Спиртове бродіння. Реакція спиртового бродіння глюкози
Процес бродіння вважається невід'ємною базою для виробництва різних харчових продуктів - хлібобулочних виробів, кисломолочних товарів, квашених овочів. Також даний процес має велике значення в пивоварінні, виноробстві та вироблення спирту. На початку ферментації найпростіші вуглеводи перетворюються в етанол, вуглекислий газ та інші елементи. У цьому і полягає основа бродіння.
Процес метаболізму дріжджів
Для того щоб отримати спиртове бродіння, збудники - мікроорганізми дріжджі - сбраживают моносахариди, зокрема глюкозу. Вона під їх впливом піддається ферментації, і в результаті цього на виході виходить етиловий спирт і двоокис вуглецю. У певному середовищі бродіння може проходити за рахунок бактерій і пліснявих грибів. Далі відбувається реакція спиртового бродіння глюкози. Після її завершення кінцевий продукт відокремлюють від сусла перегонкою. Потім спирт очищають методом фракційної дистиляції. Для того щоб підсилити зростання дріжджів, сусло аерують (насичують його повітрям, азотом або іншими газами). Потім створюються анаеробні умови для забезпечення бродіння і накопичення спирту. Завдяки цим умовам попереджається окислення спирту в оцтову кислоту, воду і вуглекислий газ. Щоб отримати бродіння, використовується концентрація глюкози від 10 до 15%, а температура повинна бути не більше 30 ° C. Щільність цукру менше 10% для ферментації несприятлива. А при концентрації 30-35% бродіння перестає відбуватися. Може виникнути мимовільне бродіння при неналежному зберіганні цукровмісних продуктів: варення, сиропів, соку, меду, ягід. І це стає причиною їх псування.
Хімічний процес бродіння
Для дріжджів спиртове бродіння відбувається в два етапи:
- Окислювальна стадія полягає у перетворенні цукру до піровиноградної кислоти. При цьому відбувається утворення двох молекул НАД (фермент, який існує в живих клітинах), і це є проміжним атомом водню.
- Відновлювальна стадія полягає в передачі молекули водню кінцевому атому. Кінцевий акцептор перетворюється на основний продукт бродіння.
У дріжджах міститься спеціальний фермент, який за допомогою хімічних реакцій утворює оцтовий альдегід. Він вступає в зв'язок з вуглекислим газом і за допомогою дегідрогенази перетворюється на етанол. Процес бродіння завершує реакція відновлення оцтового альдегіду.
Основний продукт бродіння
Прості вуглеводи (фруктоза і глюкоза) найлегше піддаються процесу ферментації. Як вже було сказано раніше, спиртове бродіння викликають дріжджі. По виду їх розподіляють на культурні і дикі продукти.
Культивовані дріжджі діляться на форми низового і верхового бродіння. Ці групи різняться своєю ферментацією і температурним режимом, при якому настає процес бродіння. Низові дріжджі характеризуються утворенням осаду, і бродять вони при температурі не вище 10 ° C.
Верхова група добре розвивається при температурі в 30 ° C і збирається в основному в піні продукту. За рахунок їх активності реакція спиртового бродіння відбувається швидше, і вони переробляють більше цукру, що збільшує відсоток фортеці спиртового продукту.
Застосування культурних дріжджів кінцевим продуктам надає приємний аромат і смак.
Дикі дріжджі мають досить невеликий здатністю до бродіння. При їх ферментації утворюється менше 10% спирту. Вони виробляють речовини, які псують смак і запах кінцевого продукту. При розмноженні дані дріжджі не дозволяють вироблятися корисним речовинам в процесі бродіння потрібної мікрофлори.
Побічні продукти бродіння
Під час протікання процесу бродіння в первинному спиртовмісної сировину в малих кількостях починає утворюватися побічна сировина розпаду молекул: гліцерин, кислота оцтова і альдегід, спиртові продукти розпаду (бутиловий, аміловий, ізобутіловий та інші вищі спирти). Їх вироблення відбувається при розкладанні амінокислот. У виробництві побічні продукти бродіння називають «сивушними маслами».
Кінцеве сировину багатьох вторинних продуктів - це ацетальдегід. У великій дозі він перериває бродіння. Тому дріжджі з допомогою хімічних процесів перетворюють його в етанол і вторинну сировину ферментації. Побічний продукт - невід'ємна частина спиртового бродіння. Вторинні речовини беруть участь у клітинному обміні речовин дріжджів.
Бродіння цукрів для отримання сусла
Неможливо без процесу бродіння отримати початкову сусло для виробництва спирту і використовувати його у виробництві вина. Дріжджі - збудники ферментації. Вони переробляють глюкозу, яка міститься в плодах винограду. Для бродіння використовуються дріжджі роду Сахароміцети. Також можуть застосовуватися природні дріжджі, що знаходяться на виноградній шкірці.
Для отримання якісного винного сусла процес бродіння повинен протікати при певному режимі температур. При температурної нормі реакція бродіння глюкози буде здійснюватися на правильному рівні. Оптимальна температура для виробництва червоного вина - це 27-30 градусів C. Для вироблення білого вина допускається не надто висока температура.
Виготовлення сусла для червоних вин здійснюється за допомогою бродіння і мацерації. Оскільки рідина з червоних сортів винограду безбарвна, сусло наполягають на його шкірці. Вона містить окрашивающие речовини (антоціани), які необхідні для виробництва червоних вин.
