Молочнокислое брожение

Химическая сущность молочнокислого брожения

Молочнокислое брожение представляет собой совокупность биохимических превращений углеводов, главным образом моносахаридов и дисахаридов, в молочную кислоту под действием специфических ферментных систем микроорганизмов — молочнокислых бактерий. Основной химический результат процесса — восстановление пирувата до лактата с одновременной регенерацией НАД⁺, необходимого для поддержания гликолитического пути.

Ключевым субстратом является глюкоза, которая в анаэробных условиях подвергается ферментативному распаду. Общая упрощённая схема гомоферментативного молочнокислого брожения выражается уравнением:

C₆H₁₂O₆ → 2 CH₃–CHOH–COOH + энергия

Образующаяся энергия аккумулируется в виде АТФ и используется клеткой для поддержания метаболических функций.

Микроорганизмы — инициаторы процесса

Молочнокислое брожение осуществляется бактериями, объединёнными в группу молочнокислых микроорганизмов. С химической точки зрения их объединяет способность синтезировать молочную кислоту как основной или один из основных продуктов метаболизма углеводов.

Основные роды:

  • Lactobacillus
  • Lactococcus
  • Streptococcus
  • Leuconostoc
  • Pediococcus

Эти микроорганизмы характеризуются:

  • отсутствием цитохромной дыхательной цепи,
  • анаэробным или факультативно-анаэробным типом метаболизма,
  • высокой активностью дегидрогеназ и изомераз,
  • выраженной кислотоустойчивостью.

Биохимические пути молочнокислого брожения

Гомоферментативное брожение

Основной путь — гликолиз (путь Эмбдена–Мейергофа–Парнаса). В результате:

  • из 1 молекулы глюкозы образуются 2 молекулы пирувата;
  • пируват восстанавливается до молочной кислоты под действием лактатдегидрогеназы;
  • выход энергии составляет 2 молекулы АТФ.

Особенности:

  • до 90–95 % конечных продуктов — молочная кислота;
  • минимальное образование побочных соединений;
  • резкое снижение pH среды.

Гетероферментативное брожение

Реализуется через пентозофосфатный путь и фосфокетолазную реакцию. Конечные продукты:

  • молочная кислота,
  • этанол или уксусная кислота,
  • диоксид углерода.

Химические особенности:

  • меньший выход АТФ,
  • разнообразие органических кислот,
  • формирование газообразных продуктов, влияющих на текстуру пищевых продуктов.

Молочная кислота: изомерия и химические свойства

Молочная кислота (2-гидроксипропановая кислота) существует в виде двух оптических изомеров:

  • L-(+)-молочная кислота,
  • D-(–)-молочная кислота.

В пищевых продуктах преобладает L-форма, физиологически более предпочтительная для человека. Химические свойства молочной кислоты:

  • слабая одноосновная карбоновая кислота,
  • высокая гидрофильность,
  • способность образовывать соли (лактаты),
  • участие в реакциях этерификации и комплексообразования.

Накопление молочной кислоты приводит к:

  • снижению pH до 3,5–4,5,
  • ингибированию гнилостной и патогенной микрофлоры,
  • изменению белковых и коллоидных систем.

Влияние молочнокислого брожения на белки и липиды

Белки

Подкисление среды вызывает:

  • изоэлектрическое осаждение белков (особенно казеина),
  • денатурацию третичной структуры,
  • повышение доступности пептидных связей для протеаз.

В молочных продуктах это проявляется коагуляцией белка и формированием плотного или гелеобразного сгустка.

Липиды

Молочнокислое брожение напрямую не расщепляет липиды, однако:

  • изменение pH активирует липолитические ферменты,
  • образуются свободные жирные кислоты,
  • формируются ароматические соединения вторичного происхождения.

Роль ферментных систем

Ключевые ферменты процесса:

  • гексокиназа и фосфофруктокиназа,
  • альдолаза,
  • пируваткиназа,
  • лактатдегидрогеназа.

Их активность строго зависит от:

  • температуры,
  • кислотности среды,
  • наличия ионов Mg²⁺, Mn²⁺,
  • концентрации субстрата.

Нарушение ферментативного баланса приводит к изменению соотношения продуктов брожения и ухудшению качества пищевого продукта.

Факторы, влияющие на интенсивность молочнокислого брожения

Химические факторы

  • концентрация сахаров,
  • буферная ёмкость среды,
  • наличие ингибиторов (соли тяжёлых металлов, консерванты).

Физико-химические факторы

  • температура (оптимум 30–45 °C),
  • активная кислотность,
  • осмотическое давление.

Биологические факторы

  • видовой состав микрофлоры,
  • ферментативная активность штаммов,
  • скорость роста микроорганизмов.

Значение молочнокислого брожения в химии пищевых продуктов

Молочнокислое брожение является фундаментальным процессом формирования:

  • органолептических свойств,
  • микробиологической стабильности,
  • химической безопасности продуктов.

С точки зрения химии пищевых продуктов оно обеспечивает:

  • направленное изменение состава углеводов,
  • трансформацию кислотно-основного равновесия,
  • модификацию коллоидных и дисперсных систем,
  • образование биологически активных соединений.

Процесс лежит в основе технологии кисломолочных продуктов, ферментированных овощей, теста и ряда функциональных пищевых систем, где химические превращения строго контролируются для достижения стабильного и воспроизводимого результата.

Оглавление