Брожение – энергия для бактерий, польза для человека

Брожение — это основной технологический этап процесса из­готовления самогона. От того, как оно происходит, зависят и вы­ход готового продукта, и его качество. Процесс брожения — это сложная химическая реакция разложения сахара под действием дрожжей на этиловый спирт, воду и углекислый газ,

которая требует строгого температурного режима и определенной кон­центрации ингредиентов. Однако сахар не просто превращается в этиловый спирт, воду и углекислый газ. Наряду с указанными тремя образуются и побочные продукты: молочная и янтарная кислоты, глицерин, сивушные масла. В результате брожения под­готовленное сырье превращается в промежуточный продукт брагу. Брожение является самым длительным этапом в получе­нии самогона. Исключение составляют лишь экспресс-методы с ускорением брожения при помощи непрерывного перемеши­вания — например, в стиральной машине.

Брожение (биологическая сущность, процесс, вид и типы, особенности реакции)

Брожение – процесс

, который представляет собой совокупность окислительно-восстановительных реакций анаэробного расщепления органических субстанций (главным образом углеводов), с помощью которых микроскопические организмы получают необходимую им энергию.

Конечным акцептором отнятых от субстрата в процессе брожения электронов является легковосстановительные органические вещества.

Энергия, которая высвобождается при различных видах брожения

, аккумулируется преимущественно в макроэргических фосфатных связях (в основном в виде АТФ).

Кроме энергообразующей функции, реакции брожения выполняют роль поставщика различных метаболитов для анаболических и катаболических синтетических процессов, происходящих внутри клетки.

Получение энергии путем различных видов брожения (так называемый бродильный тип метаболизма) довольно часто встречается у грибов, бактерий, особенно дрожжей, а также простейших. Конечные продукты и пути ферментации и широко варьируют и обусловлены видом микроскопического организма, а также веществом (питательным субстратом) и условиями ферментации.

В зависимости от превалирующих или особо типичных продуктов выделяют:

• спиртовой бродильный процесс, которое осуществляется мукоровыми грибами и дрожжами;
• молочнокислый тип брожения — молочнокислыми бактериями;
• маслянокислый тип бродильного процесса — клостридиями;
• муравьинокислый тип брожения — энтеробактериями;
• лимоннокислый тип брожения — грибами;
• пропионовокислая реакция брожения — пропионовокислые бактериями
• бутанол-ацетоновый вид брожения — клостридиями;
• метановый вид брожения – особыми метановыми бактериями.

Биологическая суть реакции брожения была открыта в середине XIX в.

Луи Пастером, который определил брожения как «жизнь без кислорода».

Реакции на основе бродильного процесса

используют в промышленной микробиологии для получения самых разнообразных, часто ценных продуктов, необходимых народному хозяйству, ветеринарии и медицине: лимонной, уксусной, глюконовой кислот, этилового и других спиртов и других активных фармацевтических ингредиентов и аддитивных лекарственных веществ.

Какими устройствами можно поддержать оптимальную температуру браги

Каких-то специализированных решений пока что нет, поэтому будем пользоваться смекалкой и опытом других самогонщиков. Ниже будут описаны три самых известных способа, которые помогут вам сохранить содержимое бродильной ёмкости в определенных условиях.

Аквариумный водонагреватель с терморегулятором

Только не смейтесь, он действительно эффективно работает. Выставляем необходимые градусы, опускаем на дно бродильной ёмкости и отслеживаем температуру самой браги. Она будет немного выше за счёт активных химических реакций, поэтому лучше уменьшить мощность на 2–3 градуса.

Цена от 300 до 1500 рублей. Можно заказать на АлиЭкпресс или купить в зоомагазине.

Электрогрелка для пояса

Принцип действия следующий: обматываем грелку вокруг бродильной ёмкости, выставляем необходимые градусы и включаем. В холодном помещении, может быть, она и не решит всей проблемы, но эффект от неё будет 100%.

Виды брожения

В основе процессов распада безазотистых органических веществ лежат различные формы брожения, которые постоянно происходят в природе. Брожение – анаэробное дыхание, при котором микроорганизмы используют выделяющуюся энергию для своей жизнедеятельности.

Впервые биологическую природу брожения открыл в 60-х годах 19 в.гениальный французский ученый Луи Пастер. Пастеру удалось на примере молочнокислого, спиртового и маслянокислого брожения доказать, что эти процессы вызываются жизнедеятельностью микроорганизмов.

