Содержание  эфиров в бродящем сусле дрожжегенераторов при однопоточном сбраживании составляет в среднем 0,25 г/л, в 1-м бродильном аппарате 0,31 ив зрелой бражке 0,24 г/л, при двухпоточном сбраживании — соответственно 0,11, 0,18 и 0,11 г/л. В зрелой бражке эфиров накапливается 1,5...2,5 г/л.

      Содержание  альдегидов в процессе однопоточного  сбраживания уменьшается с 0,28—0,38 мл/л производственных дрожжей до 0,08...0,16 мл/л зрелой бражки. В пересчете на 1 л спирта в бражке содержание альдегидов уменьшается с 13...20 до 0,9...2,5 мл. При двухпоточном сбраживании количество альдегидов: в производственных дрожжах 0,08...0,15 мл/л (3...8 мл/л спирта), в бражке 1-го бродильного аппарата 0,25...0,3 г/л (8...10 мл/л спирта) и в зрелой бражке 0,1...0,15 мл/л среды (1...2,5 мл/л спирта).

      Высшие  спирты накапливаются в период всего  процесса брожения, но в конце его — с меньшей скоростью. В производственных дрожжах содержание высших спиртов составляет 0,2...0,3 мл/л (5...8 мл/л спирта), в зрелой бражке — 0,3...0,55 мл/л (5...6 мл/л спирта).

      При однопоточном сбраживании в бражке высших спиртов больше, чем при  двухпоточном.

      Глицерин  синтезируется в основном на стадиях  дрожжегенерирования и главного брожения. При двухпоточном сбраживании на первой из этих стадий глицерина образуется значительно меньше (0,15 г на 100 мл), чем при однопоточном (0,41 г на 100 мл), что объясняется более высокой кислотностью сусла в дрожжегенераторах при двухпоточном ведении процесса. В зрелой бражке глицерина также меньше на 26...30 %.

      При двухпоточном способе сахар сбраживается полнее, меньше образуется вторичных продуктов, дрожжи находятся в более активном физиологическом состоянии, вследствие чего выход спирта из 1 т условного крахмала на 1... 1,5 дал выше, чем при однопоточном. Кроме того, двухпоточный способ имеет и другие преимущества: возможность отобрать для дрожжегенерирования лучшую по качеству мелассу, создать более благоприятные условия для размножения дрожжей, уменьшить объем дрожжегенераторов, полнее использовать газообразный диоксид углерода для получения жидкого диоксида углерода, облегчить регулирование процесса сбраживания мелассы.

      Однопоточный  способ рекомендуется только для  тех спиртовых заводов, которые используют дрожжи, выделенные из зрелой бражки, в качестве хлебопекарных.

      Потери  крахмала при однопоточном сбраживании  составляют 181,5 кг, при двухпоточном — 158,1 кг на 1 т перерабатываемого условного крахмала. Разность между потерями 23,4 кг, или 2,1 %.

      Разработку  и внедрение усовершенствованного однопоточного сбраживания с  размножением и накоплением биомассы дрожжей в отдельном потоке сусла  с низкой концентрацией сухих  веществ (16... 17 %) и компенсацией концентрации их путем добавления неразбавленной мелассы во втором потоке в батарею  можно оценить как попытку возврата к двухпоточному способу брожения

      ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ БРОЖЕНИЯ

      Технологические показатели основного сусла и  бражки приведены в табл. 33. Концентрацию сухих веществ в сусле регулируют (вручную или автоматически) так, чтобы в зрелой бражке содержалось 9...9,5 об. % спирта. В бражке каждые 4 ч определяют видимую концентрацию сухих веществ и кислотность. Крепость, истинную концентрацию сухих веществ, содержание не- сброженного сахара и биомассу дрожжей в зрелой бражке определяют один раз в смену.

      Если  из зрелой бражки не выделяют хлебопекарные  дрожжи, то в 1 л бражки их должно быть 18...22 г (при большем содержании снижается выход спирта), если выделяют дрожжи, то 25...35 г.

      Количество  несброженного сахара в зрелой бражке, определенное колориметрическим методом с применением резорцина, не должно превышать 0,2 %.

     Регуляция дыхательного обмена

     Потребности организма в энергии и метаболитах  непрерывно меняются в зависимости от этапа его развития и от условий среды, в которых он находится. В соответствии с этим на протяжении развития организм способен изменять метаболизм, приспосабливаясь к изменяющимся условиям. Вместе с тем организме сохраняется взаимосвязанность всех процессов обмена. Все это достается с помощью имеющихся в организме и клетке специфических регулярных механизмов. Подобные механизмы существуют и для регуляции путей дыхательного обмена. Нерегулируемое дыхание может привести к бесполезной трате сухого вещества. Рассмотрим некоторые регуляторные механизмы.

