1.3.2 Молочнокислое и другие виды брожения

Молочнокислое брожение, в ходе которого пируват восстанавливается до молочной кислоты, осуществляют молочнокислые бактерии и другие организмы. При сбраживании молока молочнокислые бактерии преобразуют лактозу в молочную кислоту, превращая молоко в кисломолочные продукты (йогурт, простокваша и др.); молочная кислота придаёт этим продуктам кисловатый вкус. Молочнокислое брожение отличается от спиртового тем, что пируват не декарбоксилируется, как при спиртовом брожении, а непосредственно восстанавливается лактатдегидрогеназой при участии НАДН. Молочнокислое брожение вызывают молочнокислые бактерии родов Lactobacillus и Lactoccocus. Они представляют собой факультативные анаэробы, в их клетках отсутствуют цитохромы и каталаза.

Известны две группы этих бактерий. В одну из них входят гомоферментативные бактерии, которые образуют только молочную кислоту. некоторые бактерии образуют ее не менее 90% от количества всех продуктов брожения. Гетероферментативные микроорганизмы кроме молочной кислоты образуют уксусную кислоту, этанол и диоксид углерода. При гетероферментативном брожении катаболизм глюкозы до глицеральдегид-3-фосфата протекает по фосфоглюконатному пути. Глицеральдегид-3-фосфат превращается в пируват, а затем в молочную кислоту. Брожение сопровождается образованием ацетилфосфата. Образовавшийся ангидрид уксусной и фосфорной кислот превращается в уксусную кислоту или восстанавливается в этанол.

В пшеничных полуфабрикатах хлебопекарного производства наиболее активны мезофильные молочнокислые бактерии с температурой их действия 30-37 ?С.

Молочнокислое брожение особенно интенсивно протекает в тесте из ржаной муки. При созревании ржаного теста основным видом брожения является молочнокислое, при котором накапливается как молочная, так и уксусная кислоты. Благодаря тому, что в ржаной закваске наряду с молочнокислыми бактериями присутствуют и дрожжевые клетки (причем эти микроорганизмы проявляют свою жизнедеятельность в условиях симбиоза), в ржаном тесте протекает также и спиртовое брожение.

На интенсивность молочнокислого брожения влияют температура и влажность полуфабрикатов, дозировка закваски или других продуктов, содержащих молочнокислые бактерии, состав кислотообразующей микрофлоры, интенсивность замеса теста. Отмечено, что молочнокислое брожение протекает более интенсивно в полуфабрикатах густой консистенции. В процессе брожения кислотность полуфабрикатов возрастает.

В пшеничное тесто молочнокислые бактерии попадают с мукой, дрожжами, молочной сывороткой и др.

При брожении пшеничных полуфабрикатов часть гексоз затрачивается на увеличение дрожжевой массы при размножении дрожжей в опаре и заквасках. На интенсивность размножения дрожжей влияют исходное количество дрожжей, консистенция полуфабриката, его температура, массовая доля влаги и содержание питательных веществ, необходимых клетке. Чем меньше начальное количество дрожжей, тем быстрее идет их размножение. В густых полуфабрикатах дрожжи размножаются медленнее, чем в жидких, так как обмен веществ в густой среде затруднен. Период генерации дрожжей в хлебопекарных полуфабрикатах составляет 2,0 - 2,5 ч. При содержании в тесте 2 % дрожжей и менее размножения дрожжей практически не происходит.

Молочнокислое брожение происходит также в мышцах животных, когда потребность в энергии выше, чем обеспечиваемая дыханием, и кровь не успевает доставлять кислород.

Обжигающие ощущения в мышцах во время тяжелых физических упражнений соотносятся с получением молочной кислоты и сдвигом к анаэробному гликолизу, поскольку кислород преобразуется в двуокись углерода аэробным гликолизом быстрее, чем организм восполняет запас кислорода; а болезненность в мышцах после физических упражнений вызвана микротравмами мышечных волокон. Организм переходит к этому менее эффективному, но более скоростному методу производства АТФ в условиях недостатка кислорода. Затем печень избавляется от излишнего лактата, преобразуя его обратно в важное промежуточное звено гликолиза -- пируват.

Считается, что анаэробный гликолиз был первым источником энергии для общих предков всех живых организмов до того, как концентрация кислорода в атмосфере стала достаточно высокой, и поэтому эта форма генерации энергии в клетках -- более древняя. За очень редкими исключениями она существует и у всех ныне живущих клеток.

Уксуснокислое брожение осуществляют многие бактерии. Уксус (уксусная кислота) -- прямой результат бактериальной ферментации. При мариновании продуктов уксусная кислота предохраняет пищу от болезнетворных и вызывающих гниение бактерий.

1.3.3 Использование человеком брожения

Основная польза от брожения -- это превращение, например, сока в вино, зерна и других исходных продуктов в пиво, а углеводов в двуокись углерода при приготовлении хлебного теста. Широко используется человеком также молочнокислое брожение для приготовления кисломолочных продуктов, квашения овощей и приготовления силоса.

Поскольку фрукты сбраживаются в своем натуральном состоянии, брожение как процесс изменения пищевых продуктов появилось раньше человеческой истории. Однако люди с некоторых пор научились контролировать процесс брожения. Есть веские доказательства того, что люди сбраживали напитки в Вавилоне около 5000 г. до н. э., в Древнем Египте около 3000 г. до н. э., в доиспанской Мексике около 2000 г. до н. э. и в Судане около 1500 г. до н. э. Также существуют данные о дрожжевом хлебе в Древнем Египте около 1500 г. до н. э. и сбраживании молока в Вавилоне около 3000 г. до н. э. Китайцы, вероятно, первыми стали сбраживать овощи.

По Штейнкраузу (Steinkraus; 1995), брожение пищи выполняет пять главных задач:

1. Обогащение видов пищи разнообразием вкусов, ароматов и текстуры

2. Сохранение существенного количества пищи с помощью молочной кислоты, алкоголя, уксусной кислоты и щелочного брожения

3. Биологическое обогащение пищи протеинами, важными аминокислотами, важными жирными кислотами и витаминами

4. Детоксификация в процессе брожения пищи

5. Уменьшение времени и затрат на приготовление пищи

У брожения есть несколько преимуществ, важных для приготовления или сохранения пищи. В процессе брожения можно получать важные питательные вещества или устранять непитательные. С помощью брожения пищу можно дольше сохранять, поскольку брожение может создать условия, неподходящие для нежелательных микроорганизмов. Например, при мариновании кислота, получаемая из доминирующей бактерии, препятствует росту всех других микроорганизмов.