Вырождение брожения и бродильная реакция

Главная
–
Вино
–
Основы
–
Что такое ферментация в виноделии

Что такое ферментация в виноделии

15 июля 2022

Попросили Дмитрия Мережко рассказать, что такое ферментация и как этот процесс происходит.

Ферментация, или брожение, – это сложный биохимический процесс превращения органических соединений (чаще всего сахаров типа глюкозы и фруктозы) в более простые вещества – спирты, органические кислоты, альдегиды, кетоны, углекислый газ или воду. Как правило, брожение проходит в анаэробных условиях (без доступа воздуха).

Осуществляют ферментацию особые микроорганизмы, так называемые «бродильщики». Среди бродильщиков есть как представители царства бактерий, так и микроскопические одноклеточные грибки. Эти грибки, которые способны жить в богатой питанием среде, не образуя мицелия (грибницы), называют «дрожжи». Бродильщики тысячелетиями живут с человеком и помогают ему сохранять и создавать новые продукты питания. Их можно назвать «одомашненными микроорганизмами».

Существует несколько путей, которыми может идти брожение. За то, каким именно путем оно пойдет, отвечают ферменты, биологические катализаторы. В зависимости от этого, продуктом брожения становятся различные вещества. У каждой группы микроорганизмов – свой набор ферментов. Например, за сбраживание молочных продуктов отвечают молочнокислые бактерии, и главным его продуктом является молочная кислота. Это брожение так и называют: молочнокислым.

Анаэробное ферментативное преобразование органических соединений

Идет ферментация: пузырьки CO2 образуют пену на поверхности ферментационной смеси.

Ферментация – это метаболический процесс, который вызывает химические изменения в органических субстратах под действием ферментов. В биохимии это узко определяется как извлечение энергии из углеводов в отсутствие кислорода. В контексте производства пищевых продуктов, это может в более широком смысле относиться к любому процессу, в котором активность микроорганизмов вызывает желаемое изменение пищевого продукта или напитка. Наука о ферментации известна как зимология.

. В микроорганизмах ферментация является основным средством производства аденозинтрифосфата (АТФ) путем разложения органических питательных веществ анаэробно. Люди использовали ферментацию для производства продуктов питания и напитков с эпохи неолита. Например, ферментация используется для консервирования в процессе, который производит молочную кислоту, которая содержится в таких кислых продуктах, как соленые огурцы, чайный гриб, кимчи и йогурт, а также для производства алкогольных напитков, таких как вино и пиво. Ферментация также происходит в желудочно-кишечном тракте всех животных, включая человека.

Ферментация как есть

ермины «ферментация» и «брожение» сегодня зачастую ставят на одну доску, утверждая, что ферментация — часть более общего процесса — брожения. Есть еще один термин, который порой стыдливо остается в тени, а в обиходе называется гниением. Понятно, что использовать его для индустрии питания нельзя, не можем же мы кормить гостей гнилью, а вот ферментированными продуктами — пожалуйста. Попробуем во всем этом разобраться.

Итак, ферментация — общее определение, охватывающее все химические реакции с участием белковых катализаторов: ферментов, или энзимов. В глубину уходить не

станем, но констатируем, что существует целый научный пласт под названием энзимология как самостоятельный раздел биохимии, в котором изучают строение, молекулярную структуру и механизм каталитического действия ферментов. Для нас это не столь важно, главное, понимать, что ферментация и брожение — не одно и то же, хотя многочисленные эксперты ставят между ними знак равенства (чем тогда в их понимании является «сухое вызревание» мяса, не очень понятно).

Также можно сказать, что ферментация — процесс изменения или распада органических продуктов. Если изменяются углеводные составляющие, речь идет о брожении, если белковые, то это все-таки, как ни крути, гниение, иного термина нет. Для потребителя все идет под единым «кулинарным брендом» — ферментация.

Один из старейших способов переработки пищевых продуктов — молочнокислое брожение. Простокваша, йогурт, сыр образуются путем брожения с участием молочнокислых бактерий. Этот же вид брожения имеет важное значение при квашении капусты. Полученные с его помощью продукты хорошо хранятся, поскольку пониженная величина рН тормозит рост гнилостных бактерий.

При изготовлении молочных продуктов прежде всего используются бактерии родов Lactobacillus и Streptococcus. Образующиеся на первом этапе полупродукты доходят до кондиции в основном путем последующего брожения. Например, характерный вкус швейцарского твердого сыра достигается в результате последующего пропионовокислого брожения под действием бактерий рода Propionibacterium.

Не менее древними являются технологии переработки продуктов, основанные на спиртовом брожении. Алкогольные напитки производят, как правило, сбраживанием растительных продуктов с высоким содержанием углеводов. В этом процессе участвуют не сбраживающие бактерии, а дрожжи, относящиеся к одноклеточным грибам.

Дрожжи часто используются и при выпечке хлеба. Они продуцируют CO2 и спирт, которые разрыхляют тесто. Пивные, или пекарские, дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) размножаются простым делением, могут жить как аэробно, так и анаэробно. Вина получают с помощью дрожжей других видов, некоторые из них живут на ягодах винограда. Чтобы содействовать образованию этанола, при спиртовом брожении необходимо исключить доступ кислорода: например, когда тесто «подходит», его покрывают платком или проводят брожение в бочках с затвором, не закрывающим доступ к воздуху.

