Брожение – процесс (в котором участвуют углеводы), используемый в ряде пищевых технологий: во время тестоприготовления при изготовлении хлеба, в производстве пива, кваса, спирта, вина и других продуктов.
Спиртовое брожение осуществляется благодаря жизнедеятельности ряда микроорганизмов. Наиболее типичными организмами спиртового брожения являются дрожжи рода Saccharomyces. Суммарно спиртовое брожение может быть выражено следующим уравнением:
С 6 H 12 O 6 = 2CO 2 + 2C 2 H 5 OH
Это суммарное уравнение не отражает того факта, что обычно, кроме главных продуктов брожения – этилового спирта и углекислого газа, всегда в незначительном количестве образуются некоторые другие вещества, например, янтарная, лимонная кислота, а также смесь амилового, изоамилового, бутилового и других спиртов, уксусная кислота, дикетоны, уксусный альдегид, глицерин и ряд других соединений, от наличия ничтожных количеств которых зависит специфический аромат вина, пива и других спиртных напитков.
Разные сахара сбраживаются дрожжами с различной скоростью. Наиболее легко подвергаются сбраживанию глюкоза и фруктоза, медленнее – манноза, еще медленнее – галактоза; пентозы дрожжами не сбраживаются. Из дисахаридов хорошим субстратом спиртового брожения являются сахароза и мальтоза. Однако оба сахара сбраживаются лишь после предварительного гидролиза на составляющие их моносахариды ферментами α-гликозидазой и β-фруктофуранозидазой дрожжей.
В присутствии кислорода спиртовое брожение прекращается и дрожжи получают энергию, необходимую для их развития и жизнедеятельности,
путем кислородного дыхания. При этом дрожжи тратят сахар значительно экономнее, чем в анаэробных условиях. Прекращение брожения под влиянием кислорода получило название "эффект Пастера".
Другой вид брожения, важный для пищевых технологий, это молочнокислое брожение, при котором из одной молекулы гексозы образуются две молекулы молочной кислоты:
С 6 Н 12 О 6 = 2СН 3 -СНОН-СООН
Молочнокислое брожение играет очень большую роль при производстве молочнокислых продуктов (простокваши, ацидофилина, кефира, кумыса), при изготовлении кваса, хлебных заквасок и "жидких дрожжей" для хлебопечения, при квашении капусты, огурцов, при силосовании кормов.
Все микроорганизмы, вызывающие молочнокислое брожение, разделяются на две большие группы.
К первой группе принадлежат микроорганизмы, подобные Streptococcus lactis, являющиеся истинными анаэробами и сбраживающие гексозы в точном соответствии с вышеприведенным суммарным уравнением молочнокислого брожения. Их называют гомоферментативными молочнокислыми бактериями.
Вторую группу образуют гетероферментативные молочнокислые бактерии, которые, кроме молочной кислоты, образуют значительные количества других продуктов, в частности, уксусной кислоты и этилового спирта. Характерным представителем второй группы молочнокислых бактерий является микроб Bacterium lactis aerogenes, образующий молочную, уксусную кислоты, этиловый спирт, углекислый газ, водород и метан. В частности, заметное содержание молочной и уксусной кислот в ржаном тесте (и ржаном хлебе) объясняется тем, что при брожении его, наряду со спиртовым брожением, происходит также молочнокислое брожение, при котором накапливаются как молочная, так и уксусная кислоты.
163:: 164:: Содержание
164:: 165:: Содержание
Основной особенностью брожения в крупных резервуарах является чрезмерное повышение температуры бродящего сусла за счет выделяющегося при этом тепла. Грамм-молекула сахара (180 г) выделяет 23,5 ккал тепла.
Относительно плохая теплопроводность железобетона, большая масса бродящей жидкости, сомкнутое расположение резервуаров - все это обусловливает слабое теплоизлучение и разогревание бродящего сусла.
Отрицательное влияние повышенной температуры заключается в следующем. Виноград и виноградное сусло содержат в себе эфирные масла, которые и создают впоследствии основу букета вина. Во время брожения пузырьки углекислого газа (СО 2), проходя через слой жидкости, насыщаются парами эфирных масел и выносят их в атмосферу. Из 1 л сусла выделяется во время брожения до 50 л СО 2 . Чем выше температура, тем большее количество ароматических веществ выносится в атмосферу с СО 2 . Понижение температуры брожения способствует сохранению ароматических веществ в вине.
Е. Н. Датунашвили разработан способ улавливания и использования эфирных масел, выносимых с углекислотой. При брожении сусла в крупных емкостях на коммуникации, отводящей углекислоту, устанавливаются адсорберы, заполненные активированным углем, с целью улавливания эфирных масел.
Элюированные с угля спиртом-ректификатом эфирные масла могут быть использованы для улучшения букета столовых, крепких, десертных и полусладких вин. Для эфирных масел из каждого сорта винограда необходимо подбирать соответствующий виноматериал с целью достижения наибольшей гармонии. Эфирные масла, выделяемые при брожении, применяются в количествах от 0,007 - до 0,03% (в расчете на чистые масла) в зависимости от типа вина.
С повышением температуры брожения увеличиваются потери спирта, так как он также выносится с углекислым газом.
При температуре бродящего сусла до 30°С и выше происходит массовое отмирание дрожжевых клеток, а при 37-40°С брожение останавливается. Иногда даже введение свежей дрожжевой разводки не вызывает дображивания. Получается недоброд с повышенным содержанием сахара, который в дальнейшем является благоприятной почвой для развития болезнетворных микроорганизмов и дрожжей.
Болезнетворные бактерии, в частности маннитные, свободно развиваются при повышенных температурах, обогащают вино летучими кислотами и придают ему своеобразный посторонний привкус.
При повышенных температурах брожения отмершие дрожжевые клетки скорее подвергаются автолизу, вследствие чего виноматериал излишне обогащается азотистыми веществами.
Это обусловливает увеличение склонности вин к белковым помутнениям, к микробиальным заболеваниям и возникновению "мадерных" и других тонов переокисленности.
Температура брожения оказывает значительное влияние на скорость выбраживания сахаров, химический состав получаемого вина и на его качество.
При медленном брожении, проводимом при низкой температуре, вина отличаются свежим и чистым сортовым ароматом, гармоничным тонким вкусом.
По данным В. М. Малтабара с сотрудниками, с повышением температуры брожения в интервале 15-35°С в вине увеличивается содержание летучих кислот с 0,25 до 1,02 г/л, возрастает количество альдегидов и снижается содержание высших спиртов и общих эфиров. Особенно четко это проявляется при определении легколетучих веществ спирта-сырца, полученного при перегонке виноматериалов, сброженных при разной температуре. При повышении температуры брожения с 15 до 35°С со держание уксусноэтилового эфира в спирте-сырце снижается в 4 раза, в то же время уксусная кислота возрастает в 4,6 раза, а изомасляная - в 5,5 раза .
