Органикалық карбон қышқылдарының биосинтезі. Сүт қышқылының ферментациясы және өндіру процестері
Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым министрлігі
Ш.Уәлиханов атындағы Көкшетау мемлекеттік университеті
Дипломдық жұмыс
Тақырыбы: Органикалық карбон қышқылдарының биосинтезі. Сүт қышқылының
ферментациясы және өндіру процестері
Орындады: Искакова
Н.К.
Жетекші:
Аймаков О.А.
Қорғауға жіберілді ___________ ____________
Кафедра меңгерушісі ____________ _____________
Көкшетау 2010
Мазмұны
Кіріспе
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... . 3-6
1. Ғылыми әдебиеттерге шолу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7-
10
1.1.Органикалық карбон қышқылдарының сипаттамасы
... ... ... ... ... ... ... ..11-12
1.2. Органикалық карбон қышқылдарының туындылары
... ... ... ... ... ... ... .12-15
1.3. Сірке қышқылы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ...15-21
1.4.Пропион қышқылы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ..21-25
1.5.Сүт қышқылы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...25-27
2. Ашыту процестері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... .28-31
2.1 Сүт қышықылының ферментациясы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..31-36
2.2 Сүт қышқылы бактерияларының түрлері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..36-38
3. Сүт қышқылының өндіру процестері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .39-41
3.1 Сүт қышқылы бактерияларының өндірістің әр саласында
қолданылуы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... . ..41-43
4. Сүт қышқылының биосинтезі
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .44 -46
4.1 Микроорганизмдердің түрлері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...46-4 9
5. Эксперименттік жұмыстар
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 50
-51
Қорытынды
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... .52
Әдебиеттер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ...53-5 4
Қосымша
Кіріспе
Карбон қышқылдарын көмірсутек радикалы табиғатына байланысты және
карбоксил тобының санына байланысты жіктеуге болады. Карбоксил тобы
құрамындағы карбонил және гидроксил топтарының барлық байланыстары полюсті.
Карбонил тобында электрон тығыздығы көміртек атомынан оттекке қарай
ығысқандықтан,көміртек біраз оң зарядты болады. Орнын толықтыру үшін ол
гидроксил тобындағы оттектің жұп электрондарын өзіне тартады. Ал ол өз
кезегінде О-Н байланысының электрон тығыздығын өзіне тартады да,соның
әсерінен сутек атомының қозғалғыштығы артып,үзілуге бейім болады.
Карбон қышқылдары табиғатта кең таралған. Сірке қышқылы зат алмасу
процесінде маңызды рөл атқарады. Адам организмінде тәулігіне 400 грамдай
сірке қышқылы түзіледі. Май қышқылы майдың құрамында болады. Валериан
қышқылы валериан өсімдігінің тамырында, лаурин қышқылы лавр өсімдігінде,
кокос майында болады.
Қанықпаған карбон қышқылдары майлы сұйық заттар, суда ерімейді,
органикалық ерігіштерде ериді. Қанықпаған жоғарғы карбон қышқылдары
күнбағыс, зығыр, зәйтүн, қарасора, т.б.өсімдік майларының құрмында глицерид
түрінде кездеседі.[1]
Бұл қышқылдардың глицеридтерін гидролиздеу арқылы алады. Қанықпаған
карбон қышқылдары еселі байланысы және карбоксил тобы бойынша реакцияларға
түседі. Қанықпаған қышқылдар тірі организмге өте қажет заттар,қан
тамырларының жұмсақтығын арттырады.
Қанықпаған бірнегізді қышқылдар қаныққан қышқылдардан күшті,себебі
қос байланыс әсер етеді. Қанықпаған қышқылдардын химиялық қасиеттерін
карбоксил тобы мен қос байланыс анықтайды. Сондықтан олар да карбоксил тобы
бойынша карбон қышқылдарына тән реакцияларға түсіп, тұздар,ангридриттер
және күрделі эфирлер түзеді. Галогенмен әрекетесіп, дигалоген туынды
түзеді.
Екінегізді карбон қышқылдарына молекуласында екі карбоксил тобы бар
қышқылдар жатады. Оларды дикарбон қышқылдары деп атайды. Радикалдың
табиғатына байланысты қаныққан, қанықпаған, ароматты дикарбон қышқылдары
болып бөлінеді.
Екінегізді карбон қышқылдары суда жақсы еритін кристалды заттар.
Молекуладағы карбоксил топтарының өзара әсерінен екінегізді қышқылдар
бірнегізділермен салыстырғанда күштірек болып келеді.
Екінегізді карбон қышқылдарының химиялық қасиеттері бірнегізді
карбон қышқылдарына ұқсас, айырмашылығы – құрамында екі карбоксил тобы
болуына байланысты. Карбоксил тобының біреуі немесе екеуі де реакцияға
түсіп,бір немесе екі алмасқан туындылар түзе алады. Карбон қышқылдарына тән
реакцияларға түсіп тұздар, күрделі эфирлер,галогенангридритер мен
ангридритер түзеді. Ароматты қышқылдар күнделікті тұрмыс пен техникада кең
қолданылады.
Карбон қышқылдарының құрамында көмірсутек радикалымен байланысқан
бір немесе бірнеше карбоксил тобы болады. Карбон қышқылдарының көп
түрлілігі ондағы карбоксил тобының санына (бірнегізді, көпнегізді), радикал
табиғатына (қаныққан, қанықпаған, ароматты) және радикалда басқа
функционалдық топтың болуына (гидроксиқышқылдар,амин қышқылдары)байланысты
болады. Карбоксил тобындағы оттек пен сутек арасындағы байланыс спирттерге
қарағанда әлсіз, сондықтан сулы ертіндіде карбон қышқылдары протонды
бөліп,қышқылдық қасиет көрсетеді. Карбон қышқылдары әлсіз
қышқылдар.Қанықпаған карбон қышқылдары еселі байланысы бойынша канықпаған
қосылыстарға тән реакцияларғ,карбоксил тобы бойынша карбон қышқылдарына тән
реакцияға түседі. Карбон қышқылдары тұздар, күрделі эфирлер,
галогенангридридтер, ангридтер түзеді. Карбон қышқылдарының туындылары
өнеркәсіп пен күнделікті тұрмыста кең қолданылады.[2]
Сірке қышқылы бактериялары ацетобактер деп аталатын туысқа жататын
он бір түрден тұрады. Негізгі түрі бактериум ацети — қысқа, қозғалмайтын
таяқша. Кейде клеткалары шынжырлана орналасады. Ортада 11 процентке дейін
спирт болса да төзе береді және 6 проценттей сірке суын түзе алады. Оның
дамуына қолайлы температура +34°С.
Сірке қышқылы бактериялары табиғатта кең тараған. Көбінесе олар
пісіп тұрған жеміс-жидектер сыртында, шарапта, сырада, кваста, ашыған
көкөніс, сүрлемде кездеседі. Сірке қышқылы бактерияларының ерекше қасиеті —
олар органикалық заттарды ақырғы өнімдер емес, тек органикалық қышқылдарға
дейін ғана тотықтырады
Пропион қышкылы пирожүзім немесе сүт қышқылдарының тотықсыздануы
нәтижесінде немесе янтарь қышқылынан көмір қышкыл газының бөлініп шығуы
процесінде түзіледі.
Пропион қыщқылы бактериялары тіршілігі үшін ортада белок, амин
қышқылдары, ал кейде аммоний тұздары және витамиңдер бар қоректік ортаны
талап етеді.
Пропион қышқылы бактериялары ауа жоқ жерде жақсы тіршілік етеді. Ол
14— 350Стемпературада жақсы өсіп дамиды. Сүттегі пропион қышқылы
бактериялары оны өте жай, бір жұма ішінде ғана ұйыта алады
Сүттін адам баласы үшін қаншалықты қажет өнім екенін бәрімізге
белгілі.Сүт тағамдары басқа ешқандай азық- түлікке тең келмейтін аса бағалы
тағамдық өнімдердін бірі.Оның құрамды бөлігінің 95-98% организмге сіңеді.
Сонымен қатар сүт тағамдары амин қышқылдардың,макро және микро
элементтердің таптырмайтын көзі. Сүт тағамдарының түрлі азық-түлікпен
керемет үндесіп, адам тағамын биологиялық құндылығын көтеруі – оның бір
қасиеті болып саналады себебі сүт тағамдары организмге түсетін қоректік
заттардың көлемін арттырып, олардың организмге сіңімділігін жақсартады.
Сүт шаруашылығында кеңінен қолданылатыны ол сүт қышқылы
бактериялары. Олар сүттен қышқыл сүт тағамдарын даярлауда пайдаланады.
Сүт қышқылы бактериялары әсерінен ортада сүт қышқылы пайда болады. Қышқыл
ортада шіріту бактериялары да тіршілік ете алмайды. Сүтте казеин, түрлі
минералды тұздар әсіресе сүт қанты болғандықтан, ол сүт қышқылы
бактерияларына ең қолайлы орта болып саналады. Сүт қышқылы бактериялары –
табиғатта кең таралған. Олар өсімдіктің құрамында, адам және жануардың ішкі
құрылымдарының шырышты қабығының бетінде, топырақта тағы басқа жерлерде
кездеседі. Табиғатта кең таралуына байланысты олармен адам ертерек танысып,
көкөністерді ашыту және сүт қышқылды тағамдар даярлау өндірісінде кең
пайдалана бастады.[3]
Қазіргі кезде сүт қышқылының өндірістік тәсілмен алуда жолға
қойылды. Мұндағы негізгі мақсат алынатын шикізаттан барынша сүт қышқылын
өндіру.
Сүт қышқылды ашу сүт қышқыл бактериялар әсерінен жүреді. Олар әр
түрлі зат алмасу өнімдерін түзеді және қышқыл түзу күші бойынша, даму
жағдайына, газ түзу қабілеті бойынша ерекшелінеді. Бірақ ашу үдерісінде
тағы да басқа көптеген бактериялармен ашытқы қатысады. Олар кәдімгі
уақыттық тізбек бойынша дамиды және микроорганизмдердің әр тобы белгілі бір
химиялық айналуларды туғызады. Әр түрдің өзіне қатысты рөлі қоршаған орта
жағдайымен анықталады, ал максимальдық саны олардың қышқыл төзімділігіне
сәйкес келеді. Сүт қышқылды ашуының маңызды сатысы, сүт қышқылының
интенсивті түрде түзілуімен ерекшеленеді. Ол ең алдымен әр түрлі
гомоферментативті сүт қышқылды бактериялар Lactobacillus Plantorum – ң
дамуымен анықталады. Мұнда қозғалмайтын грамм он, қысқа таяқшалар
бактериялары ашуды тездетіп, тек сүт қышқылын түзеді. Сүт қышқылды ашудың
интенсивті жүруінің нәтижесінде әр қарай Lactobacillus Plantorum өзіне
алмасу өнімі сүт қышқылын уландырады және басқа сүт қышқылы бактерияларына
орнын береді.
Сүт қышқылы бактериялары анаэробты микроорганизмдер болып табылады.
Олар ауа бар болғанда да, жоқ болғанда да дамиды, бірақ ашу үдерісі оттегін
алып тастағаннан кейін ғана бастайды.
Жұмыстың өзектілігі :
- Аталған қышқылдар әсіресе сүт қышқылы химиялық, фармацефтикалық, тамақ
өнеркәсібінде алатын орны ерекше;
- Өндіріс жағдайында сүт қышқылы анаэробты ортада ферментация әдісімен
өңдіріледі;
- Негізгі өнім ретінде меласса, сахароза, крахмал гидролизаты
пайдаланылады.
Жұмыстың мақсаты :
- Микробиологиялық әдістер нәтижесінде көмірсулардан, спирттерден және
көмірсутекті қосылыстардан әр түрлі органикалық қышқылдар алуға болады.
- Биотехнология негізінде химиялық өнімдерді алу.
- Органикалық қышқылдарды микробиологиялық әдіспен алу процесінде олардың
продуценті ретінде ашытқылар, саңырауқұлақтар және әр түрлі бактериялар
қатысады.
- Карбон қышқылдар қатысына жататын сірке, пропион, сүт қышқылдары
аталған қышқылдардың алу технологиясы.
Жұмыстың міндеті:
- Органикалық карбон қышқылдарының маңызы мен қасиетін талдау.
- Органикалық карбон қышқылдарының өкілдеріне анықтама беру.
- Сүт қышқылының ашыту процестерін талдау.
- Сүт қышқылының өндіру процестеріне сипаттама беру.
1. Ғылыми әдебиеттерге шолу
Органикалық заттар адамға өте ертеден таныс болды. Себебі адамның
өмір сүруіне ең қажетті заттар – ішетін тағам,киетін киім,жағатын отын,тағы
басқа органикалық заттар еді. Уақыт өте келе адамдар табиғи органикалық
шикізатты өңдеп,өз қажетіне пайдлануды үйрене бастады. Ерте кездің өзінде
–ақ адамдар тамақ пісіруді, тері илеуді, жарақаттарын жазатын дәрілер
(майлар) дайындауды, малдың сүтін өңдеуді, сусындар дайындауды білді.
Бертін келе адамдар өсімдіктерден бояулар алып, тері мен матаны бояуды,
қант өндіруді,сабын жасауды,сірке суы мен өсімдік майын алуды үйренді.
Осылай адамның пайдаланатын заттары көбейіп,өндіретін өнімдерінің саны өсе
берді.
Алғашқы адамдар шығуы тегіне байланысты заттарды минералды, өсімдік
тектес және жануар тектес деп үш топқа бөлді. XIX ғасырдың басында
аналитикалық тәсілдер арқылы өсімдік тектес заттар мен жануар тектес
заттардың құрамдары және қасиеттері ұқсас екені байқалды. Олардың бәрінің
құрамында көміртек атомдары болатыны дәлелденді. Осы кезден бастап заттарды
минералды және органикалық деп екіге бөлді.
Көміртектің қосылыстары туралы ғылым XIX ғасырдың басында пайда
болды. Швед ғалымы Й.Берцелиус 1808 жылы тірі организмнен алынатын заттарды
органикалық заттар деп, ал оларды зерттейтін ғылымды органикалық химия
деп атауды ұсынды. Бірақ ол органикалық заттар ерекше тіршілік күшінің
әсерінен тірі организмдерде ғана пайда болады деп есептеледі. Мұндай
ғалымдардың түсініктері виталистік көзқарас болады (латын vita – өмір
деген сөз) және ол кезде барлық органикалық заттардың негізінде көміртек
атомы жататыны белгісіз болды. Виталистік ілім органикалық заттардың адам
қолымен алынуын жоққа шығарып, органикалық химияның дамуына кедергі
келтірді.[4]
Көп уақыт өтпей-ақ көптеген органикалық заттар синтезделіп, жасанды
жолмен алына бастады. Неміс ғалымы Ф.Велер 1828 жылы бейорганикалық зат –
аммоний цианатынан несепнәрді синтездеді. Сол сияқты орыс ғалымы Н.Зинин
анилинді (1842 ж), неміс ғалымы Г.Кольбе сірке қышқылын (1845 ж), француз
ғалымы М.Бертло майды (1854 ж), орыс ғалымы А.Бутлеров қантты заттарды
(1861 ж) синтездеп алды. Осылай органикалық заттарды да бейорганикалық
заттар сияқты лабораторияда алуға болатыны дәлелденді.[5]
Адамдар өте ертеден күнделікті өмірлерінде органикалық заттарды
қолданды. Бертін келе тамақ пісіріп, теріні илеп, сүттен әр түрлі тағам
алып, жарақатты жазатын майлар, бояғыш заттар, сабын жасап, т.б.