Ферментация белковых продуктов под действием собственных ферментов, иногда называемая аутолизом, также всем хорошо известна.

Но оставим всю эту околонаучную лирику и перейдем к реалиям. Ферментация является очень старым технологическим процессом, как бы вновь открытым на сегодняшней профессиональной кухне. Изначально имеющая совершенно локальное, я бы даже сказал, утилитарное применение, она становится одним из движков модной кулинарии.

биохим. переработка сырья под воздействием ферментов, содержащихся в нем самом (Ф. чайного листа, листьев табака), а также вызываемая микроорганизмами. B широком смысле слова все пром. производства на основе микроорганизмов являются Ф., так как они используют их ферментативную активность (сбраживание растительных и молочных продуктов, сбраживание углеводов с целью получения спиртов, органических растворителей, органических кислот и многие др.). ферментёр, БИОРЕАКТОР – аппарат для глубинного выращивания (культивирования) микроорганизмов или для осуществляемой ими ферментации какого–либо сырья. Представляет собой цилиндр с соотношением высоты кдиаметру 2–1, выполненный из инертного материала (лаб. – из стекла, пром. – из нержавеющей стали), имеющий коммуникации для подачи питательной среды, удаления готового продукта, а также ряд устройств, обеспечивающих перемешивание, аэрацию, пеногашение, контроль за ходом ферментации. Ф. имеют также встроенные системы для стерилизации, поддержания стабильной температуры и др. Конструкции Ф. существенно различаются в зависимости от характера ферментации, которая в них осуществляется. Так, есть Ф. аэробные (обеспеченные системой аэрации), анаэробные (для проведения брожений), непрерывного действия (с постоянным введением свежей среды и выводом продуктов) и др.

Смотреть что такое “ферментация” в других словарях

Использование ферментации, особенно для напитки, существует с неолита и зарегистрировано датируемым 7000–6600 гг. до н.э. в Цзяху, Китай, 5000 г. до н.э. в Индии, Аюрведа упоминает множество лечебных вин, 6000 г. до н. э. в Джорджии, 3150 г. до н. э. в Древнем Египте, 3000 г. до н. э. в Вавилоне, 2000 г. до н. э. в доиспанской Мексике и 1500 г. до н. э. в Судане. Ферментированные продукты имеют религиозное значение в иудаизме и христианстве. Балтийский бог Ругутис почитался как агент брожения.

Луи Пастер в своей лаборатории

В 1837 году Шарль Каньяр де ла Тур, Теодор Шванн и Фридрих Трауготт Кютцинг независимо опубликовали статьи, в которых в результате микроскопических исследований был сделан вывод, что дрожжи – это живой организм, который размножается почкованием. Шванн сварил виноградный сок, чтобы убить дрожжи, и обнаружил, что брожение не произойдет, пока не будут добавлены новые дрожжи. Однако многие химики, в том числе Антуан Лавуазье, продолжали рассматривать ферментацию как простую химическую реакцию и отвергали идею о том, что в ней могут быть задействованы живые организмы. Это было воспринято как возврат к витализму и высмеялось в анонимной публикации Юстусом фон Либихом и Фридрихом Велером.

Переломный момент наступил, когда Луи Пастер (1822–1895), в течение 1850-х и 1860-х годов, повторил эксперименты Шванна и показал, что ферментация инициируется живыми организмами в серии исследований. В 1857 году Пастер показал, что брожение молочной кислоты вызывается живыми организмами. В 1860 году он продемонстрировал, как бактерии вызывают скисание молока – процесс, который раньше считался просто химическим изменением. Его работа по определению роли микроорганизмов в порче пищевых продуктов привела к процессу пастеризации.

. В 1877 году, работая над улучшением французской пивоваренной промышленности, Пастер опубликовал свою знаменитую статью о ферментации «Этюды». sur la Bière », который в 1879 году был переведен на английский язык как« Исследования по ферментации ». Он определил ферментацию (неправильно) как «жизнь без воздуха», но правильно показал, как определенные типы микроорганизмов вызывают определенные типы ферментации и определенные конечные продукты.

Хотя демонстрация ферментации в результате действия живых микроорганизмов была прорывом, она не объясняла основную природу ферментации; ни доказать, что это вызвано микроорганизмами, которые, кажется, всегда присутствуют. Многие ученые, в том числе Пастер, безуспешно пытались извлечь ферментный фермент из дрожжей.

Успех пришел в 1897 году, когда немецкий химик Эдуард Бюхнер измельчил дрожжи, извлек сок из них, а затем, к своему изумлению, обнаружил, что эта «мертвая» жидкость сбраживает раствор сахара, образуя углекислый газ и спирт, как живые дрожжи.

Считается, что результаты Бюхнера знаменуют рождение биохимии. «Неорганизованные ферменты» вели себя так же, как и организованные. С тех пор термин «фермент» стал применяться ко всем ферментам. Тогда стало понятно, что ферментация вызывается ферментами, производимыми микроорганизмами. В 1907 году Бюхнер получил Нобелевскую премию по химии за свою работу.

