Неполное окисление органических веществ – источник получения органических кислот, витаминов и других соединений

Общая характеристика процессов брожения. Значение процессов превращения углеродсодержащих веществ в круговороте углерода в природе. Процессы брожения, вызванные бактериями рода Clostridium. Неполное окисление углеводов и других органических соединений.

Рубрика Химия
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 16.11.2017
Размер файла 22,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И.Т. ТРУБИЛИНА»

Кафедра ветеринарной медицины

Реферат

на тему: «Неполное окисление органических веществ - источник получения органических кислот, витаминов и других соединений»

Выполнил студент

группы ЭК-1502

Федоренко Александр

Проверил(а):

г. Краснодар 2016

Содержание

1. Общая характеристика процессов брожения. Значение процессов превращения углеродсодержащих веществ в круговороте углерода в природе

2. Спиртовое брожение Основы виноделия. Получение глицерина

3. Молочнокислое брожение

4. Процессы брожения, вызванные бактериями рода Clostridium

5. Маслянокислое брожение пектиновых веществ

6. Брожение и окисление клетчатки

7. Неполное окисление углеводов и других органических соединений микроорганизмами с образованием кислот

8. Окисление микроорганизмами углеводородов

1. Общая характеристика процессов брожения. Значение процессов превращения углеродсодержащих веществ в круговороте углерода в природе

брожение углерод бактерия органический

Брожение - окислительно-восстановительный процесс, приводящий к образованию АТФ,котором окислителем и восстановителем служат органические соединения, образующиеся в ходе самого брожения.

При брожении субстрат разлагается до конечных продуктов. соединения подвергающиеся брожению не должны быть сильно окислены и не слишком восстановленными. Чаще всего микроорганизмы используют в качестве субстратов углеводы, некоторые органические кислоты, аминокислоты, пурины и пиримидины. Образование АТФ во время брожения идет путем фосфорилирования на уровне субстрата.

Брожение вызывается облигатными или факультативными анаэробами, и как правило в в строго анаэробных условиях. Брожение является простейшей формой биологического окисления, которое обеспечивает получение энергии в анаэробных условиях.

Известно много типов брожения. Каждый их них дает специфические конечные продукты и свойственен отдельной группе микроорганизмов.

Брожение идет в две стадии:

1. Кослительная стадия. Превращение глюкозы в пируват- включает разрыв углеродной цепи глюкозы и отщепление двух пар атомов водорода.

2. Восстановительная стадия - атомы водорода используются для восстановления пирувата или образованных их него соединений.

Образование пирувата из углеводов совершается как серия последовательных реакций. Это катаболические реакции, общие для брожения и аэробного дыхания.

У микроорганизмов известно три пути образования пирувата из углеводов:

1. Путь Эмбдена-Мейерглфа-Парнаса, или гликолиз, присущ облигатным и факультативным анаэробам.

2. Пентозофосфатный, или Варбурга-Диккенса- Хореккера, характерен для многих микроорганизмов, как прокариот, так и для эукариот.

3. Путь Энтнера-Дудорова, найден только у отдельных групп микроорганизмов, в основном анаэробных бактерий.

Углерод - важнейший элемент органической природы. Он является неотъемлемой частью организмов. Зеленые растения ежедневно потребляют колоссальное количество углекислоты. Если бы в природе отсутствовали источники пополнения атмосферы углеродом, то вскоре жизнь полностью бы затихла. Основным источником пополнения атмосферы углекислотой является жизнедеятельность микроорганизмов.

