Брожение. Микроорганизмы, которые используются в пищевых производствах, их классификация и общая характеристика

Брожение – процесс обмена веществ, при котором в органическом субстрате происходят изменения под действием ферментов микроорганизмов. Различают анаэробное брожение – без участия кислорода (спиртовое, ацетоно-бутиловое и молочнокислое) – и аэробное – с его участием (уксуснокислое и лимоннокислое).

В бродильных производствах применяются дрожжи, бактерии и плесени, которые различаются по строению, размерам, способу размножения, реакции со свободным кислородом, условиям роста, способности воздействовать на субстраты, но сходны в том, что активно развиваются и содержат ферменты.

Различают три основные группы бродильных производств:

 производства, основанные на применении дрожжей: производство этилового спирта, глицерина, хлебопекарных дрожжей; виноделие и пивоварение.

 производства, основанные на применении бактерий: ацетоно-бутиловое, производство уксуса, молочной и масляный кислот; бутиленгликоля.

 производства, основанные на применении плесневых грибов: производство лимонной, глюконовой, итаковой, фумаровой кислот; производство пенициллина, стрептомицина.

Уксуснокислое брожение

Уксуснокислое брожение вызывается уксуснокислыми бактериями, из многочисленных видов которых на производстве используют бактерии Шюценбаха и курвум, и сопровождается окислением этилового спирта в уксусную кислоту по схеме: С2Н5-ОН + О2 = СН3-СООН + Н2О + 117 ккал

При уксуснокислом брожении происходит несколько последовательных стадий окисления спирта: этанол  ацетальдегид  уксусная кислота.

Для протекания процесса спирт и кислород должны проникнуть внутрь бактериальной клетки, где происходит окисление спирта в уксусную кислоту под действием окислительного фермента алкогольоксидазы.

Окислению уксуснокислыми бактериями могут подвергаться различные спирты, при этом из спирта образуется кислота с такой же длиной углеводородной цепочки, сахара и некоторые кислоты.

Пропионовокислое брожение

Протекает под действием пропионовых бактерий, которые сбраживают углеводы до пропионовой кислоты.

Маслянокислое брожение

В процессе маслянокислого брожения происходит сбраживание углеводов (крахмала, глюкозы, мальтозы, сахарозы) и органических кислот (молочной кислоты и др.) анаэробными бактериями с образованием главным образом масляной кислоты и большого количества водорода и углекислого газа. Типичным возбудителем маслянокислого брожения считается Granulobakter Saccharobutyricum, который размножается при температуре 35…40° С.

В общем виде реакция маслянокислого брожения имеет вид: С6Н12О6  СН3-СН2-СН2-СООН + 2СО2 + 2Н2

Наряду с масляной кислотой образуются в небольшом количестве уксусная, капроновая и каприловая кислоты, а также бутиловый спирт и ацетон.

Эфиры масляной кислоты используются в парфюмерии, кондитерском деле и производстве фруктовых вод.

Спиртовое брожение

Спиртовое брожение представляет собой цепь ферментативных процессов, конечным результатом которых является распад глюкозы с образованием этилового спирта и углекислого газа и вместе с тем доставка дрожжевой клетке энергии, которая необходима для синтеза новых тканевых веществ, используемых для роста, размножения и других процессов жизнедеятельности.

Спиртовое брожение – сложный непрерывный процесс распада сахара, катализируемый разными ферментами и проходящий в несколько стадий.

Эта схема представляет собой идеальный процесс, на который в реальных условиях оказывают влияние внешние условия среды. Например, при изменении рН среды в щелочную сторону или введении в среду веществ, связывающих ацетальдегид, процесс спиртового брожения идет в сторону образования глицерина и уксусной кислоты. Таким образом, направление реакции спиртового брожения может меняться в зависимости, как от связывания продуктов, так и от реакции среды.

Кроме этанола и углекислого газа выделяются и побочные продукты: глицерин, 2,3-бутиленгликоль, метилацетилкарбинол, высшие спирты, кислоты – янтарная, лимонная, уксусная и молочная.

Молочнокислое брожение

Молочнокислое брожение является основным процессом изготовления кисломолочных продуктов, в результате которого лактоза сбраживается молочнокислыми бактериями с образованием молочной кислоты. Молочнокислые бактерии, ферментные системы которых осуществляют превращение молочного сахара преимущественно в молочную кислоту, называют гомоферментативными. Молочнокислые бактерии, при развитии которых в среде накапливаются в значительных количествах побочные продукты брожения, улучшающие вкус кисломолочных продуктов, - уксусная, пропионовая и др. кислоты, этиловый спирт, эфиры, углекислый газ – называют гетероферментативными.

Молочнокислое брожение протекает при приготовлении молочнокислых продуктов, квашении капусты. Образующаяся молочная кислота предотвращает развитие гнилостных бактерий, плесневых грибков, т. е. служит консервантом.