Молочнокислое брожение

Как и любое брожение, это сложный многоэтапный процесс, протекающий при участии комплекса разнообразный ферментов, имеющихся у дрожжей. Каждая стадия катализируется соответствующим ферментом.

Большинство дрожжей способно сбраживать моносахариды (глюкозу, фруктозу) и дисахариды (сахарозу, мальтозу). Крахмал дрожжи не сбраживают, так как амилолитические ферменты у них отсутствуют. Поэтому крахмалосодержащее сырье для бродильных производств предварительно подвергают осахариванию (частичному гидролизу) при участии амилаз различного происхождения. Концентрация сахара 10-15% наиболее благоприятна для большинства дрожжей.

Основные возбудители спиртового брожения - дрожжи - играют большую роль в жизни человека. Они необходимы для получения этилового спирта, пива, вина, а также хлебопечения. Совместно с молочнокислым брожением оно используется для производства кваса, кефира, кумыса. В процессе спиртового брожения наряду с основным продуктом - этанолом образуются побочные продукты: глицерин, высшие спирты, сивушные масла, альдегиды, органические кислоты, эсриры, углекислый газ. Большинство из них также находит практическое использование.

Спиртовое брожение

Многие микробы способны к дыханию в среде, не содержащей свободного кислорода. Такой тип дыхания называется брожением. Именно брожения наиболее важны в практическом отношении.

Анаэробные процессы

Превращение органических веществ, не содержащих азота

По отношению к температуре сахаромицеты подразделяются на расы низового и верхового брожения. К расам низового брожения относится большинство винных и пивных дрожжей, к расам верхового - спиртовые и хлебопекарные. Дрожжи низового брожения функционируют в производстве при температуре 6-10°С и ниже до (0°С), а верхового - обычно при 14-25°С. В конце брожения низовые дрожжи оседают на дно, формируя плотный осадок, верховые - всплывают на поверхность и образуют "шапку". Способность последних подниматься на поверхность обусловлена тем, что клетки после почкования остаются соединенными в небольшой цепочке; пузырьки углекислого газа поднимают их на поверхность.

Дрожжи широко распространены в природе. Встречаются на фруктах, ягодах, винограде, в почве и воздухе, особенно в летнее время. Принято различать культурные и дикие дрожжи. Применение чистых культур специально селекционированных микроорганизмов - важный этап борьбы за качество и чистоту процесса брожения. Чистые культуры дрожжей размножают в производственных лабораториях на оптимальных для их роста средах, пересевая во все возрастающие емкости. В стадии высокой физиологической активности культуры передают в цех, где продолжают выращивать в дрожжерастительных аппаратах на обогащенных производственных субстратах и затем используют в технологическом процессе. В цехах создают условия, необходимые для жизнедеятельности дрожжей в заданном направлении и позволяющие подавить рост микроорганизмов.
Уравнение спиртового брожения в общем виде выглядит следующим образом:

С₆Н₁₂О₆ -> 2СН₃СН₂ОН + 2CО₂ + 118 кДж.
глюкоза этиловый спирт

Спиртовое брожение протекает при кислых значениях рН 4-4,5. При подщелачивании среды до рН 8 или при введении в среду сульфита (или бисульфита) натрия дрожжи в качестве основного продукта брожения накапливают не спирт, а глицерин (до 40% по отношению к сброженному сахару). Это так называемая глицериновая форма спиртового брожения:

С₆Н₁₂О₆ -> 2CH₂OHCHOHCH₂OH + СН₃СН₂ОН + CH₃COOH + 2СО₂ + Энергия
глюкоза глицерин этиловый спирт уксусная кислота

Дикие дрожжи имеют более слабую бродильную способность и образуют вещества, придающие неприятные привкус и запах. Попадая в пищевые продукты, они могут наносить значительный урон ряду отраслей пищевой промышленности. Так, при производстве сахара дрожжи вызывают разложение сахарозы, ослизнение соков и сиропов, образуют органические кислоты, ухудшают процесс фильтрации, снижают качество полупродуктов и готовой продукции. Дрожжи, развивающиеся в рассолах при квашении различных овощей и фруктов, образуют при доступе воздуха пленку на поверхности или размножаются в глубинных слоях. Дрожжи - основные возбудители порчи плодово-ягодных соков и безалкогольных напитков. Развитию дрожжей в них благоприятствует ряд факторов: наличие хорошо сбраживаемых Сахаров, азотсодержащих и других необходимых соединений, а также низкое рН среды и относительно анаэробные условия. Развитие дрожжей отрицательно сказывается на качестве напитков: снижается содержание сахара, частично он сбраживается в спирт; продукты жизнедеятельности дрожжей ухудшают вкус напитков, а образующаяся в результате брожения углекислота может вызвать разрыв бутылок.

Молочнокислое брожение представляет собой процесс, столь же важный с хозяйственной точки зрения, как и рассмотренное выше спиртовое брожение.
Молочнокислое брожение играет определяющую роль при производстве простокваши, кумыса, кефира, сметаны; при квашении капусты, огурцов, силосовании сочных растительных кормов. Очень важна его роль при изготовлении жидких дрожжей, заквасок, кваса (см. рис. 12).

Важным техническим продуктом является сама молочная кислота, широко применяемая при производстве фруктовых соков, консервов в кондитерской, кожевенной, текстильной и других отраслях промышленности.
Молочнокислые бактерии, как правило, неподвижны, не образуют спор, положительно окрашиваются по Граму, не восстанавливают нитраты в нитриты, не образуют пигментов, обладают небольшой протеолитической активностью. Молочнокислые бактерии делят на две большие группы:

1. Гомоферментативные (однотипнобродящие) бактерии образуют в основном (не менее 85-90%) молочную кислоту и лишь ничтожные количества других продуктов (летучих кислот, этилового спирта и углекислоты).
2. Гетероферментативные (разнотипнобродящие) - эти бактерии благодаря разнообразию имеющихся у них ферментов из сахара образуют кроме молочной кислоты и другие продукты брожения (уксусную кислоту, этиловый спирт, диоксид углерода, некоторые виды образуют еще янтарную кислоту, водород).