В процессе брожения происходит интенсивное поглощение растворенного кислорода дрожжами и снижение окислительно-восстановительного потенциала. По данным М. А. Джослина, Eh снижается с +409 мв в сусле после дробления винограда до -10 мв в момент бурного брожения и до +40 мв в конце брожения. А. К. Родопуло наблюдал снижение Eh с 475 до 216 мв за 6 ч брожения.
По данным Крюсса , при повышении температуры брожения от 7 до 20-22°С наблюдается одинаково высокое содержание спирта в получаемых виноматериалах - в пределах 16,5% об. При дальнейшем повышении температуры брожения крепость получаемых виноматериалов значительно снижается. Так, если при температуре брожения 25°С содержание спирта было 13,4% об., то при 28°С - 13,1%, об., при 31°С - 11,9% об., при 34°С - 9% об. и при 37°С - 6,2% об.
Проф. Крюсс уже в 1914 г. успешно сбраживал виноградное сусло при температуре 8°С. Американский опыт показывает, что сбраживание при низкой температуре более подходит для белых вин. Красные вина, хотя и получаются при этом по вкусу тоньше и имеют богатый букет, по окраске уступают винам, сброженным при более высокой температуре.
Баррет в лабораторных условиях проводил брожение при температуре 3°С в течение двух месяцев. Ему удалось вывести криофильные дрожжи, которые заканчивают брожение при 4°С за 45 дней. На производстве он проводил брожение в чанах в два приема: в течение месяца - при температуре 3°С, затем два месяца - при 10°С.
В США сейчас предлагается следующая схема брожения с охлаждением: 18 дней брожение проходит при температуре 4°С, а заканчивается при 10°С. При такой схеме брожение длится 32 дня.
Казале применял для приготовления высококачественных тонких вин брожение при низкой температуре (3°С) на специальной криофильной расе дрожжей. Брожение при температуре 20°С длилось 8 дней, а при 3°С - до 30 дней. Низкая температура обусловливала в готовых винах повышенное содержание спирта, пониженную титруемую кислотность и пониженное количество летучих кислот.
Краус установил, что брожение при температуре ниже 6°С проходит очень вяло, а при 15°С - слишком бурно. По данным Крауса, оптимальная температура брожения равна 8-10°С.
Согласно данным Кремера , брожение при 11-15°С длилось 38 суток и дало содержание спирта 12% об., при 6-10°С - 12-15 недель, а при 3-5°С - 163 дня, причем спирта в конце брожения было 5% об.
Поршэ , наблюдая за хранением фруктовых соков, установил, что дрожжи способны забраживать при 0°С и даже при -3°С. Автор подчеркивает, что проведение спиртового брожения при температуре ниже 15°С исключает развитие яблочно-молочного брожения, весьма важного при получении красных и высококислотных белых вин.
Джослин указывает, что температура брожения не должна превышать 27°С, а для производства вин высшего качества 21°С. Виноматериал, идущий на перегонку, не должен иметь температуру брожения выше 30°С.
Согласно данным Герасимова , брожение сусла при температуре ниже 16°С идет очень вяло. Однако если оно уже началось при повышенной температуре (выше 20°С), понижение температуры бродящего сусла не сказывается на жизнедеятельности дрожжей так резко, как в начале брожения. При температуре выше 35°С дрожжи испытывают сильное угнетение, а при 40°С совершенно прекращают свою деятельность. Температурный оптимум развития дрожжей лежит в пределах 22-30°С. Минимальной температурой, при которой дрожжи сохраняют свою жизнедеятельность, считается -8°С .
Максимальная температура бродящего сусла, наблюдавшаяся в Туркмении , была 40-42°С. Эта температура подавляет бродильную способность дрожжей, что обусловлено изменениями внутриклеточной структуры, ведущими в итоге к гибели клеток. Местные туркменские дрожжи более термостабильны и свободно выносят температуру до 40°С. При 41-42°С эти дрожжи могут сбраживать сахар до конца только при исходной сахаристости сусла не более 20%. Для нормального брожения высокосахаристого сусла в условиях Туркмении температура должна быть не выше 37°С.
Мозер , проводя брожение при температуре ниже 15°С, установил, что получаемые вина по органолептическим качествам и по развитию букета гораздо лучше вин, сброженных при температуре выше 25°С. Это особенно четко проявляется в высокоароматичных сортах, например у мускатов.
Другие исследователи успешно проводили брожение при пониженных температурах .
Многие специалисты придают особое значение равномерности температуры брожения, т. е. такому режиму, при котором температура отклоняется от заданной не более чем на ±2°С. Однако это, по-видимому, основывается на впечатлениях, но не на точных опытных данных. Главным моментом здесь является поведение дрожжей, т. е. выявление термических параметров их размножения и гибели. В этом отношении имеются критические точки, и отклонение от них даже на 1-2°С вызывает резкое изменение состояния дрожжей. В других же интервалах температур отклонение даже на 10°С не вызовет заметных изменений в жизнедеятельности дрожжей, но может резко влиять на химический состав получаемых виноматериалов и прежде всего на содержание азотистых веществ в них.
Имеется ряд патентов на методы автоматического регулирования брожения, которое производится или по температуре бродящего сусла, или по выделяющейся углекислоте, или по ходу разложения сахара.
Опыты выбраживания при различных температурах проводились А. А. Преображенским и другими исследователями . Результаты этих опытов подтверждают общеизвестные данные, что при повышенных температурах брожения происходит отмирание дрожжей и могут получаться педоброды. При пониженных температурах сроки выбраживания затягиваются.
Одним из основных факторов, определяющих качество столового вина, является гармоничное содержание в нем эфирных масел винограда, альдегидов, летучих кислот, органических кислот, азотистых веществ, особенно аминного азота, ферментов и некоторых других веществ.
Большое влияние на ход обмена веществ, на выработку и активность ферментов оказывают рН среды, в которой культивируются дрожжи, температура брожения и степень аэрации бродящего сусла.
Летучие кислоты образуются дрожжами в небольших количествах в кислой среде. Повышение рН среды приводит к более усиленному образованию летучих кислот, которое является результатом действия ферментного аппарата дрожжей, регулирующего рН и удерживающего его на оптимальном для развития дрожжей уровне.
Дрожжи, реагируя на изменение среды в неблагоприятную для их жизнедеятельности сторону, стараются ликвидировать этот сдвиг. Так, при повышении рН сверх оптимального значения они образуют повышенное количество уксусной кислоты, причем тем больше, чем выше рН.
