Брожение молочного сахара

В основе изготовления целого ряда молочных продуктов лежат процессы глубокого распада молочного сахара под действием микроорганизмов, называемые брожением. Вместе с тем процессы брожения сахара могут быть причиной порчи молочных продуктов (излишняя кислотность, вспучивание творога, сметаны, сыра и т. д.). Существует несколько типов брожения лактозы, различающихся составом конечных продуктов.

Начальным этапом почти всех типов брожения является расщепление молочного сахара на глюкозу и галактозу под действием фермента лактазы (β-галактозидазы). Далее брожению подвергается глюкоза, галактоза не сбраживается или ферментируется слабо.

Все типы брожения до образования пировиноградной кислоты идут с получением одних и тех же промежуточных продуктов и по одному и тому же пути. Дальнейшие превращения пировиноградной кислоты могут идти в разных направлениях, которые будут определяться специфическими особенностями данного микроорганизма и условиями среды. Конечными продуктами брожения могут быть молочная, уксусная, пропионовая, масляная кислоты, спирт, ароматические вещества, диоксид углерода и другие соединения.

Молочнокислое брожение

Молочнокислое брожение глюкозы является основным процессом при изготовлении заквасок, сыра и кисломолочных продуктов, а молочнокислые бактерии – наиболее важной группой микроорганизмов для молочной промышленности. Процесс молочнокислого брожения каждой гексозы молочного сахара выражается суммарным уравнением:

С₆Н₁₂О₆ → 2С₃Н₆О₃

Наряду с молочной кислотой могут образовываться и побочные продукты брожения.

Молочнокислые бактерии по характеру продуктов сбраживания глюкозы относят к гомоферментативным или к гетероферментативным. Гомоферментативные бактерии, как показывает их название, образуют главным образом молочную кислоту (более 90 %) и лишь незначительное количество побочных продуктов. Гетероферментативные бактерии около 50 % глюкозы превращают в молочную кислоту, а остальное количество – в этанол, уксусную кислоту и СО₂. Однако провести резкую грань между гомо- и гетероферментативными молочнокислыми бактериями по образующимся продуктам брожения иногда бывает трудно. Так, отмечены факты образования отдельными штаммами гомоферментативных молочнокислых бактерий (Str. thermophilus и др.) от 8 до 30 % побочных продуктов, а гетероферментативные бактерии под воздействием ряда факторов могут вести себя как гомоферментативные.

В ходе молочнокислого брожения на образование молочной кислоты и других веществ расходуется 20–25 % всей содержащейся в молоке лактозы. Остальное количество ее поступает в организм человека и потребляется в процессе жизнедеятельности молочнокислой микрофлоры кишечника.

Спиртовое брожение

Спиртовое брожение глюкозы имеет место при выработке кефира, кумыса и других кисломолочных продуктов. Возбудителями спиртового брожения являются молочные дрожжи, они сбраживают глюкозу с образованием этанола и диоксида углерода.

С₆Н₁₂О₆ → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂.

Молочный сахар вначале также расщепляется на глюкозу и галактозу, из которых образуется пировиноградная кислота. Затем вместо восстановления до молочной кислоты она подвергается декарбоксилированию под действием фермента пируватдекарбоксилазы с образованием углекислого газа и уксусного альдегида, который восстанавливается в этиловый спирт.

Окисление спирта уксуснокислыми бактериями. При совместном культивировании дрожжей и уксуснокислых бактерий, например, при использовании кефирных грибков происходит неполное окисление части накопившегося этанола до уксусной кислоты (с образованием более 5 % кислоты):

                  −2Н                +Н₂О                          +1̸2О₂

СН₃СН₂ОН → СН₃СНО → СН₃СН(ОН)₂ → СН₃СООН + Н₂О.

Уксуснокислые бактерии по типу питания являются аэробами, т. е. растут при доступе кислорода воздуха на поверхности молочных продуктов. Чистые культуры уксуснокислых бактерий плохо развиваются в молоке, так как не усваивают лактозу – источниками углерода для них служат этанол и лактат. Однако их рост усиливается при совместном культивировании с дрожжами. Дрожжи, образуя этанол, создают условия для развития уксуснокислых бактерий. При излишнем развитии уксуснокислых бактерий происходит ослизнение кефирных грибков, кефирная закваска приобретает тягучую консистенцию (при попадании уксуснокислых бактерий в творог и сметану в них появляется нечистый вкус).

Пропионовокислое брожение

Возбудителем брожения являются пропионовокислые бактерии рода Prionibacterium, которые превращают глюкозу или молочную кислоту в пропионовую и уксусную кислоты с выделением диоксида углерода. Одновременно образуется небольшое количество янтарной кислоты.

Суммарное уравнение пропионовокислого брожения глюкозы (если одна треть молекул глюкозы превращается в уксусную кислоту, а две трети – в пропионовую) имеет следующий вид:

3С₆Н₁₂О₆ → 4СН₃СН₂СООН + 2СН₃СООН + 2СО₂ + 2Н₂О.

Пропионовокислое брожение углеводов и молочной кислоты играет важную роль в процессе созревания твердых сыров с высокой температурой второго нагревания.

Маслянокислое брожение

Маслянокислое брожение происходит в молочных продуктах под действием маслянокислых бактерий. Известно несколько типов маслянокислого брожения, различающихся образуемыми продуктами. Так, конечными продуктами одного из типов брожения являются масляная и уксусная кислоты, диоксид углерода и водород:

2С₆Н₁₂О₆ + 2Н₂О→ СН₃СН₂СН₂СООН + 2СН₃СООН + 4СО₂ + 6Н₂.

При другом типе маслянокислого брожения наблюдается образование бутилового, изопропилового спиртов и ацетона.

Таким образом, в процессе маслянокислого брожения наряду с масляной кислотой образуется ряд побочных веществ, часто обладающих резким, неприятным запахом, а также большое количество газов. Маслянокислое брожение – нежелательный процесс в молочной промышленности; продукты жизнедеятельности маслянокислых бактерий являются причиной появления в кисломолочных продуктах неприятного вкуса, запаха и позднего вспучивания сыров.