Микроорганизмы квасильного раствора



В статье рассмотрены микроорганизмы квасильного раствора, которые образуются в процессе квашения. Приведены виды брожения в зависимости от культуры микроорганизмов, температуры, рН среды и других факторов, в результате которых образуются различные конечные и промежуточные продукты. Также приведено возникновение восстановительных реакций в квасильном растворе, способствующих ограничению развития посторонней микрофлоры.

Ключевые слова: крахмал, квашение, органическая кислота, температура, сахар, амилоза, мальтоза, раствор, бактерия, углевод, протеолитические ферменты.

In clause the microorganisms квасильного of a solution are considered which are formed in process. The kinds of fermentation(unrest) are given depending on culture of microorganisms, temperature, рН of environment(Wednesday) and other factors, as a result of which the various final and intermediate products are formed. Such the occurrence of reactions in квасильном a solution promoting restriction of development посторенней микрофлоры is given.

Key words: starch, organic acid, temperature, sugar, solution, bacterium, carbohydrates.

Крахмал является исходным продуктом, из которого при квашении образуются органические кислоты. Он представляет собой нерастворимые в холодной воде зерна кристаллического строения, размером 10–50 мк. В горячей воде крахмал набухает и переходит в коллоидное состояние, образуя клейстер. Температура клейстеризации находится в пределах 55–80⁰С.

Крахмал — углевод (С₆Н₁₀О₅)_n; он состоит из двух родственных веществ: амилозы — внутренней части зерна и амилопектина — оболочки.

Образование сахаров под действием ферментов связано с клейстризацией крахмала. Неоклейстеризованный крахмал практически не осахаривается, на границе же возникновения клейстеризации (при температуры 55–60⁰С осахаривание резко возрастает.

При обычном способе подготовки квасильного раствора (температурой 40⁰С) клейстеризации крахмала не происходит; кислоты образуются главным образом при разрушении более простых углеводов. Таким образом, крахмал, составляющий большую часть муки, используется нерационально и представляет собой отход производства. Имеются указания, что крахмал овса легче переходит в мальтозу при обработке диастатическими ферментами, чем крахмал других злаков.

В результате действия на крахмал амилазы и мальтазы образуются сахара — мальтоза С₁₂Н₂₂О₁₁ и глюкоза С₆Н₁₂О₆.

Распад сахаров в квасильном растворе обусловливается жизнедеятельностью микроорганизмов. Этот процесс носит название брожения. Брожение есть разновидность ферментативных процессов, в которых ферменты вырабатываются в результате жизнедеятельности бактерий, дрожжей и плесеней.

Виды брожения чрезвычайно разнообразны: в зависимости от культуры микроорганизмов, температуры, рН среды и других факторов образуются различные конечные и промежуточные продукты.

Различают следующие стадии брожения глюкозы: 1) фосфорилирование сахара при воздействии фосфорной кислоты, 2) распад глюкозы на две молекулы метилглиоксаля, 3) образование молочной кислоты из метилглиоксаля:

Метилглиоксаль может также переходить в пировиноградную кислоту СН₃СОСООН, которая затем восстанавливается в молочную с одновременным окислением других промежуточных продуктов. Таким образом, молочнокислое брожение представляет собой окислительно-восстановительный процесс.

В результате брожения образуются органические кислоты, спирты и т. д., как это видно из схемы брожения, приводимой в сокращенном виде.

Кислоты квасильного раствора вырабатываются молочнокислыми бактериями.

Известно много видов молочнокислых бактерий; они различаются по форме колоний, температурному оптимуму и характеру сбраживания углеводов.

Например, бактерии Delbrucki и Bulgaricum дают следующее суммарное уравнение распада глюкозы до молочной кислоты:

С₆Н₁₂О₆ = 2СН₃СН (ОН) СООН.

