Počas alkoholového kvasenia vzniká okrem cukrov okrem hlavných produktov - alkoholu a CO 2, aj mnoho ďalších takzvaných produktov sekundárneho kvasenia. Zo 100 g C6H12O6 sa vytvorí 48,4 g etylalkoholu, 46,6 g oxidu uhličitého, 3,3 g glycerínu, 0,5 g kyseliny jantárovej a 1,2 g zmesi kyseliny mliečnej, acetaldehydu, acetoínu a ďalších. Organické zlúčeniny.
Spolu s tým kvasinkové bunky v období rozmnožovania a logaritmického rastu konzumujú aminokyseliny z hroznového muštu, ktoré sú potrebné na tvorbu vlastných bielkovín. Tak vznikajú vedľajšie produkty fermentácie, hlavne vyššie alkoholy.
V modernej schéme alkoholovej fermentácie existuje 10-12 fáz biochemických transformácií hexóz pôsobením komplexu kvasinkových enzýmov. V zjednodušenej forme možno rozlíšiť tri stupne alkoholového kvasenia.
Ja stupeň - fosforylácia a rozpad hexóz. V tomto štádiu dochádza k niekoľkým reakciám, v dôsledku ktorých sa hexóza premieňa na trióza-fosfát:
ATP → ADP
Pri prenose energie v biochemických reakciách zohrávajú hlavnú úlohu ATP (adenozíntrifosfát) a ADP (adenozíndifosfát). Sú súčasťou enzýmov, akumulujú veľké množstvo energie potrebnej na implementáciu životných procesov a sú adenozínom - súčasť nukleové kyseliny - so zvyškami kyseliny fosforečnej. Najskôr sa vytvorí kyselina adenylová (adenozínmonofosfát alebo adenozínmonofosfát - AMP):
Ak označíme adenozín písmenom A, potom môže byť štruktúra ATP znázornená v tejto podobe:
A-O-R-O-R-O-R-OH
Značka s ~ označuje takzvané vysokoenergetické fosfátové väzby, mimoriadne bohaté na energiu, ktorá sa uvoľňuje pri eliminácii zvyškov kyseliny fosforečnej. Prenos energie z ATP do ADP možno znázorniť na nasledujúcom diagrame:
Uvoľnenú energiu používajú kvasinkové bunky na zabezpečenie životne dôležitých funkcií, najmä ich reprodukcie. Prvým aktom uvoľňovania energie je tvorba esterov fosforečných hexóz - ich fosforylácia. K pridaniu zvyšku kyseliny fosforečnej z ATP k hexózam dochádza pôsobením enzýmu fosfohexokinázy dodávaného kvasinkami (molekula fosfátu je označená písmenom P):
Glukóza Glukóza-6-fosfát Fruktóza-1,6-fosfát
Ako je zrejmé z vyššie uvedenej schémy, fosforylácia sa vyskytuje dvakrát a fosforečný ester glukózy sa pôsobením enzýmu izomerázy reverzibilne premieňa na ester fosforečnej kyseliny fruktózy, ktorý má symetrický furánový kruh. Symetrické usporiadanie zvyškov kyseliny fosforečnej na koncoch molekuly fruktózy uľahčuje jej následné lámanie priamo v strede. Rozklad hexózy na dve triózy je katalyzovaný enzýmom aldolázou; v dôsledku rozkladu vzniká nerovnovážna zmes 3-fosfoglycerol-aldehydu a fosfodioxyacetónu:
Fosfoglycerol-aldehyd (3,5%) Fosfodioxyacetón (96,5%)
V ďalších reakciách je zahrnutý iba 3-fosfoglycerický aldehyd, ktorého obsah sa neustále doplňuje pôsobením enzýmu izomerázy na molekuly fosfodioxyacetónu.
ІІ štádium alkoholového kvasenia - tvorba kyseliny pyrohroznovej. V druhom stupni sa trióza-fosfát vo forme 3-fosfoglycerínového aldehydu pôsobením oxidačného enzýmu dehydrogenázy oxiduje na kyselinu fosfoglycerovú a za účasti zodpovedajúcich enzýmov (fosfoglyceromutáza a enoláza) a systému LDF - ATP sa prevedie na kyselinu pyrohroznovú:
Spočiatku sa každá molekula 3-fosfoglycerického aldehydu viaže na seba s ďalším zvyškom kyseliny fosforečnej (vďaka molekule anorganického fosforu) a vytvorí sa 1,3-difosfoglycerolaldehyd. Potom sa za anaeróbnych podmienok oxiduje na kyselinu 1,3-difosfoglycerovú:
Aktívna skupina dehydrogenázy je koenzým zložitej organickej štruktúry NAD (nikotínamidadeníndinukleotid), ktorý fixuje dva atómy vodíka svojim jadrom nikotínamidu:
NAD + + 2H + + NAD H2
NAD oxidovaný NAD znížený
Oxidáciou substrátu sa koenzým NAD stáva vlastníkom voľných iónov vodíka, čo mu dáva vysoký redukčný potenciál. Preto sa fermentujúca mladina vždy vyznačuje vysokou redukčnou schopnosťou, ktorá má pri výrobe vína veľký praktický význam: pH média klesá, dočasne oxidované látky sa obnovujú a patogénne mikroorganizmy hynú.
