БРОЖЕНИЯ «Естествознание так ясно показывает, что самое таинственное, самое волшебное протекает необыкновенно просто, открыто и без всякой магии» И. В. фон Гете (1749 -1832): поэт, философ «Наружный блеск рассчитан на мгновенье, А правда переходит в поколенья…» «Кто ищет — вынужден блуждать…» «Остановись, мгновенье, — ты прекрасно!»
МОЛОЧНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ 1. Особенности и виды молочнокислого брожения 2. Возбудители молочнокислого брожения 3. Значение микроорганизмов в образовании различных молочнокислых продуктов 4. Молочнокислые бактерии – возбудители инфекций
МОЛОЧНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ Молочнокислые бактерии используются с давних времен для получения различных кисломолочных продуктов, сыров и сливочного масла, в процессах соления и квашения овощей, силосования кормов. Молочнокислых бактерий много в молоке и молочных продуктах, на поверхности растений и в местах разложения растительных остатков; в пищеварительном тракте и на слизистых оболочках животных и человека.
МОЛОЧНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ Гомоферментативное молочнокислое брожение: образуется только молочная кислот (лактат). ПВК (конечный продукт гликолиза) – акцептор Н 2, восстанавливаемый до молочной кислоты: 2 СН 3 СОСООН + 2 НАДН 2 = 2 СН 3 СНОНСООН + 2 НАД+ Суммарного изменения степени окисленности при этом не происходит. Процесс «замкнут на себя» , т. е. субстрат – источник доноров и акцепторов электронов. Возникнув как первый, несовершенный энергетический процесс, гомоферментативное молочнокислое брожение не исчезло в процессе эволюции. Оно закрепилось и существует сейчас в виде гликолиза у многих прокариот, дрожжей, грибов, у высших животных и растений, но только как 1 -й этап более совершенного энергетического процесса
ПРЕИМУЩЕСТВА ГОМОФЕРМЕНТАТИВНОГО МОЛОЧНОКИСЛОГО БРОЖЕНИЯ 1) высокая энергетическая эффективность (не путать с энергетическим выходом процесса!); 2) простота механизмов получения энергии; 3) перестройка исходного субстрата в форму, метаболически удобную для последующих превращений. Гомоферментативное молочнокислое брожение – единственный способ получения энергии для эубактерий, которые при сбраживании углеводов превращают в молочную кислоту от 85 до 90% сахара среды.
ГОМОФЕРМЕНТАТИВНЫЕ МОЛОЧНОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ Облигатные гомоферментативные бактерии: Streptococcus (Lactococcus) и Pediococcus, Lactobacillus: Thermobacterium (оптимум при 400), Streptobacterium. Pediococcus pentosaceus Lactococcus lactis (Дж. Листер, 1873): 2 -6 клеток, оптимум при 300 С subsp. сremoris: длинные цепочки, оптимум при 20 -250 С Streptobacterium sp.
Род Streptococcus (Lactococcus) Гомоферментативные cферические или овальные бактерии, делящиеся в одной плоскости и располагающиеся парами или цепочками. Стрептококки делят на фекальные, молочные, стрептококки ротовой полости (оральные) и пиогенные.
Род Pediococcus Гомоферментативные кокковидные бактерии. Делятся в 2 х плоскостях с образованием тетрад или гроздей. Виды: Р. асidilactici, Р. damnosus, P. dextranicum, P. halophilus Pediococcus pentosaceus Pediococcus spp. P. halophilus Р. асidilactici
ГЕТЕРОФЕРМЕНТАТИВНОЕ МОЛОЧНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ Глюкоза метаболизируется по пентозофосфатному пути, т. к. бактерии не содержат основных ферментов гликолиза – триозофосфатизомеразы и альдолазы. Накапливаются молочная кислота, этанол, СО 2, ацетат: 2 С 6 Н 12 О 6 → СН 3 СНОНСООН + 3 СН 3 СООН + С 2 Н 5 ОН + СО 2 Если брожение идет с образованием этанола, то выход энергии равен 1 молекуле АТФ на молекулу сброженной глюкозы; если образуется ацетат, то 2 молекулы АТФ на молекулу глюкозы, т. е. такой же, как при гликолизе.
Leuconostoc mesenterоides Преобладание в среде того или иного продукта зависит от вида культуры, условий культивирования и фазы развития. Пентозофосфатный путь – единственный путь сбраживания углеводов у облигатных гетероферментативных молочнокислых бактерий Leuconostoc mesenterоides, которые сбраживают глюкозу в молочную кислоту, этанол, СО 2 и ароматические вещества (ацетоин и диацетил – из солей лимонной кислоты при р. Н ниже 5). С 6 Н 12 О 6 → СН 3 СНОНСООН + С 2 Н 5 ОН + СО 2 Leuconostoc раньше называли бетакокками
Род Leuconostoc Кокковидные (овальные или яйцевидные) бактерии. Лейконостоки по форме сложно отличить от гетероферментатных бетабактерий, но они часто сбраживают трегалозу, образуют NН 3 из аргинина и продуцируют D–лактат из глюкозы. Leuc. lactis Leuc. citreum Leuc. cremoris Leuc. mesenteroides
Облигатные гетероферментативные молочнокислые бактерии Подрод Betabacterium рода Lactobacillus (L. fermentum, L. brevis). У них отсутствует ключевой фермент гликолиза – фруктозодифосфатальдолаза, поэтому сбраживание субстратов они осуществляют только по пентозофосфатному пути. L. fermentum L. brevis
Факультативные гетероферментативные молочнокислые бактерии Представители подрода Streptobacterium – 2 пути сбраживания углеводов: гликолиз (сбраживание гексоз) и пентозофосфатный (сбраживание пентоз). Lactobacillus plantarum, L. саsei, L. xylosus – факультативно гетероферментативные формы. Ферменты пентозофосфатного пути есть у клостридиев. L. саsei Lactobacillus plantarum
Род Lactobacillus Это палочковидные бактерии разнообразной формы – от коротких коккообразных до длинных нитевидных. Род подразделяется на 3 подрода: Streptobacterium, Thermobacterium, Betabacterium. Термобактерии растут при 45 °С и не растут при 15 °С, колонии чаще шероховатые, клетки длинные нитевидные. Бетабактерии образуют газ на средах с углеводами. Среди Lactobacillus есть гомо- и гетероферментативные виды.