Успехи в микробиологии и технологии ферментации неуклонно продолжаются до настоящего времени. Например, в 1930-х годах было обнаружено, что микроорганизмы могут быть мутированы с помощью физических и химических обработок, чтобы они были более урожайными, быстрее растущими, устойчивыми к меньшему количеству кислорода и могли использовать более концентрированную среду. Штамм отбор и гибридизация также были разработаны, что повлияло на большинство современных пищевых ферментаций.

Этимология

Слово «фермент» происходит от латинского глагола fervere, что означает кипятить. Считается, что впервые он был использован в конце 14 века в алхимии, но только в широком смысле. Он не использовался в современном научном смысле примерно до 1600 года.

Продукты

Обзор ферментации этанола.

При ферментации этанола одна молекула глюкозы превращается в две молекулы этанола и две молекулы диоксида углерода. Его используют для того, чтобы тесто для хлеба поднималось: углекислый газ образует пузырьки, превращая тесто в пену. Этанол является опьяняющим агентом в алкогольных напитках, таких как вино, пиво и ликеры. Ферментация исходного сырья, включая сахарный тростник, кукурузу и сахарную свеклу, дает этанол, который добавляют в бензин. У некоторых видов рыб, включая золотую рыбку и карпа, он обеспечивает энергию при недостатке кислорода (наряду с молочнокислым брожением).

На рисунке показан процесс. Перед ферментацией молекула глюкозы распадается на две молекулы пирувата (Гликолиз ). Энергия этой экзотермической реакции используется для связывания неорганических фосфатов с АДФ, который преобразует их в АТФ и превращает НАД в НАДН. Пируваты распадаются на две молекулы ацетальдегида и выделяют две молекулы диоксида углерода в качестве побочных продуктов. Ацетальдегид восстанавливается до этанола с использованием энергии и водорода из НАДН, а НАДН окисляется до НАД, так что цикл может повторяться. Реакция катализируется ферментами пируватдекарбоксилаза и алкогольдегидрогеназа.

Молочная кислота

Гомолочная ферментация (производящая только молочную кислоту) является простейшим типом ферментации. Пируват в результате гликолиза подвергается простой окислительно-восстановительной реакции с образованием молочной кислоты. Это, вероятно, единственный процесс дыхания, при котором не выделяется газ в качестве побочного продукта. В целом, одна молекула глюкозы (или любого шестиуглеродного сахара) превращается в две молекулы молочной кислоты:

Это происходит в мышцах животных, когда они в этом нуждаются. энергия быстрее, чем кровь может поставлять кислород. Он также встречается у некоторых видов бактерий (таких как лактобациллы ) и некоторых грибов. Это тип бактерий, которые превращают лактозу в молочную кислоту в йогурте, придавая ему кислый вкус. Эти молочнокислые бактерии могут осуществлять либо гомолактическую ферментацию, где конечным продуктом является в основном молочная кислота, либо гетеролактическую ферментацию, при которой некоторое количество лактата далее метаболизируется до этанола и диоксида углерода (через фосфокетолазу путь), ацетат или другие продукты метаболизма, например:

Если лактоза ферментируется (как в йогуртах и ​​сырах), сначала он превращается в глюкозу и галактозу (оба шестиуглеродных сахара с одинаковой атомной формулой):

Гетеролактическая ферментация в некотором смысле является промежуточной между молочнокислое брожение и другие типы, например спиртовое брожение. Причины пойти дальше и преобразовать молочную кислоту во что-то еще включают:

• Кислотность молочной кислоты препятствует биологическим процессам. Это может быть полезно для ферментирующего организма, поскольку вытесняет конкурентов, которые не адаптированы к кислотности. В результате у продуктов будет более длительный срок хранения (это одна из причин, по которой продукты изначально преднамеренно ферментируются); однако после определенного момента кислотность начинает влиять на организм, который ее производит.
• Высокая концентрация молочной кислоты (конечный продукт ферментации) нарушает равновесие (принцип Ле Шателье ), уменьшая скорость, с которой может происходить ферментацию, и замедляя рост.
• Этанол, в который легко превращается молочная кислота, является летучим и легко улетучивается, позволяя легко протекать реакции. CO2 также производится, но он слабокислый и даже более летучий, чем этанол.
• Уксусная кислота (другой продукт конверсии) является кислой и не такой летучей, как этанол; однако в присутствии ограниченного количества кислорода его образование из молочной кислоты высвобождает дополнительную энергию. Это более легкая молекула, чем молочная кислота, образуя меньше водородных связей с окружающей средой (из-за меньшего количества групп, которые могут образовывать такие связи), поэтому она более летучая и также позволяет реакции протекать быстрее.
• Если продуцируются пропионовая кислота, масляная кислота и более длинные монокарбоновые кислоты (см. смешанная кислотная ферментация ), количество кислотности, производимой на потребляемую глюкозу, будет уменьшаться, поскольку с этанолом, что обеспечивает более быстрый рост.

Газообразный водород

Газообразный водород образуется во многих типах ферментации как способ регенерации НАД из НАДН. Электроны переносятся на ферредоксин, который, в свою очередь, окисляется гидрогеназой с образованием H 2. Газообразный водород является субстратом для метаногенов и сульфатредукторов, которые поддерживают низкую концентрацию водорода и способствуют производству такого богатого энергией соединения, но водорода Тем не менее, газ в довольно высокой концентрации может образовываться, как в газе.

