Пропионовокислое брожение
Процесс разложения молочной кислоты и её солей до пропионовой и уксусной кислот, углекислого газа и воды называется пропионовокислым брожением. Последнее протекает по реакции:
Возбудителем этого процесса являются пропионовокислые бактерии Bact. acidi propionici — неподвижные, бесспоровые короткие палочки, окрашивающиеся по Граму. Это облигатные анаэробы. Они часто встречаются в молоке, а также входят в состав почвенной микрофлоры.
Кроме молочной кислоты и её солей, они способны сбраживать отдельные сахара, а один из видов — Propioni bacterium technicum может сбраживать даже крахмал и гликоген. Химизм этого брожения аналогичен химизму спиртового и молочнокислого брожения. Молочная кислота здесь является промежуточным продуктом.
Пропионовокислое брожение используется в производстве сыра и для изготовления пропионовой кислоты, применяемой в технике. При совместном развитии молочнокислых и пропионовокислых бактерий в сыре образуется пропионовая кислота и выделяется углекислый газ, обусловливая образование сырных глазков. Своеобразный острый вкус и запах сыра обязаны присутствию пропионовой кислоты.
Маслянокислое брожение
Так называется процесс превращения сахара микроорганизмами в анаэробных условиях в масляную кислоту, углекислый газ и водород по уравнению:
В качестве побочных продуктов при маслянокислом брожении образуются ацетон, бутиловый спирт, этиловый спирт, уксусная кислота. Химизм маслянокислого брожения будет рассмотрен совместно с ацетонобутиловым брожением. Природа маслянокислого брожения была установлена Луи Пастером в 1861 г. Возбудителем этого брожения являются маслянокислые бактерии — подвижные крупные палочки величиной от 3 до 12 микрон, спорообразующие облигатные анаэробы. Известно большое число видов маслянокислых бактерий, из которых наиболее распространены Clostridium butyricum и Clostridium Pasteurianum. Последний обладает способностью усваивать азот воздуха.
В отличие от дрожжей и молочнокислых бактерий, маслянокислые бактерии способны сбраживать не только моносахариды и дисахариды, но и более сложные углеводы — крахмал, декстрины, пектиновые вещества, а также глицерин и соли молочной кислоты.
Маслянокислые бактерии широко распространены в природе. Они очень часто встречаются в почве, навозе, загрязнённой воде, молоке, сыре, на зёрнах злаков, гороха. В силу широкой распространённости маслянокислых бактерий маслянокислое брожение имеет большое значение в природе при круговороте веществ. Оно может принести и большой вред народному хозяйству, являясь причиной массовой порчи картофеля и овощей, прогоркания молока, порчи консервов, вспучивания сыров.
На маслянокислом брожении основано техническое производство масляной кислоты, которая используется для приготовления фруктовых эссенций (её сложные эфиры имеют приятный запах).
В качестве сырья для производства масляной кислоты используется картофель, низкосортная мука, отходы крахмалопаточного и сахарного производств. Для нейтрализации образующейся кислоты в затор вносят мел, после чего затор нагревают до кипения, затем охлаждают до 40° и вносят чистую культуру маслянокислых бактерий. Иногда даже не пользуются чистой культурой, а в горячий затор вносят элективную культуру; вегетативные формы при этом погибают, а споры маслянокислых бактерий, как более устойчивые, выживают. Брожение проводят при температуре 40° в течение 8—10 суток. Масляной кислоты образуется 4,5—5%. Высокий выход масляной кислоты достигается при условии нейтральной реакции среды. Если же реакция среды будет кислая, то маслянокислое брожение превращается в ацетонобутиловое.
Ацетонобутиловое брожение
В отличие от маслянокислого, ацетонобутиловое брожение протекает в кислой среде. При этом главными продуктами будут ацетон и бутиловый спирт, а побочными — этиловый спирт, масляная и уксусная кислоты. В качестве газообразных продуктов, как и при маслянокислом брожении, выделяются углекислый газ и водород.
Возбудителями ацетонобутилового брожения являются разновидности маслянокислых бактерий. Они сбраживают все углеводы, кроме клетчатки.
Химизм ацетонобутилового и маслянокислого брожений
Исследования В. Н. Шапошникова и других показали, что это брожение проходит в две фазы. 1. Кислотная фаза. В это время усиленно размножаются бактерии, и в среде накапливаются масляная и уксусная кислоты. 2. Ацетонобутиловая фаза, в течение которой кислотность уменьшается, уксусная кислота переходит в ацетон, а масляная кислота — в бутиловый спирт. В зависимости от условий ведения процесса можно подавлять то первую фазу брожения, то вторую и получать накопление тех или иных продуктов. Первые стадии превращения сахара вплоть до образования уксусного альдегида и углекислого газа протекают, как и при спиртовом брожении. Затем уксусный альдегид под влиянием фермента карбоксилазы вступает в реакции альдольной конденсации. 
Ацетальдоль, или альдегид бета-оксимасляной кислоты, впоследствии превращается в масляную кислоту.
Кроме этого, между двумя молекулами альдоля имеет место окислительно-восстановительная реакция, в процессе которой образуется два новых вещества — бета-оксимасляная кислота и бета-оксибутиловый спирт.
Бета-оксимасляная кислота отщепляет водород и переходит в ацетоуксусную кислоту, которая распадается на ацетон и углекислый газ.
Бета-оксибутиловый спирт восстанавливается до нормального бутилового спирта:
Часть уксусного альдегида вступает в окислительно-восстановительную реакцию, образуя этиловый спирт и уксусную кислоту:
Имеет также место окислительно-восстановительная реакция между ацетальдолем и уксусным альдегидом, что приводит к образованию бета-оксибутилового спирта и уксусной кислоты.
Образование уксусной кислоты имеет важное значение, так как в результате взаимодействий двух молекул уксусной кислоты или же одной молекулы уксусной кислоты с одной молекулой уксусного альдегида образуется ацетоуксусная кислота, которая затем расщепляется на ацетон и углекислый газ:
Конечный результат этого брожения можно выразить следующим суммарным уравнением: 
С помощью применения меченых атомов углерода было доказано, что образование ацетона идёт именно через уксусную кислоту, а бутилового спирта — в основном через масляную кислоту.
Промышленное использование ацетонобутилового брожения
Впервые промышленное производство ацетона и бутилового спирта было организовано англичанами в Индии в 1914 г В США оно начато с 1916 г. В СССР промышленное производство этих веществ путём брожения было осуществлено в 1935 г. Ф. М. Чистяковым и В. Н. Шапошниковым.
Сырьём для ацетонобутилового брожения являются кукуруза, рис или картофель. Брожение ведут на чистой культуре бактерий при тщательном микробиологическом контроле, в строго определённых условиях: температура 38°, реакция среды кислая, концентрация затора 8%. Брожение длится 36—40 часов. О ходе брожения судят по интенсивности выделения газов и по изменению кислотности. Выделение газов начинается примерно через шесть часов после введения чистой культуры и становится наиболее интенсивным через 26—28 часов, после чего замедляется. Кислотность достигает своего максимума через 18 часов, после чего резко понижается вследствие образования нейтральных продуктов-растворителей: бутилового спирта, ацетона и этилового спирта.
Более половины сброженного сахара идёт на образование газообразных продуктов (углекислого газа и водорода) и только 33—35% сахара на образование ацетона, бутилового и этилового спиртов. Последние образуются в следующих соотношениях: на 6 частей бутилового спирта 3 части ацетона и 1 часть этилового спирта. Большое практическое значение ацетоно-бутилового брожения объясняется широким применением его продуктов — ацетона и бутилового спирта.