органикалық заттарды өңдеуді үйренді.
Органикалық химия – химия ғылымының ерте қалыптасқан саларының
бірі. Адамдар органикалық заттармен өте ертеден таныс болды. Өсімдік пен
жануарлар майын, қантты және тағы басқа заттарды тағам ретінде пайдаланды,
табиғи бояуларды тұрмыста қолданды. Жеміс жидектерді ашытып, спирт және
сірке қышқылын алды. Ал көміртек қосылыстары туралы ғылым ХІХ ғасырдың
бірінші жартысында ғана пайда болды. Бұл кезге дейін заттарды минералды,
өсімдік текті және жануар текті деп үш топқа бөліп, оларды жеке-жеке
зерттеген.
Қазіргі кезде органикалық химия химияның ең ірі, маңызды саласына
айналды. Органикалық заттардың саны 18 млн асады. Химиялық индустриядағы
өндірістік процестердің көпшілігі органикалық заттарды алуға, өңдеуге
арналған органикалық синтез өндірісі. Органикалық синтез өндірісі дәрі-
дәрмектер, полимер материалдар, бояулар, тағамдақ қоспалар мен косметикалық
заттар, т.б. қосылыстар шығарады.
Тірі организмдердің тіршілік етуіне мүмкіндік беретін және оларда
жүретін процестердің негізділері – органикалық заттардың химиялық
реакциялары. Демек, органикалық химия – тіршілік химиясы.
Органикалық химияның жетістіктеріне сүйіне отырып, биотехнология,
гендік инженерия салалары дамыды. Нәтижесінде, көмірсулар, белоктар,
нуклеин қышқылдары және басқа пайдалы қасиеттері бар заттар қолдан
синтезделіп, тіршілікті адам қажетіне сай өзгертуге болатыны туралы сенім
пайда болды.
Карбон қышқылдарының құрамында көмірсутек радикалымен байланысқан
бір немесе бірнеше карбоксил тобы – СООН болады. Карбон қышқылдарының көп
түрлілігі ондағы карбоксил тобының санына (бір негізді, көп негізді),
радикал табиғатына (қаныққан, қанықпаған, ароматты) және радикалды басқа
функционалдық топтың болуына (гидроксиқышқылдар, аминқышқылдары)
байланысты болады. Карбон қышқылдарының ең қарапайым өкілі - құмырысқа
қышқылы НСООН. Карбон қышқылдары табиғатта кездеседі. Карбоксил тобындағы
оттек пен сутек арасындағы байланыс спирттерге қарағанда әлсіз, сондықтан
сулы ертіндіде карбон қышқылы протонды бөліп, қышқылдық қасиет көрсетеді.
Карбон қышқылдар әлсіз қышқылдар. Қанықпаған карбон қышқылдары еселі
байланысы бойынша қанықпаған қосылыстарға тән реакцияларға, кабоксил тобы
бойынша карбон қышқылдарына тән реакцияларға түседі. Карбон қышқылдары
тұздар, күрделі эфирлер, галоген ангидридтер, жәй ангидридтер түзеді.
Карбон қышқылдарының туындылары өнеркәсіп пен күнделікті тұрмыста кең
қолданылады.[6]
ХІХ ғасырдың аяғында көптеген елдерде органикалық қышқылдарды
микроорганизмдер арқылы алу жұмыстары істеле бастады. Одан кейін сүт
қышқылын, глюкон қышқылын тағы басқа органикалық қышқылдарды
микроорганизмдер арқылы өндіретін өнеркәсіптер ұйымдастырылды. Бұл
өнеркәсіптер тиімді болды да, басқа химиялық үдерістерді ығыстыра
бастады.[7]
Ресейде 1920 ж В.Н.Шапошниковтың басқаруымен микробиологиялық
жолымен сүт, май қышқылдарын өндіру, 1930 жылы ацетон, бутил спиртін өндіру
жолға қойылды. 1925 жылы Г.А.Надсон мен Г.С.Филиппов рентген сәулесінің
микроорганизмдерге мутагендік әсерін ашты, оның маңызы жоғары активті
объектілер алуда зор болды.
Көп ғасырлар бойы адам қоғамы технологияда қолданылатын ғылыми
негіздерді білмей – ақ, бірақ үлкен тәжірибелеріне сүйене отырып, сүт
қышқылды өнімдерді алуда, шарап және сыра, нан пісіруде микробиологиялық
үдерістерді қолданған.
Микробиологиялық үдерістердің ғылымдық негізін Луи Пастер (1822-
1895 ж) ашқан, атап айтқанда айқын тәжірибелерде дәлелденген, яғни ашу және
шіру – бұл химиялық реакциялар тізбегі емес, ол субстратқа
микроорганизмдердің әртүрлі топтарының әсер етуі және микробиологиялық
үрдістер нәтижесінде – микроорганизм түріне байланысты ашу кезінде
органикалық қышқылдар (майды, сүтті, пропионды және басқалары) мен спирттің
жиналуы. Осыдан спирттік, майқышқылды, сүтқышқылды, пропион қышқылды ашу
болады.М.М.Манасейн (1872ж) спирттік ашудың тірі организмдер болмаса да
болатындығын көрсетті.[8]
1769-1780ж К.Шеле таза түрде органикалық қышқылдар шараптық, сүт,
алма, қымыздық сірке, лимон, бензой қышқылдары алынған. 1789 ж Т.Ловиц
сірке қышқылы кристалды түрде алынып,мұзды сіркеқышқылы деп атады.1857 ж
Л.Пастер спирттік ашу, тек тірі ашытқылардың көмегімен болатындығы
дәлелденген. 1950 – 1960 жж Е.И.Квасников сүтқышқылды бактериялардың
физиологиясын іргелі зерттеген.
1847 ж С. Блондо алғаш рет сүт қышқылы – ашу үдерісінің өнімі екенін
көрсетті, ал Луи Пастер бұл ашуды бактериялар туғызатынын дәлелдеді. Сүт
қышқылын микробиологиялық синтез жолмен өндіру 1881 жылдан бері тағам
технологтарына белгілі және үнемі қолданыста. 1954 ж Н.Т.Киселев шұбатты
таза дақылда дайындау әдісін ұсынды. Оның әдісі бойынша шұбат құрамына 3
түрлі микроорганизмдер кіреді: сүт қышқылды таяқшалар Lactobacillus casei,
аздаған мөлшерде сүт қышқылды стрептококктар Streptococcus termophilis
және Torula туысындағы ашытқы саңырауқұлақтар.
1958 ж К.Кулиев шұбатты дайындау әдісіне кішкене өзгеріс
енгізді.Ашытқы құрамына жоғарыдағыдай микроорганизмдер кіреді, бірақ
олардың қатынасы өзгеше -6:2 бөлігі сүт қышқылды бактериялар, 6:4 бөлігі
ашытқы саңырауқұлақтар.
1949 ж М.Г.Курамшина сүт қышқылы бактериялардың коккалы формаларын
зерттеген. Қазақстан қымызындағы 160 сүтқышқылды бактерияларының 35 – і
сүтқышқылды стрептококктар және диплококктар.
1961 ж К.Ч.Маханта башқұрт қымызынан Streptococcus lactis және
Streptococcus termophilis- ті тапты.Т.Т.Гриценко 1964 ж термофильді
бактерияларды бөліп алды,бірақ олар таяқша формалыларға қарағанда көлемде
кездеседі.
С.А.Королев (1876-1932 ж) пен А.Ф.Войткевич (1876-1950 ж) сүт
қышқылы бактерияларының тіршілігін зерттеуде көп жұмыстар жүргізді. Мұның
өзі сүт тағамдарын даярлаудың технологиялық ережелеріне көптеген өзгерістер
енгізді. В.Н.Шапошников және басқа ғалымдар өндірістік жағдайда сүт
қышқылын, ацетонды және бутил спиртін алудың әдісін тапты. Спирт өндіруде
ашытқыларды таза күйінде жеке бөліп алып, оларды өндірісте қайтадан
пайдалану жұмысы Данияның ірі микробиологы Э.Х.Гансеннің есімімен тығыз
байланысты. Сірке қышқылы ашу процесінің күрделі мәселелерін шешуде Гансен
көп еңбек сіңірді.[9]
Микробиология микроорганизмдердің биохимиялық әрекеттерін, қоректік
заттарды өзгертудегі олардың негізгі рөлін қарастырады.Бұл процестердің
ішінде кейбір микроорганизмдер әрекеттерінің, мәселен, қанттың спиртке
дейін ашуының, антибиотиктер мен дәрумендер түзілуінің халық шаруашылығында
зор маңызы бар.Микроорганизмдер тіршілігінің ең бір айқын байқалатын жері
ашыту процесі.Күнделікті көріп жүрген сыра мен түрлі шараптар, басқа да
жоғары сапалы өнімдер, сонымен бірге тағамдардың шіріп, бүлінуі және
көгеруі бәрі де осы микроорганизмдердің әсерінен болады.
Адам баласы микрорганизмдердің тіршілік әрекетін ерте бастан ақ
өздерінің күнделікті тұрмысында пайдалана білген. Олар сүтті ашытып,одан
айран, түрлі жеміс жидектерден шарап, квас және сол сияқты алуан түрлі
тағамдарды дайындай алатын болған.
Микроорганизмдер көмегімен өндірілетін көптеген өнімдердің халық
шаруашылығында маңызы жалпыға мәлім. Спирт, сүт қышқылы, сүт тағамдары,
сірке және май қышқылдары және т.б микроорганизмдер тіршілігінің ақырғы
өнімі.Олар сапалы, жұғымды мал азығын даярлауда ерекше рөл атқарады.
Өндірістік, яғни заводтық жағдайда ашытқы және микроскоптық
саңырауқұлақтар, бактериялар және балдырлар көмегімен өсімдік текті
шикізаттардың, целлюлоза қағаз, спирт, сүт өнеркәсібінің және ауыл
шаруашылық қалдықтарынан, сонымен қатар мұнай парафиндерінен бағалы заттар:
түрлі белоктар,дәрумендер, амин қышқылдары және антибиотиктер өндіріле
бастады.[10]
ХІХ ғасырдың екінші жартысында өнеркәсіптің өрлеуіне байланысты
ғылым мен техника қарқынмен дамыды. Микробиология ғылымында да едәуір
серпіліс байқалды. Микробиология ғылымының көрнекті қайраткері және осы
ғылымның негізін қалаушы француз ғалымы Луи Пастер (1822-1895 ж) табиғатта
және өнеркәсіпте кездесетін ашу процестері микроорганизмдердің әсерінен
болатынын дәлелдеді. Сөйтіп, ол микробиологияда физиологиялық бағыттың
негізін қалады. Луи Пастер ашу процесінің табиғатын жете зерттей отырып,
бұл құбылыстың микроорганизмдер қатысымен жүретінін дәлелдеді. Ол сүт
қышқылы ашу, спирттік ашу процестерін қоздырушы бактерияларды тауып, оларды
жекелеп бөліп алып өсірді. Ашу процесіндегі оттегінің рөлін, онсыз бұл
құбылыстың жүрмейтіні жайында пікір айтып, ашудың химиялық теориясының
негізін салды. Луи Пастер микроорганизмдердің екі тобы болатынын, яғни
аэробты (оттегі бар жерде тіршілік ететін) және анаэробты (оттегінсіз
тіршілік ететін) топтарын ашты. Пастердің бұл жұмысының азық түлік
сақтауда, түрлі ашу процестерінің технологиясын жасауда зор маңызы болды.
Көптеген микробиологиялық әдістер, яғни қоректік ортаны даярлау, он
зарарсыздандыру Пастер еңбегінің жемісі.[11]
1. Органикалық карбон қышқылдарының сипаттамасы
Молекуласында бір немесе бірнеше карбоксил тобы – СООН
бар органикалық заттарды карбон қышқылдары дейді. Карбоксил тобы карбонил
-С=О мен гидроксотоптан – ОН тұрады. Осы екі топтан құралуына байланысты
қышқылдық топ карбоксил деп аталады.
Карбон қышқылдары көміртек тізбектерінің ашық немесе тұйықтығына
және көміртек атомдарының арасындағы байланыстардың түріне қарай қаныққан,
қанықпаған және ароматты деп, ал карбоксил топтарының санына қарай бір,
екі, үш т.б. негізді болып бөлінеді. Олардың кейбіреулері төменде
келтірілген
СН3 – СООН СН3 – (СН2)7 – СН=СН –
(СН2)7 - СООН
Сірке қышқылы
Олеин қышқылы
(қаныққан)
(қанықпаған)
С6 Н5 СООН НООС - СООН
Бензол қышқылы
Қымыздық қышқылы
(ароматты)
(екі негізді)
Карбон қышқылдарының қышқылдық қасиет көрсетуі карбоксил тобындағы
сутектің ерітіндіде оңай үзіліп ионға айналуына байланысты. Оны былай
түсіндіруге болады. Карбонил тобындағы электрон бұлттары электр терістігі
басым оттекке қарай аусады да, көміртек оң зарядталады. Соңдықтан көміртек
өзіне жетіспейтін электрондары гидроксидтегі оттектен тартады. Мұның
нәтіжесінде гидроксидтегі қос электрон бұлты сутектен оттекке қарай ауысады
да екеуінің арасындағы байланыс әлсірейді.
Сондықтан суда еритін карбон қышқылдары сутек ионы мен қышқыл
қалдығына ыдырап электролиттердің қасиеттерін көрсетеді, мысалы:
R – COOH → R − COOˉ+H+
Осы қасиеттеріне байланысты карбон қышқылдары, анорганикалық
қышқылдар сияқты, актив металдармен, сілтілермен, тұздармен әрекеттеседі.
Молекуласында бір карбоксил тобы болатын қосылыстарды бір негізді
карбон қыышқылдары дейді. Бір негізді карбон қышқылдарының жалпы формуласы
Сn Н2n+1 СООН немесе R−COOH.
