Ферментация. Часть 1.

Ферментация. Часть 1.

Первая часть увлекательного путешествия в мир ферментации.

 

 

Ферментация — один из самых популярных трендов на сегодняшний день, не только на кухне, но и в баре. И даже несмотря на то, что интерес к этой теме огромен, до сих пор существует достаточно большое количество заблуждений и страхов по отношению к ферментированным продуктам. Давайте попробуем разобраться в основных типах ферментации, которые можно использовать в баре. 

Исторически являясь одним из первых способов консервации еды и родоначальником алкоголя, ферментация переживала не самый удачный период своей истории в XX веке, в основном из-за повсеместного увлечения антибактериальными процедурами (это, правда, не относится к производству алкоголя). Но реальность такова, что мы все живем в тесном контакте с микроорганизмами и бактериями; некоторые из них нам помогают и являются необходимым условием нашего существования, другие же могут не только навредить, но и убить нас. Но как и все крайности, полное уничтожение бактерий ни к чему хорошему не приводит. 

 

Хотя, возвращаясь к теме ферментации, стоит помнить, что не все микроорганизмы одинаково полезны для брожения. Поэтому перед началом процесса необходимо обезопасить систему от вмешательства нежелательных участников путем механического очищения и максимально возможной стерилизации контейнеров, где будет протекать процесс (это же касается инструментов, которые будут использоваться). Но при очищении продукта, который вы собираетесь ферментировать, не стоит сильно увлекаться, особенно если вы собираетесь делать спонтанное брожение, потому что при нем необходима помощь микроорганизмов, присутствующих на его поверхности (конечно, пыль и видимую грязь все-таки стоит удалить).  

 

Помимо чистоты на процесс протекания ферментации очень сильно влияют и другие условия, в которых вы ее проводите: температура, добавление различных веществ (зачастую сахара, различных полисахаридов и соли), доступ воздуха и пр. Знание конкретных благоприятных условий для определенных видов бактерий, дрожжей и других микроорганизмов, а также энзимов помогает достичь желаемого результата. Хотя даже при соблюдении всех необходимостей, достаточно сложно добиться стопроцентно стабильного результата, потому что микроорганизмы всегда присутствуют в нашей еде и напитках в виде сообщества, состав которого может меняться в зависимости от продукта или окружения. И продукты жизнедеятельности этого сообщества могут быть очень разные, что в конечном итоге дает такое разнообразие вкусов и ароматов ферментированной еды и напитков.

 

И все таки, что же такое ферментация? Ферментация — это биохимический процесс,  вызываемый микроорганизмами и приводящий к распаду органических веществ (словарь Ушакова). Расщепляемые вещества могут быть разные, например углеводы, органические кислоты или жиры, также как набор самих микроорганизмов и продуктов распада достаточно большой. Процесс может требовать отсутствия кислорода или же, наоборот, его присутствия. Под ферментацией на сегодняшний день понимают огромное количество контролируемых и неконтролируемых процессов. 

 

Существует две основные группы микроорганизмов, ответственных за ферментацию: бактерии и грибы (дрожжи и плесень). Плюс отдельно можно выделить действие энзимов (они же ферменты, которые ускоряют химическую реакцию), которые по сути способствуют расщеплению тканей. Ферментация бывает спонтанная (когда процессом заведуют только микроорганизмы, присутствующие в среде или продукте) и условно контролируемая (когда мы пытаемся управлять процессом, добавляя определенные штаммы бактерий, дрожжей или плесеней, или же различные виды заквасок и стартеров). 

 

В первой части статьи мы рассмотрим бактериальный процесс, а также симбиоз бактерий и грибов. Во второй части речь пойдет о грибах и процессах, происходящих под воздействием ферментов, содержащихся в продукте.  