Спиртовое брожение

углеводов вызывают дрожжи (
Saccharomyces cerevisiae
), некоторые виды бактерий
(Sarcina ventriculi)
и отдельные представители мукоровых грибов рода
Mucor.
При спиртовом брожении молекула гексозы распадается на этанол и углекислый газ.

В ходе брожения образуется много промежуточных продуктов — гексозомонофосфат, фруктозодифосфат, фосфотриозы, фосфоглицериновая кислота, фосфопировиноградная кислота, пировиноградная кислота, уксусный альдегид и, наконец, этиловый спирт.

При содержании в сбраживаемом растворе более чем 30% сахара часть его остается неиспользованной, так как при этих условиях образуется до 15% спирта, а при такой концентрации спирт подавляет жизнедеятельность дрожжей.

Поэтому натуральные вина содержат не более 15% спирта. Главное преимущество чистых культур дрожжей заключается в том, что брожение виноградного сока протекает и заканчивается быстро, а отсутствие посторонней микрофлоры позволяет получать вина хорошего вкуса и аромата (с хорошим «букетом»). По окончании брожения молодое вино стабилизируют и дают ему созреть. Эти процессы занимают несколько месяцев, а при изготовлении высококачественных красных вин — даже несколько лет.

В течение первого года во многих красных винах происходит второе, спонтанное брожение — яблочно-молочнокислое, которое вызывается рядом молочнокислых бактерий (Prdiococcus, Leuconostoc).

В результате этого яблочная кислота винограда превращается в молочную кислоту и СО2, т. е. дикарбоновая кислота превращается в монокарбоновую, и кислотность вина уменьшается, оно становится высококачественным.

Уксуснокислое брожение

— биологический окислительный процесс, при котором с помощью уксуснокислых бактерий спирт окисляется в уксусную кислоту.

Если какую-либо жидкость, содержащую небольшое количество спирта (вино, пиво), оставить открытой, то в ней постепенно появляется уксусная кислота и кожистая пленка (уксусная матка) на поверхности. Уксуснокислые бактерии объединены в род Acetobacter,

содержащий ряд видов и подвидов. Этиловый спирт под влиянием уксуснокислых бактерий подвергается окислению, в результате которого вначале образуется уксусный альдегид, а затем — уксусная кислота.

При использовании специальных рас уксуснокислых бактерий максимальный выход уксуса достигает 14,5%. Уксуснокислые бактерии превращают ряд многоатомных спиртов в сахар. Одна из таких реакций используется для получения сорбозы из сорбитола. Сорбоза — промежуточный продукт синтеза аскорбиновой кислоты. Она применяется в качестве суспендирующего агента при изготовлении многих лекарственных препаратов. Уксуснокислые бактерии могут наносить вред в виноделии и пивоваренной промышленности, вызывая прокисание вина и пива.

Молочнокислое брожение

— широко распространенное биохимическое явление, давно известное на примере скисания молока.

Под влиянием молочнокислых бактерий (семейство Lactobacillaceae)

лактоза расщепляется на составляющие ее гексозы — глюкозу и галактозу, которые затем специфическими ферментами превращаются в молочную кислоту. Свертывание молока происходит вследствие того, что молочная кислота отщепляет кальций от казеина, белок превращается в параказеин и выпадает в осадок. Молочнокислые бактерии широко распространены в природе. Они обнаруживаются в молоке, воздухе, на коже, шерсти, в тонком и толстом кишечнике и представлены большим количеством видов палочковидных и кокковидных бактерий, различающихся не только по морфологии, но и физиологическим свойствам (по использованию различных источников углерода и азота).

Маслянокислое брожение

также широко встречается в природе.

Возбудитель маслянокислого брожения был открыт Л. Пастером. На примере маслянокислого брожения Л. Пастер разработал учение об анаэробах. Типичный представитель бактерий маслянокислого брожения — азотфиксирующий Clostridium pasteurianum.

Маслянокислые бактерии в больших количествах встречаются в почве, навозе, на растениях, в молоке, сыре.

Многие из них являются анаэробами и относятся к роду Clostridium.

Маслянокислое брожение — сложный биохимический процесс расщепления углеводов, в ряде случаев жиров и белков, на масляную кислоту, углекислоту и воду, при этом образуется много побочных продуктов — уксусная, молочная, пропионовая и другие кислоты.