V záverečnej fáze II. Stupňa alkoholovej fermentácie enzým fosfotransferáza dvakrát katalyzuje prenos zvyšku kyseliny fosforečnej a fosfoglyceromutáza ho premiestňuje z 3. atómu uhlíka na druhý, čo umožňuje enzýmu enoláza vytvárať kyselinu pyrohroznovú:
Kyselina 1,3-difosoglycerová Kyselina 2-fosfoglycerová Kyselina pyrohroznová
Vďaka tomu, že z jednej molekuly dvojnásobne fosforylovanej hexózy (boli spotrebované 2 ATP) sa získajú dve molekuly dvojnásobne fosforylovanej triózy (vzniknú 4 ATP), je tvorba 2 ATP čistou energetickou bilanciou enzymatického rozkladu cukrov. Táto energia zaisťuje vitálne funkcie kvasiniek a spôsobuje zvýšenie teploty fermentačného média.
Všetky reakcie predchádzajúce vzniku kyseliny pyrohroznovej sú vlastné anaeróbnej fermentácii cukrov a dýchaniu prvokov a rastlín. Fáza III súvisí iba s alkoholovým kvasením.
III štádium alkoholového kvasenia - tvorba etylalkoholu.V záverečnej fáze alkoholovej fermentácie sa kyselina pyrohroznová za pôsobenia dekarboxylázového enzýmu dekarboxylácia vytvorí za vzniku acetaldehydu a oxidu uhličitého a za účasti enzýmu alkoholdehydrogenázy a koenzýmu NAD-H2 sa acetaldehyd redukuje na etylalkohol:
Kyselina pyrohroznová acetylaldehyd Etanol
Ak je vo fermentačnej mladine nadbytok voľnej kyseliny sírovej, potom je časť acetaldehydu naviazaná na zlúčeninu aldehydovej síry: v každom litri mladiny je 100 mg H2SO3 viazaných 66 mg CH3CH.
Následne sa za prítomnosti kyslíka táto nestabilná zlúčenina rozloží a vo vínnom materiáli sa nachádza voľný acetaldehyd, čo je zvlášť nežiaduce pre materiály šampanského a stolového vína.
V stlačenej forme môže byť anaeróbna premena hexózy na etylalkohol znázornená nasledujúcou schémou:
Ako je zrejmé zo schémy alkoholového kvasenia, najskôr sa tvoria estery fosforu s hexózami. V tomto prípade molekuly glukózy a fruktózy pôsobením enzýmu hexokenázy pridávajú zvyšok kyseliny fosforečnej z adenozitrifosfátu (ATP), čím vytvárajú glukóza-6-fosfát a adenozit difosfát (ADP).
Glukóza-6-fosfát sa pôsobením enzýmu izomerázy premieňa na fruktóza-6-fosfát, ktorý pridáva ďalší zvyšok kyseliny fosforečnej z ATP a vytvára fruktóza-1,6-difosfát. Táto reakcia je katalyzovaná fosfofruktokinázou. Tvorbou tejto chemickej zlúčeniny sa končí prvá prípravná etapa anaeróbneho rozkladu cukrov.
Výsledkom týchto reakcií je, že sa molekula cukru transformuje do formy kyslíka, získa väčšiu labilitu a bude schopnejšia enzymatických transformácií.
Pod vplyvom enzýmu aldolázy sa fruktóza-1,6-difosfát štiepi na kyseliny glycerolaldehydfosforečné a dioxyacetonofosforečné, ktoré sú schopné pôsobením enzýmu triózafosfátizomerázy premieňať jednu na jednu. Fosfoglycerol-aldehyd podlieha ďalšej premene, ktorá sa tvorí približne 3% v porovnaní s 97% fosfodioxyacetónu. Fosfodioxyacetón sa s použitím fosfoglycerol-aldehydu premieňa pôsobením fosfotriózaizomerázy na 3-fosfoglycerol-aldehyd.
V druhom stupni pridáva 3-fosfoglycerický aldehyd ďalší zvyšok kyseliny fosforečnej (vďaka anorganickému fosforu) za vzniku 1,3-difosfoglycerického aldehydu, ktorý je dehydratovaný pôsobením triofosfátdehydrogenázy a poskytuje kyselinu 1,3-difosfoglycerovú. Vodík sa v tomto prípade prenáša do oxidovanej formy koenzýmu NAD. Kyselina 1,3-difosfoglycerová, ktorá poskytuje ADP (pôsobením enzýmu fosfoglycerátekenázy) jeden zvyšok kyseliny fosforečnej, sa premení na kyselinu 3-fosfoglycerovú, ktorá sa pôsobením enzýmu fosfoglyceromutázy premení na kyselinu 2-fosfoglycerovú. Posledne menovaný sa pôsobením fosfopyruváthydrotázy premieňa na kyselinu fosfoenolpyrohroznovú. Ďalej za účasti enzýmu pyruvát prenáša kyselina fosfoenolpyrohroznová zvyšok kyseliny fosforečnej na molekulu ADP, v dôsledku čoho sa vytvára molekula ATP a molekula kyseliny enolpyrohroznovej prechádza do kyseliny pyrohroznovej.
Tretia etapa alkoholovej fermentácie je charakterizovaná štiepením kyseliny pyrohroznovej pôsobením enzýmu pyruvátdekarboxylázy na oxid uhličitý a acetaldehyd, ktorý sa pôsobením enzýmu alkohol dehydrogenáza (jej koenzýmom je NAD) redukuje na etylalkohol.
Celkovú rovnicu alkoholového kvasenia je možné znázorniť nasledovne:
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATF + 2H2O
Počas fermentácie sa teda jedna molekula glukózy premení na dve molekuly etanolu a dve molekuly oxidu uhličitého.
