Бродіння вуглеводів

Дуже поширений у природі процес, який є основою виробництва багатьох харчових продуктів: хлібобулочних і молочнокислих виробів, алкогольних напоїв і харчових кислот та ін.

У результаті бродіння, яке відбувається завдяки життєдіяльності певних мікроорганізмів, утворюються різноманітні спирти, кислоти, альдегіди, кетони, від кількості і співвідношення яких залежить аромат, смак і якість продукту.

Найпоширенішими є спиртове і молочнокисле бродіння. Для забезпечення спиртового бродіння на практиці застосовують один вид дріжджів сімейства сахароміцетів – Sacharomyces cerevisiae, окремі штами якого дуже різняться за особливостями ферментних систем.

Ця багаточисленна ферментна система і здійснює процес анаеробного перетворення вуглеводів з утворенням етилового спирту і вуглекислого газу.

Дріжджі зброджують лише гексози. Легше піддаються бродінню глюкоза і фруктоза, повільніше маноза і ще гірше – галактоза. Дисахариди зброджуються лише після попереднього гідролізу до моноцукрів ферментами дріжджів. Полісахариди крохмалю потребують попереднього гідролізу мікробними амілазами, або солодом. Цей процес застосовується при виробництві алкогольних напоїв із крохмалевмісної сировини: пшениці, ячменю, кукурудзи, рису, картоплі та ін.

Сумарне рівняння спиртового бродіння не висвітлює всієї складності процесу:

1. Перша стадія цього процесу – утворення фосфорних ефірів цукрів, фосфорилювання глюкози з участю аденозинтрифосфорної кислоти. Цей процес каталізується ферментом глюкокіеазою (гексокіназа).

2. Утворений глюкозо-6-фосфат піддається ізомеризації під дією ферменту глюкозо-фосфат-ізомерази у фруктозо-6-фосфат.

3. Утфорений фруктозо-6-фосфат далі фосфорилюється за рахунок АТФ з участю ферменту фосфофруктокінази, утворюється фруктозо-1,6-дифосфат. Цимзакінчується підготовча стадія анаеробного (і аеробного) розщеплення цукрів.

4. На слідуючій стадії фруктозо-1,6-дифосфат розпадається на молекули фосфотріоз: фосфогліцериновий альдегід і фосфодиоксиацетон з участю ферменту альдолази.

5. Утворені фосфотріози під дією ферменту тріозофосфатізомерази ізомеризуються, причому рівновага встановлюється при вмісті 95% альдегіду і 5% фосфодиоксиацетону.

6. Утворений фосфогліцериновий альдегід окиснюється в 1,3-дифосфогліцеринову кислоту з участю ферменту дегідрогензи гліцеринового альдегіду.

7. 1,3-фосфогліцеринова кислота під дією ферменту фосфотрансферази перетворюється в 3-фосфогліцеринову кислоту.

8. Під дією ферменту фосфогліцеромутази 3-фосфогліцеринова кислота перетворюється в 2-фосфогліцерин.

9. Утворена кислота під дією ферменту енолази (фосфопіруватгідратази) перетворюється в фосфоенолпіровиноградну кислоту.

10. Під дією фосфотрансферази (пірувафосфокінази) та перетворюється в енолпіровиноградну кислоту, яка швидко переходить в більш стійку кето-форму піровиноградної кислоти.

11. Піровиноградна кислота під дією ферменту піруваткарбоксилази перетворюється в і оцтовий альдегід. Останній вступає у взаємодію з коферментом дегідрогенази NAD*H і утворює етиловий спирт.

За наведеною гліколітичною схемою Ембдена-Мейергофа-Парнаса відбувається не лише спиртове бродіння. Аналогічний шлях анаеробного перетворення вуглеводів до утворення піровиноградної кислоти властивий іншим видам бродіння: пропіоновокислому, бутилгліколевому, ацетонетиловому, ацетонобутиловому, маслянокислому. З ПВК різними шляхами може утворюватися янтарна, лимонна кислота, суміш амілового, ізоамілового, бутилового спиртів, ацетон, гліцерин, оцтовий альдегід та інші сполуки.

Наприклад, гомоферментативне молочнокисле бродіння під дією Streptococus lactis, S. thermophilus, S. cremosis, Lactobacillus bulgaricum,

L. acidophilus. Відбувається теж за гліколітичною схемою Ембдена-Мейергофа. З піровиноградної кислоти утворюється молочна.

Гетероферментативне зброджування глюкози молочнокислими бактеріями (S. diacetilactis, S. acetoinicus) відбувається іншим шляхом – пентозофосфатним. При цьому бродінні крім молочної утворюється така ж кількість оцтової кислоти. Здатність молочнокислих бактерій зброджувати пентози відіграє важливе технологічне значення при бродінні єитнього тіста, яке містить багато пентозанів і продуктів їхнього гідролізу.

Продукти анаеробного живлення мікроорганізмів можуть надалі окиснюватися з утворенням нових речовин. Прикладом є окиснення етилового спирту в оцтову кислоту і воду з участю Acetobacter.

На цьому процесі засновано виробництво харчової оцтової кислоти.

Фактичний баланс бродіння дуже складний, так як велика різноманітність мікрофлори, різні сировина, умови, t°, хімічний склад сприяють, хоч і в незначній мірі, різним видам бродіння.

Дата добавления: 2014-01-04