Процеси бродіння вуглеводневої сировини за участю ферментативних систем мікроорганізмів

Бродіння – це процес розщеплення моносахаридів в результаті дії мікроорганізмів. Бродіння за участі вуглеводів використовується у ряді харчових технологій: у приготуванні тіста для хліба, у виробництві пива, квасу, спирту, вина й інших продуктів. Розрізняють спиртове, молочнокисле, маслянокисле і лимоннокисле бродіння

Спрямування можливих способів бродіння вуглеводів

Спиртове бродіння відбувається завдяки життєдіяльності ряду мікроорганізмів. Найбільш типовими організмами спиртового бродіння є дріжджі роду Saccharomyces. Сумарно спиртове бродіння може бути виражене наступним рівнянням:

С₆H₁₂O₆ = 2CO₂ + 2C₂H₅OH

Це сумарне рівняння не відображає того факту, що зазвичай, окрім головних продуктів бродіння – етилового спирту і вуглекислого газу, завжди в незначній кількості утворюються деякі інші речовини, наприклад, янтарна, лимонна кислота, а також суміш амілового, ізоамілового, бутилового й інших спиртів, оцтова кислота, дикетони, оцтовий альдегід, гліцерин і ряд інших сполук, від наявності незначних кількостей яких залежить специфічний аромат вина, пива та інших спиртних напоїв.

Різні цукри зброджуються дріжджами з різною швидкістю. Найлегше піддаються зброджуванню глюкоза і фруктоза, повільніше – манноза, ще повільніше – галактоза; пентози дріжджами не зброджуються. З дисахаридів субстратом спиртового бродіння є сахароза і мальтоза. Проте обидва цукри зброджуються лише після попереднього їх гідролізу до моносахаридів ферментами α-глікозидазою і β-фруктофуранозідазою дріжджів.

У присутності кисню спиртове бродіння припиняється і дріжджі отримують енергію, необхідну для їх розвитку і життєдіяльності, шляхом кисневого дихання. Таким чином дріжджі витрачають цукор значно економніше, ніж в анаеробних умовах. Припинення бродіння під впливом кисню дістало назву "ефект Пастера".

У випадку молочнокислого бродіння з однієї молекули гексози утворюються дві молекули молочної кислоти:

С₆Н₁₂О₆ = 2СН₃-СН(ОН)-СООН

Молочнокисле бродіння відіграє дуже велику роль у виробництві молочнокислих продуктів (кислого молока, ацидофіліну, кефіру, кумису), у виготовленні квасу, хлібних заквасок і "рідких дріжджів" для хлібопечення, під час квашення капусти, огірків, під час силосування кормів.

Усі мікроорганізми, що спричиняють молочнокисле бродіння, поділяються на дві великі групи:

І група – гомоферментативні молочнокислі бактерії – мікроорганізми, подібні Streptococcus lactis, що є істинними анаеробами і які зброджують гексози в точній відповідності з наведеним вище сумарним рівнянням молочнокислого бродіння;

ІІ група – гетероферментативні молочнокислі бактерії – це бактерії, які, окрім молочної кислоти, утворюють значні кількості інших продуктів, зокрема, оцтової кислоти і етилового спирту.

Характерним представником другої групи молочнокислих бактерій є мікроб Bacterium lactis aerogenes, що утворює молочну, оцтову кислоти, етиловий спирт, вуглекислий газ, водень і метан. Зокрема, помітний вміст молочної і оцтової кислот в житньому тісті (і житньому хлібі) пояснюється тим, що під час його бродіння, разом зі спиртовим бродінням, відбувається також молочнокисле бродіння, в результаті чого накопичується як молочна, так і оцтова кислоти.

Маслянокисле бродіння – це бродіння в результаті якого утворюється масляна кислота. Цей процес відбувається за тривалого зберігання харчових продуктів. Масляна кислота має гіркий присмак. Накопичення цієї кислоти у складі продуктів погіршує їх смакові якості.

