Fermentacja alkoholowa
Wywołują gl drozdze z rodz Saccharomyces. Z plesni: Rhizopus,Mucom,Odium,Monilia.Mucor i Hizopu,Bakterie: Thermobacterium mobile znalazly zast w prod alkoholu etylowego.
Fermentacja alk wlasciwa zachodzi pod wpływem kompleksu enzymow zawartych w drozdzach,tzw.zymazy.rownanie Gay-Lussaca ujmuje bilans fermentacji alkoholowej: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 +118,43 kj lub C12H22O11 +H2O2C6H12O6- sacharoza 2C6H12O64C2H5OH+ 4CO2+2x118,43kj
Fer alk znalazla zastosowanie w gorzelnictwie,piwowarstwie,piekarnictwie
Drozdze gorzelnicze cechuja sie krotkim okresem fermentacji,duza czystością otrzymanego alkoholu bez produktow ubocznych oraz max wydajnością etanolu w stosunku do jednostki uzytego surowca,którym sa węglowodany
Piwowarskie-saccharomyces uvarum(drozdze dolnej ferment czyli szybko osiadające na dnie tanku podczas ferment głównej w odróżnieniu od drozdzy gornej ferment cerevisiae które zbieraja sie w dużej ilości w pianie.”dolne” prowadza dlugotrwala ferment która przebiega w niskiej temp(8-10C)
Winiarskie-(saccharomyces cerevisiae varietes ellipsoideus).rozne rasy drozdzy dobierane sa w zaleznowsi od składu chemicznego moszczu i typu wina,które chcemy otrzymac.ferment wina jest dluga(kilka tyg)
Piekarskie-(cerevisiae) cechuje je duza aktywność w prowadzeniu procesow ferment ciasta,a co za tym idzie zdolność do wytwarzania dużej ilości CO2 z cukrow zawartych w mace uzytej do wypieku pieczywa. CO2 wywoluje spulchnianie ciasta. Zdolnoosc ferment drozdzy w stosunku do cukrow,określać można dwona sposobami:1)oznaczanie czasu podnoszenia ciasta wlg Polskiej Normy lub metoda berlinska; 2) oznacz zdolności wytwarzania CO2 z cukrow w roztw wodnych roznymi sposobami
Produkcja glicerolu-drozdze w war beztlenowych produkuja z cukrow alkohol etylowy w środowisku kwasnym. W przypadku pozostawienie nie zmienionych warunkow beztlenowych,uzycia tego samego organizmu drobnoustrojow,lecz podwyższenia pH z 4,5 do 8,5 można zaobserwowac przemiane która przejdzie w kierunku glicerolu i spadnie wydajność etanolu i ditlenku wegla. Wzrosc zaw aldehydu ostowego w podlozu który tworzy sie w miejsce alkoholu etylowego. Badania Neuberga wykazaly ze tworzący sie aldehyd octowy mkozna zablokowac przed dodanie do podloza kwasnego siarczanu sodu. W produkcji wina zawsze towarzysza uboczne przemiany a wśród nich przemiana glicerynowa(zachodzi w niewielkich ilościach.dodatek związków zasadowych(NaHCO3,Na2HPO4) do zacieru tez powoduje wytwarzanie sie glicerolu
Mlekowa-bakterie fermenta mlekowej naleza gl do rodz Lactococcus i Lactobacillus, odznaczaja sie one brakiem przetrwalnikowania czyli zdolności ruchu,nie wytwarzaja katalazy,nie hydrolizuja zelatyny,nie redukuja azotynow.barwia sie gramdodatnio.wymagaja subst.wzrostowych w postaci witamin z gr B.produkuja kw mlekowy w ilości powyżej 90% ogółem wykorzystanych cukrow.w wyniku ferment cukrow prostych otrzymuje sie kw L-hydroksypropionowy:
C6H12O62CH3CHOH-COOH+94,16kJ
Jak wynika z reakcji podczas czystej fermentacji ze 180g cukru otrzymujemy teoretycznie 180g kw mlekowego.
