Брожение - это окислительно-восстановительный процесс, приводящий к образованию АТФ, при котором роль донора и акцептора атомов водорода (или соответствующих им электронов) играют обычно органические соединения, образуемые в ходе самого брожения. Следовательно, брожение представляет собой как бы внутренний окислительно-восстановительный процесс. При брожении субстрат разлагается до конечных продуктов, причем суммарная степень окисления продуктов брожения такая же, как и степень окисления сбраживаемых веществ. Необходимость точного окислительно-восстановительного равновесия обусловливает ограничение соединений, которые могут подвергаться брожению, - такие соединения не должны быть не очень восстановленными, не очень окисленными. Чаще всего в процессах брожения микроорганизмы используют углеводы, а также некоторые другие вещества (органические кислоты, аминокислоты, пурины и пиримидины). Образование АТФ при брожении происходит путем субстратного фосфорилирования.
Процесс брожения вызывается облигатными анаэробами и может осуществляться только в строго анаэробных условиях. Как установил в 1860 г. Л. Пастер, брожение - это жизнь без кислорода. Согласно современным представлениям, живые организмы возникли в то время, когда кислорода в атмосфере Земли не было, а поэтому брожение необходимо рассматривать как простейшую форму биологического окисления, которое обеспечивает получение необходимой для жизни энергии из питательных веществ в анаэробных условиях.
В настоящее время известно много типов брожения. Каждый тип вызывается особой группой микроорганизмов и дает специфические конечные продукты. Многие виды брожения имеют важное значение в народном хозяйстве.
Любое брожение схематично может быть рассмотрено как процесс, проходящий в две стадии. Первая стадия (превращение глюкозы в пировиноградную кислоту) включает разрыв углеродной цепи глюкозы и отщепление двух пар атомов водорода. Это окислительная часть брожения, она может быть изображена следующим образом:
Во второй (восстановительной) стадии атомы водорода используются для восстановления пировиноградной кислоты или образованных из нее соединений. Например, при молочнокислом брожении пировиноградная кислота восстанавливается в молочную кислоту:
При других бродильных процессах (спиртовом, маслянокислом и т. д.) вторая стадия протекает иначе, что будет разобрано ниже.
Процесс образования пировиноградной кислоты из углеводов совершается как серия последовательных реакций. Это катаболические реакции, общие для брожения и аэробного дыхания. У микроорганизмов известны три пути образования пировиноградной кислоты из углеводов.
Первый путь был впервые обнаружен у дрожжей и в мышцах животных, а затем - у бактерий; он присущ облигатным и факультативным анаэробам. Этот путь известен как путь Эмбдена - Мейергофа - Парнаса, или фруктозодифосфатный путь; его называют также гликолизом. Второй путь известен как пентозофосфатный. Он осуществляется у многих микроорганизмов - прокариот и эукариот. Третий путь называется путем Зитнера - Дудорова, он найден только у некоторых групп микроорганизмов, в основном у аэробных бактерий.
Путь Эмбдена - Мейергофа - Парнаса, или гликолиз, состоит из ряда реакций, каждая из которых катализируется специфическими ферментами. Гликолитические реакции в микробной клетке начинаются с фосфорилирования глюкозы (в форме фосфатов сахара более реакционноспособны). При этом происходит взаимодействие глюкозы с АТФ под влиянием фермента гексокиназы, в результате чего образуется глюкозо-6-фосфат (фосфатная группа присоединяется к шестому атому углерода) и АДФ. От АТФ переносится только концевая фосфатная группа и остается аденозиндифосфат:
Глюкозо-6-фосфат под влиянием фермента глюкозофосфатизомеразы превращается в фруктозо-6-фосфат:
На образовавшийся фруктозо-6-фосфат, на первый атом углерода, ферментом фосфофруктокиназой переносится от АТФ вторая фосфатная группа (снова происходит фосфорилирование). Образуется фруктозо-1,6-дифосфат (фруктоза с фосфатными группами при первом и шестом атомах углерода):
Следующей ступенькой является разрыв фруктозо-1,6-дифосфата ферментом альдолазой на два трехуглеродных сахара: 3-фосфоглицериновый альдегид и диоксиацетонфосфат, которые могут превращаться друг в друга под влиянием фермента триозофосфатизомеразы
В связи с тем, что диоксиацетонфосфат подвергается превращению в 3-фосфоглицерииовый альдегид, в дальнейших реакциях участвуют две молекулы 3-фосфоглицерииового альдегида.
