ДРОЖЖИ И ФЕРМЕНТЫ
Замесите немного муки в тесто и испеките его. Результат будет представлять собой грубый, жесткий, несваряемый крекер.
Продукт из муки и воды обладает способностью сохраняться, но может использоваться в качестве пищи только при размачивании в жидкости.
Печеное изделие, если оно используется в качестве питания, должно обладать легкостью и пористостью, а также быть составлено так, чтобы оно легко усваивалось.
По этой причине в хлебопечении требуются дрожжи.
Дрожжи.
Газовый тест. —Растворите в колбе 2 унции сиропа или меда в пинте воды при температуре 140 градусов по Фаренгейту и добавьте одну шестую унции прессованных дрожжей, которые были измельчены и растворены в части сахаристого настоя. Закройте колбу перфорированной резиновой пробкой, проведите через перфорацию изогнутую стеклянную трубку и присоедините кусок резинового шланга к стеклянной трубке. Через пятнадцать или двадцать минут можно будет увидеть, как к поверхности жидкости поднимаются мелкие пузырьки, количество которых будет постоянно увеличиваться, пока поверхность не покроется пенообразованием, несколько напоминающим верхушку цветной капусты.
Жидкость бродит. —Через 1–1½ часа пенообразование постепенно прекращается и наконец спадает.
Во время брожения выведите резиновый шланг, присоединенный к генерирующей колбе, в меньшую колбу, наполовину заполненную водой. Вы заметите пузырьки, выходящие из отверстия шланга через воду. Затем немедленно проведите испытание, поднеся зажженную спичку к маленькой колбе. Спичка будет гореть охотно, точно так же, как она горела бы на воздухе. Через десять или пятнадцать минут повторите эту процедуру, и горящая спичка погаснет сразу же, вплоть до огонька.
Во время первого испытания в маленькой колбе содержался только атмосферный воздух. Газу из генерирующей колбы потребовалось немного времени, чтобы вытеснить атмосферный воздух, в результате чего при втором испытании зажженная спичка погасла.
Еще одно странное явление заметно в связи с этим испытанием. Поверх воды в открытой колбе выделенный газ остается неподвижным, но может быть рассеян воздушным потоком, создаваемым либо дуновением, либо взмахом руки над горлышком бутылки.
Если мы затем нальем немного прозрачной известковой воды в другую маленькую бутылочку и позволим некоторому количеству газа из генерирующей колбы с помощью резиновой трубки перетечь в нее, то обнаружим, что после извлечения шланга, закрытия бутылки большим пальцем и легкого встряхивания содержимого известковая вода становится молочно-белой.
Это вызвано соединением растворенной извести и газа. Последний, который мы выделили, представляет собой углекислый газ (СО2).
С помощью вышеуказанных тестов мы обнаруживаем, что углекислый газ тяжелее атмосферного и поэтому некоторое время остается в бутылке, не нарушаемый атмосферным давлением, так как он соединяется с воздухом очень медленно. Создание тяги облегчает соединение с воздухом.
Верховые и низовые дрожжи.
Удалите стеклянной палочкой во время активного брожения немного пены из сахаристого настоя, смойте ее несколькими каплями чистой воды и поместите маленькую каплю раствора на предметное стекло микроскопа. При увеличении в 300–500 раз мы замечаем, что пена состоит из маленьких круглых или овальных пузырьков, которые изредка, хотя и редко, бывают удлиненными. Они появляются поодиночке или группами и часто похожи на нитки жемчуга. Эти пузырьки представляют собой дрожжевые клетки. На рисунке 5 показаны дрожжевые клетки после пяти часов размножения. Каждая клетка имеет тонкую оболочку из фибрина или целлюлозы; в то время как внутреннее пространство содержит мягкое зернистое белковое вещество, называемое плазмой, или протоплазмой.
Во время бурного брожения при температуре от 68 до 80 градусов по Фаренгейту большинство пузырьков вытесняется к поверхности жидкости под действием выделяющегося углекислого газа, а на завершающих стадиях брожения постепенно оседают. При температуре от 36 до 45 градусов по Фаренгейту брожение происходит медленнее, образующийся углекислый газ менее активен при выходе и не имеет достаточной силы, чтобы поднять пузырьки на поверхность. Дрожжевые клетки в значительной степени растут и оседают на дне сосуда для брожения.
Эти характеристики определяют верховые и низовые дрожжи.
Fig. 5.