Uvedený priebeh fermentácie však nie je jediný. Ak napríklad v substráte nie je žiadny enzým pyruvát dekarboxyláza, potom sa kyselina pyrohroznová nerozkladá na acetaldehyd a kyselina pyrohroznová priamo prechádza redukciou a za prítomnosti laktátdehydrogenázy sa mení na kyselinu mliečnu.
Pri výrobe vína sa fermentuje glukóza a fruktóza v prítomnosti hydrogensiričitanu sodného. Acetaldehyd vytvorený počas dekarboxylácie kyseliny pyrohroznovej sa odstráni v dôsledku väzby s hydrogénsiričitanom. Namiesto acetaldehydu zaujme dioxyacetónfosfát a 3-fosfoglycerol-aldehyd, ktoré prijímajú vodík zo znížených chemických zlúčenín a vytvárajú glycerofosfát, ktorý sa v dôsledku defosforylácie mení na glycerol. Toto je druhá forma fermentácie Neuberg. Podľa tejto schémy alkoholovej fermentácie dochádza k akumulácii glycerínu a acetaldehydu vo forme bisulfitového derivátu.
Látky tvorené počas fermentácie.
V súčasnosti sa vo fermentačných produktoch našlo asi 50 vyšších alkoholov, ktoré majú rôzne pachy a významne ovplyvňujú arómu a buket vína. V najväčšom množstve sa počas fermentácie tvoria izoamylové, izobutylové a N-propylalkoholy. Aromatické vyššie alkoholy β-fenyletanol (FES), tyrozol, terpénalkohol farnesol, s arómou ruží, konvalinky, lipových kvetov, sa nachádzajú vo veľkých množstvách (do 100 mg / dm3) v šumivých a stále polosladkých vínach získaných takzvanou biologickou redukciou dusíka ... Ich prítomnosť v malom množstve je žiaduca. Okrem toho počas dozrievania vína vstupujú vyššie alkoholy do esterifikácie s prchavými kyselinami a vytvárajú estery, ktoré dodávajú vínu priaznivé éterické tóny zrelej vône.
Následne sa dokázalo, že prevažná časť alifatických vyšších alkoholov sa tvorí z kyseliny pyrohroznovej transamináciou a priamou biosyntézou za účasti aminokyselín a acetaldehydu. Najcennejšie aromatické vyššie alkoholy sa ale tvoria iba zo zodpovedajúcich aromatických aminokyselín, napríklad:
Tvorba vyšších alkoholov vo víne závisí od mnohých faktorov. Za normálnych podmienok sa akumulujú v priemere 250 mg / dm3. Pri pomalej dlhej fermentácii stúpa množstvo vyšších alkoholov, pri zvýšení fermentačnej teploty na 30 ° C klesá. Za podmienok kontinuálnej kontinuálnej fermentácie je množenie kvasiniek veľmi obmedzené a vytvára sa menej vyšších alkoholov ako pri metóde periodickej fermentácie.
S poklesom počtu kvasinkových buniek v dôsledku ochladenia, usadenia a hrubej filtrácie fermentovanej mladiny nastáva pomalá akumulácia kvasinkovej biomasy a súčasne stúpa množstvo vyšších alkoholov, predovšetkým aromatických.
Zvýšené množstvo vyšších alkoholov je nežiaduce pre stále suché biele, šampanské a koňakové vínne materiály, ale červeným stolovým, šumivým a silným vínam dodáva rôzne odtiene vo vôni a chuti.
Alkoholické kvasenie hroznového muštu súvisí aj s tvorbou vysokomolekulárnych aldehydov a ketónov, prchavých a mastných kyselín a ich esterov, ktoré sú dôležité pri tvorbe buketu a chuti vína.
Výmena energie (katabolizmus, disimilácia) - súbor štiepnych reakcií organická hmotasprevádzané uvoľňovaním energie. Energia uvoľnená počas rozpadu organických látok nie je bunkou okamžite využitá, ale je uložená vo forme ATP a iných vysokoenergetických zlúčenín. ATP je univerzálny zdroj dodávky energie pre bunku. Syntéza ATP sa vyskytuje v bunkách všetkých organizmov v procese fosforylácie - pridania anorganického fosfátu k ADP.
Mať aeróbne organizmy (žijúce v prostredí kyslíka) rozlišujú tri stupne energetického metabolizmu: prípravný, bezkyslíkový a oxidačný; o anaeróbne organizmy (žijúce v prostredí bez kyslíka) a aeróbne s nedostatkom kyslíka - dva stupne: prípravná, bezkyslíková oxidácia.
Prípravná fáza
Spočíva v enzymatickom štiepení komplexných organických látok na jednoduché: molekuly bielkovín - na aminokyseliny, tuky - na glycerol a karboxylové kyseliny, uhľohydráty - na glukózu, nukleové kyseliny - na nukleotidy. Štiepenie organických zlúčenín s vysokou molekulovou hmotnosťou sa uskutočňuje pomocou enzýmov gastrointestinálny trakt alebo lyzozomálne enzýmy. Všetka energia uvoľnená v tomto prípade sa rozptýli vo forme tepla. Výsledné malé organické molekuly sa môžu použiť ako „stavebné materiály“ alebo sa môžu ďalej degradovať.
