Спиртовое брожение

Спиртовое брожение

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.

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.

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

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

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.