Для сбраживания пивного сусла употребляются дрожжи верхового и низового брожения, размножающиеся почкованием. Эти дрожжи относятся к семейству сумчатых грибков - эндомицетов и входят в группу сахаромицетов.
Сбраживание сусла дрожжами верхового брожения имеет весьма характерные внешние признаки. Верховые дрожжи во время брожения поднимаются кверху и образуют шапку пены. К концу брожения часть дрожжей садится на дно чана.
Бродильная способность верховых дрожжей отличается тем, что большинство их совершенно не сбраживает раффинозу и лишь некоторые виды могут сбраживать раффинозу только на одну треть.
Низовые дрожжи во время брожения всегда садятся на дно и не образуют шапки на поверхности бродящего сусла. Но своей бродильной способности они отличаются от верховых дрожжей тем. что полностью сбраживают раффинозу.
В пивоварении наиболее широко применяются дрожжи низового брожения. Дрожжи верхового брожения употребляют значительно реже, главным образом для темных или специальных сортов пива.
Для специальных сортов пива, например английского портера, применяются также дрожжевые грибки, относящиеся к семейству торул (из рода слабобродящих бретаномицетов). Эти группы торул придают пиву особый своеобразный аромат. Они вводятся в пиво не в начале брожения, а в конце, перед выдержкой пива в лагерных подвалах.
Низовые дрожжи, применяемые в пивоварении, подразделяются на расы, отличающиеся по характеру роста на питательных средах (колонии), размеру и форме клеток, степени сбраживания сахаров, образованию ароматических веществ и т. д.
Все низовые дрожжи сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, раффинозу, не сбраживают инулин, лактозу и декстрины. Верховые дрожжи легко образуют споры, низовые же значительно труднее, а у некоторых рас пивных дрожжей вовсе не удается получить спорообразования.
Дрожжевые клетки низовых и верховых дрожжей имеют в большинстве случаев овальную форму. Форма клеток довольно изменчива; изменчив также в широких пределах и размер клетки. Поэтому в одной и той же чистой культуре дрожжей можно встретить то более круглые, то более вытянутые клетки.
Размеры клеток в разных культурах дрожжей колеблются от 6-8 до 12 мк по большему и меньшему диаметру клетки.
В клетках пивных дрожжей, как и всех других, различаются отчетливо выраженные оболочка, протоплазма с различными органическими включениями, больших или меньших размеров вакуоли и ядро.
Ядро в дрожжевой клетке обычно видно при специальных методах окрашивания. Оно имеет изменчивую форму, при почковании делится, и отделившаяся половина переходит в почку, из которой формуется новая, дочерняя дрожжевая клетка. При спорообразовании ядро клетки делится на столько частей, сколько спор образуется в клетке.
Морфологическое строение клетки зависит от ее физиологического состояния. Голодающие клетки, находящиеся в осадках, имеют зернистое строение протоплазмы и кажутся съежившимися. В мертвых клетках протоплазма отстает от оболочки, сами клетки кажутся сморщенными и имеют явно неправильное очертание оболочки. Такие клетки легко и интенсивно окрашиваются красками, например метиленовой синью. Молодые, только что отпочковавшиеся клетки имеют более нежную, тонкую протоплазму, в некоторых местах которой видны более темные, сильно преломляющие свет включения - жировые капельки, волютин и другие включения запасных питательных веществ. По мере старения клеток в них появляются больше включений и более выраженная зернистость протоплазмы, вакуоль также становится более заметной и большего размера.
Различное морфологическое строение клеток в зависимости от физиологического состояния дрожжей является одним из показателей, по которым можно при известном навыке судить ѳ благоприятных или неблагоприятных условиях брожения сусла.
Наиболее распространенной расой низовых дрожжей в пивоваренном производстве СССР была раса 776.
За последние годы широкое распространение получили также расы 11 и 47, выведенные Центральной научно-исследовательской лабораторией бродильной промышленности РСФСР.
Низовые пивные дрожжи обладают свойством во время брожения, и особенно в конце его, образовывать хлопья, состоящие из массы отдельных клеток, как бы склеенных между собой. Эта способность дрожжей (хлопьевидность) имеет весьма важное практическое значение. Благодаря хлопьевидности пивных дрожжей достигается быстрое осветление пива и создается полная возможность собирать дрожжи из бродильных чанов, не прибегая к сепарированию, и вновь использовать их для последующих циклов брожения.