Anoxická oxidácia alebo glykolýza
Táto fáza spočíva v ďalšom štiepení organických látok vytvorených počas prípravnej fázy, vyskytuje sa v cytoplazme bunky a nepotrebuje kyslík. Hlavným zdrojom energie v bunke je glukóza. Proces anoxického neúplného rozkladu glukózy - glykolýza.
Strata elektrónov sa nazýva oxidácia, akvizícia sa nazýva redukcia, zatiaľ čo donor elektrónov sa oxiduje, akceptor sa redukuje.
Je potrebné poznamenať, že k biologickej oxidácii v bunkách môže dôjsť za účasti kyslíka:
A + O 2 → AO 2,
a bez jeho účasti z dôvodu prenosu atómov vodíka z jednej látky na druhú. Napríklad látka „A“ sa oxiduje látkou „B“:
AH 2 + B → A + BH 2
alebo v dôsledku prenosu elektrónov sa napríklad železnaté železo oxiduje na trojmocné:
Fe 2+ → Fe 3+ + e -.
Glykolýza je zložitý viacstupňový proces, ktorý zahŕňa desať reakcií. Počas tohto procesu sa glukóza dehydrogenuje, koenzým NAD + (nikotínamidadeníndinukleotid) slúži ako akceptor vodíka. V dôsledku reťazca enzymatických reakcií sa glukóza prevádza na dve molekuly kyseliny pyrohroznovej (PVA), s celkovo 2 molekulami ATP a redukovanou formou vodíkového nosiča NADH 2:
C 6 H 12 O 6 + 2 ADP + 2 H 3 PO 4 + 2 NAD + → 2 C 3 H 4 O 3 + 2 ATP + 2 H 2 O + 2 NAD · H 2.
Ďalší osud PVC závisí od prítomnosti kyslíka v bunke. Ak nie je kyslík, dôjde k kvaseniu alkoholu v kvasinkách a rastlinách, v ktorých najskôr dôjde k tvorbe acetaldehydu a potom etylalkoholu:
- С 3 Н 4 О 3 → СО 2 + СН 3 СОН,
- CH 3 SON + NAD · H 2 → C 2 H 5 OH + NAD +.
U zvierat a niektorých baktérií s nedostatkom kyslíka dochádza k fermentácii kyseliny mliečnej s tvorbou kyseliny mliečnej:
С 3 Н 4 О 3 + NAD · Н 2 → С 3 Н 6 О 3 + NAD +.
V dôsledku glykolýzy jednej molekuly glukózy sa uvoľní 200 kJ, z toho 120 kJ sa rozptýli ako teplo a 80% sa uloží do väzieb ATP.
Oxidácia kyslíka alebo dýchanie
Spočíva v úplnom štiepení kyseliny pyrohroznovej, vyskytuje sa v mitochondriách a s povinnou prítomnosťou kyslíka.
Kyselina pyrohroznová sa transportuje do mitochondrií (štruktúra a funkcia mitochondrií - prednáška 7). Tu prebieha dehydrogenácia (eliminácia vodíka) a dekarboxylácia (eliminácia oxidu uhličitého) PVC za vzniku acyklickej skupiny s dvoma atómami uhlíka, ktorá vstupuje do cyklu reakcií, ktoré sa nazývajú reakcie Krebsovho cyklu. Prebieha ďalšia oxidácia spojená s dehydrogenáciou a dekarboxyláciou. Výsledkom je, že pre každú zničenú molekulu PVC sú z mitochondrií odstránené tri molekuly CO2; je vytvorených päť párov atómov vodíka spojených s nosičmi (4NAD · H2, FAD · H2), ako aj jedna molekula ATP.
Celková reakcia glykolýzy a deštrukcie PVC v mitochondriách na vodík a oxid uhličitý je nasledovná:
C6H12O6 + 6H20 → 6CO2 + 4ATF + 12H2.
Dve molekuly ATP sa tvoria ako výsledok glykolýzy, dve v Krebsovom cykle; dva páry atómov vodíka (2NADCHH2) vznikli v dôsledku glykolýzy, desať párov - v Krebsovom cykle.
Posledným stupňom je oxidácia párov atómov vodíka za účasti kyslíka na vodu so súčasnou fosforyláciou ADP na ATP. Vodík sa prenáša do troch veľkých enzýmových komplexov (flavoproteíny, koenzýmy Q, cytochrómy) dýchacieho reťazca, ktoré sa nachádzajú vo vnútornej mitochondriálnej membráne. Elektróny sú odoberané z vodíka, ktorý sa nakoniec kombinuje s kyslíkom v mitochondriálnej matrici:
О 2 + e - → О 2 -.
Protóny sa čerpajú do medzimembránového priestoru mitochondrií, do „protónovej nádrže“. Vnútorná membrána je nepriepustná pre vodíkové ióny, na jednej strane je nabitá záporne (kvôli O 2 -), na druhej strane - kladne (kvôli H +). Keď rozdiel potenciálov cez vnútornú membránu dosiahne 200 mV, protóny prechádzajú kanálom enzýmu ATP syntetáza, vzniká ATP a cytochrómoxidáza katalyzuje redukciu kyslíka na vodu. Takže v dôsledku oxidácie dvanástich párov atómov vodíka vzniklo 34 molekúl ATP.
Alkoholické kvasenie je základom prípravy každého alkoholického nápoja. Toto je najjednoduchší a najdostupnejší spôsob, ako získať etylalkohol. Druhá metóda, hydratácia etylénom, je syntetická, zriedka sa používa a iba na výrobu vodky. Pozrime sa na vlastnosti a podmienky fermentácie, aby sme lepšie pochopili, ako sa cukor premieňa na alkohol. Z praktického hľadiska tieto vedomosti pomôžu vytvoriť optimálne prostredie pre kvasinky - správne umiestnenie maškrty, vína alebo piva.