Бактерии Esherichia Coli, кроме молочной кислоты, образуют углекислоту, этиловый спирт и водород:

2С₆Н₁₂О₆ + Н₂О = 2СН₃СН (ОН) СООН + С₂Н₅ОН + СН₃СООН + 2СО₂ + 2Н₂

Установлено, что кислотообразование в квасильных растворах определяется действием двух молочнокислых культур, характерных для заквасок кислого теста. Первая культура называется Streptobacterium plantarum, вторая — бактерия группы Ф (по классификации Кнудсена). Обе они факультативные анаэробы,т. е. развивающиеся как в присутствии кислорода воздуха, так и без него.

Рис. 1. Колонии молочнокислых бактерий: А — Streptobacterium plantarum; б — группы Ф

Бактерии группы Ф — это палочки длиной 3–4 мк и шириной 0,6–0,7 мк. Они встречаются соединенными в виде цепочек или по две, расположенные одна к другой под углом; образуют колонии. Оптимальная температура развития бактерий около 37⁰С.

Культура Streptobacterium plantarum образует резко очерченные чечевицеобразные колонии. Они также представляют собой палочки длиной 1,3–2 мк, шириной 0,6–0,7мк, нередко соединяющиеся попарно; оптимальная температура развития их около 32⁰С. По мере накопления в квасильном растворе кислот жизнедеятельность микрофлоры тормозится. Максимальный выход молочной кислоты — около 2 %.

Эти бактерии не вызывают газообразования, не разжижают желатин и не дают спор.

В качестве побочных продуктов брожения образуются уксусная, масляная и муравьиная кислоты в количестве до 14 % от общего содержания кислот.

Кроме этих, основных, культур бактерий в квасильных растворах встречаются дикие пленчатые дрожжи Mycoderma и Monilia Candida. Это типичные аэробы, наблюдаемые на поверхности старых квасов. Распад белковых веществ может быть вызван культурой бактерии Subtilis. В квасах она может развиваться только в первые часы брожения, поскольку прорастание ее спор происходит в нейтральной среде.

Выделены слизистые бактерии типа бактерии Lactis aerogenes, свертывающие молоко и образующие газы, но не разжижающие желатина.

В квасильных растворах наблюдается высокая устойчивость брожения, несмотря на то что для их приготовления не применяют специальных заквасок. Это объясняется следующим.

При богатом азотистом питании (белки муки и продукты их гидролиза) количество сахаров, способных сбраживать, невелико, так как основную массу углеводов составляет неосахаренный или медленно осахаривающийся крахмал. Температура раствора 35–40⁰С способствует развитию преимущественно молочнокислых бактерий и ограничивает развитие дрожжей (дрожжи требуют менее высокой температуры и присутствия сахара); при остывании раствора развитие дрожжей тормозится вследствие почти полного отсутствия сахаров и повышения кислотности. Кроме того, некоторые молочнокислые бактерии, в частности типа Streptobacterium plantarum, способны проникать внутрь дрожжевых клеток и вызывать их разрушение.

Развитию гнилостных и маслянокислых бактерий препятствует кислотность среды. Этому способствует так же перемешивание, тормозящее развитие анаэробов, приготовление квасов в одной и той же посуде, содержащей в качестве закваски отработанные квасы.

Уже спустя 4–6 ч с момента приготовления квасильного раствора посторонние культуры подавляются и стимулируется развитие основной молочнокислой микрофлоры. Однако использование микробиологических процессов требует особой тщательности соблюдения режима обработки, и в практике известны случаи, когда вслествие неправильно проведенной подготовки квасильного раствора возникали ненормальности в ходе обработки шкур.

Маслянокислое брожение определяется суммарной реакцией:

С₆Н₁₂О₆ = СН₃СН₂СН₂СООН + 2Н₂ + 2СО₂.

Возбудителями брожения служат маслянокислые бактерии, относимые к споровым видам и являющиеся анаэробами. Появление в квасах запаха прогорклого масла может служить показателем отклонения от установленного режима.

Изменение в квасильном растворе состава углеводов во времени показано на рис. 1. За 3–4 ч брожения образуется максимальное количество сахаров, после чего общее содержание их убывает. Это время соответствует «скрытому периоду» развития кислотообразующей микрофлоры, которая вызывает уменьшение содержание сахаров в растворе, что видно по возникновению нарастания кислотности.