В дальнейшем происходит окисление 3-фосфоглицерииового альдегида. Оно катализируется ферментом глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой. Этот фермент представляет собой белок, который отличается необычно высоким содержанием активных сульфгидрильных групп -SH. Фермент связан с коферментом никотинамидадениндинуклеотидом (НАД+). Вначале осуществляется связывание альдегидной группы 3-фосфоглицеринового альдегида с SH-группой глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы. При этом образуется группировка Н-С-ОН, способная отдавать водород молекуле НАД;
Затем наступает дегидрирование фосфоглицеринового альдегида, когда два атома водорода отщепляются от 3-фосфоглицеринового альдегида и переносятся на связанный с ферментом НАД:
Дегидрирование фосфоглицеринового альдегида является окислительной реакцией, дающей энергию.
Далее происходит перенос фосфоглицеринового альдегида вместе с макроэргической связью на фосфорную кислоту, в результате чего образуется 1,3-дифосфоглицериновая кислота с макроэргической связью и свободный HS-фермент:
Фосфатная группа при первом углеродном атоме в цепи присоединена макроэргической связью и может реагировать под действием фосфоглицераткиназы с АДФ с образованием АТФ:
Таким образом, на данном этапе осуществляется фосфорилирование на уровне субстрата.
Затем 3-фосфоглицериновая кислота подвергается перестройке под влиянием фосфоглицеромутазы и изомеризуется в 2-фосфоглидериновую кислоту:
После этого при отщеплении молекулы воды (дегидратации) с участием фермента енолазы из 2-фосфоглицериновой кислоты образуется фосфоенолпировиноградная кислота, обладающая макроэргической связью:
Фосфоенолпировиноградная кислота под влиянием пируваткиназы отдает свою фосфатную группу и запас энергии молекуле АДФ с образованием АТФ и енолпировиноградной кислоты:
Это вторая макроэргическая фосфатная связь, образовавшаяся при превращении глюкозы в пировиноградную кислоту. Енолпировиноградная кислота самопроизвольно превращается в более устойчивую форму - пировиноградную кислоту:
При гликолизе атомы водорода, освобождающиеся при сбраживании углевода, не попадают непосредственно на конечный акцептор, а переносятся на НАД; всего образуется две молекулы НАД Н. Так как НАД присутствует в клетке в очень небольших количествах, брожение может продолжаться, если восстановленный НАД Н снова окисляется. Последнее происходит во второй стадии брожения, к которой восстановленный НАД Н переносит атом водорода к конечному акцептору водорода. Как указывалось выше, НАД играет роль переносчика водорода почти во всех брожениях.
При трансформации глюкозы в пировиноградную кислоту по пути Эмбдена - Мейергофа - Парнаса выделяется свободная энергия, достаточная для образования четырех молекул АТФ: при окислении фосфоглицеринового альдегида - 2 АТФ и дегидратировании 2-фосфоглицериновой кислоты - 2 АТФ. Следовательно, образуется четыре молекулы АТФ. Однако две из них требуются для превращения глюкозы в фруктозо-1,6-дифосфат, и только две молекулы АТФ остаются для процессов синтеза.
Максимальное количество энергии, которое получает организм в результате гликолиза, составляет 2*105 Дж. В связи с тем, что в расчете на каждую молекулу глюкозы при гликолизе образуется только две молекулы АТФ, микроорганизмы в анаэробных условиях вынуждены сбраживать очень большие количества сахара, чтобы обеспечить себя необходимой энергией для биосинтетических процессов. Вся ферментная система гликолиза локализуется в цитозоле клетки.
Пентозофосфатный путь отличается от пути Эмбдена - Мейергофа - Парнаса тем, что не приводит непосредственно к образованию пировиноградной кислоты. В ходе пентозофосфатного пути происходит только окисление одного из углеродных атомов субстрата, который освобождается в форме СО2. Первая реакция представляет собой фосфорилирование глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата с последующим его дегидрированием, сопряженным с восстановлением НАДФ и образованием 6-фосфоглюконовой кислоты.