ferment mlekowa cechuje:brak gazowania wskazujący na stala mase,niewielki spadek gęstości(sacharoza ma c wl 1,58g/cm3 a kw mlekowy 1,25); znaczny wzrost kwasowości(z cukru otzym sie prawie czysty kw mlekowy
powstający kw mlekowy oraz malejace pH hamuje rozwoj bakterii gnilnych oraz masllowych. Mlekowy w przeciwieństwie do octowego jest nieszkodliwy i przyswajalny przez organizm
Wlg Orla_Jansena bakterie ferment mlekowej dzielimy na 3 gr: 1)homofermentatywne,2)heterofermentatywne- gr właściwych bakteri mlekowych; 3)pseudomlekowe-niewlasciwych
Ad1.gr ta obejmuje rodz Lactococcus i Lactobacillus.wykorzystuja one cukry proste i dwucukry.prod prawie czysty kw mlekowy
Ad2.fermentuja oprocz heksoz pentozany i rafinoze. Wytwarzaja oprocz kw mlekowego tez CO2,kw octowy,gliceryne i alkohol etylowy. Spotykamy takie szczepy jak Lactococcus diacetilactis Leuconostoc dextranicus majace zastosowanie w przemysle oraz gat uwazane za szkodniki: Leuconostoc mesenteroides
Ad3 zaliczamy do nich rodz Pedicoccus i Mocrobacterium,bedace najczesc szkodnikami w pros wina piwa itd.obnizaja zaw kwasu jabkowego przez amiane go na kw mlekowy z wydzieleniem Co2.powoduja zmętnienie oraz nadaja prod nieprzyjemny smak i zapach
Zalicza sie rozne rodzaje bakterii homo i heterofermentatywnych:
paciorkowce,opt tempp 25C, produkuja do 1% kwasu:
homo-wlasciwe dla mleka gat Lactococcus lactis,Lactococcus cremoris
hetero-rozwijajace sie na podlozu roslinnym to Lactococcus citrovirus I Pedicoccus diacetilactis
Paleczki,opt temp 35C,prod do 2% kw:
wzrastające na mleku,np.: Lactococcus casei, b) właściwe dla podloza roślinnego: Lactobacillus plantarum czynne przy kiszeniu np.: ogórków
laseczki,opt temp 45C,prod do 3% kwasu: a) właściwe dla mleka-Lactobacillus bulgaricus nie trawiace sernika i trawiace sernik Lactobacillus lactis, B) właściwe dla podloza roślinnego-Lactobacillus delbrucki,przy czym w skali przemysl L.delbrucki przystosowany jest do ferment w temp 50C
w przem mleczarskim obecnie stosuje sie jako czysta kulture bakterie mlekowe do prod napojow mlecznych,masla, serow;w przemysle owocowo-warzywnym do prod kiszonych ogórków i kapusty oraz marynat zastep ocet kw mlekowym;w przem paszowym do utrwalania pasz(ziemniaki,zielonki) przez kiszenie. Z kiszeniem wiaze sie pojecie tzn MIN CUKROWEGO-jest to taka il cukru,która pozwala na otrzymanie odpowiedniej il kw mlekowego niezbędnego do uzyskania w kiszonce pH4,2
przy uzyciu homo termofilow-L.delbrucki-prod sie na skale przemyslowa kwas mlekowy stos jko podloze 10-15% roztwor cukru z dod ok. 0,1 fosforanow lub wyciągu z superfosfatu jako pożywki fosforowej i 2-2,25% kiełków slodowych lub zarodkow pszennych i ok. 0,05% gestwy drożdżowej jako pożywki azotowej oraz jako źródła Wit z gr B
ferm prowadzi sie w temp 50C przy pocz pH 6,2-6,5 przez 5-10 dni.poniewaz powstający kw mlekowy hamuje rozwoj bak mlekowych roztwor należy neutralizowac kreda(CaCO3).innym sposobem zobojętniania kw mlekowego jest dodanie prawie stechiometrycznie wyliczonej kredy w jednej porcji która osiada na dnie tanku. Gdy pH zaczyna spadac wlacza sie mechaniczne mieszadlo i unoszaca sie kreda podnosi pH prawie do obojętnego. Bakterie maslowe znajduja dogodne warunki do rozwoju dlatego przez to można zachamowac rozwoj szkodliwej mikroflory
propionowa- propionibacterium sz gram+,nieruchliwe i nie wytwarzaja przetrwalnikow, sa krotkimi paleczkami.charakteryzuja sie beztlenowym lub względnie beztlenowym trybem zycia. W ich Komorkach obecne sa heminy(układ cytochromowi,katalaza) chociaz niektóre gat sa katalazoujemne.bakterie te wyst najczęściej w żwaczui w jelitach przezuwaczy. Biora udzial w wytwarzaniu kwasow tluszczowych.izoluje sie je w warunkach beztlenowych z pożywki zaszczepionej serem szwajcarskim zaw.mleczan oraz wyciag drożdżowy.najbardziej znane gat to: P.feudenreihii,jemsenii,acidipropionici a inne to: micrococcus lactilticus,clostridium propionicum mikromonospora.
