Брожение

Молочно-кислое брожение

Данное брожение – превращение сахара молочнокислыми бактериями в молочную кислоту. наряду с этим основным продуктом брожения в большем или меньшем количестве образуются побочные продукты.

По характеру брожения различают две группы молочнокислых бактерий: гомоферментативные, гетероферментативные.

Гомоферментативные (однотипно-бродящие) бактерии образуют в основном (не менее 85-90 %) молочную кислоту и очень мало побочных продуктов. Этот тип молочно-кислого брожения можно представить следующим уравнением:

C6Н12О6 = 2СН3СНОНСООН

Гетероферментативные (разнотипно-бродящие) бактерии – менее активные кислотообразователи.

Количество обрузуемой молочной кислоты составляет 20-40 %Наряду с молочной кислотой они образуют значительное количество других веществ – этиловый спирт, углекислый газ, некоторые ещё уксусную кислоту, ацетоин (СН3СНОНСО СН3) и диацетил (СН3СОСОСН3), обладающий своеобразным приятным ароматом.

В зависимости от условий развития (рН, температуры, степени аэробности и др.) характер конечных продуктов брожения может меняться у одного и того же вида молочных бактерий.

Гомоферментативное мк брожение происходит по гликолитической схеме Эмбдена-Мейргофа.

Процесс превращения глюкозы у гомоферментативных молочнокислых бактерий протекает по гликолитическому пути. Далее в виду отсутствия у этих бактерий фермента пируватдекарбоксилазы, пвк не подергается расщеплению: в этом брожении она является конечным акцептором водорода.

Пвк при участии фермента лактикодегидрогеназы восстанавливается в молочную, а НАД·Н2 окисляется в НАД:

СН3СОСООН + НАД·Н2 = СН3СНОНСООН + НАД

Превращение глюкозы гетероферментативными бактериями происходит по-иному – петозофосфатным путём, что обусловливает своеобразие комплекса ферментов у этих бактерий.

Из-за отсутствия у них фермента альдолазы изменяется начальный путь превращения глюкозы. После фосфорилирования гексоза окисляется (отщепляется водород) и декарбоксилируется (отщепляется СО2) превращаясь в пентозофосфат. Последний расщепляется на фосфоглицериновый альдегид и ацетилфосфат. Фосфоглицериновый альдегид, как и у гомоферментативных молочнокислых бактерий, превращается в пвк, которая затем восстанавливается в молочную кислоту.

Ацетилфосфат дефосфорилируется и прверащается в уксусную кислоту или восстанавливается (через уксусный альдегид) в этиловый спирт. Таким образом, конечным акцептором водорода в этом типе брожения служат пвк и уксусный альдегид.

Из углеводов преимущественно сбраживаются мк бактериями гексозы и дисахариды. Гетероферментативные мк бактерии и некоторые виды Lactobacillus plan

Получение глюкозы

В присутствии кислот крахмал гидролизуется:

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆

Реакция была впервые изучена А.М. Бутлеровым. Синтез проходит в присутствии гидроксида кальция:

6CH₂=O_n  →  C₆H₁₂O₆

Фотосинтез

В растениях углеводы образуются в результате реакции фотосинтеза из CO₂ и Н₂О:

 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Фруктоза

Она содержит шесть атомов углерода, одну кетоновую группу и пять гидроксогрупп.

Фруктоза – кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, более сладкое, чем глюкоза.

В свободном виде содержится в мёде и фруктах.

Химические свойства фруктозы связаны с наличием кетонной и пяти гидроксильных групп.

При гидрировании фруктозы также получается сорбит.

Маслянокислое брожение

Маслянокислое брожение осуществляется в большинстве случаев облигатными анаэробами, т. е. организмами, способными существовать только в бескислородной среде.

В ходе маслянокислого Б. образуются не только масляная к-та, но в некоторых случаях и весьма значительные количества этилового спирта, молочной н уксусной кислот, а также газообразного водорода и углекислого газа. С помощью маслянокислого Б. осуществляется разложение органических веществ в условиях недостатка или полного отсутствия кислорода (болота, заболоченные места). Большое промышленное значение имеет маслянокислое Б. пектиновых веществ, происходящее при замочке стеблей льна, конопли и получении волокон. Вместе с тем деятельность бактерий, осуществляющих этот вид Б., необходимо предотвращать при приготовлении различного рода пищевых продуктов во избежание ухудшения вкуса и порчи последних (напр., прогоркание сливочного масла, силоса и т. п.).