Наименьшее содержание летучих кислот наблюдается при рН в пределах от 3 до 4. В щелочной среде уксусная кислота образуется в значительных количествах и на всех стадиях брожения с почти постоянной скоростью. Установлено, что при рН 3 летучих кислот содержится минимальное количество, крепость же достигает максимума. На изменение температуры и степени аэрации бродящей среды дрожжи также реагируют, образуя разное количество тех или иных веществ. Меньше всего летучих кислот получается при температуре брожения от 15 до 25°С. Повышение температуры брожения выше 25°С и понижение ниже 15°С приводят к повышенному образованию летучих кислот в процессе брожения виноградного сусла. Влияние температуры брожения стерильного сусла на образование летучих кислот показано в табл. 17.
В сусле, бродящем с доступом кислорода воздуха, при всех вариантах температур летучих кислот образуется даже несколько меньше, чем в контрольных образцах, бродящих в анаэробных условиях. Однако общая закономерность повышения содержания летучих кислот при низких и высоких температурах сохраняется. Об этом свидетельствуют данные табл. 18 .
Сусло и вино характеризуются значительным содержанием азотистых веществ, представленных белками и продуктами их гидролиза: пептонами, пептидами, аминокислотами, а также амидами и аммиаком. Важное значение азотистых соединений на стадиях образования и формирования вина не вызывает сомнений. С одной стороны, они являются необходимым питательным материалом для дрожжей во время спиртового брожения и для бактерий в процессе яблочно-молочного брожения; с другой - некоторые вещества оказывают прямое или косвенное влияние на сложение ароматических и вкусовых качеств вина в процессе его формирования и созревания.
Избыток азотистых веществ при определенных условиях создает предпосылки к большей склонности вин к помутнениям и микробиальным заболеваниям, а при наличии доступа к ним кислорода - к переокисленности и мадеризации.
Обоснование приемов регулирования количества азотистых веществ в виноматериалах является важной практической задачей.
Одним из способов уменьшения содержания азотистых веществ в виноматериале является так называемое биологическое азотопонижение. Но, по данным Е. Н. Датунашвили , даже семикратная фильтрация с внесением после каждой фильтрации свежей порции дрожжей не удаляет весь ассимилируемый дрожжами азот. Кроме того, выполнение этого приема в производственных условиях весьма затруднительно.
Прекрасным регулятором содержания азотистых веществ в виноматериалах является температура брожения. Проводя брожение при температуре в пределах 14-18°С, можно получить виноматериал с минимальным содержанием азотистых веществ. Повышение температуры брожения вызывает увеличение количества азотистых веществ и прежде всего аминного азота в результате отмирания и автолиза дрожжевых клеток. При понижении температуры брожения (10°С и ниже) содержание азотистых веществ также увеличивается. И если в первом случае (при высокой температуре) это увеличение количества азота происходит за счет низкомолекулярных соединений - пептидов и аминокислот, выделяемых дрожжевыми клетками в результате автолиза, то при низкой температуре азот представлен, вероятно, высокомолекулярными соединениями - полипептидами, пептонами и белками (рис. 19 и табл. 19) .
Примечание. Брожение пастеризованного сусла проводили на расе дрожжей Штейнберг 1892.
На основании баланса азотистых веществ, потребляемых дрожжами и выделяемых обратно в среду при разных температурах брожения, нами установлено, что в ходе брожения виноградного сусла наиболее равномерное потребление азотистых веществ наблюдается при 15°С. При этой температуре на всем протяжении брожения выделение азотистых веществ дрожжевыми клетками аналитически не обнаруживается. Очевидно, оно все же происходит, но потребление азотистых веществ дрожжами значительно преобладает над выделением их (рис. 20) .
При температуре бродящей среды 25-30°С потребление азота сусла дрожжами идет более интенсивно, так как благодаря благоприятным условиям дрожжи усиленно размножаются и количество их в течение определенного срока возрастает. В конце брожения, еще при наличии остаточного сахара, дрожжи начинают в такой же мере выделять азот в бродящую среду вследствие начавшегося процесса автолиза.
При низких температурах брожения дрожжи потребляют значительно меньше исходного азота сусла, так как условия для размножения дрожжей при 5-10°С неблагоприятны и масса их меньше. И эта масса дрожжей забирает из сусла на построение своих клеток меньшее количество азотистых веществ. Поэтому после выбраживания при низких температурах в виноматериале содержание азотистых веществ повышается за счет недоиспользованного азота сусла.
Как было указано, регулирование температуры брожения и установление точных термических параметров для выбраживания тех или иных типов вин позволяют увеличивать или уменьшать концентрацию азотистых веществ в виноматериале в 2 раза и более. Было также установлено, что легкая аэрация в первую половину брожения может значительно понизить количество азотистых веществ в виноматериалах . Зависимость содержания азотистых веществ в виноматериале от степени аэрации бродящего сусла (исходный азот сусла, мг/л: общий - 552, аминный - 324, белковый - 102) показана в табл. 20.
Примечания: 1. Брожение пастеризованного сусла проводили на расе Феодосия I-19. 2. Исходный азот сусла: общий - 552 мг/л, аминный - 324 мг/л, белковый - 102 мг/л.
На основании полученных данных предложен метод регулирования содержания азотистых веществ в виноматериале путем регулирования температуры брожения и аэрации бродящего сусла. Этот метод дает возможность регулировать содержание азота в виноматериале и с количественной и с качественной стороны. Например, при температуре брожения 15°С и легкой аэрации можно получить вина, содержащие около 100 мг/л общего и около 50 мг/л аминного азота, а при высокой и низкой температуре без аэрации - 200-250 мг/л общего азота, причем при 10°С это будут в основном высокомолекулярные азотистые соединения, а при высокой температуре - аминокислоты и пептиды.
Титруемая кислотность молодых виноматериалов зависит от температуры брожения. Чем ниже температура брожения, тем ниже титруемая кислотность, и наоборот.
На титруемую кислотность виноматериала оказывает влияние также раса дрожжей, на которой ведется брожение. В первой половине брожения наблюдается повышение титруемой кислотности сусла. При низких и высоких температурах во второй половине брожения происходит последовательное уменьшение титруемой кислотности бродящей среды. При 15°С титруемая кислотность во второй половине брожения почти не изменяется.
Такое различие в содержании титруемой кислотности в виноматериалах, полученных при разной температуре, вероятно, объясняется тем, что основная масса органических кислот, возникающих при брожении, образуется молодыми дрожжами.
Установлено, что при 15°С дрожжи размножаются на всем протяжении брожения, а следовательно, все время образуются новые кислоты.
При 10°С наряду с тем, что на всем протяжении брожения идет размножение дрожжей и новообразование кислот, происходит усиленное выпадение винного камня, вызванное пониженной температурой.
При 25°С во второй половине брожения размножение дрожжей резко сокращается, начинается отмирание дрожжевых клеток и их автолиз. Выделяющиеся в результате автолиза пуриновые основания и основные аминокислоты, возможно, также снижают титруемую кислотность (большинство аминокислот, как амфотерных соединений, играет в вине роль оснований).
При осветлении вина, проводимом вслед за брожением, титруемая кислотность молодого виноматериала понижается при всех температурах выдержки.
При брожении в железобетонных резервуарах без специальных покрытий виноматериалы имеют титруемую кислотность ниже, чем виноматериалы, сброженные в бочках. Это объясняется тем, что на шероховатую поверхность стенок резервуара лучше оседает винный камень .
Для выбраживания марочных белых столовых и шампанских виноматериалов рекомендуется температурный режим в пределах 14-18°С . При этих температурах брожения в виноматериалах получается минимальное содержание азотистых веществ и прежде всего аминного азота.
Одной из существенных причин снижения качества столовых вин является их склонность к переокислению, т. е. к приобретению вином специфических оттенков во вкусе, букете и окраске. Свободный кислород не может оказывать такого влияния, только взаимодействие его с какими-то другими веществами приводит к переокисленности вина.
В. И. Нилов считает, что в результате взаимодействия кислорода с компонентами вина и в особенности с азотистыми веществами, в частности с аминокислотами, с одной стороны, образуются альдегиды, которые могут в зависимости от состава аминокислот обусловить тон мадеризации и различные его оттенки, с другой стороны, в ходе дезаминирования аминокислот возникает аммиак, соли которого при известной концентрации придают разлаженность и грубость вину.
Как протекает химический процесс, видно из следующей формулы:
Вначале аминокислота, теряя два атома водорода, переходит в иминокислоту, которая, распадаясь и выделяя СО 2 , образует альдимин, последний при омылении дает аммиак и альдегид, содержащий в своей молекуле на один углерод меньше, чем исходная аминокислота. Этот процесс может происходить при участии катализаторов (Fe .. , Сu . , Мn ..) и с особой интенсивностью при повышенной температуре. В результате налицо главнейшие продукты, обусловливающие тон переокисленности - альдегиды и аммиак.
При температуре брожения в пределах 14-18°С в виноматериалах получается наименьшее количество летучих кислот, что органолептически не отмечается, но, безусловно, в дальнейшем при созревании вина это окажет положительное действие.
При сравнительно низких температурах 14-18°С образуется в 2-3 раза меньше альдегидов, чем при высоких, что особенно важно при изготовлении шампанских виноматериалов.
Продолжительность брожения увеличивается незначительно и составляет 9-10 суток вместо 5-6, тогда как при температуре 10°С срок брожения возрастает до 20 суток, а иногда и больше.
Расход холода для поддержания температурного режима брожения 14-18°С сравнительно невелик (125-150 ккал/дал сусла). Для поддержания температурного режима брожения 9-12°С холода требуется затратить в 2 раза больше.
В производственных опытах, проводившихся нами в течение 4 лет на винограде разных сортов, ни разу не было заметного улучшения качества виноматериалов, выброженных при 10°С, по сравнению с виноматериалами, выброженными при 14-18°С. Улучшение качества на 0,1-0,2 балла не оправдывает расходов на поддержание этого режима. Однако нельзя совсем отказываться от режимов брожения при 10°С и ниже. Тот факт, что при этих температурах брожения вместе с CO 2 меньше всего выносится ароматических веществ и получаются наиболее ароматичные вина, заставляет внимательно изучить поведение винограда отдельных сортов при температуре брожения 10°С и ниже.
При полном сбраживании 1 л сусла с различной сахаристостью выделяется следующее количество тепла :
Значительная часть тепла теряется через стенки бродильных емкостей и уносится с CO 2 . Размеры потерь тепла зависят от поверхности, коэффициента теплопроводности материала, из которого сделана емкость (для стали он равен 39, а для дерева - около 0,2), объема емкости, окружающей температуры, интенсивности брожения и других факторов.
По данным А. М. Фролова-Багреева , при брожении на мезге в чане емкостью 600 дал потери тепла составляют 60% выделяемого в процессе брожения, а для чанов емкостью 3000 дал - только 25%.
В бочках емкостью 20 дал температура брожения может подняться при окружающей температуре 15°С на 3°, в бочках на 25 дал - на 4° и в бочках на 50 дал - на 6-8°. При более высокой температуре окружающего воздуха температура бродящего сусла будет еще выше.
Потери тепла будут тем больше, чем меньше емкость резервуара, больше его поверхность по отношению к объему, медленнее брожение, ниже температура окружающего воздуха, тоньше стенки сосудов и выше теплопроводность материала. Значительная часть тепла отводится с парами воды, которые выносятся с углекислотой брожения.
В деревянных бутах на 100 дал температура при брожении может повыситься на 6-8°. Так, если начальная температура сусла 15-18°С, то при брожении она поднимается до 22-25°. В больших железобетонных резервуарах емкостью 3000 дал температура достигает 36- 38°С.
Мюллер-Тургау наблюдал следующие максимальные температуры при брожении в деревянных бутах, установленных в подвале с температурой 13°С:
В опытах Преходы потери тепла при брожении в резервуарах емкостью 3500 дал без искусственного охлаждения составили от 30 до 60% в зависимости от скорости брожения (от 40 до 70 ч). Температура бродящего сусла поднималась соответственно на 18°С (при потере 30% тепла) и на 9°С (при потере 60% тепла).
Если брожение проходит в небольших сосудах, например в бочках, то температура регулируется путем теплоизлучения через стенки сосуда (рис. 21).
В крупных железобетонных резервуарах теплоотдача не будет обеспечивать нормальной температуры брожения. Чем больше емкость резервуара, тем выше будет температура брожения.
Имеется следующая зависимость температуры брожения от величины резервуара (табл. 21).
Поэтому совершенно необходимо проводить охлаждение бродящего сусла при сбраживании в крупных емкостях.
Процесс брожения считается неотъемлемой базой для производства различных пищевых продуктов - хлебобулочных изделий, кисломолочных товаров, квашеных овощей. Также данный процесс имеет большое значение в пивоварении, виноделии и выработке спирта. В начале ферментации простейшие углеводы преобразовываются в этанол, углекислый газ и другие элементы. В этом и заключается основа брожения.
Процесс метаболизма дрожжей
Для того чтобы получить спиртовое брожение, возбудители - микроорганизмы дрожжи - сбраживают моносахариды, в частности глюкозу. Она под их воздействием подвергается ферментации, и в результате этого на выходе получается этиловый спирт и двуокись углерода. В определенной среде брожение может проходить за счет бактерий и плесневелых грибов. Далее происходит реакция спиртового брожения глюкозы. После ее завершения конечный продукт отделяют от сусла перегонкой. Затем спирт очищают методом фракционной дистилляции. Для того чтобы усилить рост дрожжей, сусло аэрируют (насыщают его воздухом, азотом или другими газами). Потом создаются анаэробные условия для обеспечения брожения и накопления спирта. Благодаря этим условиям предупреждается окисление спирта в уксусную кислоту, воду и углекислый газ. Чтобы получить брожение, используется концентрация глюкозы от 10 до 15%, а температура должна быть не больше 30 °C. Плотность сахара менее 10% для ферментации неблагоприятна. А при концентрации 30—35% брожение перестает происходить. Может возникнуть самопроизвольное брожение при ненадлежащем хранении сахаросодержащих продуктов: варенья, сиропов, сока, меда, ягод. И это становится причиной их порчи.
