Брожение молочнокислое: технология и необходимое оборудование. гетероферментативное молочнокислое брожение

1.5.5.2 Пропионовокислое брожение

В сырах с высокой
температурой второго нагревания
образование глазков обуславливают
пропионовокислые бактерии, сбраживающие
молочный сахар,
молочную кислоту и ее соли.

3С12Н22О11 + 3Н2О 
8СН3СН2СООН + 4СН3СООН + 4СО2 + 4Н2О

лактоза пропионовая
к-та уксусная к-та

3СН3СНОНСООН 
2СН3СН2СООН + СН3СООН + СО2 + Н2О

молочная к-та
пропионовая к-та уксусная к-та

В процессе гликолиза
молекула органического вещества
метабилизируется до пирувата. Молекула
ПВК усложняется – карбоксилируется в
реакции, катализируемой биотинзависимым
фертментом. Донором СО2 является
метилмалонил-КоА. В реакции
транскарбоксилирования образуется
щавелеянтарная кислота (ЩУК) и
пропионил-КоА:

Рисунок 4 – Реакция
транскарбоксилирования в пропионовокислом
брожении

ЩУК в результате
трех последовательных ферментетивных
реакций превращается в янтарную кислоту,
реакции протекают с участием НАДН+ ,
возникших при окислении 3-ФГА. На сукцинат
переносится КоА-группа с пропионил-КоА,
в результате чего образуются сукцинил-КоА
и пропионовая кислота, которая выводится
из процесса и накапливается вне клетки.
Сукцинил-КоА с помощью изомеразы
превращается в метилмалонил-КоА. Эту
реакцию называют ключевой в пропионовом
брожении, т.к. в ней подготавливается
субстрат, являющийся предшественником
пропионовой кислоты, — метилмалонил-КоА.

Рисунок 5 –
Пропионовокислое брожение

В ходе реакции
образуются дополнительные продукты:

Рисунок 6 –
Дополнительные продукты пропионовокислого
брожения

Пропионовокислое
брожение рассматривается как наиболее
совершенные впособ получения энергии
в анаэробных условиях.

2.1.1 Характеристика готового продукта

Сыр «Российский
новый» должен соответствовать
требованиям приведенным ниже.

Форму, размер и
массу сыр должен иметь следующие: форма
— низкий цилиндр со слегка выпуклой
боковой поверхностью и округлыми
гранями; высота -10-18см; диаметр 24-28см;
масса — 4,7-1,1 кг.

Органолептические
показатели сыра:

— вкус и запах —
выраженный сырный, слегка кисловатых,
без посторонних привкусов и запахов,
допускается слегка пряный вкус;

— внешний вид- корка
ровная, без повреждений и толстого
подкоркового слоя, покрытая специальными
парафинами, полимерными, комбинированными
составами или полимерными пленками под
вакуумом, поверхность должна быть
чистой;

— консистенция-
тесто пластичное, нежное, однородное
(допускается слегка плотное тесто);

— рисунок — на
разрезе сыр имеет равномерно расположенный
рисунок, состоящий из глазков неправильной,
угловатой или щелевидной формы;

— цвет теста — от
слабо-желтого до желтого, равномерный
по всей массе.

Физико-химические
показатели сыра: массовая доля жира в
сухом веществе 501,6%;
массовая доля влаги, не более 44%; массовая
доля поваренной соли 1,5
0,5%.

Гетероферментативное молочнокислое брожение

Этот способ является именно тем промышленно применимым, благодаря которому и осуществляется производство всей кисломолочной продукции, осуществляется консервация овощей, происходит заготовка силосных кормов для скота.

Основное отличие от описанного ранее — это то, что молочнокислое брожение возбудители осуществляют с образованием большего числа побочных продуктов. Лишь 50% сахара перерабатывается бактериями в молочную кислоту, остальной же уходит на формирование таких молекул, как:

• уксусная кислота;
• глицерин;
• диоксид углерода;
• этиловый спирт и прочие.

