Биотехнология и бродильные производства

Если для производства спирта используют мелассу такие предварительные операции не нужны, поскольку углеводы в ней содержатся в форме, пригодной для сбраживания. Тем не менее, сырье все же приходится подготавливать к процессу: осветлять, подогревать и разводить водой чтобы получить концентрацию сахара, оптимальную для брожения. После подготовки сырья добавляют культуру подходящих дрожжей и ведут сбраживание. В самом конце, когда концентрация спирта достигнет 9-11/. (по объему), дрожжи отделяют путем отстаивания. Остатки их можно удалить центрифугированием. Применяются два способа: кубовый и непрерывной перегонки (патент Коффи). После этого продукт отправляют либо на созревание (например, виски), либо проводят завершающие операции и разливают по бутылкам (джин, водка) Для продажи спиртопродукты обычно разводят до стандартной кончен, рации в них спирта (40% по объему).

Остановимся на некоторых важных особенностях производства отдельных разновидностей спиртопродуктов. Очень важно использовать правильный штамм дрожжей. При выработке рома для производства сортов с сильным запахом обычно применяются штаммы дрожжей Scнizosaccнaromyces, а с менее интенсивным - быстродействующие Saccнaromyces. Отметим, что процесс образования спирта ускоряется бактериями Clostridium saccнarobutyricum. Самый лучший ром получают в том случае, когда соотношение бактерий к дрожжам составляет 1:5. Культуру бактерий вносят, когда концентрация спирта достигает 3,5-4,5%, а сахара - 6% (вес/объем).

Штаммы дрожжей, используемые в спиртовой промышленности, должны сохранять жизнеспособность вплоть до концентрации этанола 12-15% (по объему). Кроме того, если в качестве сырья используется зерно, дрожжи должны обладать способностью гидролизировать низкие олигосахариды до глюкозы. Это необходимо для полного превращения крахмала в этиловый спирт и углекислый газ.

Перегонка - дорогостоящий этап процесса, так как он энергоемок. Использование дрожжей, выдерживающих повышенные концентрации спирта, уменьшает энергозатраты на этом этапе, поскольку для достижения одной и той же концентрации спирта надо отгонять меньше воды. Ожидается, что работа по созданию новых штаммов дрожжей, устойчивых к еще более высоким концентрациям спирта, будет успешной.

Пока углеводы не переведены в форму, усваиваемую дрожжами, брожение не происходит. Добавление гидролизирующих крахмал ферментов ускоряет этот процесс. Для этого обычно применяют амилазу из культуральной жидкости штаммов Bacillus subtilis и амилоглюкозидазу, выделяемую из культур грибов штаммов Asрergillis niger и близких форм

5. Сидр

Сброженный яблочный сок известен под названием сидр. В технологии производства сидра и вина есть много сходного.

Когда делают сидр, яблоки прежде всего измельчают в кашицу и отжимают сок. Для этого применяют как прессы, так и другие устройства. Способы подготовки сока перед брожением весьма разнообразны; он может использоваться как без обработки, так и после подавления в нем естественной микрофлоры и замещения ее дрожжами подходящих штаммов Чаще всего сок обрабатывают сернистым газом, чем подавляют развитие Kloeckera aрiculata, неблагоприятно влияющих на вкус готового сидра. Вслед за этим можно начинать брожение. Оно происходит либо под влиянием диких дрожжей, либо после добавления дрожжевой культуры-закваски. Требования, предъявляемые к дрожжам при производстве сидра, в общем, те же, что и в других бродильных процессах: они должны обеспечивать полноту сбраживания, высокую его скорость и легко выпадать в осадок. Так как SaccНaromyces растут медленно, поэтому при крупномасштабном производстве сидра нередко к обработанному сернистым газом соку добавляют те или иные чистые культуры дрожжей. Разные штаммы дрожжей образуют специфические ароматические вещества. Поэтому при производстве сидра точно так же, как в пивоварении, можно использовать разные штаммы для придания напитку специфического вкуса. Чтобы получить сидр определенного сорта, добавляемые дрожжи должны преобладать над дикими, быстрее размножаться и определять конечные свойства продукта. Запуск процесса доминирующим видом дрожжей - один из наиболее распространенных способов, применяемых при крупномасштабном производстве сидра. Важно, чтобы дрожжи могли образовывать полигалактуронидазу, необходимую для гидролиза деэтерифицированных пектинов до галактуроновой кислоты. В противном случае в конце брожения сидр не просветляется. Для просветления сидра нередко добавляют ферменты, гидролизирующие пектин, включая полигалактуронидазу; их получают из грибов.

Для подавления развития всех штаммов дрожжей, кроме необходимых для ферментации, при производстве сидра применяют сернистый газ по той же схеме, что и в виноделии. Если не заботиться о чистоте аппаратуры и не применять сернистый газ, дикие дрожжи могут размножаться и вытеснять культурные. При выборе конкретного штамма дрожжей надо учитывать, какие вкусовые качества они передадут образующемуся продукту; можно получить сидр как с небольшим, так и с заметным содержанием сивушных масел. Для придания сидру необходимых качеств нужно использовать определенный штамм дрожжей.

По завершении брожения сидр отделяют от дрожжей и осветляют. Поскольку в сидре есть яблочная кислота, то, как и в вине, в нем может начаться яблочно-молочнокислое брожение. Такое брожение не происходит, если сидр очень кислый или его содержат на холоде. Как и в случае пивоварения, развитие производства сидра будет определяться селекцией новых штаммов дрожжей, позволяющих получать продукты со свойствами, отвечающими вкусам разных потребителей.

6. Уксус

Хотя уксус и не принадлежит к алкогольным напиткам, мы решили остановиться на его производстве в этом разделе, поскольку одна из двух стадий его получения включает спиртовое брожение.

Уксус - это продукт, содержащий не менее 4% (вес/объем) уксусной кислоты; его получают с помощью двухстадийного процесса. Вначале осуществляется спиртовое брожение, в ходе которого сахар-сырье превращается в спирт при участии S. cerevisiae. Сырьем может быть любой продукт, который сбраживается с образованием спирта. После завершения этого этапа дрожжам дают осесть и собирают надосадочную жидкость. Содержание спирта доводят до 10-13%. Если в ходе брожения для подавления роста бактерий добавляют сернистый газ, то перед дальнейшими операциями его удаляют. На следующем этапе этиловый спирт превращается в уксусную кислоту (промежуточным продуктом является ацетальдегид). Все процессы получения уксуса происходят при участии смешанных культур Acetobacter, в некоторых случаях применяют закваски. На этой стадии основную роль играют бактерии A. orleanense, A. scНuetzenbacНii, A. curuim и близкие к ним микроорганизмы. Брожение происходит в аэробных условиях с потреблением больших количеств кислорода и выделением тепла. Ранее этот процесс протекал медленно, но его удалось усовершенствовать и увеличить превращение этилового спирта в уксусную кислоту. Долгое время метод глубинной ферментации в этом производстве применить не удавалось. Проблему удалось решить лишь после второй мировой войны в результате исследований аэрации культур в производстве антибиотиков. Сегодня эта технология имеет широкое применение.