Бір негізгі қаныққан карбон қышқылдарының гомологтық қатарының
өкілдері:
НСООН СН3 СООН СН3 СН2 СООН СН3 (СН2)2 СООН
құмырсқа сірке
пропион май
қышықылы қышықылы қышықылы
қышықылы
СН3 – (СН2)16 СООН
стеарин қышықылы
Ф и з и к а л ы қ қ а с и е т т е р і. Гомологтық қатардың алғашқы
үшеуі (құмырсқа, сірке, пропион қышқылдары) суда жақсы еритін сұйықтар,
онан кейінгі бесеуі (С4 – С8) суда нашар еритін, май тәрізді сұйықтар, ал
қалғандары суда ерімейтін қатты заттар.
Молекулалық массаларының өсуіне байланысты қышқылдардың қайнау
температуралары артып, тығыздықтары кемиді. Мысалы, құмырсқа қышқылының
қайнау температурасы +8,4˚С, тығыздығы 1,22, ал стеарин қышқылының қайнау
температурасы +69,4˚С, тығыздығы 0,84.
Х и м и я л ы қ қ а с и е т т е р і. Еритін карбон қышқылдары
судағы ерітінділерінде сутек ионы мен қышқыл қалдығына ыдырайды:
R – COOH →R – COO-+H+
CH3 − COOH→CH3COO-+H+
Органикалық қышқылдардың диссоциация дәрежесі аз, сондықтан олар
әлсіз қышқылдарға жатады.
Карбон қышқылдары актив металдармен, негіздік оксидтермен,
негіздірмен әрекеттеседі:
O
O
׀׀
׀׀
Mg + 2H – COOH → H – C – O – Mg – O – C – H + H2
магний формиаты
MgO +2CH3 – COOH → Mg(CH3COO)2 + H2O
магний ацетаты
NaOH + CH3 – CH2 – COOH → CH3 – CH2 – COONa + H2O
натрий
пропионаты
Карбон қышқылдары әлсіз көмір қышқылын оның тұздарынан ығыстырады,
мысалы:
2СН3СООН + СаСО3 → (СН3СОО)2Са + Н2О + СО2
Карбон қышқылдары аммиак пен әрекеттесіп аммоний тұздарын түзеді:
СН3 – COOH + NH3 → CH3 – COONH4
аммоний ацетаты
Карбон қышқылдары, анорганикалық қышқылдар сияқты, белгілі бір
жағдайда су бөліп шығарып қышқылдық оксидтерге және ангидридтерге айналады,
мысалы:
O O
׀׀ ׀׀
CH3 – COOH + COOH – CH3 → CH − C – O – C – CH3 + H2O
сірке ангидриді
Сірке ангидриді сумен әрекеттесіп сірке қышқылын түзеді.
Карбон қышқылдары спирттермен әрекеттесіп күрделі эфирлер түзеді.[12]
А л ы н у ы. Карбон қышқылдарын алудың әр түрлі жолдары бар.
Соларың ішінде маңыздыларының бірі – спиртті альдегидке, онан соң
альдегидті қышқылға тотықтыру:
R – CH2OH + O → R - CОН + H2O
R – CОН + O→R – C ООН
1.2 Карбон қышқылдарының өкілдері
Құмырсқа қышқылы.
Құрылымдық формуласы Н – СООН.
Бұл қышқыл құмырсқа денесінде кездеседі. Ол өткір иісті, улы, суда
жақсы еритін сұйық зат. Қышқылдың қайнау температурасы 100,5 ˚C.
Құмырсқа шаққанда, қалақай шөп тигенде, терінің ашуы олардағы
құмырсқа қышқылының әсерінен болады. Басқа карбон қышқылдарына қарағанда
құмырсқа қышқылы күшті болады. Оның диссоциация дәрежесі фосфор қышқылына
жақындайды.
Карбон қышқылдарына тән химиялық қасиеттерімен бірге құмырсқа
қышқылының өзіне ғана тән қасиеттері де болады. Бұл қасиеттері оның
молекула құрылысына байланысты. Құмырсқа қышқылының құрамында карбоксил
тобы да, альдегид тобы да бар.
Н − СООН
Сондықтан құмырсқа қышқылы басқа қышқылдар сияқты қасиеттер
көрсетумен бірге, альдегидтерге де тән қасиеттер көрсетіп аммиактағы күміс
оксидімен әрекеттеседі:
HCООН + Ag2O → 2 Ag + CO2 + H2O
Құмырсқа қышқылының осы қасиеттерін пайдаланып оны техникада
тотықсыздандарғыш ретінде қолданады.
Техникада құмырсқа қышықылын 6-8 атм. қысымда қыздырылған натрий
гидроксиді мен көміртек (ІІ) оксидін әрекеттестіру арқылы алады:
NaOH + CO → H – CООNa
Түзілген тұздан құмырсқа қышқылын сұйытылған күкіртқышқылы арқылы
ығыстырады:
2H CООNa + H2SO4 → 2HCООН + Na2SO4
Құмырсқа қышқылы әр түрлі органикалық синтездерде, қымыздық қышқылын
алуда, 1%-тік ерітіндісі медицинада қолданылады.
Сірке қышқылы
Құрылымдық формуласы СН3 – С ООН
Сірке қышқылы бір негізді карбон қышқылдарының екінші өкілі.
Сусыз сірке қышқылы мұз сияқты, өткір иісті, қатты зат. Ол 118 ˚C-
та қайнайды, 16,5˚C-та қатады. Суда кез келген мөлшерде ериді. Ол әлсіз
қышқыл. Судағы 70-80%-тік ерітіндісі сірке эссенциясы деп аталады. Ол
қышқылдарға тән барлық қасиеттерді көрсетеді.
Сірке қышқылын өнеркәсіпте ацетиленді гидротациялау арқылы алынған
сірке альдегидін тотықтыру жолымен алады:
H2SO4
СН ≡ СН + Н2О → СН3 – СОН + О → СН3 – СООН
Соңғы кезде өнеркәсіпте сірке қышқылын сұйық бутанды 150-170˚C, 50
атм. қысымда оттекпен тотықтырып алу кең тарап келеді:
2СН3 – СН2 – СН2 – СН3 + 5О2 → 4СН3 – СООН +2Н2О
Сірке қышқылы асқа қосуға, маринад жасауға, көкөністерді
консервілеуге, химия өнеркәсібінде бояғыш заттар, дәрілер жасауға, ацетат
жібегін алуға жұмсалатын сірке ангидридін алуға, бояуларға басытқы ретінде,
тұтанбайтын кинопленкалар т. б. жасауға қолданылады.[13]
Пальмитин және стеарин қышқылдары.
Жоғары молекулалы бір негізді карбон қышқылдарының ішіндегі ең
маңыздылары – пальмитин СН3–(СН2)14–СООН және стеарин қышқылдары
СН3(СН2)16 – СООН.
Бұлар глицериннің күрделі эфирлері түрінде жануарлар мен өсімдіктер
майларының құрамына кіреді.
Бұл қышқылдар балауыз тәрізді ақ түсті, суда ерімейтін қатты
заттар.
Пальмитин және стеарин қышқылдары басқа да бір негізді қышқылдар
сияқты металдармен, негіздік оксидтермен, негіздермен, карбонаттармен
әрекеттеседі.
Бұл қышқылдардың сілтілермен және содамен әрекеттесу реакцияларының
маңызы зор:
C15H31COOH + HONa → C15H31COONa + H2O
2C17H35COOH + Na2CO3 → 2C17H35COONa + H2O + CO2
Бұл реакциялардың нәтижесінде алынған натрий пальмиаты мен стеараты
қатты сабынның негізгі құрамды бөлігі болып кіреді. Бұл тұздар суда жақсы
ериді. Сондықтан да сабын кір жууға қолданылады.
Сабынның өзі күшті негіз бен әлсіз қышқылдардың тұздары
болғандықтан гидролизденіп сілті түзеді. Түзілген сілтінің де өте жақсы кір
кетіргіш қасиеті бар.
Кермек суда сабын заттың кірін кетіре алмайды. Оның себебі сабын
мен кермек судағы магний немесе кальций тұздары әрекеттесіп сабынның
ерігіштік қасиетін жояды:
2C17H35COONa + CaCl2 → (C17H35COO)2Ca + 2NaCl
Пальмитин және стеарин қышқылының калий тұздары сұйық сабындар.
Оларды медицина қолданады.
Екі негізді қаныққан қышқылдар
Ең бірінші өкілі қымыздық қышқылы НООС – СООН немесе Н2С2О4.
Қымыздық қышқылы түссіз, қатты зат. Оның тұздары – оксалаттар (К2С2О4,
СаС2О4 т.б.) табиғатта өсімдіктерде кездеседі. Қымыздық қышқылы мата бояуда
басықты ретінде, аналитикалық химияда қолданылады.
Бір негізді қанықпаған қышқылдар
Құрамында бір қос байланыс бар қанықпаған қышқылдрдың қарапайым өкілі
акрил қышқылы СН2 = СН – СООН. Бұл Қатардың ішіндегі маңыздысы олеин
қышқылы С17Н33СООН немесе СН3 – (СН2)7 – СН = СН – (СН2)7 – СООН. Ол май
тәрізді иіссіз, дәмсіз сұйық. Тығыздығы 0,9 гсм3.
Олеин қышқылы басқа қышқылдар сияқты қасиеттер көрсетумен бірге
құрамында қос байланыс болғандықтан сутек атомдардын қосып алып стеарин
қышқылына айналады:
С17Н33СООН + Н2 → С17Н35СООН
Бұл реакцияның сұйық майларды қатты майларға айналдыруда өнеркәсіпте
практикалық маңызы зор.
1.3 Сірке қышқылы
Сірке қышқылы бір негізді карбон қышқылдарының екінші өкілі.
Сусыз сірке қышқылы мұз сияқты, өткір иісті, қатты зат. Ол 118 ˚C-та
қайнайды, 16,5˚C-та қатады. Суда кез келген мөлшерде ериді. Ол әлсіз
қышқыл. Судағы 70-80%-тік ерітіндісі сірке эссенциясы деп аталады. Ол
қышқылдарға тән барлық қасиеттерді көрсетеді.
Сірке қышқылын өнеркәсіпте ацетиленді гидротациялау арқылы алынған
сірке альдегидін тотықтыру жолымен алады:
H2SO4
СН ≡ СН + Н2О → СН3 – СОН + О → СН3 – СООН =
Соңғы кезде өнеркәсіпте сірке қышқылын сұйық бутанды 150-170˚C, 50
атм. қысымда оттекпен тотықтырып алу кең тарап келеді:
2СН3 – СН2 – СН2 – СН3 + 5О2 → 4СН3 – СООН +2Н2О
Сірке қышқылы асқа қосуға, маринад жасауға, көкөністерді
консервілеуге, химия өнеркәсібінде бояғыш заттар, дәрілер жасауға, ацетат
жібегін алуға жұмсалатын сірке ангидридін алуға, бояуларға басытқы ретінде,
тұтанбайтын кинопленкалар т.б. жасауға қолданылады.
Қаныққан альдегидтердің екінші маңызды өкілі сірке
альдегиді
О
немесе этаналь: СН3 – С .
Н
Сірке альдегиді өткір иісті, түссіз сұйык. 21˚C-та қайнайды. Суда
жақсы ериді.
Сірке альдегиді де құмырсқа альдегиді сияқты жоғарыда көрсетілген
жағдайларда тотығып сірке қышқылына, ал сутек арқылы тотықсызданып этил
спиртіне айналады:
O
O
CH3 – C + Ag2O → CH3 – C + 2Ag
H
OH
O
CH3 – C + H2 → CH3 – CH2 − OH
H
Өнеркәсіпте сірке альдегидін ацетиленді гидратациялау арқылы алады.
Сірке альдегиді өнеркәсіпте катализатор қатысында (PdCl2, CuCl2), 100˚C
температурада және 10 атм. қысымда этиленді тікелей тотықтыру арқылы да
алады:
O
CH2 = CH2 + O → CH3 – C
H
Сірке альдегиді көп мөлшерде сірке қышқылын өндіруге жұмсалады. Сірке
альдегиді тотықсыздандыру арқылы этил спиртін алуға болады. Сондықтан
ацетиленнен сірке альдегидін алу жай заттардан күрделі органикалық заттар
өндірудегі маңызды синтетикалық әдіске жатады.[14]
Табиғатта органикалық заттардың оттегінің әсерінен тотығуы кең
таралған. Бұл процеске де микроорганизмдер қарқынды
қатысады. Әрине олардың қарқыны клеткадағы ферменттердің
болуына байланысты. Егер клеткада тыныс алуға қажетті
ферменттер тобының барлығы болса, органикалық заттар тез
тотығып, олар ең соңғы өнімге дейін ажырайды. Бұған
керісінше ферменттер тобындағылардың кейбіреулері жетіспесе,
ортада аралық азықты органикалық қышқылдар немесе сол сияқты басқа да
заттар түзіледі.
Тотығу процесінің ішінде тұрмыста кең таралғаны сірке қышқылы
ашу процесі. Бұл процестің де биохимиялық табиғатын 1862 жылы Луи Пастер
ашқан болатын. Қандайда болмасын құрамында аздаған мөлшерде спирті бар
(шарап, сыра) сұйықты ауалы жерде қалдырса-ақ болғаны оның бетінде сірке
қышқылы бактерияларынан жұқа қабат пайда болады да, ортада сірке қышқылын
түзеді. Процеcс мына төмендегідей жүреді.
С2Н5ОН + 02 = СНзСООН + Н20
сірке қышқылы
Осы процеске қатысатын микроорганизмді Луи Пастер микодерма ацетил
деп атады .
1-
сурет. Сірке қышқылы бактериясы
Соңғы кездердегі зерттеулерге қарағанда бұл микроорганизм сірке қышқылы
бактерияларының жекеленген үш түрінен тұратыны анықталған.
Сірке қышқылы бактериялары ацетобактер деп аталатын туысқа жататын он бір
түрден тұрады. Негізгі түрі бактериум ацети—қысқа, қозғалмайтын таяқша.
Кейде клеткалары шынжырлана орналасады. Ортада 11 процентке дейін спирт
болса да төзе береді және 6 проценттей сірке суын түзе алады. Оның дамуына
қолайлы температура +34°С.
Сірке қышқылы бактериялары табиғатта кең тараған. Көбінесе олар пісіп
тұрған жеміс-жидектер сыртында, шарапта, сырада, кваста, ашыған көкөніс,
сүрлемде кездеседі. Сірке қышқылы бактерияларының ерекше қасиеті — олар
органикалық заттарды ақырғы өнімдер емес, тек органикалық қышқылдарға дейін
ғана тотықтырады.