Химический процесс брожения
Для дрожжей спиртовое брожение происходит в два этапа:
- Окислительная стадия заключается в превращении сахара до пировиноградной кислоты. При этом происходит образование двух молекул НАД (фермент, существующий в живых клетках), и это является промежуточным атомом водорода.
- Восстановительная стадия состоит в передаче молекулы водорода конечному атому. Конечный акцептор превращается в основной продукт брожения.
В дрожжах содержится специальный фермент, который при помощи химических реакций образует уксусный альдегид. Он вступает в связь с углекислым газом и при помощи дегидрогеназы превращается в этанол. Процесс брожения завершает реакция восстановления уксусного альдегида.
Основной продукт брожения
Для изготовления спиртовых продуктов используется сырая вода. Она содержит необходимые молекулы воздуха, которые необходимы дрожжам. Очистка воды для брожения происходит с помощью фильтрации.
Длительность ферментации дрожжей
Время, за которое дрожжи сбродят весь сахар, зависит прежде всего от температуры. Также немаловажно качество дрожжей. Приемлемое время сбраживания - от 7 до 14 дней. Выработка конечного продукта спиртового брожения считается законченной, если нет шипения и пузырьков на поверхности. Также брага из сахара при законченном процессе брожения имеет кисловато-горький привкус.
Если же на вкус она осталась сладковатой, то дрожжи во время процесса погибли, не переработав сахар. Это происходит по причине несоблюдения температурного режима, качества воды и дрожжей.
Фильтрация конечного спиртового продукта
После окончания брожения дрожжей, простейшие углеводы, в частности глюкоза, вырабатывают этанол, газ, энергию. Получившийся спиртосодержащий напиток обязательно подвергают фильтрации. Для этого удаляются остатки дрожжей и побочные продукты сбраживания.
Очистка производится с помощью специальных аппаратов методом ректификации (разделение на различные компоненты жидких смесей). Такой фильтрации подвергается первый спирт (сырец). Спиртосодержащий продукт, очищенный этим методом, не имеет вредных примесей, эфиров и обладает мягкостью и высокой крепостью.
Дополнительные методы очистки
В производстве используют химическую очистку конечного продукта брожения дрожжей. Для ее применения используют щелочь, чтобы удалить вредные кислоты и эфиры. При воздействии щелочи эфиры омыляются, и одновременно с этим выделяется спирт.
Чтобы удалить вырабатываемые альдегиды и побочные соединения, используется слабый раствор перманганата калия. Он окисляет вредные примеси. К методам вспомогательной очистки относят фильтрацию активированным углем. Он является отличным поглотителем различных примесей, содержащихся в необработанном спирте.
Еще один способ очистки спирта в промышленности — его термообработка. При подогреве до определенных температур в конечном продукте совершается разложение опасных примесей. Максимальный температурный режим, при котором происходит термическая обработка - до 140 градусов C. Он длится 10-15 минут.
Заключение
Спиртовое брожение является самым изученным химическим процессом. Но ничего странного в этом нет. Помимо производства алкогольных напитков, благодаря этому процессу можно получить самые различные кислоты, глицерин и медицинский этанол.
Последнее обновление:
01.Июнь.2016, 22:15
БРОЖЕНИЕ - Процесс разложения органических веществ (преимущественно углеводов) микроорганизмами в бескислородных (анаэробных) условиях. Б. осуществляется под влиянием биоката-лизаторив-ферментов и является источником энергии для клеток в процессе их жизнедеятельности. При Б. сложные молекулы постепенно разлагаются до простых. Важнейшими в энергетич. отношении является окислительно-восстановительные реакции Б., в результате которых водород (или электроны) из одних органических веществ переносятся на другие. Эти реакции осуществляются чаще всего при участии специфического переносчика водню- кофермента Б. никотинамидаде-ниндинуклеотиду (НАД). Окислительно-восстановительные реакции Б. сопряженные с синтезом богатых энергию (макроэргических) фосфатных связей аденозинтрифосфорной к-ты, АТФ (см. Аденозинфосфорни кислоты), которая используется далее в биосинтезе и др. процессах клеточного обмена (см. Биоэнергетика). Промежуточные продукты Б. является исходным материалом для образования клеткой аминокислот, жиров и др. компонентов. Конечные продукты Б.- восстановлены органические соединения (спирты), а иногда - молекулярный водород и окисленные продукты (органические к-ты, углекислый газ) выделяются в середовиши и накапливаются в нем.
Брожение выполняет физиол. функцию, подобную дыхания, однако характеризуется значительно меньшей эффективностью использования энергии преобразованных соединений. От Б. надо отличать анаэробное дыхание, при котором водород органических соединений переносится на неорганические ионы, такие, как нитрат или сульфат, а также неполное окисление (ранее его неправильно называли аэробным Б.), в процессе которых микроорганизмы накапливают в среде органические вещества, подобные к продуктам Б Биологическая суть Б. была открыта в среде. 19 в. Л Пастером, который определил Б. как "жизнь без кислорода". Позже Б. удалось осуществить в неклеточных экстрактах микроорганизмов под влиянием выделенных из них ферментов. По хим. природой продуктов Б. разделяют на спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, пропионовокислое, уксуснокислое, метановое и некоторые др. Тип Б., а также количественное соотношение конечных продуктов зависят от природы возбудителя и условий его культивирования. Среди микроорганизмов возбудителями Б. являются дрожжи, бактерии и некоторые плесневые грибы. Процессы, аналогичные отдельных типов Б., обнаруженные у высших растений, животных и человека (напр. Гликолиз). Многие типы Б. имеют большое практическое значение. Спиртовое Б. используется для производства этилового спирта, вина, пива, глицерина; на его основе осуществляется изготовление теста в хлебопекарной пром-сти. Молочнокислое Б. лежит в основе производства кисломолочных продуктов, масла, сыров, квашеных овощей, силосования кормов, получения молочной к-ты. Маслянокислое Б. используется для получения масляной к-ты, а около родственное с ним Ацетонобутиловое Б.- для производства бутилового спирта. Пропионовокислое Б. имеет большое значение для производства определенных сортов сыра. Метановое Б. активно проходит при очистке сточной воды на водоочистных сооружениях; при этом метан-образующие бактерии превращают спирты и органические к-ты на метан и углекислоту. В процессе анаэробного распада белков под влиянием бактерий (см. Гниение) происходит сбраживание компонентов белковой молекулы - аминокислот в уксусной к-ты, молочной к-ты, аммиака и водорода. Иногда термин "брожения", или ферментация, используют для обозначения микробиол. производств различных хим. продуктов: лимонной, уксусной, глюконовой к-т, аминокислот, антибиотиков, витаминов и некоторых др., независимо от биохим. сути этих процессов. При таком применении термин "брожения" имеет в основном технологические, а не наук. значение
Процесс спиртового брожения - Один из типов брожения, процесс преобразования микроорганизмами углеводов в этиловый спирт и углекислый газ. С. б. вызывают дрожжи родов Sассhаrоmусеs и Shиzо-sассhаrоmусеs, мукора грибы и некоторые бактерии. С. б.- ряд последовательных реакций окисления и восстановления с высвобождением энергии. Обычно проходит при кислой реакции среды в бескислородных (анаэробных) условиях при т-ре от С-5 до 38-40 ° С Лучше сбраживаются гексозы (в частности, глюкоза), дисахариды, хуже - пентозы. В процессе С. б. как побочный продукт образуются сивушные масла.