В почву ежегодно попадает большое количество органических веществ в виде остатков растений (пожнивные остатки, корни, навоз, зеленые удобрения и др.), трупов животных и отмерших микроорганизмов. Под влиянием различных групп микроорганизмов эти вещества проходят сложный путь биохимических превращений, достигая, в конце концов, стадии минерализации. Из соединений углерода наиболее легко и быстро подвергаются минерализации простые и низкополимерные углеводы (моно- и дисахариды). Несколько труднее и медленнее разлагаются полисахариды (крахмал, гемицеллюлозы, пектиновые вещества), жиры и воска. Трудно разлагаются микроорганизмами целлюлоза и близкие к ней высокополимерные соединения, например лигнин, который часто накапливается в почве. Большое значение в разложении органических веществ играют условия аэрации. В зависимости от условий среды разложение идет при участии анаэробных или аэробных микроорганизмов. В анаэробных условиях разложение углеводов протекает по типу брожения, в результате которого образуются органические кислоты, спирты и различные газообразные продукты. В зависимости от основного конечного продукта, образующегося в ходе анаэробного разложения, брожения получили соответствующие названия: спиртовое, молочнокислое, маслянокислое и др.

В аэробных условиях распад органических веществ идет более быстро и может завершиться полным окислением с образованием - CO2 и H2O. Но чаще всего окисление бывает не полным, и кроме CO2 и H2O образуются органические кислоты и спирты. Окислятся, могут углеводы, этиловый и др. спирты, кислоты, углеводороды, жиры и другие вещества.

Процессы брожения и окисления органических веществ широко применяются в промышленности для получения ряда ценных продуктов ( ацетона, бутанола, глицерина, уксусной, лимонной, глюконовой и др. кислот), в сельском хозяйстве (силосовании, сенажировании, квашение овощей и переработке молока в кисломолочные продукты), для очищения почв и водоемов от загрязнения нефтью и продуктами ее переработки, для разведки месторождений нефти и газа, обработке лубоволокнистых культур и т.д.

2. Спиртовое брожение Основы виноделия. Получение глицерина

Спиртовое брожение - это превращение углеводов до этилового спирта.

Спиртовое брожение вызывается различными микроорганизмами: дрожжами, бактериями, отдельными видами грибов. Основным возбудителем являются дрожжи.

Спиртовое брожение с участием дрожжей рода Saccharomyces применяется в хлебопечении, для получения спирта и других продуктов.

Дрожжи широко распространены в природе: в почве, на поверхности плодов и ягод, зерне и т.д.

Дрожжи сбраживают углеводы (моно- и дисахариды). Дрожжи относятся к факультативным анаэробам, поэтому легко переходят от анаэробного метаболизма (брожение) к аэробному дыханию. Сбраживание углеводов дрожжами с образованием этанола и углекислого газа идет гликолитическим путем. Образовавшийся в результате пируват под влиянием пируватдекарбоксилазы превращается а ацетальдегид, который затем восстанавливается НАД-Н2-алкогольдегидрогеназой до этанола.

Суммарное уравнение:

С6Н12О6 = 2 СН3СН2ОН + 2 СО2

Обычно спиртовое брожение протекает при кислой реакци среды (рН 4-5). Если реакцию сместить в щелочную сторону (около рН 8), то в качестве основного конечного продукта будет глицерин.

6Н12О6 + Н2О= СН3СООН+ СН3СН2ОН +2СН2ОНСНОНСН2ОН + 2СО2

Кроме вторичных продуктов, при спиртовом брожении образуются побочные продукты- высшие спирты или сивушные масла.

Наибольшее практическое значение имеет вид дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Штаммы Saccharomyces cerevisiae подразделяют на расы верхового и низового брожения. Они используются в хлебопечении, получении спирта, пивоворении, виноделии, производстве кваса и некоторых кисломолочных продуктов.

3. Молочнокислое брожение

Молочнокислое брожение - разновидность безкислородного дыхания. Его биологическое значение - снабжение микроорганизмов необходимой энергией. Распад глюкозы при молочнокислом брожении сопровождается образованием молочной кислоты, а также ряда побочных продуктов - уксусной кислоты, диоксида углерода, иногда этанола. Кроме глюкозы, молочнокислые бактерии могут сбраживать лактозу, фруктозу, галактозу и др. моно - и дисахариды

Молочнокислое брожение лежит в основе силосования, квашения овощей, переработки молока в кисломолочные продукты, сыра, кислосливочного масла и т.п. Это брожение вызывается специфичной группой молочнокислых бактерий, которая очень разнообразна и широко распространена в природе.