Спиртовое, молочно- и маслянокислое Б.— основные типы Б.; остальные многочисленные виды Б. представляют собой либо различные их сочетания, либо осуществляются на базе тех или иных продуктов, возникающих в ходе основного вида Б. Так, в результате уксуснокислого брожения происходит окисление этилового спирта при участии кислорода воздуха. Этот вид Б. осуществляется специфическими уксуснокислыми бактериями. Суммарное уравнение уксуснокислого Б.:

CH₃CH₂OH + O₂ = CH₃COOH + H₂O.

По исчерпании запасов спирта бактерии окисляют образованную им уксусную к-ту до углекислого газа и воды.

К Б., осуществляющемуся с участием О₂, относится глюконовокислое брожение — образование глюконовой к-ты из глюкозы:

C₆H₁₂O₆ + H₂O + O₂ → CH₂OH(CHOH)₄COOH + H₂O₂.

Оно вызываемся нек-рыми бактериями и плесневыми грибами. Глюконовая к-та — ценное соединение, широко применяемое в медицине и фарм, промышленности (см. Глюконовая кислота).

Лимоннокислоe брожениe осуществляется нек-рыми представителями плесневых грибков; особенно эффективны отдельные штаммы Aspergillus niger. Исходным продуктом служит Пировиноградная к-та, превращение к-рой идет одновременно в двух направлениях. Часть ее окисляется в уксусную, тогда как другая, присоединяя углекислоту, образует щавелевоуксусную к-ту. При конденсации уксусной и щавелевоуксусной кислот образуется лимонная к-та. Помимо лимонной к-ты, при лимоннокислом Б. образуются бутиловый спирт, ацетон, а также этиловый спирт, углекислый газ и водород.

Бутанолово-ацетоновое брожение осуществляют анаэробные бактерии Clostridium acetobutylicum. Главные продукты, образующиеся в ходе этого вида Б.,— н-бутиловый спирт, ацетон, этиловый спирт, углекислота, водород. Ацетоуксусная к-та (CH₃COCH₂COOH) и образующийся при ее декарбоксилировании ацетон (CH₃COCH₃), а также β-оксимасляная к-та составляют группу так наз. ацетоновых тел (см. Кетоновые тела), которые накапливаются в крови и моче животных при различных патологических состояниях и заболеваниях (диабет, голодание). В нормальных же условиях эти соединения окисляются с образованием безвредных для организма углекислоты и воды.

Высокая экономическая эффективность, чистота получаемых при Б. ценных продуктов лежат в основе все более широкого использования Б. в самых различных отраслях народного хозяйства.

Библиография: Кретович В.Л. Основы биохимии растений, М., 1971; Малер Г. иКордес Ю. Основы биологической химии, пер. с англ., М., 1970; Рубин Б. А. Курс физиологии растений, М., 1971;Рэкер Э. Биоэнергетические механизмы, пер. с англ., М., 1967. библиогр.; Шапошников В. Н. Техническая микробиология, М., 1948; H a s s i d W. Z. Transformation of sugars in plants, Ann. Rev. plant Physiol., v. 18, p. 253, 1967, bibliogr.

Б. А. Рубин.

Наличие пищи для дрожжевых грибков.

Пищей дрожжевых грибков являются, главным образом, белковые (азотистые) и минеральные вещества, микроэлементы, и, лишь в самом ничтожном размере, сахаристые вещества. Из минеральных веществ наиболее необходимы фосфорная кислота и калий. Сахар для пищи дрожжей нужен в очень слабой степени, и, в случае недостатка его, дрожжи легко обходятся и без сахара. Все эти вещества обычно всегда имеются в плодовом и ягодном соке, но, если сок сильно разбавлен водой, то брожение будет проходить слабо, и будет длиться только первое время.