Alkoholické kvasenie Je proces premeny glukózy kvasinkami na etylalkohol a oxid uhličitý v anaeróbnom (anoxickom) prostredí. Rovnica je nasledovná:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2.
Vďaka tomu sa jedna molekula glukózy premení na 2 molekuly etylalkoholu a 2 molekuly oxidu uhličitého. V takom prípade sa uvoľní energia, čo vedie k miernemu zvýšeniu teploty prostredia. Počas fermentácie tiež vznikajú fuselové oleje: butyl, amyl, izoamyl, izobutyl a ďalšie alkoholy, ktoré sú vedľajšími produktmi metabolizmu aminokyselín. Fuselové oleje v mnohých ohľadoch tvoria arómu a chuť nápoja, ale väčšina z nich škodí ľudskému telu, takže sa výrobcovia snažia očistiť alkohol od škodlivých fuselových olejov, ale užitočné zanechajú.
Kvasinky - Jedná sa o jednobunkové sférické huby (asi 1 500 druhov), ktoré sa aktívne rozvíjajú v tekutom alebo polotekutom prostredí bohatom na cukry: na povrchu plodov a listov, v kvetinovom nektári, mŕtvej fytomase a dokonca aj v pôde.
Bunky kvasiniek pod mikroskopom Toto je jeden z prvých organizmov „skrotených“ človekom, ktorý sa používa hlavne na pečenie chleba a výrobu alkoholických nápojov. Archeológovia zistili, že starí Egypťania 6000 rokov pred naším letopočtom. e. sa naučil vyrábať pivo a do roku 1200 pred n. e. zvládol pečenie kváskového chleba.
Vedecký výskum podstaty fermentácie sa začal v 19. storočí, prvý chemický vzorec navrhli J. Gay-Lussac a A. Lavoisier, podstata procesu však zostala nejasná, vznikli dve teórie. Nemecký vedec Justus von Liebig predpokladal, že fermentácia má mechanický charakter - vibrácie molekúl živých organizmov sa prenášajú na cukor, ktorý sa štiepi na alkohol a oxid uhličitý. Louis Pasteur sa zase domnieval, že základom fermentačného procesu je biologická povaha - pri dosiahnutí určitých podmienok začnú kvasnice premieňať cukor na alkohol. Pasteur dokázal empiricky dokázať svoju hypotézu, neskôr biologickú povahu fermentácie potvrdili ďalší vedci.
Ruské slovo „kvas“ pochádza zo staroslovanského slovesa „drozgati“, čo znamená „drviť“ alebo „miesiť“, existuje jasná súvislosť s pečením chleba. Anglický názov droždia „kvas“ zase pochádza zo staroanglických slov „gist“ a „gyst“, čo znamená „pena“, „plyn“ a „var“, čo je bližšie k destilácii.
Cukor, výrobky obsahujúce cukor (hlavne ovocie a bobule), ako aj suroviny obsahujúce škrob: ako surovina pre alkohol sa používajú obilie a zemiaky. Problém je v tom, že droždie nemôže fermentovať škrob, takže ho musíte najskôr rozložiť na jednoduché cukry, to sa deje pomocou enzýmu - amylázy. Amyláza sa nachádza v slade, vyklíčenom zrne, a aktivuje sa pri vysokých teplotách (zvyčajne 60 - 72 ° C). Proces premeny škrobu na jednoduché cukry sa nazýva sacharifikácia. Sladenie sladom („horkým“) je možné nahradiť pridaním syntetických enzýmov, ktoré nevyžaduje zahrievanie mladiny, a preto sa metóda nazýva „studeným“ splyňovaním.
Podmienky kvasenia
Na vývoj a kvasenie kvasiniek má vplyv nasledujúce faktory: koncentrácia cukru, teplota a svetlo, kyslosť prostredia a prítomnosť stopových prvkov, obsah alkoholu, dostupnosť kyslíka.
1. Koncentrácia cukru. Pre väčšinu kvasinkových rás je optimálny obsah sladinového cukru 10 - 15%. Pri koncentrácii nad 20% fermentácia slabne a pri 30-35% sa takmer zaručene zastaví, pretože cukor sa stáva konzervačnou látkou, ktorá kvasinkám bráni v práci.
Je zaujímavé, že keď je obsah cukru v médiu nižší ako 10%, fermentácia tiež prebieha slabo, ale pred sladením mladiny si musíte uvedomiť maximálnu koncentráciu alkoholu (4. bod) získanú počas fermentácie.
2. Teplota a svetlo. Pre väčšinu kmeňov kvasiniek je optimálna teplota kvasenia 20 - 26 ° C (spodné kvasené pivovarské kvasnice vyžadujú 5 - 10 ° C). Povolený rozsah je 18-30 ° C. Pri nižších teplotách sa fermentácia výrazne spomalí a pri hodnotách pod nulou sa proces zastaví a droždie „zaspí“ - upadne do pozastavenej animácie. Na obnovenie fermentácie stačí zvýšiť teplotu.
