Брожение

Брожение. Под Б. разумеют такие процессы, при которых происходит изменение хим. состава веществ под влиянием различных микроорганизмов —дрожжей, бактерий, плесней. Собственно действующими веществами являются здесь энзимы, которые могут производить ту же работу и вне живых клеток, если они выделены из этих последних. Микроорганизмы лее являются только. лабораториями, вырабатывающими энзимы, и применяются лишь потому, что не имеется удобных способов получения этих энзимов в чистом виде помимо живых клеток. Б промышленной практике применяют все виды брожения.

Особенно важно по своему широкому распространению овое Б. (вызываемое различными видами дрожжей), которое является основным процессом в вино курении, варении, виноделии и в хлебопекарном производстве. При этом брол-се-нии гексозы С₆Н₁₂О_в (декстроза, левуло-за) распадаются на и углекислоту но ур-ию, данному Гей-Люссаком: С_вП₁₂О_в= =2 С₂Н_вО+2 С0₂, причем теоретически из 180 частей сахара получается 92 ч. а и 88 ч. углекислоты, или 51,1% а и 48,9% углекислоты, то есть почти поровну. Вышеприведенное уравнение выражает лишь конечный результат ового Б. На самом деле процесс разложения сахара идет через несколько промежуточных ступеней. На основании работ Нейберга, ход брожения в настоящее время представляется в следующем виде. Частица сахара, отщепляя воду, дает метилглиоксальальдоль, который сейчас лге деполимеризуется в две частицы метилглиоксаля. Последние вступают в реакцию Каниццаро и дают глицерин и пи-ровиноградную кислоту. Пировииоградная кислота расщепляется на ацетальдегид и углекислоту: ацетальдегид реагирует, по Ка-пиццаро, с новыми количествами метилглиоксаля и дает и пировиноградную кислоту, которая опять распадается на ацетальдегид и углекислоту, и т. д. Таким образом процесс брожения сахара выражается следующим рядом уравнений:

I. С„Н,_го_в=211₂0+СвН₈0₄ (метилглиоксальальдоль)

II. C₁lIgO. 2CH3 CO COH (метилглиоксаль)

i СН3СОСОН+П3О i Н,

Ш. { +{ I =

I СП3СО СОН I о

СН.ОП СН ОИ СПзОН (глицерин)

CH3 CO COOH (нировинограднап к-та)

IV. СНз-С0-С00Н=С0₂ + СНз-С0Н (ацетальдегид) СНз-СОН i Н* (СНз-СНзОН ()

сиз-со сон⁺ I о (снз-со-соон

Все эти реакции происходят под влиянием вырабатываемых клетками энзимов, весь комплекс которых известен под именем з и-м а з ы. Знмаза была выделена Бухнером из дрожжевых клеток путем тщательного их растирания и отпрессовывания дрожжевого сока. Отжатый и профильтрованный сок обладал такой же способностью разлагать сахар на и углекислоту, как и живые дрожжи, чем и был с несомненностью доказан энзиматический характер процесса Б. В настоящее время предполагается, что зи-маза, согласно нейберговской схеме брожения, должна содержать 5—7 отдельных специфических энзимов, но с достоверностью выделена только к а р б о к с и л а з а, разлагающая пировиноградную кислоту на ацетальдегид и уксусную к-ту. Соответственно задачам, которые ставит себе то или иное производство при овом В., достигают разнообразных результатов, видоизменяя условия, при которых оно ведется, именно: природу дрожжей, (°, состав и концентрацию среды. Так, известны два типа ового Б.—в е р х о в о е и низовое, вызываемые разными расами дрожжей Sac-charomyces cerevisiae. Верховое Б. вдет при 15—25° очень энергично и дает полное сбраживание сахара в короткое время (2—3 дня), причем дрожжи все время выносятся на поверхность выделяющейся С0₂. Такое Б. применяется в винокурении, где