Обе эти разновидности дрожжей принадлежат к одному виду, и каждая из них может быть превращена в другую путем изменения температуры во время размножения. Их можно распознать по небольшой разнице в размере. Благодаря более благоприятным условиям во время роста верховые дрожжи развиты несколько лучше, чем низовые. Прессованные дрожжи, используемые в хлебопечении, являются верховыми дрожжами.
Испытание дистилляцией. —После того как брожение в генерирующей колбе прекратилось и на поверхность жидкости больше не поднимаются пузырьки, проведите испытание путем дистилляции. Для этого мы сначала фильтруем сахаристую жидкость, чтобы удалить дрожжевые клетки. Поместите прозрачный фильтрат в чистую колбу, закройте ее перфорированной резиновой пробкой и соедините с помощью изогнутой стеклянной трубки с охлаждающим аппаратом. На рисунке 6 показан такой аппарат. Пар, образующийся из фильтрата, содержащегося в колбе, проходит через змеевик в охладителе, как показано на иллюстрации. Охладитель снабжен трубчатыми соединениями на нижнем и верхнем концах, в которые могут быть вставлены перфорированные пробки, через которые могут быть пропущены стеклянные трубки.
Fig. 6.
Нижняя трубка с помощью резиновых трубок соединяется с краном холодной воды, не показанным на иллюстрации; поток холодной воды вокруг змеевика можно регулировать на кране и сливать через верхнюю трубку.
Вместо показанного охладителя можно соорудить другой, направив трубку колбы с фильтратом в несколько более широкую и длинную стеклянную трубку, соединенную со второй бутылкой. Длинную стеклянную трубку в этом случае необходимо поддерживать в охлажденном состоянии, постоянно поливая ее холодной водой во время дистилляции.
Когда все соединения будут выполнены герметично, нагрейте фильтрат над спиртовой лампой до точки кипения, предварительно поместив колбу на кусок проволочной сетки для выравнивания тепла. Поднимающиеся пары, проходящие через змеевик, конденсируются и капают, как слезы, в сосуд, помещенный под охладителем. Это испарение и конденсация жидкости называется дистилляцией.
Та часть конденсированной жидкости, которая выделяется в начале, при пробовании на вкус окажется очень крепким спиртовым напитком. Поднесите к ней лучину — она произведет большое голубоватое пламя.
По мере продолжения дистилляции выделяющийся спирт постепенно теряет крепость, пока в конце концов не конденсируются почти исключительно водяные пары. Вода кипит при 212 градусах по Фаренгейту, спиртовые напитки — при 172 градусах по Фаренгейту. Следовательно, можно было бы сделать вывод, что в начале дистилляции возможно получить только спирт, если настой нагреть до 176 градусов по Фаренгейту.
Однако это мнение ошибочно. Точка кипения смеси лишь немного выше точки кипения чистого спирта, а образующиеся пары уже с самого начала представляют собой комбинацию обеих жидкостей, хотя поначалу доля спирта больше.
Теперь мы увидели, что дрожжи способны производить алкоголь и углекислый газ. Это называется спиртовым брожением.
Вино, пиво, бренди и другие спиртные напитки производятся путем спиртового брожения, и то же самое приписывается разрыхлению хлебного теста.
Дрожжевая клетка в поисках питания потребляет и изменяет сахар для облегчения роста, в конце концов расщепляя его до более простых тел алкоголя и углекислого газа.
Химические изменения сахара обусловлены постоянно меняющимся составом белковой плазмы дрожжевой клетки. Когда плазма теряет способность к самовосстановлению, она погибает и начинается гниение.
Сусло из сахара и диффундирующие белковые растворы являются идеальной пищей для дрожжей, так как они легко проникают через тонкие пористые оболочки дрожжевых клеток для питания плазмы, которая в то же время своим собственным действием создает необходимое тепло за счет растворения сахаров с образованием алкоголя и углекислого газа.
Следующее описание проиллюстрирует, как это достигается:
Сделайте мембрану, натянув и закрепив кусочек бычьего пузыря либо растительную или животную пергаментную бумагу поверх стеклянного цилиндра. Поместите его в сосуд с чистой водой и влейте в цилиндр крепкий раствор поваренной соли. Соляной рассол и чистая вода разделены друг от друга только тонкой мембраной пузыря или пергамента. Через некоторое время будет замечено, что солевой раствор диффундирует наружу через мембрану до тех пор, пока жидкость как снаружи, так и внутри плавающего цилиндра не приобретет одинаковую концентрацию. Это называется осмосом, или диализом.