 

Молочнокислые бактерии

 

Из-за практически повсеместного присутствия (молочнокислые бактерии можно найти на поверхности наших рук, в овощах, фруктах и ягодах, не говоря уже про то, что мы существуем с ними с самого нашего рождения), ферментация, вызванная молочнокислыми бактериями — одна из самых распространенных. Важно понимать, что молочнокислые бактерии не принадлежат одному таксономическому классу, а скорее, это общее название для бактерий, объединенных по функциональным и генетическим признакам. Молочнокислые бактерии объединяют в шесть семейств, из которых в пищевой ферментации участвуют четыре: Enterococcaceae, Leuconostocaceae, Lactobacillacea, и Streptococcaceae. Насчитывают 415 видов бактерий, принадлежащих к этим  семействам, правда, не все из них безопасны — среди них есть патогенные и условно-патогенные для человека. Но даже если вычеркнуть из этого количества опасные бактерии, оставшееся количество все равно формирует достаточно большое сообщество, и все они имеют свои особенности и механизмы действий.  

Молочнокислые бактерии

Молочнокислые бактерии — группа микроаэрофильных (в отличие от строгих анаэробов, они требуют для своего роста присутствия кислорода в атмосфере или питательной среде, но в пониженных концентрациях по сравнению с содержанием кислорода в обычном воздухе) бактерий. В большинстве своем они перерабатывают различные углеводы с образованием в молочной и других кислот, но есть и те, которые расщепляют жиры, пептиды и другие кислоты (в том числе и аминокислоты). Разделяют два основных пути, по которым идет ферментация с участием молочнокислых бактерий: 

  1. гомоферментный, когда более 90% углеводов обращаются в молочную кислоту, 

  2. гетероферментный, когда результатом ферментации является около 50% молочной кислоты, сбалансированной уксусной кислотой, этанолом и углекислым газом. 

 

Существуют также бактерии, которые совмещают в себе оба варианта. Такой путь называют факультативной гомо ферментацией. 

 

Молочнокислые бактерии толерантны к содержанию соли в среде и устойчивы к низкому pH. Антибактериальные свойства молочнокислых бактерий возникают в основном из-за того, что в процессе брожения некоторыми видами бактерий производится бактерицид. Также значительным фактором является повышение кислотности среды в результате ферментации. 

 

Что касается температуры, то молочнокислые бактерии разделяют на термофильные и мезофильные. Термофильные устойчивы к высоким температурам (выше 45ºC), мезофильные могут существовать и расти только при невысоких температурах. Некоторые виды молочнокислых бактерий не могут существовать при температурах ниже 10ºС. В зависимости от того, какие бактерии ответственны за ферментацию, формируются условия, подходящие только им, так как разные виды имеют разные граничные условия роста (температура, содержание соли, pH). 

 

В практике русских заготовок молочнокислые бактерии отвечают за квашение и мочение. Разница в основном в исходном сырье. Плоды и ягоды обычно мочат, а овощи квасят. Также есть различие в концентрации соли для каждого из методов, а при мочении иногда добавляют и сахар (например, для мочения брусники). При квашении процент добавленной соли обычно составляет от 1% до 3% по весу продукта (если делать рассол, то надо рассчитывать от совместного веса продукта и добавляемой воды).  Молочнокислое брожение также происходит во время приготовления традиционного кваса, кисломолочной продукции и частично в хлебных заквасках.

 

В барных заготовках можно применять молочнокислые бактерии достаточно разнообразно, начиная с кваса и заканчивая квашением и мочением разных ягод и фруктов. В Деликатессен делают потрясающие квашеные грейпфруты для Паломы. И как мы уже выяснили, существует множество видов молочнокислых бактерий, большинству из которых необходимы разные условия для ферментации. А значит, ферментация будет в большей степени экспериментальной работой, чем точно предсказуемой. Если вы собираетесь заниматься мочением, квашением или другим спонтанным брожением фруктов, овощей или ягод, то можно начинать эксперименты при комнатной температуре 18-24ºC (содержание соли, сахара, необходимость воздуха и длительность процесса зависит от того, на какой результат рассчитываете). Несмотря на то, что молочнокислые бактерии факультативно аэробные, все же стоит ограничить контакт ферментируемого продукта с кислородом путем помещения на него гнета или же вакуумирования. Таким образом вы уменьшите вероятность нежелательных микробиологических процессов. 

 

Уксуснокислые бактерии

 

Разбирать уксус мы начали в одной из предыдущих статей. Здесь постараемся разобраться в том, что происходит во время брожения, а также какие условия необходимы для успешного приготовления уксуса в условиях бара. 