Bakterie kw propionowego uzyskuja energie w procesie fermentacji. Rozwijaja sie one i wytwarzaja kw propionowy na podlozach zaw glukoze, sacharoze ,laktoze i pentoze, a także wykorzystuja do swojego rozwoju kw mlekowy,jabłkowy,gliceryne i inne związki.wytwarz one także Wit B12 a niektóre prod enzymy amylolityczne.Duze znaczenie maja propioniany wapnia i sodu otrzymywane droga fermentacyjna które sa wykorzysta w przemysle spożywczym do utrwalania żywności oraz podnoszenia wart odżywczej ze względu na wzbogacenie wielu artykułów w Wit B12.
Majchrzak zast w przem spoz ferm propionowa.wzbogacenie fermentowanych napojow mlecznych trwałych w Wit B12; uzyskanie chleba niepleniejacego
Kw.propionowy wukkorzystuje sie także do utrwalania mokrego ziarna zborz przeznaczonych na pasze.
3C6H12O64CH3CH2COOH+2CH3COOH+2CO2+2H2O+x kJ
3CH3CHOHCOOH2CH3CH2COOH+CH3COOH+CO2+H2O+xkJ
Jest to ferment propionowo octowa w której kwasy powst w stos 2:1
Maslowa-jest to rozklad cukrow pod wpl enzymow odpowiednich bakterii Pol z wytwarzaniem kw maslowego oraz prod ubocznych.pierwszy proces beztlenowy odkryty przez Pasteura.bakterie z tej gr to Clostridium: pasteurianum,butylicum,amylolyticum,saccharoacetobutylicum.bak fermenta masowej sa laseczkami dużych wymiarow,ruchliwe,perytrichalnie urzęsione gram+,przetrwalnikujace ze zmiana krztaltu tworzące wrzeciona lub bylawki.przetrwalniki kiełkują biegunowo.przed przetrwalnikowaniem b.odkladaja weglowodanowa substancje zapasowa zblizona bydowa do skrobi o nazwie granuloza inaczej jogen. Z plynem Jugola barwi sie na kolor ciemno granatowy.pod względem fizjologicznym sa mezofilami o optimum wzrostu w temp ok. 35C i bezwzględnymi beztlenowcami,niektóre maja zdolność wiazania azotu atmosferycznego,wzbogacaja glebe-pozyteczne.
Bogaty kompleks enzymatyczny pozwala bakteriom maslowym na ferment roznych związków chemicznych-cukry alkohole,dekstryny,insulina skrobia,pektyny,błonnik.bakterie te mogą wyst jako szkodniki-psucie mleka pateryzowanego,psucie i pekanie Serwo,gorzknienie kiszonek i bombaze konserw.
