Спиртовое брожение
Одним из факторов, влияющих на ход технологического процесса и качество продукции, является начальная биологическая активность дрожжей и способность их приспосабливаться к анаэробным условиям жизнедеятельности в полуфабрикатах хлебопекарного производства. От этих факторов зависит их бродильная активность, углеводородный и азотистый обмен, образование ферментов. Условия культивирования биомассы Saccharomyces сеrevisiae на дрожжевых заводах способствуют образованию в дрожжах активного фермента энзимного комплекса, а также фермента — фруктофуранозидазы. В зависимости от условий культивирования дрожжевые клетки Saccharomyces сеrevisiae получают необходимую для жизнедеятельности энергию за счет образования углеводов или за счет окисления последних. Для целей хлебопекарного производства необходим именно первый тип обмена веществ дрожжей — анаэробный, поскольку именно в результате такого обмена в среде теста выделяется диоксид углерода, взрыхливающий тестовую заготовку. Процесс сбраживания углеводов в отсутствии кислорода с образованием конечных продуктов-этанола и диоксида углерода-осуществляется через целую звено промежуточных продуктов при участии многочисленных ферментов, что и называется биотехнологией производства хлеба.
На первой стадии этого процесса осуществляется образование фосфорных эфиров сахаров. Происходит фосфорилирование глюкозы с участием аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) катализируемой ферментом глюкокиназы. Глюкозо-6-фосфат, который образовался, подвергается изомеризации, превращаясь под действием фермента глюкозофосфатизомеразы в фруктозо-6-фосфат. Фруктозо-6-фосфат подвергается дальнейшему фосфорилированию за счет аденозинтрифосфорной кислоты при участии фермента фосфофруктокиназы, в результате образуется фруктозо-1 ,6-дифосфат. Этой реакцией заканчивается подготовительная стадия анаэробного и аэробного расщепления сахаров.
На этой стадии фруктозо-1 ,6-дифосфат при участии фермента альдолазы распадается на две молекулы фосфотриоз — фосфоглицериновий альдегид и фосфодиоксиацетон. Фосфотриозы под действием фермента триозофосфатизомеразы изомеризуются, причем равновесие устанавливается при содержании 95% фосфоглицеринового альдегида и 5% фосфодиоксиацетона. Фосфоглицериновый альдегид окисляется в 1,3-дифосфоглицериновую кислоту при участии фермента дегидрогеназы фосфоглицеринового альдегида. 1 ,3-дифосфоглицеринова кислота, образовавшаяся под действием фермента фосфаттрансферазы превращается в 3-фосфоглицеринову кислоту. Под действием фермента фосфоглицеромутазы 3-фосфоглицеринова кислота превращается в 2-фосфоглицеринову кислоту. 2 -фосфоглицериновая кислота, образовавшаяся при участии фермента энолазы (фосфопируватгидратазы) превращается в фосфоэнолпировиноградную кислоту. Фосфоэнолпировиноградная кислота под действием фермента фосфотрансферазы (пируватфосфокиназы) превращается в энолпировиноградную, которая быстро превращается в более устойчивую кетоформу пировиноградной кислоты. Пировиноградная кислота под действием фермента пируватдекарбоксилазы превращается в углекислый газ и уксусный альдегид. Уксусный альдегид вступает во взаимодействие с коферментом дегидрогеназы НАДН (никотинамидадениннуклеотид) с образованием этилового спирта.
Суммарное уравнение спиртового брожения описывается уравнением Гей-Люссака:
С6Н1206=2С2Н5ОН + 2С02 + 94 кДж (28ккал).
Из этого уравнения следует, что на 180 массовых единиц глюкозы образуются 88 единиц диоксида углерода и 92 единицы этилового спирта, или на 1 мг диоксида углерода получается 1,04 мл этилового спирта, причем расходуется 2,04 мг глюкозы. Эти данные обычно используются при расчете количества углеводов на спиртовое брожение теста с прессованными дрожжами, исходя из предпосылки, что основным типом брожения в этих условиях является именно спиртовое. Фактический баланс спиртового брожения при активной кислотности среды рН 6,0 (рН бродящего теста) близок к теоретическому. В этом случае, кроме диоксида углерода и спирта, в бродящей среде присутствуют еще ряд продуктов: глицерин, масляная, уксусная, муравьиная, молочная, янтарная кислоты и другие. При оптимальных условиях брожения (температуре 30°C и определенном составе синтетической среды) 1 г прессованных дрожжей сбраживает 1 г сахарозы за 1 час. Энергетический эффект анаэробного использования углеводов клетками невелик: если при окислении глюкозы в аэробных условиях на 1 моль ее выделяется 2830,8 кДж, то при сбраживании аэробами глюкозы по приведенному выше уравнению на 1 моль ее выделяется только 117,6 кДж. Отсюда следует, что для получения необходимого количества энергии дрожжи должны сбраживать значительное количество сахара.
При доступе кислорода спиртовое брожение вытесняется полным окислением углеводов до диоксида углерода и воды с выделением значительного количества энергии:
С6Н12О6+ 302=6Н2О +6С02 + 2830,8 кДж
Обобщенная модель спиртового брожения в пшеничных полуфабрикатах представлена на схеме. На представленной схеме изображено, что характеризующая роль дрожжей при производстве хлеба, свидетельствует о том, что эффективность полуфабрикатов зависит от целого комплекса биохимических превращений, т.е. биотехнологии производства хлеба.
В полуфабрикатах хлебопекарного производства, кроме спиртового и молочнокислого, встречаются пропионовокислое, бутиленгликолиевое, масляное, ацетонобутиловое, ацетоноэтиловое и другие типы брожения.