Пищевые ферментации. Пиво, вино и сыр

Открытие того, что микроорганизмы могут положительно влиять на органолептические качества и срок хранения пищевых продуктов (процесс, включающий многочисленные химические и физические изменения), было случайным. В общем, процесс ферментации включает распад сложных макромолекул и преобразование полученного субстрата в другие конечные продукты метаболизма.

В большинстве случаев это включает расщепление сложного углевода и образование кислоты или спирта в качестве конечного продукта. Развитие определенного процесса ацидогенного или алкогольного брожения может быть скорее результатом интереса и использования этих типов ферментации, а не фундаментальной термодинамической движущей силы.

Ферментативные микроорганизмы осуществляют этот процесс, чтобы изменить окружающую среду за счет уменьшения доступного субстрата, а также для создания концентрации метаболита, которая препятствовала бы росту конкурентов.

Ферментация также может представлять собой комбинацию ферментативных и микробных процессов, причем первый обеспечивается сырьевыми ингредиентами, а второй - эндогенной микрофлорой. Современные адаптации этих естественных ферментаций позволили справиться с этими ранее случайными событиями, чтобы обеспечить единообразие и предсказуемость процессов.

Пиво. Как упоминалось ранее, брожение пива обязано своим происхождением древним египтянам, которые впервые сварили пиво, используя хлеб в качестве субстрата. За прошедшие годы пивоварение развивалось благодаря постоянному изменению субстратов, используемых в процессе, и пониманию микробиологии брожения.

Большинство современных методов пивоварения заимствовано у баварцев шестнадцатого века, которые обнаружили ценность использования дрожжей низового брожения и хмеля в качестве ключевых ингредиентов.

Чтобы сохранить продукт, был принят Баварский закон о чистоте, согласно которому пивом можно было назвать только продукт, состоящий исключительно из солодовых злаков, воды, дрожжей и хмеля. Сегодня этот закон по-прежнему применяется в Баварии, хотя либеральные интерпретации списка ингредиентов практикуются и в других местах.

Процесс пивоварения начинается с подготовки солода. Солод состоит из проросших зерен, которые содержат амилотические ферменты, способствующие расщеплению крахмала. Зерно проращивают путем замачивания в воде и оставляют на 4-7 дней. По истечении достаточного времени для процесса прорастания его останавливают нагреванием.

Затем приготавливают сусло с использованием крахмальной основы, такой как кукурузный, пшеничный или рисовый, и гидролиз осуществляется амилолитическими ферментами солода. Гидролизованный крахмал затем можно превратить в этанол при добавлении дрожжей закваски.

При производстве пива можно использовать два разных типа дрожжей: Saccbaromyces cerevisiae верхового брожения и S. carlsbergensis низового брожения. Именно последние дрожжи низового брожения оказались одним из ключевых усовершенствований в процессе пивоварения, внедренных в средние века баварскими пивоварами.

Как только дрожжи «забрасываются» в сусло, чтобы начать процесс брожения, этанол и другие второстепенные конечные продукты брожения накапливаются в течение нескольких дней. Глюкоза и декстраны с большей молекулярной массой метаболизируются дрожжами.

Процесс заканчивается истощением субстрата и накоплением этанола, при этом в большинстве процессов дрожжи удаляются. Требуется некоторая дополнительная обработка, и пиво может быть выдержано перед упаковкой.

Вино. Вино является результатом ферментации, аналогичной брожению пива, за исключением того, что здесь нет преднамеренных этапов обработки субстрата, подобных соложению. Кроме того, из-за отсутствия какой-либо термической обработки перед ферментацией флора на этапе ферментации вина, вероятно, будет более сложной.

Различные сорта винограда и ежегодные различия в содержании сахара и танинов также способствуют вариациям урожая. Штаммы дрожжей, используемые в производстве вина, различаются, и, как и в пивоварении, эти разные штаммы являются одним из тщательно охраняемых секретов виноделов.

Дрожжи служат для преобразования сахара в винограде в этанол, но вкус и аромат являются результатом сложного и лишь незначительно определенного набора метаболических реакций. Некоторые вспомогательные реакции осуществляются не дрожжами, а эндогенной микрофлорой. Малолактическая ферментация, проводимая Leuconostoc, вызывает беспокойство, поскольку приводит к порче вина. L-яблочная кислота декарбоксилируется с образованием молочной кислоты и углекислого газа.

Сыр. Открытие кисломолочных продуктов, несомненно, было случайным, результатом счастливой случайности, когда молоко не свертывалось до тех пор, пока оно не свернулось. Основной флорой, которая могла быть ответственной за это, являются молочнокислые бактерии, названные так из-за их склонности вырабатывать молочную кислоту в качестве почти исключительного конечного продукта метаболита.

Молочнокислые бактерии включают представителей родов Lactococcus, Lactobacillus и Pediococcus. Это грамположительные, неспорообразующие кокки или палочки.

Современное брожение молочных продуктов и, в частности, сыра начинается с молока, обычно коровьего происхождения. Также можно использовать другое молоко овец, коз и буйволов, и продукты из этого молока распространены в менее развитых странах. В зависимости от процесса молоко может быть или не быть пастеризовано, что оказывает очевидное влияние на микрофлору при брожении.

В процессе ферментации молочнокислые бактерии (которые могут быть добавлены в качестве закваски и/или присутствовать в эндогенной флоре) превращают лактозу в молочную кислоту. У этих бактерий метаболизм лактозы практически эксклюзивен, при этом конверсия субстрата в продукт составляет более 90%.

Помимо производства молочной кислоты, вкус сыра определяют и другие продукты обмена веществ, в том числе диацетил. Другие происходящие реакции включают гидролиз триглицеридов до свободных жирных кислот и распад белков на пептиды и аминокислоты.

Молочнокислое бактериальное брожение приводит к образованию творога, который представляет собой коагулированную агрегацию белков, содержащихся в молоке. Производство молочной кислоты, а также, в некоторых случаях, добавление технологических добавок, в том числе химозина, денатурируют казеины в молоке, что приводит к образованию творога. Нюансы вкуса сыров зависят от закваски и незаквасок.

В некоторые сыры, в том числе голубой и рокфор, добавляются грибы, которые осуществляют вторичные реакции, обычно включающие протеолиз или липолиз. Из-за своей аэробной природы эти дополнительные микроорганизмы растут на поверхности.