Bilans ferm,et maslowej-C6H12O6CH3CH2CH2COOH+2CO2+2H2+29,29kJ
Jako produkty uboczne spotyka sie kw octowy i mrowkowy
Przebieg ferment maslowej zalezy od środowiska-obojetne-powstaje kw maslowy; odczyn kwasny-alkohol butylowy i aceton. Aby reakcja poszla w kierunku kw maslowego srod zobojetnia sie kreda
Ferment Maslowa jest silnie gazujaca w związku z tym obserwujemy spadek gęstości,spadek masy nastawu oraz znaczny wzrost kwasowości
Wykrywanie kw maslowego-zapach zjełczałego masla lub przeprowadzenie kw maslowego w ester etylowy o zapachu ananasow. W tym celu 2 cm3 plynu w probowce zadaje sie 0,5 cm# 96% alkoholu etylowego i 1 lub 2 cm3 stez kw siarkowego po zmieszaniu i odgrzaniu powstaje zapach maslanu etylu(ananas).reakcja przebiega wlg równania: CH3CH2CH2COOH+CH3CH2OH(H2SO4) CH3CH2CH2COO-CH2CH3+ H2O.
Wizualnie obecność kwasu określamy na podstawie zabarwienia \jakie tworzy maslan żelazowy w mysl równania:3Ca(C4H7O2)2+2FeCl32Fe(C4H7O2)3+3CaCl2.
Do probowki z 5cm3 odfermentowanej pożywki dodaje sie 2cm 5%chlorku żelazowego po ogrzaniu powstaje zabarwienie brazowe pochodzące od maslanu żelazowego. Ilościowo kw maslowy można ozn przez destylacje z para wodna a destylat miareczkuje sie 0,1 N NaOH wobec fenoloftaleiny.1cm3 o,1 N NaOH odpowiada 0,0088 g kw maslowego.
Oznaczaczanie gęstości w Blg-polega na napełnieniu cylindra badanym roztworem podloza fermentacyjnego, a nastepnie zanurzeniu areometru Bellinga i odczytaniu wyniku na skali zamieszczonej na trzpieniu areometru,który jest wyskalowany w % wagowych.odczyt gest.wykonuje sie zwykle wlg menisku dolnego a w cieczach nieprzezroczystych gornego im wieksza jest gest cieczy tym mniejsze jest zanurzenie areometru,przyrząd powinien być czysty i nie zwilżony inna ciecza. Wynik odczytany w określonej temp należy sprowadzic do tej w której był skalowany
Ozn zaw wolnych kwasow-oznacza sie droga zobojętniania określonej objętości plynu za pomocna lugu sodowego w określonym mianie-normalnosci wobec fenoloftaleiny. Zaw określonego kwasu podaje sie zwykle w g/1dm3. z tego względu ilość zuzytego lugu w przeliczeniu na odpowiedni kwas który zawart jest w podlozu powinna uwzględniać wielokrotność proby pobranej do osznaczenia w stosunku do 1 litra podloza zarówno przed fermentacja jak i po f.
Oznaczanie pH podloza ferment.(kwasowość czynna)przeprowadza sie elektrometrycznie lub kolorymetrycznie. Met kolorymetr.polega na zbadaniu badanego roztworu odpowiednim wskaźnikiem i porównaniu intensywności powstałego zabarwienia ze skala wzorcow przygotowanych na roztworach o znanych wart pH.mozna rowie stosowac paski bibuly wysycane wskaźnikami.
Posługujemy sie pHmetrami.
Hydroliza roztworow cukrow zawartych w podlozach fermentacyjnych
W metodach chemicznych oznaczania cukrow wykorzystuje sie ich właściwości redukujujace wynikające z obecności gr karbonylowych.w materiałach biologicznych najczęściej mamy do czynienia z mieszanina roznych cukrow które maja rozne zdolności redukcyjne dlatego tez trzeba przeprowadzic hydrolize tak aby koncowy wynik moznabylo przeliczyc na odpowiedni cukier. W tym celu 20cm3 badanego roztw przenosi sie ilościowo do kolby miarowej na 100cm# dodaje sie 10cm3 kw solnego o gest 1,25g/cm3 rozcienczonego h2o w stos 1:1 i przez 10 min w temp 68-70C ogrzewa sie w lazni wodnej mieszając. Po hydrolizie należy ochłodzić próbkę i zobojętnić 30% NaOH wobec fenoloftaleiny do barwy amarantowej gdyz samo ozn cukrow czyli proces redukcji miedzi zachodzi w środowisku alkalicznym. Po ponownym ochłodzeniu kolbki z badana proba podloza po hydrolizie i zobojętnieniu należy dopełnić woda dest do kreski
Oznaczanie cukru w aparacie Soczyńskiego
Oznacza sie subst.redukujace zwłaszcza cukry jak również sacharoze po uprzednim przeprowadzeniu inwersji. Metoda ta zastepuje wszystki dotychczas stosowane sposoby osnaczania cukrow i innych subst redukujących oparte na redukcji soli miedziowych.czas samego oznaczania wynosi 5min. Szybkość i łatwość wykonania.
