1. Типовые процессы брожения (спиртовое, молочнокислое, масляно-кислое): возбудители, химизм, условия, влияющие на интенсивность брожения, значение. Краткая характеристика микроорганизмов - возбудителей

Активность дрожжей определяется их характеристиками: бродильной и спиртообразующей способностью, усвоением азотистых веществ и сахаров, спирто- и кислотовыносливостью и др. На активность дрожжей влияют: концентрации сахаров, этилового спирта, кислотность среды, фенольные и азотистые вещества, температура, кислород воздуха, углекислый газ, давление, высушивание, антисептики и др. Содержание сахаров в виноградном сусле до 20 г/100 см³ не задерживает брожение. Более высокие исходные концентрации сахаров могут остановить брожение, при этом дополнительным ингибитором выступает образующийся этиловый спирт. Угнетение брожения связано с тем, что клетки дрожжей не могут преодолеть осмотическое давление высокой концентрации сахаросодержащей жидкости. Концентрация этилового спирта при последовательном введении в сбраживаемую среду сахаросодержащего раствора может достигать 19% об. При повышении концентрации спирта развитие дрожжей, их активность замедляются, особенно при повышении температуры. Обработка вина, содержащего 9% об. и выше спирта, при температуре 50°С в течение 5 мин достаточна для их обеспложивания. Др. спирты также оказывают угнетающее действие на дрожжи. Ингибирующее свойство концентрации этилового спирта на дрожжи усиливается повышением концентрации сахаров. При ориентировочных расчетах спиртования используют правило Делле, по которому 80 консервирующих единиц защищают вино от забраживания. 1% сахаров принимается за 1 консервирующую единицу, а 1% об. спирта по консервирующему действию равен 4,5% сахаров.

Водородный показатель виноградного сусла может быть в пределах рН=2,8-4,0. При этих значениях рН винные дрожжи развиваются очень хорошо. Дрожжи вида Saccharomyces vini приспособлены к нормальному развитию при рН=3,5. При повышении кислотности среды клетки дрожжей мельчают, приобретают округлую форму, в протоплазме накапливается жир; в сбраживаемой среде образуется больше летучих кислот, глицерина, янтарной кислоты. Виды дрожжей рода Saccharomyces относительно устойчивее к полифенолам, чем пленчатые дрожжи. Клетки дрожжей при сбраживании сусла для красных вин адсорбируют антоцианы. При содержании этилового спирта 11% об. все фенолкарбоновые кислоты угнетают процесс брожения и вызывают дегенеративные изменения дрожжевых клеток активность дрожжей и их размножение регулируются степенью использования ими азота: чем богаче дрожжи азотом, тем выше интенсивность брожения и слабее интенсивность дыхания. Следовательно, для активного брожения виноградное сусло должно быть хорошо обеспечено азотистыми веществами. Винные дрожжи способны использовать азот из различных источников: катионы аммония (аммиачный азот), аминокислоты, амиды, полипептиды. При недостаточном количестве азота в качестве стимулятора размножения дрожжей рекомендуется применять аммиачный азот, который дрожжами усваивается лучше при введении в сусло до начала брожения. В анаэробных условиях дрожжи могут использовать до 260мг/дм³ аммиачного азота и в аэробных - до 300 мг/дм³. Для размножения дрожжей оптимальной является температура 30°С, для брожения - 35°С. При температуре выше 40°С удельная скорость роста дрожжей - сахаромицетов прекращается. Чем выше температура, тем раньше начинается брожение, протекает интенсивнее, но заканчивается с большим количеством остаточных сахаров. Наилучшее брожение достигается при температуре, которая остается неизменной от начала до конца процесса (например, дрожжи лучше выдерживают температуру 35°С от начала до конца брожения, чем постепенное ее повышение от 25 до 35°С). Дрожжи могут адаптироваться и к высокой температуре среды (40°-42°С). Термотолерантные культуры дрожжей обладают значительно более высокой активностью брожения и резко сниженной интенсивностью дыхания; имеют высокую биохимическую активность.