Лимоннокисле бродіння – бродіння, яке відбувається під дією пліснявих грибів. Зокрема, промислове одержання лимонної кислоти відбувається шляхом зброджування грибком Aspergilius niger.

Таблиця 1– Відносна солодкість (ВС) різних вуглеводів і деяких штучних підсолоджувачів

Цукор	ВС	Цукор або підсолоджувач	ВС
Сахароза		α- D- лактоза
β - D- фруктоза		β- D- лактоза
α - D- глюкоза		Ксилоза
β- D - глюкоза		Сорбіт
α - D- галактоза		Ксиліт
β - D- галактоза		Цикламати
α - D- маноза		Аспартам
β- D- маноза	Гірка	Сахарин

Запитання для самоконтролю:

1. Що таке пектини? Види пектинів.

2. Назвіть джерела пектинових речовин, охарактеризуйте їх властивості.

3. Які сполуки належать до класу «камеді»?

4. Походження слизів, їх хімічний склад та роль у лікуванні захворювань.

5. Вкажіть найважливіші глікозиди.

6. Охарактеризуйте методи визначення вуглеводів (полісахаридів) у харчових продуктах.

7. Як відбувається кругообіг життєво необхідних елементів на Землі?

8. Дайте визначення понять: гетеротрофи, автотрофи та хемосинтез.

9. Які типи бродіння Ви знаєте? Запишіть їх у виді хімічних формул.

10. Охарактеризуйте кожен тип бродіння.

11. Дайте характеристику мікроорганізмів, що беруть участь у молочнокислому бродінні.

Література:

1. Пищевая химия. Нечаєв А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А. и др.. Под ред. А.П. Нечаєва. Издание 4-е, испр. и доп. – СПб.: ГИРД, 2007. – 640 с.

2. Пищевая химия: Лабораторный практикум. Пособие для вузов / Нечаєв А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А. и др.– СПб.: ГИРД, 2006. – 304 с.

3. Дубиніна А.А., Малюк Л.П., Селютина Г.А та ін. Токсичні речовини у харчових продуктах та методи їх визначення: Підручник. – К.: ВД «Професіонал», 2007. – 384 с.

4. Донченко Л.В., Надтыка В.Д. Безопасность пищевого сырья и продуктов питания. – М.: Пищевая пром-сть, 1999. – 352 с.

5. Пасальський Б.К. Хімія харчових продуктів: Навчальний посібник. – К.: Київ. Держ.торг.-екон.ун-т, 2000. – 196 с.

6. Азбука харчування. Раціональне харчування /За ред. А.І.Смолякової і І.О.Мартинюк. - Львів; Світ, 1991 - 200с

7. Біохімія. Підручник для вузів / М.Є.Кучеренко та ін. – К.:Либідь. – 1995.– 464 с.

8. Боєчко Ф.Ф. Біологічна хімія. - Київ: Вища цгк., 1995.- 536с

9. Даценко І.І., Габович Р.Д. Основи загальної і тропічної гігієни. – К.: Здоров’я, 1995. – 424 с.

10. Бузник И.М. Энергетический обмен и питание. - М.: Медицина, 1990. - 155с.

11. Губергриц А. Я., Линевский Ю.В. Лечебное питание. - Киев: Вища шк., 1985. 296с.

12. Дуденко Н.В., Павлоцька Л.Ф. Фізіологія харчування. – Х.: НВФ “Студцентр”. 1999. – 392с.

13. Мицык В.Е., Невольниченко А.Ф Рациональное питание и пищевые продукты. - Киев: Урожай, 1994. - 332с.

14. Нормальна фізіологія / За ред. В.І. Філімонова.- К.: Здоров’я, 1994.- С.441-479.

15. Павлоцкая Л.Ф., Дуденко Н.В., Эйдельман М.М. Физиология питания. – М.: Высш. шк., 1989. – 368 с.

16. Смоляр В.И. Рациональное питание. - Киев: Наук. думка, 1991. - 355с.