Что такое брожение и от чего оно происходит

Людьми уже с давних времен было подмечено, что любой сок, будь то виноградный, яблочный, ягодный, который выжат из фруктов и оставлен в сосуде, в скором времени становится мутным, начинает пениться бурлить, даже если сосуд плотно закупорен. Со временем «кипящий» сок становиться опьяняющим напитком — он превращается в вино. Процесс превращения сока в вино люди стали называть брожением.

В течение долгого времени, они не понимали, почему так происходит. Только в 60-е годы XIX Луи Пастер, ученый из Франции, занялся изучением этого вопроса, и в итоге понял, что в сладкой, содержащей сахаристые элементы жидкости, процесс брожения начинается из-за того, что в ней поселяется и развивается дрожжевой грибок, который представляет собой низший организм. Эти организмы и получили название дрожжи.

Форма дрожжевого грибка округлая, иногда удлиненная, а размер их настолько мал, что рассмотреть их возможно лишь используя микроскоп. Огромное количество отдельных грибков собираются вместе и именно тогда они превращаются в серовато-желтую массу, которую мы привыкли видеть на дне бутылки, если сок из фруктов постоит некоторый период времени.

Дрожжевые грибки наделены способностью мгновенно размножаться, если есть соответствующие условия. Например, на дрожжевом заводе, один грибок в течение нескольких суток превращается в десятки, или даже сотни пудов прессованных дрожжей. Если дрожжевой грибок попадет в сок, который содержит даже минимальное количество сахара, тут же начинает процесс размножения, сок начинает бродить. Дрожжевой грибок при высыхании не погибает, он всего лишь теряет свой вес и становиться очень легким, что позволяет ему летать повсюду в воздухе, поэтому если даже пару минут сок простоит незакрытым, грибок обязательно попадет внутрь. Единственное, что убивает дрожжевой грибок — высокая температура, кипячение сока в крепко закупоренной посуде избавит напиток от брожения.

При попадании в сок с содержанием сахара, грибок начинает моментально размножаться, процесс этот происходит тремя способами: спорами, почкованием, и не так часто — делением. Размножение почкованием начинается с появление на дрожжевом грибке небольшой бородавочки — почки, она начинает быстро увеличиваться, дорастает до размера материнского грибка, после чего отделяется от него и начинает существовать как самостоятельный дрожжевой грибок. Очень часто, еще не отделившись от материнского грибка, дочерняя почка уже становиться материнской для новых почек, которые в свою очередь, образуют своих деток. В итоге получается нечто напоминающее разветвленное дерево, которое состоит из кругловатых почек, которые соединены между собой. Такие грибковые группы принято называть дрожжевыми колониями. Они очень болезненно реагируют на малейшие колебания, даже небольшое сотрясение может привести к их разрушению на отдельные дрожжевые грибки. Процесс размножения почкованием происходит очень быстро.

При размножении дрожжей спорами, процесс происходит намного медленнее. В тот момент, когда грибок становится полностью взрослым, это обычно происходит через 10-12 часов после его рождения, тогда внутри дрожжевого грибка вырастает от 1 до 11 новых округлых телец, которые и называют спорами. После того, как они достигают определенной величины, материнское тело разрывается, и новорожденные тельца грибка освобождаются. При этом когда условия способствуют росту грибка, они начинают размножаться почкованием, появляются колонии взрослых грибков. Размножение спорами обычно происходит в том случае, если им грозит опасность гибели от голода, когда грибок чувствует недостаток пищи. Дрожжевые споры несут в себе огромную важность, ведь именно в виде спор грибок переносит неблагоприятные условия для жизни, голод, слишком высокие температуры, сухость. Более того, споры намного меньше тельца взрослого грибка, поэтому легче переносятся воздухом.
Деление дрожжевых грибков происходит относительно редко и только у некоторых видов грибков, которые имеют удлиненную форму в виде палочки. При таком делении в середине тельца грибка появляется перегородка, она делит тельце на два независимых друг от друга грибка, которые быстро растут, после чего так же делятся пололам. В итоге получается колония дрожжевого грибка, которая представляет собой длинную цепочку.

Основными условиями, которые необходимы для жизни и размножения дрожжевых грибков являются:
1) полноценное количество пищи, необходимое для развития тела грибков;
2) тепло;
3) возможность получать кислород, который необходим для работы грибков.