Bifidobacterium bifidum гетероферментативная молочнокислая бактерия Название – за свою Y- или V-образную форму (лат. bifidus – раздвоенный). Преобладает в кишечнике грудных детей, особенно вскармливаемых грудью, т. к. испытывает потребность в углеводах, содержащих N-глюкозоамин, которые имеются только в молоке человека, но не коровы: 2 С 6 Н 1206 → 2 СН 3 -СНОН-СООН + ЗСН 3 -СООН Строгие анаэробы, обнаружены в кишечной флоре взрослых людей, в гниющем иле, различают много видов этого рода.
Особенности молочнокислых бактерий Гетероферментативные молочнокислые бактерии по морфологическим, культуральным признакам, особенностям конструктивнoro метаболизма близки к гомоферментативным формам. 1) Г+, 2) не образуют спор и пигментов, 3) неподвижны, 4) обладают небольшой протеолитической активностью, 5) не восстанавливают NO 2– в NO 3–, 6) цитохромы и каталазу не образуют, у некоторых – пероксидаза, 7) Лактатдегидрогеназа (пирувата → лактат) стереоспецифична.
Устойчивость молочнокислых бактерий Многие виды молочнокислых бактерий растут и в анаэробных условиях, и при доступе О 2, но в присутствии О 2 у них не происходит переключения с брожения на аэробное дыхание: молочнокислые бактерии – аэротолерантные анаэробы. Характерное свойство молочнокислых бактерий – высокая спиртоустойчивость: некоторые виды растут на средам с 15 -18% С 2 Н 5 ОН, единичные – даже при 24%. Могут расти в средах с низким р. Н (2, 9– 3, 2), многие растут при р. Н 5, 5– 8, 8. Границы t 0 для жизнедеятельности широки: оптимум 30 -40 °С, термофилы растут при 50 0 С.
Питательные потребности молочнокислых бактерий Слабо развиты биосинтетические способности (большая зависимость их роста от наличия готовых органических веществ (аминокислоты, витамины группы В, пурины, пиримидины). Источники «С» : лактоза, мальтоза, некоторые пентозы, сахароспирты и органические кислоты). Зависимость этих бактерий от наличия готовых органических веществ среды указывает на примитивность их конструктивного метаболизма. Нуждаются в сложных органических соединениях «N» : растут на средах с подобранными смесями АКт, ферментативными или кислотными гидролизатами белков.
Питательные потребности молочнокислых бактерий Большинству видов необходимы аргинин, цистеин, глутаминовая кислота, лейцин, фенилаланин, триптофан, тирозин, валин. Только некоторые стрептококки могут расти на средах, содержащих аммонийные соли как источник «N» . Большинству молочнокислых бактерий необходимы витамины (рибофлавин, тиамин, пантотеновая, никотиновая, фолиевая кислоты, пиридоксаль). Рост молочнокислых бактерий стимулируют пептиды, пурины, пиримидины, жирные кислоты (олеиновая), ацетат, цитрат.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ Находятся в филлосфере – на поверхности растений (L. plantarum, L. fermentum, L. brevis, Lactococcus lactis), в почве вокруг корневой зоны особенно культурных растений, кишечнике человека (Str. faecalis), животных (Str. bovis) и насекомых, на слизистых оболочках (Str. pneumoniae). L. brevis L. bulgaricus Lactobacillus acidophilus
АНТАГОНИЗМ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ 1. Ингибирующее действие органических кислот (молочной). 2. Образование антибиотиков: Lactococcus lactis – низин, L. cremoris – диплококкцин, L. acidophilus – ацидофилин и лактоцидин, L. plantarum – лактолин, L. brevis – бревин, лизоцим. Благодаря своему стерилизующему и консервирующему действию, молочнокислые бактерии используются в сельском и домашнем хозяйстве и в молочной промышленности.
Молочнокислые бактерии и долголетие В кишечном тракте долгожителей Абхазии – много молочнокислых бактерий – антагонистов по отношению к видам Klebsiella, Shigella, Proteus, Staphylococcus, Enterobacter. Особенно высокий антагонизм у Str. faecium, Str. thermophilus, L. fermentum, L. plantarum, L. casei. Большое содержание молочнокислых палочек и кокков «+» коррелирует с хорошим состоянием здоровья и играет определенную роль в создании феномена долголетия человека. В последние годы установлено, что ряд видов молочнокислых бактерий стимулирует синтез интерферона.
Молочнокислые бактерии и здоровье животных Str. faecium и L. salivarius, выделенные от домашних птиц, насекомых и рыб, угнетают возбудителей коли-бактериозов этих животных. Защитное действие молочнокислых бактерий в организме человека и животных за счет образования Н 2 О 2 → подавление развития Pseudomonas fragi и других психрофильных Г– бактерий в пищевых продуктах, хранящихся при 5 -7 0 С.
И. И. Мечников первый привлек внимание к использованию антагонистических свойств молочнокислых бактерий в борьбе с гнилостными микроорганизмами ЖКТ. Для нормализации состава микроорганизмов пищеварительного тракта и борьбы с рядом кишечных заболеваний (диспепсия, энтероколиты, дизентерия) используют молочнокислые бактерии, обладающие антагонистическими свойствами по отношению к условно-патогенным и патогенным микробам. Применяют изготовленные на них кисломолочные продукты и сухие препараты. Есть сведения о «+» действии молочнокислых бактерий при лучевых поражениях (содействуют выведению радионуклеидов).
