Анаэробные процессы
К анаэробным процессам относятся спиртовое, молочнокислое, пропионовокислое, маслянокислое брожение и брожение пектиновых веществ.
1.1.1. 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.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.29. 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 (рис.30 б), 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.
а б
Рис. 30. Дрожжи низового (а) и верхового (б) брожения
Низовые (рис.30 а), 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. Дрожжи, используемые на том или ином производстве, обладают специфическими качествами. Более того, в одном и том же производстве могут применяться разновидности одного и того же вида, отличающиеся между собой одной или несколькими особенностями. Такие культуры обычно называют расами (штаммами). Их получают, как правило, из одной клетки. Каждое производство располагает несколькими расами, удовлетворяющими определенным требованиям.
Этиловый спирт находит широкое применение во многих отраслях народного хозяйства. Основными потребителями спирта являются пищевая, медицинская и химическая промышленности. Ведущиеся исследования и разработки показали, что спирт может быть использован и как источник углерода для производства биомассы микроорганизмов, в частности, дрожжей. Кроме того, в ряде стран ведутся работы по использованию спирта в качестве транспортного топлива.
Сырьем для производства пищевого этилового спирта служат углеводы' растительного происхождения (картофель, злаки, сахарная свекла) и отходы свеклосахарного производства (меласса). Для получения технического спирта используются отходы целлюлозно-бумажной промышленности (сульфитный щелок), гидролизаты древесины и различных сельскохозяйственных отходов.
Производство пищевого этилового спирта включает следующие основные стадии: подготовку сырья для сбраживания; сбраживание сусла; отгонку спирта из бражки и его очистку. Каждая стадия имеет свои технологические особенности, обуславливаемые используемым сырьем.
Крахмалосодержащее сырье в процессе подготовки к сбраживанию разваривают и подвергают осахариванию - гидролизу крахмала амилолитическими ферментами. В качестве источников ферментов используется солод - проросшее и высушенное зерно злаковых культур, и микробные ферментные препараты.
Подготовка мелассы для сбраживания включает разбавление ее водой и добавление источников фосфора и азота.
Для производства спирта применяют расы верховых дрожжей S. cerevisiae, быстро размножающиеся, обладающие активным комплексом ферментов, спиртоустойчивые и способные переносить высокие концентрации сухих веществ в среде.
Дрожжи - возбудители брожения, предварительно выращивают в аэробных условиях на сусле, подкисленном серной кислотой.
Основной стадией производства спирта является брожение. Обычно в спирт сбраживают сусло с 13-15 % сахаров при температуре 29-32ОС, рН 4,2-5,2. Процесс брожения ведут 2-3 суток.
По окончании брожения дрожжи выделяют из сброженного сусла (бражки), а спирт - отгоняют на специальных перегонных аппаратах. Получают спирт - сырец, который далее подвергается ректификации.
Выделенные из бражки спиртовые дрожжи после промывания и прессования используют в качестве хлебопекарных дрожжей, Отходом спиртового производства является СО2 и барда (остаток после отгонки спирта), которую используют как корм для животных или как питательную среду для выращивания кормовых дрожжей.
Производство пива
Пиво — слабоалкогольный напиток — получают путем сбраживания охмеленного сусла специальными расами дрожжей. Вкус и аромат его создают экстрактивные вещества, извлеченные из солода, горькие и ароматические вещества хмеля, а также этиловый спирт, углекислый газ и другие продукты брожения. Сортовые различия пива определяются типом используемого солода, количеством и видом добавляемых неосоложенных продуктов. Процесс производства пива включает ряд стадий: изготовление солода из ячменя, получение охмеленного сусла, сбраживание сусла, дображивание и созревание молодого пива, фильтрацию и розлив.