Дрожжи
состоят из продолговатых клеточек величиной в поперечном сечении примерно 0,006 мм. В виде микроскопических клеток дрожжевые грибки распространены в воздухе повсюду. Их присутствие составляет необходимое условие для брожения сусла. Если сусло пропустить через фильтровальную бумагу и тем самым выделить из него дрожжевые грибки, то брожение остановится и не возобновится до тех пор, пока тем или иным путем дрожжевые грибки не попадут в сусло.
Чем больше сусло соприкасается с воздухом, в процессе перемешивания или переливки, тем больше грибков оно в себя вбирает и тем сильнее идет процесс брожения и развития дрожже
й.
Дрожжевые грибки
не боятся ни света, ни влияния солнечных лучей, лишь бы температура не превышала 48 °C.
Дрожжи имеют следующий химический состав: азотистые вещества - 62,73; клетчатка - 29,47; жировые вещества - 2,10; минеральные вещества - 5,80.
При различной температуре дрожжи имеют различную степень размножения.
Низшая температура, при которой дрожжевые грибки сохраняют свою жизнедеятельность, еще точно не определена. Но есть исследователи, считающие, что дрожжевые грибки могут сохранять способность возбуждать брожение даже при температуре ниже О °С.
Наивысшая температура, при которой дрожжи сохраняют способность возбуждать брожение сусла, различными исследователями определяется по разному. Некоторые из них считают, что только при нагревании сусла до 70 °C можно достичь уничтожения совершенно всех зародышей брожения. Вино требует для этого меньшей температуры.
В процессе брожения ведро сусла выделяет около 300 г сырых дрожжей, которые дают приблизительно 46 % сухого вещества.
Дрожжевые грибки, как и всякие другие растения, нуждаются в пище. Ею являются азотистая кислота и вещества, входящие в состав золы. В особенности это калий и фосфорная кислота.
Во всяком
растительном соке
и, следовательно, в соке винограда все питательные вещества находятся в большем или меньшем количестве. Поэтому сусло начинает бродить в том случае, когда в него попадут дрожжевые грибки. Развитие грибков может продолжаться лишь до тех пор, пока не истощатся питающие грибки вещества или не образуются такие соединения, которые тормозят, а затем и вовсе прекращают развитие грибков.
Под влиянием дрожжевых грибков в сусле происходят различные изменения: поверхность сусла принимает более или менее бурый цвет, появляются пузырьки от развивающейся угольной кислоты, шелуха поднимается вверх, образуя шляпу. Сладость постепенно исчезает, и все более развивается винный вкус. В сусле появляются новые вещества, такие как глицерин, янтарная кислота и др. Весь этот процесс называется брожением сусла.
Одно из главных изменений, происходящих в сусле при брожении, состоит в превращении сахара в спирт и угольную кислоту, при этом образуются глицерин и некоторые другие вещества, но в сравнительно меньшем количестве.
Определенное количество дрожжей может разложить лишь определенное количество сахара. Если дрожжей меньше, чем необходимо для разложения всего количества сахара, находящегося в сусле, или недостает питательных веществ для дальнейшего их развития, то брожение идет сначала медленно, а затем и вовсе прекращается, не разложив всего количества сахара. Вследствие этого сохраняется сладкий вкус. Так бывает с суслом, содержащим слишком большое количество сахара.
Самое лучшее и выгодное соотношение сахара к воде 1:4 (1 часть - сахар). В натуральном соке редко бывает недостаток дрожжей или питающих веществ. Но в соке, разбавленном водой с добавлением сахара, эта часть увеличивается
Вместе с дрожжевыми грибками в сусле развиваются и другие грибки, порождающие слизь, плесень, уксусную и молочную кислоты, а также болезни разного рода. Чтобы отдать приоритет дрожжевым грибкам и как можно больше затормозить развитие вредных микроорганизмов, рекомендуем проделать следующее. Во время общего сбора винограда лучшие здоровые и самые созревшие грозди нужно собирать в отдельную емкость. Затем из них выдавить сок и дать ему забродить. В дальнейшем это забродившее сусло поместить в сделанное позже. От добавления бродящего сусла немедленно возбуждается правильное спиртовое брожение.
Влияние температуры на ход брожения сусла
При температуре 4 °C брожение почти прекращается, но по мере повышения усиливается. При достижении 30 °C брожение начинает замедляться, а при 40 °C вовсе не происходит.
Брожение при температуре 25-30 °C подвергает вино опасным болезням, так как эта температура благоприятна для развития молочной, масляной и других кислот.
Кроме того, выяснилось, что до температуры 27 єС брожение постоянно ускоряется, а затем постепенно замедляется.
Что же касается развития букета, то температура 15-20 °C наиболее благоприятна.
Влияние воздуха на брожение
Дрожжевые грибки для своего развития и размножения требуют воздействия на них воздуха. Поэтому при слабом доступе воздуха сусло бродит несравненно медленнее, чем при свободном или усиленном потоке.
Влияние фильтрации на брожение
Фильтрация
намного замедляет процесс брожения. На этом основании учащенной фильтрацией можно прекратить процесс брожения, достичь того, что вино останется сладким.
Влияние спирта на процесс брожения
При брожении часть сахара превращается в спирт. Но нужно иметь в виду, что спирт убивает дрожжевые грибки. Таким образом, в самом брожении кроется причина его прекращения. Если брожением или другим способом, например, простым добавлением спирта, его образуется по объему до 18 %, то брожение совершенно прекратится. Чем ниже температура, тем меньше процент спирта останавливает брожение.
Влияние посуды на брожение
Сусло бродит в большой посуде намного быстрее, чем в малой.
Созревание сусла для возбуждения в нем брожения
Холодное сусло бродит очень медленно. Поэтому, если температура сусла ниже 15 °C, следует прибегнуть к искусственному нагреванию. При нагревании сусла надо иметь в виду, что от брожения его температура значительно повышается. Если потребуется, чтобы сусло бродило (20-24 °C), то следует нагреть его до температуры 16-18 °C. Дальнейшее повышение температуры будет достигнуто в самом процессе брожения.
