Почему не сбраживают без дрожжей?

Последние дни не дает покоя вопрос: а почему процесс брожения в промышленных условиях не проводят на чистых ферментных препаратах?

Роль дрожжей при сбраживании состоит в том, что они вырабатывают несколько видов ферментов, которые, реагируя последовательно с углеводами (сахарами) сусла, по многостадийной каталитической схеме превращают их в конце концов в спирт. Современные представления о механизме этих реакций можно посмотреть у Яровенко, там достаточно подробно всё расписано.

Ну и, казалось бы, чем возиться каждый раз с дрожжами, нужно научиться отдельно выделять из питательной среды этот набор ферментов, и сбраживать ими. Ведь именно так поступают для проведения предыдущей стадии - осахаривании крахмального сырья. Там принцип полностью аналогичный: чтобы не трахаться с солодом, стали отдельно культивировать микроорганизмы, производящие нужные для осахаривания ферменты. В питательной среде можно получить большую их концентрацию. Потом грибки отделяют на центрифуге, а на мембранных аппаратах отделяют ферменты от воды и низкомолекулярных веществ. И всё - можно пользоваться чистым ферментным препаратом, что гораздо удобнее.

Так почему то же самое не сделать и для брожения? Зачем возиться с живыми организмами, заботиться о них и т.д., вместо того, чтобы сыпануть в осахаренное сусло порошка и поставить при нужной температуре на несколько часов?
Из возможных причин я пока могу придумать такие:
1. Дрожжевые ферменты при работе быстро распадаются или иным способом дезактивируются, и их надо вырабатывать постоянно
2. Дрожжевые ферменты плохо отделимы от самих дрожжей.
3. Дрожжевые ферменты не переносят сушку и концентрирование.
4. Дрожжевые ферменты не вырабатываются в большой концентрации
5. ?

Может быть, кто-то что-то читал на эту тему?

Чет-то тебя занесло. Это ж классическая биохимия, 12 стадий получения из глюкозы спирта. В том же Яровенко все описано. 

Литокс, я не биохимик, но у меня сложилось такое представленеие, ферменты работают тогда, когда нет  принципиального изменения уровня энергии. Т.е. раскидать крахмал на моносахариды - легко. А вот "окислить" сахар до спирта ...
Вот бы ферменты для целлюлозы ...

mak210, вот именно, 12 стадий, несколько ферментов, только химия и ничего больше. Зачем всё это делать с дрожжами? Для осахаривания же плесень не разводят, делают это в другом месте, а в сусло просто ферментный препарат кладут

alexx51, вовсе нет. Для скорости химических реакций не важно, какова энергия исходных веществ и продуктов, а важна величина энергии активации - это тот энергетический барьер, который на пути реакции нужно преодолевать веществам. Энергия активации большая - скорость маленькая, по экспоненте. Смысл любого катализа в том, что участие катализатора в образовании промежуточного комплекса приводит к новому пути реакции, со сниженным активационным барьером.

Катализаторов простого окисления - сколько угодно. И ферментов в том числе. Сам спирт у нас в организме окисляется до ацетальдегида и дальше до уксусной кислоты - ферментами.

Литокс, ферментами? А не процессами на мембранах? (Ой шо-то я зря влез в академический спор)

 Литокс, понятно, что в процессе превращения сахара в спирт
участвуют микроорганизмы -дрожжи. В процессе своей короткой, но яркой
жизни они вырабатывают ферменты с помошью которых эти сахара сжирают,
экскрементируя спирт и т.п. Так ты хочеш избежать присутствия
сахаромицетов, а имея тольки некие их ферменты, получать спирт из сахара минуя брожение?

имея тольки некие их ферменты, получать спирт из сахара минуя брожение?mjStorm, 17 Нояб. 10, 22:13

mjStorm, брожение - это и есть химическая реакция сахаров, протекающая под действием катализаторов-ферментов. Когда мы говорим "дрожжи едят", "дрожжи переваривают", "дрожжи любят глюкозу" и т.д., мы одушевляем химию, приписываем ей то, что ей не свойственно. Ну, то есть дрожжи это конечно живие организмы, но реакция идет между молекулами. Какие-то стадии пищеварения человека тоже можно провести в пробирке. Посмотри на механизм брожения у Яровенко, про который мы говорили с Мак210 - там ни в одной стадии нет слова "дрожжи" или чего-то подобного. Участвуют только выделяемые ими вещества-катализаторы, т.е.ферменты.

Но я кажется кажется придумал, в чем дело. Вероятно, дрожжи выделяют в раствор не все ферменты одновременно, а в какой-то очередности, которая зависит от изменяющихся свойств раствора. Соответственно, и действуют ферменты иногда по очереди, некоторые следующие стадии начинаются после того, как закончилась предыдущая. А если выделить все ферменты и внести их сразу, то реакция пойдет не так как нужно. Наверное, в этом отличается брожение от осахаривания, при котором все нужные ферменты можно внести сразу.

На xumuk.ru прочитал:

Алкогольные напитки производят, как правило, сбраживанием растительных продуктов с высоким содержанием углеводов. Вначале образующийся из глюкозы пируват декарбоксилируется пируватдекарбоксилазой [2] в ацетальдегид. Последний восстанавливается алкогольдегидрогеназой [3] в этанол с потреблением НАДН.

http://www.xumuk.ru/biochem/150.html

Роль дрожжей при сбраживании состоит в том, что они вырабатывают несколько видов ферментов, которые, реагируя последовательно с углеводами (сахарами) сусла, по многостадийной каталитической схеме превращают их в конце концов в спирт. Современные представления о механизме этих реакций можно посмотреть у Яровенко, там достаточно подробно всё расписано.Литокс, 17 Нояб. 10, 20:35

В корне не верно. Дрожжи не занимаются благотворительностью, вырабатывая ферменты для нужных нам реакций и тем более не выделяют их в раствор. Спирт - продукт жизнедеятельности дрожжей. Эти процессы изучает биохимия. И одной химией тут не обойтись, в попытках симулировать этот процесс in vitro. Прелесть "возни" с дрожжами в том, что в одной клетке мы имеем энергоэффективный биореактор с максимальным выходом по полезному продукту.  Все действо происходит внутри клетки, точнее на поверхностях ее органоидов и мембраны. Все попытки повторить подобное приведут, скорее всего, к созданию подобного дрожжам организма. Круг замкнется. )
http://www.sergey-osetrov.narod.ru/..._of_alcohol.htm

В корне не верно. Дрожжи не занимаются благотворительностью, вырабатывая ферментыChatter, 19 Нояб. 10, 11:09

Давай так: или ты разбираешься в том, о чем пишешь, тогда можно попытаться обсудить вопрос. Или ты просто любишь цитировать, не вникая в смысл, тогда не будем

Давай так: или ты разбираешься в том, о чем пишешь, тогда можно попытаться обсудить вопрос. Или ты просто любишь цитировать, не вникая в смысл, тогда не будем

Литокс, 19 Нояб. 10, 11:16

Ну, дык, начинай обсуждение. Я неверно высказался, с позиции химии, биологии, в современных представлениях?

Ну, давай.

Дрожжи не занимаются благотворительностью, вырабатывая ферменты для нужных нам реакцийChatter, 19 Нояб. 10, 11:09

Как же «не вырабатывают», когда именно вырабатывают. Дрожжи производят ферменты, с помощью которых и происходит превращение сахаров  в спирт. Или у тебя своя теория на этот счет? В той ссылке, которую ты дал, как раз приводится схема многостадийного превращения глюкозы в этиловый спирт, катализируемого несколькими ферментами. Кстати, вся эта статья слово в слово передрана из Яровенко. Книжка 2002 года, так что указанный механизм видимо отражает достаточно современные представления.

и тем более не выделяют их в растворChatter, 19 Нояб. 10, 11:09

Это - сильное утверждение, и оно могло бы объяснить тот вопрос, который поставлен в теме. Но только откуда это следует? Я бы с удовольствием прочитал такие данные в каком-нибудь авторитетном источнике. Дескать, дрожжевые ферменты (или некоторые из них, или хотя бы один) по такой-то причине не в состоянии выйти через оболочку клетки, и находятся постоянно внутри нее. Сахар должен диффундировать через оболочку внутрь, а продукты реакции – диффундировать наружу. Но об этом ни у Яровенко, ни, естественно, на цитируемом тобой сайте, нет ни слова.

