Спиртовое брожение

Спиртовым брожением называется процесс расщепления сахара микроорганизмами с образованием этилового спирта и углекислого газа.

С₆Н₁₂О₆ - 2СН₃СН₂ОН+2СО₂

Возбудителями спиртового брожения являются дрожи сахаромицеты, некоторые мицеальные грибы. Даже растения и грибы в анаэробных условиях способны накапливать этиловый спирт.

Процесс проходит 2 стадии

1. Окислительная - превращение глюкозы до пировиноградной кислоты (пируват) и отнятие двух пар водорода.

С₆Н₁₂О₆--2СН₃СОСООН= “НАД (кофермент) Н₂О

2. Далее пируват декарбоксилируется пируваткарбоксилазой при участии тиаминпирофрсфата до ацетальдегида, а затем ацетальдегид восстанавливается алкогольдегидрогеназой в этанол при участии кофермента НАД.

Во второй стадии- восстановительный кофермент НАД Н2 передает водород конечному акцептору

Характерной физиологической особенностью большинства дрожжей является их способность переключать обмен с одного типа (анаэробный) на другой (аэробный). Недостаточность выделяющейся при брожении энергии дрожжи возмещают переработкой большого количества сахара, чем при дыхании. Наряду с главными продуктами брожения в небольшом количестве образуются и побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, сивушные масла. В состав сивушных масел входят пропанол, 2-бутанол, амиловый , изоамиловый спирты.

Высшие спирты участвуют в формировании аромата и вкуса напитков спиртового брожения.

Дрожжи способны сбраживать помимо глюкозы и пировиноградную кислоту. В качестве промежуточного продукта при сбраживании пирувата образуется ацетальдегид; если к дрожжам сбраживающим глюкозу добавить бисульфит, то появится новый продукт-глицерин, при снизится выход этилового спирта.

УСЛОВИЯ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ

На развитие дрожжей и ход брожения влияют: химический состав сбраживаемой среды, концентрация и кислотность среды, содержание спирта, температура, наличие посторонних микроорганизмов.

Большинство дрожжей способны сбраживать моносахариды, а из дисахаридов-сахарозу и мальтозу. Дрожжи не могут сбраживать крахмал, так как они не образуют амилолитических ферментов.

Наиболее благоприятная концентрация сахара- от 10 до 15%. При повышении концентрации сахара энергия брожения снижается, а при 30-35% сахара брожение прекращается. Хорошим источником азота для большинства дрожжей являются аммонийные соли, но дрожжи могут использовать также аминокислоты и пептиды.

Нормальное брожение протекает в кислой среде, при рН 4-5. В щелочной среде в результате брожения образуется глицерин. Наибольшая скорость брожения при температуре 30 С. При температуре 45-50^оС брожение прекращается в результате гибели клеток дрожжей. Снижение температуры замедляет ход брожения, но полностью оно не прекращается даже при температуре ниже О^оС.

С энергетической точки зрения брожение — процесс малоэф­фективный. Так, если при окислении 1 граммолекулы глюкозы до СО₂ и Н₂О в процессе аэробного дыхания синтезируется 36 моль АТФ, то в процессе спиртового брожения — всего 2 моль АТФ.

Дрожжи могут переключать один тип обмена веществ (аэроб­ный) на другой (анаэробный).

По характеру брожения дрожжи подразделяют на верховые и низовые. Брожение, вызываемое верховыми дрожжими, протекает быстро и бурно при температуре 20-28 С. На поверхности бродящей жидкости образуется много пены и под действием выделяющегося углекислого газа дрожжи выносятся в верхние слои субстрата. По окончании брожения дрожжи оседают на дно бродильных сосудов рыхлым слоем.

Брожение, которое вызывают низовые дрожжи протекает медленно при темературе 5-10 С. Газ выделяется постепенно, пены образуется меньше, дрожжи быстро оседают на дно бродильных емкостей.

Этиловый спирт, образующийся в процессе брожения, неблагоприятно влияет на дрожжи. Накопление дрожжами спирта в концентрации 2-5% действует на них угнетающе. В большинстве случаев брожение прекращается при накоплении дрожжами 12-14% (объемных) спирта.

В настоящее время выделены расы дрожжей, устойчивые к накоплению даже 20% спирта.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ

Процесс спиртового брожения лежит в основе получения этилового спирта, кормовых и пищевых дрожжей, пивоварения, хлебопечения, производства глицерина. Совместно с молочнокислым брожением используется при получении кисломолочных продуктов (кумуса, кефира).

Для получения этилового спирта используют разное сырье трех основных групп: содержащее сахар (сахарная свекла, кормовая патока, или меласса, сахарный тростник, фруктовые соки); со­держащее крахмал (картофель, земляная груша, кукуруза, ячмень, овес, рожь, пшеница); содержащее целлюлозу (древесина и суль­фитные щелока). Сырье используют в зависимости от хозяйственных возможностей; оно должно быть дешевым и в достаточном количестве.

Крахмалсодержащее сырье разваривают и подвергают осахариванию. Источником амилолитических ферментов служит солодовое молоко, изготовляемое из проросших зерен ячменя, или ферментный препарат из грибов рода Aspergillus.

Вносят и дополни^:льные источники питания. Это делается всегда по рецепту сред для каждого данного производства.

В полученное сусло вносят дрожжи, чаще всего применяют расы Saccharomyces cerevisiae, которые быстро размножаются, с устойчивы, обладают высокой энергией брожения. Есть и промышленно важные расы дрожжей.

По окончании брожения дрожжи отделяют от сброженных заторов, а спирт отгоняют на специальных перегонных аппарата. Получается спирт-сырец и остается отход производства — барда которую используют для получения кормовых дрожжей. Отработанные дрожжи тоже используются в виде жидких и сухих кормо­вых дрожжей.

Спирт-сырец используют как для технических целей, так и для дальнейшей очистки — ректификации.