Сірке қышқылы бактерияларының бұл қасиетін практикада сірке суын алуда
қолданады. Сірке суы тұрмыста бірқатар мақсатта қолданылады. Онымен
асты дәмдендіреді. Әр түрлі паразит микроорганизмдердің тіршілігін тоқтату
үшін ыстық жақ тұрғындары сірке суды ішетін суға қосады, және тәбет ашу
үшін асқа пайдаланады. Сірке суын түрлі жолдамен өңдіреді. Шарап және сыра
шикізат ретінде алынғанда олардың құрамындағы спирт сірке қышқылы
бактерияларының әсерінен тотығады. Ерте кезде Германияда сіркені күшті
шараптардан даярлайтын болған, ал Франция, Испания және Греция елдерінде
оны жүзім шарабынан өндірген.
Тұрмыста сірке суын қандайда болмасын ашыған жеміс шырындарынан алуға
болады. Бұл кезде алғаш спирт түзіледі де кейін одан сірке қышқылы алынады.
Сапасы жағынан алғанда ең жақсы сірке жүзім шарабынан Француз әдісімен,
басқаша айтқанда Орлеан әдісімен алынады. Бұл әдіспен сірке өндіргенде
алдымен 200 литрлік бөшкелердін, үштен бір көлеміне құрамында таза сірке
бактериялары бар күшті шарап сіркесін құяды. Осыдан кейін әрбір бөшкелерге
10—15 литрден жүзім шарабын қосады. Әрбір жұма сайын бөшкелерге көрсетілген
мөлшерде қайталап жүзім шарабын қосып отырады. Сөйтіп сірке суы бес-алты
жұмада даяр болады. Бірақ бөшкелерден сіркенің барлығын ағызып алмай, тек
10—15 литрін алып, орнын соншама жүзім шарабымен толтырады. Сөйтіп сірке
суын үздіксіз өндіруге мүмкіндік болады. Алынған сірке суынын дәмі де, иісі
де, сапасы да жоғары болады.[15]
Қазір өндірісте негізінен сірке суды өндірудің немістік, яғни оны
өндірудің үздіксіз және тез әдісі қолданылады. Мұнда үлкен бөшкелер немесе
сиымдылығы бірнеше жүз литр болатын чандар алдымен бүк ағашының
жаңғақшаларымен толтырылады. Жаңғақшаларға бөшкелерге салынбас бұрын сірке
суын құяды, одан соң алдын ала даяр тұрған сірке бактериялары жұқтырылады.
Осыдан кейін жаңғақшаларға толы ыдысқа 3 проценттей шарап спиртін, 6
проценттей сірке суын құяды. Сонымен қатар бұған сірке қышқылы
бактерияларының тіршілігіне қажетті қоректік заттар да салынады. Чандардың
төменгі жағында даяр сірке суы ағып тұратын шүмек болады. Бүкіл жаңғақты
бойлап бұл сұйық қоспа төмен ағады. Шүмекке жеткенше ол тотығып сірке суына
айналып та үлгереді. Алынған сірке суы концентрациялы болғандықтан оны
сумен сұйылтады. Мұнда сірке қышқылының концентрациясы 4,5 проценттей болу
керек.
Сірке суын түрлі тағамдарға қосып қоймайды, сонымен қатар оны
көкөністерді, жемістерді консервілеу үшін арнаулы зат — маринадтарды
жасауда да қолданады. Сірке суы қосылған тағам ұзақ уақыт сақталады.
Субстрат толығымен ыдырамай соңғы өнімі көмір қышқыл газы болмай
органикалық қоспа пайда болған аэробты тотығуды толық емес тотығу деп
атайды. Сірке қышқылының өндіру үшін этанолдың толық емес тотығуын негізі
ретінде қолданады:
H2O
CH3CH2OH → CH3CHO → CH3CH(OH)2 → CH3COOH
Этанол ацетальдегид ацетальдегидгидрат сірке қышқылы
Этанол ерітінділері ферменттерінің тотығуы сірке қышқылды бактериялармен
іске асады:Acetobacter aceti, A.xylinum, A.peroxydans; Gluconobacter
oxydans.
Acetobacter мен Gluconobacter – қатал аэробтар, ацидотолерантты (pH
3,0-5,0), 9-10 % этанол ерітіндіге төзімді. Бактериялар қанттар мен
спирттердің толық емес тотығу жолымен органикалық қышқылдарды өндіруге
қабілетті. Этанолдың жоғары деңгейінде, одан бөлінген сірке қышқылы кейбір
микроорганизмдердің тіршілігін сақтағанымен (егер олар қышқылға және
спиртке төзімді болса) өсу қабілетін тоқтатады, яғни сірке қышқылды
бактерияларға элективті жағдай жасайды.
Acetobacter-дің алкогольдегидрогеназасының жоғарғы активтілігі үш
карбон қышқылдар циклі (ҮКЦ) ферментінің төменгі белсенділігімен үлеседі,
ал Gluconobacter-де үшкарбон қышқылдар циклында негізгі ферменті – L
–кетоглютаратдегидрогеназасы мүлдем жоқ.
Этанолдың деңгейі төмендегенде Acetobacter ацетатты қабылдауға
ауысады да бәсеңдеп өсе бастайды,үш карбон қышқылдар циклі көмегімен СО2
дейін тотығады.
Этанолдың көмегімен микроорганизм өскенде фермент сукцинат
дегидрогеназа пайда болмайды, ол фермент ацетатты пайдаланғанда индукция
нәтижесінде түзіледі.
Gluconobacter пентозофосфатты жолмен глюкозаны глицеральдегид – 3
– фосфатқа дейін тотықтырады, ал ол әрі қарай ацетатқа дейін тотығып аралық
өнімдер пируват пен ацетил СоА түзеді.
Биотехнологияда сірке қышқылды бактерияларды витамин C
дайындағанда сорбозаға дейін сорбитті трансформация жасау үшін, глюконат
пен ацетонды синтездеуде қолданады.[16]
Сірке қышқылына дейін этанолдың толық емес тотығуы барысында
қосымша өнімдер пайда болады - арнайы хош иісті заттар және ароматты
күрделі эфирлер , жоғарғы спирттер, басқа органикалық қышқылдар. Сонымен
қатар,спирттік сірке суында 8 амин қышқылдары (аргенин, цистеин, глутамин,
лейцин, фенилаланин, триптофан, тирозин, валин), В тобының дәрумендері (В1-
тиамин, В2-рибофлавин, В3-пантотен қышқылы, В5-никотин қышқылы, В6-
пиродоксин, В9фолий қышқылы, В12-кобаламиндер, Н-биотин) табылған.
Сірке қышқылын ерітілген спирттен (21% ) алады, тағы ашыған алма
шырынынан (сидра), ашытқы сірке суын – бидай ашытқысынан алады, сүттің сары
суынан сарысулық сірке су алуға болады.
Сірке қышқылын дайындау үшін үш тәсіл қолданылады:
- бәсеңдетілген.Технологиялық үрдіс 25 қыздырған сіркесу және 35 шараппен
толтырылған арнаулы ыдыста өтеді. Сіркесу қышқылы ортаның рН төмендетеді,
сондықтан сіркесу қышқылды бактериялардың өсіп-көбеюіне элективтік жағдай
жасайды. Ферментация процесі аяқталғанда ыдыстан ашыған сұйықтықтың 10%
құйып алады, ал оның орнына сондай көлемде шарап құяды ж.т.б.
- жылдамдатылған сірке қышқылды бактерияларды бекіткен (адсорбциялаған,
иммобилизацияланған) ағаш жанқалары арқылы этанол ерітіндісін өткізеді, бұл
кезде бактериялар, ауа және этанол бір-бірімен қатынас жасайды; стерилді
ауа немесе оттегіні бағытқа қарсы жібереді. Бактериялардың қоректенуіне
ортаға сусло және минералды тұздарды қосады. Үш тәулік ішінде 80% этанол 12
пайыздық (%) сірке қышқылына тотығады .
- тереңділік ферментация биореакторларда араластырылатын және
аэрацияланатын жартылай үздіксіз процесс 27-32°С температурада өтеді.
Сірке су қышқылы тамақ өндірісінде органикалық бояуларды еріту үшін,
пластмасса, синтетикалық талшықтар, каучук алуға қолданады. Техникада
қолданатын сірке суын химиялық тәсілмен алады, кейін ол ацетон, ацетилен,
синтетикалық бояулар өндірісінде іске асады.
Тағамдық немесе аспаздық сірке су – бұл бентонитпен (сірке қышқылды
бактерияларды біріктіреді) тазартылған 5-9 % сірке қышқылының ерітіндісін,
пастеризацияланған. Сірке суы – тағамдық қоспа және ет пен жеміс өнімдерін
сақтайтын консервант.
Сірке суы деп-судағы сірке қышқылының 5-9% ертіндісі аталады. Ол
сірке қышқылынан қарағанда қышқыл шарапта бірінші болып табылды.Кейін сірке
суын аса маңызды сірке қышқылдық бактериялардын көмегімен спирт ертіндісін
ашыттыру арқылы ала бастады. Ашытылған ертінді айдау нәтижесінде 70-
80%сірке қышқыл ертіндісін сірке эссенциясын алады. Сусыз немесе мұзды
сірке қышқылының 99,8%болып келеді. Сірке қышқылы ас қосуға, маринад
жасауға, химия әнеркәсібінде, бояғыш заттар, дәрілер жасауға, ацетат
жібегін алуға жұмсалатын сірке ангедридін алуға, бояуларға басыпқы
ретінде,тұтанбайтын кинопленкалар тағы басқа жасауға қолданады. Сірке
қышқылды бактериялар Acetobacter туысына жатады. Ол ұзындығы 0,5-0,8мкм
кері әсерлі болып,споралы таяқша түзеді. Сірке қышқылы реакциясының пайда
болуын алькогольоксидаз ферменті катализдейді. Бұл кезде реакция теңдеуі
мынадай болады:
CH 3CH 2OH+O2 → CH 3COOH+H 2O+490кДЖ
Бұл процесс үшін pH=3 реакция ортасы және Bact.Schutzenbachi
культурасы үшін 28оС температура Bact.curvum культурасы үшін 35-37оС
температурасы оптимальды. Спирттің ортадағы концентрациясы 7-15%,қышқылдың
соңғы концентрациясы 8-14%(орташа 10%). Егер ашу процесі кезінде спирт
мөлшері толық жұмсалған болса,ондай жағдайда CO2 және H2O бөлінеді:
CH 3CH 2OH+O2 → 2CO 2+2H 2O
Процесс соңында ортада қолданылмаған спирттің 0,3-0,5%қалуын
бақылауға болады. Ашу уақытында жақсы аэрацияны қамтамасыз ету қажет-теория
бойынша спирттің массасы бойынша 46 бөлігінде оттегінің 32 бөлігі қажет.
Өндірісте сірке қышқылының ашуын тоқтатусыз әдіс бойынша
генераторда жүргізеді.
Генератордың диаметрі 1-3м,ұзындыгы 2,5-6м болып келеді.
Генераторды ағаштан, керамикадан, шыны әйнектен,темір бетоннан жасайды.[17]
1.4 Пропион қышқылы.
Пропион қышқылының бактериясы Propionibacterium freudenreichii
пропион қышқылын CH3-CH2-COOН продуцерлейді. Бұл процесті пропион қышқыл
бактериялар қоздырады. Пропион қышқыл бактерияларды алғашқы рет швейцар
ірімшігінен (эмменталь сүзбе) Шерман (1921) мен Фреуденрейх (1907) бөліп
алды. Оларды алғашқыда Propionibacterium shermanii және Propionibacterium
freudenreichii деп атады. Бұл екі түрдің арасында айырмашылықтармен қатар
көптеген ұқсастықтар табылды. Сол себептен екеуінде Propionibacterium
freudenreichii туысына жатқызды, ал айырмашылықтары бар бактериялар түр
тармақтары болып қалды: P.freudenreichii subsp. freudenreichii.
P.freudenreichii subsp. shermanii, P.freudenreichii subsp. globolus.
Пропион қышқыл бактериялар грам он, плеоморфты таяқша, анаэробты не
микроаэротолерантты болады. Олар қанттар мен лактатты, глицерин мен
аминқышқылдарды пропион қышқылына дейін ашытады. Глюкоза Эмбден Мейергоф
жолымен пирожүзім қышқылына дейін ыдырайды. Ал пирожүзім қышқылынан пропион
қышқылының пайда болу жолы алғашқыда қарастырылған жолдардан өзгеше
болады.
Пирожүзім қышқылы
1
СО2
Метилмалонил СоА
Оксалацетат
Пропионил СоА
6
2
Сукцинил СоА
Малат
3
Фумарат 5
Пропион
қышқылы
4
Сукцинат
1 – сызба нұсқа. Пропион қышқылы пайда болуының метилмалонил – СоА жолы.
Ферменттер:1)Метилмалонил - СоА - карбокситрансфераза;
2)Малатдегидрогеназа; 3)фумараза;4)фумаратредуктаза;5)СоА -
трансфераза;6)метилмалонил - СоА- мутаза
Пропион қышқылын анаэробты жағдайда терең культиверлеу әдісі
арқылы алады. Құрамында 2%глюкоза және органикалық азотты заттар бар орта
қолданылады. Бұл процесс нейтральды ортада,температурасы 30оС болатын 7-12
тәулік бойы жүреді. Ашу процесі рН=7 кезінде пропион, сірке қышқылы
жиналады және көмірқышқыл газы бөлінеді. Қышқылдардың пайда болуына шамамен
75% қант, ал көмірқышқыл газдардың пайда болуына 20%қант қолданылады.[18]
Пропион кышқылы ашу процесіне қатысатын Ргоріоnіbасterium туысына
жататын микроорганизмдер кантты, сүт қышқылын және оның тұздарын пропион
қышқылына айналдырады. Ашу процесі аяқталғаңда ортада пропион қышқылынан
баска сірке қышкылы, көмір қышқыл газы және су түзіледі. Пропион
қышкылы ашу процесі мына төмендегі реакция бойынша жүреді:
ЗС6НІ2О6 → 4СН3СН2СООН + 2СН3СООН +
қант пропион қышқылы сірке қышқыл
+2С02 + Н20 + 4 ккал
энергия
Бұл ашу процесі гетероферментативті сүт қышқылы ашу процесіне тым ұқсас,
бірақ мұнда ортада түзілген сүт қышқылы реакцияның ақырғы өнімі емес, ол
аралық өнім. Одан әрі сүт қышкылы пропион қышқылына айналады:
ЗСНзСНОН + 4Н → 2СН3СН2СООН + Н20
сүт
пропион
қьшқылы қышқылы
Бұл процесті қоздыратын пропион қышқылы бактериялары, яғни
Васterium acidopropionici деп атайды.
Олар анаэроб микроорганизмдерге жатады. Өніп өсуі қолайлы
температура. Ашу процесінің энергия көзі ретінде олар қантты, органикалық
қышқылдарды, спиртті тағы басқа да органикалық косылыстарды пайдаланады.
Пропион қышқылы бактериялары көмірсуларын Эмбден-Мейергоф-Парнас сызба
нұсқасы бойынша пирожүзім қышқылына дейін ашытады.