Нагреть сусло можно различными способами.
Первый способ. Можно повысить температуру в помещении, где поставлено сусло. Это наилучший способ, но он имеет отрицательные стороны. Если у нас сусла немного, то из за него не стоит нагревать помещение. Бывает и так, что нет определенного помещения, где бы можно было довести температуру до нужного уровня. Поэтому предлагаем другой способ нагрева сусла.
Второй способ. Достаточно нагреть отдельную часть сусла до такой температуры, чтобы при смешивании ее с остальной частью вся масса была доведена до желаемой температуры. Нагреть сусло можно непосредственно в эмалированной или другой посуде. Этот способ представляет некоторое неудобство, так как появляется вкус вареного сусла, который затем переходит в вино. Вследствие этого нагревают не само сусло, а воду и держат в ней сосуд с суслом до тех пор, пока оно не достигнет желаемой температуры.
Как замедлить брожение
Известно, что брожение при низкой температуре замедляется, но по мере ее повышения усиливается. Поэтому для замедления брожения прибегают к охлаждению сусла. Это проделывается так же, как и согревание сусла, но лишь с той разницей, что вместо горячей воды пропускают холодную.
Как прекратить брожение
Винокурение
Брожение сусла можно приостановить введением в него сернистой кислоты. Для этого пустую бочку подкуривают обычным способом, затем вливают в нее около трех ведер вина, полощут им всю бочку и после этого вновь подкуривают серой. Затем опять заливают 3-4 ведра и так до тех пор, пока не заполнится вся бочка.
Брожение сусла прекращается в том случае, если:
1) сусло нагревается до температуры 40 °C и выше;
2) содержание спирта в сусле доводят до 18 % и выше;
3) фильтрацией удаляют все дрожжевые грибки.
Угарный газ (угольная кислота)
При брожении вина, в особенности при бурном брожении, выделяется угольная кислота, известная как угарный газ. Этот газ крайне вреден. Человек, вдыхая его, падает в обморок, а затем, если вовремя не оказать медицинскую помощь, может наступить смерть.
Для предупреждения подобных несчастных случаев необходимо принять следующие меры предосторожности при посещении погреба, в котором происходит брожение молодого вина:
1. Посещать помещение желательно вдвоем.
2. Идя в помещение, нужно захватить с собой свечу. Если она горит нормально, то можно заходить. Если же гаснет - это сигнал к тому, что входить в помещение опасно, так как там большое скопление угольной кислоты.
Угольная кислота в 1,5 раза тяжелее воздуха, следовательно, она скапливается и держится преимущественно внизу и поднимается вверх лишь по мере накопления. Поэтому свечу нужно держать низко, но не наклоняться.
Для удаления накопившейся угольной кислоты необходимо открыть все двери, отверстия, какие только есть в помещении. Одновременно внутрь ставят сосуд, в который бросают куски негашеной извести.
Если все же отравление угарным газом произошло, то потерпевшего необходимо вынести на свежий воздух и облить холодной водой.
Сахар
В готовом вине остаются лишь самые незначительные следы сахара, только в ликерных винах или приготовленных из высушенного винограда, или к которым при брожении был добавлен спирт, или иным образом было задержано брожение сусла содержится большое количество сахара. Если в обыкновенных слабых винах содержание сахара дойдет до 0,1-0,2 %, то уже чувствуется сладость. Некоторые вина сохраняют незначительное количество сахара довольно долго, поэтому присутствие сахара в вине еще не доказывает искусственного добавления.
Алкоголь
Алкоголь составляет одну из главных частей вина. От его содержания существенно зависят характер и прозрачность. 100 весовых частей сахара в сусле дают 48,4 части алкоголя в вине. Практики знают, что каждый процент сахара в сусле дает 0,5 % алкоголя в вине. Высшее содержание алкоголя, которое может развиться путем брожения винного сока, - 18 %. Более высокое содержание - это искусственная примесь. Содержание спирта в вине с годами уменьшается: вино теряет 0,25 0,5 % спирта в год.
Красящее вещество цветного винограда
Красящее вещество цветного винограда в воде мало растворимо. Немного больше растворяется в воде с кислотой, а лучше всего - в смеси разбавленного спирта с небольшим количеством кислоты. Окраска вина усиливается при переливке, освобождении:
а) от шелухи переспелых ягод;
б) от слишком высокой температуры;
в) от всякого мелкого истолченного порошка, в особенности содержащего белковые вещества;
г) от продолжительного воздействия воздуха и света.
Количество красящего вещества зависит исключительно от сорта винограда.
Экстрактивные вещества составляют осадок, полученный после выпаривания вина. Они, если можно так сказать, - тело вина, которое обусловливает вкус и густоту напитка. Содержание экстрактивного вещества составляет 1,4-3,0 %. В сладких винах его несравненно больше.
Минеральный состав вина мало влияет на его вкус.
Дубильное вещество принимается вином во время брожения сусла и немного при прессовании из шелухи, зерен и гребешков. В чистом же винограде его нет.
Людьми уже с давних времен было подмечено, что любой сок, будь то виноградный, яблочный, ягодный, который выжат из фруктов и оставлен в сосуде, в скором времени становится мутным, начинает пениться бурлить, даже если сосуд плотно закупорен. Со временем «кипящий» сок становиться опьяняющим напитком — он превращается в вино. Процесс превращения сока в вино люди стали называть брожением.
В течение долгого времени, они не понимали, почему так происходит. Только в 60-е годы XIX Луи Пастер, ученый из Франции, занялся изучением этого вопроса, и в итоге понял, что в сладкой, содержащей сахаристые элементы жидкости, процесс брожения начинается из-за того, что в ней поселяется и развивается дрожжевой грибок, который представляет собой низший организм. Эти организмы и получили название дрожжи.
Форма дрожжевого грибка округлая, иногда удлиненная, а размер их настолько мал, что рассмотреть их возможно лишь используя микроскоп. Огромное количество отдельных грибков собираются вместе и именно тогда они превращаются в серовато-желтую массу, которую мы привыкли видеть на дне бутылки, если сок из фруктов постоит некоторый период времени.
Дрожжевые грибки наделены способностью мгновенно размножаться, если есть соответствующие условия. Например, на дрожжевом заводе, один грибок в течение нескольких суток превращается в десятки, или даже сотни пудов прессованных дрожжей. Если дрожжевой грибок попадет в сок, который содержит даже минимальное количество сахара, тут же начинает процесс размножения, сок начинает бродить. Дрожжевой грибок при высыхании не погибает, он всего лишь теряет свой вес и становиться очень легким, что позволяет ему летать повсюду в воздухе, поэтому если даже пару минут сок простоит незакрытым, грибок обязательно попадет внутрь. Единственное, что убивает дрожжевой грибок — высокая температура, кипячение сока в крепко закупоренной посуде избавит напиток от брожения.
