Физико-химические основы квашения

Квашение — это способ консервирования, основанный на сбраживании Сахаров в растительном сырье молочнокислыми бактериями. Консервантом в данном случае является накапливающаяся молочная кислота.

В зависимости от вида консервируемого сырья, его состава, особенностей микрофлоры, применяемой технологии процесс квашения протекает по-разному.

В капусте, эпифитная микрофлора которой представлена различными видами молочнокислых бактерий, консервирование происходит за счет накапливающейся при брожении молочной кислоты. Соль необходима только в начале брожения — для извлечения клеточного сока из сырья. При переработке других видов растительного сырья (огурцы, томаты, корнеплоды и др.) происходит меньшее накопление молочной кислоты, поэтому применяется более высокая концентрация соли, кроме того, используется более широкий ассортимент специй. Такой способ переработки принято называть засолом.

Аналогичный способ переработки плодов и ягод называют мочением. Данное сырье содержит большее количество Сахаров по сравнению с овощами. Для консервирования используют специальные заливки, содержащие не только соль, но и сахар. Консервирование происходит за счет совместного молочнокислого и спиртового брожения.

Независимо от применяемых терминов принципиальной разницы между квашением, засолом и мочением нет. В их основе лежат аналогичные физические процессы и биохимическое изменение свежего сырья, позволяющие значительно удлинять сроки хранения плодов и овощей.

Из физических процессов при квашении наблюдаются явления осмоса и диффузии. Вызывает эти процессы добавляемая в сырье соль. Она повышает осмотическое давление во внешней среде, окружающей растительные клетки. В результате осмоса клеточный сок устремляется в сторону большей концентрации веществ и вытекает из тканей. Это явление называется плазмолизом. Как правило, явление плазмолиза наблюдается в начале процесса квашения и вызывает уменьшение массы и объема сырья. Процесс диффузии проявляется несколько позднее, когда начинают уравниваться концентрации веществ вне и внутри клеток. Клеточная стенка растений — это фактически полупроницаемая мембрана, через которую благодаря диффузии происходит взаимообмен растворенными веществами. В результате диффузии объем и масса овощей частично восстанавливается. Этому способствует и постоянное стремление клеток поддерживать необходимый тургор, т. е. определенное давление цитоплазмы на клеточную стенку и наоборот.

Физические процессы при квашении овощей выполняют как бы вспомогательную функцию. Основа квашения — это биохимические процессы. Комплекс этих процессов принято называть ферментацией. Преобладающий микробиологический процесс — молочнокислое брожение. Вся технология квашения направлена на то, чтобы всячески способствовать этому процессу.

Молочнокислые бактерии находятся на поверхности овощей и составляют их естественную микрофлору. Особенно хорошо обсеменены молочнокислыми бактериями, преимущественно рода Lactobacillus, внутренние листья кочана капусты. Основными возбудителями молочнокислого брожения при квашении капусты являются L. brevis и L. pentoaceticus (по старой классификации — Bacillus brassicae fermentatae). Наряду с молочнокислыми бактериями в сбраживании капусты принимают участие ряд других бактерий и дрожжей.

Молочнокислое брожение в огурцах вызывает L. plantarum (=Bacillus cucumeris fermentati).

В настоящее время достаточно хорошо изучен процесс ферментации при квашении капусты. По преимущественному развитию той или иной группы микроорганизмов и протекающим реакциям весь процесс ферментации делят на четыре стадии.

На первой стадии развивается одновременно вся микрофлора капусты. В основном это палочковидные микроорганизмы семейства Pseudomonas, Enterobacter cloacae, Flavo- bacterium rhenanum (= Erwinia herbicola), кокки и другие газо- и кислотообразующие бактерии. Большинство из них активно потребляют кислород и тем самым создают благоприятные условия для последующего развития анаэробных молочнокислых бактерий. В этой стадии накапливается небольшое количество молочной кислоты, но уже образуются муравьиная, уксусная и янтарная кислоты, выделяется большое количество углекислого газа и водорода, вызывая сильное пенообразование.

На второй стадии ферментации аэробная микрофлора постепенно уступает место анаэробам. Начинают развиваться гетероферментативные молочнокислые бактерии Leuconostoc mesenteroides, концентрация молочной кислоты достигает 1 %. Накапливаются также уксусная кислота, этиловый спирт, маннит, различные эфиры. Все эти вещества участвуют в формировании вкуса и запаха продукта.

Длительность первых двух стадий — от 3 до 6 сут.

Третья стадия считается основной консервирующей. В этот период идет максимальное накопление молочной кислоты с участием гомоферментативных молочнокислых бактерий L. plantarum. При этом образуется только одна молочная кислота, нет посторонних продуктов обмена и газов. Концентрация молочной кислоты достигает 1,5 %. Длительность третьей стадии при низких температурах — около 3 нед.

На четвертой стадии вновь активизируются возбудители гетероферментативного молочнокислого брожения, главным образом L. brevis. Эти микроорганизмы способны сбраживать не только сахара, но и пептозы, а также являются хорошими ароматообразователями, которые окончательно формируют вкус и аромат квашеной капусты.

Весь процесс ферментации длится от 3 до 5 нед. Попытки активировать внесением чистых культур молочнокислых бактерий L. plantarum и Leuconostoc menenteroides не дали положительных результатов по сравнению с квашением на спонтанной микрофлоре.

Процессы, протекающие при ферментации огурцов, томатов и других овощей, в целом аналогичны процессам квашения капусты. Разница только в том, что квашение овощей происходит после их заливки солевым раствором (концентрация соли — от 3 до 7 % в зависимости от вида овощей). Как и при квашении капусты, благодаря плазмолизу в солевой раствор переходит часть клеточного сока овощей, в т. ч. углеводы, необходимые для развития молочнокислых бактерий. Однако в эпифитной микрофлоре овощей присутствует меньше молочнокислых бактерий, в образующемся рассоле содержится мало углеводов, что приводит к меньшему, чем при квашении капусты, накоплению молочной кислоты.

На результате ферментации в целом сказывается и видовая особенность овощей. Так, в начальной стадии ферментации огурцов активно развиваются оставшиеся после мойки почвенные бактерии. Затем процесс продолжают слабые кислотообразователи Leuconostoc mesenteroides, Streptococcus faecalis, Pediococcus cerevisiae. В этот же период создаются благоприятные условия для развития дрожжей и плесневых грибов, чего нельзя допускать.

Как и при брожении капусты, основным кислотообразователем является гомоферментативная молочная бактерия L. plantarum, a L. brevis способствует накоплению в огурцах уксусной кислоты, спирта, маннита, декстранов.

Общее количество образовавшейся молочной кислоты 1-1,5 %. При условии хранения на холоде это количество гарантирует сохранность огурцов.

Разновидностью квашения является мочение. Плоды (ягоды) заливают раствором, состоящим из смеси соли (1—1,5 %), сахара (2-3 %) и ржаного солода (0,5-0,75 %). Благодаря солоду в заливке увеличивается количество Сахаров, что способствует лучшему развитию микроорганизмов.

Консервирующий эффект при мочении достигается за счет молочнокислого брожения при участии L. brevis и спиртового брожения, вызванного дрожжами Saccharomyces ellipsoideus. В результате накапливается 0,6-1,5 % молочной кислоты, 0,8-1,8 % спирта.

Таким образом, главным консервирующим агентом во всех перечисленных способах переработки овощей и плодов являются продукты жизнедеятельности микроорганизмов, что учитывается при соответствующих технологиях производства.