Сыртқы орта жағдайларына байланысты түзілген пирожүзім қышқылы
сірке ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ш.Уәлиханов атындағы Көкшетау мемлекеттік университеті
Дипломдық жұмыс
Тақырыбы: Органикалық карбон қышқылдарының биосинтезі. Сүт қышқылының
ферментациясы және өндіру процестері
Орындады: Искакова
Н.К.
Жетекші:
Аймаков О.А.
Қорғауға жіберілді ___________ ____________
Кафедра меңгерушісі ____________ _____________
Көкшетау 2010
Мазмұны
Кіріспе
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... . 3-6
1. Ғылыми әдебиеттерге шолу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7-
10
1.1.Органикалық карбон қышқылдарының сипаттамасы
... ... ... ... ... ... ... ..11-12
1.2. Органикалық карбон қышқылдарының туындылары
... ... ... ... ... ... ... .12-15
1.3. Сірке қышқылы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ...15-21
1.4.Пропион қышқылы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ..21-25
1.5.Сүт қышқылы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...25-27
2. Ашыту процестері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... .28-31
2.1 Сүт қышықылының ферментациясы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..31-36
2.2 Сүт қышқылы бактерияларының түрлері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..36-38
3. Сүт қышқылының өндіру процестері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .39-41
3.1 Сүт қышқылы бактерияларының өндірістің әр саласында
қолданылуы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... . ..41-43
4. Сүт қышқылының биосинтезі
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .44 -46
4.1 Микроорганизмдердің түрлері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...46-4 9
5. Эксперименттік жұмыстар
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 50
-51
Қорытынды
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... .52
Әдебиеттер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ...53-5 4
Қосымша
Кіріспе
Карбон қышқылдарын көмірсутек радикалы табиғатына байланысты және
карбоксил тобының санына байланысты жіктеуге болады. Карбоксил тобы
құрамындағы карбонил және гидроксил топтарының барлық байланыстары полюсті.
Карбонил тобында электрон тығыздығы көміртек атомынан оттекке қарай
ығысқандықтан,көміртек біраз оң зарядты болады. Орнын толықтыру үшін ол
гидроксил тобындағы оттектің жұп электрондарын өзіне тартады. Ал ол өз
кезегінде О-Н байланысының электрон тығыздығын өзіне тартады да,соның
әсерінен сутек атомының қозғалғыштығы артып,үзілуге бейім болады.
Карбон қышқылдары табиғатта кең таралған. Сірке қышқылы зат алмасу
процесінде маңызды рөл атқарады. Адам организмінде тәулігіне 400 грамдай
сірке қышқылы түзіледі. Май қышқылы майдың құрамында болады. Валериан
қышқылы валериан өсімдігінің тамырында, лаурин қышқылы лавр өсімдігінде,
кокос майында болады.
Қанықпаған карбон қышқылдары майлы сұйық заттар, суда ерімейді,
органикалық ерігіштерде ериді. Қанықпаған жоғарғы карбон қышқылдары
күнбағыс, зығыр, зәйтүн, қарасора, т.б.өсімдік майларының құрмында глицерид
түрінде кездеседі.[1]
Бұл қышқылдардың глицеридтерін гидролиздеу арқылы алады. Қанықпаған
карбон қышқылдары еселі байланысы және карбоксил тобы бойынша реакцияларға
түседі. Қанықпаған қышқылдар тірі организмге өте қажет заттар,қан
тамырларының жұмсақтығын арттырады.
Қанықпаған бірнегізді қышқылдар қаныққан қышқылдардан күшті,себебі
қос байланыс әсер етеді. Қанықпаған қышқылдардын химиялық қасиеттерін
карбоксил тобы мен қос байланыс анықтайды. Сондықтан олар да карбоксил тобы
бойынша карбон қышқылдарына тән реакцияларға түсіп, тұздар,ангридриттер
және күрделі эфирлер түзеді. Галогенмен әрекетесіп, дигалоген туынды
түзеді.
Екінегізді карбон қышқылдарына молекуласында екі карбоксил тобы бар
қышқылдар жатады. Оларды дикарбон қышқылдары деп атайды. Радикалдың
табиғатына байланысты қаныққан, қанықпаған, ароматты дикарбон қышқылдары
болып бөлінеді.
Екінегізді карбон қышқылдары суда жақсы еритін кристалды заттар.
Молекуладағы карбоксил топтарының өзара әсерінен екінегізді қышқылдар
бірнегізділермен салыстырғанда күштірек болып келеді.
Екінегізді карбон қышқылдарының химиялық қасиеттері бірнегізді
карбон қышқылдарына ұқсас, айырмашылығы – құрамында екі карбоксил тобы
болуына байланысты. Карбоксил тобының біреуі немесе екеуі де реакцияға
түсіп,бір немесе екі алмасқан туындылар түзе алады. Карбон қышқылдарына тән
реакцияларға түсіп тұздар, күрделі эфирлер,галогенангридритер мен
ангридритер түзеді. Ароматты қышқылдар күнделікті тұрмыс пен техникада кең
қолданылады.
Карбон қышқылдарының құрамында көмірсутек радикалымен байланысқан
бір немесе бірнеше карбоксил тобы болады. Карбон қышқылдарының көп
түрлілігі ондағы карбоксил тобының санына (бірнегізді, көпнегізді), радикал
табиғатына (қаныққан, қанықпаған, ароматты) және радикалда басқа
функционалдық топтың болуына (гидроксиқышқылдар,амин қышқылдары)байланысты
болады. Карбоксил тобындағы оттек пен сутек арасындағы байланыс спирттерге
қарағанда әлсіз, сондықтан сулы ертіндіде карбон қышқылдары протонды
бөліп,қышқылдық қасиет көрсетеді. Карбон қышқылдары әлсіз
қышқылдар.Қанықпаған карбон қышқылдары еселі байланысы бойынша канықпаған
қосылыстарға тән реакцияларғ,карбоксил тобы бойынша карбон қышқылдарына тән
реакцияға түседі. Карбон қышқылдары тұздар, күрделі эфирлер,
галогенангридридтер, ангридтер түзеді. Карбон қышқылдарының туындылары
өнеркәсіп пен күнделікті тұрмыста кең қолданылады.[2]
Сірке қышқылы бактериялары ацетобактер деп аталатын туысқа жататын
он бір түрден тұрады. Негізгі түрі бактериум ацети — қысқа, қозғалмайтын
таяқша. Кейде клеткалары шынжырлана орналасады. Ортада 11 процентке дейін
спирт болса да төзе береді және 6 проценттей сірке суын түзе алады. Оның
дамуына қолайлы температура +34°С.
Сірке қышқылы бактериялары табиғатта кең тараған. Көбінесе олар
пісіп тұрған жеміс-жидектер сыртында, шарапта, сырада, кваста, ашыған
көкөніс, сүрлемде кездеседі. Сірке қышқылы бактерияларының ерекше қасиеті —
олар органикалық заттарды ақырғы өнімдер емес, тек органикалық қышқылдарға
дейін ғана тотықтырады
Пропион қышкылы пирожүзім немесе сүт қышқылдарының тотықсыздануы
нәтижесінде немесе янтарь қышқылынан көмір қышкыл газының бөлініп шығуы
процесінде түзіледі.
Пропион қыщқылы бактериялары тіршілігі үшін ортада белок, амин
қышқылдары, ал кейде аммоний тұздары және витамиңдер бар қоректік ортаны
талап етеді.
Пропион қышқылы бактериялары ауа жоқ жерде жақсы тіршілік етеді. Ол
14— 350Стемпературада жақсы өсіп дамиды. Сүттегі пропион қышқылы
бактериялары оны өте жай, бір жұма ішінде ғана ұйыта алады
Сүттін адам баласы үшін қаншалықты қажет өнім екенін бәрімізге
белгілі.Сүт тағамдары басқа ешқандай азық- түлікке тең келмейтін аса бағалы
тағамдық өнімдердін бірі.Оның құрамды бөлігінің 95-98% организмге сіңеді.
Сонымен қатар сүт тағамдары амин қышқылдардың,макро және микро
элементтердің таптырмайтын көзі. Сүт тағамдарының түрлі азық-түлікпен
керемет үндесіп, адам тағамын биологиялық құндылығын көтеруі – оның бір
қасиеті болып саналады себебі сүт тағамдары организмге түсетін қоректік
заттардың көлемін арттырып, олардың организмге сіңімділігін жақсартады.
Сүт шаруашылығында кеңінен қолданылатыны ол сүт қышқылы
бактериялары. Олар сүттен қышқыл сүт тағамдарын даярлауда пайдаланады.
Сүт қышқылы бактериялары әсерінен ортада сүт қышқылы пайда болады. Қышқыл
ортада шіріту бактериялары да тіршілік ете алмайды. Сүтте казеин, түрлі
минералды тұздар әсіресе сүт қанты болғандықтан, ол сүт қышқылы
бактерияларына ең қолайлы орта болып саналады. Сүт қышқылы бактериялары –
табиғатта кең таралған. Олар өсімдіктің құрамында, адам және жануардың ішкі
құрылымдарының шырышты қабығының бетінде, топырақта тағы басқа жерлерде
кездеседі. Табиғатта кең таралуына байланысты олармен адам ертерек танысып,
көкөністерді ашыту және сүт қышқылды тағамдар даярлау өндірісінде кең
пайдалана бастады.[3]
Қазіргі кезде сүт қышқылының өндірістік тәсілмен алуда жолға
қойылды. Мұндағы негізгі мақсат алынатын шикізаттан барынша сүт қышқылын
өндіру.
Сүт қышқылды ашу сүт қышқыл бактериялар әсерінен жүреді. Олар әр
түрлі зат алмасу өнімдерін түзеді және қышқыл түзу күші бойынша, даму
жағдайына, газ түзу қабілеті бойынша ерекшелінеді. Бірақ ашу үдерісінде
тағы да басқа көптеген бактериялармен ашытқы қатысады. Олар кәдімгі
уақыттық тізбек бойынша дамиды және микроорганизмдердің әр тобы белгілі бір
химиялық айналуларды туғызады. Әр түрдің өзіне қатысты рөлі қоршаған орта
жағдайымен анықталады, ал максимальдық саны олардың қышқыл төзімділігіне
сәйкес келеді. Сүт қышқылды ашуының маңызды сатысы, сүт қышқылының
интенсивті түрде түзілуімен ерекшеленеді. Ол ең алдымен әр түрлі
гомоферментативті сүт қышқылды бактериялар Lactobacillus Plantorum – ң
дамуымен анықталады. Мұнда қозғалмайтын грамм он, қысқа таяқшалар
бактериялары ашуды тездетіп, тек сүт қышқылын түзеді. Сүт қышқылды ашудың
интенсивті жүруінің нәтижесінде әр қарай Lactobacillus Plantorum өзіне
алмасу өнімі сүт қышқылын уландырады және басқа сүт қышқылы бактерияларына
орнын береді.
Сүт қышқылы бактериялары анаэробты микроорганизмдер болып табылады.
Олар ауа бар болғанда да, жоқ болғанда да дамиды, бірақ ашу үдерісі оттегін
алып тастағаннан кейін ғана бастайды.
Жұмыстың өзектілігі :
- Аталған қышқылдар әсіресе сүт қышқылы химиялық, фармацефтикалық, тамақ
өнеркәсібінде алатын орны ерекше;
- Өндіріс жағдайында сүт қышқылы анаэробты ортада ферментация әдісімен
өңдіріледі;
- Негізгі өнім ретінде меласса, сахароза, крахмал гидролизаты
пайдаланылады.
Жұмыстың мақсаты :
- Микробиологиялық әдістер нәтижесінде көмірсулардан, спирттерден және
көмірсутекті қосылыстардан әр түрлі органикалық қышқылдар алуға болады.
- Биотехнология негізінде химиялық өнімдерді алу.
- Органикалық қышқылдарды микробиологиялық әдіспен алу процесінде олардың
продуценті ретінде ашытқылар, саңырауқұлақтар және әр түрлі бактериялар
қатысады.
- Карбон қышқылдар қатысына жататын сірке, пропион, сүт қышқылдары
аталған қышқылдардың алу технологиясы.
Жұмыстың міндеті:
- Органикалық карбон қышқылдарының маңызы мен қасиетін талдау.
- Органикалық карбон қышқылдарының өкілдеріне анықтама беру.
- Сүт қышқылының ашыту процестерін талдау.
- Сүт қышқылының өндіру процестеріне сипаттама беру.
1. Ғылыми әдебиеттерге шолу
Органикалық заттар адамға өте ертеден таныс болды. Себебі адамның
өмір сүруіне ең қажетті заттар – ішетін тағам,киетін киім,жағатын отын,тағы
басқа органикалық заттар еді. Уақыт өте келе адамдар табиғи органикалық
шикізатты өңдеп,өз қажетіне пайдлануды үйрене бастады. Ерте кездің өзінде
–ақ адамдар тамақ пісіруді, тері илеуді, жарақаттарын жазатын дәрілер
(майлар) дайындауды, малдың сүтін өңдеуді, сусындар дайындауды білді.
Бертін келе адамдар өсімдіктерден бояулар алып, тері мен матаны бояуды,
қант өндіруді,сабын жасауды,сірке суы мен өсімдік майын алуды үйренді.
Осылай адамның пайдаланатын заттары көбейіп,өндіретін өнімдерінің саны өсе
берді.
Алғашқы адамдар шығуы тегіне байланысты заттарды минералды, өсімдік
тектес және жануар тектес деп үш топқа бөлді. XIX ғасырдың басында
аналитикалық тәсілдер арқылы өсімдік тектес заттар мен жануар тектес
заттардың құрамдары және қасиеттері ұқсас екені байқалды. Олардың бәрінің
құрамында көміртек атомдары болатыны дәлелденді. Осы кезден бастап заттарды
минералды және органикалық деп екіге бөлді.
Көміртектің қосылыстары туралы ғылым XIX ғасырдың басында пайда
болды. Швед ғалымы Й.Берцелиус 1808 жылы тірі организмнен алынатын заттарды
органикалық заттар деп, ал оларды зерттейтін ғылымды органикалық химия
деп атауды ұсынды. Бірақ ол органикалық заттар ерекше тіршілік күшінің
әсерінен тірі организмдерде ғана пайда болады деп есептеледі. Мұндай
ғалымдардың түсініктері виталистік көзқарас болады (латын vita – өмір
деген сөз) және ол кезде барлық органикалық заттардың негізінде көміртек
атомы жататыны белгісіз болды. Виталистік ілім органикалық заттардың адам
қолымен алынуын жоққа шығарып, органикалық химияның дамуына кедергі
келтірді.[4]
Көп уақыт өтпей-ақ көптеген органикалық заттар синтезделіп, жасанды
жолмен алына бастады. Неміс ғалымы Ф.Велер 1828 жылы бейорганикалық зат –
аммоний цианатынан несепнәрді синтездеді. Сол сияқты орыс ғалымы Н.Зинин
анилинді (1842 ж), неміс ғалымы Г.Кольбе сірке қышқылын (1845 ж), француз
ғалымы М.Бертло майды (1854 ж), орыс ғалымы А.Бутлеров қантты заттарды
(1861 ж) синтездеп алды. Осылай органикалық заттарды да бейорганикалық
заттар сияқты лабораторияда алуға болатыны дәлелденді.[5]
Адамдар өте ертеден күнделікті өмірлерінде органикалық заттарды
қолданды. Бертін келе тамақ пісіріп, теріні илеп, сүттен әр түрлі тағам
алып, жарақатты жазатын майлар, бояғыш заттар, сабын жасап, т.б.