 

За брожение в уксусе отвечают уксуснокислые бактерии. Их объединяют в четыре рода: Acetobacter, Gluconobacter, Gluconoacetobacter и Acidomonas (так же существует и пятый — Asaia, но бактерии этого рода окисляют этанол незначительно или не делают этого вовсе). Общая идея метаболизма этих бактерий одинакова (получение уксусной кислоты из этанола), а вот сам процесс метаболизма может отличаться. Если кратко, то в отличие от Acetobacter, Gluconobacter частично может получать уксусную кислоту из сахаров, а не из этанола (не будем здесь углубляться в микробиологию, но если вам все же будет интересно, можете почитать в этом труде). 

 

Уксуснокислые бактерии

Температура, оптимальная для роста уксуснокислых бактерий — 25-30ºC, обязательное условие — присутствие кислорода. Средний оптимальный показатель кислотности среды для всех видов бактерий — 5,5-6 pH. Уксуснокислые бактерии в целом толерантны к низкому pH, и в частности к высокому содержанию уксусной кислоты. 

 

Хотелось бы отдельно рассмотреть технологию приготовления бальзамического уксуса, так как она сильно отличается от стандартного двухэтапного метода (получения этанола, а затем сбраживания его уксуснокислыми бактериями). Производство бальзамического уксуса включает в себя всего один этап, во время которого алкогольная и уксуснокислая ферментация происходят практически одновременно, за счет того, что в брожении участвует Gluconobacter, которая может частично перерабатывать сахар. Для производства бальзамического уксуса сначала выпаривают виноградный сок, до того момента, пока содержание сахаров не достигнет 20-24 %. Затем, в получившийся сироп добавляют стартер, который является частью из предыдущих партий, в состав которого входят также дрожжи и уксуснокислые бактерии. Затем смесь помещают ферментироваться в бочку, где уксус бродит, а затем выдерживается. Традиционный процесс производства бальзамического уксуса включает в себя смену от 5 до 9 бочек различного размера и материала. И чтобы уксус  получил статус DOP (Denomination of Origin of Production), его необходимо выдерживать в бочках не менее 12 лет. За это бальзамический уксус приобретает уникальный вкус и аромат, и значительно уменьшается в объеме.  

 

Уксуснокислые бактерии присутствуют в большом количестве пищевых продуктов, поэтому сделать уксус можно проводя только спонтанную ферментацию. Но как мы уже писали ранее, процесс будет значительно более медленным, так что лучше все же использовать уксусную мать. И стоит помнить про аэрацию, которая также может значительно ускорить процесс. 

 

SCOBY

 

Широко известный нам всем с детства «чайный гриб» — это не гриб вовсе, а не что иное, как симбиоз бактерий и дрожжей, или SCOBY (Symbiotic Culture of Bacteria and Yeast), скрепленный целлюлозой. Чаще всего, дрожжи в этом симбиозе — Saccharomyces cerevisiae (могут быть и другие, например Zygosaccharomyces sp., Torulopsis sp., Pichia sp., Breanomyces sp.), а бактерии —  уксуснокислые (Acetobacter xylinum, Acetobacter aceti, Acetobacter pasteurianus, Gluconobacter oxydans и др.). В грубом приближении, действие этого симбиоза аналогично процессу во время производства бальзамического уксуса, когда двухфазный цикл получения уксуса объединяется в один. То есть из различных сахаров дрожжи производят алкоголь, в то время как уксуснокислые бактерии перерабатывают алкоголь в уксусную кислоту. В конечном продукте может содержаться этанол (от 0,5 до 1,5 %), а кроме уксусной кислоты, может содержатся также и молочная, глюконовая и глюкуроновая кислоты. 