Спиртове бродіння і мацерація здійснюються одночасно. Але процес ферментації триває не більше двох тижнів, а мацерація може тривати до місяця. Більшою мірою це залежить від сорту виноградних плодів. Після закінчення всіх процесів винне сусло також проходить очищення і переливання. Сам метаморфизм спиртового бродіння винного сусла буде закінчено, коли перетравиться весь цукор.
Застосування процесу спиртового бродіння в промисловості
Одна з основних областей, де використовується ферментація дріжджів - це харчова промисловість. Зокрема, у виробництві алкогольних напоїв використовується спиртове бродіння глюкози як основна процедура для отримання початкового сусла. Також на такому бродінні засноване хлібопекарське виробництво.
У виготовленні спирту використовують верхові дріжджі. Вони дуже швидко зброджують цукор. При цьому вони володіють стійкістю до спирту. Велику роль дріжджі грають в пивній промисловості. У виноробстві до деякого часу не використовувалися спеціальні культурні дріжджі. Для виробництва вина використовувалося сировина, що знаходиться на виноградних плодах. З його допомогою і відбувалося спиртове бродіння дріжджів для отримання необхідної продукції.
Але з впровадженням у виноробство культурних груп стало можливим отримання швидкого зброджування і в підсумку створення більш чистого виду продукту. Також спиртова ферментація застосовується і у виробництві браги.
Ще один вид напою
Брага - алкогольний напій, який виготовляється за рахунок бродіння дріжджів і цукру. Після закінчення часу спиртове бродіння глюкози виробляє спиртовмісну масу для подальшого очищення (дистиляції). Весь цей процес відбувається при зброджуванні дріжджами цукру.
Важливий компонент браги
Під час зброджування підтримується певна температура - від 22 до 30 градусів C. При більш низькому температурному режимі у цієї групи дріжджів процес ферментації буде здійснюватися повільніше. Це не дасть правильну вироблення спиртосодержащего кінцевого напою. А при температурі вище заданої норми загинуть дріжджові грибки, і процес бродіння відбуватися не буде.
Основним невід'ємним компонентом у приготуванні спиртовмісних напоїв є дріжджі. Для заготівлі такого напою, як брага з цукру, використовуються спеціальні спиртові дріжджі верхньої групи бродіння.
Яка потрібна вода для спиртового бродіння?
Для виробництва спиртовмісних напоїв обов'язково використовують воду. До неї пред'являються високі вимоги. Ідеальна вода - безбарвна, прозора. Вона не повинна мати запаху і присмаку. Щоб зброджування дріжджів вийшло якісним, перевагу віддають воді з невеликим вмістом солей кальцію і магнію. Вважається, що найкраще використовувати рідину з артезіанських свердловин.
Для виготовлення спиртових продуктів використовується сира вода. Вона містить необхідні молекули повітря, які необхідні дріжджам. Очищення води для бродіння відбувається за допомогою фільтрації.
Тривалість ферментації дріжджів
Час, за який дріжджі набрід весь цукор, залежить насамперед від температури. Також важливо якість дріжджів. Прийнятний час зброджування - від 7 до 14 днів. Вироблення кінцевого продукту спиртового бродіння вважається закінченою, якщо немає шипіння і бульбашок на поверхні. Також брага з цукру при закінченому процесі бродіння має кислувато-гіркий присмак.
Якщо ж на смак вона залишилася солодкуватої, то дріжджі під час процесу загинули, не переробивши цукор. Це відбувається через недотримання температурного режиму, якості води та дріжджів.
Фільтрація кінцевого спиртового продукту
Після закінчення бродіння дріжджів, найпростіші вуглеводи, зокрема глюкоза, виробляють етанол, газ, енергію. Одержаний спиртосодержащий напій обов'язково піддають фільтрації. Для цього віддаляються залишки дріжджів і побічні продукти зброджування.
Очищення проводиться за допомогою спеціальних апаратів методом ректифікації (поділ на різні компоненти рідких сумішей). Такий фільтрації піддається перший спирт (сирець). Спиртосодержащий продукт, очищений цим методом, не має шкідливих домішок, ефірів і володіє м'якістю і високою міцністю.
Додаткові методи очистки
У виробництві використовують хімічну очистку кінцевого продукту бродіння дріжджів. Для її застосування використовують луг, щоб видалити шкідливі кислоти і ефіри. При впливі лугу ефіри омиляются, і одночасно з цим виділяється спирт.
Щоб видалити виробляються альдегіди і побічні сполуки, використовується слабкий розчин перманганату калію. Він окисляє шкідливі домішки. До методів допоміжної очищення відносять фільтрацію активованим вугіллям. Він є відмінним поглиначем різних домішок, які у необробленому спирті.
Ще один спосіб очищення спирту у промисловості - його термообробка. При підігріві до певних температур в кінцевому продукті відбувається розкладання небезпечних домішок. Максимальний температурний режим, при якому відбувається термічна обробка - до 140 градусів C. Він триває 10-15 хвилин.
Висновок
Спиртове бродіння є самим вивченим хімічним процесом. Але нічого дивного в цьому немає. Крім виробництва алкогольних напоїв, завдяки цьому процесу можна отримати найрізноманітніші кислоти, гліцерин і медичний етанол.