. Например, Clostridium pasteurianum сбраживает глюкозу до бутирата, ацетата, диоксид углерода и газообразный водород: Реакция, приводящая к ацетату:

Другое

Другие типы ферментации включают смешанную кислотную ферментацию, бутандиоловую ферментацию, бутиратную ферментацию, ацетон-бутанол-этанольная ферментация, и.

В виноделии, как и в пивоварении, и даже в хлебопекарной индустрии, применяется спиртовое брожение. За его прохождение отвечают дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae, они же пивные сахаромицеты, они же хлебопекарные дрожжи (в дальнейшем, если не будет других комментариев, мы под словом «дрожжи» будем иметь в виду именно их).

Как нетрудно догадаться из названия, главным продуктом спиртового брожения является этиловый спирт. Помимо него, вырабатываются другие спирты и углекислый газ. Для хлебопечения важен именно последний продукт, тогда как для пивоварения и виноделия – первый.

Сырьем (или, по-химически, субстратом) для ферментации при производстве вина является виноградный сок, или, иначе, сусло. Удивительное свойство винограда состоит в том, что его ягода обладает способностью накапливать очень большое количество сахара. По этому параметру виноград – абсолютный чемпион среди фруктов. Занимающее вторую строчку яблоко уступает почти в три раза!

У процесса ферментации есть несколько функций, важных для будущего вина.

• Она превращает сахар в этанол и другие спирты, обеспечивая микробиологическую стабильность, а также необходимые вкусовые качества («объем»).
• Спирты, образовавшиеся в результате ферментации, вступают в реакции с органическими кислотами, имеющимися в сусле. В результате образуются вещества группы эфиров, которые отвечают за львиную долю «первичных ароматов», запахов, которые мы сравниваем с фруктами и цветами.
• Другие ароматические вещества экстрагируются из кожицы в результате настаивания (мацерации) при производстве красного вина.
• Еще ряд ароматов образуется в результате того, что ферменты высвобождают ароматические молекулы из субстратов-предшественников.

В результате ферментации мы получаем продукт, очень сильно отличающийся по своему вкусу и аромату от изначального сырья.

От подготовки сусла зависит то, каким получится вино. Чтобы сделать белое вино, виноград предварительно нужно отправить в пресс, выжать бесцветный сок бесцветной мякоти, а окрашенную или прозрачную кожицу отделить от него. Чтобы сделать красное вино, нужно взять виноград с окрашенной кожицей (черный) и произвести дробление (то есть раздавить ягоду), а вот отделять кожицу не нужно. Брожение будет проходить прямо вместе с кожицей. Из кожицы будут извлекаться цвет, аромат и танины.

Часто спрашивают: откуда при брожении берутся дрожжи? Еще раз напомним, что дрожжи являются древнейшей «одомашненной» культурой, поэтому их клетки живут и на кожице винограда, и в атмосфере винодельни (особенно если она старая), и на поверхностях емкостей и другого инвентаря винодельни. Поэтому, если не вмешиваться, в большинстве случаев брожение может начаться само по себе. В сегодняшнем мире принято говорить, что в этом случае главную роль играют дикие, или естественные, дрожжи.

Однако винодел может поступить так же, как хозяйка, когда замешивает тесто: внести нужную культуру дрожжей в сусло. Такие дрожжи называют промышленными или культурными.

У каждого из способов есть свои достоинства, ограничения и область применения. Дикие дрожжи, например, способны запустить ферментацию в условиях, когда промышленные сложно ввести. Среди диких встречаются не только сахаромицеты, но и другие виды дрожжей, которые могут участвовать в брожении примерно до тех пор, пока концентрация алкоголя не превысит 4%. Эти виды могут добавлять в ароматический спектр вина такие нотки, которые будут придавать ему своеобразие, хотя не все специалисты могут считать их уместными, поэтому «авторские» вина часто сделаны с использованием диких дрожжей.

Промышленные дрожжи производятся крупными компаниями и отвечают потребностям стиля и характеру будущего вина. Разные штаммы обладают разными способностями. Одни могут бродить при низких температурах, другие – выживать при крайне высоких уровнях алкоголя, третьи очень активно высвобождают ароматические молекулы из соединений-предшественников. Промышленные дрожжи практически незаменимы для производства в больших объемах, когда нужны предсказуемые результаты, да еще и процесс технологически непрост, например, в производстве шампанского. Если для хозяйства важно получение предсказуемого результата, оно, скорее, будет использовать промышленные дрожжи.

Ферментация должна проходить в определенном температурном диапазоне. Считается, что его нижняя граница – это +11 °С, а верхняя – +35 °С. Если нужно остановить брожение, температуру, как правило, снижают. Если затем вино отфильтровать от дрожжевых клеток, брожение не возобновится. Таким образом, не весь сахар превратится в алкоголь, и получится полусладкое или сладкое вино с низким уровнем спирта.