Хлопьевидность дрожжей зависит от свойств оболочек дрожжей и также, по-видимому, от электрического заряда клеток. Она легко нарушается при изменении концентрации водородных ионов. В слабощелочной среде хлопьевидные дрожжи становятся пылевидными, но особенно сильно изменяется хлопьевидности дрожжей в кислой среде.
Наибольшая хлопьевидное™ дрожжей наблюдается в среде при pH 4,0-4,4. При большем подкислении среды дрожжи становятся пылевидными.
На характер хлопьеобразования дрожжей большое влияние оказывает температура брожения. При более высокой температуре хлопьеобразование менее выражено, чем при низких температурах.
На скорость оседания дрожжей известное влияние оказывает также упитанность дрожжей и их плотность. В этом отношении низовые дрожжи также выгодно отличаются от верховых, более легких дрожжей.
Оптимальная температура для роста низовых дрожжей около 25-27°С, минимальная - около 2-3°С. Низовые дрожжи хорошо переносят низкую температуру при хранении; при длительном хранении в этих условиях они приспосабливаются и значительно повышают бродильную энергию.
Дрожжи низового брожения при температуре 60-65ºC отмирают. Это имеет важное значение при пастеризации пива. Оптимальной температурой брожения в производстве обычно считается от 8 до 10ºC, хотя при более высокой температуре (10-14°С) может быть достигнута наибольшая интенсивность брожения.
На низовые дрожжи оказывает сильное угнетающее действие ряд веществ. При содержании этилового спирта в среде выше 1,5% замедляется размножение дрожжей, а при содержании спирта выше 3% заметно ослабевает их бродильная способность. Кислоты действуют угнетающе в значительно меньших концентрациях, причем минеральные кислоты действуют сильнее органических. Серная кислота в концентрации 0,5% убивает дрожжи в течение 1-2 ч. Из органических кислот молочная кислота в концентрации до I % легко переносится дрожжами. Сильное действие на дрожжи оказывает уксусная кислота. В концентрации 0,5% она резко угнетает, а в концентрации 1% убивает дрожжи в короткий срок.
Самая слабая органическая угольная кислота (Н2СО3) также угнетает развитие дрожжей. Это угнетающее влияние углекислоты при концентрации ее в среде до 0,2% сказывается главным образом на замедлении почкования дрожжей. Более высокая концентрация угнетает и бродильную способность дрожжей. Концентрация углекислоты 1,5%, достигаемая при избыточном давлении CO2 9-10 атм, останавливает брожение, но не убивает дрожжей.
Угнетающее действие угольной кислоты связано с торможением реакции расщепления пировиноградной кислоты на ацетальдегид и углекислоту (см. приведенную выше схему брожения).
Ацетальдегид, как и формалин, оказывает на дрожжевые клетки сильное угнетающее действие при относительно низких концентрациях, но более высоких, чем это встречается в нормальных условиях брожения.
Высшие спирты, в том числе и образуемые дрожжами при брожении, входящие в состав сивушного масла, ядовиты для дрожжевых клеток. Но в тех концентрациях, которые встречаются в бродящем пиве, заметного влияния на бродильную энергию не оказывают. Однако если искусственно создать такую концентрацию высшего спирта в среде до начала брожения, то может затормозиться или полностью остановиться процесс размножения и почкования дрожжей.
Ультрафиолетовые лучи обладают сильным действием и довольно быстро убивают дрожжи.
От свойства дрожжей зависят осветление пива во время брожения, степень сбраживания и скорость процесса брожения, а также аромат и вкус пива.
По способности обусловливать аромат и вкус пива дрожжи довольно резко отличаются друг от друга, хотя и не удалось еще химико-аналитическими методами установить различие, вызываемое ими в составе пива. Известно сейчас только одно, что эти различия зависят от продуктов обмена веществ у дрожжей, которые не удается определить химически, по всей вероятности, из-за крайне малых количеств этих продуктов.
Для производства пива наиболее ценны такие дрожжи, которые глубоко и быстро сбраживают экстракт сусла, дают сильное II полное осветление, образуют ярко выраженный аромат и мягкий вкус пива.
Однако такие качества дрожжей не совмещаются в какой- либо одной расе. Поэтому в производстве начинают широко применять смешанные расы дрожжей или ведут брожение на разных расах с последующим смешиванием пива после главного брожения. Для смешанных рас подбирают дрожжи с одинаковой скоростью размножения: одни с более выраженной бродильной способностью, а другие - дающие более тонкий аромат. Но при всех условиях смешиваемые расы дрожжей должны обладать примерно одинаково выраженной хлопьевидностью.