Príliš vysoká teplota ničí droždie. Výdrž závisí od namáhania. Všeobecne sa hodnoty nad 30 - 32 ° C považujú za nebezpečné (najmä pre víno a pivo), existujú však samostatné rasy alkoholových kvasiniek, ktoré vydržia teploty mladiny až 60 ° C. Ak sú kvasnice „uvarené“, budete musieť do mladiny pridať novú dávku, aby ste obnovili kvasenie.
Samotný fermentačný proces spôsobuje zvýšenie teploty o niekoľko stupňov - čím väčší je objem mladiny a čím sú kvasnice aktívnejšie, tým silnejšie je zahrievanie. V praxi sa teplotná korekcia robí, ak je objem viac ako 20 litrov - stačí udržiavať teplotu pod 3-4 stupňami od hornej hranice.
Nádoba je ponechaná na tmavom mieste alebo pokrytá hrubou handričkou. Absencia priameho slnečného žiarenia zabráni prehriatiu a má pozitívny vplyv na prácu kvasiniek - plesne totiž slnečné žiarenie neznášajú.
3. Kyslosť prostredia a prítomnosť stopových prvkov. Médium s kyslosťou 4,0-4,5 pH podporuje alkoholové kvasenie a brzdí vývoj mikroorganizmov tretích strán. V alkalickom prostredí sa uvoľňujú glycerín a kyselina octová. V neutrálnej sladine prebieha fermentácia normálne, ale aktívne sa vyvíjajú patogénne baktérie. Pred pridaním droždia sa upraví kyslosť mladiny. Amatérski liehovarníci často zvyšujú kyslosť kyselinou citrónovou alebo akýmkoľvek kyslým džúsom a na zníženie sladiny ich uhasia kriedou alebo zriedia vodou.
Okrem cukru a vody si droždie vyžaduje aj ďalšie látky - predovšetkým dusík, fosfor a vitamíny. Kvasinky tieto stopové prvky používajú na syntézu aminokyselín, ktoré tvoria ich bielkoviny, ako aj na reprodukciu v počiatočnom štádiu fermentácie. Problém je v tom, že doma nebude možné presne určiť koncentráciu látok a prekročenie prípustných hodnôt môže nepriaznivo ovplyvniť chuť nápoja (najmä pri víne). Preto sa predpokladá, že škrobové a ovocné suroviny spočiatku obsahujú potrebné množstvo vitamínov, dusíka a fosforu. Zvyčajne sa podáva iba čistá cukrová kaša.
4. Obsah alkoholu. Na jednej strane je etylalkohol odpadovým produktom kvasiniek, na druhej strane je silným toxínom pre kvasinkové huby. Pri koncentrácii alkoholu v mladine 3 - 4% sa fermentácia spomalí, etanol začne brzdiť vývoj kvasiniek, pri 7 - 8% sa kvasinky už nerozmnožujú a pri 10 - 14% prestane spracovávať cukor - fermentácia sa zastaví. Iba jednotlivé kmene kultivovaných kvasiniek chované v laboratórnych podmienkach sú tolerantné k koncentráciám alkoholu vyšším ako 14% (niektoré naďalej kvasia dokonca aj pri 18% a viac). Asi 0,6% alkoholu sa získa z 1% cukru v mladine. To znamená, že na získanie 12% alkoholu je potrebný roztok s obsahom cukru 20% (20 × 0,6 \u003d 12).
5. Prístup kyslíka. V anaeróbnom prostredí (bez kyslíka) sú kvasinky zamerané na prežitie, nie na rozmnožovanie. V tomto stave sa uvoľní maximum alkoholu, preto je vo väčšine prípadov potrebné chrániť mladinu pred prístupom vzduchu a súčasne zabezpečiť odstránenie oxidu uhličitého z nádoby, aby sa zabránilo vysoký krvný tlak... Táto úloha je vyriešená inštaláciou vodného uzáveru.
Pri neustálom kontakte mladiny so vzduchom hrozí nebezpečenstvo vykysnutia. Na samom začiatku, keď je fermentácia aktívna, emitovaný oxid uhličitý tlačí vzduch preč z povrchu mladiny. Ale na konci, keď fermentácia slabne a objaví sa čoraz menej oxidu uhličitého, vzduch vstupuje do otvorenej nádoby s mladinou. Pod vplyvom kyslíka sa aktivujú baktérie kyseliny octovej, ktoré začnú spracovávať etylalkohol na kyselinu octovú a vodu, čo vedie k znehodnoteniu vína, zníženiu výťažku mesačného svitu a výskytu kyslej chuti v nápojoch. Preto je také dôležité nádobu uzavrieť vodným uzáverom.
Na množenie kvasiniek je však potrebný kyslík (na dosiahnutie optimálneho množstva). Zvyčajná koncentrácia, ktorá je vo vode, je dostatočná, ale na urýchlenie množenia rmutu ho po pridaní droždia nechajte niekoľko hodín otvorený (s prístupom vzduchu) a niekoľkokrát ho premiešajte.