Мутуализм молочнокислых бактерий и других микроорганизмов Различные виды молочнокислых бактерий вступают между собой в муталистические взаимоотношения. Молочнокислые бактерии и дрожжи давно приспособились к совместному развитию в одних и тех же субстратах. Человек использует деятельность этих микроорганизмов для приготовления многих продуктов питания (ржаного хлеба, кефира, кумыса, мацони, йогурта, кваса), в которых совместная деятельность обеих групп микроорганизмов, развивающихся в определенных отношениях, обусловливает определенное их качество. Кумыс Мацони
Применение молочнокислых бактерий в домашнем хозяйстве, сельском хозяйстве и для приготовления пищевых продуктов
Силосование или биологическое консервирование кормовых растительных материалов – сложный микробиологический процесс. С растительной массой в силосохранилище попадает огромное количество разнообразных микроорганизмов. Питательная среда для них – соки растений. Одна из основных задач техники силосования – создание условий для жизнедеятельности молочнокислых бактерий и подавление вредных микроорганизмов.
Начало силосования Закладка растительной массы в силосные сооружения и плотная утрамбовка → аэробные бактерии начинают отмирать. Активно размножаются бактерии, способные к росту в анаэробиозе: энтеробактерии, Clоstridium, Вacillus, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Lactobacillus. В первые дни после закладки в силосе из молочнокислых бактерий доминируют кокки (педиококки, Str. faecalis, Str. faecium, Leuconostoc mesenteroides). Появляются и молочнокислые палочки – L. brevis, L. casei, L. fermenti, L. plantarum. Особо важную роль играют стрептококки; они конкурируют с Г– бактериями. .
Процесс силосования С 8 до 15 сут доминирующие в начале брожения стрептококки вытесняются, увеличивается количество педиококков, лейконостоков и гомоферментативных, а позже гетероферментативных лактобацилл. В основной и конечной стадиях брожения силосов ведущую роль играют L. brevis, L. plantarum и педиококки. На 60 сут общее число бактерий уменьшается до 1 млн. в 1 г (в период 1 -8 сут при 22 -40° около 1 млрд. ). В силосе с небольшим количеством сахара (ржаная масса) рост бактерий прекращается в более ранние сроки, чем в силосе с высоким содержанием сахара, поэтому в силосную массу вносятся меласса, сахарная мука, солод.
Приготовление сенажа Биологическому консервированию в силосных сооружениях подвергается измельченная и подсушенная (подвяленная) до 55 -65 % влажности растительная масса. Относительная сухость сенажа замедляет развитие молочнокислых бактерий и подавляет рост нежелательных микроорганизмов. Применение заквасок чистых культур молочнокислых бактерий особенно результативно при силосовании трудно силосуемых растений. При кормлении животных силосом, приготовленным на этих бактериях, подавляется рост вредных микроорганизмов в кишечном тракте, возрастают привесы. Сенаж
Молочнокислое брожение для консервирования различных растительных продуктов питания Достоинства квашения как способа хранения: - в продукты не вводятся химические консерванты, - они не подвергаются большим термическим воздействиям, - хранение продукта – благодаря развитию в нем молочнокислых бактерий. Молочная кислота подавляет рост микроорганизмов – возбудители порчи (гнилостные, маслянокислые), - у квашенных овощей и фруктов – приятные органолептические свойства, они полезны для организма человека.
Квашение капусты К нарезанной капусте добавляют 1, 5 -2, 5% Na. Cl (250 г соли на 10 кг капусты) для извлечения сока из растительных тканей и подавления развития нежелательных микробов. Через несколько часов при самопроизвольном брожении развиваются энтеробактерии и другие виды → образование муравьиной, уксусной, молочной и янтарной кислот, этанола, СО 2, маннита (горьковатый привкус) → специфический запах. Вскоре начинают быстро размножаться Leuconostoc mesenteroides; они преобладают к концу 2 -3 -х сут брожения. Квашение при 18 -20 0 С 3 -4 дня.
Квашение капусты Через 4 -6 сут брожения кокковые формы сменяются L. plantarum, которые накапливают до 1, 5 -2% кислоты и доводят молочнокислое брожение до конца. L. plantarum используют маннит → устранение горького привкуса капусты. Применение заквасок молочнокислых бактерий улучшает органолептические свойства капусты, при длительном хранении в ней лучше сохраняются питательные вещества и витамины. Закваску равномерно разбрызгивают по шинкованной капусте во время ее загрузки в емкости. Брожение проводят при 22 -24 °С до накопления 0, 6% лактата, затем капусту герметизируют и хранят при + 1 °С.
Соление огурцов Один из наиболее распространенных приемов их консервирования. Отобранные овощи заливают рассолом (6 -8% Na. Cl, в зависимости от размеров огурцов), добавляют различные специи, и оставляют для прохождения предварительной ферментации (при 20 -25 °С на 24 -48 сут). Ферментация считается законченной после накопления в рассоле 0, 3 -0, 4% молочной кислоты. После предварительного брожения бочки с огурцами хранят при низкой t 0, в течение 40 -45 дней – дальнейшее накопление лактата (до 1%). Готовые соленые огурцы содержат лактат, ацетат, этанол, следы глицерина и маннита, немного ароматических веществ.
Квашение яблок Яблоки в емкостях заливают рассолом, содержащим до 1, 5% Na. Cl, 3% сахара, 1 % ячменного или ржаного солода (в виде солодового сусла) и 0, 25% сухой горчицы. При 12 -19 °С предварительная ферментация проходит в течение 8 -10 сут, при этом в рассолах накапливается 0, 3 -0, 4% молочной кислоты. Затем яблоки помещают в погреб или холодильник, где молочнокислое брожение продолжается до образования 0, 6 -1, 5% лактата. В этом процессе используют закваски L. plantarum и холодостойкой шампанской расы дрожжей Sacch. cerevisiae (в количестве 0, 5%).
Квашение других овощей При засолке помидоров, свеклы, маслин спонтанное молочнокислое брожение протекает с участием тех же видов микроорганизмов.
МОЛОКО Свежее молоко содержит микроорганизмы (несколько тысяч в 1 мл), источник которых – вымя, кожа животных, посуда, аппаратура, воздух и обслуживающий персонал. При плохих санитарных условиях количество бактерий в молоке достигает сотен тысяч миллионов в 1 мл. В молоке, полученном при соблюдении санитарных правил, преобладают микрококки и небольшое количество энтерококков. Загрязненное молоко обсеменено энтеробактериями, молочнокислыми, гнилостными бактериями. Длительное хранение молока при t 0 выше 10 0 С ведет к смене фаз развития в нем определенных групп микроорганизмов.