Ферментация – это процесс, при котором выделяется тепло. Контроль температуры ферментации сегодня легко осуществляется в чанах из нержавеющей стали, оснащенных водными «рубашками». Температурный контроль влияет на длительность ферментации, экстракцию и направление, в котором пойдет эволюция ароматических веществ. Но такое оборудование для ферментации появилось сравнительно недавно, около 100 лет назад. Дубовые бочки и чаны и бетонные танки начали использовать для ферментации гораздо раньше.

Белые вина, как правило, ферментируются при более низких температурах (от 12 до 22 °С). При самых низких температурах сбраживают сильноароматические сорта, чтобы сохранить их ароматику. А вот «нейтральные» сорта чаще сбраживают при более высоких температурах, чтобы стимулировать реакции по образованию эфиров.

При ферментации красных вин важно уделить внимание тому, как происходит экстракция танинов и цвета из кожицы, которая, как мы помним, остается в контакте с суслом в течение всего процесса брожения. Сразу после дробления сусло остается практически бесцветным, поскольку мякоть большинства сортов винограда не окрашена. На степень экстракции влияют тип кожицы (чем толще – тем больше пигментов и танинов содержит), соотношение объемов сусла и кожицы, температура брожения, а также манипуляции с «шапкой».

«Шапка» – это субстанция из кожицы, гребней и семечек, которая образуется на поверхности бродящего сусла. Все эти части ягоды легче, чем сок, поэтому всплывают наверх и даже подсыхают. Для повышения экстракции пигментов «шапку» орошают суслом путем перемешивания (пижаж), перекачки сусла из нижней части чана наверх (ремонтаж) или перемещения сусла в отдельный чан (делестаж).

В современном виноделии появляются сосуды для ферментации из альтернативных материалов (таких как керамика) и в новых формах (таких как шары или яйца). В сосуде каждого вида циркуляция бродящего сусла и теплообмен происходят в собственном режиме, поэтому виноделы могут получать различные результаты, комбинируя различные емкости для ферментации.

В результате ферментации сусло превращается в вино – частично или полностью сброженный продукт, содержащий этиловый спирт, обладающий специфическим цветом, ароматической палитрой и вкусовыми свойствами.

Брожение, процесс разложения сложного раствора (фруктовых соков и т. д.) бактериями или грибками (обычно дрожжами), в результате которого вырабатывается алкоголь и углекислый газ

В большинстве случаев промышленной ферментации используются периодические процедуры или процедуры с подпиткой, хотя непрерывная ферментация может быть более экономичной, если могут быть решены различные проблемы, в частности, сложность поддержания стерильности.

Партия

В периодическом процессе все ингредиенты объединяются, и реакции протекают без какого-либо дополнительного ввода. Периодическая ферментация использовалась на протяжении тысячелетий для изготовления хлеба и алкогольных напитков, и это все еще распространенный метод, особенно когда процесс не совсем понятен. Однако это может быть дорогостоящим, поскольку ферментер необходимо стерилизовать с использованием пара высокого давления между партиями. Строго говоря, часто добавляют небольшие количества химикатов для контроля pH или подавления пенообразования.

Периодическая ферментация проходит через серию фаз. Существует лаг-фаза, в которой клетки приспосабливаются к окружающей среде; затем фаза, в которой происходит экспоненциальный рост. После того, как многие питательные вещества потреблены, рост замедляется и становится неэкспоненциальным, но производство вторичных метаболитов (включая коммерчески важные антибиотики и ферменты) ускоряется. Это продолжается в течение стационарной фазы после того, как большая часть питательных веществ будет потреблена, а затем клетки погибнут.

Периодическая ферментация с подпиткой

Периодическая ферментация с подпиткой – это разновидность периодической ферментации, при которой некоторые из ингредиенты добавляются во время брожения. Это позволяет лучше контролировать этапы процесса. В частности, производство вторичных метаболитов может быть увеличено путем добавления ограниченного количества питательных веществ во время неэкспоненциальной фазы роста. Периодические операции с подпиткой часто располагаются между партиями.

Открытая

Высоких затрат на стерилизацию ферментера между партиями можно избежать, используя различные подходы к открытой ферментации, которые способны противостоять загрязнению. Один из них – использовать естественно возникшую смешанную культуру. Это особенно важно при очистке сточных вод, поскольку смешанные группы населения могут адаптироваться к широкому спектру отходов. Термофильные бактерии могут продуцировать молочную кислоту при температуре около 50 ° по Цельсию, что достаточно для предотвращения микробного заражения; а этанол производился при температуре 70 ° C. Это чуть ниже точки кипения (78 ° C), поэтому его легко извлечь. Галофильные бактерии могут производить биопластик в гиперсоленых условиях. При твердофазной ферментации к твердому субстрату добавляется небольшое количество воды; он широко используется в пищевой промышленности для производства ароматизаторов, ферментов и органических кислот.

Непрерывный

При непрерывной ферментации субстраты добавляются, а конечные продукты удаляются непрерывно. Существует три разновидности: хемостатов, которые поддерживают постоянный уровень питательных веществ; турбидостаты, которые поддерживают постоянную массу клеток; и реакторы с поршневым потоком, в которых культуральная среда непрерывно протекает через трубку, в то время как клетки рециркулируют от выхода к входу. Если процесс работает хорошо, поток сырья и сточных вод будет стабильным, а затраты на повторную настройку партии избегаются. Кроме того, он может продлить фазу экспоненциального роста и избежать побочных продуктов, которые тормозят реакции, путем их постоянного удаления. Однако трудно поддерживать устойчивое состояние и избегать загрязнения, и конструкция имеет тенденцию быть сложной. Обычно ферментер должен работать более 500 часов, чтобы быть более экономичным, чем процессоры периодического действия.