     В присутствии кислорода пировиноградная  кислота претерпевает превращения  по пути аэробного дыхания и перестает  служить субстратом для процесса брожения (эффект Пастера). Это связано с тем, что для процесса брожения необходим НАДН. Между тем в аэробных условиях НАДН окисляется в дыхательной цепи и, следовательно, не может быть использован на восстановление пирувата до спирта. В результате под влиянием кислорода процесс брожения затормаживается. В аэробных условиях уменьшается и скорость гликолиза, так как образуются значительные количества АТФ в процессе окислительного фосфорилирования. Образовавшаяся АТФ тормозит активность фермента фосфофруктокиназы. По-видимому, под влиянием АТФ меняется конфигурация данного фермента. В связи с этим тормозится одна из первых реакций гликолиза — превращение фруктозо-6-фосфата во фруктозо-1,6-дифосфат. Эта регуляция имеет большой биологический смысл, так как ставит расход сахара в зависимость от накопления АТФ. При большем расходе АТФ ее содержание падает, а гликолиз ускоряется, при накоплении АТФ гликолиз тормозится. Отношение АДФ к АТФ имеет регуляторное значение и для реакций цикла Кребса. Многие дегидрогеназы активируются под влиянием АДФ и одновременно ингибируются высокими концентрациями АТФ. Здесь также проявляется способность организма к регуляции своего энергетического обмена.

     Важное  значение имеет регулирование с помощью конечных продуктов реакций. Так, при замедлении подачи активного ацетата (ацетил-КоА) в цикле Кребса щавелевоуксусная кислота накапливается. Это ингибирует активность фермента малатдегидрогеназы и тем самым приостанавливает работу цикла Кребса, предупреждая полное превращение всех интермедиатов цикла в ЩУК. Физиологи придают большое значение регуляции соотношения распада глюкозы (гликолитический или пентозофосфатный путь). Исходным материалом, как для того, так и для другого пути служит глюкоза, поэтому в большинстве случаев между этими двумя процессами имеются конкурентные взаимоотношения. Преимущественное осуществление того или иного пути связано с тем, какой из ферментов — глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа или фосфогексокиназа — образуется в первую очередь и в большем количестве. Возможно, что этот тип регуляции осуществляется на уровне генома.

     Различают местную и общую регуляцию.

     Местная регуляция осуществляется путём  изменения активности ферментов  под действием различных метаболитов  внутри клетки.

     Регуляция гликолиза в целом, сразу для  всего организма, происходит под  действием гормонов, которые, влияя через молекулы вторичных посредников, изменяют внутриклеточный метаболизм.

     Важное  значение в стимуляции гликолиза принадлежит инсулину. Глюкагон и адреналин являются наиболее значимыми гормональными ингибиторами гликолиза.

     Инсулин стимулирует гликолиз через:

• активацию гексокиназной реакции;
• стимуляцию фосфофруктокиназы;
• стимуляцию пируваткиназы.

     Также на гликолиз влияют и другие гормоны. Например, соматотропин ингибирует ферменты гликолиза, а тиреоидные гормоны являются стимуляторами.

     Регуляция гликолиза осуществляется через  несколько ключевых этапов. Реакции, катализируемые гексокиназой (1), фосфофруктокиназой (3) и пируваткиназой (10) отличаются существенным уменьшением свободной энергии и являются практически необратимыми, что позволяет им быть эффективными точками регуляции гликолиза.

     Регуляция гексокиназы

     Гексокиназа ингибируется продуктом реакции — глюкозо-6-фосфатом, который аллостерически связывается с ферментом, изменяя его активность.

     По  причине того, что основная масса  Г-6-Ф в клетке производится путём  расщепления гликогена, гексокиназная реакция, по сути, для протекания гликолиза не является необходимой, и фосфорилирования глюкозы в регуляции гликолиза исключительной важности не имеет. Гексокиназная реакция является важным этапом регуляции концентрации глюкозы в крови и в клетке.

     При фосфорилировании глюкоза теряет способность транспортироваться через мембрану молекулами-переносчиками, что создаёт условия для накопления её в клетке. Ингибирование гексокиназы Г-6-Ф ограничивает поступление глюкозы в клетку, предотвращая её чрезмерное накопление.