Пивные дрожжи, используемые в пивоваренной промышленности, обладают высокой флокуляционной способностью, медленно и полно оседают при осветлении молодого пива в конце главного брожения и готового — в конце дображивания. Они активно сбраживают глюкозу и фруктозу, медленнее — мальтозу и еще медленнее — трисахарид мальтотриозу. Декстрины не сбраживаются и играют важную роль в создании полноты и вкуса пива. Пивные дрожжи в незначительном количестве накапливают высшие спирты, диацетил и сернистые соединения, а также обеспечивают насыщенность пива углекислотой. В настоящее время в СССР в пивоваренной промышленности применяют главным образом дрожжи S. cerevisiae низового брожения (наиболее широко используют расы 776, 41, 44, S-Львовская, 11, 8а(М), а также расы Р и F).
При производстве пива могут развиваться посторонние виды дрожжей. Они ухудшают процесс брожения и осветления пива, вызывают его помутнение, придают посторонний вкус и запах. Описано около 30 видов «диких дрожжей», инфицирующих пиво. Однако детальное изучение свойств многих из них показало, что многочисленные «виды» в большинстве случаев являются мутантами культурных дрожжей. В настоящее время предложено рассматривать такие «виды» как синонимы S. cerevisiae.
Микробиология вина. Вино – продукт спиртового брожения виноградного или плодово-ягодного соков (сусла). Состав сусла разнообразен, но все они являются хорошей питательной средой не только для культурных винных дрожжей, но и для нежелательных микроорганизмов – вредителей производства, которые представлены главным образом аэробными дикими дрожжами, молочнокислыми и уксуснокислыми бактериями. Сусло предварительно сульфитируют (обрабатывают SO2), а затем подвергают брожению. Сернистый ангидрид является не только антисептиком, но и антиоксидантом. Он связывает кислород, понижая окислительно-восстановительный потенциал среды и тем самым предотвращая развитие аэробных микроорганизмов.
Для брожения применяют чистые культуры винных дрожжей низового брожения Saccharomyces cerevisiae (S. ellipsoideus, S.oviformis), которые селекционированы для определенных типов вин. При выборе производственных рас дрожжей руководствуются определенными требованиями. Винные дрожжи должны полностью выбраживать сусло, быть устойчивы к повышенному содержанию сахара, спирта и SO2 , к низкому значению рН, хорошо и быстро флокулировать. В процессе брожения дрожжи образуют этиловый спирт, диоксид углерода и побочные продукты (глицерин, уксусный альдегид, органические кислоты и другие соединения). В зависимости от используемого сырья, биологических особенностей применяемой расы дрожжей и характера технологического процесса получают различные вина.
В сбраживаемое сусло и виноматериал из сырья, воздуха, воды и оборудования попадают посторонние микроорганизмы, вызывающие болезни вина. Так пленчатые дрожжи родов Pichia, Hansenula, Candida и Hanseniaspora являются аэробами, развиваются на поверхности вина в виде пленки и вызывают так называемую цвель вина. Они окисляют углеводы, спирт и органические кислоты, образуя летучие кислоты и эфиры, придающие вину острый вкус и неприятный посторонний запах, кроме того вино мутнеет. Скисание вина вызывают гетероферментативные молочнокислые бактерии. Больное вино мутнеет, тускнеет, приобретает острый сладковато-кислый вкус, иногда с мышиным привкусом.
Распространенной и опасной болезнью столовых вин является уксусное скисание, вызываемое уксуснокислыми бактериями. На поверхности вина образуется тонкая сероватая пленка. Вино приобретает запах и вкус уксусной кислоты; значительно снижается содержание спирта.
Некоторые уксуснокислые и молочнокислые бактерии, а также дикие дрожжи вызывают ослизнение (тягучесть) вин – болезнь, называемую ожирением.
Для предохранения от микробной порчи вина пастеризуют, вводят антисептики (SO2, сорбиновую кислоту и ее соли). Эффективна «холодная» стерилизация, т.е.обработка ультразвуком, ультрафиолетовыми лучами и т.п.).
Дата добавления: 2016-01-18; просмотров: 2092;