При использовании этих штаммов в вине накапливаются продукты жизнедеятельности, обусловливающие формирование высоких органолептических свойств. Дрожжи устойчивы к холоду и переносят температуру - 200°С. При 0°С некоторые виды дрожжей могут медленно размножаться и вызвать брожение. Из всех видов дрожжей, применяемых в виноделии, вид Sacch. uvarum обладает природной устойчивостью к низким температурам. Термоустойчивость дрожжей в присутствии этилового спирта значительно снижается, поэтому сравнительно высокое содержание его в винах (до 20% об.) существенно повышает эффективность пастеризации. Оптимальную температуру (Т0) пастеризации вин, инфицированных микроорганизмами, рассчитывают по формуле: Т0=±75-1,5 Q, где 75 - температура пастеризации виноградного сусла; 1,5 - эмпирический коэффициент; Q - содержание этилового спирта, % об.

Молочнокислое брожение - это наиболее превращение сахара молочнокислыми бактериями с образованием молочной кислоты. Важным техническим продуктом являются молочная кислота, широко применяемая при производстве фруктовых соков, консервов, в кондитерской, кожевенной, текстильной и других отраслях промышленности. Молочнокислые бактерии в процессе брожения образуют в основном молочную кислоту и очень мало побочных продуктов. Суммарное уравнение брожения выглядит следующим образом Азаров В.Н. Основы микробиологии и пищевой гигиены. - М.: Экономика, 1981. - с. 86.:

(2)

Химизм молочнокислого брожения весьма сходен со спиртовым. Сбраживанию могут подвергаться как моносахара. Так и дисахара. Более сложные углеводы не могут перерабатываться молочнокислыми бактериями, так как они не имеют ферментов для расщепления этих сахаров. В связи с некоторыми различиями в ферментных системах сходство процессов превращения сахаров при молочнокислом и спиртовом брожениях сохраняется лишь до образования пировиноградной кислоты.

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 25-35^оС и термофильные с оптимумом около 40-45^оС. 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 является сложным биохимическим процессом превращения углеводов, иногда спиртов и кислот в масляную кислоту. Образуются также и побочные продукты: уксусная, пропионовая, валериановая, капроновая, янтарная, муравьиная и другие кислоты, этиловый, бутиловый, амиловый, пропиловые спирты, водород и углекислота. Возбудители масляно-кислого брожения широко распространены в природе. Они встречаются в навозе, загрязненной воде, молоке, сыре и т.д. Особенно широко они представлены в различных почвах. Масляно-кислые бактерии - строгие анаэробы. В качестве источника азотистого питания могут использовать различные азотистые соединения: пептоны, неорганические азотистые вещества и др. оптимальная температура их развития колеблется в пределах 30-40⁰С. Споры могут выносить кипячение в течение нескольких минут. Общее уравнение этого брожения, учитывающее лишь постоянно образующиеся вещества, выглядит так Азаров В.Н. Основы микробиологии и пищевой гигиены. - М.: Экономика, 1981. - с. 88.:

(3)

Масляная кислота представляет собой бесцветную летучую жидкость с резким запахом. Маслянокислое брожение играет большую роль в разрушении растительных остатков, богатых углеводами - в почве, на дне рек, болот, т.е. везде, куда затруднен доступ воздуха. В природе маслянокислым бактериям принадлежит важная роль в круговороте углерода. Масляная кислота- широко распространенный продукт анаэробного разложения различных органических веществ. Маслянокислое брожение используют в промышленности для получения масляной кислоты, которая находит широкое применение. Масляная кислота обладает резким неприятным запахом прогорклого масла. В то же время ее эфиры отличаются приятным ароматом, например, метиловый эфир имеет яблочный запах, этиловый - грушевый, амиловый - ананасный. Их используют в кондитерской и парфюмерной промышленности, в производстве фруктовых безалкогольных напитков.