Молочнокислые бактерии обитают на поверхности растений, в молоке, на пищевых продуктах, в кишечнике человека и животных. По форме палочки или кокки, не образуют спор, неподвижны, грамположительные, анаэробы или аэротолерантны, требовательны к источникам азота, используют только аминокислоты и растворимые формы белка, нуждаются в ряде витаминов.

Известны три типа брожения, вызываемого молочнокислыми бактериями:

1. Гомоферментативное молочнокислое брожение, при котором из глюкозы образуется в основном молочная кислота:

C6H12O6 = 2 CH3CHOHCOOH

Возбудители гомоферментативного брожения: Streptococcus lactis, S. cremoris, S. Thermophilus; Pediococcus damnosus; Lactobacillus bulgaricus, L. acidophilus, L. plantarum

2. Гетероферментативное молочнокислое брожение, при котором наряду с молочной кислотой образуются этиловый спирт и диоксид углерода:

C6H12O6 = CH3CHOHCOOH + CH3CH2OH + CO2

Возбудители гетероферментативного брожения: Lactobacillus brevis, Lactobacillus cellobiosus, Leuconostoc cremoris, L. mesenteroides

3. Бифидоброжение, при котором из глюкозы образуются уксусная и молочная кислоты:

2C6H12O6 = 3CH3COOH + 2CH3CHOHCOOH

Возбудители бифидоброжения: Bifidobacterium bifidum

4. Процессы брожения, вызванные бактериями рода Clostridium

Маслянокислое брожение - одно из звеньев круговорота углерода в природе. В результате брожения происходит минерализация сложных безазотистых органических веществ, а атмосфера обогащается углекислотой.

Возбудители маслянокислого брожения относятся к роду Clostridium. Все виды рода объеденены в группы в зависимости от способности сбраживать те или иные органические соединения.

Первая группа - сахаролитические виды, сбраживающие углеводы, крахмал или пектин, целлюлозу. Вторая группа- пртеолитические виды, сбраживающие аминокислоты.

Бактерии рода Clostridium строгие анаэробы, грамположительные подвижные палочки с клостридиальным или плектридиальным типом спорообразования, способны накапливать гранулезу перед спорообразованием, некоторые из них обладают способностью фиксировать молекулярный азот. Для возбудителей этого процесса маслянокислое брожение есть способ добывания необходимой для поддержания жизни энергии. Маслянокислые бактерии широко распространены в почве, навозе, загрязненных водоемах, в разлагающихся растительных остатках, молоке, на поверхности растений и т.д.

По преобладанию тех или иных конечных продуктов маслянокислое брожение подразделяется на истинно маслянокислое брожение (брожение глюкозы и крахмала), ацетонобутиловое брожение, брожение пектиновых веществ.

Маслянокислое брожение наблюдается повсюду, где безазотистые вещества разлагаются при отсутствии кислорода.

Процесс идет по схеме:

4C6H12O6 = 3CH3CH2 CH2COOH + 2CH3COOH + 8CO2 + 8H2

Кроме масляной кислоты, в процессе брожения в заметных количествах образуется уксусная кислота, а при подкислении среды значительные количества бутилового спирта и ацетона.

5. Маслянокислое брожение пектиновых веществ

Пектиновые вещества в значительном количестве содержаться в любом растительном материале, они составляют основу межклеточного вещества растительных тканей. Пектиновые вещества не растворимы в воде, но способны к набуханию.

Пектин разрушается микроорганизмами, содержащими ферменты протопектиназу, пектинэстеразу и пектиназу. Процесс брожения пектиновых веществ состоит из двух последовательных стадий. В первой стадии осуществляется гидролиз пектиновых веществ с образованием небольших цепочек, во второй идет дальнейшее сбраживание отдельных продуктов гидролиза до масляной кислоты, уксусной кислоты, CO2 , Н2 и Н2О .