Par.22 V bunkách ktorých organizmov prebieha alkoholová fermentácia? Vo väčšine rastlinných buniek, ako aj v bunkách niektorých húb (napríklad kvasiniek) dochádza namiesto glykolýzy k alkoholovej fermentácii; molekula glukózy sa za anaeróbnych podmienok prevedie na etylalkohol a CO2. Odkiaľ pochádza energia na syntézu ATP z ADP? Uvoľňuje sa v procese disimilácie, to znamená pri reakciách rozkladu organických látok v bunke. V závislosti od špecifickosti organizmu a podmienok jeho biotopu môže disimilácia prebiehať v dvoch alebo troch fázach. Aké fázy sa rozlišujú v energetickom metabolizme? 1 - prípravný, záver pri rozklade veľkých organických molekúl na jednoduchšie: polysach.-monos., Lipidy-glyk. A tuk. kyseliny, bielkoviny-a.k. V PS nastáva štiepenie. Uvoľňuje sa málo energie, zatiaľ čo sa rozptyľuje vo forme tepla. Výsledné zlúčeniny (monosac, mastné kyseliny, atď.) Môžu bunky použiť pri výmenných reakciách plastov, ako aj na ďalšiu expanziu za účelom získania energie. 2- bez kyslíka \u003d glykolýza (enzymatický proces postupného rozkladu glukózy v bunkách sprevádzaný syntézou ATP; za aeróbnych podmienok vedie k tvorbe kyseliny pyrohroznovej, za anaeróbnych podmienok k tvorbe kyseliny mliečnej); C6H12O6 + 2H3P04 + 2ADP --- 2C3H6O3 + 2ATF + 2H20. spočíva v enzymatickom rozklade organických vecí, ktoré sa získali v štádiu prípravy. О2 sa nezúčastňuje na reakciách v tejto fáze. Glykolýzne reakcie sú katalyzované mnohými enzýmami a vyskytujú sa v cytoplazme buniek. 40% energie sa ukladá v molekulách ATP, 60% sa rozptýli ako teplo. Glukóza sa nerozkladá na konečné produkty (CO2 a H2O), ale na zlúčeniny, ktoré sú stále bohaté na energiu a pri ďalšej oxidácii ju môžu dodávať vo veľkých množstvách (kyselina mliečna, etylalkohol atď.). 3 - kyslík (dýchanie buniek); organické látky, ktoré vznikajú v priebehu 2. stupňa a obsahujú veľké zásoby chemickej energie, sa oxidujú na konečné produkty CO2 a H2O. Tento proces prebieha v mitochondriách. V dôsledku bunkového dýchania sa počas rozpadu dvoch molekúl kyseliny mliečnej syntetizuje 36 molekúl ATP: 2C3H6O3 + 6O2 + 36ADP + 36H3PO4 - 6CO2 + 42H2O + Z6ATP. Uvoľní sa veľké množstvo energie, 55% rezervy je vo forme ATP, 45% sa rozptýli vo forme tepla. Aké sú rozdiely v energetickom metabolizme medzi aeróbmi a anaeróbmi? Väčšina živých tvorov žijúcich na Zemi je aeróbna, t.j. používané v procesoch О2 О2 z prostredia. U aeróbov dochádza k výmene energie v 3 fázach: príprava, bez kyslíka a kyslík. V dôsledku toho sa orgánové veci rozpadajú na najjednoduchšie anorganické zlúčeniny. V organizmoch, ktoré žijú v prostredí bez kyslíka a nepotrebujú kyslík - anaeróby, ako aj v aeróboch s nedostatkom kyslíka, dochádza k asimilácii v dvoch fázach: prípravnej a anoxickej. V dvojstupňovej verzii výmeny energie sa energia ukladá oveľa menej ako v trojstupňovej. PODMIENKY: Fosforylácia je pridanie 1 zvyšku kyseliny fosforečnej k molekule ADP. Glykolýza je enzymatický proces postupného rozkladu glukózy v bunkách sprevádzaný syntézou ATP; za aeróbnych podmienok vedie k tvorbe kyseliny pyrohroznovej v anaeróbnych podmienkach. podmienky vedú k tvorbe kyseliny mliečnej. Alkoholická fermentácia je chemická reakcia fermentácie, v dôsledku ktorej sa molekula glukózy za anaeróbnych podmienok premení na etylalkohol a CO2. Pára 23 Aké organizmy sú heterotrofy? Heterotrofy sú organizmy, ktoré nie sú schopné syntetizovať organické látky z anorganických látok (živé, plesne, mnoho baktérií, rastlinné bunky, nie sú schopné fotosyntézy) Aké organizmy na Zemi prakticky nezávisia od energie slnečného žiarenia? Chemotrofy - využívajú energiu uvoľnenú pri chemických premenách anorganických zlúčenín na syntézu organických látok. PODMIENKY: Výživa je súbor procesov, ktoré zahŕňajú vstup do tela, trávenie, vstrebávanie a asimiláciu živín. V procese kŕmenia dostávajú organizmy chemické zlúčeniny, ktoré používajú na všetky životné procesy. Autotrofy sú organizmy, ktoré syntetizujú organické zlúčeniny z anorganických a prijímajú uhlík z prostredia vo forme CO2, vody a minerálnej soli. Heterotrofy sú organizmy, ktoré nie sú schopné syntetizovať organické látky z anorganických látok (živé, plesne, veľa baktérií, rastlinné bunky, nie cesta k fotosyntéze)
Téma lekcie : Nebunkové formy života.Učiteľ :
Škola:
Plocha:
Predmet:biológia
Trieda:10
Typ lekcie: Hodinou je hra na hrdinov s využitím IKT.
Účel lekcie:
Prehĺbiť vedomosti študentov o nebunkových formách života;
a infekcia vírusom AIDS.
Ciele lekcie:
Poskytovanie príležitostí pre študentov na zjednotenie podľa záujmov, poskytovanie rôznych aktivít založených na rolách; rozšíriť schopnosť pracovať s ďalšou literatúrou a internetovými materiálmi; podporovať pocit kolektivizmu; formovanie nadpredmetovej kompetencie.
