БИОЛОГИЯ Том 2 - руководство по общей биологии - 2004

12. МИКРОБИОЛОГИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ

12.12. Пищевые продукты и напитки

С изготовлением пищевых продуктов и напитков связаны самые старейшие биотехнологии. Производство хлеба, сыра, йогурта, уксуса и алкогольных напитков, таких как пиво и вино, существует уже тысячи лет и известно с доисторических времен. В Ветхом Завете есть много упоминаний о вине (римляне пили пиво и вино). Известно, что 4000 лет до н.э. древние египтяне варили пиво и при изготовлении хлеба использовали дрожжи, чтобы поднималось тесто. В некотором смысле к биотехнологии можно отнести скрещивание животных и растений с целью получения продуктов питания и сельское хозяйство, которое насчитывает уже более 10 000 лет.

В данном разделе мы рассмотрим не только новые подходы к некоторым из этих старых технологий, но и новые методы производства пищевых продуктов.

12.12.1. Дрожжевое брожение - хлеб, пиво и вино

Дрожжи — это одноклеточный гриб. Дрожжи широко распространены в природе, и не трудно представить себе, как были открыты способы приготовления дрожжевого теста или сбраживания сахара с образованием спирта, хотя реальные причины процессов могли оставаться непонятными. Только в XIX в. Луи Пастер впервые показал, что причиной брожения является активность микроорганизмов.

Хлеб

Хлеб пекут из муки, которую получают из перемолотых семян хлебных злаков, чаше всего из пшеницы. Мука — это главным образом крахмал (белая часть семени), который является запасным питательным веществом и в норме расходуется при прорастании семени. Присутствующие в семени ферменты частично расщепляют крахмал до сахаров, таких как мальтоза и глюкоза. Чтобы повысить содержание сахара, можно добавить амилазу из грибов, которая расщепляет крахмал. Дрожжи используют сахара в качестве источника энергии в процессе дыхания. В результате как аэробного, так и анаэробного дыхания образуется углекислый газ. Пузырьки газа задерживаются в теплом тесте, заставляя его подниматься. Этот этап называется заквашиванием теста. Выделены штаммы дрожжей Saccharomyces cerevlsiae, которые образуют очень много углекислого газа. В процессе анаэробного брожения образуется также спирт, который испаряется в процессе выпечки, следующей за заквашиванием.

Пиво

Старейшим производством, в котором используется ферментация, является пивоварение. Пиво варят из ячменного зерна, которому предварительно дают прорасти, чтобы крахмал превратился в сахар, например в мальтозу. Этот процесс называется соложением. Для ускорения этого процесса, а также для более точного его регулирования используют гиббереллины (гл. 16). Кроме того, чтобы увеличить количество образующегося сахара, добавляют ряд других ферментов, например амилазу. Это в свою очередь приводит к повышенному образованию спирта. В смеси присутствует также азот, который выделяется при расщеплении белков.

Прорастание семян останавливают, медленно нагревая их примерно до 80 °С, однако при приготовлении «солода», который используют на последующих этапах производства, прогревание проводят при более низких температурах. От температуры прогревания зависит аромат и цвет пива. Затем семена размалывают и погружают в горячую воду, чтобы экстрагировать сахара. К полученному таким образом водному экстракту, или солодовому суслу, добавляют хмель, придающий пиву горьковатый вкус и предотвращающий рост бактерий. Сусло концентрируют кипячением и, предварительно удалив хмель, охлаждают до температуры, при которой происходит брожение. Затем сусло помещают в ферментер для периодического культивирования и добавляют пивные дрожжи, которые обычно остаются от предыдущей ферментации (рис. 12.18). Чаще всего используют два вида дрожжей: Saccharomyces cerevlsiae и Saccharomycescarbbergensis. Последний используется при изготовлении более легких сортов пива. Брожение происходит в анаэробных условиях, В процессе брожения сахар превращается в спирт и двуокись углерода, как и при изготовлении хлеба. Через 2—5 сут содержание спирта достигает 3,5—8% (чаще всего 3,5—5%). Дрожжи, традиционно используемые при изготовлении легких сортов пива, обычно растут в нижней части ферментера и называются низовыми дрожжами, тогда как верховые дрожжи, которые используются при изготовлении крепких сортов пива с высоким содержанием алкоголя, поднимаются к поверхности. Однако сейчас в производстве крепких сортов пива используются новые штаммы пивных дрожжей, которые также являются низовыми дрожжами, поэтому один и тот же ферментер не может служить для получения сразу двух сортов пива. После окончания процесса брожения дрожжи отделяют от пива.

Рис. 12.18. Измерение температуры в процессе приготовления пива на пивоваренном заводе.

Вино

Источником сахара для брожения, продолжающегося несколько дней, является виноград. Вкус вина определяется как сортом винограда, так и штаммом дрожжей, который используется в процессе брожения. Красные вина приобретают свой цвет за счет кожуры, которая не удаляется перед началом брожения. При изготовлении белого вина виноградную кожуру, как правило, выбрасывают. Сейчас предпочитают использовать коммерческие штаммы дрожжей, которые более надежны по сравнению с дикими. Собранный виноград давят, и в образующемся при этом «мусте» начинается брожение. Иногда вино может подвергаться второму брожению с участием молочнокислых бактерий; при этом яблочная кислота превращается в молочную кислоту и двуокись углерода. Кислотность вина при этом снижается.