Чем это лучше и выгоднее, чем образование 90% чистой молочной кислоты при гомоферментативном методе? Все дело в том, что когда основного продукта вырабатывается слишком много, то жизнедеятельность многих бактерий угнетается совсем. Кроме того, продукты теряют многие вкусовые качества, которые приобретают благодаря побочным соединениям. Так, например, приятный аромат консервированных овощей обеспечивается уксусной кислотой и изоамиловым спиртом. Если же этих соединений не будет, то результат консервации станет совсем иным.

Выход молочной кислоты в 50% вполне достаточен для подавления развития и жизнедеятельности всех посторонних грибков и микроорганизмов в системе. Потому что даже 1-2% вызывают слишком сильное подкисление среды, в которой не могут существовать никакие иные организмы, кроме молочнокислых бактерий. Весь процесс осуществляется по

Условия брожения при гетероферментативном способе должны быть следующими:

• хорошая и свежая закваска, добавляемая на первоначальном этапе;
• оптимальные внешние условия, которые подбираются для каждого продукта индивидуально;
• качественное и отлаженное оборудование;
• все необходимые для процесса технические приспособления.

Среди внешних условий особое значение имеет температура процесса. Она не должна быть слишком высокой, но и холод резко затормозит весь ход брожения.

Сегодня существует специализированная емкость для брожения, которая автоматически создает все необходимые условия для правильной и комфортной работы микроорганизмов.

Пищевые продукты, получаемые с использованием брожения (по регионам)

• По всему миру: дрожжевой хлеб, спирт, вино, уксус, сыр, йогурт, пиво, сидр
• Азия
  • Индия: achar, gundruk, индийские пикули, идли
  • Юго-Восточная Азия: asinan, bai-ming, belacan, burong mangga, dalok, jeruk, кимчхи, рыбный соус, leppet-so, miang, мисо, nata de coco, naw-mai-dong, pak-siam-dong, paw-tsaynob в снегу (雪裡蕻), саке, seokbakji, соевый соус, сычуаньская капуста (四川泡菜), tai-tan tsoi, такуан, tsa tzai, цукэмоно, yen tsai (醃菜), пахучий соевый творог, некоторые виды чая
  • Центральная Азия: кумыс (кобылье молоко), кефир, шубат (верблюжье молоко), айран
• Африка: семена гибискуса, острый перцовый соус, lamoun makbouss, mauoloh, msir, mslalla, oilseed, огили, огири, гарри
• Америка: сыр, маринованные овощи, квашеная капуста, семена люпина, семена масличных культур, шоколад, ваниль, табаско, квашеная рыба, рыбьи головы, морж, тюлений жир, птица (в эскимосской кухне)
• Ближний Восток: мацони, kushuk, маринованные лимоны, айран, mekhalel, тан, торси, tursu
• Европа: сыр, квашеная капуста, кисломолочные продукты, такие как творог, кефир и простокваша, айран, мацони, квашеная рыба, сюрстрёмминг
• Россия: простокваша, сметана, квас, квашеная капуста, мочёные яблоки, мочёные сливы, мочёные груши, мочёные арбузы, мочёный виноград, бочковые солёные огурцы, солёные томаты, солёные грибы, брага
• Регионы Арктической зоны: копальхен

Разложение глицерина — болезнь прогоркания

Использование глицерина бактериями и особые характеристики, которые оно придает вину, описано многими авторами, хотя этот случай встречается относительно редко. Однако механизмы, посредством которых осуществляется это разложение, остаются невыясненными. Кроме того, не определен баланс этого превращения, аналогичный приведенному выше относительно разложения лимонной кислоты. Рис. 15.(29 составлен на основе общих сведений о разложении глицерина различными микроорганизмами. С одной стороны, это вещество превращается в пировиноградную кислоту сначала путем реакций, обратных реакциям глицерино-пировиноградного брожения (см. рис. 15.14), и затем путем гликолиза (см. рис. 15.10), с другой — оно трансформируется в акролеин и пропандиол-2,3 посредством особого механизма. Таким образом, наряду с классическими продуктами бактериального метаболизма отмечают образование акролеина, который -является ответственным за особые органолептические характеристики «прогорклых вин» вследствие его связи с фенольными соединениями (Ренчлер и Таннер, 1951). Сбраживание глицерина дает также пропандиол-3 (Вуд, 1961), присутствие которого в больных винах кажется пока недоказанным. Наконец, обнаруживается муравьиная кислота (Вуд, 1961), которая получается от перехода пировиноградной кислоты в уксусную с помощью ацетилкофермента А (см. рис. 15.11).

