3. Спиртовое брожение - сколько добавить кислорода?

При спиртовом брожении из глюкозы образуется 2 молекулы этилового спирта и 2 молекулы углекислого газа. Как и молочная кислота этанол способен подавлять рост микроорганизмов, но с помощью другого механизма. Молекулы этанола встраиваются в клеточную мембрану, нарушают ее структуру и делают ее более проницаемой. Клетка теряет нужные ей молекулы и гибнет.

Разные группы микроорганизмов обладают разной чувствительностью к этанолу. Большинство бактерий и дрожжей гибнут, как правило, при 8-18% этанола, но отдельные виды дрожжей и плесени могут выносить до 21% этанола, а некоторые рекордсмены даже до 25%. Из этого следует практический вывод, что вино (обычно до 15%) защищено от большинства микроорганизмов, но отдельные виды, особенно уксуснокислые бактерии, дрожжи и плесени, все-таки могут развиваться в нем и вызывать порчу. Поэтому лучше не держать емкости с вином или пивом в открытом виде с большим количеством воздуха и при комнатной температуре. Для тех же уксуснокислых бактерий этиловый спирт — это любимая пища.

В отличие от молочнокислого брожения, где нужны стабильные условия без кислорода, в спиртовом брожении доступ кислорода играет важную роль. Для дрожжей граничная точка – это содержание кислорода в жидкости на уровне 0.01–0.2%. Если меньше, то дрожжи перейдут на брожение, будет образовываться спирт, но сами они будут расти медленно и через какое-то время перестанут размножаться. Если кислорода больше, то дрожжи начнут дышать воздухом, активно размножаться, но спирт производить не будут. Как совместить эти 2 стиля жизни? Для этого можно в начале провести аэрацию, насытить среду воздухом и дать дрожжам возможность вырасти. Как только дрожжи начнут брожение, то доступ кислорода нужно прекратить. Это так называемый «эффект Пастера».

Еще в ходе аэрации дрожжи могут начать брожение пока кислород есть в среде, это так называемый «эффект Крэбтри» (был такой биохимик по фамилии Crabtree и это не «крабовое дерево», а «дикая яблоня»). Считается, что это механизм конкурентного преимущества за счет антисептического действия образующегося этанола. Например, в спелых фруктах все микроорганизмы начинают активно размножаться дыша кислородом, но тут дрожжи резко переходят на брожение, синтезируют этанол и вытесняют всех конкурентов. В пивоварении и виноделии этот эффект работает примерно так же. И, кстати, «эффект Крэбтри» не дает возможность сказать, что все брожение должно происходить исключительно в бескислородных условиях.

Впрочем есть еще один вариант, при котором кислород совсем не нужен. Бактерии Zymomonas mobilis являются строгими анаэробами и очень эффективно производят этанол. Им не нужна фаза наращивания биомассы с кислородом, они себя отлично чувствуют без него. Тем не менее, Zymomonas используется фактически только в производстве слабоалкогольного «пульке» из сброженного сока агавы в Мексике. Хотя этот вид бактерий весьма интересный и у него совершенно другой биохимический путь спиртового брожения (Энтнера-Дудорова) в отличие от дрожжей (гликолиз).

Раз заговорили про этанол, то нужно вспомнить метанол. Вот он образуется не в результате спиртового брожения, а в процессе гидролиза пектина, когда от него отщепляются кусочки молекул, превращающиеся в метанол. При сбраживании сырья с пектином («плодововыгодные» вина или виноград «Изабелла» тоже богатый пектином) метанол может накапливаться в заметных, но, если работать правильно, не опасных количествах. Опасными плодовые вина становятся при дистилляции, когда метанол концентрируется в головной фракции. Об этом лучше помнить, дабы не доводить до трагедии.