Все сказанное относится к культурным дрожжам. Кроме них, в производстве, как спутники и вредители, встречаются так называемые дикие дрожжи. Они могут относиться к тому же семейству зндомицетов и входить в группу сахаромицетов, как и культурные пивные дрожжи. Нередко на производстве встречаются дикие дрожжи, относящиеся и к другим семействам.
Из сахаромицетов встречаются дрожжи Saccharomyces еllі рsoideus, Saccharomyces pasteurianus, Saccharomyces apiculatus и др. Они обладают очень слабой энергией брожения, образуют не более 1% спирта. Многие из них бывают причиной постороннего запаха (затхлый, запах сельдерея) и вкуса пива.
К вредителям производства относятся также дикие пленчатые дрожжи (Mycoderma). Они преимущественно развиваются на поверхности сусла и пива в виде пленки, образуют вещества, придающие пиву неприятный вкус и запах, спирт окисляют до уксусной и угольной кислоты.
Большинство диких дрожжей нуждается в кислороде и довольно плохо развивается при температуре ниже 10°С. Поэтому предупредительные меры, предохраняющие производство от развития диких дрожжей, сводятся к соблюдению чистоты, ведению брожения при низкой температуре, уменьшению поверхности соприкосновения сусла и бродящего пива с воздухом.
24 25 26 27 28 29 ..ЧИСТЫЕ КУЛЬТУРЫ ВИННЫХ ДРОЖЖЕЙ
Различия между расами винных дрожжей.
Сбраживание стерильного виноградного сока в лабораторных условиях с применением дрожжей разных рас позволяет сравнивать их между собой. Давно известно, что расы винных дрожжей различаются по скорости размножения, скорости сбраживания сусла, сульфитостойкости, термо- и холодостойкости, кислотовыносливости, скорости осветления вина в связи с образованием пылевидных или хлопьевидных (конгломератных) осадков.
Чистые культуры дрожжей различаются и по спиртообразующей способности, определяемой по количеству образованного спирта при сбраживании сусла с повышенным содержанием сахара, и по спиртовыносливости, т. е. способности размножаться в винах с разной спиртуозностью.
Перечисленные свойства используются при выборе культуры дрожжей для сбраживания сусла в различных условиях. Так, в сусло, содержащее повышенное количество свободной сернистой кислоты (более 20 мг/л), рекомендуется вносить сульфитостойкие расы дрожжей; при низкой температуре сусла и окружающего воздуха (ниже 15°С) -холодостойкие культуры; при высокой температуре (выше 30°С) -термостойкие, при высокой кислотности (величина pH сусла ниже 3,0) - кислотовыносливые, при высоком содержании сахаров сусла (выше 22%) и необходимости полного сбраживания - расы дрожжей, обладающие высокой спиртообразующей способностью, для возобновления брожения вина - спиртовыносливые. При необходимости возможно большего контакта дрожжей со средой вносят расы дрожжей, образующие пылевидные осадки, а для бутылочной шампанизации для облегчения ремюажа и дегоржажа - расы дрожжей, образующие хлопьевидные осадки. Некоторые расы дрожжей с перечисленными выше свойствами приведены в табл. 27.
Установлены различия между винными дрожжами по пенообразующей способности. Показано, что расы дрожжей вида Sacch. uvarum сбраживают сусло без пены . Дрожжи этого вида накапливают повышенные количества глицерина и характеризуются холодостойкостью .
Кроме основного продукта брожения-этилового спирта - дрожжи-сахаромицеты
накапливают вторичные и побочные продукты брожения в различных соотношениях.
Многие из них уча-
ствуют в образовании аромата молодых вин. Сюда относятся высшие спирты, эфиры, жирные кислоты, альдегиды, диацетил и ряд других соединений.
Литературные данные, относящиеся к изучению образования высших спиртов при сбраживании виноградного сусла, свидетельствуют, что этот процесс зависит от состава сусла, степени его осветления, условий аэрации, стадии брожения и расы дрожжей. Проведенные нами определения показали, что разные расы винных дрожжей образовывали высших спиртов при сбраживании сусла от 80 до 500 мг/л. Наименьшее их количество было в вине при сбраживании сусла расой дрожжей Магарач 17-35 вида Sacch. oviformis и наибольшее - расой Яблочная 17 вида Sacch. vini. Культуры были рекомендованы для испытаний при приготовлении коньячных виноматериалов в Молдавии. Испытания показали целесообразность применения культур, образующих небольщие количества высших спиртов, для: получения 148 коньячных виноматериалов, так как высшие спирты при перегонке концентрируются. Виноматериал, полученный сбраживанием сусла на расе дрожжей Яблочная 17, был обогащен такими нежелательными компонентами, как изобутиловый, амиловый и изоамиловый спирты .