a)zasada metody-polega na dodaniu roztworu zaw cukier redukujący do roztworu alkaliczno miedziowego.cukier ten redukuje miedz z 2 lub 1 wart.aby czerwony Cu2O nie osadzal sie do początkowego alkalicznego roztw dodaje sie żelazocyjanek potasu który daje dobrze rozp związek z miedzia 1 wart.stosuje sie tu bezpośrednie miareczkowanie. Goracy roztwor alkaliczno miedziowy miareczkuje sie w temp ok. 98C roztworem cukru w aparacie w którym nagrzewanie płynów reagujących odbywa sie przez przepuszczenie goracej pary wodnej. Takie ogrzewanie pozwala na analizy w parze wodnej bez dostępu do płynów reagujących powietrze.osiaga sie przy tym mieszanie płynów bez miejscowego przegrzania oraz utrzymanie stalej temp podczas analizy. Wskaźnikiem jest blekim metylenowy który traci niebieski kolor w koncowym momecie miareczkowania.
Ozn zawart alkoholu etylowego
Polega ono na wygotowaniu alkoholu z podloza hodowlanego drozdzy lub zacieru fermentacyjnego i odprowadzeniu do pluczki z dichromianep potasu w środowisku kwasnym. W tych warunkach nastepuje utlenienie alkoholu do kw octowego za pomoca dichromianu potasu przy czym K2Cr2O7 oznacza sie jodometrycznie po uprzednio dodaniu KI i odmiareczkowaniu wydzielonego jodu roztworem tiosiarczanem sodu.
3C2H5OH+K2Cr2O7+8H2SO43CH3COOH+Cr2(SO4)3+2K2SO4+11H2O
K2Cr2O7+6KI+7H2SO44K2SO4+Cr2(SO4)3+3I2+7H2O
I2+2Na2S2O32NaI+Na2S4O6 na podstawie zuzytego roztworu tiosiarczanu sodu odczytuje sie z tablic zaw alkoholu etylowego wyrazona w % objetosciowych.
Wzgledne beztlenowce paleczki (-) nieprzetrwalnikujace escherichia coli, proteus vulgaris, salmonella,shigella,serratia
Tlenowce laseczki (+) przetrwalnikujace bacillus subtilis, bacillus cereus, bacillus anthracis,
Beztlenowce laseczki (+) przetrwalnikujace clostridium butyricum, clostridium perfringes, clostridium sporagenes,clostridium tetani, clostridium botulinum
Tlenowce ziarniaki (+) nieprzetrwalnikujace micrococcus luteus, misrococcus caseolyticus
Tlenowce lub wzgledne beztlenowce ziarniaki(+) nieprzetrwalnikujace staphylococcus aureus,
Wzgledne tlenowce lub beztlenowce ziarniaki (+) nieprzetrwalnikujace streptococcus pyogenes, agalactis, lactis, mitis, faecalis, salivarius, cremoris
Wzgledne beztlenowce paleczki (+) nieprzetrwalnikujace lactobacillus delbrucki,lactis helveticus, acidophilus, brevis
Wzgledne beztlenowce drobne paleczki(+) nieprzetrwalnikujace propioni bacterium theoni, acidipropionici
Tlenowce paleczki (-) nieprzetrwalnikujace psedomonas fluorescens, acetobacter aceti,acetobacter xylinum.