органикалық заттарды өңдеуді үйренді.
Органикалық химия – химия ғылымының ерте қалыптасқан саларының
бірі. Адамдар органикалық заттармен өте ертеден таныс болды. Өсімдік пен
жануарлар майын, қантты және тағы басқа заттарды тағам ретінде пайдаланды,
табиғи бояуларды тұрмыста қолданды. Жеміс жидектерді ашытып, спирт және
сірке қышқылын алды. Ал көміртек қосылыстары туралы ғылым ХІХ ғасырдың
бірінші жартысында ғана пайда болды. Бұл кезге дейін заттарды минералды,
өсімдік текті және жануар текті деп үш топқа бөліп, оларды жеке-жеке
зерттеген.
Қазіргі кезде органикалық химия химияның ең ірі, маңызды саласына
айналды. Органикалық заттардың саны 18 млн асады. Химиялық индустриядағы
өндірістік процестердің көпшілігі органикалық заттарды алуға, өңдеуге
арналған органикалық синтез өндірісі. Органикалық синтез өндірісі дәрі-
дәрмектер, полимер материалдар, бояулар, тағамдақ қоспалар мен косметикалық
заттар, т.б. қосылыстар шығарады.
Тірі организмдердің тіршілік етуіне мүмкіндік беретін және оларда
жүретін процестердің негізділері – органикалық заттардың химиялық
реакциялары. Демек, органикалық химия – тіршілік химиясы.
Органикалық химияның жетістіктеріне сүйіне отырып, биотехнология,
гендік инженерия салалары дамыды. Нәтижесінде, көмірсулар, белоктар,
нуклеин қышқылдары және басқа пайдалы қасиеттері бар заттар қолдан
синтезделіп, тіршілікті адам қажетіне сай өзгертуге болатыны туралы сенім
пайда болды.
Карбон қышқылдарының құрамында көмірсутек радикалымен байланысқан
бір немесе бірнеше карбоксил тобы – СООН болады. Карбон қышқылдарының көп
түрлілігі ондағы карбоксил тобының санына (бір негізді, көп негізді),
радикал табиғатына (қаныққан, қанықпаған, ароматты) және радикалды басқа
функционалдық топтың болуына (гидроксиқышқылдар, аминқышқылдары)
байланысты болады. Карбон қышқылдарының ең қарапайым өкілі - құмырысқа
қышқылы НСООН. Карбон қышқылдары табиғатта кездеседі. Карбоксил тобындағы
оттек пен сутек арасындағы байланыс спирттерге қарағанда әлсіз, сондықтан
сулы ертіндіде карбон қышқылы протонды бөліп, қышқылдық қасиет көрсетеді.
Карбон қышқылдар әлсіз қышқылдар. Қанықпаған карбон қышқылдары еселі
байланысы бойынша қанықпаған қосылыстарға тән реакцияларға, кабоксил тобы
бойынша карбон қышқылдарына тән реакцияларға түседі. Карбон қышқылдары
тұздар, күрделі эфирлер, галоген ангидридтер, жәй ангидридтер түзеді.
Карбон қышқылдарының туындылары өнеркәсіп пен күнделікті тұрмыста кең
қолданылады.[6]
ХІХ ғасырдың аяғында көптеген елдерде органикалық қышқылдарды
микроорганизмдер арқылы алу жұмыстары істеле бастады. Одан кейін сүт
қышқылын, глюкон қышқылын тағы басқа органикалық қышқылдарды
микроорганизмдер арқылы өндіретін өнеркәсіптер ұйымдастырылды. Бұл
өнеркәсіптер тиімді болды да, басқа химиялық үдерістерді ығыстыра
бастады.[7]
Ресейде 1920 ж В.Н.Шапошниковтың басқаруымен микробиологиялық
жолымен сүт, май қышқылдарын өндіру, 1930 жылы ацетон, бутил спиртін өндіру
жолға қойылды. 1925 жылы Г.А.Надсон мен Г.С.Филиппов рентген сәулесінің
микроорганизмдерге мутагендік әсерін ашты, оның маңызы жоғары активті
объектілер алуда зор болды.
Көп ғасырлар бойы адам қоғамы технологияда қолданылатын ғылыми
негіздерді білмей – ақ, бірақ үлкен тәжірибелеріне сүйене отырып, сүт
қышқылды өнімдерді алуда, шарап және сыра, нан пісіруде микробиологиялық
үдерістерді қолданған.
Микробиологиялық үдерістердің ғылымдық негізін Луи Пастер (1822-
1895 ж) ашқан, атап айтқанда айқын тәжірибелерде дәлелденген, яғни ашу және
шіру – бұл химиялық реакциялар тізбегі емес, ол субстратқа
микроорганизмдердің әртүрлі топтарының әсер етуі және микробиологиялық
үрдістер нәтижесінде – микроорганизм түріне байланысты ашу кезінде
органикалық қышқылдар (майды, сүтті, пропионды және басқалары) мен спирттің
жиналуы. Осыдан спирттік, майқышқылды, сүтқышқылды, пропион қышқылды ашу
болады.М.М.Манасейн (1872ж) спирттік ашудың тірі организмдер болмаса да
болатындығын көрсетті.[8]
1769-1780ж К.Шеле таза түрде органикалық қышқылдар шараптық, сүт,
алма, қымыздық сірке, лимон, бензой қышқылдары алынған. 1789 ж Т.Ловиц
сірке қышқылы кристалды түрде алынып,мұзды сіркеқышқылы деп атады.1857 ж
Л.Пастер спирттік ашу, тек тірі ашытқылардың көмегімен болатындығы
дәлелденген. 1950 – 1960 жж Е.И.Квасников сүтқышқылды бактериялардың
физиологиясын іргелі зерттеген.
1847 ж С. Блондо алғаш рет сүт қышқылы – ашу үдерісінің өнімі екенін
көрсетті, ал Луи Пастер бұл ашуды бактериялар туғызатынын дәлелдеді. Сүт
қышқылын микробиологиялық синтез жолмен өндіру 1881 жылдан бері тағам
технологтарына белгілі және үнемі қолданыста. 1954 ж Н.Т.Киселев шұбатты
таза дақылда дайындау әдісін ұсынды. Оның әдісі бойынша шұбат құрамына 3
түрлі микроорганизмдер кіреді: сүт қышқылды таяқшалар Lactobacillus casei,
аздаған мөлшерде сүт қышқылды стрептококктар Streptococcus termophilis
және Torula туысындағы ашытқы саңырауқұлақтар.
1958 ж К.Кулиев шұбатты дайындау әдісіне кішкене өзгеріс
енгізді.Ашытқы құрамына жоғарыдағыдай микроорганизмдер кіреді, бірақ
олардың қатынасы өзгеше -6:2 бөлігі сүт қышқылды бактериялар, 6:4 бөлігі
ашытқы саңырауқұлақтар.
1949 ж М.Г.Курамшина сүт қышқылы бактериялардың коккалы формаларын
зерттеген. Қазақстан қымызындағы 160 сүтқышқылды бактерияларының 35 – і
сүтқышқылды стрептококктар және диплококктар.
1961 ж К.Ч.Маханта башқұрт қымызынан Streptococcus lactis және
Streptococcus termophilis- ті тапты.Т.Т.Гриценко 1964 ж термофильді
бактерияларды бөліп алды,бірақ олар таяқша формалыларға қарағанда көлемде
кездеседі.
С.А.Королев (1876-1932 ж) пен А.Ф.Войткевич (1876-1950 ж) сүт
қышқылы бактерияларының тіршілігін зерттеуде көп жұмыстар жүргізді. Мұның
өзі сүт тағамдарын даярлаудың технологиялық ережелеріне көптеген өзгерістер
енгізді. В.Н.Шапошников және басқа ғалымдар өндірістік жағдайда сүт
қышқылын, ацетонды және бутил спиртін алудың әдісін тапты. Спирт өндіруде
ашытқыларды таза күйінде жеке бөліп алып, оларды өндірісте қайтадан
пайдалану жұмысы Данияның ірі микробиологы Э.Х.Гансеннің есімімен тығыз
байланысты. Сірке қышқылы ашу процесінің күрделі мәселелерін шешуде Гансен
көп еңбек сіңірді.[9]
Микробиология микроорганизмдердің биохимиялық әрекеттерін, қоректік
заттарды өзгертудегі олардың негізгі рөлін қарастырады.Бұл процестердің
ішінде кейбір микроорганизмдер әрекеттерінің, мәселен, қанттың спиртке
дейін ашуының, антибиотиктер мен дәрумендер түзілуінің халық шаруашылығында
зор маңызы бар.Микроорганизмдер тіршілігінің ең бір айқын байқалатын жері
ашыту процесі.Күнделікті көріп жүрген сыра мен түрлі шараптар, басқа да
жоғары сапалы өнімдер, сонымен бірге тағамдардың шіріп, бүлінуі және
көгеруі бәрі де осы микроорганизмдердің әсерінен болады.
Адам баласы микрорганизмдердің тіршілік әрекетін ерте бастан ақ
өздерінің күнделікті тұрмысында пайдалана білген. Олар сүтті ашытып,одан
айран, түрлі жеміс жидектерден шарап, квас және сол сияқты алуан түрлі
тағамдарды дайындай алатын болған.
Микроорганизмдер көмегімен өндірілетін көптеген өнімдердің халық
шаруашылығында маңызы жалпыға мәлім. Спирт, сүт қышқылы, сүт тағамдары,
сірке және май қышқылдары және т.б микроорганизмдер тіршілігінің ақырғы
өнімі.Олар сапалы, жұғымды мал азығын даярлауда ерекше рөл атқарады.
Өндірістік, яғни заводтық жағдайда ашытқы және микроскоптық
саңырауқұлақтар, бактериялар және балдырлар көмегімен өсімдік текті
шикізаттардың, целлюлоза қағаз, спирт, сүт өнеркәсібінің және ауыл
шаруашылық қалдықтарынан, сонымен қатар мұнай парафиндерінен бағалы заттар:
түрлі белоктар,дәрумендер, амин қышқылдары және антибиотиктер өндіріле
бастады.[10]
ХІХ ғасырдың екінші жартысында өнеркәсіптің өрлеуіне байланысты
ғылым мен техника қарқынмен дамыды. Микробиология ғылымында да едәуір
серпіліс байқалды. Микробиология ғылымының көрнекті қайраткері және осы
ғылымның негізін қалаушы француз ғалымы Луи Пастер (1822-1895 ж) табиғатта
және өнеркәсіпте кездесетін ашу процестері микроорганизмдердің әсерінен
болатынын дәлелдеді. Сөйтіп, ол микробиологияда физиологиялық бағыттың
негізін қалады. Луи Пастер ашу процесінің табиғатын жете зерттей отырып,
бұл құбылыстың микроорганизмдер қатысымен жүретінін дәлелдеді. Ол сүт
қышқылы ашу, спирттік ашу процестерін қоздырушы бактерияларды тауып, оларды
жекелеп бөліп алып өсірді. Ашу процесіндегі оттегінің рөлін, онсыз бұл
құбылыстың жүрмейтіні жайында пікір айтып, ашудың химиялық теориясының
негізін салды. Луи Пастер микроорганизмдердің екі тобы болатынын, яғни
аэробты (оттегі бар жерде тіршілік ететін) және анаэробты (оттегінсіз
тіршілік ететін) топтарын ашты. Пастердің бұл жұмысының азық түлік
сақтауда, түрлі ашу процестерінің технологиясын жасауда зор маңызы болды.
Көптеген микробиологиялық әдістер, яғни қоректік ортаны даярлау, он
зарарсыздандыру Пастер еңбегінің жемісі.[11]
1. Органикалық карбон қышқылдарының сипаттамасы
Молекуласында бір немесе бірнеше карбоксил тобы – СООН
бар органикалық заттарды карбон қышқылдары дейді. Карбоксил тобы карбонил
-С=О мен гидроксотоптан – ОН тұрады. Осы екі топтан құралуына байланысты
қышқылдық топ карбоксил деп аталады.
Карбон қышқылдары көміртек тізбектерінің ашық немесе тұйықтығына
және көміртек атомдарының арасындағы байланыстардың түріне қарай қаныққан,
қанықпаған және ароматты деп, ал карбоксил топтарының санына қарай бір,
екі, үш т.б. негізді болып бөлінеді. Олардың кейбіреулері төменде
келтірілген
СН3 – СООН СН3 – (СН2)7 – СН=СН –
(СН2)7 - СООН
Сірке қышқылы
Олеин қышқылы
(қаныққан)
(қанықпаған)
С6 Н5 СООН НООС - СООН
Бензол қышқылы
Қымыздық қышқылы
(ароматты)
(екі негізді)
Карбон қышқылдарының қышқылдық қасиет көрсетуі карбоксил тобындағы
сутектің ерітіндіде оңай үзіліп ионға айналуына байланысты. Оны былай
түсіндіруге болады. Карбонил тобындағы электрон бұлттары электр терістігі
басым оттекке қарай аусады да, көміртек оң зарядталады. Соңдықтан көміртек
өзіне жетіспейтін электрондары гидроксидтегі оттектен тартады. Мұның
нәтіжесінде гидроксидтегі қос электрон бұлты сутектен оттекке қарай ауысады
да екеуінің арасындағы байланыс әлсірейді.
Сондықтан суда еритін карбон қышқылдары сутек ионы мен қышқыл
қалдығына ыдырап электролиттердің қасиеттерін көрсетеді, мысалы:
R – COOH → R − COOˉ+H+
Осы қасиеттеріне байланысты карбон қышқылдары, анорганикалық
қышқылдар сияқты, актив металдармен, сілтілермен, тұздармен әрекеттеседі.
Молекуласында бір карбоксил тобы болатын қосылыстарды бір негізді
карбон қыышқылдары дейді. Бір негізді карбон қышқылдарының жалпы формуласы
Сn Н2n+1 СООН немесе R−COOH.