Возбудителями маслянокислого брожения пектиновых веществ являются бактерии рода Clostridium (Clostridium pectinovorum, Clostridium felsineum и др.) - подвижные спорообразующие палочки, облигатные анаэробы.

Пектиновое брожение применяется при технической обработке лубоволокнистых растений - льна, конопли канатника, джута, кенафы и др.

6. Брожение и окисление клетчатки

В состав целлюлозы входит более 50% всего органического углерода биосферы. Целлюлоза является одной из главных составных частей оболочек растительных клеток. Микроорганизмы способные разлагать клетчатку играют очень важную роль в процессе минерализации органического вещества и круговороте углерода.

В почве целлюлоза может распадаться как в аэробных, так и в анаэробных условиях, в кислой или щелочной среде при низких или высоких влажности и температуре.

Анаэробный распад целлюлозы осуществляется различными спорообразующими бактериями, распространенными в почве, навозе, речном иле и сточных водах, разлагающихся растительных остатках, рубце жвачных животных. Большинство их относится к роду Clostridium.

Разложение целлюлозы с помощью микроорганизмов идет в несколько этапов. На первом этапе идет гидролиз полимера с участием ряда ферментов - целлюлазного комплекса. Сначала целлюлоза гидролизуется внеклеточным ферментом - целлюлазой с образованием дисахарида целлобиозы, а затем внутриклеточным ферментом - целлобиазой до моносахаридов (глюкозы):

(C6H10O5)n + H2O n C12H22O11

nC12H22O11 + H2O nC6H12O6

Второй этап - сбраживание глюкозы:

C6H12O6 CH3CH2 CH2COOH + CH3COOH + CH3CH2OH +

CH3CHOHCOOH + CO2 + H2

Большое количество клетчатки находится в поверхностных хорошо аэрируемых слоях почвы, где она окисляется аэробными микроорганизмами (бактериями, грибами и актиномицетами). Особенно много аэробных микроорганизмов, разлагающих клетчатку, в окультуренных пахотных почвах, удобренных навозом.

Микроорганизмы окисляющие целлюлозу вырабатывают ферменты целлюлазу и целлобиазу, вызывающие ее гидролиз до глюкозы, которую затем окисляют до СО2 и Н2О; промежуточными продуктами являются оксикислоты, которые являются энергетическим материалом для группы азотфиксирующих бактерий почвы, а уроновые кислоты участвуют в образовании гумуса. Схема окисления целлюлозы:

nC6H10O5 + nO2 R-CHOHCOOH + CO2 +H2O

R-CHOHCOOH + nO2 CO2 + H2O

Часто встречаются следующие роды бактерий способные окислять целлюлозу: Cellvibrio, Cellfalcicula, Cytophaga, Polyangium, Sorangium и др.

Среди грибов могут встречаться представители родов - Trichoderma, Fusarium, Alternaria, Cladosporium и др.

7. Неполное окисление углеводов и других органических соединений микроорганизмами с образованием кислот

Некоторые микроорганизмы не полностью окисляют те или иные органические соединения. В этом случае происходит накопление продуктов неполного окисления -оксалата, цитрата, сукцината, фумарата, малата, аконитата, глюконата и других кислот. Подобные процессы могут вызывать грибы. Грибы родов Rhizopus и Mucor вызывают окисление углеводов до малата, сукцината, фумарата, малата, ацетата, муравьиной кислоты, этанола; роды Aspergillus и Penicillium - до глюконата, оксалата и цитрата.

Синтез этих кислот идет при интенсивной аэрации. большое практическое значение имеет микробиологическое получение лимонной кислоты из углеводов с использованием Aspergillus niger.

