Глава 5. Биохимические процессы, вызываемые хемогетеротрофами, и их использование в пищевых производствах.

В пищевых производствах используются процессы, основанные на жизнедеятельности хемогетеротрофов. По субстрату, на который воздействуют хемогетеротрофные микроорганизмы, все процессы можно разделить на две основные группы: превращения органических веществ, не содержащих азота (различные виды брожения и окисления); превращения органических веществ, содержащих азот (гниение).

Превращения безазотистых органических веществ

Анаэробные процессы

К анаэробным процессам относятся спиртовое, молочнокислое, пропионовокислое, маслянокислое брожение и брожение пектиновых веществ.

Спиртовое брожение. Вызывается аскомицетовыми дрожжами рода Saccharomyces, a также некоторыми бактериями и отдельными представителями мукоровых грибов. Основные возбудители этого брожения дрожжи-сахаромицеты, являющиеся факультативными анаэробами (рис.5.1). В аэробных условиях дрожжи получают энергию путем полного окисления моно- и дисахаридов до СО₂ и Н₂О, т.е. путем аэробного дыхания. Этот процесс лежит в основе производства хлебопекарных (прессованных) и кормовых дрожжей, где необходимо, чтобы сахар потреблялся, главным образом, на размножение дрожжей, в результате чего накапливалась бы значительная биомасса.

В анаэробных условиях необходимую для жизнедеятельности энергию дрожжи получают путем сбраживания моно- и дисахаридов по следующему суммарному уравнению:

С₆Н₁₂О₆ --» 2СНзСН₂ОН + 2СО₂ +118 кДж

Глюкоза Этиловый спирт

Рис. 5.1. Дрожжи рода Saccharomyces

Процесс этот, как и любое брожение - сложный многоэтапный протекающий при участии комплекса разнообразных ферментов, имеющихся у дрожжей. Каждая стадия катализируется соответствующим ферментом.

Наряду с основными продуктами брожения в незначительных количествах образуются побочные продукты: глицерин, уксусный аль­дегид, уксусная и янтарная кислоты, сивушные масла (смесь высших спиртов).

Общие условия спиртового брожения. На развитие дрожжей и ход брожения оказывают влияние многие факторы, состав сбражи­ваемой среды, содержание спирта, температура, рН, раса дрожжей.

Большинство дрожжей способы сбраживать моносахариды (глюкозу, фруктозу) и дисахариды (сахарозу, мальтозу). Некоторые дрожжи могут сбраживать пентозы (ксилозу, арабинозу). Крахмал дрожжи не сбраживают, так как амилолитические ферменты у них от­сутствуют, поэтому крахмалистое сырье для бродильных производств предварительно подвергают осахариванию при участии ферментов амилаз различного происхождения.

Концентрация сахара 10-15 % наиболее благоприятна для боль­шинства дрожжей.

В качестве источника азота для дрожжей наиболее благоприятны аммонийные соли органических кислот, могут использоваться также аминокислоты.

На дрожжи оказывает неблагоприятное действие этиловый спирт, накапливающийся в среде. Отношение различных дрожжей к спирту неодинаково. Угнетающее действие проявляется уже при кон­центрации 2-5об.%, брожение прекращается в большинстве случаев при 12-14 об.%. Имеются и спиртоустойчивые дрожжи, они выносят до 18 об.% спирта.

По отношению к температуре дрожжи-сахаромицеты подразде­ляются на верховые и низовые. Верховые, или дрожжи верхового бро­жения вызывают бурное и быстрое брожение при температуре 20-28⁰С, всплывают на поверхность под действием выделяющегося диоксида углерода. По окончании брожения дрожжи оседают на дно бродиль­ных сосудов, образуя рыхлый осадок.

Низовые, или дрожжи низового брожения осуществляют более спокойное или медленное брожение, особенно если его ведут при тем­пературе 5-10⁰С. Газ выделяется постепенно, пены образуется меньше. По окончании брожения дрожжи оседают на дно сосуда, образуя плотный осадок.

Спиртовое брожение протекает при кислых значениях рН 4 - 4,5. При подщелачивании среды до рН 8 или при введении в среду сульфи­та (или бисульфита) натрия дрожжи в качестве основного продукта брожения накапливают не спирт, а глицерин (до 40% по отношению к сброженному сахару). Это так называемая глицериновая форма спир­тового брожения:

2С₆Н₁₂О₆ + Н₂О = 2СН₂ОНСНОНСН₂ОН + СН₃СН₂ОН +

глюкоза глицерин этиловый спирт

+ СН₃СООН + 2СО₂ + Х кДж

уксусная кислота

Этот процесс используется для промышленного получения гли­церина, применяющегося в различных отраслях промышленности.

Ряд пищевых производств основан на жизнедеятельности дрожжей-сахаромицетов, вызывающих спиртовое брожение. Оно ле­жит в основе производства этилового спирта, пива, вина, а также хле­бопечения.

Совместно с молочнокислым брожением оно используется для производства кваса, кефира, кумыса.