Из числа других форм брожения чрезвычайно важным является брожение целлюлозы (клетчатки), в которой заложены огромные запасы углерода.

Разложение целлюлозы, которая в количественном отношении представляет один из основных компонентов растительных тканей, осуществляется главным образом высоко специализированными в отношении питания аэробными и анаэробными микроорганизмами.

Среди аэробных бактерий, расщепляющих целлюлозу, наиболее важны скользящие бактерии рода Cytjphaga.

Целлюлоза — единственное вещество, которое они могут использовать в качестве источника углерода. Цитофаги быстро растворяют и окисляют целлюлозу.

Брожение вина — это сложный процесс, совмещающий точную науку и истинное волшебство, превращение виноградного сока в вино. Конечно, брожение связано не только с вином.

Квашеные овощи, сыр, пышный хлеб, кисломолочные продукты — все это результат жизнедеятельности бактерий для брожения, которые одни органические соединения преобразуют в другие. Давайте разберемся, что же такое брожение и какие его виды применяются в виноделии.

Только в 60-х годах XIX столетия французский ученый Луи Пастер доказал, что брожение жидкости, содержащей сахаристые вещества, происходит оттого, что в ней поселяются, размножаются и живут особые организмы, которые были названы дрожжами или дрожжевыми грибками.

Они размножаются, питаются сахаром и другими веществами, создавая новый продукт, в нашем случае — вино.

При производстве сухих вин сахар должен выбродить практически полностью.

В винах Лефкадии, например, содержится менее 3 граммов сахара, а вот процент алкоголя составляет от 12,5% до 14,8%.

Научное название винных дрожжей — Saccharomyces ellipsoideus (или Saccharomyces cerevisiae). Но каждый вид дрожжей состоит из множества рас.

Каждая раса по-разному реагирует на присутствующие в виноградном сусле вещества и влияет на вино по-своему, как почва или расположение виноградника.

Поскольку дрожжи встречаются почти везде, где растет виноград, то почти в каждой местности, а иногда и в каждом винограднике, есть свои естественные культуры дрожжей. Более стабильные и предсказуемые дрожжевые культуры можно создать в лаборатории.

Спиртовое брожение

Попавшие в сок при благоприятных условиях, дрожжевые грибки начинают очень быстро размножаться. При этом сахар дрожжевые грибки превращают в спирт и углекислый газ, а когда питательная сахарная среда заканчивается, дрожжи умирают и оседают на дне.

Спиртовое брожение можно разделить на три этапа: забраживание (дрожжи приспосабливаются к условиям среды), бурное брожение (заняли весь объем сусла и перешли на анаэробный способ питания), тихое брожение (основной сахар переработан в спирт, дрожжи начинают умирать).

Это стационарный способ брожения, есть и доливной способ, когда вино добавляется постепенно.

Как проходит брожение на винодельне Лефкадии? Например, при ферментации для белого вина важен более тщательный контроль за температурой, чем при производстве красных вин, и требуется периодическое охлаждение сусла.

Для успешной работы винных дрожжей в белом вине необходимо поддерживать температуру в 20 градусов Цельсия.

Брожение на мезге

Отдельной категорией выделяют брожение на мезге. При нем нужно получить не только спирт, но и вывести из ягод красящие, ароматические и прочие вещества. В отличие от брожения виноградного сусла брожение на мезге заключается в сбраживании сусла красных, а в отдельных случаях белых сортов винограда вместе с мезгой с целью обогащения виноматериала ценными веществами, содержащимися в кожице, семенах и гребнях.

Для обеспечения достаточного экстрагирования фенольных, ароматических и других веществ не только из кожицы, но и из семян, брожение на мезге проводят при температуре 28-30 градусов при многократном перемешивании бродящей массы.

Классическую технологию производства красных вин с брожением на мезге на винодельне Лефкадии используют для производства всех красных вин.

Вино обладает бактерицидными свойствами, которые увеличиваются с увеличением концентрации спирта. Тем не менее, в вине могут развиваться бактерии, вызывающие яблочно-молочнокислое, лимонно-яблочнокислое, молочнокислое, маннитное, уксусное и другие виды брожения.

Почти все они приводят к заболеванию вин, за исключением яблочно-молочнокислого брожения, которое сопровождается понижением кислотности и сказывается благоприятно на некоторых винах.