В дальнейшем жизнедеятельность бактерий настолько усиливается, что расходование сахаров идет быстрее, чем их образование вследствие распада крахмала.

Накопление кислоты свидетельствует о продолжающемся гидролизе углеводов, но обнаружить присутствие сахаров в растворе уже невозможно; они оказываются промежуточным продуктом.

Кислотность отработанных квасильных растворов составляет 10–12 г/л в пересчете на молочную кислоту, при этом следует учесть, что некоторое ее количество связывается с белками шкуры.

Рис. 2. Кривые изменения углеводного состава квасильного раствора (по И. П. Стефановичу): 1 — сахара типа глюкозы; 2 — дисахариды (5-минутный гидролиз соляной кислотой); 3 — мальтоза, декстрины (3-часовой гидролиз соляной кислотой); 4 — органические кислоты

Состав кислот в квасильном растворе показан в табл. 1, откуда видно, что со временем возрастает преимущественное содержание молочной кислоты.

Таблица 1

Образование кислот в квасильном растворе в зависимости от времени

Кислота	Количество кислоты,%, по истечении
	2 суток	6 суток
Молочная Уксусная Муравьиная Масляная	55,2 25,2 15,0 4,6	65,1 28,6 5,9 0,4

Выделение газов — преимущественно углекислоты — в первые часы закисания квасов не характерно для основной молочно-кислой флоры.

Происхождение газов объясняется жизнедеятельностью дрожжей или слизистых бактерий, а также возможным увлечением в квасильное оборудование воздуха при загрузке муки.

В результате преимущественного развития молочнокислой микрофлоры образование газов прекращается. Поэтому газовыделение (в особенности в конечной стадии квашения), а также возможное выделение водорода, характеризует нормальное протекание брожение, связанное, например, с развитием маслянокислой микрофлоры.

Молочнокислое брожение сопровождается окислительно-восстановительными процессами.

Если в закисающие квасы добавить серу, она восстановится до сероводорода; в квасах, где брожение приостановлено, выделения сероводорода не наблюдается.

Окислительно-восстановительные свойства химических растворов характеризуются величиной окислительно-восстановительного потенциала, подобно тому как величина рН определяет активную кислотность среды. Если рН является функцией содержания в растворе свободных водородных ионов, окислительная или восстановительная сила определяется концентрацией молекулярного кислорода или водорода.

В закисающем квасильном растворе в результате реакции брожения создается восстановительная среда, равноценная 0,2 %-ному раствору гидросульфита — одного из наиболее сильных восстановителей.

Деятельность факультативных бактерий, к которым относятся молочнокислые бактерии, не зависит от восстановительных свойств раствора. Для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов требуется присутствие кислорода. Они могут развиваться в растворах, обладающих слабой восстанавливающей способностью. Наоборот для развития анаэробных микроорганизмов требуется восстановительная среда.

Таким образом, возникновение восстановительных реакций в квасильном растворе способствует ограничению развития посторонней микрофлоры, так как в начале закисания тормозится развитие анаэробных, а в последующем — аэробных микроорганизмов.

Восстановительная среда повышает активность протеолитических ферментов муки. Восстановители могут непосредственно действовать на белки шкуры, в том числе на ретикулиновые волокна, способствуя их разрыхлению.

Литература:

1. Стефанович И. П. Технология меха, Легкая индустрия, Москва 1967.
2. Аронина Ю. Н., Ефремева П. Я. Технология меха, Гизлегпром, 1963.
3. Зайдес А. Л. Структура коллагена и ее изменения при обработках, Ростехиздат, 1960.
4. Кавказов Ю. Л. Взаимодействие кожи с влагой, Гизлегпром, 1962.
5. Михайлов А. Н. Химия дубящих веществ и процессов дубления, Гизлегпром, 1953.
6. Химия и технология кожи и меха: Учебник для вузов. — 4-е изд., перераб.и доп./И. П. Страхов, И. С. Шестакова, Д. А. Куциди и др., М., Легпромбытиздат 1985.