Рис. 15.30. Разложение винной кислоты молочнокислыми бактериями (Радлер и Янисис, 1972). Рис. 15.29. Разложение глицерина молочнокислыми бактериями.

Использование человеком

Основная польза от брожения — это превращение, например, сока в вино, зерна и других исходных продуктов в пиво, а углеводов в диоксид 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 квашении кислота, получаемая из доминирующей бактерии, препятствует росту всех других микроорганизмов.

У животных[править | править код]

В условиях недостатка кислорода, когда аэробное окисление пирувата становится невозможным, в тканях животных пируват начинает превращаться в лактат под действием фермента лактатдегидрогеназы с затратой молекулы NADH + H+, то есть он подвергается молочнокислому брожению. Так как при гликолизе из одной молекулы глюкозы образуется две молекулы пирувата и две молекулы NADH + H+, которые потом тратятся на превращение двух молекул пирувата в две молекулы лактата, суммарного образования или расходования NADH + H+ в этой реакции не происходит. Превращение пирувата в лактат происходит при активной работе мышц или эритроцитах. Из-за образования лактата при активной физической работе pH в крови и мышцах снижается, что ограничивает длительность периода напряжённой физической активности. Образованный лактат может быть использован повторно: при восстановлении сил после интенсивной физической нагрузки по кровотоку он доставляется в печень, где снова превращается в глюкозу.

Разложение винной кислоты — пропионовокислое брожение (турн)

Лишь ограниченное ч-исло молочнокислых бактерий вина способно разлагать винную кислоту. Это разложение представляет собой серьезную болезнь вина — турн, иногда довольно частое явление, но в настоящее время встречающееся все реже и реже вследствие прогресса в технике хранения вина. Механизм разложения винной кислоты исследовали Крампиц и Линен (1964) и особенно Радлер и Янисис (1972). Из анализа балансов, полученных на различных штаммах, Радлер и Янисис сделали вывод, что известны два пути разложения винной кислоты (рис. 15.30). Lactobacillus plantarum используют механизм I, который соответствует образованию из двух молекул винной кислоты трех молекул С02, одной молекулы уксусной кислоты и одной -молекулы молочной кислоты. Lactobacillus brevis использует механизм II, который соответствует образованию из трех молекул винной кислоты четырех молекул С02, двух молекул уксусной кислоты и одной молекулы янтарной кислоты. В этих двух механизмах обеспечивается равновесие окисления-восстановления в том смысле, что число молекул NAD, восстанавливаемых в NADH2, равно числу молекул NADH2, окисляемых в NAD.

Продукты окисления сахаров уксуснокислыми бактериямиОкисление спирта в уксусную кислоту за счет кислорода воздуха уксуснокислыми бактериями.

Некоторые бактерии могут реализовать частичное окисление уксусной кислоты в С02 и Н20, и соответствующая характеристика служит тестом для их классификации (Дивие и Дюпюи, 1969). Уравнение записывается: СН3 — СООН + -202 2С02 + 2Н20. В этом случае общее уравнение уксуснокислого брожения приобретает вид СН3 — СН2ОН + 302 2С02 + ЗН20. Точно так же уксуснокислые бактерии вызывают частичную этерификацию уксусной кислоты этиловым спиртом в соответствии с реакцией СН3 — СООН + сн3 — сн2он сн3 — со — о — сн2 — СНз + н2о, Этилацетат играет важную роль в энологии; он ответственен за особые органолептические качества вин, пораженных при уксусном скисании.

Суть процессов брожения

Если говорить о том, что собой представляет процесс брожения, то следует указать на его биохимическую природу. Ведь, по своей сути, это просто деятельность бактерий, которые добывают себе энергию для жизни, вырабатывая при этом различные побочные продукты.

В целом брожение можно обозначить одним словом — окисление. Анаэробный распад какого-либо вещества под влиянием тех или иных бактерий, который приводит к образованию целого ряда продуктов. Какое вещество лежит в основе, а также что получится в результате, определяется типом самого процесса. Выделяют несколько вариантов брожения, поэтому существует своя классификация для данных преобразований.