Образование летучих кислот, так же, как и высших спиртов, зависит от условий брожения и расы дрожжей. Количество летучих кислот колебалось в пределах 0,7-1,08 г/л при сбраживании сусла несколькими сотнями штаммов вида Sacch. ellipsoideus . Показано, что расы дрожжей образуют одинаковый набор летучих кислот (уксусную, пропионовую, изомасляную, масляную, изовалериановую, валериановую, капроновую, каприловую), но количества их различны. Содержание уксусной кислоты составляет около 90% от суммы летучих кислот. Расы дрожжей Туркестанская 36/5, Романешты 46, Яблочная 17 образуют на 0,4-0,5 г/л летучих кислот больше, чем Шампань Аи, Судак VI-5 вида Sacch. vini .
Состав фракций летучих сложных эфиров вин зависит от вида, расы дрожжей и условий брожения. Однако о роли отдельных эфиров в сложении вкусовых и ароматических свойств вина наши сведения еще недостаточны, кроме этилацетата, который легко обнаруживается органолептически и образуется в значительно больших количествах дрожжами пленчатыми и апикулятусами, чем сахаромицетами .
Н. И. Бурьян и сотр. получены сведения о различиях между расами дрожжей по образованию диацетила и ацетоина. Расы Ркацители 6, Ленинградская образуют их меньше, чем Ка-хури 7, Штейнберг 1892 г., Шампань Аи. Высказывается предположение, что присутствие в винах сниженных количеств высших спиртов, ацетоина, диацетила и незначительных количеств высококипящих летучих кислот будет играть положительную роль в образовании аромата вин.
Установлены различия между расами дрожжей по способности образовывать пировиноградную и а-кетоглутаровую кислоты, которые связывают свободную сернистую кислоту и снижают ее антисептическое действие . Показано, что некоторые штаммы дрожжей могут образовывать при брожении сероводород из H2SO3 и элементарной серы и придавать вину сероводородный тон. В Австралии проведена селекция рас дрожжей, не образующих сероводорода даже в присутствии элементарной серы, попадающей в сусло с ягод винограда, обработанных серой. Сообщается о резком снижении сероводородного тона в винах в результате применения отселекционированных рас дрожжей .
Появились работы, в которых сообщается о различиях между расами винных дрожжей по потреблению яблочной кислоты в процессе брожения сусла . Некоторые расы дрожжей способны разлагать почти половину яблочной кислоты, а другие-- очень немного . Вероятно, можно будет отобрать расыдрожжей с минимальной способностью поглощения яблочной кислоты и использовать их для сбраживания низкокислотных сусел и, наоборот, расы дрожжей с максимальным потреблением яблочной кислоты, которые будут снижать кислотность при брожении высококислотных сусел.
Определение активности ферментов пектинрасщепляющего комплекса у 292 рас дрожжей-сахаромицетов показало, что они различаются по активности пектинэстеразы и полигалактуроназы, т. е. по способности расщеплять пектиновые вещества .
Появилось сообщение о том, что замечена разница между расами дрожжей по фиксации пигментов. Возможно, это свойство будет учитываться при отборе рас дрожжей для виноделия по красному . В настоящее время для приготовления красных вин рекомендуются культуры, выделенные из красных вин, имеющие названия Бордо, Каберне 5 и др.
Ассимиляция аминокислот дрожжами из среды происходит сложными биосинтетическими путями, включая переаминирование. Исследование некоторых трансаминаз показало, что расы винных дрожжей обладают разной активностью этих ферментов и она остается достаточно высокой у некоторых культур при выдержке вина на дрожжевом осадке. Ферментные концентраты, приготовленные из разных рас винных дрожжей, различаются по содержанию в них аминокислот и витаминов группы В, в связи с чем возможно индивидуальное воздействие того или иного ферментного концентрата на качество вина. Для получения ферментных концентратов рекомендуется раса Феодосия 1-19 .
