Спиртовое брожение — биохимический процесс ферментации, при котором сахара, такие как глюкоза и фруктоза, разлагаются под действием ферментов с выделением энергии и образованием этилового спирта и углекислого газа. Позволяет получить два моль АТФ на моль глюкозы в анаэробных условиях. Общее уравнение спиртового брожения:
C 6 H 12 O 6 + 2 АДФ + 2 Ф н → 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 + 2 АТФ + 2 H 2 O
Этот метаболический путь характерен для многих грибов (дрожжей, дрожжеподобных и некоторых плесневых грибков), водорослей, простейших и некоторых бактерий. Спиртовое брожение издавна используется человеком в процессе хлебопечения (вызывает «восхождение» дрожжевого теста) и изготовление алкогольных напитков. Одной из новых областей применения этого метаболического пути является производство этанола как восстановительного и относительно недорого биотоплива.
Реакции спиртового брожения
Во время спиртового брожения расщепления глюкозы начинается гликолитическую путем (за исключением бактерии Zymomonas mobilis, в которой глюкоза метаболизируется по пути Энтнера-Дудорова). В гликолитических реакциях глюкоза расщепляется и окисляется до двух молекул пирувата, происходит субстратно фосфорилирования двух молекул АДФ с образованием АТФ, а также восстанавливаются до НАДH две молекулы НАД +. При аэробных условиях НАДH снова окисляется отдавая электроны через ряд посредников в молекулярный кислород, и тогда снова может быть использован в процессе гликолиза. В анаэробных условиях регенерация НАД + происходит в конечных этапах брожения, во время которых акцептором электронов является сам пируват или его производные: в случае спиртового брожения — ацетальдегид.
Ацетальдегид образуется из пирувата путем декарбоксилирования (отщепление углекислого газа), которое катализируется пируватдекарбоксилазы. Этот фермент требует присутствия ионов Mg 2+ и содержит ковалентно присоединен кофермент тиаминпирофосфат.
Следующим шагом является восстановление ацетальдегида к этиловому спирту благодаря переносу гидрид иона с НАДH, образованного в гликолизе. Реакция происходит при участии фермента алкогольдегидрогеназы, содержащий в активном центре ион цинка, который поляризует карбонильную группу субстрата облегчая присоединение гидрида.
Итак конечными продуктами спиртового брожения на одну молекулу глюкозы есть две молекулы этилового спирта, две молекулы CO 2, и две молекулы АТФ. В итоге не происходит ни окисления ни восстановления глюкозы (соотношение C: H одинаковое для исходных веществ (глюкоза) и продуктов (этанол + углекислый газ) и составляет 1: 2).
Распространение
Метаболический путь спиртового брожения имеющийся во многих организмов, в том числе грибов (дрожжей, дрожжеподобных и некоторых плесневых грибов), водорослей, простейших, бактерий, некоторых растений. В части анаэробных организмов он является основным путем получения энергии, например в бактерии Zymomonas mobilis, тогда как многие факультативных анаэробов, например пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae, используют как альтернативу дыханию только при отсутствии кислорода.
В отличие от фермента пируватдекарбоксилазы, что является специфическим для спиртового брожения и отсутствует у организмов, для которых характерно молочнокислого брожения (в том числе и человека), алкогольдегидрогеназа имеется у многих видов, которые могут использовать этанол в качестве источника энергии. В печени человека этот фермент катализирует реакцию обратную таковой у спиртовом брожении.