Затем 6-фосфоглюконовая кислота подвергается окислительному декарбоксилированню, которое приводит к образованию пентозофосфата D - рибулозо-5-фосфата. Из него путем изомеризации образуются D-ксилулозо-5-фосфат и рибозо-5-фосфат. В дальнейшем образовавшиеся D-рибозо-5-фосфат и D-ксилулозо-5-фосфат включаются в ряд транскетолазных реакций (перенос ферментом транскетолазой гликоальдегидной группы СН2ОН-СО-) и трансальдолазных реакций (перенос ферментом трансальдолазой трехуглеродной диоксиацетоновой группы СН2ОН-СО-СНОН-) и происходит обратное превращение в глюкозо-6-фосфат. Следовательно, пентозофосфатный путь является циклическим. Считают, однако, что гораздо чаще пентозофосфатный путь на одном из этапов переходит в путь Эмбдена - Мейергофа - Парнаса.
В результате прохождения шести молекул глюкозы через пентозофосфатный цикл происходит полное окисление одной молекулы глюкозо-6-фосфата до СO2 и восстановление шести молекул НАДФ в НАДФ*Н.
Основное назначение пентозофосфатного пути состоит в следующем: 1) он поставляет пентозы (главным образом рибозо-5-фосфат), необходимые для синтеза нуклеиновых кислот, и 2) обеспечивает образование большей части НАДФ*Н, необходимого микробной клетке для различных биосинтетических реакций (синтеза жирных кислот, стероидов и т. д.).
Превращение глюкозы в пировиноградную кислоту может быть осуществлено также Путем Энтнера - Дудорова . Сначала глюкоза фосфорилируется молекулой АТФ при участии фермента гексокиназы. Продукт фосфорилироваиия глюкозо-6-фосфат окисляется в 6-фосфоглюконовую кислоту, которая дегидрируется и превращается в 2-кето-З-дезокси-6-фосфоглюкоиовую кислоту (КДФГ). Последняя расщепляется альдолазой на пировиноградную кислоту и 3-фосфоглицериповый альдегид, который далее подвергается действию ферментов пути Эмбдена - Мейергофа - Парнаса и трансформируется во вторую молекулу пировиноградной кислоты. При расщеплении глюкозы путем Энтнера - Дудорова образуется одна молекула АТФ и две молекулы НАДФ*Н.
У бактерий, расщепляющих глюкозу путем Энтнера - Дудорова, отсутствуют ферменты, необходимые для образования из пировиноградной кислоты молочной и других кислот. Путь Энтнера - Дудорова отмечен главным образом у аэробных микроорганизмов.
Неизбежным промежуточным продуктом при превращении сахара по пути Эмбдена - Мейергофа - Парнаса является пировиноградная кислота. В дальнейшем при серии последовательных реакций она претерпевает превращения, характер которых зависит от ферментативных особенностей того или иного возбудителя брожения.
Можно привести примеры, поясняющие это. Выше было указано, что при молочнокислом брожении, вызываемом некоторыми бактериями, пировиноградная кислота восстанавливается в молочную кислоту. Транспорт водорода осуществляется в данном случае восстановленным НАД:
Если пировиноградная кислота образуется путем Эмбдена - Мейергофа - Парнаса, молочная кислота является единственным продуктом брожения. Суммарно это брожение можно записать:
В этих двух примерах реакций пировиноградная кислота служит только акцептором для атомов водорода, выделяющихся при окислении фосфоглицеринового альдегида (реакция 6).
Перейдем к спиртовому брожению, вызываемому дрожжами и протекающему по пути Эмбдена - Мейергофа - Парнаса. Сахар превращается при этом в этиловый спирт и углекислоту. Клетки дрожжей содержат пируватдекарбоксилазу, которая катализирует следующую реакцию:
Этиловый спирт получается при восстановлении уксусного альдегида восстановленным НАД*Н, образовавшимся при окислении фосфоглицеринового альдегида. Другими словами, в этом брожении уксусный альдегид служит конечным акцептором водорода:
Общее уравнение спиртового брожения может быть представлено в следующем виде:
Молочнокислое и спиртовое брожения - широко распространенные бродильные процессы. Однако имеется много других типов брожений, которые отличаются друг от друга составом конечных продуктов. Среди них могут быть различные органические кислоты, спирты, СO2 и газообразный водород. При некоторых брожениях во время протекания второй стадии образуется свободная энергия, что увеличивает запас АТФ в клетке.
