Гидролизное и сульфитно-спиртовое сусло является специфи­ческой средой, ограничивающей развитие посторонних микроор­ганизмов. Несмотря на это, посторонние микроорганизмы приспо­сабливаются к малоблагоприятным условиям и встречаются на гидролизных и сульфитно-спиртовых заводах. Но эти вредители спиртового брожения и других процессов немногочисленны и не отличаются видовым разнообразием. К посторонней микрофлоре относятся главным образом бактерии и некоторые пленчатые и дрожжеподобные грибы. Они попадают в сусло и бражку в ос­новном из окружающего воздуха, а также вносятся с применяе­мыми дрожжами, приспосабливаются к малоблагоприятным условиям среды и размножаются, нанося большой вред произ­водству.

Бактериальная микрофлора (рие. 139) представлена. следую­щими микроорганизмами: 1) уксуснокислые бактерии, превра­щающие этиловый спирт в уксусную кислоту; 2) молочнокислые бактерии, относящиеся к бесспо^овым палочкообразным видам; оптимальная температура для их развития 24—50°; они анаэроб­ны, используют сахар, превращая его в молочную кислоту и ряд других веществ (уксусная кислота, этиловый спирт); в результа­те жизнедеятельности молоч­нокислых и уксуснокислых бактерий значительно повы­шается кислотность сусла и бражки; 3) маслянокислые и другие спороносные бакте­рии, использующие сахар (встречаются реже), а также сардины. Сарцины представ­ляют собой клетки, состоя­щие из восьми шариков, очень аэробны, превращают сахар в молочную и уксус­ную кислоты. Их можно об­наружить в сусле и бражке, полученных в результате ги­дролиза сельскохозяйствен­ных отходов. Особенно бла­гоприятной средой для раз­вития инфекции служат хлоп­ковые гидролизаты, богатые азотистыми и минеральными веществами. Маслянокислые бактерии являются довольно опасными врагами брожения, так как образуемая ими мас­ляная кислота действует угнетающим образом на дрожжи;

4) микодерма, относяща­яся к пленчатым грибам, представляет удлиненные или круглые клетки, размножающиеся почкованием; эти грибки являются аэ­робными микроорганизмами. Клетки микодермы обладают спо­собностью быстро образовывать пленку на поверхности питатель­ной среды, содержащую пузырьки воздуха. Микодерма энергично окисляет этиловый спирт до углекислоты и воды. Таким образом, посторонние микроорганизмы используют часть сахара и спирта, тем самым снижая выход готовой продукции, а продукты их об­мена подавляют жизнедеятельность дрожжей, последние ослабе­вают и медленнее сбраживают сахара.

Сульфитное сусло наиболее устойчиво к развитию посторон­них микроорганизмов. Древесное сусло легче заражается инфек­цией, и особенно легко сусло, полученное из сельскохозяйствен­ных отходов. Легко инфицируется также бражка, содержащая ослабленные дрожжи. Посторонние микроорганизмы развивают­ся только в охлажденном нейтрализате и бражке, так как при высокой температуре они погибают. Следовательно, наиболее опасными местами для инфицирования являются средняя и ниж­няя части градирни, открытые сборники сусла, бродильные чаны и фильтр-прессы. «

Чтобы предотвратить появление посторонних микроорганиз­мов на производстве, необходимо соблюдать все правила про­мышленной санитарии, периодически дезинфицировать аппара­туру, насосы и трубопроводы, а также следить за чистотой при­меняемых дрожжей. Если заражение посторонними микроорга­низмами произошло, то можно применить следующие способы борьбы, не оказывающие отрицательного действия на жизнедея­тельность дрожжей: а) обработку антисептиками, которые угне^ тающе действуют на посторонних микробов, в качестве антисеп­тиков чаще всего используют хлорную известь, формалин и др.; б) способ, предложенный М. Я. Калюжным и Э. Э. Друблянец: зараженную дрожжевую суспензию обрабатывают 1 н. серной кислотой в течение 1—2 часов; при этом рН суспензии снижа­ется до 3,7—3,5; в такой среде посторонние микроорганизмы погибают; в) стерилизацию зараженной аппаратуры, посуды и тру­бопроводов острым паром в течение 1—2 часов; этот способ мож­но применять только в том случае, если аппаратура герметиче­ски закрывается; г) если на заводах применяют сепарационный метод отделения дрожжей от бражки, то в этом случае 2/з посто­ронних микроорганизмов уходит с бражкой. Можно также много­кратно промывать дрожжи водой на сепараторах. Более легкие бактерии уходят с промывной водой.

Большая часть бактериальной инфекции является бесспоро­вой, поэтому бороться с ней значительно легче. Несмотря на то, что инфекция на гидролизных и сульфитно-спиртовых заводах встречается редко, недостаточная борьба с ней, а также несо­блюдение технологических режимов производства приводит к снижению выходов готовой продукции, а также к ухудшению ее качества. Поскольку на гидролизных и сульфитно-спиртовых заводах основными посторонними микроорганизмами являются молочнокислые, маслянокислые и уксуснокислые бактерии, то необходимо кратко их охарактеризовать, а также остановиться на описании процессов, вызываемых ими.