Крепкие алкогольные напитки
К ним традиционно относят:
- водку – это алкоголь, который изготавливают при помощи дистилляции сусла из злаковых растений. В промышленных масштабах продукт подвергают тщательной очистке через фильтры из активированного угля или обогащенного крахмала. Современная технология производства водки появилась в конце XIX столетия;
- —виски— – крепкий продукт, который имеет сложную технологию производства. После брожения и обогащения солодом с последующей перегонкой напиток выстаивают в дубовых бочках. Виски могут готовить не только из пшеницы. Отдельные виды этого спиртного напитка производятся из злаков ржи, ячменя, кукурузы, а в Англии очень популярна гречиха. Содержание алкоголя в виски, в зависимости от рецепта, может колебаться от 36 до 67 градусов;
- бренди – крепкий продукт из фруктовой основы. Различные рецепты бренди объединяет технология производства, которая включает процесс перегонки виноградного вина или фруктовой и ягодной браги. Самые популярные сорта этого спиртного изготавливают дистилляцией именно виноградного вина. Крепость бренди может колебаться в широком диапазоне от 39 до 55 градусов. Марок виноградных бренди великое множество. Сюда входят отдельные виды коньяка (Мартель, Реми Мартен, Курвуазье), изготавливаемые в одноименном французском городе. Эти бренды производят двойной перегонкой вина. Арманьяк (название соответствует географии французского департамента) в отличие от коньяка готовится только одной длительной перегонкой из винограда урожая одного года (миллезимный вид), коньяк – блендированный напиток, готовится из винограда разных лет. Градусы Арманьяка варьируется в диапазоне 40 – 50%, у коньяка – верхняя граница достигает 40, срок выдержки Арманьяка гораздо дольше, чем у коньяков. Шери-бренди придумали виноделы на юге Испании. Это хересный продукт, который готовится из брютовых сортов винограда. Перегонка сухого вина придает ему чрезмерную терпкость;
- —ром— – в списке названий крепкого алкоголя занимает особое место. Он производится сбраживанием и перегонкой патоки и сиропа из сахарного тростника с последующим выстаиванием в дубовых бочках. Ром очень часто используют отдельным ингредиентом в кондитерской промышленности. Показатели спиртного из этой линейки могут колебаться в разных регионах планеты от 39 до 72 градусов;
- джин – относится к категории крепкого алкоголя, который очень уважают любители сложных коктейлей. В чистом виде джин по вкусу сухой и терпкий. Его производят из зернового спирта, куда добавляют ягоды можжевельника, терна, цедру, ирисовый корень, различные травы, стебель дудника и другие ингредиенты. Затем эту смесь дважды перегоняют в вертикальных кубах, получая на выходе продукт не ниже 38,2 градуса. Сегодня можжевеловая водка часто не содержит можжевеловых ягод и не имеет соответствующего привкуса. Однако бренд стал настолько уважаем потребителями, что и любители коктейлей, и почитатели чистого продукта по-прежнему отдают ему предпочтение.
Рынок алкоголя динамично развивается. Одни марки спиртного уходят в небытие, появляются другие. Технологи много экспериментируют с рецептами вин, крепких видов спиртного и пива. Популярность и продолжительность жизни любого алкогольного бренда зависит от совокупности рыночных обстоятельств, труда и талантов многих людей: технологов, производителей, маркетологов и всех, кто занят в этой сложной сфере экономической жизнедеятельности.
Использование спиртового брожения
Производство алкогольных напитков
Спиртовое брожение издавна используется для производства алкогольных напитков, таких как вино, пиво, эль. Источником углеводов для этих процессов могут служить различные растения. Часть из них содержат готовые к сбраживания моно- и олигосахариды: например сахароза и фруктоза в виноградном соке. В таком случае ферментация может начинаться без предварительной обработки. С другой стороны зерновые, такие как пшеница, овес, рис и т.д. и другие продукты, содержащие крахмал, сначала должны пройти процесс гидролиза полисахаридов. Продуктом гидролиза является сусло, которое уже содержит сахара готовы к сбраживания.
Виноделие
В виноделии для брожения может использоваться природная смесь грибов и бактерий, присутствующих на кожице винограда. Однако при таком подходе трудно предсказать результаты, поэтому чаще муст пастеризуют или обрабатывают серы IV оксидом, веществом с фунгицидными свойствами, после чего добавляют нужную культуру, чаще всего S. cerevisiae или S. ellipsoideus. Брожение длится 3-5 дней при температуре 20-28 ° C. Содержание алкоголя может достигать 10-18% в зависимости от устойчивости микроорганизмов к этанолу. Полученная смесь подлежит процесса созревания, во время которого происходит окончательное формирование вкуса и аромата вина.
Производство пива и эля
Для пива и эля исходным сырьем является зерно: ячмень, пшеница, рис. Эти продукты содержат крахмал, который может быть сусбтратом для сбраживания только после гидролиза. Для активации гидролитических ферментов зерно проращивают, образованный солод измельчают и смешивают с водой, в таких условиях крахмал и белки разлагаются до простых веществ — мальтозы, глюкозы, аминокислот. Образуется сусло, к которому добавляют хмель, который первично использовался для подавления роста микроорганизмов гниения, и нагревают. После этого происходит инокуляция сусла — добавление культуры дрожжей. Для производства пива чаще всего используют дрожжи низового брожения, такие как Saccharomyces carlsbergensis, которые оседают на дно ферментера. Брожение длится 7-12 дней, образовавшийся продукт имеет pH 4,1-4,2. Дрожжи верхового брожения, такие как S. cerevisiae используются для производства эля, он кислее pH 3,8. После брожения пиво еще некоторое время созревает, после чего к нему обычно добавляют углекислого газа и пастеризуют или стерилизуют фильтрацией.
Крепкие алкогольные напитки, такие как виски, водка, джин, получают технологии схожей с пивоварения, дополненной перегонкой.
Хлебопечение
Дрожжи используются людьми для изготовления хлеба уже по крайней мере 4,5 тысячелетий, о чем свидетельствуют древнеегипетские рисунки, на которых подробно изображен этот процесс, а также пекарня 2575 до н. е. найдена в районе некрополя Гизы.