При попадании в сок с содержанием сахара, грибок начинает моментально размножаться, процесс этот происходит тремя способами: спорами, почкованием, и не так часто — делением. Размножение почкованием начинается с появление на дрожжевом грибке небольшой бородавочки — почки, она начинает быстро увеличиваться, дорастает до размера материнского грибка, после чего отделяется от него и начинает существовать как самостоятельный дрожжевой грибок. Очень часто, еще не отделившись от материнского грибка, дочерняя почка уже становиться материнской для новых почек, которые в свою очередь, образуют своих деток. В итоге получается нечто напоминающее разветвленное дерево, которое состоит из кругловатых почек, которые соединены между собой. Такие грибковые группы принято называть дрожжевыми колониями. Они очень болезненно реагируют на малейшие колебания, даже небольшое сотрясение может привести к их разрушению на отдельные дрожжевые грибки. Процесс размножения почкованием происходит очень быстро.
При размножении дрожжей спорами, процесс происходит намного медленнее. В тот момент, когда грибок становится полностью взрослым, это обычно происходит через 10-12 часов после его рождения, тогда внутри дрожжевого грибка вырастает от 1 до 11 новых округлых телец, которые и называют спорами. После того, как они достигают определенной величины, материнское тело разрывается, и новорожденные тельца грибка освобождаются. При этом когда условия способствуют росту грибка, они начинают размножаться почкованием, появляются колонии взрослых грибков. Размножение спорами обычно происходит в том случае, если им грозит опасность гибели от голода, когда грибок чувствует недостаток пищи. Дрожжевые споры несут в себе огромную важность, ведь именно в виде спор грибок переносит неблагоприятные условия для жизни, голод, слишком высокие температуры, сухость. Более того, споры намного меньше тельца взрослого грибка, поэтому легче переносятся воздухом.
Деление дрожжевых грибков происходит относительно редко и только у некоторых видов грибков, которые имеют удлиненную форму в виде палочки. При таком делении в середине тельца грибка появляется перегородка, она делит тельце на два независимых друг от друга грибка, которые быстро растут, после чего так же делятся пололам. В итоге получается колония дрожжевого грибка, которая представляет собой длинную цепочку.
Основными условиями, которые необходимы для жизни и размножения дрожжевых грибков являются:
1) полноценное количество пищи, необходимое для развития тела грибков;
2) тепло;
3) возможность получать кислород, который необходим для работы грибков.
Питаются дрожжевые грибки преимущественно белковыми (азотными) веществами, минеральными веществами, и только в самом минимальном размере сахаристыми веществами.
Белковые элементы, при поступлении в тельце грибка, накапливаются внутри него и тем самым вызывают рост дрожжей и появление почек. Если белка недостаточно, дрожжи перестают размножаться, и на определенное время их активность замирает.
Среди минеральных веществ наиболее важными являются калий, фосфорная кислота, немного менее важной является известь. Для питания дрожжей сахар необходим в очень малых количествах, в случае его недостатка, дрожжевой грибок может легко справиться с этим, питаясь другими веществами.
Главное условия для полноценной жизни — достаточное количество тепла. Несмотря на то, что дрожжевой грибок может выдержать и очень низкие температуры, он выживает даже при замораживании, просто замирая, все же лучше всего дрожжи себя чувствуют при средних температурах. Почкование дрожжевых грибков при температуре 4° занимает 20 часов, при температуре 13,5° — 10,5 часа, если температура составляет 23° и 28° -6,5 и 5 часов соответственно. Обычно считается, что дрожжевые грибки живут только при температуре выше 1° и не больше 47°.
Если температура выходит за эти рамки, грибок замирает, а при нагревании до 80-100° дрожжевой грибок погибает. Жизненно необходимое тепло грибок добывает в процессе дыхания, так же как и человек.
Для виноделия процесс дыхания грибков представляет собой особенный интерес. Для своей полноценной жизнедеятельности грибки добывают тепло, сжигая углеводы (сахар и другие элементы). Однако грибок отличается от большинства организмов тем, что сжигание углеводов происходит не до конца, грибок прерывает процесс сгорания на середине. При этом того тепла, которое вырабатывается грибку вполне достаточно для его жизнедеятельности, а сожженный сахар превращается в углекислый газ и спирт.
Бактерий, дрожжевых грибков, других организмов существует огромное количество различных видов, есть и такие, которые подхватывают незаконченную работу дрожжей и продолжают ее. Например, такими являются бактерии уксусного брожения, они частично сжигают спирт, образовавшийся в результате дыхания грибка, и превращают его в уксус, при этом опять же выделяется определенное количество тепла, поэтому процесс сжигания сахара (дыхания организмов) продолжается. После этого работают организмы, разлагающие уксусную кислоту, и так далее, до того момента, пока все не превратиться в углекислый газ и процесс сжигания сахара будет доведен до конечной точки.
Иные дрожжевые грибки, бактерии и другие низшие организмы, сжигают сахар и превращают его масляную кислоту, молочную, однако здесь так же не происходит окончательно сжигание сахара, процесс продолжается и так же подхватывается другими организмами. Вместе с тем, те дрожжевые грибки, которые подхватывают процесс брожения, не могут обходиться без кислорода, поэтому для виноделия доступ кислорода очень важный момент.
При изучении процесса брожения и жизнедеятельности бактерий, грибков и иных низших организмов, как общего дыхательного процесса (сжигания углеводов), на сегодняшний день ученые пришли к выводу, что дыхание человека представляет собой целый ряд отдельных брожений, которые происходят друг за другом.
Немалое значение имеет сжигание сахара в процессе работы дрожжевых грибков. Внутри любого тельца грибка находится жидкость, она имеет название — дрожжевой сок. В нем находятся особые элементы, которые ранее называли ферментами, а сегодня им дали название энзимы. Эти вещества действуют на сахар и углеводы, частично их сжигают, как было описано ранее, выделяется тепло, которое жизненно необходимо дрожжам, и вещества, которые нам так же желательны. На сегодня уже изучено немало энзимов, каждый вид грибка или бактерии обладает своим собственным энзимом. Так грибок, который вызывает спиртовой брожения, содержит энзим — алкоголязу, действующий на сахар, который содержится в соке фруктов, и превращающий его в углекислый газ и спирт. Именно это превращение и носит название спиртового брожения.
Во фруктовом соке может появиться не только спиртовое брожение, например, если в сок попадаю бактерии, которые превращают сахар в уксусную кислоту, тогда произойдет уксусное брожение. При производстве уксуса без такого вида брожения не обойтись.
Кисломолочное брожение, когда образуется молочная кислота, так же очень важно при заквашивании капусты, варения кваса и др.
При производстве вина главным брожением, конечно, является спиртовое. Все другие виды брожения при виноделии, наоборот, нося нежелательный характер, так как негативно влияют на вино, вызывая его болезни или даже порчу.