Бір негізгі қаныққан карбон қышқылдарының гомологтық қатарының
өкілдері:
НСООН СН3 СООН СН3 СН2 СООН СН3 (СН2)2 СООН
құмырсқа сірке
пропион май
қышықылы қышықылы қышықылы
қышықылы
СН3 – (СН2)16 СООН
стеарин қышықылы
Ф и з и к а л ы қ қ а с и е т т е р і. Гомологтық қатардың алғашқы
үшеуі (құмырсқа, сірке, пропион қышқылдары) суда жақсы еритін сұйықтар,
онан кейінгі бесеуі (С4 – С8) суда нашар еритін, май тәрізді сұйықтар, ал
қалғандары суда ерімейтін қатты заттар.
Молекулалық массаларының өсуіне байланысты қышқылдардың қайнау
температуралары артып, тығыздықтары кемиді. Мысалы, құмырсқа қышқылының
қайнау температурасы +8,4˚С, тығыздығы 1,22, ал стеарин қышқылының қайнау
температурасы +69,4˚С, тығыздығы 0,84.
Х и м и я л ы қ қ а с и е т т е р і. Еритін карбон қышқылдары
судағы ерітінділерінде сутек ионы мен қышқыл қалдығына ыдырайды:
R – COOH →R – COO-+H+
CH3 − COOH→CH3COO-+H+
Органикалық қышқылдардың диссоциация дәрежесі аз, сондықтан олар
әлсіз қышқылдарға жатады.
Карбон қышқылдары актив металдармен, негіздік оксидтермен,
негіздірмен әрекеттеседі:
O
O
׀׀
׀׀
Mg + 2H – COOH → H – C – O – Mg – O – C – H + H2
магний формиаты
MgO +2CH3 – COOH → Mg(CH3COO)2 + H2O
магний ацетаты
NaOH + CH3 – CH2 – COOH → CH3 – CH2 – COONa + H2O
натрий
пропионаты
Карбон қышқылдары әлсіз көмір қышқылын оның тұздарынан ығыстырады,
мысалы:
2СН3СООН + СаСО3 → (СН3СОО)2Са + Н2О + СО2
Карбон қышқылдары аммиак пен әрекеттесіп аммоний тұздарын түзеді:
СН3 – COOH + NH3 → CH3 – COONH4
аммоний ацетаты
Карбон қышқылдары, анорганикалық қышқылдар сияқты, белгілі бір
жағдайда су бөліп шығарып қышқылдық оксидтерге және ангидридтерге айналады,
мысалы:
O O
׀׀ ׀׀
CH3 – COOH + COOH – CH3 → CH − C – O – C – CH3 + H2O
сірке ангидриді
Сірке ангидриді сумен әрекеттесіп сірке қышқылын түзеді.
Карбон қышқылдары спирттермен әрекеттесіп күрделі эфирлер түзеді.[12]
А л ы н у ы. Карбон қышқылдарын алудың әр түрлі жолдары бар.
Соларың ішінде маңыздыларының бірі – спиртті альдегидке, онан соң
альдегидті қышқылға тотықтыру:
R – CH2OH + O → R - CОН + H2O
R – CОН + O→R – C ООН
1.2 Карбон қышқылдарының өкілдері
Құмырсқа қышқылы.
Құрылымдық формуласы Н – СООН.
Бұл қышқыл құмырсқа денесінде кездеседі. Ол өткір иісті, улы, суда
жақсы еритін сұйық зат. Қышқылдың қайнау температурасы 100,5 ˚C.
Құмырсқа шаққанда, қалақай шөп тигенде, терінің ашуы олардағы
құмырсқа қышқылының әсерінен болады. Басқа карбон қышқылдарына қарағанда
құмырсқа қышқылы күшті болады. Оның диссоциация дәрежесі фосфор қышқылына
жақындайды.
Карбон қышқылдарына тән химиялық қасиеттерімен бірге құмырсқа
қышқылының өзіне ғана тән қасиеттері де болады. Бұл қасиеттері оның
молекула құрылысына байланысты. Құмырсқа қышқылының құрамында карбоксил
тобы да, альдегид тобы да бар.
Н − СООН
Сондықтан құмырсқа қышқылы басқа қышқылдар сияқты қасиеттер
көрсетумен бірге, альдегидтерге де тән қасиеттер көрсетіп аммиактағы күміс
оксидімен әрекеттеседі:
HCООН + Ag2O → 2 Ag + CO2 + H2O
Құмырсқа қышқылының осы қасиеттерін пайдаланып оны техникада
тотықсыздандарғыш ретінде қолданады.
Техникада құмырсқа қышықылын 6-8 атм. қысымда қыздырылған натрий
гидроксиді мен көміртек (ІІ) оксидін әрекеттестіру арқылы алады:
NaOH + CO → H – CООNa
Түзілген тұздан құмырсқа қышқылын сұйытылған күкіртқышқылы арқылы
ығыстырады:
2H CООNa + H2SO4 → 2HCООН + Na2SO4
Құмырсқа қышқылы әр түрлі органикалық синтездерде, қымыздық қышқылын
алуда, 1%-тік ерітіндісі медицинада қолданылады.
Сірке қышқылы
Құрылымдық формуласы СН3 – С ООН
Сірке қышқылы бір негізді карбон қышқылдарының екінші өкілі.
Сусыз сірке қышқылы мұз сияқты, өткір иісті, қатты зат. Ол 118 ˚C-
та қайнайды, 16,5˚C-та қатады. Суда кез келген мөлшерде ериді. Ол әлсіз
қышқыл. Судағы 70-80%-тік ерітіндісі сірке эссенциясы деп аталады. Ол
қышқылдарға тән барлық қасиеттерді көрсетеді.
Сірке қышқылын өнеркәсіпте ацетиленді гидротациялау арқылы алынған
сірке альдегидін тотықтыру жолымен алады:
H2SO4
СН ≡ СН + Н2О → СН3 – СОН + О → СН3 – СООН
Соңғы кезде өнеркәсіпте сірке қышқылын сұйық бутанды 150-170˚C, 50
атм. қысымда оттекпен тотықтырып алу кең тарап келеді:
2СН3 – СН2 – СН2 – СН3 + 5О2 → 4СН3 – СООН +2Н2О
Сірке қышқылы асқа қосуға, маринад жасауға, көкөністерді
консервілеуге, химия өнеркәсібінде бояғыш заттар, дәрілер жасауға, ацетат
жібегін алуға жұмсалатын сірке ангидридін алуға, бояуларға басытқы ретінде,
тұтанбайтын кинопленкалар т. б. жасауға қолданылады.[13]
Пальмитин және стеарин қышқылдары.
Жоғары молекулалы бір негізді карбон қышқылдарының ішіндегі ең
маңыздылары – пальмитин СН3–(СН2)14–СООН және стеарин қышқылдары
СН3(СН2)16 – СООН.
Бұлар глицериннің күрделі эфирлері түрінде жануарлар мен өсімдіктер
майларының құрамына кіреді.
Бұл қышқылдар балауыз тәрізді ақ түсті, суда ерімейтін қатты
заттар.
Пальмитин және стеарин қышқылдары басқа да бір негізді қышқылдар
сияқты металдармен, негіздік оксидтермен, негіздермен, карбонаттармен
әрекеттеседі.
Бұл қышқылдардың сілтілермен және содамен әрекеттесу реакцияларының
маңызы зор:
C15H31COOH + HONa → C15H31COONa + H2O
2C17H35COOH + Na2CO3 → 2C17H35COONa + H2O + CO2
Бұл реакциялардың нәтижесінде алынған натрий пальмиаты мен стеараты
қатты сабынның негізгі құрамды бөлігі болып кіреді. Бұл тұздар суда жақсы
ериді. Сондықтан да сабын кір жууға қолданылады.
Сабынның өзі күшті негіз бен әлсіз қышқылдардың тұздары
болғандықтан гидролизденіп сілті түзеді. Түзілген сілтінің де өте жақсы кір
кетіргіш қасиеті бар.
Кермек суда сабын заттың кірін кетіре алмайды. Оның себебі сабын
мен кермек судағы магний немесе кальций тұздары әрекеттесіп сабынның
ерігіштік қасиетін жояды:
2C17H35COONa + CaCl2 → (C17H35COO)2Ca + 2NaCl
Пальмитин және стеарин қышқылының калий тұздары сұйық сабындар.
Оларды медицина қолданады.
Екі негізді қаныққан қышқылдар
Ең бірінші өкілі қымыздық қышқылы НООС – СООН немесе Н2С2О4.
Қымыздық қышқылы түссіз, қатты зат. Оның тұздары – оксалаттар (К2С2О4,
СаС2О4 т.б.) табиғатта өсімдіктерде кездеседі. Қымыздық қышқылы мата бояуда
басықты ретінде, аналитикалық химияда қолданылады.
Бір негізді қанықпаған қышқылдар
Құрамында бір қос байланыс бар қанықпаған қышқылдрдың қарапайым өкілі
акрил қышқылы СН2 = СН – СООН. Бұл Қатардың ішіндегі маңыздысы олеин
қышқылы С17Н33СООН немесе СН3 – (СН2)7 – СН = СН – (СН2)7 – СООН. Ол май
тәрізді иіссіз, дәмсіз сұйық. Тығыздығы 0,9 гсм3.
Олеин қышқылы басқа қышқылдар сияқты қасиеттер көрсетумен бірге
құрамында қос байланыс болғандықтан сутек атомдардын қосып алып стеарин
қышқылына айналады:
С17Н33СООН + Н2 → С17Н35СООН
Бұл реакцияның сұйық майларды қатты майларға айналдыруда өнеркәсіпте
практикалық маңызы зор.
1.3 Сірке қышқылы
Сірке қышқылы бір негізді карбон қышқылдарының екінші өкілі.
Сусыз сірке қышқылы мұз сияқты, өткір иісті, қатты зат. Ол 118 ˚C-та
қайнайды, 16,5˚C-та қатады. Суда кез келген мөлшерде ериді. Ол әлсіз
қышқыл. Судағы 70-80%-тік ерітіндісі сірке эссенциясы деп аталады. Ол
қышқылдарға тән барлық қасиеттерді көрсетеді.
Сірке қышқылын өнеркәсіпте ацетиленді гидротациялау арқылы алынған
сірке альдегидін тотықтыру жолымен алады:
H2SO4
СН ≡ СН + Н2О → СН3 – СОН + О → СН3 – СООН =
Соңғы кезде өнеркәсіпте сірке қышқылын сұйық бутанды 150-170˚C, 50
атм. қысымда оттекпен тотықтырып алу кең тарап келеді:
2СН3 – СН2 – СН2 – СН3 + 5О2 → 4СН3 – СООН +2Н2О
Сірке қышқылы асқа қосуға, маринад жасауға, көкөністерді
консервілеуге, химия өнеркәсібінде бояғыш заттар, дәрілер жасауға, ацетат
жібегін алуға жұмсалатын сірке ангидридін алуға, бояуларға басытқы ретінде,
тұтанбайтын кинопленкалар т.б. жасауға қолданылады.
Қаныққан альдегидтердің екінші маңызды өкілі сірке
альдегиді
О
немесе этаналь: СН3 – С .
Н
Сірке альдегиді өткір иісті, түссіз сұйык. 21˚C-та қайнайды. Суда
жақсы ериді.
Сірке альдегиді де құмырсқа альдегиді сияқты жоғарыда көрсетілген
жағдайларда тотығып сірке қышқылына, ал сутек арқылы тотықсызданып этил
спиртіне айналады:
O
O
CH3 – C + Ag2O → CH3 – C + 2Ag
H
OH
O
CH3 – C + H2 → CH3 – CH2 − OH
H
Өнеркәсіпте сірке альдегидін ацетиленді гидратациялау арқылы алады.
Сірке альдегиді өнеркәсіпте катализатор қатысында (PdCl2, CuCl2), 100˚C
температурада және 10 атм. қысымда этиленді тікелей тотықтыру арқылы да
алады:
O
CH2 = CH2 + O → CH3 – C
H
Сірке альдегиді көп мөлшерде сірке қышқылын өндіруге жұмсалады. Сірке
альдегиді тотықсыздандыру арқылы этил спиртін алуға болады. Сондықтан
ацетиленнен сірке альдегидін алу жай заттардан күрделі органикалық заттар
өндірудегі маңызды синтетикалық әдіске жатады.[14]
Табиғатта органикалық заттардың оттегінің әсерінен тотығуы кең
таралған. Бұл процеске де микроорганизмдер қарқынды
қатысады. Әрине олардың қарқыны клеткадағы ферменттердің
болуына байланысты. Егер клеткада тыныс алуға қажетті
ферменттер тобының барлығы болса, органикалық заттар тез
тотығып, олар ең соңғы өнімге дейін ажырайды. Бұған
керісінше ферменттер тобындағылардың кейбіреулері жетіспесе,
ортада аралық азықты органикалық қышқылдар немесе сол сияқты басқа да
заттар түзіледі.
Тотығу процесінің ішінде тұрмыста кең таралғаны сірке қышқылы
ашу процесі. Бұл процестің де биохимиялық табиғатын 1862 жылы Луи Пастер
ашқан болатын. Қандайда болмасын құрамында аздаған мөлшерде спирті бар
(шарап, сыра) сұйықты ауалы жерде қалдырса-ақ болғаны оның бетінде сірке
қышқылы бактерияларынан жұқа қабат пайда болады да, ортада сірке қышқылын
түзеді. Процеcс мына төмендегідей жүреді.
С2Н5ОН + 02 = СНзСООН + Н20
сірке қышқылы
Осы процеске қатысатын микроорганизмді Луи Пастер микодерма ацетил
деп атады .
1-
сурет. Сірке қышқылы бактериясы
Соңғы кездердегі зерттеулерге қарағанда бұл микроорганизм сірке қышқылы
бактерияларының жекеленген үш түрінен тұратыны анықталған.
Сірке қышқылы бактериялары ацетобактер деп аталатын туысқа жататын он бір
түрден тұрады. Негізгі түрі бактериум ацети—қысқа, қозғалмайтын таяқша.
Кейде клеткалары шынжырлана орналасады. Ортада 11 процентке дейін спирт
болса да төзе береді және 6 проценттей сірке суын түзе алады. Оның дамуына
қолайлы температура +34°С.
Сірке қышқылы бактериялары табиғатта кең тараған. Көбінесе олар пісіп
тұрған жеміс-жидектер сыртында, шарапта, сырада, кваста, ашыған көкөніс,
сүрлемде кездеседі. Сірке қышқылы бактерияларының ерекше қасиеті — олар
органикалық заттарды ақырғы өнімдер емес, тек органикалық қышқылдарға дейін
ғана тотықтырады.
Сірке қышқылы бактерияларының бұл қасиетін практикада сірке суын алуда
қолданады. Сірке суы тұрмыста бірқатар мақсатта қолданылады. Онымен
асты дәмдендіреді. Әр түрлі паразит микроорганизмдердің тіршілігін тоқтату
үшін ыстық жақ тұрғындары сірке суды ішетін суға қосады, және тәбет ашу
үшін асқа пайдаланады. Сірке суын түрлі жолдамен өңдіреді. Шарап және сыра
шикізат ретінде алынғанда олардың құрамындағы спирт сірке қышқылы
бактерияларының әсерінен тотығады. Ерте кезде Германияда сіркені күшті
шараптардан даярлайтын болған, ал Франция, Испания және Греция елдерінде
оны жүзім шарабынан өндірген.