Показано, что на размножение молочнокислых бактерий, вызывающих яблочно-молочное брожение, влияет штамм дрожжей, на котором проходит спиртовое брожение. Высказано предположение, что штаммы дрожжей могут выделять стимуляторы и ингибиторы размножения молочнокислых бактерий .
Установлена связь между спиртовыносливостью рас дрожжей, их выживаемостью и образованием больших количеств альдегидов при выдерживании виноматериалов на дрожжевых осадках в условиях ограниченного доступа воздуха к виноматериалу. Для накопления альдегидов при получении хереса беспленочным методом рекомендуется проводить сбраживание сусла и последующую выдержку вина на спиртовыносливых расах дрожжей вида Sacch. oviformis. К числу таких рас относятся Мага-рач 17-35, Ленинградская, Киевская.
Недавно получены данные о существовании антагонистических отношений между культурами дрожжей-сахаромицетов. Оказалось, что все они принадлежат к одному из трех фенотипов: убийца или киллер (killer - К), нейтральный (neutral - N), чувствительный (sensitive - 5). Киллеры вызывают гибель чувствительных культур при совместном развитии в виноградном сусле. Дрожжи, имеющие фенотип нейтральных, не убивают чувствительные и не погибают от действия киллеров. В связи с
тем что виноградное сусло, поступающее на брожение, нестерильно и содержит дрожжи разных фенотипов (К, N, S), целесообразнее для обеспечения брожения сусла на чистых культурах дрожжей вводить в него разводки более конкурентоспособных рас фенотипов К или N . Среди культур, имеющихся в коллекции дрожжей ВНИИВиВ «Магарач», такими свойствами обладают расы 47-/С и 5-N вида Sacch. vini, которые к тому же являются сульфитостойкими, что делает их еще более конкурентоспособными и позволяет им быстрее размножаться в сусле после его отстаивания с сульфитацией.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
ТЕМА №2 .
МИКРООРГАНИЗМЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДС Т ВАХ
2.1. ДРОЖЖИ
2.1.6. БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРОЖЖЕЙ. РАСЫ И ШТА М МЫ
Биотехнологические свойства пивных дрожжей
Вид: S.cerevisiae
Биотехнол.св-ва п.др. - 10 свойств, прочитаны.
Расы и штаммы пивных дрожжей
Раса 11 - самая популярная в России, идеал пивных дрожжей. С 1939 г. Быстросбраживающая, отсутствует глюкозная репрессия, неприхотлива к сырью (несоложеные материалы), используется для сбраживания плотного сусла (до 22% СВ), О 2 -независима, пиво хорошо осветляется.
Общая характеристика пивных рас и штаммов
Неприхотливы к сырью: 11, 776.
Очень требовательны к сырью: 34, 308.
Высокая скорость размножения: 11, 776, 8аМ, f-чешская.
Быстросбраживающие: 11, 8аМ, f-чешская, 70, 34, 308.
Глубоковыбраживающие: Ф-2(гибридная, декстрины, до 93%), 776, 11, 8аМ, 34, 308.
Для сбраживания плотного сусла: 11, 776, 8аМ, 41, 46, S-львовская.
Пиво хорошо осветляется из-за хорошей флокуляции: 11, 776, 8аМ, 41, 46.
Устойчивость к инфекциям: f-чешская.
Для жесткой воды: 41, 46.
Степень популярности рас в России: 11 - 44,5% заводов России; 8аМ - 34,1%; 776 - 4,1%; 44, S-львовская, 34, 308 - 10%. На остальные (f-чешская, 41, 46, 70 и др.) - менее 10%.
Часто стали использовать верховые: Hensen, Egh, Верховые-2, Верховые-32.
N.B.!!! Часто используют комбинацию штаммов, но совмещать можно штаммы только с одинаковой скоростью размножения!!!
АСПД - активные сухие пивные дрожжи. Их получают в асептических условиях (т.е. это ЧК) и они обладают ксерорезистенстностью (К). К - способность сохранять жизнеспособность при обезвоживании и длительном хранении в обезвоженном состоянии.
Технология получения и применения АСПД была разработана в 1994 г. в России Мелединой для Российского пивоварения и пива в домашних условиях (аналог инстантным хлебным дрожжам).
Достоинства АСПД: жизнеспособность клеток АСПД - не 90%; длительное сохранение биотехн.св-в - 6 мес. при 4-10 о С; положительное влияние на вкусовой профиль пива (низкое содержание спиртов, лет.кислот).
