Другие превращения, вызываемые молочнокислыми бактериями - Механизмы брожений

Оглавление
Механизмы брожений
Кофакторы
Анаэробные превращения пировиноградной кислоты
Разложение сахаров дрожжами
Другие превращения, вызываемые дрожжами
Разложение сахаров молочнокислыми бактериями
Молочнокислое скисание
Другие превращения, вызываемые молочнокислыми бактериями
Превращения, вызываемые уксуснокислыми бактериями

Разложение яблочной кислоты — яблочно-молочное брожение

Значение этого явления для энологии и условия реализации яблочно- молочного брожения описано в других главах. Это превращение сводится к исчезновению одной молекулы яблочной кислоты, преобразуемой в молочную кислоту оо снижением -кислотности и -приданием вину бархатистости.
Биохимические механизмы, действующие в этом превращении, не выяснены в полной мере. С давних пор известны два фермента—маликодегид- рогеназа и яблочнокислый фермент, который обладает свойством разлагать яблочную кислоту (рис. 15.27). Если вм еш а те л ьство мал ико дегидро ге н азы в яблочно-молочное брожение всегда исключалось, то в течение длительного времени считали, что яблочнокислый фермент (см. рис. 15.27, реакция II) участвует в этом брожении. Это предполагает переход через пировиноградную кислоту и участие лактико- дегидрогеназы, -поскольку яблочнокислый фермент обеспечивает только превращение яблочной кислоты в пировиноградную (см. рис. 15,27).
Исследуя этот вопрос, Пейно (1968) и Пейно и Лафон-Лафуркад (1970) обратили внимание на то, что молочнокислые бактерии вина обладают чаще всего двумя лактикодегидрогеназами, поскольку при сбраживании сахаров они способны восстанавливать пировиноградную кислоту одновременно в молочную кислоту D(—) и в молочную кислоту L(+)- Между тем яблочно-молочное брожение ведет исключительно к молочной кислоте L(+) (Пейно и сотрудники, 1967); эти факторы показывают, что пировиноградная кислота не является промежуточным звеном или, по меньшей мере, лактикодегидрогеназы не участвуют в яблочно-молочном брожении. Эти результаты подтвердили Радлер и сотрудники (1970). Авторы выделили из молочнокислых бактерий ферментный препарат, который очистили от лак- тикодегидрогеназ; остаточный фермент способен был превращать яблочную кислоту в молочную. Свойства этого фермента исследовали Шютц и Радлер (1973) и Лонво (1975).

разложение яблочной кислоты
Рис. 15.27. Различные механизмы ферментативного разложения яблочной кислоты. (MDH- маликодегидрогеназа; яблочный фермент; ffML-яблочно-молочный фермент; LDH-лактико- дегидрогеназа).

В личном сообщении д-р Лондон (Национальный институт здравоохранения, Мериленд, США) подтверждает существование двух ферментов, способных использовать яблочную кислоту (независимо от маликодегидрогеназ). Наиболее известный в биохимии истинный яблочнокислый фермент проявляет максимальную активность при рН 8,5 и не синтезируется клетками, культивируемыми в среде, богатой глюкозой. Как было показано выше, он превращает яблочную кислоту в пировиноградную (см. рис. 15.27), а образование молочной кислоты связано с возможным присутствием лактикодегидрогеназ; в этом случае оптическая природа образующейся молочной кислоты зависит от природы присутствующих лактикогидрогеназ.
Другой, менее известный фермент, который наиболее правильно было бы называть «яблочно-молочным ферментом», имеет максимум активности в кислой среде, и его синтез не подавляется присутствием большого количества глюкозы; его часто смешивают с яблочным ферментом в собственном смысле слова. Именно этот фермент участвует в яблочно-молочном брожении (Лонво, 1975), он превращает яблочную кислоту непосредственно в молочную, но возможные промежуточные реакции пока что не известны (см. рис. 15.27, реакция III). Возможно, что речь идет о простом декарбоксилировании, хотя этот тип реакции у гидроксилированной кислоты редко встречается в биохимии. Можно также предполагать, что промежуточным звеном является пировиноградная кислота и она остается фиксированной на белковой поверхности фермента, где восстанавливается в молочную кислоту самим яблочно-молочным ферментом, который в таком случае должен был бы обладать двумя видами активности. Таким образом, можно было бы объяснить невмешательство лак- тикодегидрогеназ и стереоспецифичность реакции и, следовательно, образование исключительно лишь молочной кислоты L(+)- Лонво и Риберо- Гайон (1973) показали значение углекислотного электрода для исследования механизма этой реакции.
Более точно свойство яблочного фермента молочнокислых бактерий, выделенных из вина, определил Лафон-Лафуркад (1970). Этот автор показал, что в подавляющем большинстве штаммы обладают ферментом, активность которого не зависит от условий предшествующей культуры, некоторые же обладают индуктируемым ферментом, т. е. синтез которого индуктируется, если в питательной среде содержится яблочная кислота. Наконец, другие штаммы не проявляют никакой ферментативной активности, каковы бы ни были условия предшествующей культуры. Этот признак имеет важное значение для отбора штаммов, пригодных для использования в виноделии.
Известно, что реакция преобразования яблочной кислоты в молочную не сопровождается выделением энергии, которая могла бы использоваться химическим путем, это реакция эндогенного типа. Следовательно, это явление не является настоящим брожением, оно не позволяет бактериальным клеткам находить энергию, необходимую для их роста и размножения. Таким образом, яблочно-молочное брожение можно объяснить, только допуская возможность развития бактерий за счет других элементов вина, например, углеводов или азотистых веществ. Радлер (1958) подтвердил, что сахара должны неизбежно служить источником энергии для бактерий яблочно-молочного брожения, но необходимые количества исключительно малы; 1 г яблочной кислоты разлагается 10 мг бактерий (в сухой массе), которые требуют для своего роста 0,1 г сахара. В гетероферментативном брожении такое же количество сахара дает только 50 мг молочной кислоты, 26 мг спирта и 22 мг углекислого газа.
Азотистые вещества также могли бы служить источником энергии. В действительности, паралле.чыю с яблочно- молочным брожением наблюдается снижение белкового азота вина, следующее за увеличением содержания аммиачного азота вследствие дезаминирования органических азотистых веществ.
Наконец, не исключено, что другие компоненты вина могут служить источником энергии для развития бактерий яблочно-молочного брожения. В частности, мезоинозит, средняя концентрация которого составляет 0,5 г/л, иногда исчезает в ходе этого явления, и его концентрация может даже упасть до нуля (Пейно и Лафон-Лафуркад, 1955). Такое разложение мезоинозита происходит без образования летучих кислот.