Фазы развития микроорганизмов в молоке 1. Бактерицидная фаза: после дойки в молоке не отмечается размножение бактерий благодаря действию лактенинов (их много в молозиве). Продлить эту фазу можно путем немедленного охлаждения молока после доения. 2. Фаза смешанной микрофлоры: развитие всех групп микроорганизмов, имеющихся в молоке. К концу фазы молочнокислые бактерии преобладают над остальными микроорганизмами. 3. Фаза молочнокислых бактерий: преимущественное развитие микроорганизмов, вызывающих сквашивание молока. При хранении его молочнокислые стрептококки отмирают, а количество молочнокислых палочек постепенно увеличивается. 4. Фаза дрожжей и мицелиальных грибов наступает в молоке, имеющем высокую кислотность, которая снижается благодаря жизнедеятельности грибов, что создает благоприятные условия для развития гнилостных микроорганизмов, разлагающих белки молока.
СТЕРИЛИЗАЦИЯ МОЛОКА Пастеризацию проводят при 63 -65 0 С в течение 30 мин, при 74 -76 0 С в течение 15 -20 с и при 85 -87 0 С без выдержки. Эффективный способ повышения стойкости молока – стерилизация при 105 -115 0 С в течение 30 мин.
Закваски для молока Для обеспечения активного брожения – жидкие или сухие закваски (стартовые культуры), в состав которых входят чистые культуры определенных видов молочнокислых бактерий. Подбирая компоненты заквасок, необходимо учитывать специфические свойства изготавливаемого продукта: - характер взаимоотношения между компонентами заквасок; - устойчивость молочнокислых бактерий молока к естественным ингибиторам, обусловливающим его бактерицидность; - устойчивость к антибиотикам, дезинфицирующим веществам и бактериофагам. Естественный источник фагов – почва и растения, в молоко они попадают из кормов, с кожи и вымени животных. В производственных условиях фаги инактивируют нагреванием молока при 90 °С 30 мин.
Разнообразие молочных продуктов «Технический регламент на молочную продукцию» включает 102 группы молочных продуктов. Гиппократ и Авиценна: молочные продукты – необходимая часть питания для людей, использовали молоко для лечения некоторых заболеваний, в косметических целях, а также как противоядие.
СПИРТОВОЕ БРОЖЕНИЕ 1. Суть спиртового брожения 2. Характеристика дрожей 3. Использование дрожей в промышленности 4. Дрожжи – возбудители инфекций
СПИРТОВОЕ БРОЖЕНИЕ Этанол – один из широко распространенных продуктов сбраживания сахаров микроорганизмами. Карл Нейберг (1877 -1956, Германия, США): установил ключевое положение ПВК в углеводном обмене; открыл фруктозо– 6–фосфат, эфир Нейберга, ряд ферментов; разработал схему спиртового брожения 1 -я форма спиртового брожения: Нормальное дрожжевое брожение: 1) Пируваткарбоксилаза: СН 3 СОСООН → СН 3 СОН + СО 2 (необратимая реакция) 2) НАД+-зависимая алкогольдегидрогеназа: СН 3 -СОН + НАД • Н 2 → СН 3 -СН 2 ОН + НАД+. Донор Н 2 – 3 -ФГА (гликолиз). При введении специфических ингибиторов формы брожения спиртового изменяются. Процесс спиртового брожения суммарно: 2 С 6 Н 12 О 6 + 2 Фн + 2 НАДН 2 → 2 СН 3 СН 2 ОН + 2 СО 2 + 2 АТФ + 2 Н 2 О
ФОРМЫ БРОЖЕНИЯ, ОТКРЫТЫЕ К. НЕЙБЕРГОМ 2. Глицеропировиноградное брожение: для получения глицерина в сбраживаемую среду вводят бисульфит натрия (Na. HSO 3), который связывает ацетальдегид и предотвращает этим реакцию восстановления его до спирта. Водород НАД-Н 2 используется на восстановление ФГА до глицерина. Таким образом, при брожении сульфитированного виноградного сусла происходит накопление в виноматериалах глицерина и ацетальдегида в виде бисульфитного производного. 3. Модифицированное дрожжевое брожение: при щелочной реакции среды половина молекул ацетальдегида окисляется до уксусной кислоты, другая - восстанавливается до этанола. Происходит подкисление субстрата. HOCH 2 -CH(OH)-CH 2 OH (глицерин) СН 3 СН 2 ОН (этанол)
ВОЗБУДИТЕЛИ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ Основные возбудители спиртового брожения – дрожжи играют большую роль в жизни человека: в хлебопечении, для получения спирта и других продуктов. По значимости для народного хозяйства с ними могут конкурировать только молочнокислые бактерии. На земном шаре нет ни одного человека, который в повседневной жизни не пользовался «трудами» этих организмов. На Востоке при производстве рисового пива (сакэ) применяется Aspergillus oryzae Saccharomyces sp.
САКЭ 酒 (нихонсю -日本酒 или о-сакэ お酒) Традиционный японский алкогольный напиток, получаемый путем плесневой ферментации риса. В его вкусе — хересные и приятногорьковатые тона, нотки винограда, яблок и бананов. Рецепт был заимствован японцами из Китая около 2 000 лет назад, где оно было популярным в VIII. до н. э. Долгое время саке производился лишь при императорском дворе и в храмах. По древней технологии — рис пережёвывали во рту и сплёвывали в специальные ёмкости, где происходило брожение. Позднее был найден кодзи (Aspergillus oryzae), который стал применяться вместо слюны. В ХVII в. саке начинают производить в больших объёмах на продажу.