Если в сбраживаемой среде наблюдается недостаток питательных веществ, то брожение будет протекать вяло или совсем остановится. В этом случае брожение часто прекращается задолго до того, когда весь сахар может быть переработан дрожжами в спирт, поэтому вино получается с малым содержанием спирта и впоследствии легко сможет испортиться — прокиснуть. При брожении превращение сахаров происходит по мере размножения и роста дрожжевых клеток. Стимуляторами роста являются витамины, минеральные вещества, аминокислоты. Содержание в сусле сахаров до 20% не задерживает брожение, высокие концентрации сахаров останавливают брожение.

Магазин «Доктор Градус» предлагает большой ассортимент ингpидиентов для приготовления вин, в состав которых входят все необходимые элементы для проведения качественного брожения пpи пpиготовлении вина

Поточные способы производства вина — История разработки поточного способа производства вина

Содержание материала

Первые установки непрерывного брожения для приготовления красных вин разработаны и предложены Кремаши в Аргентине в 1948 г. Критическое исследование этого способа провел Негр, который сообщал о непрерывных способах, осуществленных еще ранее путем настаивания на мезге (статической мацерации) раздробленного и сульфитиров энного винограда. При этом сусло направляли в первый элемент батареи чанов, через которую оно последовательно проходило. Способ Кремаши не получил распространения, которого от него ожидали, несомненно, лишь из-за несовершенства конструкции. Французский инженер Ладус был первым, кто действительно осуществил на практике процесс непрерывного брожения. Начиная с 1951 г. он построил около сотни аппаратов, действующих и поныне, особенно на юге Франции. В основу своей системы Ладус положил две идеи Семишона. 1. Для получения лучших результатов брожения, с теоретической точки зрения, необходимо удалить из сусла виды дрожжей, обладающие слабой способностью к спиртообразованию, типа Kloeckera или Hanseniaspora. Для этого мезгу помещают перед брожением в среду, содержащую 4% спирта, и смешивают с достаточным количеством вина. Этот способ был назван брожением суперкатр (свыше четырех). 2. Было бы предпочтительнее, также с теоретической точки зрения, отделять процесс мацерации, т.е. растворения веществ, содержащихся в кожице и семенах ягод, от процесса брожения, чтобы можно было регулировать каждый из них в отдельности. В действительности установка, описанная Семишоном, и схема которой дана на рис. 5.4 в том виде, как ее воспроизвел Фаж-Боннери (1967), никогда не была реализована. Она усложняла процесс из-за большого числа необходимых бродильных чанов и трубопроводов для бродящих сусел. Идеи Семишона никогда не были подтверждены экспериментальным путем. Особенно спорной кажется сейчас вторая идея, так как она не учитывает того факта, что повышение температуры, образование спирта и всплывание мезги, вызываемое выделением углекислого газа, создают наилучшие условия для селективной мацерации. Фаж-Боннери (1963, 1967) определил, что для осуществления непрерывного брожения надо создать такую установку, которая позволяла бы изменять способ производства вина и контролировать все условия превращения винограда в вино. Принцип, который предложил Фаж-Боннери, привел к новому этапу в развитии этого способа, в частности к созданию металлического аппарата Вико, который на протяжении ряда лет испытывал Скаццола.

Рис. 5.4. Схема процесса виноделия поточным способом с отделением фазы мацерации от фазы брожения, как ее представлял Семишон (1926) (по Фаж-Боннери, 1967): 1 — фаза мацерацнн; 1 — бункер для приемки винограда на 300 гл; 2— чан на 250 гл; 3 — чаны для мацерации на 135 гл каждый; 11 — фаза брожения; 4— холодильник; 5 —чан непрерывного брожения на 65 гл; 6 — чаны вместимостью 250 гл каждый для завершающей стадии брожения.