Обзор биохимии

Сравнение аэробного дыхания и наиболее известных типов ферментации в эукариотическая клетка. Цифры в кружках указывают количество атомов углерода в молекулах, C6 – это глюкоза C6H12O6, C1 диоксид углерода CO2. митохондриальная внешняя мембрана не указана.

Ферментация реагирует NADH с эндогенным, органическим акцептором электронов. Обычно это пируват, образованный из сахара в результате гликолиза. В результате реакции образуется NAD и органический продукт, типичными примерами которого являются этанол, молочная кислота и газообразный водород (H 2), а также часто углекислый газ. Однако путем ферментации могут быть получены и более экзотические соединения, такие как масляная кислота и ацетон. Продукты ферментации считаются отходами, поскольку они не могут быть далее метаболизируется без использования кислорода.

Ферментация обычно происходит в анаэробной среде. В присутствии O 2 НАДН и пируват используются для выработки АТФ в дыхании. Это называется окислительным фосфорилированием. При этом генерируется гораздо больше АТФ, чем при гликолизе. Он высвобождает химическую энергию O 2. По этой причине ферментация редко используется при наличии кислорода. Однако даже в присутствии большого количества кислорода некоторые штаммы дрожжей, такие как Saccharomyces cerevisiae, предпочитают ферментацию аэробной или итерация при условии наличия достаточного количества сахаров (явление, известное как эффект Крэбтри ). В некоторых процессах ферментации участвуют облигатные анаэробы, которые не переносят кислород.

Хотя дрожжи осуществляют ферментацию при производстве этанола в пиве, вин и другие алкогольные напитки, это не единственный возможный агент: бактерии осуществляют ферментацию при производстве ксантановой камеди.

Илья Кокотовский

Шеф-повар, изучал ферментацию в ресторанах Noma и Mugaritz: «Нет ничего лучше, чем отстричь кусок чайного гриба у знакомой бабушки»

Я бы не стал утверждать, что истоки ферментации лежат в какой-либо одной национальной кухне. Предпочитаю придерживаться точки зрения, которая умещается в придуманный мною термин «кулинарная логика». У всех поваров всегда похожие цели: сделать продукт вкуснее, интереснее, разнообразнее, а также по возможности его сохранить. В любой стране и на любом континенте повара и другие занятые в приготовлении пищи люди задаются одинаковыми вопросами и владеют примерно одинаковым количеством способов их решить. На «кулинарной логике» основана вся кухня. Поэтому ферментацию в том или ином виде можно встретить во всех мировых кухнях: русской, азиатской и т.д.

В классическом понимании ферментация — процесс, при котором на продукт воздействует бактерия, либо уже находящаяся в нем, либо добавленная извне. Ошибочно относить к ферментации окисление: скажем, один из ярких антипримеров ферментации — «черный чеснок». Я бы сказал, что сегодня многие процессы стало модно называть ферментацией. Все интересуются вопросом, но мало кто реально его изучает. Мы начали заниматься ферментацией еще до того, как она вошла в тренд.

Ферментация сегодня на слуху, но иногда такая популярность выходит боком. Вспомните всплеск интереса к молекулярной и скандинавской кухне. Чем все закончилось? Разочарованием для посетителей тех ресторанов, шефы которых волну интереса к этим модным тенденциям подхватили, а оправдать ожидания гостей не смогли. В результате и говорить о некоторых трендах становится уже неудобно. Словом, неумелые руки подпортили репутацию. Поэтому популярность ферментации, с одной стороны, меня радует, а с другой — огорчает: возможно, уже через полгода она всем надоест, и вчерашние поклонники будут говорить: «Ой, ну вот опять все ферментируют».

Сейчас ферментация упоминается чуть ли не в каждом посте Инстаграма (соцсеть признана в РФ экстремистской и запрещена), но понять, действительно ли нам показывают ферментированный продукт, не удастся. Назвать так можно любую водичку: как проверишь по фото, в результате какого процесса она появилась? Этим и злоупотребляют.

Самый простой, быстрый и безопасный пример ферментации — 5–6-дневное квашение капусты. Берите за основу этот кисловато-солоноватый вкус и «примеряйте» на другие продукты. Ферментированный продукт «играет» на языке, дает приятную, но не уксусную или лимонную кислинку. Это касается и соусов, в которых использовали технологию брожения. Многие продукты ферментации — комбуча, разные овощи и фрукты, чайный гриб — противостоят микрофлоре продуктов с патогенными бактериями. Считается, чем больше концентрация полезных бактерий, тем безопаснее продукт. То есть комбуча сама по себе противостоит различным видам плесени, а значит, использовать ее довольно безопасно.