Брожение вина - это сложный процесс, совмещающий точную науку и истинное волшебство, превращение виноградного сока в вино. Конечно, брожение связано не только с вином. Квашеные овощи, сыр, пышный хлеб, кисломолочные продукты - все это результат жизнедеятельности бактерий для брожения, которые одни органические соединения преобразуют в другие. Давайте разберемся, что же такое брожение и какие его виды применяются в виноделии.
Только в 60-х годах XIX столетия французский ученый Луи Пастер доказал, что брожение жидкости, содержащей сахаристые вещества, происходит оттого, что в ней поселяются, размножаются и живут особые организмы, которые были названы дрожжами или дрожжевыми грибками. Они размножаются, питаются сахаром и другими веществами, создавая новый продукт, в нашем случае - вино.
При производстве сухих вин сахар должен выбродить практически полностью. В винах Лефкадии, например, содержится менее 3 граммов сахара, а вот процент алкоголя составляет от 12,5% до 14,8%.
Научное название винных дрожжей - Saccharomyces ellipsoideus (или Saccharomyces cerevisiae). Но каждый вид дрожжей состоит из множества рас. Каждая раса по-разному реагирует на присутствующие в виноградном сусле вещества и влияет на вино по-своему, как почва или расположение виноградника. Поскольку дрожжи встречаются почти везде, где растет виноград, то почти в каждой местности, а иногда и в каждом винограднике, есть свои естественные культуры дрожжей. Более стабильные и предсказуемые дрожжевые культуры можно создать в лаборатории.
Спиртовое брожение
Попавшие в сок при благоприятных условиях, дрожжевые грибки начинают очень быстро размножаться. При этом сахар дрожжевые грибки превращают в спирт и углекислый газ, а когда питательная сахарная среда заканчивается, дрожжи умирают и оседают на дне. Спиртовое брожение можно разделить на три этапа: забраживание (дрожжи приспосабливаются к условиям среды), бурное брожение (заняли весь объем сусла и перешли на анаэробный способ питания), тихое брожение (основной сахар переработан в спирт, дрожжи начинают умирать). Это стационарный способ брожения, есть и доливной способ, когда вино добавляется постепенно.
Как проходит брожение на винодельне Лефкадии? Например, при ферментации для белого вина важен более тщательный контроль за температурой, чем при производстве красных вин, и требуется периодическое охлаждение сусла. Для успешной работы винных дрожжей в белом вине необходимо поддерживать температуру в 20 градусов Цельсия.
Брожение на мезге
Отдельной категорией выделяют брожение на мезге. При нем нужно получить не только спирт, но и вывести из ягод красящие, ароматические и прочие вещества. В отличие от брожения виноградного сусла брожение на мезге заключается в сбраживании сусла красных, а в отдельных случаях белых сортов винограда вместе с мезгой с целью обогащения виноматериала ценными веществами, содержащимися в кожице, семенах и гребнях.
Для обеспечения достаточного экстрагирования фенольных, ароматических и других веществ не только из кожицы, но и из семян, брожение на мезге проводят при температуре 28-30 градусов при многократном перемешивании бродящей массы. Классическую технологию производства красных вин с брожением на мезге на винодельне Лефкадии используют для производства всех красных вин.
Вино обладает бактерицидными свойствами, которые увеличиваются с увеличением концентрации спирта. Тем не менее, в вине могут развиваться бактерии, вызывающие яблочно-молочнокислое, лимонно-яблочнокислое, молочнокислое, маннитное, уксусное и другие виды брожения. Почти все они приводят к заболеванию вин, за исключением яблочно-молочнокислого брожения, которое сопровождается понижением кислотности и сказывается благоприятно на некоторых винах.