Имеются данные, что поточный способ производства вина успешно разрабатывается в Советском Союзе. Как сообщает Унгурян, Лебедев занимался исследованием этого способа с 1936 г. Герасимов уточнил его, используя идею бродильной колонны непрерывного действия. В Молдавии предложили батарею металлических резервуаров. Позднее Валуйко (ВНИИВиВ «Мага-рач») пришел к аналогичным результатам, как и Фаж-Боннери во Франции, — к созданию оригинальной установки непрерывного брожения по красному способу. К этому нужно еще добавить работы Агабальянца и Мержа-ниана по приготовлению игристых вин путем непрерывного брожения в закрытых резервуарах. Поточный способ производства чаще применяется для приготовления красных вин, так как существующие установки, и это одно из их преимуществ, хорошо подходят для механизации работ по отделению сброженной мезги. Но поточный способ можно также приспособить и к производству белых вин, т. е. осуществить его в гомогенной системе без твердой фазы. Опыты по непрерывному брожению такого рода проводились в ряде лабораторий. Оуг и Америн (1968) использовали аппарат, состоящий из трех бродильных емкостей, установленных в виде батареи. По их мнению, такой способ вполне подошел бы для производства десертных вин. В литературе имеется описание ви-нификатора Реми (1967), который применим для непрерывного брожения при производстве белых вин, предназначенных для перегонки. Наконец, известны и другие направления в разработке ферментаторов непрерывного действия, называемых автоматическими винификаторами. С помощью таких аппаратов стремятся прежде всего сократить продолжительность производства вина по красному способу за счет ускоренной экстракции красящих веществ механическим путем.

Пути образования пирувата из углеводорода

Образование пирувата из углеводородов происходит как серия последовательных реакций. Это катаболические реакции. Они являются общими, как для броженияБрожение – одна из основных форм катаболизма, представляющая собой окислитель…, так и для аэробного дыханияАэробное дыхание – основной процесс катаболизма (энергетического метаболизма)….

У микробов известно три пути образования пирувата из углеводородов:

1. Путь Эмбдена – Мейергофа – Парнаса, фруктозо-фосфатный или гликолиз. Сначала был обнаружен у дрожжей, в мышцах животных, впоследствии – у бактерийБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр…. Он характерен для облигатных и факультативных анаэробовАнаэробы – это микроорганизмы, в том числе бактерии, энергетические процесс….
2. Окислительный пентозофосфатный, гексозофосфаиные или схема Варбурга – Диккенса – Хореккера. Он осуществляется у многих организмов, как у прокариот, так и у эукариот.
3. Путь Энтнера – Дудорова или КДФГ-путь (2-кето-З-дезокси-б-фосфоглюконат-путь). Он найдет только у отдельных групп микроорганизмов, в основном принадлежащих к анаэробным бактериямБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр….

Химические свойства глюкозы

Водный раствор глюкозы

В водном растворе глюкозы существует динамическое равновесие между двумя  циклическими формами —   α и β   и  линейной  формой:

Реакции на карбонильную группу — CH=O

Глюкоза проявляет свойства, характерные для альдегидов.

Реакция «серебряного зеркала»

Реакция с гидроксидом меди (II) при нагревании. При взаимодействии глюкозы с гидроксидом меди (II) выпадает красно-кирпичный осадок оксида меди (I):

Окисление бромной водой. При окислении глюкозы бромной водой образуется глюконовая кислота:

Также глюкозу можно окислить хлором, бертолетовой солью, азотной кислотой.

Каталитическое гидрирование. При взаимодействии глюкозы с водородом происходит восстановление карбонильной группы до спиртового гидроксила, образуется шестиатомный спирт – сорбит:

Брожение глюкозы. Брожение — это биохимический процесс, основанный на окислительно-восстановительных превращениях органических соединений в анаэробных условиях.

Спиртовое брожение. При спиртовом брожении глюкозы образуются спирт и углекислый газ:

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂

          Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении глюкозы образуется молочная кислота:

          Маслянокислое брожение. При маслянокислом брожении глюкозы образуется масляная кислота (внезапно):

Образование эфиров глюкозы (характерно для циклической формы глюкозы).

Глюкоза способна образовывать простые и сложные эфиры.

Наиболее легко происходит замещение полуацетального (гликозидного) гидроксила.

Например, α-D-глюкоза взаимодействует с метанолом.

При этом образуется монометиловый эфир глюкозы (α-O-метил-D-глюкозид):

В более жестких условиях  (например, с CH₃-I)  возможно алкилирование и по другим оставшимся гидроксильным группам.

Моносахариды способны образовывать сложные эфиры как с минеральными, так и с карбоновыми кислотами.

