Proč kyne těsto?

Uvedená chemická rovnice zjednodušeně shrnuje jednu z možností, jak kvasinková buňka dovede naložit s cukrem. Tato možnost se nazývá dýchání či aerobní respirace – oxidace organických látek vzdušným kyslíkem. Rovnice je zjednodušená proto, že pomíjí mnohastupňovou povahu celého metabolického procesu, enzymy, které katalyzují jednotlivé chemické reakce, a vlastní důvod, proč si kvasinková buňka vůbec dává s dýcháním práci. Tím je převod chemické energie molekul glukózy do využitelné formy, uložené v molekulách adenozintrifosfátu (ATP) a v koncentračních gradientech látek na buněčných membránách (viz Vesmír 77, 23, 1998/1).

Dýchání představuje velice účinný způsob využití cukru kvasinkovou buňkou. Prodýcháním jedné molekuly glukózy (C₆H₁₂O₆) kvasinka získá energii postačující k syntéze až 38 molekul ATP; mohli bychom tedy psát

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 38ADP + 38PO₄^3– → 6CO₂ + 6H₂O + 38ATP. (1)

Vysoký energetický zisk však vyžaduje poměrně rozsáhlou počáteční investici v podobě syntézy a údržby velkého a složitě regulovaného enzymového aparátu, a nevyplatí se, pokud je cukerný substrát v nadbytku a přísun kyslíku je limitující, což odpovídá situaci v kynoucím těstě. V takové situaci se kvasinka uchyluje k metabolické cestě, kterou dobře známe z jiných praktických souvislostí, totiž k lihovému kvašení (etanolové fermentaci). Stojí snad za připomenutí, že ještě koncem minulého století kvasničářky čili „kvasňové báby“ kupovaly v pivovarech polotekutou suspenzi svrchních pivovarských kvasnic, kterou pak roznášely v putnách po okolních vesnicích a prodávaly po žejdlíkách. Živnost kvasničářek zanikla až se všeobecným rozšířením používání spodních pivovarských kvasnic, které mají na rozdíl od svrchních nahořklou chuť, a se zavedením prodeje spolehlivějšího a snáze transportovatelného lisovaného droždí. Lisované droždí pak není nic jiného než čistá kultura lihovarských kvasinek, tedy mikroorganizmu, který byl zvláště vyšlechtěn na vysokou výkonnost produkce lihu. ¹⁾

Zjednodušená souhrnná rovnice alkoholového kvašení je

C₆H₁₂O₆ + 2ADP + 2PO₄^3– → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 2ATP. (2)

Z této rovnice plyne, že fermentující kvasinka musí pro stejný energetický zisk zpracovat téměř dvacetkrát víc cukru, což ale v těstě obsahujícím velké množství cukrů nevadí (nezapomínejme, že škrob je také cukr). Pro nás je podstatné, že produkty kvašení jsou buď přímo plynné (CO₂), nebo za zvýšené teploty těkavé (líh C₂H₅OH, který se při pečení odpaří – proto se nelze opít rohlíkem), a jejich objem je podstatně větší, než byl výchozí objem cukru. Protože 1 mol jakéhokoli plynu zaujímá za standardních podmínek konstantní objem, z rovnice (2) lze vypočíst, že za normálního tlaku a pokojové teploty by oxid uhličitý vzniklý dokonalým prokvašením 1 kg cukru hladce zaplnil 250litrový sud. V měřítku bližším běžnému životu pak veškeré bublinky v půllitrové láhvi piva vznikají zkvašením přibližně 50 g cukru. ²⁾

Nejen při výrobě kynutého pečiva využíváme chemické reakce produkující plyn. Takzvané cukrářské droždí čili amonium má s opravdovým droždím (kvasinkou Saccharomyces cerevisiae) společnou právě jen tu plynotvornost. Je to totiž jednoduchá chemická sloučenina – uhličitan amonný – která se zahřátím při pečení rozkládá na oxid uhličitý, vodu a amoniak:

(NH₄)₂CO₃ → 2 NH₃ + H₂O + CO₂. (3)

Oxid uhličitý i amoniak jsou plyny, které se rozpínají a kypří těsto; a máme hned po ruce i důvod, proč bývá pečivo nakypřené amoniem za tepla cítit čpavkem. Složitější je však najít exaktní vysvětlení zkušenosti, kterou má dobře zažitou každá hospodyně hodná toho jména – proč kvalita kynutého pečiva výrazně závisí na tom, jak bylo těsto prohněteno. Možná je to prostě proto, že hnětení rovnoměrně rozptyluje kvasinky ve hmotě těsta a umožňuje jim tak lepší přístup k substrátu, možná i pro něco jiného, na co je věda zatím krátká.