ВИДЫ САКЭ • «Фуцусю» — столовое рисовое вино. 75 % всего изготавливаемого саке. • «Токутэй мэйсёсю» — саке премиум-класса. 25 % сакэ. • «Хондзёдзо» — немного грубый, но лёгкий вкус. • «Дзюммай» —на 100 % чистый рисовый саке без добавок. • «Гиндзё» имеет очень приятные фруктовый и цветочный аромат и деликатный вкус. Гиндзё без добавок называют «дзюнмай гиндзё» . • «Дайгиндзё» — это высший саке премиум-класса. Приготавливается особо тщательно, в нём используются только высшие сорта риса «ямаданисики» , «мияманисики» . Употребляется холодным или при комнатной температуре. Дайгиндзё без добавок называется «дзюммаи дайгиндзё» .
КАК ПИТЬ САКЭ В лучших сортах саке - вкус вызревшего сыра, соевого соуса и свежих грибов. Цвет от прозрачного (бесцветного) до зеленовато-лимонного и желтоватоянтарного. Крепость 14, 5 -20 % об. Пьют как охлаждённым (до 5 °C), так и подогретым — до 60 °C. Главное правило: «Хороший саке пьют холодным. Плохой саке — теплым» . Это говорится потому, что при нагревании саке весь богатый аромат и вкус притупляется или вовсе исчезает, поэтому саке низшего качества советуют подогревать. Используется также в кулинарии для устранения неприятных запахов.
БАКТЕРИИ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ Sarcina ventriculi – Г+ анаэробные неподвижные аэротолерантные спорообразующие кокки с высокой потребностью в питательных веществах. Кроме этанола и СО 2 в среде накапливает уксусную кислоту и Н 2. У многих клостридиев и энтеробактерий среди продуктов брожения обнаруживают этанол, но путь его образования отличен от описанного. Гетероферментативные молочнокислые бактерии накапливают в среде спирт. Сlostridium butyricum Sarcina ventriculi Энтеробактерии Молочнокислые бактерии
Erwinia amylovora (Burill) Winslow Erwinia amylovora – Г– подвижные факультативно анаэробные палочки, патогенные для растений (бактериальный ожог), также накапливают лактат.
Zymomonas mobilis У бактерий Zymomonas mobilis с неясным систематическим положением, используемых в Мексике для получения национального спиртного напитка из сока агавы «пульке» ( «октиль» ), разложение глюкозы до ПВК – по пути Энтнера – Дудорова. Энергетический выход в 2 раза ниже, чем при гликолизе: 1 молекула АТФ на 1 молекулу сброженной глюкозы. Z. mobilis – Г– подвижные короткие палочки с высокими биосинтетическими способностями. Анаэробы, но могут расти в присутствии О 2, который используется для окисления части этанола до уксусной кислоты. Стоит 60 центов, крепость 5 -80, кисловато-терпкий вкус
СИСТЕМАТИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ДРОЖЖЕЙ Термином «дрожжи» обозначают одноклеточные микроорганизмы, которые относят к классам грибов: Базидиомицеты, Аскомицеты, Дейтеромицеты. Термин «дрожжи» не имеет таксономического значения. К классу Аскомицеты принадлежат дрожжи, используемые в бродильных производствах, – Saccharomyces и Shizosaccharomyces. К классу Базидиомицеты - дрожжи, формирующие телиоспоры (телейтоспоры) и базидиоподобные спорофоры с экзогенными половыми спорами (споридиями). К Дейтеромицетам, или несовершенным грибам, относят дрожжи, у которых не обнаружен половой цикл.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ДРОЖЖЕЙ В процессе эволюции дрожжи хорошо приспособились к обитанию в различных местах, содержащих чаще всего углеводы: - на поверхности сладких плодов, - в нектаре цветков, - в сокотечениях деревьев, - на поверхности листьев, в лесной подстилке и почве, - в водоемах, - в пищеварительном тракте человека и животных. Большинство дрожжей сапрофиты, но среди видов, находящихся во внутренних органах и на кожных покровах человека, имеются патогенные или условно патогенные формы (возбудитель кандидомикозов – Candida aldicans). Некоторые вызывают болезни растений.
ПИЩЕВЫЕ ПОТРЕБНОСТИ ДРОЖЖЕЙ Из соединений «С» дрожжи используют гексозы, пентозы, инулин и крахмал. Известны дрожжи, растущие на средах с углеводородами и некоторыми, спиртами (метанолом и этанолом), органическими кислотами. В качестве источника «N» используют обычно соли NН 4+, АКты, небольшие пептиды, реже нитраты и нитриты. Некоторые нуждаются в одном или более витаминах (чаще в биотине и тиамине), другие способны все необходимые для роста витамины синтезировать сами.
ОТНОШЕНИЕ ДРОЖЖЕЙ К ТЕМПЕРАТУРЕ И р. Н Большинство растет при р. Н от 3, 0– 8, 0 оптимум р. Н 3, 5– 6, 5. Общий диапазон t 0 для роста дрожжей: от 0 (– 70) – 48 -50 0 С. Оптимум t 0 для роста 28 -30 0 С, некоторые расы дрожжей, используемые в пивоварении, имеют более низкий температурный оптимум. Известны облигатные психрофилы, не растущие выше 18– 20 0 С. Многие факультативные анаэробы. В условиях анаэробиоза получают энергию в результате сбраживания углеводов, в присутствии О 2 – за счет аэробного дыхания.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СПОСОБНОСТИ ДРОЖЖЕЙ Гликолитическим путем разлагают глюкозу, галактозу и маннозу. Олигосахариды вначале гидролизуются до гексоз. Разложение пентоз и высших спиртов осуществляется дрожжами через пентозофосфатный и гликолиз. Некоторые дрожжи (Rhodotorula, Sporobolomyces, Cryptococcus) используют сахара только в аэробных условиях. В присутствии О 2 дрожжи быстро переключаются с брожения на аэробное дыхание. При этом ПВК окисляется до СО 2 и Н 2 О. В энергетическом отношении дыхание более выгодно, чем брожение, поэтому в аэробных условиях дрожжи растут лучше и образуют большую биомассу. Подавление брожения в аэробиозе – эффект Пастера.