Спиртовое брожение. Химизм, условия проведения процесса. Возбудители. Практическое использование спиртового брожения

Спиртовое брожение микробиологический процесс превращения углеводов в спирт и углекислый газ. Вызывается аскомицетовыми дрожжами рода Saccharomyces, некоторыми бактериями и отдельными представителями мукоровых грибов.

Суммарное уравнение реакции:

С6 H12 O6 → 2 СНзCH2 ОН + 2 СО2 + Е

глюкоза этиловый спирт

Как и любое брожение, это сложный многоступенчатый процесс (см. раздел 7.3), который протекает при участии комплекса ферментов. Наряду со спиртом, могут образовываться побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, уксусная, яблочная кислоты, сивушные масла (смесь высших кислот).

Основными возбудителями спиртового брожения являются дрожжи сахаромицеты.

Это факультативно-анаэробные микроорганизмы. В аэробных условиях дрожжи получают энергию путем полного окисления моно- и дисахаридов до углекислого газа и воды, т.е. путем аэробного дыхания. При этом интенсивно накапливается биомасса (эффект Пастера). Поэтому производство хлебопекарных дрожжей ведут в аэробных условиях. Ацидофилы. Мезофилы.

Естественным местообитанием дрожжей является поверхность плодов и ягод, сок и поверхность листьев, нектар, вода, почва, кожные покровы и пищеварительный тракт людей и животных.

Условия проведения спиртового брожения

1. Источники питания. В качестве источника углерода используют глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу. Крахмал дрожжи не сбраживают, так как амилолитические ферменты у них отсутствуют. Поэтому крахмалсодержащее сырье подвергают осахариванию при участии амилаз различного происхождения. Концентрация сахара 1015% наиболее благоприятна для большинства дрожжей. В качестве источника азота используются аммонийные соли органических кислот и аминокислоты.

2. Анаэробные условия.

3. Температура. По отношению к температуре сахаромицеты делятся на низовые и верховые дрожжи. Дрожжи верхового брожения вызывают бурное и быстрое брожение при температуре 2028 °С. При этом они всплывают на поверхность под действием выделяющегося диоксида углерода. Низовые дрожжи осуществляют более спокойное брожение, которое ведут при 510 °С.

4. Концентрация этилового спирта. Этиловый спирт, накапливающийся в среде, оказывает неблагоприятное действие на дрожжи. Угнетающее действие спирт оказывает уже при концентрации в среде 25 % об., а при 1215 % об. брожение прекращается.

5. Активная кислотность среды (рН). Спиртовое брожение протекает в кислой среде (рН 44,5). При подщелачивании среды до рН 8 дрожжи в качестве основного продукта брожения накапливают не спирт, а глицерин. Это так называемая глицериновая форма спиртового брожения:

2С6Н1206 → 2CН20HCHOHСН20Н+СНзСН20Н+СНзСООН+2С02 + Е

глюкоза глицерин этиловый уксусная

 спирт кислота

Практическое использование спиртового брожения

Спиртовое брожение лежит в основе производства этилового спирта, пива, вина, используется в хлебопечении. Совместно с молочнокислым брожением оно используется при производстве кваса, кефира, кумыса. Основными потребителями этилового спирта являются пищевая и химическая промышленность, а также медицина.

Основные составляющие процесса брожения: дрожжи и вода

Дрожжи — основная движущая сила процесса брожения. Дрожжи представляют собой микроскопические

Грибки, в про цессе жизнедеятельности которых (а это и есть брожение) об­разуется спирт. С точки зрения микробиологии все дрожжи, встречающиеся в продаже, относятся к одному виду и отлича­ются только размером и скоростью образования осадка и при­годны для изготовления самогона из любого сырья. Однако все они имеют свои особенности.

Пивные дрожжи более предназначены для сбраживания зер­новой браги с низким содержанием Сахаров, они быстро об­разуют осадок, но набраживают мало спирта — 5—7 %. При больших концентрациях спирта они начинают «болеть» и вы­деляют много примесей.