Яблочно-молочнокислое брожение

На винодельне Лефкадии после привычного спиртового брожения начинается этап яблочно-молочнокислого брожения. Конечно, не всем винам это пойдет на пользу, для ЯМБ мы помещаем в новые бочки красную «Лефкадия Резерв» и «Лефкадия Каберне Совиньон», помогает такое брожение и другим красным винам, например, «Ликурии Шираз» и «Ликурии Каберне Фран».

У производителя всегда есть выбор: проводить яблочно-молочнокислое брожение или нет.

Решение зависит от сорта винограда, региона, желаемого результата, качества урожая и мировоззрения производителя. Это совершенно естественный процесс, в ходе которого молочнокислые бактерии перерабатывают содержащуюся в вине агрессивную яблочную кислоту в более мягкую молочную. Такой метод подходит для снижения общей кислотности красного вина, потому что танины плохо сочетаются с кислотами.

Какой температурный режим нужен для изготовления браги

Для получения качественной продукта температура браги при брожении должна поддерживаться в диапазоне от +20 °С до +30 °С. Если температура ниже, то микроорганизмы становятся менее активными. В большинстве случаев при +18 °С они уходят в анабиоз. Процессы брожения ухудшаются и при нагреве выше +30 °С, а при +40 °С они погибают.

В процессе приготовления учитывают несколько температурных скачков:

1. Приготовление сахарного сиропа сопровождается потерей тепла в процессе помешивания.
2. За время подготовки сиропа и пробуждения дрожжей растворы успевают охладиться.
3. В первые 2 дня микроорганизмы активно приступают к процессам переработки углеводов и смесь быстро самонагревается. Пенная шапка при этом препятствует потере тепла.

Рекомендуют придерживаться температуры брожения браги для самогона в первый день не выше +24..+25 °С, чтобы уменьшить пенообразование. В последующие дни можно увеличивать нагрев до +27..+30 °С. Чем ниже температура, тем дольше идет процесс, а в готовом продукте может содержаться больше сивушных масел. При +31..+32 °С процесс временно ускоряется. Но при этом дрожжи быстрее выдыхаются, образуя меньше зимаз. В такой браге останется больше непереработанных сахаров.

В готовом продукте пропадают газообразование и сладость. Его помещают в холодное место. Спящие дрожжи тогда выпадают в осадок, и раствор светлеет.

Емкости и компоненты

Естественно, что для процедуры брожения понадобится емкость. Для этого следует применить любой резервуар, в котором можно хранить пищевые продукты. Хотя опытные самогонщики рекомендуют использовать тару из стекла или эмали, но ни в коем случае не металлическую, так как она окисляется.

Кроме этого, нужно заранее подготовить гидрозатвор, хотя многие самогонщики пользуются обычной перчаткой с проколотым пальцем. Эффект получается ничуть не хуже покупного аппарата.

Вся тара, используемая для изготовления браги из сахара и дрожжей, обязательно моется и насухо вытирается. Любые остаточные запахи могут повлиять на вкусовые данные будущей самогонки. Особенно важно делать это сразу после перегонки, чтобы инструменты хранились в чистом состоянии.

Чтобы изготовить 5 литров крепкого алкогольного напитка, нужно подготовить следующие ингредиенты:

• прессованные дрожжи – 0,6 кг, если планируется применять сухие, то их понадобится 120 г;
• чистая вода, в идеале колодезная – 24 л;
• сахар – 6 кг.

Именно эти пропорции сахарной браги позволяют изготовить классический самогон с традиционным хлебным привкусом без дополнительных изысков и ароматов. Кроме этого, при производстве домашнего напитка нужно произвести расчет необходимых компонентов, делать это следует еще на этапе подготовки. Тут все зависит от объема, который хочется получить на выходе.

Но в любом случае из 1 кг сахарного песка получается примерно 1100 мл самогонки крепостью в 48-50 градусов. На градус также влияют и другие факторы, а именно:

• качество ингредиентов;
• температура в помещение, где стоит емкость с бражкой;
• дополнительные компоненты.

Важно !!! Нужно ли перемешивать брагу во время брожения

Пропорции браги на сухих дрожжах – 20 г, на прессованном продукте – 100 г. Что касается соотношения сахара и воды, то на 1 кг песка понадобится 4 л жидкости. В случае если планируется проводить процедуру инвертирования, то добавляют еще 0,5 л.