8. Окисление микроорганизмами углеводородов

Углеводороды относят к группе химически стойких органических веществ. Многие микроорганизмы способны окислять углеводороды, получая при этом необходимую им энергию и материал для синтеза структурных компонентов клетки. Разрушать углеводороды в природе могут представители родов: Methylomonas, Methylococcus, Pseudomonas, Nocardia, Mycobacterium, Arthrobacter, а также дрожжи рода Candida и ряд мицелиальных грибов. Они способны окислять углеводороды разных классов простого и сложного строения: метан, этан, пропан, бутан, бензол, толуол, нафталин и др. Эти микроорганизмы применяют для разведки месторождений нефти и газа, для борьбы со скоплениями метана в шахтах, а также для очищения почв и водоемов от загрязнений нефтью и продуктами ее переработки.

Конечные продукты окисления углеводородов - CO2 и H2O, а также ряд промежуточных продуктов - спирты, органические кислоты, эфиры и др.

Механизация сельского хозяйства приводит к загрязнению сельскохозяйственных земель значительным количеством углеводородов. Так, керосин, бензин, используемые в тракторных, автомобильных и других двигателях, мазут и дизельное топливо, попадая в почву, приводит к нарушению ее свойств, ухудшают экологическую ситуацию, а аварийные разливы нефти превращают почву в техногенную пустыню. В почве углеводороды могут окисляться различными микроорганизмами.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Окислительная димеризация метана. Механизм каталитической активации метана. Получение органических соединений окислительным метилированием. Окислительные превращения органических соединений, содержащих метильную группу, в присутствии катализатора.

    диссертация [990,2 K], добавлен 11.10.2013

  • Общая характеристика органических кислот, сущность летучих и нелетучих алифатических кислот. Урановые кислоты, образующиеся при окислении спиртовой группы у 6-го углеродного атома гексоз. Применение органических кислот. Процесс заготовки и хранения ягод.

    доклад [151,8 K], добавлен 24.12.2011

  • Окисление органических соединений и органический синтез. Превращение, протекающее с увеличением степени окисления атома. Соединения переходных металлов. Реакции окисления алкенов с сохранением углеродного скелета. Окисление циклических соединений.

    лекция [2,2 M], добавлен 01.06.2012

  • Определение альдегидов (органических соединений). Их строение, структурная формула, номенклатура, изомерия, физические и химические свойства. Качественные реакции (окисление) и формулы получения альдегидов. Применение метаналя, этаналя, ацетона.

    презентация [361,6 K], добавлен 17.05.2011

  • Основные операции при работе в лаборатории органической химии. Важнейшие физические константы. Методы установления строения органических соединений. Основы строения, свойства и идентификация органических соединений. Синтезы органических соединений.

    методичка [2,1 M], добавлен 24.06.2015

  • Ценность соединений, получаемых окислением. Окисление без разрыва углеродной цепи, по насыщенному атому углерода. Окисление, сопровождающееся связыванием молекул исходных реагентов. Деструктивное, радикально-цепное окисление, окислительные агенты.

    презентация [675,5 K], добавлен 11.08.2015

  • Класс органических соединений, содержащих карбоксильные и аминогруппы, обладают свойствами и кислот, и оснований. Участвуют в обмене азотистых веществ всех организмов (исходное соединение при биосинтезе гормонов, витаминов, алкалоидов).

    доклад [20,6 K], добавлен 06.10.2006

  • Химическое строение - последовательность соединения атомов в молекуле, порядок их взаимосвязи и взаимного влияния. Связь атомов, входящих в состав органических соединений; зависимость свойств веществ от вида атомов, их количества и порядка чередования.

    презентация [71,8 K], добавлен 12.12.2010

  • Сравнительная характеристика органических и неорганических химических соединений: классификация, строение молекулярной кристаллической решетки; наличие и тип химической связи между атомами; относительная молекулярная масса, распространение на планете.

    презентация [92,5 K], добавлен 11.05.2014

  • Роль окисление органических соединений в промышленном органическом и нефтехимическом синтезе. Классификация процессов окисления по разным признакам. Синтез винилацетата, димеризация меркаптанов, эпоксидирование олефинов, демеркаптанизации природного газа.

    реферат [56,8 K], добавлен 28.01.2009

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.