ЭФФЕКТ КРЭБТРИ Спиртовое брожение может происходить в условиях значительной аэрации при высоком содержании глюкозы в среде (1, 5– 2, 0%). Подавление аэробного дыхания при высокой концентрации глюкозы – эффект Крэбтри (катаболитная репрессия), которая снижает получение дрожжами энергии. При спиртовом брожении образуются серосодержащие вещества – H 2 S, сульфиты и меркаптаны (этилмеркаптаны, метилмеркаптаны) – летучие вещества с неприятным запахом. Синтез этих веществ связан со способностью дрожжей восстанавливать -SО 42– в -S 2– через сульфит. Выделение СО 2 при брожении → удаление этих веществ из среды.
ДРОЖЖИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ Дрожжи, используемые для получения спирта, относятся к роду Saccharomyces. К этому роду отнесено 7 видов, размножающихся вегетативно в диплоидной фазе: Sacch. cerevisiae, Sacch. kluyveri, Sacch. exiguous, Sacch. dairensis, Sacch. servazzii, Sacch. tellustris, Sacch. unisporus. Как синонимы Sacch. cerevisiae – Sacch. bayanus, Sacch. carlsbergensis. Наибольшее значение имеет Sacch. cerevisiae. К этому виду относятся расы дрожжей, используемые в хлебопечении, спиртовом производстве, пивоварении, виноделии, производстве кваса.
Saccharomyces cerevisiae Наnsen На солодовом сусле в 3 -хсуточной культуре при 28 0 С клетки имеют сферическую, эллипсоидальную или несколько удлиненную формы; располагаются единично или парами, иногда образуют короткие цепочки или мелкие грозди. В зависимости от размера клеток выделяют 3 морфологические группы штаммов: 1 -я группа: штаммы, имеющие самые крупные клетки (3, 5 -10, 5 х 5, 0 -21, 0 мкм), 2 -я – с наименьшими размерами (2, 5 -7, 0 х 11, 0 -19, 0 мкм), 3 -я – промежуточные (3, 5 -8, 0 х 5, 0 – 11, 5 -18, 0 мкм). Колонии у дрожжей пастообразные, кремовые или коричневато-кремовые, с довольно ровной, гладкой, иногда слегка пузырчатой или покрытой точками поверхностью, с блестящими или тусклыми секторами. Край колоний цельный, иногда лопастный.
Shizosaccharomyces В странах Африки для получения алкогольных напитков используют делящиеся дрожжи Shizosaccharomyces (S. pombe, S. octosporus). В пищевой промышленности сахаромицетаы играют «–» роль, нарушая ход технологического процесса и вызывая порчу сырья и готовой продукции. Shizosacharomyces pombe
РАСЫ ДРОЖЖЕЙ Расы низового брожения: большинство винных и пивных дрожжей, функционирующие в производстве при 6 -10 0 С и ниже (до 0 0 С). Расы верхового брожения: спиртовые, хлебопекарные и некоторые пивные – обычно при 14 -25 0 C. В конце брожения низовые дрожжи оседают на дно, образуя плотный осадок, верховые – всплывают на поверхность и образуют «шапку» , т. к. клетки после почкования остаются соединенными в небольшой цепочке; пузырьки СО 2 поднимают их на поверхность. Оба свойства не абсолютны.
ХЛОПЬЕВИДНЫЕ И ПЫЛЕВИДНЫЕ ДРОЖЖИ По поведению в бродящей среде дрожжи разделяют на хлопьевидные и пылевидные. В основе этого – различие в их флокуляционных свойствах (флокуляция – обратимая агрегация, или агглютинация клеток). Флокулируют дрожжи как низового, так и верхового брожения. Способность дрожжей к хлопьеобразованию – стойкий признак, но штаммы могут ее утрачивать.
ХЛОПЬЕВИДНЫЕ И ПЫЛЕВИДНЫЕ ДРОЖЖИ Хлопьевидные Пылевидные В конце брожения слипаются в В течение всего процесса комки ( «флокулы» ) и либо брожения находятся во оседают на дно, либо взвешенном состоянии. поднимаются на поверхность. Клетки хлопьевидных дрожжей крупнее и тяжелее. Лучше создают аромат напитков. Подвержены автолизу. Дают меньший прирост биомассы, обладают более высокой бродильной активностью, полнее сбраживают сусло, образуют больше диацетила и высших спиртов.
ПРИМЕНЕНИЕ ЭТАНОЛА 1. Растворитель. 2. Химическое сырье для производства синтетического каучука. 3. Технические нужды и в медицине. 4. Истощение запасов нефти и газа → разработка способов получения новых видов топлива. Этиловый спирт – горючее, которым частично можно заменить бензин, его можно добавлять к бензину (10 % и больше). Смесь спирта и бензина (газоголь) используется как топливо для автомобильного транспорта. При этом уменьшается загрязнение окружающей среды выхлопными газами, происходящее при неполном сгорании бензина, т. к. спирт полностью окисляется до СО 2 и Н 2 О.
ПРОДУКТЫ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ В процессе спиртового брожения наряду с основным продуктом брожения – этанолом образуются побочные продукты: глицерин, высшие спирты, сивушные масла, альдегиды, органические кислоты, эфиры, СО 2. Большинство из них находит практическое использование. Сивушное масло и эфироальдегидную фракцию выделяют при ректификации этилового спирта и выпускают в виде технических продуктов.
СИВУШНЫЕ МАСЛА Сивушные масла: пропанол, 2 -бутанол, 2 -метилпропанол, амиловый (пентанол) и изоамиловый (триметилбутанол) спирты – продукты нормального бродильного метаболизма дрожжей, обнаруживаемые при их росте в сложных питательных растворах, содержащих аминокислоты. Основные компоненты сивушного масла – побочные продукты обмена изолейцина, лейцина и валина.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СО 2 улавливают, очищают от сопутствующих примесей и превращают в жидкую углекислоту. Ее используют: • для газирования воды, пива и безалкогольных напитков; • при сварочных работах как защитный агент против окисления швов, а также в литейном производстве; • сухой лед, получаемый из сжиженного СО 2, применяют в качестве хладоагента в пищевой промышленности, медицине, машиностроении и энергетике.
СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СПИРТА Выделяемая после брожения биомасса дрожжей утилизируется в хлебопечении, а после отгонки спирта выращивают кормовые дрожжи. Сырье для производства спирта –растительные материалы, содержащие сбраживаемые сахара или другие углеводы. Наиболее широко используются крахмалосодержащие материалы – зерно (рожь, пшеница, кукуруза, ячмень, овес, просо) и картофель, сахаросодержащие материалы – меласса (отход сахарного и крахмало-паточного производства), дефектная сахарная свекла, а также древесина и отходы сельскохозяйственных растений.
ПРОИЗВОДСТВО ХЛЕБОПРОДУКТОВ Производство хлеба – сложный цикл микробиологических и биохимических процессов, происходящих в тесте с момента смешивания муки с Н 2 О и заканчивающихся выпечкой. В состав муки, используемой для выпечки пшеничного и ржаного хлеба, входят компоненты, необходимые для развития многих микроорганизмов. Важнейшую роль в брожении теста играют дрожжи и молочнокислые бактерии.
ХЛЕБОПЕКАРНЫЕ ДРОЖЖИ При приготовлении теста из пшеничной муки применяют хлебопекарные прессованные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae). Для получения хлебопекарных дрожжей используют быстрорастущие расы верхового брожения. Они должны: • иметь крупные клетки, • хорошо сбраживать сахара при высокой концентрации сухих веществ в тесте, • быть солеустойчивыми, • иметь высокую скорость генерации, • обладать высокой подъемной силой и мальтазной активностью. Традиционные хлебопекарные прессованные дрожжи самые капризные
СУХИЕ ДРОЖЖИ В хлебопечении применяют сухие дрожжи, которые готовят высушиванием прессованных до влажности 7 -10%. На многих хлебозаводах используют смесь разных рас.
ЗАКВАСКИ ДЛЯ ХЛЕБОПЕЧЕНИЯ Для приготовления пшеничного и ржаного теста используют закваски, состоящие из дрожжей и молочнокислых бактерий. Ржаное тесто часто готовят на густых заквасках, обеспечивающих его разрыхление и кислотонакопление.
ЖИДКИЕ ЗАКВАСКИ Это полуфабрикат, при получении которого на осахаренных заварках или жидких водно-мучных смесях при 28 -30 °С одновременно размножаются мезофильные молочнокислые бактерии и дрожжи, попавшие туда спонтанно (с муки) или внесенные специально. При использовании жидких заквасок в тесте протекают спиртовое и молочнокислое брожения, при этом р. Н теста снижается до 4, 7 -4, 8.
ЖИДКИЕ ДРОЖЖИ Это полуфабрикат, в котором (в отличие от жидкой закваски) основной компонент, ведущий брожение, – бактерии. Для этого осахаренная и охлажденная до 50 °С мучная заварка заквашивается бактериями Lаctobacillus delbrueckii (р. Н 3, 7 -3, 9). В другой емкости при 28 °С культивируют дрожжи для разрыхления теста. В настоящее время более 1/2 пшеничного хлеба (особенно из муки 2 -го сорта) изготавливают на жидких дрожжах. Жидкие дрожжи Lаctobacillus delbrueckii
ПОРЧА ХЛЕБОПЕКАРНЫХ ИЗДЕЛИЙ Неосмофильные дрожжи обусловливают 3 вида порчи: 1) аспорогенные дрожжи снижают качество хлеба → придают ему нежелательный запах. 2) Sacch. cerevisiae и другие бродящие дрожжи заражают хлеб после выпечки → появление сильного запаха ( «фруктового» , «ацетонового» ). 3) Виды дрожжей, образующие гифы, – на поверхности хлеба видимый рост. На темных сортах хлеба – белый налет «меловой плесени» , порчу чаще всего вызывают Hyphopichia burtonii
ПОРЧА ХЛЕБОПЕКАРНЫХ ИЗДЕЛИЙ Осмофильные дрожжи (Zygosacch. rouхii, Zygosacch. bisporus) опасны для кондитерских хлебопекарных изделий, при изготовлении которых компоненты с высоким содержанием сахара (джемы, мармелад, фруктовые наливки) могут портиться (забраживать). Zygosaccharomyces rouxii
ДРОЖЖИ В ПИВОВАРЕНИИ Для производства темного пива – слабо дышащие, преимущественно бродящие формы – «низовые дрожжи» (Saccharomyces carlsbergensis – пивные). Верховые – для производства светлого пива, эля, портера. В Центральной Европе пиво варят из ячменя с наименьшим содержанием белка и высоким содержанием крахмала. Портер Эль
ЭЛЬ (ALE) Вид пива, производимый быстрым верховыи брожением при высокой температуре. В Англии аналогичный напиток без хмеля варили еще в VII в. На изготовление эля требуется 3 -4 недели (до 4 мес. ). До того, как в Англию привезли хмель из Нидерландов в XV веке, слово «эль» употреблялось по отношению к напиткам, полученным в результате брожения без хмеля. При производстве эля обычно использовали грюйт — смесь трав и/или специй, которую варили в сусле вместо хмеля. Эль, наряду с хлебом, считался товаром первой необходимости (в отличие от молока, при длительном хранении не портится). Слово «эль» — «опьянение» .
ЛАГЕР Ла гер (нем. Lagerbier, пиво, дозревающее при хранении) — тип пива, при изготовлении которого используется низовое брожение с последующей ферментацией при низкой температуре. В настоящее время это наиболее распространённый тип пива, доля которого в мировом до 80 %. Лагер может быть светлым, темным и даже черным. Портер (от англ. Porter носильщик) — темное пиво с характерным винным привкусом, сильным ароматом солода и насыщенным вкусом, в котором одновременно присутствуют и сладость, и горечь. Производится из тёмного солода, добавляется жжёный сахар и пиво дображивается в течение 60 дней. Крепость портера составляет 4, 5— 9, 5 % (у некоторых сортов более 10 %).