Тұрмыста сірке суын қандайда болмасын ашыған жеміс шырындарынан алуға
болады. Бұл кезде алғаш спирт түзіледі де кейін одан сірке қышқылы алынады.
Сапасы жағынан алғанда ең жақсы сірке жүзім шарабынан Француз әдісімен,
басқаша айтқанда Орлеан әдісімен алынады. Бұл әдіспен сірке өндіргенде
алдымен 200 литрлік бөшкелердін, үштен бір көлеміне құрамында таза сірке
бактериялары бар күшті шарап сіркесін құяды. Осыдан кейін әрбір бөшкелерге
10—15 литрден жүзім шарабын қосады. Әрбір жұма сайын бөшкелерге көрсетілген
мөлшерде қайталап жүзім шарабын қосып отырады. Сөйтіп сірке суы бес-алты
жұмада даяр болады. Бірақ бөшкелерден сіркенің барлығын ағызып алмай, тек
10—15 литрін алып, орнын соншама жүзім шарабымен толтырады. Сөйтіп сірке
суын үздіксіз өндіруге мүмкіндік болады. Алынған сірке суынын дәмі де, иісі
де, сапасы да жоғары болады.[15]
Қазір өндірісте негізінен сірке суды өндірудің немістік, яғни оны
өндірудің үздіксіз және тез әдісі қолданылады. Мұнда үлкен бөшкелер немесе
сиымдылығы бірнеше жүз литр болатын чандар алдымен бүк ағашының
жаңғақшаларымен толтырылады. Жаңғақшаларға бөшкелерге салынбас бұрын сірке
суын құяды, одан соң алдын ала даяр тұрған сірке бактериялары жұқтырылады.
Осыдан кейін жаңғақшаларға толы ыдысқа 3 проценттей шарап спиртін, 6
проценттей сірке суын құяды. Сонымен қатар бұған сірке қышқылы
бактерияларының тіршілігіне қажетті қоректік заттар да салынады. Чандардың
төменгі жағында даяр сірке суы ағып тұратын шүмек болады. Бүкіл жаңғақты
бойлап бұл сұйық қоспа төмен ағады. Шүмекке жеткенше ол тотығып сірке суына
айналып та үлгереді. Алынған сірке суы концентрациялы болғандықтан оны
сумен сұйылтады. Мұнда сірке қышқылының концентрациясы 4,5 проценттей болу
керек.
Сірке суын түрлі тағамдарға қосып қоймайды, сонымен қатар оны
көкөністерді, жемістерді консервілеу үшін арнаулы зат — маринадтарды
жасауда да қолданады. Сірке суы қосылған тағам ұзақ уақыт сақталады.
Субстрат толығымен ыдырамай соңғы өнімі көмір қышқыл газы болмай
органикалық қоспа пайда болған аэробты тотығуды толық емес тотығу деп
атайды. Сірке қышқылының өндіру үшін этанолдың толық емес тотығуын негізі
ретінде қолданады:
H2O
CH3CH2OH → CH3CHO → CH3CH(OH)2 → CH3COOH
Этанол ацетальдегид ацетальдегидгидрат сірке қышқылы
Этанол ерітінділері ферменттерінің тотығуы сірке қышқылды бактериялармен
іске асады:Acetobacter aceti, A.xylinum, A.peroxydans; Gluconobacter
oxydans.
Acetobacter мен Gluconobacter – қатал аэробтар, ацидотолерантты (pH
3,0-5,0), 9-10 % этанол ерітіндіге төзімді. Бактериялар қанттар мен
спирттердің толық емес тотығу жолымен органикалық қышқылдарды өндіруге
қабілетті. Этанолдың жоғары деңгейінде, одан бөлінген сірке қышқылы кейбір
микроорганизмдердің тіршілігін сақтағанымен (егер олар қышқылға және
спиртке төзімді болса) өсу қабілетін тоқтатады, яғни сірке қышқылды
бактерияларға элективті жағдай жасайды.
Acetobacter-дің алкогольдегидрогеназасының жоғарғы активтілігі үш
карбон қышқылдар циклі (ҮКЦ) ферментінің төменгі белсенділігімен үлеседі,
ал Gluconobacter-де үшкарбон қышқылдар циклында негізгі ферменті – L
–кетоглютаратдегидрогеназасы мүлдем жоқ.
Этанолдың деңгейі төмендегенде Acetobacter ацетатты қабылдауға
ауысады да бәсеңдеп өсе бастайды,үш карбон қышқылдар циклі көмегімен СО2
дейін тотығады.
Этанолдың көмегімен микроорганизм өскенде фермент сукцинат
дегидрогеназа пайда болмайды, ол фермент ацетатты пайдаланғанда индукция
нәтижесінде түзіледі.
Gluconobacter пентозофосфатты жолмен глюкозаны глицеральдегид – 3
– фосфатқа дейін тотықтырады, ал ол әрі қарай ацетатқа дейін тотығып аралық
өнімдер пируват пен ацетил СоА түзеді.
Биотехнологияда сірке қышқылды бактерияларды витамин C
дайындағанда сорбозаға дейін сорбитті трансформация жасау үшін, глюконат
пен ацетонды синтездеуде қолданады.[16]
Сірке қышқылына дейін этанолдың толық емес тотығуы барысында
қосымша өнімдер пайда болады - арнайы хош иісті заттар және ароматты
күрделі эфирлер , жоғарғы спирттер, басқа органикалық қышқылдар. Сонымен
қатар,спирттік сірке суында 8 амин қышқылдары (аргенин, цистеин, глутамин,
лейцин, фенилаланин, триптофан, тирозин, валин), В тобының дәрумендері (В1-
тиамин, В2-рибофлавин, В3-пантотен қышқылы, В5-никотин қышқылы, В6-
пиродоксин, В9фолий қышқылы, В12-кобаламиндер, Н-биотин) табылған.
Сірке қышқылын ерітілген спирттен (21% ) алады, тағы ашыған алма
шырынынан (сидра), ашытқы сірке суын – бидай ашытқысынан алады, сүттің сары
суынан сарысулық сірке су алуға болады.
Сірке қышқылын дайындау үшін үш тәсіл қолданылады:
- бәсеңдетілген.Технологиялық үрдіс 25 қыздырған сіркесу және 35 шараппен
толтырылған арнаулы ыдыста өтеді. Сіркесу қышқылы ортаның рН төмендетеді,
сондықтан сіркесу қышқылды бактериялардың өсіп-көбеюіне элективтік жағдай
жасайды. Ферментация процесі аяқталғанда ыдыстан ашыған сұйықтықтың 10%
құйып алады, ал оның орнына сондай көлемде шарап құяды ж.т.б.
- жылдамдатылған сірке қышқылды бактерияларды бекіткен (адсорбциялаған,
иммобилизацияланған) ағаш жанқалары арқылы этанол ерітіндісін өткізеді, бұл
кезде бактериялар, ауа және этанол бір-бірімен қатынас жасайды; стерилді
ауа немесе оттегіні бағытқа қарсы жібереді. Бактериялардың қоректенуіне
ортаға сусло және минералды тұздарды қосады. Үш тәулік ішінде 80% этанол 12
пайыздық (%) сірке қышқылына тотығады .
- тереңділік ферментация биореакторларда араластырылатын және
аэрацияланатын жартылай үздіксіз процесс 27-32°С температурада өтеді.
Сірке су қышқылы тамақ өндірісінде органикалық бояуларды еріту үшін,
пластмасса, синтетикалық талшықтар, каучук алуға қолданады. Техникада
қолданатын сірке суын химиялық тәсілмен алады, кейін ол ацетон, ацетилен,
синтетикалық бояулар өндірісінде іске асады.
Тағамдық немесе аспаздық сірке су – бұл бентонитпен (сірке қышқылды
бактерияларды біріктіреді) тазартылған 5-9 % сірке қышқылының ерітіндісін,
пастеризацияланған. Сірке суы – тағамдық қоспа және ет пен жеміс өнімдерін
сақтайтын консервант.
Сірке суы деп-судағы сірке қышқылының 5-9% ертіндісі аталады. Ол
сірке қышқылынан қарағанда қышқыл шарапта бірінші болып табылды.Кейін сірке
суын аса маңызды сірке қышқылдық бактериялардын көмегімен спирт ертіндісін
ашыттыру арқылы ала бастады. Ашытылған ертінді айдау нәтижесінде 70-
80%сірке қышқыл ертіндісін сірке эссенциясын алады. Сусыз немесе мұзды
сірке қышқылының 99,8%болып келеді. Сірке қышқылы ас қосуға, маринад
жасауға, химия әнеркәсібінде, бояғыш заттар, дәрілер жасауға, ацетат
жібегін алуға жұмсалатын сірке ангедридін алуға, бояуларға басыпқы
ретінде,тұтанбайтын кинопленкалар тағы басқа жасауға қолданады. Сірке
қышқылды бактериялар Acetobacter туысына жатады. Ол ұзындығы 0,5-0,8мкм
кері әсерлі болып,споралы таяқша түзеді. Сірке қышқылы реакциясының пайда
болуын алькогольоксидаз ферменті катализдейді. Бұл кезде реакция теңдеуі
мынадай болады:
CH 3CH 2OH+O2 → CH 3COOH+H 2O+490кДЖ
Бұл процесс үшін pH=3 реакция ортасы және Bact.Schutzenbachi
культурасы үшін 28оС температура Bact.curvum культурасы үшін 35-37оС
температурасы оптимальды. Спирттің ортадағы концентрациясы 7-15%,қышқылдың
соңғы концентрациясы 8-14%(орташа 10%). Егер ашу процесі кезінде спирт
мөлшері толық жұмсалған болса,ондай жағдайда CO2 және H2O бөлінеді:
CH 3CH 2OH+O2 → 2CO 2+2H 2O
Процесс соңында ортада қолданылмаған спирттің 0,3-0,5%қалуын
бақылауға болады. Ашу уақытында жақсы аэрацияны қамтамасыз ету қажет-теория
бойынша спирттің массасы бойынша 46 бөлігінде оттегінің 32 бөлігі қажет.
Өндірісте сірке қышқылының ашуын тоқтатусыз әдіс бойынша
генераторда жүргізеді.
Генератордың диаметрі 1-3м,ұзындыгы 2,5-6м болып келеді.
Генераторды ағаштан, керамикадан, шыны әйнектен,темір бетоннан жасайды.[17]
1.4 Пропион қышқылы.
Пропион қышқылының бактериясы Propionibacterium freudenreichii
пропион қышқылын CH3-CH2-COOН продуцерлейді. Бұл процесті пропион қышқыл
бактериялар қоздырады. Пропион қышқыл бактерияларды алғашқы рет швейцар
ірімшігінен (эмменталь сүзбе) Шерман (1921) мен Фреуденрейх (1907) бөліп
алды. Оларды алғашқыда Propionibacterium shermanii және Propionibacterium
freudenreichii деп атады. Бұл екі түрдің арасында айырмашылықтармен қатар
көптеген ұқсастықтар табылды. Сол себептен екеуінде Propionibacterium
freudenreichii туысына жатқызды, ал айырмашылықтары бар бактериялар түр
тармақтары болып қалды: P.freudenreichii subsp. freudenreichii.
P.freudenreichii subsp. shermanii, P.freudenreichii subsp. globolus.
Пропион қышқыл бактериялар грам он, плеоморфты таяқша, анаэробты не
микроаэротолерантты болады. Олар қанттар мен лактатты, глицерин мен
аминқышқылдарды пропион қышқылына дейін ашытады. Глюкоза Эмбден Мейергоф
жолымен пирожүзім қышқылына дейін ыдырайды. Ал пирожүзім қышқылынан пропион
қышқылының пайда болу жолы алғашқыда қарастырылған жолдардан өзгеше
болады.
Пирожүзім қышқылы
1
СО2
Метилмалонил СоА
Оксалацетат
Пропионил СоА
6
2
Сукцинил СоА
Малат
3
Фумарат 5
Пропион
қышқылы
4
Сукцинат
1 – сызба нұсқа. Пропион қышқылы пайда болуының метилмалонил – СоА жолы.
Ферменттер:1)Метилмалонил - СоА - карбокситрансфераза;
2)Малатдегидрогеназа; 3)фумараза;4)фумаратредуктаза;5)СоА -
трансфераза;6)метилмалонил - СоА- мутаза
Пропион қышқылын анаэробты жағдайда терең культиверлеу әдісі
арқылы алады. Құрамында 2%глюкоза және органикалық азотты заттар бар орта
қолданылады. Бұл процесс нейтральды ортада,температурасы 30оС болатын 7-12
тәулік бойы жүреді. Ашу процесі рН=7 кезінде пропион, сірке қышқылы
жиналады және көмірқышқыл газы бөлінеді. Қышқылдардың пайда болуына шамамен
75% қант, ал көмірқышқыл газдардың пайда болуына 20%қант қолданылады.[18]
Пропион кышқылы ашу процесіне қатысатын Ргоріоnіbасterium туысына
жататын микроорганизмдер кантты, сүт қышқылын және оның тұздарын пропион
қышқылына айналдырады. Ашу процесі аяқталғаңда ортада пропион қышқылынан
баска сірке қышкылы, көмір қышқыл газы және су түзіледі. Пропион
қышкылы ашу процесі мына төмендегі реакция бойынша жүреді:
ЗС6НІ2О6 → 4СН3СН2СООН + 2СН3СООН +
қант пропион қышқылы сірке қышқыл
+2С02 + Н20 + 4 ккал
энергия
Бұл ашу процесі гетероферментативті сүт қышқылы ашу процесіне тым ұқсас,
бірақ мұнда ортада түзілген сүт қышқылы реакцияның ақырғы өнімі емес, ол
аралық өнім. Одан әрі сүт қышкылы пропион қышқылына айналады:
ЗСНзСНОН + 4Н → 2СН3СН2СООН + Н20
сүт
пропион
қьшқылы қышқылы
Бұл процесті қоздыратын пропион қышқылы бактериялары, яғни
Васterium acidopropionici деп атайды.
Олар анаэроб микроорганизмдерге жатады. Өніп өсуі қолайлы
температура. Ашу процесінің энергия көзі ретінде олар қантты, органикалық
қышқылдарды, спиртті тағы басқа да органикалық косылыстарды пайдаланады.
Пропион қышқылы бактериялары көмірсуларын Эмбден-Мейергоф-Парнас сызба
нұсқасы бойынша пирожүзім қышқылына дейін ашытады.
Сыртқы орта жағдайларына байланысты түзілген пирожүзім қышқылы
сірке ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz