Брожение. Влияние на качество продукции. Управление интенсивностью биохимических процессов при брожении
Микроорганизмы в процессе обмена веществ образуют различные вещества: спирты, кислоты, эфиры, витамины. Многие из биохимических процессов, вызываемых микроорганизмами, используют в пищевой промышленности. Эти процессы можно разделить на анаэробные (без присутствия кислорода) и аэробные (в присутствии кислорода). Наиболее важные из анаэробных процессов - спиртовое, молочнокислое, пропионово-кислое, масляно-кислое, ацетонбутиловое, пектиновое брожение.
Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи, при этом сахар превращается в спирт и углекислый газ. Брожение проходит в две стадии: первая - окислительная, вторая - восстановительная. Наряду с основными при спиртовом брожении в небольшом количестве образуются побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, уксусная кислота, сивушные масла. На процесс спиртового брожения влияют химический состав сбраживаемой среды, кислотность, температура, наличие посторонних микроорганизмов. Дрожжи не сбраживают крахмал, его вначале следует перевести в более простые сахара. Наиболее благоприятная концентрация сахара в среде для большинства дрожжей - 10-15%, при большем количестве сахара энергия брожения снижается, а при наличии 50-60% сахара брожение практически прекращается. Нормальное брожение протекает в кислой среде и при температуре около 30оС в анаэробных условиях. При накоплении спирта он начинает угнетающе действовать на создавшие его микроорганизмы. Процесс спиртового брожения лежит в основе виноделия, пивоварения, хлебопечения, производства этилового спирта, глицерина. Совместно с молочнокислым брожением оно используется при получении молочнокислых продуктов (кумыса), при квашении и мочении овощей и плодов. Это всенаправленное брожение. Самопроизвольное брожение в сахаросодержащих продуктах (соки, сиропы, компоты, варенье) вызывает их забраживание. Сырье для спиртового брожения: картофель, зерно злаков, отходы крахмалопаточных заводов (патока), сахарная свекла, гидролизаты древесины (технический спирт). Из крахмалосодержащего сырья после разваривания готовят затор, который подвергают осахариванию с помощью ферментативных препаратов. Спирт затем отгоняют на перегонных аппаратах. Вино получают с помощью винных дрожжей, но при нарушении условий брожения в нем за счет некоторых видов дрожжей могут образовываться летучие кислоты и эфиры, придающие ему острый вкус и неприятный посторонний запах. Молочнокислое брожение - превращение сахара в молочную кислоту. Параллельно могут образовываться этиловый спирт, углекислый газ, уксусная кислота и ацетон. Возбудители молочнокислого брожения - бактерии, они имеют округлую или палочковидную форму. Бродильная активность молочнокислых бактерий проявляется в слабокислой среде(молоко, сливки). По отношению к температуре молочнокислые бактерии можно разделить на мезофильные с оптимумом роста 25-35оС и термофильные с оптимумом около 40-45оС. Некоторые молочнокислые бактерии образуют слизь, которая делает продукты тягучими (ацидофильная простокваша). Наиболее важными представителями молочнокислых бактерий являются: молочнокислый стрептококк, болгарская палочка, ацидофильная палочка, палочка дельбрюкская (в хлебопечении), молочнокислая палочка. Эти бактерии находят применение в получении простокваши, ряженки, квашении овощей, хлебопечении, производстве некоторых сортов колбасы, созревании соленой рыбы (придают вкус, аромат, создают мягкую консистенцию). Самопроизвольно возникающее молочнокислое брожение приводит к прокисанию, помутнению, ослизнению, т.е. порче (молоко, пиво, вино, напитки). При пропионовокислом брожении сахар и молочная кислота превращаются в пропионовую или уксусную кислоты с выделением углекислого газа и воды. Некоторые пропионово-кислые бактерии образуют муравьиную, янтарную и другие кислоты. Пропионово-кислое (направленное) брожение применяется при созревании сыров. За счет углекислого газа, выделяемого при пропионово-кислом брожении, образуются глазки сыра, а сама кислота (вместе с уксусной) придает продукту острый вкус и специфический запах. Пропионовая кислота ингибирует плесени, может применяться для получения витамина B12.
Масляно-кислое брожение - процесс превращения сахара масляно-кислыми бактериями в анаэробных условиях в масляную кислоту, углекислый газ и водород. Побочные продукты брожения - бутиловый спирт, ацетон, этиловый спирт, уксусная кислота. Споры масляно-кислых бактерий термоустойчивы и выдерживают несколько минут кипячения. Многие бактерии из этой группы способны сбраживать не только простые сахара, но и сложные соединения типа декстрины, крахмал, глицерин, пектин, а также использовать азот из воздуха.
