Файл: Технология гидролизных производств учебник..pdf

глютатиона, входящего в состав специфического белка фермента. При этом образуется фермент-субстратный комплекс:

Под влиянием кофермента дегидрогеназы НАД это комплексное соединение превращается путем дегидрирования в окисленную форму — ацилмеркаптан, а НАД переходит в Н А Д -Н 2, т. е. в вос­ становленную форму.

богатая энергией и в присутствии фосфорной кислоты расщепля­ ется с образованием 1,3-дифосфоглицериновой кислоты. Фермент при этом регенерируется.

В дальнейшем образовавшаяся 1,3-дифосфоглицериновая кислота отдает один остаток фосфорной кислоты, содержащий макроэргическую связь, молекуле АДФ. При этом образуется 3-фосфо-

210

глицериновая кислота и АТФ. Эти превращения катализирует фермент фосфотрансфераза:

Затем 3-фосфоглицериновая кислота подвергается изомеризации, вследствие чего остаток фосфорной кислоты от третьего углерод­ ного атома переходит ко второму, образуя 2-фосфоглицериновую кислоту. Этот процесс происходит под влиянием фермента фосфоглицератмутазы.

2-фосфоглицериновая кислота под действием фермента фосфопируватгидратазы (энолазы) дегидратируется с образованием промежуточной фосфоэнолпировиноградной кислоты:

Затем с помощью фермента фосфотрансферазы происходит дефосфорилирование фосфоэнолпировиноградной кислоты, т. е. передача остатка фосфорной кислоты на АДФ с образованием пировиноградной кислоты в энольной форме и АТФ. Эта реакция идет в присутствии ионов К+.

Энолпировиноградная кислота. превращается в более устойчивую кетоформу, находящуюся в равновесии с энолыюй формой:

Пировиноградная кислота не накапливается, а под влиянием фермента пируватдекарбоксилазы сразу же расщепляется на уксусный альдегид и углекислоту, причем последняя является одним из конечных продуктов спиртового брожения. Этот процесс носит название декарбоксилирования пировиноградной кислоты

пировиноградная уксусный углекислота кислота альдегид

V ступень. На последней ступени брожения уксусный альдегид

восстанавливается во второй конечный продукт спиртового броже­ ния— этиловый спирт. Эта реакция идет под влиянием фермента алкогольдегидрогеназы, коферментом которой является НАД (никотинамидадениндинуклеотид). Уксусный альдегид взаимодей­

в фосфоглицериновую кислоту. При этом происходит образование

Образованием этилового спирта заканчивается процесс спирто­ вого брожения. Следовательно, превращение углеводов в спирт

иуглекислоту является сложным биохимическим процессом.

Побочные продукты спиртового брожения. Кроме главных про­

дуктов — этилового спирта и углекислоты — в результате сбражи­ вания дрожжами сусла, содержащего сахара, азотистые и мине­ ральные вещества, образуются различные побочные продукты: глицерин, сивушные масла, альдегиды, янтарная и другие кислоты. Кроме того, часть сахара расходуется на построение веществ самой клетки.

212

Изучение брожения ферментного сока, полученного из дрожжей, показало, что часть побочных продуктов образуется только при брожении живыми дрожжевыми клетками в результате процессов обмена веществ в них.

Глицерин образуется при сбраживании сусла как живыми дрожжами, так и ферментным соком, полученным из дрожжей,

вколичестве 3,5—3,9% от сброженного сахара.