Čas: 1 h
Telefón: 72-1-16
Vybavenie: počítač, projektor, plátno, didaktické materiály.
Prípravná fáza:
Týždeň pred vyučovacou trieda tvoria žiaci triedy „biológov“, „historikov“ a „špecialistov na infekčné choroby“ a ponúkajú skupinám vhodné správy o nebunkových formách života. Učiteľ im ponúka potrebnú literatúru a internetové nástroje.
Počas hodín:
Organizačný moment (1 min)
Kontrola d / z - viacúrovňová testovaná práca
Skúšobné číslo 1
1) Glykolýza je proces štiepeniaja :
A) proteíny pre aminokyseliny;
B) lipidy pre vyššie karboxylové kyseliny a glycerol;
2) Fermentácia je proces:
A) odbúravanie organických látok za anaeróbnych podmienok;
B) Oxidácia glukózy;
C) Syntéza ATP v mitochondriách;
D) Premena glukózy na glykogén.
3) Asimilácia je:
A) Tvorba látok pomocou energie;
B) Rozpad látok s uvoľňovaním energie.
4) Usporiadajte fázy energetického metabolizmu sacharidov v tomto poradí:
A - bunkové dýchanie;
B - glykolýza;
B-prípravný.
5) Čo je to fosforylácia ?
A) tvorba ATP;
B) Tvorba molekúl kyseliny mliečnej;
C) Rozklad molekúl kyseliny mliečnej.
Test číslo 2
1) Kde nastáva prvý a druhý stupeň štiepenia zlúčenín s vysokou molekulovou hmotnosťou:A) cytoplazma; B) mitochondrie: C) lyzozómy D) Golgiho komplex.
2) V bunkách, v ktorých organizmy prebiehajú, dochádza k alkoholickému kvaseniu:
A) zvieratá a rastliny; B) rastliny a huby.
3) Energetickým účinkom glykolýzy je tvorba
2 molekuly:
A) kyselina mliečna; B) kyselina pyrohroznová; C) ATP;
D) etylalkohol.
4) Prečo sa disimilácia nazýva výmena energie?
A) energia sa absorbuje; B) Energia sa uvoľňuje.
5) Čo je obsiahnuté v ribozómoch?
A) DNA; B) lipidy; C) RNA; D) bielkoviny.
Test číslo 3
1) Aký je rozdiel medzi energetickým metabolizmom aeróbov a anaeróbov?
A) - žiadna prípravná fáza; B) absencia anoxického štiepenia; c) absencia bunkového štádia.
2) Ktoré zo stupňov energetického metabolizmu sa vyskytujú v mitochondriách?
A - prípravná B - glykolýza; Dýchanie B-buniek
3) aké organické látky sa zriedka konzumujú na získanie energie v bunke:
Proteíny A; B-tuky;
4) V ktorých organelách bunky dochádza k rozpadu organických látok:
A-ribozómy B-lyzozómy; B-jadro.
5) Odkiaľ pochádza energia na syntézu ATP z ADP?
A) - v procese asimilácie; B) - v procese asimilácie.
Sebaovladanie. Snímka číslo 2
Aktualizácia znalostí.
Čo vieme o formách života na zemi?
Čo vieme o nebunkových formách života?
Prečo potrebujeme tieto vedomosti?
4. Prezentácia plánu a cieľov práce.
Šmykľavka # 3,4
5. Prevádzkové a výkonné.
Semená skupinová práca
a) Prejav gr. „Historici“ s informáciami o objave
vírusy. Snímka číslo 5
b) Prejav gr, „biológov“ s informáciami o štruktúre vírusovej častice, o rozdelení vírusov na RNA a DNA obsahujúce, o štruktúre bakteriofága. Prezentácie č. 6,7,13
c) Vysvetlenie spôsobu reprodukcie vírusov študentom, práca s notebookom. Snímka číslo 11
d) Výkon gr. „Špecialisti na infekčné choroby“ so správou o infekčné choroby ľudí, zvierat a rastlín spôsobených vírusmi. Snímky číslo 8,9,10
e) príbeh učiteľa o nebezpečenstve nákazy vírusom AIDS. Snímka číslo 12.14
Sekundárna skupinová práca
Chalani tvoria skupiny nového zloženia. A každá skupina
hľadanie odpovede na otázku alebo problémový problém, ktorý jej bol navrhnutý. Napríklad: Nájdete rozdiel medzi vírusmi a neživou hmotou? Nájdete rozdiel medzi vírusmi a živou hmotou?
Na aký účel sa antibiotiká predpisujú počas vírusového ochorenia?
6. Reflexívno-hodnotiaci.
Kontrola práce skupín; Snímka číslo 15
Vykonávanie skúšky;
skontrolujte sa
1 Vírusy baktérií ____________
2 Enzýmová revertáza je prítomná vo ________ vírusu
3 obálka vírusu ______________
4 Voľne žijúca forma vírusu _____________
5 Počet nukleových kyselín v bunkách vírusu _
6 Vírusy, ktorých organizmy nie sú opísané __________
7 Vírusové choroby ____________________________
Vzájomná kontrola.
7. Zhrnutie lekcie
8 kreatívnych domácich úloh
- zostavenie krížovky;
Zostavenie klastra na túto tému.
Zdroje informácií
N.V. Čebyšev Biology, najnovšia príručka, M-2007
http // scholy .keldysh .ru / scyooll 11413 / bio / viltgzh / str 2.htm
Načítava ...