Хлебопекарские дрожжи подходят для браги на сахаросодер-жащем сырье и набраживают 7—9 % спирта. Эти дрожжи явля­ются самыми доступными, поскольку чаще всего встречаются в продаже (они бывают прессованные и сухие). Не так давно считалось, что для приготовления браги лучше употреблять прес­сованные дрожжи. Но в наше время качество сухих дрожжей таково, что их можно смело использовать наравне с прессован­ными. Особенно хорошо зарекомендовали себя французские сухие дрожжи «Саф-левюр». С этими дрожжами получается самогон хорошего качества без неприятного запаха и вкуса. Однако следует помнить, что хлебопекарские дрожжи начина­ют погибать при спиртуозности браги 9—12 %.

Спиртовые дрожжи похожи на хлебопекарские, но лучше всего ведут себя в зерновых брагах, набраживая до 7—9 % спирта. Винные дрожжи (культурные) хороши для браги из плодово-ягод-ного сырья, причем некоторые сорта способны набраживать до 16 % спирта, при этом срок брожения увеличивается.

Винные дрожжи, которые сохраняют жизнедеятельность при содержании спирта До 18 %, можно использовать для увеличения крепости браги. Дикие дрожжи находятся на поверхности ягод, особенно их много на винограде. Их можно использовать для браги из плодово-ягодного сырья.

Дикие дрожжи набраживают 7-9% спирта. Однако учитывать, что при сбраживании сырья под действием диких дрожжей в браге образуется большее количество вредных примесей.

Вода для приготовления браги должна быть питьевой и со ответствовать всем гигиеническим требованиям- быть прозрачной, бесцветной, не иметь запаха и постороннего привкуса Кроме того, вода для браги должна быть мягкой, с малым со’ держанием солей магния и кальция, поскольку жесткая вода тормозит процесс брожения. В то же время слишком мягкая вода может затруднить и замедлить их развитие брожения, по­скольку в ней мало необходимых дрожжам микроэлементов. Не рекомендуется применять и дистиллированную воду, в которой эти элементы вообще отсутствуют. Кипятить воду для приго­товления браги также не стоит — в процессе кипячения она теряет кислород, который способствует активизации жизне­деятельности дрожжей. Перед использованием воду рекомен­дуется подвергнуть очистке отстаиванием и фильтрованием через специальные угольные фильтры.

Побочные продукты брожения

Во время спиртовой ферментации помимо этанола и углекислого газа образуются побочные продукты брожения или спиртовые сопутствующие вещества . Некоторые из этих побочных продуктов известны как сивушные масла . Их также можно обнаружить при ферментации чистого раствора глюкозы. При пивоварении разница во вкусе сусла и зеленого пива или пива указывает на возникновение побочных продуктов брожения. Они содержат, например, высшие спирты , такие как н-пропанол, изобутанол, 2-метилбутанол, 3-метилбутанол и ароматические спирты , такие как 2-фенилэтанола , тирозол или триптофол . Кроме того, контактируют сложные эфиры, такие как этилацетат, фенилацетат и изоамилацетат. Карбонильные соединения, такие как альдегиды , например ацетальдегид, пропаналь, бутаналь или фурфурол, а также кетоны и дикетоны . Соединения серы, такие как H ₂ S , SO ₂ , этилмеркаптан и метилмеркаптан, встречаются в небольших количествах.

Кроме того, также образуются органические кислоты, такие как уксусная кислота , молочная кислота , пировиноградная кислота , 2-ацетолмолочная кислота и жирные кислоты (C ₄ -C ₁₂ ). Многоатомные спирты, такие как глицерин , 2,3-бутандиол и 2,3-пентандиол, также встречаются в качестве побочных продуктов ферментации. Перечисленные вещества являются наиболее важными представителями отдельных групп.

Какая нужна вода для спиртового брожения?

Для производства спиртосодержащих напитков обязательно используют воду. К ней предъявляются высокие требования. Идеальная вода — бесцветна, прозрачна. Она не должна иметь запаха и привкуса. Чтобы сбраживание дрожжей получилось качественным, предпочтение отдают воде с небольшим содержанием солей кальция и магния. Считается, что лучше всего использовать жидкость из артезианских скважин.

Для изготовления спиртовых продуктов используется сырая вода. Она содержит необходимые молекулы воздуха, которые необходимы дрожжам. Очистка воды для брожения происходит с помощью фильтрации.