Вначальный период брожения реакция идет в направлении

образования глицерина, так как к этому времени еще нет про­

брожения. Как отмечалось выше, восстановление НАД проис­ ходит одновременно с окислением фосфоглицеринового альдегида в фосфоглицериновую кислоту. Пока не образуется достаточное количество уксусного альдегида, акцептором водорода является 3-фосфоглицериновый альдегид, который, получая от НАД • Н2 водород, восстанавливается до глицеринфосфорной кислоты, при­ чем на каждую молекулу фосфоглицериновой кислоты образу­ ется одна молекула глицеринфосфорной кислоты. Последняя гидролизуется дрожжевой фосфатазой с образованием глицерина. А фосфоглицериновая кислота превращается в уксусный альдегид, а он — в этиловый спирт. Но, если уксусный альдегид связать, например с бисульфитом кальция или натрия, в альдегидбисульфитное соединение, то будет накапливаться главным образом глицерин, а не этиловый спирт, так как (по аналогии с начальным периодом брожения) в отсутствии уксусного альдегида его место в качестве акцептора водорода занимает фосфоглицериновый альдегид. Процесс брожения в этом случае можно представить следующей реакцией:

Таким образом, из каждой молекулы гексозы образуется молекула глицерина, С02 и соединение уксусного альдегида с бисульфитом. Брожение будет носить характер глицеринового.

Сивушные масла получаются при ректификации гидролизного спирта в количестве 0,3—0,7% от спирта. Они состоят из высших спиртов: амилового, изоамилового, пропилового, изобутилового с примесью других веществ — кислот, терпенов. Спирты сивушного масла образуются из аминокислот, находящихся в питательной среде или образующихся при автолизе или гидролизе дрожжевого белка. В процессе азотистого питания дрожжей белки расщепля­

213

уравнением:

R - CHNH2С00Н + Н20 — R — CH20H + C 02+ N H 3

аминокислота высший спирт

Процесс дезаминирования и декарбоксилирования происходит под влиянием дезаминирующего фермента и пируватдекарбоксилазы, которые имеются в дрожжах. Так как эта реакция связана с азотистым обменом клетки, сивушные масла образуются только при брожении живыми дрожжами.

3. СИСТЕМАТИКА ДРОЖЖЕЙ

В основу систематики дрожжей положены морфологические и физиологические признаки, различия в способах размножения, спорообразования, в местах обитания, в приспособлении к усло­ виям существования. Истинные, т. е. спорообразующие, дрожжи систематизированы В. И. Кудрявцевым. Он составил естественную систематику дрожжей, отображающую генеалогическую историю их происхождения, т. е. исторически сложившиеся взаимные связи организмов с условиями жизни и организмов между собой. По мнению В. И. Кудрявцева, правильно классифицировать микро­ организмы можно только тогда, когда общность их происхожде­ ния будет устанавливаться как по общности приспособлений к условиям жизни, к месту обитания, так и по общности струк­ турных признаков, связанных между собой. В. И. Кудрявцев все грибы объединяет в один класс грибов Fungi. Они представляют собой бесхлорофильные организмы, имеющие определенную структуру цитоплазмы и использующие для питания углерод безазотистых органических соединений (углеводов, органических кислот). В класс грибов входит порядок одноклеточных иемицелиальных дрожжевых организмов, носящий название Unicellomycetales. В зависимости от способа вегетативного размноже­ ния, являющегося морфологическим выражением определенных приспособлений дрожжей, они делятся на три семейства: 1) Saccharomycetaceae — почкующиеся дрожжи; 2) Schizosaccharomycetaceae — объединяет дрожжи, размножающиеся делением; 3) Saccharomycodaceae — дрожжи, почкующиеся полярно по концам клетки, почки отделяются перегородкой. Практического значения эти дрожжи не имеют.

Семейства делятся на роды в зависимости от способа образо­ вания и прорастания спор, их формы и других морфологических признаков. Так, к семейству Saccharomycetaceae относится 10 родов, в том числе и род Saccharomyces, куда входят дрожжи, применяемые в промышленности для получения спирта. Наиболее важным родом семейства Schizosaccharomycetaceae является род Schizosaccharomyces. Роды распадаются на виды, приспособив­ шиеся к тем или иным условиям жизни в.хозяйстве человека и природе и поэтому обладающие определенными биохимическими,

214