Разложение лимонной кислоты

О деградации лимонной кислоты молочнокислыми бактериями с образованием летучей  кислотности известно с давних пор. В частности, известно, что яблочно-молочное брожение иногда сопровождается более или менее глубоким разложением лимонной кислоты, которая ответственна за увеличение летучей кислотности, наблюдаемое во время брожения.
Разложение лимонной кислоты
Рис. 15.28. Разложение лимонной кислоты молочнокислыми бактериями.
Исследуя баланс этого разложения, Шарпантье и сотрудники (1951) и Шарпантье (1954) показали, что одна молекула лимонной кислоты дает от 1,2 до 1,5 молекулы уксусной кислоты, очень малое количество молочной кислоты и от 0,2 до 0,3 молекулы ацетоиновых веществ (бутандиол-2,3 и ацетоин). Основываясь на предыдущих работах и на результатах собственных исследований, эти авторы предложили механизм деградации, включающий разрыв лимонной кислоты на щавелево-уксусную кислоту и уксусную (рис. 15.28). Первая декарбоксилируется в  пировиноградную кислоту, которая сама по себе лежит в основе молочной кислоты, с одной стороны, и ацетоиновых веществ (бутандиол-2,3 и ацетоин), с другой, посредством описанных выше реакций (см. рис. 15.11). Эта пировиноградная кислота может также образовывать уксусную кислоту с помощью ацетилко- фермента А с образованием одной молекулы СО2 или в некоторых случаях муравьиной кислоты (см. рис. 15.11). Эта схема, которая включает двоякий источник уксусной кислоты, построена с учетом образования более одной молекулы этой кислоты на одну молекулу разложенной лимонной кислоты.

Разложение глицерина — болезнь прогоркания

Использование глицерина бактериями и особые характеристики, которые оно придает вину, описано многими авторами, хотя этот случай встречается относительно редко. Однако механизмы, посредством которых осуществляется это разложение, остаются невыясненными. Кроме того, не определен баланс этого превращения, аналогичный приведенному выше относительно разложения лимонной кислоты. Рис. 15.(29 составлен на основе общих сведений о разложении глицерина различными микроорганизмами. С одной стороны, это вещество превращается в пировиноградную кислоту сначала путем реакций, обратных реакциям глицерино-пировиноградного брожения (см. рис. 15.14), и затем путем гликолиза (см. рис. 15.10), с другой — оно трансформируется в акролеин и пропандиол-2,3 посредством особого механизма.
Таким образом, наряду с классическими продуктами бактериального метаболизма отмечают образование акролеина, который -является ответственным за особые органолептические характеристики «прогорклых вин» вследствие его связи с фенольными соединениями (Ренчлер и Таннер, 1951). Сбраживание глицерина дает также пропандиол-3 (Вуд, 1961), присутствие которого в больных винах кажется пока недоказанным. Наконец, обнаруживается муравьиная кислота (Вуд, 1961), которая получается от перехода пировиноградной кислоты в уксусную с помощью ацетилкофермента А (см. рис. 15.11).

Разложение винной кислоты молочнокислыми бактериями
Рис. 15.30. Разложение винной кислоты молочнокислыми бактериями (Радлер и Янисис, 1972).
Разложение глицерина молочнокислыми бактериями
Рис. 15.29. Разложение глицерина молочнокислыми бактериями.

Разложение винной кислоты — пропионовокислое брожение (турн)

Лишь ограниченное ч-исло молочнокислых бактерий вина способно разлагать винную кислоту. Это разложение представляет собой серьезную болезнь вина — турн, иногда довольно частое явление, но в настоящее время встречающееся все реже и реже вследствие прогресса в технике хранения вина.
Механизм разложения винной кислоты исследовали Крампиц и Линен (1964) и особенно Радлер и Янисис (1972).
Из анализа балансов, полученных на различных штаммах, Радлер и Янисис сделали вывод, что известны два пути разложения винной кислоты (рис. 15.30). Lactobacillus plantarum используют механизм I, который соответствует образованию из двух молекул винной кислоты трех молекул С02, одной молекулы уксусной кислоты и одной -молекулы молочной кислоты. Lactobacillus brevis использует механизм II, который соответствует образованию из трех молекул винной кислоты четырех молекул С02, двух молекул уксусной кислоты и одной молекулы янтарной кислоты. В этих двух механизмах обеспечивается равновесие окисления-восстановления в том смысле, что число молекул NAD, восстанавливаемых в NADH2, равно числу молекул NADH2, окисляемых в NAD.



 
< Уксуснокислые бактерии   Улучшение качества винограда >
Искать по сайту:
или внутренним поиском:

Translator

Наверх