Применение ферментации

Молочнокислые бактерии используют в кожевенном производстве. Для выделки некоторых видов меховых шкурок (каракуль, крот, белка) используют их квашение с ржаной мукой или кефиром. Это приводит к размягчению и отслаиванию волокон дермы.

Благодаря молочнокислым бактериям и продуктам их жизнедеятельности получают биоразлагаемый пластик полилактид. Из него, в свою очередь, изготавливают упаковку для пищевых продуктов и медицинские изделия с коротким сроком службы (нити и штифты).

Также они играют важную роль в запасании кормов для скота в виде силоса. Для этого ботву от картофеля, свеклы, кукурузы, люцерны спрессовывают с добавлением муравьиной кислоты. Без доступа воздуха в таком субстрате начинается контролируемый процесс молочнокислого брожения.

В современном мире борьба за чистоту окружающей среды является одной из важнейших задач общества. Процессы сбраживания способны помочь утилизировать отходы животноводства и при этом получить ценный биогаз, который можно использовать для отопления тех же ферм. Для этого используются различные штаммы бактерий на разных этапах его производства. Сначала кислотообразующие бактерии перерабатывают органические вещества в летучие кислоты. А затем метанообразующие бактерии из органических кислот вырабатывают метан. В качестве побочных продуктов в биогазе содержатся сероводород и окись углерода.

Штаммы дрожжей

В XX веке началась планомерная работа по выделению различных штаммов дрожжей. Большой вклад в эту работу внесла немецкая дрожжевая лаборатория Hefebank Weihenstephan, существующая с 1940-х годов. Изначально в задачах лаборатории было выделение дрожжей низового брожения для промышленного пива. Так появился известнейший штамм W-34/70, изолированный из проб пива конкретной швейцарской пивоварни. Затем стала вестись работа по изолированию штаммов для различных немецких типов и сортов пива. Впоследствии в коллекцию вошли штаммы дрожжей из различных стран. Работа по выделению новых штаммов продолжается и сейчас, причем намного более интенсивно, чем в прошлом. И это не удивительно, учитывая серьезные требования к разнообразию ассортимента пива на современных производствах.

Бум на рынке малого пивоварения привел к появлению тысяч новых пивоварен, у многих из которых нет собственных микробиологических лабораторий, а, следовательно, и возможности поддерживать у себя чистые дрожжевые культуры. На помощь таким пивоварням приходят лаборатории, подобные Hefebank Weihenstephan, где можно подобрать и регулярно обновлять штамм, соответствующий поставленным целям.

Бывает и так, что, используя свои дрожжи долгое время, пивовар получает пиво с необычными свойствами. Остается только выделить чистую культуру и оставить ее на хранение в дрожжевом банке. Так даже на базе известных штаммов появляются новые, с уникальными характеристиками.

Работая над рецептами, пивовары обычно уделяют много внимания солоду и хмелю, но зачастую мало задумываются о влиянии дрожжевого штамма на вкус и аромат пива. А ведь чистый штамм – это залог неизменности стиля пива.

В мире существует несколько известных дрожжевых лабораторий, готовых предложить дрожжи для самого разного пива с гарантированным качеством штаммов. Коллекции штаммов в них во многом схожи, поэтому можно выбирать любой известный бренд. Главное – не ограничивать себя «сухим предложением», ведь далеко не каждый дрожжевой штамм может быть высушен!

Подготовка воды

Вода считается одним из самых важных ингредиентов при производстве домашней бражки из сахарного песка и дрожжей. Именно этот компонент по итогу формирует окончательные вкусовые данные алкогольного напитка, добавляет ему мягкости. Традиционно вкус готовой браги не имеет вкуса и отвечает всем заданным санитарным нормам.

Поэтому специалисты рекомендуют, перед тем как поставить брагу, отстоять жидкость на протяжении 2 или 3 суток. Это касается водопроводной воды. В этом случае она потеряет свою жесткость, а все имеющиеся в ней вредные соединения опустятся на дно в виде осадков. После этого необходимо аккуратно слить ее в новую емкость.

Не рекомендовано использовать кипяченную или дистиллированную воду. Это связано с тем, что в ее составе отсутствует воздух, который крайне необходим для активной жизнедеятельности грибков, отвечающих за бродильный процесс. Без них сделать самогон просто не получится.

Важно !!! Самогон из пшеницы – рецепт браги в домашних условиях