     Глюкокиназа (IV изотип гексокиназы) печени не ингибируется глюкозо-6-фосфатом, и клетки печени продолжают накапливать глюкозу даже при высоком содержании Г-6-Ф, из которого в дальнейшем синтезируется гликоген. По сравнению с другими изотипами глюкокиназа отличается высоким значением константы Михаэлиса, то есть на полную мощность фермент работает только в условиях высокой концентрации глюкозы, которая бывает почти всегда после приёма пищи.

     Глюкозо-6-фосфат может превращаться обратно в  глюкозу при действии глюкозо-6-фосфатазы. Ферменты глюкокиназа и глюкозо-6-фосфатаза участвуют в поддержании нормальной концентрации глюкозы в крови.

     Регуляция фосфофруктокиназы

     Интенсивность протекания фосфофруктокиназной реакции решающим образом сказывается на всей пропускной способности гликолиза, а стимуляция фосфофруктокиназы считается наиболее важным этапом регуляции.

     Фосфофруктокиназа (ФФК) — это тетрамерный фермент, существующий поочерёдно в двух конформационных состояниях (R и T), которые находятся в равновесии и попеременно переходят из одного в другое. АТФ является одновременно и субстратом, и аллостерическим ингибитором ФФК.

     В каждой из субъединиц ФФК имеется  по два центра связывания АТФ: субстратный  сайт и сайт ингибирования. Субстратный  сайт одинаково способен присоединять АТФ при любой конформации тетрамера. В то время как сайт ингибирования связывает АТФ исключительно, когда фермент находится в конформационном состоянии T. Другим субстратом ФФК является фруктозо-6-фосфат, который присоединяется к ферменту предпочтительно в R-состоянии. При высокой концентрации АТФ сайт ингибирования занимается, переходы между конформациями фермента становятся невозможными, и большинство молекул фермента оказываются стабилизированными в T-состоянии, неспособном присоединить Ф-6-Ф. Однако ингибирование фосфофруктокиназы АТФ подавляется АМФ, который присоединяется к R-конформациям фермента, стабилизируя таким образом состояние фермента для связывания Ф-6-Ф.

     Наиболее  важным же аллостерическим регулятором гликолиза и глюконеогенеза является фруктозо-2,6-бифосфат, который не является промежуточным звеном этих циклов. Фруктозо-2,6-бифосфат аллостерически активирует фосфофруктокиназу.

     Синтез  фруктозо-2,6-бифосфата катализируется особым бифункциональным ферментом — фосфофруктокиназой-2/фруктозо-2,6-бифосфатазой (ФФК-2/Ф-2,6-БФаза). В нефосфорилированной форме белок известен как фосфофруктокиназа-2 и имеет каталитическую активность по отношению к фруктозо-6-фосфату, синтезируя фруктозо-2-6-бифосфат. В результате чего значительно стимулируется активность ФФК и сильно ингибируется активность фруктозо-1,6-бифосфатазы. То есть при условии активности ФФК-2 равновесие этой реакции между гликолизом и глюконеогенезом смещается в сторону первого — синтезируется фруктозо-1,6-бифосфат.

     В фосфорилированном виде бифункциональный фермент не обладает киназной активностью, а наоборот в его молекуле активируется сайт, который гидролизует Ф2,6БФ на Ф6Ф и неорганический фосфат. Метаболический эффект фосфорилирования бифункционального фермента состоит в том, что аллостерическая стимуляция ФФК прекращается, аллостерическое ингибирование Ф-1,6-БФазы ликвидируется и равновесие смещается в сторону глюконеогенеза. Продуцируется Ф6Ф и затем — глюкоза.

     Взаимопревращения бифункционального фермента осуществляются цАМФ-зависимой протеинкиназой (ПК), которая в свою очередь регулируется циркулирующими в крови пептидными гормонами.

     Когда в крови снижается концентрация глюкозы, тормозится также и образование инсулина, а выделение глюкагона напротив стимулируется, и его концентрация в крови резко повышается. Глюкагон (и другие контринсулярные гормоны) связываются с рецепторами плазматической мембраны клеток печени, вызывая активацию мембранной аденилатциклазы. Аденилатциклаза катализирует превращение АТФ в циклический АМФ. цАМФ связывается с регуляторной субъединицей протеинкиназы, вызывая высвобождение и активизацию её каталитических субъединиц, которые фосфорилирует ряд ферментов, включая и бифункциональную ФФК-2/Ф-2,6-БФазу. При этом в печени прекращается потребление глюкозы и активизируются глюконеогенез и гликогенолиз, восстанавливая нормогликемию.