Поскольку при выработке хлеба дрожжи S. cerevisiae выращиваются при аэробных условиях, дыхание преобладает над спиртовым брожением. Из-за этого наблюдается усиленное выделение углекислого газа и незначительное образование этанола. Углекислый газ вызывает «восхождение» теста и отвечает за легкую пористую текстуру хлеба, а продукты брожения придают ему характерный вкус.
Производство биотоплива
Этанол, полученный в процессе спиртового брожения, может быть использован как недорогое и возобновляемые источники энергии. В качестве сырья для производства этанолового биотоплива используется растительный материал, богатый сахарозу, крахмал или целлюлозу: кукурузу, пшеницу, сахарную свеклу и тростник, солому, отходы деревообрабатывающей промышленности, бытовые отходы растительного происхождения и тому подобное. Обычно сырье химически обрабатывают с целью гидролиза полисахаридов до мономеров, после чего к полученной массе добавляют выносливые штаммы дрожжей.
Производство глицерина
Во время Второй мировой войны Германия имела большую потребность в глицерин, для изготовления взрывчатого вещества нитроглицеролу. Импорт глицерина был ограничен британской морской блокадой, поэтому предпринимались попытки наладить собственное производство. К тому времени было известно, что глицерин в небольших количествах образуется при спиртового брожения с участием S. cerevisiae. Немецкий ученый Карл Нойберг нашел способ модифицировать процесс таким образом, чтобы выход этого вещества был значительно выше. Для этого он добавил в среду с дрожжами 3,5% сульфита натрия при pH 7,0. Бисульфит ионы образуют комплекс с ацетальдегидом, в результате чего последний становится недоступным для восстановления в этанол. Поскольку дрожжи одинаково нуждаются акцептора электронов и водорода, они используют с этой целью один из промежуточных продуктов гликолиза — дигидроксиацетонфосфат, что восстанавливается до глицеролфосфату. Последний превращается в глицерин вследствие дефосфорилювання.
Это открытие позволило Германии получать около 1000 тонн глицерина в месяц, благодаря тому, что большинство пивоварен был превращен в фабрики по производству этого вещества. После наступления мира такой путь получения глицерина ни был экономически конкурентоспособным и потому прекратился.
От автора
Дорогой читатель!
Современная культура употребления алкоголя в русскоязычной среде сформировалась под влиянием водки – самого дешевого и доступного спиртного на протяжении последних восьмидесяти лет. В результате теперь почти все алкогольные напитки принято пить из рюмок, закусывая тем, что есть на столе. Наслаждение спиртным как таковым уходит на второй план, главной целью становится опьянение.
Между тем культура пития других алкогольных напитков сильно отличается от водочной – нужно правильно выбрать объем и форму бокалов, температуру подачи, сопутствующие блюда, учесть другие факторы. Всё это формирует альтернативную культуру, в которой важно насладиться дегустацией выбранного спиртного в кругу друзей и близких, а не провести время в пьяном угаре, жалея о последствиях утром.
Цель этой книги – дать читателю представление об особенностях спиртных напитков: используемом сырье, методах производства, истории появления, правилах подачи и подбора блюд, популярных марках и коктейлях. Ознакомить с алкогольными традициями и этикетом разных стран. Формировать и пропагандировать культуру употребления спиртного с акцентом на дегустацию и приятное времяпрепровождение, а не на быстрое опьянение. Способствовать тому, чтобы истинные знатоки и ценители алкогольных напитков, которых у нас с каждым годом становится всё больше, воспринимались обществом как люди, увлеченные своим делом, а не завуалированными алкоголиками.
Для простоты восприятия книга составлена в формате систематической энциклопедии. Это значит, что напитки сгруппированы по близости технологии производства и органолептическим свойствам (вкусу, аромату и цвету), а не в алфавитном порядке как в обычных энциклопедиях. Недостаток алфавитного перечня в том, что зачастую под разными названиями скрываются очень похожие и даже идентичные напитки. Систематическая группировка позволяет один раз описать общие черты всей группы, а затем указывать только характерные особенности каждого спиртного.
Книгу можно читать по отдельным главам или подлавкам, изучая только конкретные напитки. Однако для лучшего усвоения материала советую ознакомиться с первой главой, в которой изложена базовая теория приготовления алкогольных напитков.
Вопросы автору книги и всему сообществу ценителей спиртного можно задать в комментариях к статьям на сайте alcofan.com
или на форуме
«Братство Алкофанов»
, там же находится много других интересных материалов, не попавших в книгу в силу ограниченности её объёма. Ролики о культуре употребления алкоголя, методы приготовления коктейлей и рецепты домашних алкогольных напитков опубликованы на нашем
«Канале любителей спиртных напитков»
на видеохостинге YouTube.
Удачи в изучении удивительного мира алкоголя, пейте с умом!
С уважением,
АлкоФан.