SCOBY под микроскопом (иллюстрация взята с сайта https://www.kombuchakamp.com/)

 

Напиток уходит корнями в Китай, откуда он распространился в Японию, остальную Азию и Россию. Традиционная база для комбучи — черный чай, сахар и вода, но эксперименты поваров из ресторана Noma показали, что присутствие черного чая совсем не обязательно. В своей книге они приводят примеры комбучи на основе травяных настоев, других видов чая, фруктовых соков и кофе. Касательно содержания сахара, они советуют брать 12º Bx за оптимальный уровень. Температура, оптимальная для ферментации  — 20-30 ºС, и помните, что дрожжи и уксуснокислые бактерии чувствительны к высоким температурам, так то если будете делать комбучу на чае или травяных настоях, прежде охладите их хотя бы до температуры 50 ºС. И если вы все же возьметесь экспериментировать с разными базами, стоит учесть, что ваш SCOBY может содержать достаточно большой ассортимент штаммов дрожжей и бактерий, некоторые из которых могут оказаться не очень дружны с новой средой. Так что лучше сначала сделать небольшую экспериментальную партию с небольшой частью «чайного гриба», и если все пройдет удачно — делать уже большие партии. 

 

Следующий представитель симбиоза бактерий и дрожжей,  который хотелось бы здесь кратко упомянуть, это так называемый «индийский морской рис» (морской рис, тибикос, тиби, тибетский гриб, японский рис, водяной кефир). На английском его называют water kefir grains. «Индийский морской рис» — это симбиоз молочнокислых, уксуснокислых бактерий и дрожжей, скрепленных полисахаридным гелем. Из-за огромного количества возможных комбинаций микроорганизмов, сложно указать точные штаммы бактерий и дрожжей, присутствующих в водяном кефире. Но точно можно сказать, что основными продуктами метаболизма являются этанол и молочная кислота. В небольших количествах присутствует уксусная кислота, глицерин и маннит. Питательная среда для данного симбиоза — различные сахара. Так как основную часть симбиоза составляют молочнокислые, уксуснокислые бактерии и дрожжи, то процесс может быть как факультативно анаэробным. Оптимальная температура — комнатная. Время ферментирования лучше определять опытным путем, в зависимости от того, что у вас на руках. 

 

 

«Индийский морской рис» под микроскопом

 

Существует еще одна версия симбиоза молочнокислых, уксуснокислых бактерий и дрожжей, который мы называем «кефирный гриб». В отличие от водяного гриба, он существует в основном в молочной среде, делая ее по истечению времени кисломолочной. Также отличается состав, который является композицией углеводов и протеинов, и иногда в симбиоз может входить плесень. Оптимальная температура для ферментации также комнатная. 

 


 

Напоследок хотелось бы отметить, что все симбиотические системы требуют бережного ухода, если вы активно не используете их. Это означает, что если вы в данный момент не задействуете их в ферментации, то нужно либо поместить их в нейтральную питательную среду, либо заморозить. 

 

На этом пока заканчивается наше увлекательное путешествие по миру ферментации. Ждите продолжения через несколько дней. 

 

Источники: 

  1. Sandor Ellix Katz. The Art of Fermentation.

  2. Иван Шишкин. Под фартуком. Бессистемное руководство повара с рецептами и эскизами татуировок. 

  3. René Redzepi & David Zilberg. The Noma Guide to Fermentation.

  4. Pratima Khandelwal, Frédéric Bustos Gaspar, Maria Teresa Barreto Crespo and R.S. Upendra. Lactic Acid Bacteria. General Characteristics, Food Preservation and Health Benefits 

  5. Светлакова Е.В., Ожередова Н.А., Веревкина М.Н., Кононов А.Н. Использование молочнокислых бактерий в биотехнологических процессах.

  6. Robert W. Hutkins. Microbiology and Technology of Fermented Foods. 2006

  7. https://znaytovar.ru/s/Kvashenye_solenye_mochenye_plo.html

  8. Vikas Kumar and V.K. Joshi. Kombucha: Technology, Microbiology, Production, Composition and Therapeutic Value.

  9. David Laureys and Luc De Vuyst. Microbial Species Diversity, Community Dynamics, and Metabolite Kinetics of Water Kefir Fermentation.

  10. http://users.sa.chariot.net.au/~dna/kefirpage.html#kefiran

  11. Pranav K. Singh, Nagendra P. Shah, Yogurt in Health and Disease Prevention, 2017


 

Comments

Log in to leave a comment

Be the first who will comment it