Поскольку участвующие в ферментации бактерии частично обрабатывают продукт за нас, организму легче справляться с едой, ведь он тратит меньше энергии на ее переваривание, следовательно, в организм поступает больше питательных веществ. Я не говорю о том, что квашеную капусту нужно есть каждый день — это и невозможно, и не нужно. Но ферментированные продукты должны присутствовать в рационе хотя бы на еженедельной основе.

Наше законодательство в части организации общественного питания не позволяет поварам заниматься сложной ферментацией. Все, что мы можем себе позволить, — легкое квашение, но даже такой простой техники достаточно, чтобы сделать интересный продукт. На ресторанных кухнях мы можем использовать все, что остается от овощей, — результат такой легкой ферментации очень просто отследить. Я люблю ферментацию на пророщенных ростках пшеницы. Из-за высокого содержания сахара она стимулирует процесс брожения. А вот с тяжелой ферментацией, которая подразумевает распад белка, стараюсь вообще не работать, потому что результат может быть непредсказуемым и для оценки безопасности продукта нужны лабораторные условия. Кроме того, для занятия серьезной ферментацией в штате должен быть специальный человек, а то и несколько. А в наших непростых экономических условиях невозможно поставить повара только на брожение и квашение. Но, повторюсь, именно отсутствие законодательства не позволяет поварам изготавливать ферментированные продукты в больших объемах.

Сложные и интересные бактерии можно заказать по интернету. Но нет ничего лучше, чем отстричь кусок чайного гриба у знакомой бабушки. Самое интересное для повара — использование не только основного продукта, но и тех его частей, которые обычно выбрасываются. Вершки-корешки — понятная история безотходного производства — получают в теме ферментации интересное продолжение. Что обычно делают с водой, оставшейся после размораживания, допустим, белых грибов? Выливают в раковину, так ведь? А если эту водичку сквасить, то получится невероятная вещь! После легкой обработки и недельной выдержки жидкость, которую ты был уже готов вылить, становится частью крутого соуса. Вот это, на мой взгляд, высший пилотаж — не только дать гостям интересное блюдо, но и не потратить на него никаких дополнительных средств.

Ошибки в ферментации бывают самые разные. Например, комбуча не любит концентрированных соков с большим количеством сахара. В чистом свекольном или морковном соке чайный гриб умрет за 1–2 дня. Чтобы не испортить стартовую культуру, такой агрессивный сок лучше развести водой. Для лактоферментации не подходят продукты с небольшим уровнем кислотности. Результат может быть непредсказуем. Если корнеплод не закислен, то при добавлении к нему 2 процентов соли могут развиться другие бактерии. Тот же ботулотоксин, как вы знаете, вызывает сильнейшее отравление. Поэтому так важно тщательно промывать овощи от земли. Дело в том, что в почве есть своя микрофлора, свои бактерии, и когда мы квасим продукт, патогенные организмы, занесенные с землей, могут оказаться более шустрыми. Результат представляется очень печальным.

Черненые, или оксидированные, бананы с лимонным тимьяном

Оксидированный банан относится к технологии ферментативного окисления. В народе такие овощи и фрукты еще называют чернеными.

• 50 г банан
• 150 мл 5% раствор оксида кальция
• свежие листья лимонного тимьяна

Очищенный и нарезанный дольками банан опустить в оксид кальция на 2 часа. Промыть в проточной воде, просушить. Дольки банана дегидрируются, за счет чего сверху образуется текстура очень сухого дерева, а в центре плод остается свежим и сочным. При подаче украсить листьями лимонного тимьяна.

Тартар с олениной и уксусом из бузины на основе комбучи

Маринад здесь используется для подкисления блюда вместо уксуса или лимонного сока. Ферментация происходит за счет процесса брожения.

• 80 г оленина
• 4 г лук-шалот
• 5 мл масло оливковое
• 4 мл масло рапсовое
• 4 мл маринад из бузины

Маринад из бузины

• 1000 мл отвар из бузины с 10% сахара
• 100 г зооглея чайный гриб

Оленину и лук-шалот порубить. В полученную смесь добавить оливковое и рапсовое масло. Тартар заправить маринадом из бузины.

Бузину залить кипятком из расчета 1 процента веса сухого продукта. Настаивать под крышкой 1 час. Охладить. Полученный отвар из бузины настаивать на чайном грибе в течение 30 дней до кислотности 3-процентного уксуса (уровень кислотности измеряется с помощью полоски-индикатора).

ФЕРМЕНТАЦИЯ(ново-лат. , от лат. – закваска). Брожение.
Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка.- Чудинов А.Н.,
.
ФЕРМЕНТАЦИЯ
Полный словарь иностранных слов, вошедших в употребление в русском языке.- Попов М.,
.
ФЕРМЕНТАЦИЯноволатинск. , от лат. , закваска. Брожение.
Объяснение 25000 иностранных слов, вошедших в употребление в русский язык, с означением их корней.- Михельсон А.Д.,
.
ФЕРМЕНТАЦИЯто же, что брожение.
Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка.- Павленков Ф.,
.
фермента́ция(лат. fermentare вызывать брожение) биохимический процесс переработки сырья (напр., листьев табака, чая), протекающий под воздействием ферментов, вырабатываемых соответствующими видами микроорганизмов.
Новый словарь иностранных слов.- by EdwART, ,
.
ферментация
Большой словарь иностранных слов.- Издательство «ИДДК»,
.
ферментация и, мн. нет, ж. (нем. Fermentation, фр. fermentation < лат. fermentāre вызывать брожение).
хим. Биохимический процесс переработки сырья (напр., листьев табака, чая), протекающий под воздействием ферментов, вырабатываемых соответствующими видами микроорганизмов.
Толковый словарь иностранных слов Л. П. Крысина.- М: Русский язык,
.