Если ты думаешь, что это само собой разумеется, то глубоко ошибаешься. Приведу пару примеров, когда всё совершенно наоборот.
1. Уже упомянутое выше осахаривание крахмала. Его могут вести плесневые грибы и некоторые бактерии, вырабатывая для этой цели ферменты: альфа-амилазу,  ксиланазу, бета-глюканазу,  целлюлазу, протеазу и глюкоамилазу. Действуют ферменты (могут действовать) не только внутри клетки, но и в растворе - свободно там плавая. Поэтому можно наработать их в отдельной емкости, потом отделить на центрифуге от самих организмов-производителей, простерилизовать, высушить и использовать как химический реагент. Многие у нас ими пользуются, крахмал прекрасно осахаривается. Ничего живого уже не нужно.
2. Получение сыра из молока (см. тему Селянина). Полная аналогия с первым примером. Я уверен, что древний человек как-то заметил в желудке погибшего теленка или ягненка сгустки свернувшегося материнского молока. Попробовал – вкус понравился. Через какое-то время пришла мысль – а нельзя ли свернуть молоко, просто положив в него кусок желудка? Оказалось, что можно. Молоко сворачивается под действием сычужных ферментов, которые имеются на слизистой желудка. Так и стали делать сыр и делали много веков. В более позднее время научились выделять эти ферменты в чистом виде, и теперь используют их. По крайней мере, для приготовления сыра никому не приходит в голову поить животное молоком, а потом забивать его. (А с дрожжами поступают примерно так).
   В то же время, створаживая молоко кефиром, мы подключаем к делу молочнокислые бактерии, т.е. живые организмы. Но я думаю, что и у них есть свой набор вырабатываемых ферментов, которые можно выделить и использовать отдельно.

Спирт - продукт жизнедеятельности дрожжей. Эти процессы изучает биохимия. И одной химией тут не обойтисьChatter, 19 Нояб. 10, 11:09

По поводу «спирт это продукт жизнедеятельности дрожжей». Ну да, так оно и есть, но только что это доказывает? Да ничего. Просто фраза. Кому-то, у кого туго с воображением, она может быть помогает понять или просто запомнить, что дрожжи превращают сахар в спирт и получают за счет этого энергию.
Представим (для смеха), что ты налепил себе на все места «чиркалки» от спичечных коробков. А весь окружающий мир наполнен спичками. Ты бегаешь, трешься о спички то боком, то задом, и зажигаешь их. Это мы назовем биохимической реакцией – в ней же участвует живое существо! Можно сказать, что горелые спички – это продукт твоей жизнедеятельности. Но можно оторвать у тебя «чиркалки» и с помощью механического устройства перемещать их в «спичечном мире», тогда тот же самый продукт (горелые спички) прекрасно получится и без твоего участия. Это уже будет «химическая реакция». Разницы никакой.
Естественно, не все биохимические реакции можно легко отделить от микроорганизма и провести "in vitro".

Прелесть "возни" с дрожжами в том, что в одной клетке мы имеем энергоэффективный биореактор с максимальным выходом по полезному продукту.Chatter, 19 Нояб. 10, 11:09

Почему в других примерах (а их гораздо больше, чем я привел) биореактор не нужен? Я ведь об этом спрашивал.

Все действо происходит внутри клетки, точнее на поверхностях ее органоидов и мембраныChatter, 19 Нояб. 10, 11:09

Да, так бывает, что мембраны либо не пропускают молекулы реагентов в зону реакции, либо вынуждают их так ориентироваться в пространстве (по принципу ключа и замка) относительно активных центров, что в результате способствуют протеканию реакции по нужному механизму, не допуская нежелательных побочных реакций. В химии это называется «стерический фактор».  В биохимических реакциях стерический фактор иногда играет очень важную роль. Ну так возвращаемся к вопросу, заданному в начале ветки – где об этом написано применительно к дрожжам?  Опять же, если ферменты могут работать не только внутри клетки, но и за ее пределами, в растворе, то как мембраны могут повлиять?

В корне не верноChatter, 19 Нояб. 10, 11:09

Сам видишь, пока для таких суровых утверждений нет никаких обоснований, одни только лозунги. Но мы же не на майдане?
Если что-то можешь сказать по делу - давай. А пока незачет

Литокс, коллега! Сомнений нет, дрожжи с помощью ферментов разрушают молекулы сахара, превращая его в спирт и получая энергию для своей жизнедеятельности, как результат этого превращения. Можно сказать даже больше: жизнь - это процессы ферментации.
И твой вопрос вполне логичен, ну почему эти коварные дрожжы не хотят делиться своими волшебными ферментами?
Подозреваю, дрожжи ферментируют сахар внутри себя, за мембраной, а спирт потом выводят наружу. Почему они не делают это так, как микроорганизмы, разрушающие своими ферментами крахмал - снаружи? Да очень просто: сахар растворяется в воде и его можно засосать через мембрану в виде раствора, а крахмал нерастворим, вот его и приходится разрушать ферментами вне клетки.