Яблочно-молочнокислое брожение
На винодельне Лефкадии после привычного спиртового брожения начинается этап яблочно-молочнокислого брожения. Конечно, не всем винам это пойдет на пользу, для ЯМБ мы помещаем в новые бочки красную «Лефкадия Резерв» и «Лефкадия Каберне Совиньон», помогает такое брожение и другим красным винам, например, «Ликурии Шираз» и «Ликурии Каберне Фран».
У производителя всегда есть выбор: проводить яблочно-молочнокислое брожение или нет. Решение зависит от сорта винограда, региона, желаемого результата, качества урожая и мировоззрения производителя. Это совершенно естественный процесс, в ходе которого молочнокислые бактерии перерабатывают содержащуюся в вине агрессивную яблочную кислоту в более мягкую молочную. Такой метод подходит для снижения общей кислотности красного вина, потому что танины плохо сочетаются с кислотами.
Ферментация — это процесс биохимического, очень часто бескислородного разложения органических соединений, проходящий при участии энзимов (ферментов). Конечные продукты этого процесса — более простые органические и неорганические соединения, а также энергия. Ферментация — процесс, напоминающий дыхание; на ней, например, основан метаболизм бактерий, она является основным средством получения необходимой для жизни энергии у приспособленных к обитанию при отсутствии кислорода бактерий и различных грибков. Брожение — это разновидность ферментации, при которой ферменты вырабатываются исключительно микроорганизмами.
Разновидности брожения.
Микроорганизмы могут вызывать брожение многих различных соединений, в том числе сахаров, жирных кислот и аминокислот, причем в каждом случае процесс идёт немного по-другому. Чаще всего встречается ферментация сахаров. В результате брожения образуются различные продукты — например, спирты или молочная кислота — поэтому выделяют, в частности, брожение спиртовое, уксуснокислое, маслянокислое и молочнокислое.
Как это происходит?
В результате брожения сахаров простые (глюкоза, фруктоза) или сложные (мальтоза, сахароза, лактоза) сахара разлагаются до этилового спирта и окиси углерода. Процесс проходит при участии дрожжей, точнее зимазы (группы ферментов, выделяемых дрожжами). Кроме спиртового брожения, очень распространено брожение молочнокислое, в результате которого образуется молочная кислота. При уксуснокислом брожении, в свою очередь, спирты окисляются до уксусной кислоты, однако в нём участвуют не дрожжевые грибки, а особенные бактерии (семейства Acetobacter). В процессе брожения образуются и другие продукты, однако во всех случаях выделяется энергия.
Использование ферментации и брожения.
Явление ферментации широко используют в пищевой, винной, пивоваренной и спиртовой промышленности. Винное брожение — то есть ферментация сахаров, содержащихся в винограде и других фруктах — применяется для производства вина. Ферментационные свойства дрожжей нашли применение в пекарском деле, так как вырабатываемая ими двуокись углерода (углекислый газ) заставляет тесто «подходить». Уксусное брожение используется в производстве уксуса. В природе широко распространено сбраживание белков, способствующее разложению органических остатков; маслянокислое брожение в промышленности используют для производства масляной кислоты. Молочнокислое брожение применяется, например, для производства молочнокислых продуктов и квашения овощей. Кроме того, молочную кислоту используют в кожевенном и красильном производстве.
Знаете ли вы, что:
- Благодаря молочнокислому брожению у нас есть кефир.
- Биологи считают брожение самым древним видом метаболизма (обмена веществ). Вероятно, первые организмы получали энергию с помощью именно этого процесса — ведь в то время в земной атмосфере не было кислорода.
- Солёные огурцы — также продукт ферментационных процессов.
- При работе мышц в них также проходит процесс ферментации — разложения глюкозы с выделением энергии, на промежуточном этапе которого образуется молочная кислота. В случае нехватки кислорода молочная кислота не разлагается, а накапливается в мышцах, раздражая нервные окончания и вызывая у человека чувство усталости.
- Явление спиртового брожения используют в пищевой промышленности. Из забродившего винограда (или других ягод и фруктов) производят вина.
