Спиртовое брожение

Спиртовое брожение — процесс превращения сахара микроорганизмами в анаэробных условиях в этиловый спирт и углекислый газ. Основными возбудителями являются дрожжи, для них спиртовое брожение является процессом получения энергии в анаэробных условиях. В кислородосодержащей среде дрожжи ведут себя как аэробы, дышат и активно размножаются. Небольшое количество спирта могут образовывать и некоторые плесневые грибы (аспергиллы, мукоровые), и некоторые бактерии (Sarcina ventriculi, Erwinia amylovora и др.), но у них эти процессы идут с образованием большого количества побочных продуктов.

Спиртовое брожение представляет собой сложный многоступенчатый процесс превращения глюкозы в спирт, идущий по гликолитическому пути с промежуточным образованием пировиноградной кислоты. Одним из конечных продуктов спиртового брожения является углекислый газ. Также образуются небольшое количество глицерина, уксусного альдегида, кислоты: уксусная, молочная, проиионовая и янтарная; диацетил, ацетоин, различные альдегиды и сложные эфиры, сивушные масла — смесь высших спиртов (амилового, изоамилового, бутилового, изобутилового, иронило- вого и др.). Напитки спиртового брожения имеют своеобразные ароматы, в происхождении которых принимают участие высшие спирты.

Оптимально брожение протекает в кислой среде при pH 4—5. В этих условиях глицерин накапливается в количестве не более 2%, но изменение pH среды в щелочную сторону (pH около 8) позволяет получать до 40% глицерина по отношению к сброженному сахару. Оптимальная концентрация сахара в среде — 10—15%, 30%-ная концентрация брожение прекращает. Однако в природе встречаются дрожжи, которые могут сбраживать и 60%-ные сахаросодержащие субстраты. Наиболее благоприятной температурой для спиртового брожения является 30°С. При пониженных температурах брожение замедляется, но полностью не прекращается даже при температуре немного ниже 0°С, а при 50°С брожение прекращается, так как дрожжи погибают.

Этиловый спирт, накапливающийся в процессе брожения, неблагоприятно влияет на сами дрожжи уже при концентрации 2—5%. И в основном брожение прекращается при накоплении в бродящем субстрате 12% спирта. Выведены спиртоустойчивые расы дрожжей, способные продуцировать до 20% спирта.

Процесс спиртового брожения лежит в основе многих пищевых производств: производство этилового спирта, глицерина, виноделие, пивоварение, хлебопечение. Есть пищевые продукты, при приготовлении которых наряду со спиртовым брожением происходит еще одно — молочнокислое. Это кумыс, кефир — они «появляются» в результате жизнедеятельности двух видов микроорганизмов: молочнокислых бактерий и дрожжей. При квашении овощей происходят спиртовое и молочнокислое брожения. Однако возникающее произвольно спиртовое брожение в сахаросодержащих субстратах вызывает их порчу — забраживание.

В зависимости от исходного сырья с помощью спиртового брожения получают спирт пищевой и технический. Пищевой спирт (который используется при производстве продуктов питания) производят из сахаросодержащего сырья — мелассы (черная патока) и сахарной свеклы. При использовании крахмалсодержащего сырья — картофеля, зерна злаков, отходов крахмалопаточных заводов — его предварительно осахаривают (так как у дрожжей нет амилазы — фермента для перевода крахмала в сахар). Гидролизаты древесины и отходы целлюлозно-бумажной промышленности используют для получения технического спирта.

При производстве спирта применяют расы[1] Saccharomyces cerevisiae (рис. 5.1). По окончании процесса брожения дрожжи отделяют, спирт отгоняют на перегонных аппаратах и получают спирт-сырец и барду. Барда представляет собой отход спиртового производства, очень богатый по составу, его используют в качестве среды для выращивания дрожжей. Спирт-сырец является сырьем для производства спирта-ректификата (специальным образом очищенного) или для технических целей. Отработанные дрожжи выпускают в виде жидких и сухих кормовых препаратов, а также прессованных (пекарских).

Saccharomyces cerevisiae (электронная микрофотография)

Рис. 5.1. Saccharomyces cerevisiae (электронная микрофотография)

В процессе сбраживания вместе с производственными дрожжами могут развиваться дикие дрожжи, попавшие из окружающей среды. Большинство диких дрожжей не способны к спиртовому брожению или вырабатывают очень мало спирта, но они используют питательные вещества среды и угнетают развитие производственных дрожжей, снижая выход спирта.

  • [1] Расы — разновидности внутри конкретного вида дрожжей.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >