Наверное, после прочтения предыдущей статьи про молочнокислое брожение вопрос прозвучит от самых продвинутых домохозяек: так чем же процесс брожения отличается от банального процесса дыхания всего живого, если и там, и там происходят окислительные реакции с выделением энергии? Собственно говоря, много чем отличается. Если в результате дыхания всего живого окислителем выступает неорганическое вещество (чаще всего кислород воздуха), то в результате брожения микроорганизмов окислителем является органическое соединение (этот процесс идет при отсутствии кислорода воздуха). Теперь уже разница кажется принципиальной, и вы, быть может, догадались, что растения и животные дышат, а бактерии вместо этого бродят! Другими словами, процесс бескислородного дыхания, например, дрожжей носит название спиртовое брожение.

Конечно, есть и такие бактерии, которые тоже дышат воздухом, их еще называют аэробными. А те, что бродят, а не дышат, называют анаэробными. И вместо кислорода воздуха они используют для брожения чаще всего сахара (глюкозу, гидролизованную на моносахара). Каждый тип брожения глюкозы вызывается особой группой микроорганизмов и дает специфические конечные продукты. Так, дрожжи в процессе спиртового брожения сбраживают глюкозу до этилового спирта и углекислого газа. Молочнокислые бактерии в анаэробных условиях дают чисто молочную кислоту (в аэробных - еще немножко уксусной кислоты и этилового спирта, выход этих продуктов различный у разных видов молочнокислых бактерий). Другие бактерии, которые мы называем вредными, в результате брожения могут давать различные органические кислоты, спирты, углекислый газ, и даже метан и газообразный водород.

Брожение у бактерий происходит в два этапа: на первом этапе идут окислительные реакции превращения глюкозы в пировиноградную кислоту с выделением водорода. На втором этапе брожения происходят восстановительные реакции, в результате которых оторвавшийся водород используется для восстановления пировиноградной кислоты (до молочнокислой в случае с капустой и огурцами), или продуктов виноградной кислоты (уксусный альдегид до этилового спирта в случае брожения дрожжей, и еще выделяется углекислый газ).

На основании вышеизложенного мы все прекрасно понимаем, что брожение у бактерий может происходить в среде, где есть сахара, и, главным образом, глюкоза (хотя питательная среда для разных видов бактерий тоже бывает разная, есть бактерии, которые развиваются на белковых молекулах). Причем образование пировиноградной кислоты из глюкозы может происходить тремя разными способами. Наиболее известный всем, окончившим среднюю школу, называется гликолитическим (гликолизом). Этот процесс был впервые обнаружен у дрожжей и в человеческих мускулах, а, затем и у бактерий.

Как и у молочнокислых бактерий, у дрожжей процесс брожения тоже не бесконечен, хотя процесс идет постоянно, за счет чего дрожжи получают необходимую жизненную энергию. Но ничто не вечно в этом мире, и дрожжи тоже не вечны! Быть может, они и хотели бы бродить вечность, но, как только концентрация спирта в сбраживаемой среде достигнет предела 14-16%, организм дрожжей начинает отравляться этим продуктом, и они погибают. А еще дрожжи гибнут от высокой температуры, вот, почему часто в рецептах приготовления домашнего кваса, чтобы остановить процесс брожения, квас рекомендуется перекипятить и охладить. Хорошие хозяйки знают, что температура, при которой развиваются дрожжи, находится в диапазоне от 3...4 до 38...40 градусов.

Кстати, о дрожжах: знаете ли вы о том, что дрожжи подразделяются на верховые и низовые? Верховые дрожжи используются для брожения с температурой среды от 18 до 30 ^оС. Эти условия мы чаще всего наблюдаем на своей кухне, когда делаем опару: из-за обильного выделения углекислого газа на поверхности воды образуется пена, а сами дрожжи поднимаются на поверхность бродящей жидкости, или «опары» - как говорили наши бабушки. Верховые дрожжи применяются в спиртовой промышленности и в хлебо-булочной. Низовыми называют дрожжи, которые вызывают брожение при пониженной температуре от 4 до 10 ^оС. Низовое брожение совершается спокойно, масса дрожжевых клеток остается на дне емкости. Такие дрожжи чаще всего используют в пивоваренной промышленности, их называют пивными дрожжами. Знаете ли вы, что хотя и в нейтральной среде дрожжи развиваются нормально, но еще лучше растут при некотором подкислении среды?

А когда мы печем хлеб, то пузырьки внутри теста образуются из-за выделения еще живыми дрожжами углекислого газа. Этот газ выделялся, пока температура внутри теста не достигла предела, при котором дрожжи прекратили бродить. Спирт, как продут брожения, от высокой температуры просто улетучивается из хлеба. Для инициации процесса спиртового брожения тоже нужна закваска в виде особых белковых молекул (ферменты, синоним энзимы). Эти специфические ферменты катализируют (ускоряют) процесс образования пировиноградной кислоты из глюкозы (гликолиз), который происходит в несколько простых реакций, протекающих по схеме под названием Эмбдена-Мейергофа-Парнаса (и это только один из трех известных процессов образования пировиноградной кислоты из глюкозы).

Вот и оказывается, то, что для нас всего лишь технологией приготовления и сохранения продуктов питания, то для гетеротрофных микроорганизмов - целый период активной жизненной эпохи роста, развития и размножения. Конечно, большинство видов гетеротрофных микроорганизмов получают энергию от химических процессов дыхания, чем от процессов брожения. Одна молекула глюкозы дает бактерии примерно в 15 раз больше химической энергии в процессе дыхания, чем в процессе брожения. Так устроила природа, что, если даже у бактерии нет ферментов, позволяющих получать кислород из воздуха, она выживает за счет брожения (если, конечно, на воздухе такой анаэробный микроб не погибает). Поэтому бактериям, способным и дышать кислородом воздуха, и бродить в анаэробных условиях, можно считать, повезло вдвойне. Именно к таким относятся молочнокислые бактерии и дрожжи - микроорганизмы из класса сумчатых грибов. Правда, на воздухе в результате спиртового брожения выход спирта значительно уменьшается. Молочнокислое и спиртовое брожение наиболее часто встречаются в природе.