Спиртовое брожение лежит в основе приготовления любого алкогольного напитка. Это самый простой и доступный способ получить этиловый спирт. Второй метод – гидратация этилена, является синтетическим, применяется редко и только в производстве водки. Мы рассмотрим особенности и условия брожения, чтобы лучше понять, как сахар превращается спирт. С практической точки эти знания помогут создать оптимальную среду для дрожжей – правильно поставить брагу, вино или пиво.
Спиртовое брожение – это процесс превращения дрожжами глюкозы в этиловый спирт и углекислый газ в анаэробной (бескислородной) среде. Уравнение следующее:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2.
В результате одна молекула глюкозы превращается в 2 молекулы этилового спирта и 2 молекулы углекислого газа. При этом происходит выделение энергии, что приводит к незначительному повышению температуры среды. Также в процессе брожения образуются сивушные масла: бутиловый, амиловый, изоамиловый, изобутиловый и другие спирты, которые являются побочными продуктами обмена аминокислот. Во многом сивушные масла формируют аромат и вкус напитка, но большинство из них вредны для человеческого организма, поэтому производители стараются очистить спиртное от вредных сивушных масел, но оставить полезные.
Дрожжи – это одноклеточные грибы шарообразной формы (около 1500 видов), активно развивающиеся в жидкой или полужидкой среде богатой сахарами: на поверхности плодов и листьев, в нектаре цветов, мертвой фитомассе и даже почве.
Дрожжевые клетки под микроскопом Это одни из самых первых организмов, «прирученных» человеком, в основном дрожжи используются для выпечки хлеба и приготовления спиртных напитков. Археологами установлено, что древние египтяне за 6000 лет до н. э. научились делать пиво, а к 1200 году до н. э. освоили выпечку дрожжевого хлеба.
Научное исследование природы брожения началось в XIX веке, первыми химическую формулу предложили Ж. Гей-Люссак и А. Лавуазье, но осталась неясной сущность процесса, возникло две теории. Немецкий ученый Юстус фон Либих предполагал, что брожение имеет механическую природу – колебания молекул живых организмов передаются сахару, который расщепляется на спирт и углекислый газ. В свою очередь, Луи Пастер считал, что в основе процесса брожения биологическая природа – при достижении определенных условий дрожжи начинают перерабатывать сахар в спирт. Пастеру опытным путем удалось доказать свою гипотезу, позже биологическую природу брожения подтвердили другие ученые.
Русское слово «дрожжи» происходит от старославянского глагола «drozgati», что значит «давить» или «месить», прослеживается явная связь с выпечкой хлеба. В свою очередь, английское название дрожжей «yeast» восходит от староанглийских слов «gist» и «gyst», которые значат «пена», «выделять газ» и «кипеть», что ближе к винокурению.
В качестве сырья для спирта используют сахар, сахаросодержащие продукты (в основном фрукты и ягоды), а также крахмалосодержащее сырье: зерно и картофель. Проблема в том, что дрожжи не могут сбродить крахмал, поэтому сначала нужно расщепить его до простых сахаров, это делается ферментом – амилазой. Амилаза содержится в солоде – пророщенном зерне, и активируется при высокой температуре (обычно 60-72 °C), а сам процесс преобразования крахмала до простых сахаров называется «осахариванием». Осахаривание солодом («горячее») можно заменить внесением синтетических ферментов, при котором не нужно нагревать сусло, поэтому метод называется «холодным» осахариванием.
Условия брожения
На развитие дрожжей и ход брожения влияют следующие факторы: концентрация сахара, температура и свет, кислотность среды и наличие микроэлементов, содержание спирта, доступ кислорода.
1. Концентрация сахара. Для большинства рас дрожжей оптимальная сахаристость сусла составляет 10-15%. При концентрации выше 20% брожение ослабевает, а при 30-35% почти гарантированно прекращается, поскольку сахар становится консервантом, препятствующим работе дрожжей.
Интересно, что при сахаристости среды ниже 10% брожение тоже протекает слабо, но прежде чем подслащать сусло, нужно помнить о максимальной концентрации спирта (4-й пункт), полученного в ходе брожения.
2. Температура и свет. Для большинства штаммов дрожжей оптимальная температура брожения – 20-26 °C (пивным дрожжам низового брожения требуется 5-10 °C). Допустимый диапазон – 18-30 °C. При более низких температурах брожение существенно замедляется, а при значениях ниже нуля процесс останавливается и дрожжи «засыпают» — впадают в анабиоз. Для возобновления брожения достаточно поднять температуру.