Питаются дрожжевые грибки преимущественно белковыми (азотными) веществами, минеральными веществами, и только в самом минимальном размере сахаристыми веществами.
Белковые элементы, при поступлении в тельце грибка, накапливаются внутри него и тем самым вызывают рост дрожжей и появление почек. Если белка недостаточно, дрожжи перестают размножаться, и на определенное время их активность замирает.

Среди минеральных веществ наиболее важными являются калий, фосфорная кислота, немного менее важной является известь. Для питания дрожжей сахар необходим в очень малых количествах, в случае его недостатка, дрожжевой грибок может легко справиться с этим, питаясь другими веществами.

Главное условия для полноценной жизни — достаточное количество тепла. Несмотря на то, что дрожжевой грибок может выдержать и очень низкие температуры, он выживает даже при замораживании, просто замирая, все же лучше всего дрожжи себя чувствуют при средних температурах. Почкование дрожжевых грибков при температуре 4° занимает 20 часов, при температуре 13,5° — 10,5 часа, если температура составляет 23° и 28° -6,5 и 5 часов соответственно. Обычно считается, что дрожжевые грибки живут только при температуре выше 1° и не больше 47°.

Если температура выходит за эти рамки, грибок замирает, а при нагревании до 80-100° дрожжевой грибок погибает. Жизненно необходимое тепло грибок добывает в процессе дыхания, так же как и человек.
Для виноделия процесс дыхания грибков представляет собой особенный интерес. Для своей полноценной жизнедеятельности грибки добывают тепло, сжигая углеводы (сахар и другие элементы). Однако грибок отличается от большинства организмов тем, что сжигание углеводов происходит не до конца, грибок прерывает процесс сгорания на середине. При этом того тепла, которое вырабатывается грибку вполне достаточно для его жизнедеятельности, а сожженный сахар превращается в углекислый газ и спирт.

Бактерий, дрожжевых грибков, других организмов существует огромное количество различных видов, есть и такие, которые подхватывают незаконченную работу дрожжей и продолжают ее. Например, такими являются бактерии уксусного брожения, они частично сжигают спирт, образовавшийся в результате дыхания грибка, и превращают его в уксус, при этом опять же выделяется определенное количество тепла, поэтому процесс сжигания сахара (дыхания организмов) продолжается. После этого работают организмы, разлагающие уксусную кислоту, и так далее, до того момента, пока все не превратиться в углекислый газ и процесс сжигания сахара будет доведен до конечной точки.

Иные дрожжевые грибки, бактерии и другие низшие организмы, сжигают сахар и превращают его масляную кислоту, молочную, однако здесь так же не происходит окончательно сжигание сахара, процесс продолжается и так же подхватывается другими организмами. Вместе с тем, те дрожжевые грибки, которые подхватывают процесс брожения, не могут обходиться без кислорода, поэтому для виноделия доступ кислорода очень важный момент.

При изучении процесса брожения и жизнедеятельности бактерий, грибков и иных низших организмов, как общего дыхательного процесса (сжигания углеводов), на сегодняшний день ученые пришли к выводу, что дыхание человека представляет собой целый ряд отдельных брожений, которые происходят друг за другом.

Немалое значение имеет сжигание сахара в процессе работы дрожжевых грибков. Внутри любого тельца грибка находится жидкость, она имеет название — дрожжевой сок. В нем находятся особые элементы, которые ранее называли ферментами, а сегодня им дали название энзимы. Эти вещества действуют на сахар и углеводы, частично их сжигают, как было описано ранее, выделяется тепло, которое жизненно необходимо дрожжам, и вещества, которые нам так же желательны. На сегодня уже изучено немало энзимов, каждый вид грибка или бактерии обладает своим собственным энзимом. Так грибок, который вызывает спиртовой брожения, содержит энзим — алкоголязу, действующий на сахар, который содержится в соке фруктов, и превращающий его в углекислый газ и спирт. Именно это превращение и носит название спиртового брожения.

Во фруктовом соке может появиться не только спиртовое брожение, например, если в сок попадаю бактерии, которые превращают сахар в уксусную кислоту, тогда произойдет уксусное брожение. При производстве уксуса без такого вида брожения не обойтись.

Кисломолочное брожение, когда образуется молочная кислота, так же очень важно при заквашивании капусты, варения кваса и др.
При производстве вина главным брожением, конечно, является спиртовое. Все другие виды брожения при виноделии, наоборот, нося нежелательный характер, так как негативно влияют на вино, вызывая его болезни или даже порчу.