Работа 6. Продукты метаболизма микроорганизмов. Спиртовое брожение
Обмен веществ микроорганизмов представляет собой единство двух основных процессов — конструктивного и энергетического. Синтетические возможности микроорганизмов и способы получения ими энергии отличаются большим разнообразием, поэтому столь же разнообразны и продукты их метаболизма. Значительная часть веществ, обнаруживаемых в микробных культурах, является результатом энергетического обмена. Например, при различных брожениях образуются спирты и летучие кислоты. Однако кроме продуктов катаболизма в средах могут накапливаться вещества, связанные с конструктивными процессами. К таким веществам относятся аминокислоты, ферменты, антибиотики и др. Набор, количество и соотношение продуктов метаболизма заметно меняются в зависимости от стадии роста и условий культивирования микроорганизмов. Ряд продуктов жизнедеятельности микроорганизмов — различные органические кислоты, некоторые витамины, антибиотические вещества и многие другие — нашли широкое применение в практике. Определение продуктов обмена веществ микроорганизмов дает представление о путях использования ими тех или иных субстратов и необходимо для выявления продуцентов практически ценных метаболитов. Среди дрожжей есть виды, способные к спиртовому брожению. Их давно используют для получения спирта, вина, пива, кваса, разрыхления теста. Спиртовое брожение протекает в несколько стадий. В начальный период, когда в среде содержится еще достаточное количество растворенного кислорода, дрожжи в основном окисляют сахар до СО2 и Н2О и интенсивно размножаются. Брожение в данный период протекает слабо. Затем в результате обеднения среды кислородом дыхание клеток постепенно ослабевает и начинается интенсивное брожение. Энергия брожения не обеспечивает высокий уровень размножения клеток, хотя синтез биомассы продолжается. В этот период может наблюдаться увеличение размеров клеток и накопление в них гликогена. В последней стадии брожения сахара в среде остается мало, дрожжи используют накопленный ранее гликоген, содержание которого в клетках падает. Цель настоящей работы — сравнить скорости процессов брожения, определить количество этанола, образуемого в условиях опыта. Работу проводят с одной из рас Saccharomyces cerevisiae. Среда: сахароза — 15 %, пептон — 0,5 %, КН2РО4 — 0,3 %, MgSO4 — 0,1 % (объемные проценты). Опыт ставят в нестерильных условиях, т.к. благодаря созданию элективных условий в среде будут развиваться преимущественно дрожжи. 150 мл среды заливают в сосуд для брожения; вносят ~ 0,5 г прессованных (ресуспендированных в среде) дрожжей. Закрывают сосуд пробкой с затвором с серной кислотой и резиновым клапаном с прорезью (верхний конец резиновой трубки закрыт бусиной). Затвор пропускает СО2, но задерживает выделяющуюся влагу (поглощается серной кислотой). Клапан через прорезь пропускает СО2 и не дает возможности наружному воздуху проникать в колбу. Колбу взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г и ставят в термостат при 25оС.
О скорости брожения судят по количеству углекислоты, выделившейся в единицу времени из определенного объема среды. Количество углекислоты устанавливают по убыли веса сосуда, снабженного затвором. Рассчитывают, сколько граммов СО2 выделилось из 1л среды в 1 ч за каждый интервал времени между взвешиваниями сосуда.
Динамика выделения СО2 в процессе брожения осуществляемого дрожжами
Брожение обычно продолжается 2—4 суток. Завершение процесса устанавливают по прекращению газообразования. При снятии опыта необходимо провести расчет количества образовавшегося спирта из сброженного сахара исходя из массы выделившегося диоксида углерода в соответствии с уравнением спиртового брожения.
Контрольные вопросы 1. Какие условия влияют на интенсивность спиртового брожения? 2. Почему в качестве гидрозатвора используется серная кислота? 3. Как оценивается спиртообразующая способность различных штаммов дрожжей? 4. Какие ферменты участвуют в процессе спиртового брожения?
|