При выборе питания дрожжи очень избирательны. Из углеводов глюкоза, мальтоза и вещества группы C6H12O6 способны к прямому брожению и быстро и бурно изменяются дрожжами. В прямой противоположности мы находим, что тростниковый сахар, свекловичный сахар, а также крахмал муки не сбраживаются до тех пор, пока не будут изменены химическим путем. Это изменение осуществляется самими дрожжами.
Плазма дрожжей содержит белковое вещество под названием инвертин. Как пояснялось выше, инвертин посредством диализа диффундирует наружу через оболочку клетки и превращает тростниковый сахар и сахара того же класса, а также часть мучного крахмала в сбраживаемый сахар, известный как инвертированные сахара.
Размножение дрожжей. —Во время брожения дрожжи питаются и воспроизводят себя. Зернистость живой плазмы разделяется и с частью плазмы образует небольшой бугорок на одном конце клетки; затем он входит в шейку, которая постепенно развивается за счет сокращения клеточной стенки и образует почку.
Шейка в конце концов закрывается, почкующаяся дочерняя клетка отделяется от материнской клетки, и каждая из них затем представляет собой отдельный организм.
Этот процесс известен как «почкование». Каждая материнская клетка способна последовательно давать несколько почнок. Дочерние клетки, в свою очередь, размножаются тем же способом, и таким образом с поразительной быстротой происходит размножение дрожжевых клеток.
Но дрожжи также размножаются спорами, называемыми «аскоспорами».
В этом случае дрожжевые клетки не выбрасывают почку, но плазма делится на (обычно) четыре части, называемые спорами, каждая из которых окружает себя тонкой оболочкой.
Эти споры, высвобождаясь в результате растворения целлюлозных оболочек материнских клеток, из-за своей мелкости уносятся в атмосферу. Если они случайно попадают в подходящую среду, такую как солодовое сусло или мучные закваски, начинается спонтанное брожение.
Это распознается по тому факту, что спонтанное брожение часто и легко происходит в бродильных отделениях дрожжевых заводов и пивоварен, так как в атмосфере всегда присутствуют бесчисленные количества спор.
Чистые культуры дрожжей. —По тому, как дрожжи питаются и размножаются, мы признаем их растением чрезвычайно элементарного строения.
Fig. 7.
Growing Yeast After 8 Hours’ Propagation.
Будучи лишенными зеленого растительного пигмента (хлорофилла), дрожжевая клетка не способна ассимилировать неорганические вещества, такие как углерод, азот, аммиак и определенные минеральные соли, с целью построения своих тканей.
Дрожжи относятся к семейству грибов и из-за своеобразного способа размножения классифицируются как «почковые грибы».
Мы вынуждены признать, что истинная природа дрожжевой клетки до сих пор никогда не была полностью удовлетворительно объяснена. Некоторые ученые придерживаются мнения, что дрожжевые клетки являются лишь зародышем развития более высоких грибов; ибо достоверно известно, что определенные виды почковых грибов не обладают способностью вызывать спиртовое брожение, в то время как, с другой стороны, некоторые из более высоких видов плесневых грибов обладают качеством не только вызывать спиртовое брожение, но также способны к образованию аскоспор. Стоит сказать об этом объяснении.
На практике доказано, что разные виды дрожжей производят совершенно разные виды сброженной жидкости. Эти различия распознаются в дрожжевых клетках вина, пива и винокуренного производства, причем последние также являются дрожжами брожения теста.
Если поместить дрожжевую клетку вина в пивное сусло, сброженное сусло приобретет винный привкус и будет называться мальтином.
Наука показала, что дрожжевые клетки состоят из групп различных видов. Основные виды, среди прочих, обнаруженные в пивных или спиртовых дрожжах, известны как Saccharomyces Cerevisiae и Saccharomyces Pastorianus.
Обе они очень похожи по внешнему виду, обе вызывают спиртовое брожение, но развивают в аналогичном сусле ряд совершенно разных побочных продуктов, анализ которых до сих пор ставил в тупик возможности химиков. Действие этих двух видов легко распознается по аромату и вкусу, придаваемым сброженной среде.
Подобно тому как букет, придаруемый вину, приписывается винной дрожжевой клетке (Saccharomyces Ellipsoideus), характерной для виноградного сока, пекарь по аромату своего выпеченного изделия распознает, что был применен правильный вид дрожжей, независимо от аромата, который мог быть получен за счет других материалов, используемых при выпечке.
Хотя разделить различные виды дрожжевых клеток сложно, явление образования спор указало путь к выполнению этой задачи.
