Брожение это в биологии 5 класс кратко

Обновлено: 05.07.2024

Понятие о брожении. Не всем организмам для жизнедеятельности необходим молекулярный кислород. Кроме аэробов, существуют также анаэробы — организмы, способные жить и развиваться в отсутствие О₂. К этой группе относятся многие бактерии, некоторые протисты, грибы (например, дрожжи) и животные (сосальщики, ленточные черви, аскариды и др.).

*Строгие (облигáтные) анаэробы способны существовать только при отсутствии в среде молекулярного кислорода — он для них губителен. Примером могут служить клостридии — род бактерий, к которому относятся возбудители столбняка, газовой гангрены и ботулизма. Факультативные анаэробы могут жить как в присутствии кислорода, так и в бескислородной среде. Это, например, кишечная палочка, холерный вибрион, дрожжи, паразитические черви.*

Большинство анаэробных организмов получает энергию для жизнедеятельности в ходе брожения. Брожение — процесс бескислородного расщепления органических веществ, преимущественно углеводов, происходящий под действием ферментов. При дефиците кислорода брожение может протекать и в клетках аэробных организмов. В зависимости от основного конечного продукта различают молочнокислое, спиртовое и другие виды брожения.

Роль бактерий в природе невозможно переоценить. Благодаря сапротрофным бактериям в почве поддерживается необходимое для жизни растений количество минеральных веществ. Бактерии являются обязательным звеном круговорота веществ в природе. В почве находится огромное количество бактерий разных видов.

Важное значение в круговороте веществ имеют бактерии гниения. Они питаются остатками растений и животных, очищая землю и превращая отмершие части живых организмов в перегной (важную часть почвы).

В почве живут также бактерии брожения. Эта группа бактерий разлагает перегной до минеральных веществ, необходимых растениям.

Бактерии гниения могут попадать на продукты питания и портить их. Для защиты от этих бактерий используют холодильники и морозильники, так как при низких температурах размножение бактерий сильно замедляется и продукты хранятся долго.

Для предотвращения нежелательное размножение бактерий, люди придумали разные способы хранения продуктов: сушку, соление, маринование, засахаривание, копчение, консервирование. Все эти способы создают неблагоприятные условия для жизни бактерий. Так, при солении в продукты добавляют большое количество поваренной соли, которая не даёт бактериям размножаться.

Бактерии могут вызывать гниение недостаточно высушенного сена. Известны такие виды бактерий, которые способны разрушить рыболовные сети. Существуют бактерии, которые наносят вред ценным книгам и рукописям. Помогает защитить книги от порчи окуривание сернистым газом.

Бактерии могут приносить пользу. Так, некоторые бактерии брожения вызывают скисание молока и соков. Из молока под их действием образуется простокваша, а из соков — уксус.

Чтобы молоко не прокисло, его стерилизуют, т. е. подвергают обработке для уничтожения бактерий. Соки и другие продукты консервируют и хранят в плотно закупоренной посуде, предохраняющей от попадания бактерий.

Одним из продуктов жизнедеятельности молочнокислых бактерий является молочная кислота. Это вещество затормаживает размножение бактерий гниения. Такое свойство молочнокислых бактерий человек научился использовать для получения кисломолочных продуктов (кефира, йогуртов, сметаны и др.), при квашении и солении овощей. Молочнокислые бактерии помогают заготавливать на корм скоту сочные части растений — из них получают силос.

Есть полезные бактерии брожения и в нашем организме. Так, кишечная палочка живёт в толстом кишечнике и помогает переваривать пищу.

В почве живут также азотфиксирующие бактерии . Их главное отличие от других видов почвенных бактерий заключается в способности поглощать из воздуха азот.

Некоторые из этих бактерий поселяются в корнях гороха, клевера, фасоли и других бобовых растений и вызывают образование клубеньков. Такие бактерии называют клубеньковыми .

Бобовые растения часто используют вместо азотных удобрений, так как благодаря симбиозу с бактериями они обогащают почву соединениями азота.

Брожение (биологическая сущность, процесс, вид и типы, особенности реакции)

Брожение – процесс, который представляет собой совокупность окислительно-восстановительных реакций анаэробного расщепления органических субстанций (главным образом углеводов), с помощью которых микроскопические организмы получают необходимую им энергию.