Слишком высокая температура уничтожает дрожжи. Порог выносливости зависит от штамма. В общем случае опасными считаются значения выше 30-32 °C (особенно для винных и пивных), однако существуют отдельные расы спиртовых дрожжей, способные выдержать температуру сусла до 60 °C. Если дрожжи «сварились», для возобновления брожения придется добавить в сусло новую партию.
Процесс брожения сам по себе вызывает повышение температуры на несколько градусов – чем больше объем сусла и активнее работа дрожжей, тем сильнее нагрев. На практике коррекцию температуры делают, если объем больше 20 литров – достаточно держать температуру ниже 3-4 градусов от верхней границы.
Емкость оставляют в темном месте или накрывают плотной тканью. Отсутствие прямых солнечных лучей позволяет избежать перегрева и позитивно сказывается на работе дрожжей – грибки не любят солнечного света.
3. Кислотность среды и наличие микроэлементов. Среда кислотностью 4.0-4.5 рН способствует спиртовому брожению и подавляет развитие сторонних микроорганизмов. В щелочной среде выделяются глицерин и уксусная кислота. В нейтральном сусле брожение протекает нормально, но активно развиваются патогенные бактерии. Кислотность сусла корректируют перед внесением дрожжей. Зачастую винокуры-любители повышают кислотность лимонной кислотой или любым кислым соком, а для снижения гасят сусло мелом или разбавляют водой.
Кроме сахара и воды дрожжам требуются другие вещества – в первую очередь это азот, фосфор и витамины. Эти микроэлементы дрожжи используют для синтеза аминокислот, входящих в состав их белка, а также для размножения на начальном этапе брожения. Проблема в том, что в домашних условиях точно определить концентрацию веществ не получится, а превышение допустимых значений может негативно сказаться на вкусе напитка (особенно это касается вина). Поэтому предполагается, что крахмалосодержащее и фруктовое сырье изначально содержит требуемое количество витаминов, азота и фосфора. Обычно подкармливают только брагу из чистого сахара.
4. Содержание спирта. С одной стороны, этиловый спирт – продукт жизнедеятельности дрожжей, с другой – это сильный токсин для дрожжевых грибков. При концентрации спирта в сусле 3-4% брожение замедляется, этанол начинает тормозить развитие дрожжей, при 7-8% дрожжи уже не размножаются, а при 10-14% перестают перерабатывать сахар – брожение прекращается. Только отдельные штаммы культурных дрожжей, выведенных в лабораторных условиях, толерантны к концентрации спирта выше 14% (некоторые продолжают брожение даже при 18% и выше). Из 1% сахара в сусле получается около 0.6% спирта. Это значит, что для получения 12% спирта требуется раствор с содержанием сахара 20% (20 × 0.6 = 12).
5. Доступ кислорода. В анаэробной среде (без доступа кислорода) дрожжи нацелены на выживание, а не размножение. Именно в таком состоянии выделяется максимум алкоголя, поэтому в большинстве случаев нужно оградить сусло от доступа воздуха и одновременно организовать отвод углекислого газа с емкости, чтобы избежать повышенного давления. Эта задача решается путем установки гидрозатвора.
При постоянном контакте сусла с воздухом возникает опасность скисания. В самом начале, когда брожение активное, выделяющийся углекислый газ выталкивает воздух от поверхности сусла. Но в конце, когда брожение ослабевает и углекислоты появляется всё меньше, воздух попадает в незакрытую емкость с суслом. Под воздействием кислорода активируются уксуснокислые бактерии, которые начинают перерабатывать этиловый спирт на уксусную кислоту и воду, что приводит к порче вина, снижению выхода самогона и появлению у напитков кислого привкуса. Поэтому так важно закрыть емкость гидрозатвором.
Однако для размножения дрожжей (достижения оптимального их количества) требуется кислород. Обычного достаточно той концентрации, что находится в воде, но для ускоренного размножения брагу после внесения дрожжей оставляют на несколько часов открытой (с доступом воздуха) и несколько раз перемешивают.