Молочнокислое брожение. Это процесс превращения сахара в молочную кислоту при помощи микроорганизмов. Молочно­кислое брожение бывает типичное и нетипичное. При типичном сахар расщепляется только на 2 молекулы молочной кислоты по уравнению.

Се Ни Об = 2 СНз • СНОН • СООН + 20 КЙЛ

Молочная кислота

Возбудителями типичного молочнокислого брожения ' яв­ляются следующие микроорганизмы: 1) Bact. Streptococcus lactis небольшая бесспоровая палочка, молодая культура имеет вид стрептококка; оптимальная температура для развития этой бактерии 30—35°; она сбраживает лактозу, глюкозу, галактозу и мальтозу; молочной кислоты накапливается в среде около 1 %; 2) Bact. Delbriicki представляет собой длинную бесспоровую палочку, развивающуюся при температуре 45—48°; используется для производственного получения молочной кислоты, количество которой достигает 2,2%; в присутствии нейтрализующих агентов (мел) можно накопить до 10% молочной кислоты; 3) Bact. bulga - ricum или болгарская палочка, представляющая неподвижную бесспоровую палочку, длиной от 10 до 20 ц, оптимальная темпе - i ратура для ее жизнедеятельности 40—48°. Эта бактерия накап­ливает наибольшее количество молочной кислоты, равное 3,2%. Молочнокислые бактерии могут сбраживать различные сахара в зависимости от наличия в них тех или иных ферментов.

Нетипичным молочнокислым брожением называется такое, при котором наряду с молочной кислотой образуются и другие продукты, например этиловый спирт, уксусная и янтарная кисло­та, углекислота и водород.

2С6Н1206 = СН3-СН0Н ■ СООН + СООН • СН2СН2СООН +

Гексоза Молочная кислота Янтарная нислота -

+ СНз-СООН + С2Н5ОН + С02+НгКял.

Уксусная SmuAoSt/D

Нислота спирт

Количество получающихся продуктов колеблется. В среднем молочной кислоты образуется до 40% от сброженного сахара, янтарной кислоты около 20%, уксусной кислоты и этилового спирта по 10% и 20% составляют газы. Представителями бакте­рий, вызывающих нетипичное молочнокислое брожение, являют­ся В. coli*. В. pentoaceticum и др. Нетипичному молочнокислому брожению подвергаются также пентозы. При брожении пентоз образуются молочная и уксусная кислоты по уравнению:

С5 н(о05 =сн3 • снон соон + сн3-соон + к кял

Пентоза Молочная нисла/по Уксусная

Кислота

Встречаются также так называемые ложные бактерии молоч­нокислого брожения, они размножаются при температуре 25—35° и образуют наряду с молочной другие кислоты.

Типичное и нетипичное молочнокислое брожение широко при­меняется в различных областях народного хозяйства. Первое используется для приготовления различных молочных продуктов (простокваши^ кефира, кумыса и др.), кислого черного хлеба, для получения молочной кислоты и консервирования фруктов и ово­щей. Брожение пентоз имеет значение при силосовании кормов, так как в сене, соломе и в некоторых растениях содержатся пен - тозаны, гидролизующиеся до пентоз, которые превращаются в указанные выше кислоты, придающие силосу кислый вкус и предохраняющие его от загнивания.

Маслянокислое брожение. Особенностью этого брожения, биохимическая природа которого была открыта Пастером, яв­ляется то, что возбудители его — маслянокислые бактерии не могут развиваться в присутствии свободного кислорода. Таким образом, маслянокислые бактерии — облигатные анаэробные микроорганизмы. По внешнему виду — небольшие от 13 до 15 палочки с закругленным^ концами. Они образуют споры и обла-i дают способностью двигаться, так кг к имеют жгутики. Их опти­мальная температура 30—40°. В результате жизнедеятельности маслянокислых бактерий образуются следующие продукты: мас­ляная кислота (или бутиловый спирт и ацетон), углекислота и водород. Маслянокислое брожение сахара можно выразить Формулой.

С6 н,206 =CH3-CH2 СН2-СООН +2СОг+2Нг+18 К ЯП-

Генсозп маг. лапая кислота

В результате маслянокислого брожения может образоваться также бутиловый спирт, причем в довольно значительном коли­честве. Тогда брожение принимает характер бутилового. Если брожение идет в нейтральной среде, то в основном накапливает­ся масляная кислота, а бутиловый спирт образуется в небольших количествах. Но если брожение проводят в кислой среде, то основным продуктом брожения будет бутиловый спирт, а масля­ная кислота — побочным. Возбудителем этого брожения явля­ются бактерии: В. Amylobacter butylicum и В. Clostdium Pas - teurianum.

Дальнейшие исследования показали, что некоторые расы маслянокислых бактерий в кислой среде вызывают ацетоно-бу - тиловое брожение, например, В. Clostri'dium acetobutylicum. В этом случае, наряду с бутиловым спиртом, в определенной пропорции образуется и ацетон. Исследования В. Н. Шапошни­кова показали, что это брожение является двухфазным. В пер­вой фазе — кислотной бактерии энергично размножаются и об­разуются кислоты, а во второй (ацетоно-бутиловой) в среде накапливается бутиловый спирт, ацетон и этиловый спирт. Из­меняя условия среды и питания, можно подавить то первую, то
вторую фазы брожения и добиться накопления в среде тех или иных продуктов. Например, Данные Н. Д. Иерусалимского пока­зывают, что при недостатке в среде азотистых веществ увеличи­вается выход ацетона, а если имеются легкодоступные источни­ки азота, то количество ацетона и бутилового спирта умень­шается.

Процесс брожения гексоз можно выразить следующим сум­марным уравнением:

(гСвН^Об^бСНг-СНг-СНг-СНгОН -Ь4CHj'СО• СН J +

Генсоза Бутиловый спирт Ацетон

2 CHj-CHjOH + CHj-CO 'СНОН'СНз + 18 Нг + гв СОг+г нГ0 +К КЯЛ.

Этиловый Альдегид Д - он с и - спирт масленой нислотл/

При этом было установлено, что если в сбраживаемую среду прибавить масляной кислоты, то увеличивается количество бути­лового спирта, а если уксусной кислоты, то возрастает выход ацетона.

В качестве среды для развития ацетоно-бутиловых бактерий был использован также древесный гидролизат (опыты JI. К. Ко - товского). Но для проведения ацетоно-бутилового брожения не­обходимо предварительно тщательно очистить гидролизат от ядовитых для бактерий веществ активированным углем и отгон­кой паром, а также другими методами, что связано со значи­тельными затратами. Поэтому этот метод не внедрен в промыш­ленность. Возбуждает ацетоно-этиловое брожение культура Clostri'dium acetoethylicum. Выход продуктов, состоявших из сме­си ацетона, бутилового и этилового спиртов, достигал 30—35% от сброженного древесного сахара (в условиях полузаводской установки).

Продукты жизнедеятельности маслянокислых бактерий име­ют широкое применение. В природе маслянокислые бактерии принимают участие в разложении многих органических веществ в анаэробных условиях.

Окислительное брожение. Это такой биохимический процесс, для течения которого необходим кислород воздуха и при котором имеет место неполное использование потенциальной энергии перерабатываемого вещества (продукты реакции — органиче­ские кислоты способны к дальнейшим окислительным превраще­ниям с выделением энергии). По первому признаку процесс оки­слительного брожения сходен с процессом обычного аэробного дыхания, но конечными продуктами настоящего аэробного дыха­ния является вода и углекислота, которые не могут дальше окис­ляться с выделением энергии; по второму признаку он подобен настоящему брожению, но последнее является анаэробным про­цессом, а окислительное брожение — аэробным. Примером

36 А. К. Славянский
окислительного брожения может служить уксуснокислое и лимон­нокислое.

Уксуснокислое брожение. Биохимическая природа уксусно­кислого брожения была установлена Пастером в 1862 г., но Образование уксусной кислоты из этилового спирта известно с древних времен. Процесс окисления этилового спирта в уксус­ную кислоту связан с потерей водорода (дегидрированием) и ка­тализируется ферментом дегидразой. Он протекает в две стадии: сначала образуется уксусный альдегид, окисляющийся затем В уксусную кислоту:

О гсн3сн2он + 02 = гснзсон + гн2о

Этиловый Уксусный

Спирт. альдегид

2) 2СН3СОН +Ог =2СН3СООН + 117 КК ЙП*

Уксусный Уксусная

Альдегид кислота

Возбудителями этого процесса являются уксуснокислые бак­терии, представляющие бесспоровые палочки, обычно соединен­ные в цепочки. На поверхности жидкости уксуснокислые бакте­рии образуют беловато-серую пленку, что является следствием ослизнения клеточных оболочек. Они аэробны, оптимальная температура развития 23—24°. Уксуснокислые бактерии пред­ставлены многими видами, например Bact. acetf, В. Xylinum,

B. Pasteurianum.

Лимоннокислое брожение. В результате лимоннокислого бро­жения получается лимонная кислота из углеводов, которые окис­ляются. Лимонная кислота не является конечным продуктом окисления сахара, а может далее использоваться как источник углерода.

Возбудителями лимоннокислого брожения являются некото­рые плесневые грибы, лучшим из которых считается Aspergillus niger Ci'tromyces. На основании работ В. С. Буткевича и С. П. Костычева этот плесневой гриб используется для техни­ческого получения лимонной кислоты. По исследованиям

C. Р. Зубковой (1933—1936) биохимическим методом можно по­лучить лимонную кислоту и из древесного сахара. Но для этой цели лучшими являются гидролизаты, полученные гидролизом древесины концентрированной кислотой, так как они свободны от многих примесей и имеют высокую концентрацию сахара.

К окислительным брожениям относится еще процесс окисле­ния глюкозы в глюконовую кислоту, также вызываемый плесне­вым грибком Aspergillus ni'ger и некоторыми бактериями.