Конечным акцептором отнятых от субстрата в процессе брожения электронов является легковосстановительные органические вещества.

Энергия, которая высвобождается при различных видах брожения, аккумулируется преимущественно в макроэргических фосфатных связях (в основном в виде АТФ).

Кроме энергообразующей функции, реакции брожения выполняют роль поставщика различных метаболитов для анаболических и катаболических синтетических процессов, происходящих внутри клетки.

Получение энергии путем различных видов брожения (так называемый бродильный тип метаболизма) довольно часто встречается у грибов, бактерий, особенно дрожжей, а также простейших. Конечные продукты и пути ферментации и широко варьируют и обусловлены видом микроскопического организма, а также веществом (питательным субстратом) и условиями ферментации.

В зависимости от превалирующих или особо типичных продуктов выделяют:

спиртовой бродильный процесс, которое осуществляется мукоровыми грибами и дрожжами;
молочнокислый тип брожения — молочнокислыми бактериями;
маслянокислый тип бродильного процесса — клостридиями;
муравьинокислый тип брожения — энтеробактериями;
лимоннокислый тип брожения — грибами;
пропионовокислая реакция брожения — пропионовокислые бактериями
бутанол-ацетоновый вид брожения — клостридиями;
метановый вид брожения – особыми метановыми бактериями.

Биологическая суть реакции брожения была открыта в середине XIX в.

Реакции на основе бродильного процесса используют в промышленной микробиологии для получения самых разнообразных, часто ценных продуктов, необходимых народному хозяйству, ветеринарии и медицине: лимонной, уксусной, глюконовой кислот, этилового и других спиртов и других активных фармацевтических ингредиентов и аддитивных лекарственных веществ.

Виды брожения

В основе процессов распада безазотистых органических веществ лежат различные формы брожения, которые постоянно происходят в природе. Брожение – анаэробное дыхание, при котором микроорганизмы используют выделяющуюся энергию для своей жизнедеятельности.

Впервые биологическую природу брожения открыл в 60-х годах 19 в.гениальный французский ученый Луи Пастер. Пастеру удалось на примере молочнокислого, спиртового и маслянокислого брожения доказать, что эти процессы вызываются жизнедеятельностью микроорганизмов.

Спиртовое брожение углеводов вызывают дрожжи (Saccharomyces cerevisiae), некоторые виды бактерий (Sarcina ventriculi) и отдельные представители мукоровых грибов рода Mucor. При спиртовом брожении молекула гексозы распадается на этанол и углекислый газ.

В ходе брожения образуется много промежуточных продуктов — гексозомонофосфат, фруктозодифосфат, фосфотриозы, фосфоглицериновая кислота, фосфопировиноградная кислота, пировиноградная кислота, уксусный альдегид и, наконец, этиловый спирт.

При содержании в сбраживаемом растворе более чем 30% сахара часть его остается неиспользованной, так как при этих условиях образуется до 15% спирта, а при такой концентрации спирт подавляет жизнедеятельность дрожжей.

В течение первого года во многих красных винах происходит второе, спонтанное брожение — яблочно-молочнокислое, которое вызывается рядом молочнокислых бактерий (Prdiococcus, Leuconostoc). В результате этого яблочная кислота винограда превращается в молочную кислоту и СО2, т. е. дикарбоновая кислота превращается в монокарбоновую, и кислотность вина уменьшается, оно становится высококачественным.

Уксуснокислое брожение — биологический окислительный процесс, при котором с помощью уксуснокислых бактерий спирт окисляется в уксусную кислоту.

Если какую-либо жидкость, содержащую небольшое количество спирта (вино, пиво), оставить открытой, то в ней постепенно появляется уксусная кислота и кожистая пленка (уксусная матка) на поверхности. Уксуснокислые бактерии объединены в род Acetobacter, содержащий ряд видов и подвидов. Этиловый спирт под влиянием уксуснокислых бактерий подвергается окислению, в результате которого вначале образуется уксусный альдегид, а затем — уксусная кислота.

При использовании специальных рас уксуснокислых бактерий максимальный выход уксуса достигает 14,5%. Уксуснокислые бактерии превращают ряд многоатомных спиртов в сахар. Одна из таких реакций используется для получения сорбозы из сорбитола. Сорбоза — промежуточный продукт синтеза аскорбиновой кислоты. Она применяется в качестве суспендирующего агента при изготовлении многих лекарственных препаратов. Уксуснокислые бактерии могут наносить вред в виноделии и пивоваренной промышленности, вызывая прокисание вина и пива.

Молочнокислое брожение — широко распространенное биохимическое явление, давно известное на примере скисания молока.

Под влиянием молочнокислых бактерий (семейство Lactobacillaceae)лактоза расщепляется на составляющие ее гексозы — глюкозу и галактозу, которые затем специфическими ферментами превращаются в молочную кислоту. Свертывание молока происходит вследствие того, что молочная кислота отщепляет кальций от казеина, белок превращается в параказеин и выпадает в осадок. Молочнокислые бактерии широко распространены в природе. Они обнаруживаются в молоке, воздухе, на коже, шерсти, в тонком и толстом кишечнике и представлены большим количеством видов палочковидных и кокковидных бактерий, различающихся не только по морфологии, но и физиологическим свойствам (по использованию различных источников углерода и азота).

Маслянокислое брожение также широко встречается в природе.

Возбудитель маслянокислого брожения был открыт Л. Пастером. На примере маслянокислого брожения Л. Пастер разработал учение об анаэробах. Типичный представитель бактерий маслянокислого брожения — азотфиксирующий Clostridium pasteurianum. Маслянокислые бактерии в больших количествах встречаются в почве, навозе, на растениях, в молоке, сыре.

Многие из них являются анаэробами и относятся к роду Clostridium.

Маслянокислое брожение — сложный биохимический процесс расщепления углеводов, в ряде случаев жиров и белков, на масляную кислоту, углекислоту и воду, при этом образуется много побочных продуктов — уксусная, молочная, пропионовая и другие кислоты.

Из числа других форм брожения чрезвычайно важным является брожение целлюлозы (клетчатки), в которой заложены огромные запасы углерода.

Разложение целлюлозы, которая в количественном отношении представляет один из основных компонентов растительных тканей, осуществляется главным образом высоко специализированными в отношении питания аэробными и анаэробными микроорганизмами.

Среди аэробных бактерий, расщепляющих целлюлозу, наиболее важны скользящие бактерии рода Cytjphaga. Целлюлоза — единственное вещество, которое они могут использовать в качестве источника углерода. Цитофаги быстро растворяют и окисляют целлюлозу.

Брожение вина — это сложный процесс, совмещающий точную науку и истинное волшебство, превращение виноградного сока в вино. Конечно, брожение связано не только с вином.

Квашеные овощи, сыр, пышный хлеб, кисломолочные продукты — все это результат жизнедеятельности бактерий для брожения, которые одни органические соединения преобразуют в другие. Давайте разберемся, что же такое брожение и какие его виды применяются в виноделии.

Только в 60-х годах XIX столетия французский ученый Луи Пастер доказал, что брожение жидкости, содержащей сахаристые вещества, происходит оттого, что в ней поселяются, размножаются и живут особые организмы, которые были названы дрожжами или дрожжевыми грибками.

Они размножаются, питаются сахаром и другими веществами, создавая новый продукт, в нашем случае — вино.

При производстве сухих вин сахар должен выбродить практически полностью.

В винах Лефкадии, например, содержится менее 3 граммов сахара, а вот процент алкоголя составляет от 12,5% до 14,8%.

Научное название винных дрожжей — Saccharomyces ellipsoideus (или Saccharomyces cerevisiae). Но каждый вид дрожжей состоит из множества рас.

Каждая раса по-разному реагирует на присутствующие в виноградном сусле вещества и влияет на вино по-своему, как почва или расположение виноградника.

Поскольку дрожжи встречаются почти везде, где растет виноград, то почти в каждой местности, а иногда и в каждом винограднике, есть свои естественные культуры дрожжей. Более стабильные и предсказуемые дрожжевые культуры можно создать в лаборатории.

Спиртовое брожение

Попавшие в сок при благоприятных условиях, дрожжевые грибки начинают очень быстро размножаться. При этом сахар дрожжевые грибки превращают в спирт и углекислый газ, а когда питательная сахарная среда заканчивается, дрожжи умирают и оседают на дне.

Спиртовое брожение можно разделить на три этапа: забраживание (дрожжи приспосабливаются к условиям среды), бурное брожение (заняли весь объем сусла и перешли на анаэробный способ питания), тихое брожение (основной сахар переработан в спирт, дрожжи начинают умирать).

Это стационарный способ брожения, есть и доливной способ, когда вино добавляется постепенно.

Как проходит брожение на винодельне Лефкадии? Например, при ферментации для белого вина важен более тщательный контроль за температурой, чем при производстве красных вин, и требуется периодическое охлаждение сусла.

Для успешной работы винных дрожжей в белом вине необходимо поддерживать температуру в 20 градусов Цельсия.

Брожение на мезге

Отдельной категорией выделяют брожение на мезге. При нем нужно получить не только спирт, но и вывести из ягод красящие, ароматические и прочие вещества. В отличие от брожения виноградного сусла брожение на мезге заключается в сбраживании сусла красных, а в отдельных случаях белых сортов винограда вместе с мезгой с целью обогащения виноматериала ценными веществами, содержащимися в кожице, семенах и гребнях.

Классическую технологию производства красных вин с брожением на мезге на винодельне Лефкадии используют для производства всех красных вин.

Вино обладает бактерицидными свойствами, которые увеличиваются с увеличением концентрации спирта. Тем не менее, в вине могут развиваться бактерии, вызывающие яблочно-молочнокислое, лимонно-яблочнокислое, молочнокислое, маннитное, уксусное и другие виды брожения.

Почти все они приводят к заболеванию вин, за исключением яблочно-молочнокислого брожения, которое сопровождается понижением кислотности и сказывается благоприятно на некоторых винах.

Яблочно-молочнокислое брожение

У производителя всегда есть выбор: проводить яблочно-молочнокислое брожение или нет.

Решение зависит от сорта винограда, региона, желаемого результата, качества урожая и мировоззрения производителя. Это совершенно естественный процесс, в ходе которого молочнокислые бактерии перерабатывают содержащуюся в вине агрессивную яблочную кислоту в более мягкую молочную. Такой метод подходит для снижения общей кислотности красного вина, потому что танины плохо сочетаются с кислотами.

Брожение — это процесс ферментативного расщепления органических веществ, главным образом углеводов, протекающий в анаэробных условиях под действием микроорганизмов. Оно служит источником энергии для деятельности микроорганизмов.

Схема, поясняющая процесс брожения и его связь с процессами гликолиза и дыхания.

При молочнокислом брожении шестиугле- родная молекула глюкозы расщепляется на 2 трехуглеродные молекулы молочной кислоты, которая представляет собой единственный конечный продукт этого процесса. Такой тип расщепления глюкозы свойствен многим микроорганизмам, а также клеткам большинства высших животных, в том числе и млекопитающих. Его называют гликолизом.

При спиртовом брожении шестиуглеродная молекула глюкозы расщепляется на 2 молекулы этилового спирта (С2Н5ОН) и 2 молекулы углекислого газа (СОг). Спиртовое брожение осуществляется тем же ферментативным путем, что и гликолиз, с той разницей, что последняя, завершающая реакция заменена здесь двумя другими, в результате которых трехуглеродные фрагменты разрушаются до этанола и двуокиси углерода:

с образованием 2 молекул АТФ. Большинство других типов сбраживания глюкозы (муравьи- нокислое, маслянокислое, пропионовокислое, ацетоно-бутиловое брожение и др.) — варианты основного пути, т. е. гликолиза. Процесс брожения сопровождается образованием АТФ из АДФ и фосфата.

Поскольку живые организмы впервые появились на Земле в то время, когда е.е атмосфера была лишена кислорода, анаэробное брожение следует рассматривать как простейший биологический механизм, обеспечивающий получение энергии из питательных веществ.

Процессы брожения находят большое практическое применение. Благодаря молочнокислым бактериям получают силос, сенаж — ценные корма для животноводства, продукты питания — квашеную капусту, соленые огурцы, кефир, кумыс, простоквашу, ряженку, сыры и др. Спиртовое брожение лежит в основе получения вин, пива. С помощью микроорганизмов получают муравьиную, молочную, пропионовую кислоты, ацетон, некоторые спирты.

Читайте также: