Файл: Технология гидролизных производств учебник..pdf

маслянокислом и молочнокислом брожении. В 1933 г. была предложена схема спиртового брожения, которая получила назва­ ние схемы Эмбдена — Мейергофа. Сложные превращения сахара, происходящие при спиртовом брожении, промежуточные продукты и ферменты, участвующие в этом процессе, изучались многими исследователями. Для выделения и изучения промежуточных продуктов и ферментов осуществляли бесклеточное брожение при помощи ферментного сока и, применяя ингибиторы и специфиче­ ские яды, останавливали этот процесс на определенных стадиях. Ингибиторы угнетали какие-нибудь отдельные звенья сложного процесса брожения, яды парализовали действие отдельных фер­ ментов, оставляя нетронутыми другие. Добавление ядов привело к накоплению продуктов промежуточного обмена, которые были изолированы и идентифицированы. Был применен также принцип улавливания, т. е. химическое связывание промежуточных продук­ тов брожения. Особенно хорошие результаты в изучении химизма брожения были получены при использовании веществ с мечеными атомами. Чаще всего использовали радиоактивный углерод С14 и фосфор Р32, позволяющие распознавать их в составе новообра­ зующихся соединений. На основании полученных данных делали выводы о механизме превращения исходного субстрата в конеч­ ные продукты.

Большую роль в изучении действия ферментов и их природы

с выделением определенного количества энергии. Спиртовое бро­ жение производят дрожжи, мукоровые грибы и бактерии. Мукоровые грибы применяются в Азии для получения слабоалкогольных напитков. К ним относятся крахмальные (Amylomycetes) и мукоровые грибки. Крахмальные грибки образуют фермент амилазу, которая превращает крахмал, например, кукурузы в декстрины и мальтозу, а фермент мальтаза расщепляет их до глюкозы. Последняя сбраживается мукоровым грибком с образо­ ванием 5—6% этилового спирта и углекислоты. Эти процессы происходят в присутствии небольшого количества кислорода. Мукоровые грибки относятся к роду ризопов, например Rhizopus japonicus, содержат различные ферменты (сахаразу, инулазу, амилазу, спиртообразующие ферменты) и поэтому расщепляют сахарозу, инулин, крахмал и вызывают спиртовое брожение. Не­ достатком брожений, вызываемых мукоровыми грибками, является то, что они для своей жизнедеятельности используют большое количество углеводов и на поверхности бродящей жидкости обра­ зуют воздушный мицелий. В Южной Америке для сбраживания углеводов применяются бактерии Ps. lindneri, образующие спирт и углекислоту.

206

Основными микроорганизмами, вызывающими спиртовое бро­ жение, являются дрожжи. Они наиболее широко применяются

в нашем народном хозяйстве.

Химизм спиртового брожения. В результате спиртового броже­

ния молекула гексозы распадается на две молекулы этилового спирта и две молекулы углекислоты по уравнению Ж. ГейЛюссака. При этом выделяется определенное количество энергии, необходимой для жизнедеятельности дрожжей. Энергия, образую­ щаяся в результате окислительно-восстановительных реакций, ак­

кумулируется в форме макроэргических фосфатных связей ( ~ Р ) аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). За счет непрерывно регенерирующейся в клетках АТФ энергия по мере надобности используется для жизнедеятельности микроорганизма.

С6Н120 6= 2 С 2Н50 Н + 2 С 0 2+ 5 6 ккал.

Это уравнение показывает только конечный результат.

Процесс превращения сахара в спирт является сложным био­ химическим процессом, протекающим в несколько ступеней, не­ прерывно следующих друг за другом. Установить химизм спирто­ вого брожения стало возможным только после открытия бесклеточного брожения, так как в этом случае процессы спирто­ вого брожения можно изучать независимо от всех других жизнен­ ных процессов— роста, размножения и разных химических превращений, сопровождающих брожение живых дрожжей.

Исследование процессов брожения ферментного дрожжевого сока показало, что эти процессы катализируются группой по­ следовательно действующих ферментов, в ходе брожения образу­ ются различные промежуточные и побочные продукты. Как отмечалось ранее, большую роль в брожении играют соединения фосфорной кислоты. По принятой в настоящее время схеме химизма спиртового брожения этот процесс распадается на не­ сколько ступеней.

и гексозы (реакция фосфорилирования). Источником фосфорной кислоты является АТФ. Молекула АТФ состоит из пуринового основания аденина, рибозы и трех молекул фосфорной кислоты.

он он

207

В результате присоединения к глюкозе остатка фосфорной кислоты образуется эфир 6-глюкозомонофосфат и аденозиндифосфорная кислота (АДФ):

Этот процесс катализируется ферментом гексокиназой (глюко­ киназой). Затем под влиянием фермента глюкозофосфатизомеразы происходит внутримолекулярная изомеризация, в резуль­ тате чего 6-глюкозомонофосфат превращается в 6-фруктозомоно- фосфат:

Затем еще один остаток фосфорной кислоты отщепляется от второй молекулы АТФ и присоединяется к 6-фруктозомоно­ фосфату, вследствие чего образуется новый эфир 1,6-фруктозоди- фосфат и АДФ. Эта реакция катализируется ферментом фосфо-

208

II ступень. В результате присоединения двух остатков фосфор­ ной кислоты углеродная цепь 1,6-фруктозодифосфата становится неустойчивой и под влиянием фермента альдолазы происходит разрыв ее как раз в середине, т. е. между третьим и четвертым атомами углерода. Разрыв в этом месте облегчается тем, что остатки фосфорной кислоты симметрично расположены по концам молекулы фруктозы. При этом фруктозодифосфат распадается на две фосфорилированные триозы: фосфодиоксиацетон и 3-фосфо- глицериновый альдегид. Этот процесс обратим.

1, 6-фруктозодифосфат фосфодиоксиацетон 3-фосфоглицериновый альдегид

В дальнейшем 3-фосфоглицериновый альдегид превращается в фосфоглицериновую кислоту. Но и фосфодиоксиацетон не теряет' значения для брожения. В дрожжевом соке был найден фермент

Таким образом, по мере использования 3-фосфоглицеринового альдегида для дальнейших превращений он образуется вновь.

III ступень. Заключается в окислении 3-фосфоглицеринового альдегида в 1,3-дифосфоглицериновую кислоту. Фермент, катали­ зирующий эту реакцию, называется дегидрогеназой фосфоглицеринового альдегида (фосфоглицеринальдегиддегидрогеназой), коферментом которого у дрожжей является никотинамидадениндинуклеотид (НАД). Действие фермента состоит из нескольких последовательно идущих реакций. Вначале 3-фосфоглицериновый альдегид связывается с дегидрогеназой через S — Н-группы