Получается, что самих ферментов, разбирающих сахар на спирт, в растворе (бражке) нет. Если бы дрожжи ферменты выделяли за пределы своей мембраны, то тебе оставалось бы доливать сиропчика к уже дохлым дрожжам.
Осталось только придумать, как вывернуть дрожжам желудки наружу, чтобы извлечь эти волжебные ферменты.

CoBell, согласен, но как раз разорвать клетки в клочья для современной биотехнологии очень легко. Видимо, проблема в чем-то другом. Я и просил ткнуть меня носом, почему этого не делают и где об этом написано. Ведь где-то же написано наверняка.

Литокс, забыл добавить, что это все мои домыслы. Почему нельзя вывести из дрожжей ферменты, разрушающие сахар в спирт, я тоже не знаю. Возможно, эти ферменты гидрофобны и их выделить даже из разорваных трупиков дрожжей водой нельзя.
Если мне не изменяет мой застарелый склероз, сахар является конечным топливом энергитической цепочки живых организмов, до него расщепляются все углеводы, жиры и белки. В клетках это топливо окисляется митохондриями до воды и углекислого газа с получением клеткой энергии этого сжигания. Дрожжи почему то это окисление делают другим способом до углекислого газа и спирта. Возможно потому, что спирт, как антисептик, подавляет деятельность конкурирующих микроорганизмов. Может и ферментов то нет никаких, а это митохондрии клеток дрожжей так работают...

Может и ферментов то нет никаких, а это митохондрии клеток дрожжей так работают.CoBell, 20 Нояб. 10, 10:26

Не-не-не. В любой биологии все равно всё в конце концов сводится к химии. Митохондрия - это просто слово, а чтобы прошла химическая реакция, должен присутствовать катализатор или несколько катализаторов, а это не органы клетки, это молекулы. Правда, молекулы катализатора могут быть химически "пришиты" к чему-то более крупному

Значит пришиты крепкими нитками, что и оторвать сложно.
На самом деле, вряд ли кто опишет механизм работы митохондрии. То, что этот механизм биохимичекий - никаких сомнений нет. Митохондрии просто еще видны в микроскоп, а вот что в них творится точно никто не знает...

Не-не-не. В любой биологии все равно всё в конце концов сводится к химии. Митохондрия - это просто слово, а чтобы прошла химическая реакция, должен присутствовать катализатор или несколько катализаторов, а это не органы клетки, это молекулы. Правда, молекулы катализатора могут быть химически "пришиты" к чему-то более крупному

Литокс, 20 Нояб. 10, 11:17

В теории, да, все сводится к химии. Но если раздавить клетку и "выжать" из нее все, что необходимо (как на диаграмме анаэробного питания дрожжей) для получения "итого" - спирта, и замешать в бочке с сиропом, то ничего не получится. В химии есть понятие стадии процесса. По шагам, имхо, все это повторить можно, но стоимость и длительность такой цепочки будет поднебесной.  А в живой клетке все стадии происходят непрерывно и в пределах одного биореактора. Почему такая несправедливость? В начале я сказал слово "теория". Химия, как и все остальные науки, лишь моделируют естественные процессы с каким-то приближением. И самый непростой переход от органической химии к биохимии. Вопрос "почему", заданный тобой в начале, тесно связан с вопросом "как". И это вопрос на миллион, я скажу проще - риторический. Чуть ниже ты говоришь о одушевлении химии. Сорри, но так и есть. Биохимия изучает процессы в живых организмах. Одних формул там не хватает. Все процессы происходят на поверхностях, а не в растворе. А поверхность это особое состояние вещества. Так, что, митохондрия это не "просто слово", а очень быстрое дело. )

замешать в бочке с сиропом, то ничего не получитсяChatter, 20 Нояб. 10, 15:38

Chatter, ты все-таки продолжаешь меня лечить заклинаниями и кормить лозунгами. "Не получится" - почему? потому что в живой природе всё сложно? Тогда почему в других случаях получается?
Мы уже пошли на третий круг. Я так понял, что по делу тебе сказать нечего. Про то, что биохимия сложная дисциплина, я и сам знаю