Ниже приведены некоторые определения ферментации. Они варьируются от неформального, общего использования до более научных определений.

• Методы консервации пищевых продуктов с помощью микроорганизмов (общее использование).
• Любой крупномасштабный микробный процесс, происходящий с воздухом или без него (общее определение, используемое в промышленности).
• Любой процесс, при котором производятся алкогольные напитки или кислые молочные продукты (общее использование).
• Любой метаболический процесс с высвобождением энергии, который происходит только в анаэробных условиях (в некоторой степени научный).
• Любой метаболический процесс, который высвобождает энергию из сахара или другой органической молекулы, не требует кислорода или системы переноса электронов и использует органическую молекулу в качестве конечного акцептора электронов (наиболее научный).

Брожение масс

а мировом гастрономическом рынке термин «ферментация», словно заезженный хит, уже не первый год звучит едва ли не из каждого утюга. Несмотря на такую популярность, по мнению Дэвида Зильбера, главы ферментационной лаборатории ресторана Noma, многие люди по-прежнему не видят разницы между гниением пищи и ее брожением: «Они относятся к ферментации как к какому-то серьезному химическому процессу, научному эксперименту, который может провалиться».

Антон Абрезов

Шеф-повар ресторана Commons: «Все опыты с ферментацией останавливаются на баловстве и на переведенных рецептах»

В России не так много ресторанов, которые ферментируют продукты, — что в столице, что в маленьких городах. У топовых ресторанов, шефы которых всегда интересуются новинками и хотят быть на голову впереди всех, эта технология была в тренде год-два назад. И глобально мода на ферментацию была связана именно с тем, что ее использовали на кухнях лучших мировых ресторанов. Разобраться с ней не могли ни шефы, ни гости, но все вокруг как заведенные повторяли «ферментация, ферментация». Многие стали изучать: кто-то достиг успеха, а кто-то поигрался и прекратил. Но в наших реалиях к ферментации относятся скорее как к развлечению, а не как к серьезной работе.

Безусловно, есть заведения и шефы, которые в вопросе разбираются крайне глубоко и видят в нем какие-то реальные перспективы улучшения вкуса или сохранения продукта. Ферментация использовалась еще нашими бабушками, когда они квасили капусту. Но чаще всего, на мой взгляд, когда в ресторане звучит слово «ферментация», говорят обычно именно о квашеном, а не о чемто более сложном.

Для меня ферментация соответствует определению из Википедии — распад органических веществ под влиянием ферментов. Звучит просто, но на самом деле ферментация — крайне широкое понятие, включающее в себя различные процессы производства вина, чая, мисо-пасты, кофе, кефира, йогурта и т.д.

Но сейчас, когда говорят о чем-то ферментированном, часто подразумевают технику, которую когда-то популяризовал среди профессионального сообщества шеф ресторана Noma Рене Редзепи. Речь идет о лактоферментации, или, другими словами, о квашении. Это очень простая техника — нужно добавить к продукту 2 процента соли от его веса. За счет такой концентрации погибают все бактерии, кроме лактобактерий, и молочная кислота меняет вкус блюда. Такая технология позволяет получить интересный вкус у многих продуктов. Я не встречал других способов ферментации в наших ресторанах. То есть ярлык «ферментированный» вешают на то, что по сути является просто сквашенным продуктом. На этом во многих ресторанах опыты с ферментацией и заканчиваются.

Биологическая роль

Наряду с фотосинтезом и аэробным дыханием, ферментация является методом извлечения энергии из молекул. Этот метод является единственным общим для всех бактерий и эукариот. Поэтому он считается самым древним метаболическим путем, подходящим для первобытной среды – до появления растений на Земле, то есть до появления кислорода в атмосфере.

Дрожжи, форма грибка, встречается практически в любой среде, способной поддерживать микробы, от кожуры фруктов до кишок насекомых и млекопитающих до глубин океана. Дрожжи превращают (расщепляют) молекулы, богатые сахаром, в этанол и диоксид углерода.

Основные механизмы ферментации присутствуют во всех клетках высших организмов. мышцы млекопитающих осуществляют ферментацию в периоды интенсивных упражнений, когда поступление кислорода становится ограниченным, что приводит к образованию молочной кислоты. У беспозвоночных ферментация также производит сукцинат и аланин.

Ферментативные бактерии играют важную роль в производстве метана в местах обитания, начиная с рубца крупного рогатого скота в метантенки и пресноводные отложения. Они производят водород, диоксид углерода, формиат и ацетат и карбоновые кислоты. Затем консорциумы микробов превращают диоксид углерода и ацетат в метан. Ацетогенные бактерии окисляют кислоты, получая больше ацетата и водорода или формиата. Наконец, метаногены (в домене Archea ) превращают ацетат в метан.