При температуре 54 градуса по Фаренгейту Saccharomyces Cerevisiae демонстрирует образование аскоспор через 200 часов, в то время как Saccharomyces Pastorianus при той же температуре образует споры уже через 77 часов. Эта известная разница во времени созревания спор различных видов дрожжей используется при переносе спор любого конкретного вида на культуральные чашки с питательным желатином, на которых споры развиваются в небольшие колонии дрожжевых клеток.
Затем наиболее здоровая и крепкая на вид клетка вырезается с помощью стерилизованной платиновой проволоки и переносится в колбу со стерилизованным солодовым суслом, после чего начинается размножение из одной клетки любого заданного вида. Таким образом осуществляется получение чистой культуры дрожжей.
В бродильных чанах растущие дрожжи часто загрязняются спорами нежелательных видов из атмосферы, что приводит к созданию условий, неблагоприятных для желаемых целей. В таких случаях мы должны прибегнуть к чистой культуре дрожжей для восстановления желаемого брожения.
Производство прессованных дрожжей. —Прессованные дрожжи являются результатом спиртового брожения солодового и зернового сусла. Поскольку для пекаря представляет существенный интерес ознакомиться с общими знаниями относительно производства прессованных дрожжей, ниже приводится краткое, но понятное описание.
Обработка зерна. —Солод производят путем замачивания ячменя или других злаков в воде и раскладывания тонкими слоями на полах солодовенных цехов. будучи влажными и вследствие этого обеспеченными искусственным теплом, зерна начинают прорастать. По мере того как корешки увеличиваются в размере, в ростке образуется продукт, обладающий способностью превращать крахмал в сахар. Этот продукт называется диастазом. Эта реакция до сих пор окутана большим количеством таинственности и никогда еще не была четко определена.
Однако мы знаем следующее: некоторые части азотистых веществ зерна химически преобразуются в диастаз.
Практика подсказывает солодоращению по размеру, которого достигают корешки, когда была достигнута максимальная диастатическая сила солода.
Прорастание солода теперь останавливают путем сушки солода в сушилках при температуре от 131 до 176 градусов по Фаренгейту, что выпаривает влагу и прекращает дальнейшее прорастание.
Для целей соложения в основном используется ячмень, так как его диастатическая сила превосходит силу любого другого зерна.
Дрожжевой затор. —Для приготовления дрожжевого затора используются дробленый солод и рожь, хотя для замены части ржи используются и другие зерна, такие как кукуруза и гречиха.
Однако опыт показывает, что наилучшие результаты достигаются при использовании только ячменного солода и ржи.
Материалы выбираются с большой осторожностью. Используемая вода кипятится, рожь должна быть чистой и свободной от пыли, а солод — свободным от плесени. Рожь сначала замачивают в воде, а затем дробя.
В 200 литрах воды при температуре 125 градусов по Фаренгейту смешивают 100 кг зерна и постоянно перемешивают в течение тридцати минут, пока не исчезнут все комки, причем температура все это время остается постоянной. При этой температуре благоприятствуется растворение белковых веществ зерна и облегчается превращение крахмалов в сахар и декстрин.
Осахаривание затора. —По истечении тридцати минут температура затора постепенно повышается с помощью пара со 122 до 158 градусов по Фаренгейту при постоянном перемешивании.
Было подтверждено, что эти температуры наилучшим образом подходят для идеального желатинирования и осахаривания крахмалов без ущерба для диастатических свойств солода. В то же время температура 158 градусов по Фаренгейту, которая поддерживается в течение двух часов, полезна для эффективной стерилизации затора путем уничтожения нежелательных бактерий. За это время диастаз, который, как мы видели, образовался в прорастающем ячмене во время соложения, выполняет свою функцию самым быстрым из возможных способов. В результате получается очень сладкая, стойкая жидкость.
Чтобы убедиться, было ли осахаривание полным, небольшую порцию затора фильтруют и проверяют каплей настойки йода. Когда настойка йода перестает давать синее окрашивание в отфильтрованной жидкости, осахаривание считается завершенным.
Окисление затора. —Это, пожалуй, наиболее важный этап производства прессованных дрожжей, и необходимо соблюдать бдительность, если целью является производство чистых дрожжей, свободных от любого возможного заражения.
Средством, используемым для этой цели, является внедрение молочнокислого брожения. Затор накрывают, время от времени помешивают, но всегда снизу вверх, чтобы как можно большая поверхность соприкасалась с атмосферой (кислородом), в то время как затор поддерживают при температуре, благоприятной для роста молочнокислых бактерий.
Причина такого окисления двоякая. Во-первых, молочнокислые бактерии помогают превратить нерастворимые белковые вещества зерна в растворимые. Технически это известно как превращение белковых веществ в пептоны.