БАРЛИВАЙН BARLEY WINE (Ячменное Вино) – необычный сорт пива с очень высоким содержанием алкоголя и высокой плотностью. Имеет темный гранатовый цвет и винный вкус. Pils пьют из бокалов, имеющих форму тюльпана, эли – из тонких бокалов цилиндрической формы, пшеничное пиво – из очень высоких поллитровых бокалов, имеющих форму трубы. Крепкое пиво принято пить литровыми кружками.
ЭТАПЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИВА • Стерилизация оборудования • Приготовление пивного сусла • Брожение (6 -10 дней) для элей (пиво верхового брожения) и 720 дней для лагеров (пиво низового брожения) • Дображивание (вторичное брожение) (7 -20 дней) • Карбонизация - естественное насыщение углекислым газом • Созревание (от 30 дней - светлые эли, до 1 -2 лет (очень плотные сорта темного пива, барливайны – ячменное вино)
ПРИГОТОВЛЕНИЕ СОЛОДА Дрожжи не образуют амилаз и могут сбраживать только сахара, но не крахмал, → сначала осахаривают крахмал, для чего используют специфическую амилазу, образующуюся при прорастании зерен ячменя. Зернам дают набухнуть и прорасти; зеленый солод осторожно сушат при определенной температуре, при которой прерывается только процесс прорастания, а ферменты сохраняются. Просушенный солод измельчают (дробление солода) и погружают в чаны с водой. При умеренной температуре крахмал через некоторое время осахаривается, превращаясь в мальтозу. Зеленый солод
ЭТАПЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИВНОГО СУСЛА • Затирание. • Фильтрование. • Кипячение сусла с хмелем (хмель - своеобразный консервант, придает пиву пикантный аромат и характерную горечь). • Отделение сусла от хмелевой дробины. • Охлаждение и осветление сусла.
ДРОЖЖИ В ПИВОВАРЕНИИ Сортовые различия пива определяются типом используемого солода, количеством и видом добавляемых неосоложенных продуктов. Стадии производства пива: 1) изготовление солода из ячменя, 2) получение охмеленного сусла, 3) сбраживание сусла, 4) дображивание, 5) созревание молодого пива, 6) фильтрация, 7) 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.
ВИНОДЕЛИЕ Виноградное вино – напиток, получаемый в результате спиртового брожения сока винограда (с мезгой или без нее). Ассортимент вин очень богат. Виноградные вина разделяют на сортовые (из одного сорта винограда) и купажные (из смеси сортов). Тихие вина, выпускаемые без выдержки на первом году, – ординарные, выдержанные не менее 1, 5 лет и сохраняющие свои качества – марочные.
ДРОЖЖИ В ВИНОДЕЛИИ Технология приготовления вин различна. При производстве тихих (сухих) виноград, достигший полной зрелости, дробят, настаивают на мезге, прессуют, отделяют и отстаивают сусло. Полученное сусло подвергают сбраживанию. Ранее его сбраживали на «диких дрожжах» , попадающих преимущественно с ягодами. Это не всегда гарантировало высокие показания брожения. Сейчас процесс брожения проводят на чистых культурах Sacch. cerevisiae. Раньше эти расы дрожжей называли Sacch. vinii. Посторонние виды дрожжей могут вызывать болезни вин (помутнение, образование пленки, порчу вкуса
ПРОИЗВОДСТВО ШАМПАНСКОГО Шампанское – продукт вторичного брожения вина в герметически закрытых сосудах, при котором происходит насыщение его СО 2, формирование своеобразного гармоничного вкуса и тонкого букета, игристых и пенистых свойств. Для приготовления шампанского используют сухие высококачественные, преимущественно белые вина. При классическом французском способе вино с добавлением ликера сбраживают в толстостенных бутылях. В условиях шампанского производства жизнедеятельность дрожжей Sacch. cerevisiae проходит «на пределе их физиологических возможностей» . Шампанские расы Sacch. cerevisiae должны быть активны в жестких условиях производства, должны образовывать зернистый, пылевидный, легко спускающийся на пробку и не прилипающий к стеклу осадок.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ХЛЕБНОГО КВАСА Национальный русский напиток – продукт незаконченного спиртового и молочнокислого брожения. Сырье для производства кваса – ржаной и ячменный солод, ржаная мука, вода, сахар. Ржаной солод и ржаную муку предварительно запаривают и вводят ячменный солод. Полученное сусло после фильтрации сгущают, упаривают и нагревают до 105 -115 0 С. При этом образуются меланоидины, придающие ему интенсивную окраску и аромат ржаного хлеба. Для сбраживания квасного сусла применяют смешанные культуры дрожжей Sacch. cerevisiae и молочнокислых бактерий.
БОЛЕЗНИ КВАСА В готовом квасе при хранении количество спирта не должно превышать 1, 2 об. %. Помутнение и прокисание кваса могут вызвать дрожжи Сапdida krusei. Они окисляют спирт, способствуют накоплению органических кислот, образуя неприятный привкус. В порче кваса участвуют также уксуснокислые бактерии.
Дрожжи в молочной промышленности Дрожжи – неизменные обитатели молока и молочных продуктов. Свежевыдоенное молоко не содержит дрожжей, они появляются уже через несколько часов (до 13 % и более от общего числа микроорганизмов). Дрожжи в молоке: Сапdida (до 90%), Рichia, Rhodotorula, сахаромицеты, Дрожжи – необходимые компоненты заквасок для получения кефира, кумыса. Спиртовое брожение - в основе получения ацидофильнодрожжевого молока и различных напитков из сыворотки. Rhodotorula sp. Рichia anomala
ДРОЖЖИ В ПРИГОТОВЛЕНИИ СЫРОВ При созревании сыров роль дрожжей неоднозначна. Одни виды стимулируют молочное брожение, способствуют усилению протеолиза белков и увеличению содержания карбонильных соединений, влияющих на вкусовые качества сыра. Другие вызывают вспучивание сыров, появление вкусовых дефектов, цветных пятен. Дрожжи могут вызывать ухудшение качества и порчу кисломолочных продуктов, сгущенного молока, маргарина, майонеза.
Скачать презентацию БРОЖЕНИЯ Естествознание так ясно показывает что самое таинственное
Брожение.ppt