna temperatura wzrostu i rozwoju mieści się w
granicach od 30 °C do 40 °C.
Minimalna temperatura dla tej grupy drobnoustrojów to
10 °C,
a maksymalna 45 °C.
Mezofilami jest większość drobnoustrojów
chorobotwórczych, dla których optymalną do rozwoju
jest temperatura ludzkiego ciała.

Fermentacja octowa
(

fermentacja tlenowa

)

Produkcja octu na skalę przemysłową

Przy produkcji octu spirytusowego wykorzystuje się

m.in. metodę Schutzenbacha. Polega ona na stworzeniu

możliwie największej powierzchni, na której następuje

utlenianie alkoholu. Powierzchnię tę stanowią wióry

bukowe, nasycone 6% octem,

z którym wprowadzane są bakterie octowe. Następnie

zwilża się je rozcieńczonym spirytusem.
Jako naczyń fermentacyjnych używa się specjalnych

aparatów drewnianych, tzw. stojaków lub generatorów.

Najnowsze metody polegają na bezpośrednim

napowietrzaniu roztworu alkoholu zawierającego

bakterie, bez użycia wiórów.

Fermentacja

propionowa

Fermentacja propionowa

Fermentacja propionowa - fermentacja

wywoływana przez bakterie propionowe.
Charakterystyka bakterii propionowych



należą do rodzaju Propionibacterium,



mają kształt pałeczek,



są gramdodatnie



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 oczek

w serze),



bakterie te towarzyszą bakteriom mlekowym w

zakwasach chlebowych, a niekiedy też w kiszonkach.

Fermentacja propionowa

Równanie sumaryczne fermentacji

propionowej

3CH

3

CHOHCOOH + bakterie propionowe ⇒ 2CH

3

CH2COOH

+ CH

3

COOH + CO

2

+ H

2

O + kcal

kwas mlekowy + bakterie → kwas propionowy +

kwas octowy + energia
Bakterie propionowe 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 oczek w serze).