требуется достижение максимального шл-хода а в возможно короткий срок, а также в варении—для тех сортов пива, которые имеют повышенное содержание а, как портер и эль, и, наконец, в дрожжевом производстве. В последнем брожение ведется в сусле, богатом азотистыми веществами и фосфорными соединениями, и притом с продуванием воздуха с целью достичь усиленного размножения и максимальн. выхода дрожжей. Низовое брожение идет при низких температурах, гораздо медленнее, дает неполное сбраживание, вследствие чего в пиве остаются экстрактивные вещества, содержащие сахар и декстрин и придающие пиву полноту вкуса. Кроме того, способность дрожжей бродить, хотя медленно, при температуре около 2° дает возможность достаточно насытить выделяющейся углекислотой. В вино-далии виноградное сусло обычно подвергается с а м о с б р а ж и в а н и ю за счет размножения тех дрожжей, которые находятся на самих ягодах, и редко применяются дрожжи чистой культуры. Эти дрожжи относятся к виду Saccharomyces ellipsoideus и сбраживают сусло при Г от 15 до 30° в течение приблизительно 7 дней. Б. теста при хлебопечении ведут при высокой <° в 32°, чтобы создать благоприятные условия для эизиматическ. расщепления белков и крахмала и образования некоторого количества молочной кислоты. Т. к. здесь достаточно сбродить очень небольшое количество крахмала муки (около 2%), чтобы образовалось необходимое для разрыхления количество углекислоты, то Б. ведут короткое время—всего несколько часов. Работы Пей-берга, указавшие пути расщепления сахара при овом Б., дали возможность изменить направление этого Б. Если связывать образующийся альдегид путем прибавления сернистых солей, то а не образуется, и появляется в большом количестве глицерин. В этом случае результат Б. выражается уравнением: С_вН₁₂О_в=СН₃ · С0Н + С0₂ + + С₃Н₈0₃. Практически здесь получается также и, потому что сернистые соли можно прибавлять лишь до известного предела, так как большое количество их действует угнетающе на брожение. Это направление брожения используется в промышленности для получения глицерина в больших размерах. Нейберг показал также, что если вести Б. в щелочной среде, то оно получает новое направление. В этом случае две частицы ацетальдегида претерпевают ди сантиметров утац ию (реакция Каниццаро) с образуют одну частицу а и одну ча-нтицу уксусной кислоты:

СИз-COU И₂ СНзСП.ОН + 1 ⁼

СНз-СОН О ОНз-СООН

Результат Б. можно выразить следующим общим уравнением:

гС.нДо, + Н₂0=?С₃П₈0₃ + 2С0₂ + с₂н₆он +

+ СНз-СООИ.

овое Б. вызывается также особого рода плесенями, относящимися к виду мукор, так называемыми м у к о р о в ы ми д р о ж-ж а м и. В Китае и Японии эти дрожжи применяются для приготовления рисовой водки. В европ. промышленности ими поль зуются при производстве а по способу •амило», гл. обр. в первой стадии, то есть для осахаривания. Наконец, особого вида овое Б. вызывается и некоторыми бактериями; так, Bacter acetobutylicus дает этиловый и ацетон, Bacter butylicus— бутиловый и ацетон. Эти бактерии применяются в промышленном масштабе для получения ацетона (смотрите).

Уксусное Б. возбуждается разного вида уксусными бактериями — Bacter aceti, Bacter Kiitzingianum, Bacter Orleanense и другие—и состоит в окислении винного а в присутствии кислорода воздуха сначала в альдегид, а йотом в уксусную кислоту; оно идет при 25°, согласно уравнениям:

C₁IIeO + O^BUO + IIoO,

С₂1140 + 0=С₂И40₂.

Уксусное Б. применяется в промышленности для приготовления столового уксуса либо самоброженнем, либо окислением винного а посредством чистых разводок Б. aceti (немецкий способ).

Молочнокислое Б. широко применяется в промышленности как для получения чистой молочной кислоты, так и для заквашивания в целях консервирования различных пищевых продуктов (простокваша, квас, кислая капуста, соленые огурцы, силосованный корм и прочие); оно вызывается деятельностью специальных молочно-кислых бактерий разных видов, как Barter lactis acidi, В. Delbriicki, В. bulgarieus и др. Молочнокислое Б. лучше всего идет при 30—37—40° в присутствии настоящих белков. Оно выражается простым уравнением С*Н_1гО_в=2 С₃Н_в0₈, но иногда осложняется образованием побочных продуктов.

М а с я я н о к и с л о е Б., вызываемое маслянокислыми бактериями, идет в анаэробных условиях (при отсутствии воздуха) с выделением водорода но ур-ию С„11₁₂0₆= С₄П_вО_г+2 С0₂ + 2 11₂; оно очень распространено в природе и применяется в промышленности для получения масляной к-ты.

Л и м оннокислое Б. Лимон, кислота является промежуточным продуктом окисления сахара под влиянием разного вида плесеней — Aspergillus, Penicilium, Citro-myces. Из них виды Citromyces в своей жизнедеятельности останавливаются на стадии лимонной кислоты, другие продолжают окисление до щавелевой кислоты и углекислоты, по, при высоких концентрациях сахара и известных условиях питания, могут дать лимонную кислоту в преобладающем количестве. Лимоннокислое брожение может быть использовано для заводского производства лимонной кислоты. О микробиологических процессах брожения см. Микробиология, техническая. А. Шустов.