Crabe
Доцент
Липецкая область
2K 956
О клостридиях в целом в контексте браги
Не любые клостридии могут эффективно поглощать (и сбраживать) сахарозу. Это сильно зависит от вида/штамма и его метаболического профиля. Клостридии делятся на сахаролитические (хорошо работают с простыми сахарами: глюкоза, фруктоза, редко - дисахариды) и амилолитические (специализированы на крахмале/полисахаридах, часто с ограниченной способностью к дисахаридам вроде сахарозы).
Даже сахаролитические штаммы обычно предпочитают моносахариды — сахароза требует инвертазы (или соответствующей PTS-системы) для расщепления на глюкозу + фруктозу.
[Арройо всегда инвертировал среду через нагрев раствора патоки с сернягой!]
"Обычные" штаммы (из компоста, картошки или почвы — типичная любительская "клостридиевая закваска" для экспериментального рома/дандера) скорее всего амилолитические или смешанные, поскольку картофель это источник крахмала а не сахарозы. Они отлично разможаются на крахмале, но на сахарозе (или мелассе без инверсии) растут слабо или почти не растут — это классическая проблема.
В промышленных АБЕ-штаммах (Clostridium acetobutylicum, C. beijerinckii и др.) изначально тоже была ограниченная способность к сахарозе (особенно на мелассе), её улучшали селекцией или генетикой.
[Арройо до карьеры в ромовой промышленности был военным химиком, работавшим на заводе, производящем ацетон и бутанол, у него был доступ к государственным библиотекам бактерий (США)]
C. butyricum (основной маслянокислотный вид) в разных штаммах даёт разный результат: на глюкозе/крахмале - отлично, на сахарозе - часто не дает никакого результата: слабый рост (в одном исследовании сахароза была внесена в список "плохих" сред для клостридий наряду с лактозой и ксиланом).
Если нужно работать именно с сахаром/мелассой - нужны штаммы, подтверждённо сахаролитические (C. saccharoperbutylacetonicum, некоторые C. butyricum с доказанной утилизацией сахарозы) или сахарозу нужно инвертировать заранее (кислотой или инвертазой).
Типичные вещества, которые выделяют маслянокислотные бактерии (Clostridium spp., в первую очередь C. butyricum и близкие):
Основной путь — ацидогенез (кислотная фаза).
Главные продукты: Масляная кислота (н-бутановая) - основной целевой метаболит.
Уксусная кислота.
Газы: CO₂ и H₂.
В поздней/сольвентогенной фазе или при стрессе: бутанол, ацетон, этанол (в малых количествах).
Реальные пропорции и выходы (зависят от штамма, pH 5,5–6,5, температуры 37 °C, газовой фазы и субстрата; данные из лабораторных ферментаций на глюкозе/гидролизатах/мелассе):
Выход масл.кислоты: 0,5 г/г субстрата (~0,9 моль/моль) в оптимальных условиях;
в практике 0,21–0,49 г/г (21–49 % от сброженных сахаров).
Максимум ~49 % на смешанных гексозах+пентозах.
Уксусная кислота: обычно 0,27 моль/моль глюкозы (~0,1–0,3 г/г); соотношение масляной:уксусной по массе часто 2-5:1 (например, 5,1 г/л масл. + 0,9 г/л уксусн.).
Концентрации в типичной ферментации:
масляная 4,7–11,8 г/л,
уксусная 0,9–4,3 г/л,
бутанол 0,5–6,4 г/л (выше при продувке азотом),
ацетон/этанол 0,1–1,4 г/л.
Газы: всегда CO₂ + H₂ (соотношение ~1:1).
["бактерия Арройо" не производила уксуса вообще, или в каких-то следовых количествах. Что опять таки вызывает серьезные сомнения в её природе]
Продувка азотом сдвигает метаболизм в сторону бутанола, отсутствие — в чистую масляную кислоту.
Угнетение бактерий спиртом и сахаром (данные штамм- и условия-зависимые, нет единой картины)
Спирт (этанол): Клостридии в целом чувствительны к этанолу (гораздо чувствительнее дрожжей!).
Рост клостридий сильно тормозится уже при 5 г/л (0,6 % об.), полностью останавливается при 10–15 г/л (1,3–2 % об.) в типичных условиях. Ферментация может продолжаться до 20–40 г/л, но очень медленно.
Для C. butyricum / solventogenic видов аналогично:
рост надёжно угнетается алкоголем при 10–20 г/л (1–2,5 % об.)
Это средний ориентир по литературе для диких штаммов - выше этой концентрации бактерии переходят на спорообразование или останавливаются.
[Бактерия, с которой работал Арройо - если это и была клостридия - абсолютно уникальна, по описаниям она терпит 8% алкоголя!]
В ромовой браге (где уже есть дрожжевой спирт) клостридии работают только на ранних этапах или в очень низкоградусных брагах.
Сахар (осмотическое угнетение):
Высокая концентрация сахара тормозит рост клостридий за счёт осмотического стресса и катаболического подавления.
Оптимум для клостридий обычно 50–60 г/л глюкозы/сахаров.
При >100–120 г/л скорость роста падает заметно, при >200–300 г/л (высокая плотность) - сильное торможение роста бактерий.
"убийственного" порога нет - штаммы адаптируются к сахару, но более чем 5–10 % сахара (50–100 г/л) уже заметно угнетает большинство диких клостридий.
Короче говоря: спирт - самый надёжный ингибитор (5–15 г/л — стоп клостридиям), сахар - реально останавливает их только при очень высоких дозах и не так жестоко.
[Современные данные из научных статей и учебников говорят, что бактерий, похожих на культуры Арройо, просто на картошке найти невозможно, картофельные = амилолитические в основном, с сахарами они работать не умеют. Зато с мукой или крахмалом - легко.
В целом клостридии довольно сложно заставить жить в алкогольных брагах - они очень боятся алкоголя, а дрожжи очень боятся масляной кислоты, этот "симбиоз" - весьма сложная штука, т.к. эти организмы - враги в природе ]