Дозировка АСПД, приготовленных в лаборатории м/о, биохимии, технологии дрожжей С-Пбр. 10-15 г/л (расы 8аМ, 11, 34, 129, 140, 145, 146, 148 - низовые).
Дозировка АСПД, приготовленных в Финляндии (Crown - верховые) - 70 г/л.
Также готовятся АСПД в DVL, Великобритании (Safbrew S-33 верховые и низовые; Saflager-23 низовые).
Биотехнологические свойства спиртовых дрожжей
Виды: S.cerevisiae, Schizosaccharomices pombe
1. Высокая бродильная активность.
2. Иметь и сохранять анаэробный тип метаболизма.
3. Микробиологическая чистота.
4. Устойчивость к продуктам своего ОВ и ОВ других м/о.
5. Устойчивость к резким изменениям состава среды, особенно к большим концентрациям солей и СВ ((осмоустойчивость).
6. При переработке мелассы полностью сбраживать раффинозу.
Расы и штаммы спиртовых дрожжей
При переработке зерна и картофеля используются пылевидные расы (верхового брожения): XII, II, XV, M, К-81, гибрид 69, S.pombe 80. Эти расы нельзя использовать для сбраживания мелассы, т.к. у них нет ферментов, сбраживающих раффинозу, и они неустойчивы к высокому содержанию СВ, что характерно для мелассы.
Раса XII: до недавнего времени наиболее часто используемая раса, но раффинозу сбраживает на 1/3, не сбраживает декстрины (похожи и хуже II, XV, M).
К-81 и S.pombe 80: используются вместе. Термотолерантны (до 35-36 о С), а также частично гидролизируют и сбраживают конечные декстрины. Это позволяет ускорить брожение, увеличить выход спирта, снизить расход хладоагента. Также они в 2-2,5 раза образуют больше в.спиртов и в 2-10 раз меньше глицерина, чем XII.
В производстве спирта перспективнее использовать гибридные расы дрожжей, т.к. в результате мутаций или гибридизаций они имеют фермент -галактозидазу и могут сбраживать раффинозу, выше скорость размножения, лучше хлебопекарные свойства..
Гибрид 69: по сравнению с XII лучше размножается в зерновых заторах, дольше сохраняет биохимическую активность, обладает амилолитической активностью
При переработке мелассы используются осмофильные расы: Я, Ял, В, Вл, В 30 , гибриды Г-67, Г-73, Г-75, Г-112, У-563, Г-105 и др.
Негибридные расы отличаются высокой бродильной активностью, устойчивостью к СВ, серной кислоте, солям, спирту; после работы их биомасса используется как хлебопекарные дрожжи, но сбраживают раффинозу на 1/3.
В 30: выше генеративная способность, устойчивость к ввам, хлебопекарные качества, раффинозу сбраживают на 70-80%.
Гибриды лучше, имеют фермент мелибиазу=-галактозидазу, сбраживают раффинозу на 100%, хлебопекарные свойства бывают лучше, чему у хлебных. Но могут потерять свои полезные свойства.
Биотехнологические свойства хлебопекарных дро ж жей
Вид: S.cerevisiae
3. Высокая подъемная сила (не более 70 мин до 70 мм)
4. Высокая зимазная (-фруктофуранозидазная, 45-60 мин) и мальтазная (-глюкозидазная, 60-90 мин) активности.
5. Высокая стойкость при хранении в прессованном и сушеном виде (0-20 о С не менее 20 сут.)
6. Устойчивость к мелассной среде (к резким изменениям состава среды, особенно к большим концентрациям солей и СВ)
Расы и штаммы хлебопекарных дрожжей
С 1860 г. по 1939 на дрожжевом производстве используются спиртовые расы дрожжей, не специализированные.
В 1939 г. была выделена раса Томская. Она неплохая, но требовательна к ростовым ввам и имеет низкую мальтазную активность (160 мин).
Одесская раса 14: выделена в 1954 г. из импортных сушеных дрожжей. По всем параметрам лучше Томской (кроме ростовых вв) и является основой для селекции остальных дрожжей.
В настоящее время выбор хлебопекарных рас большой.
Штамм Я-1: устойчив к Т (до 37-38 о С), подходит для южных районов.
Гибриды Г-176, Г-262, Г-296-6: зимаз. 42-57, мальт. 65-75; для получения сушеных дрожжей, т.к. содержат много трегалозы (до 8,7%).
Г-512: триплоид, с повышенным синтезом витаминов.
ЛВ-7, 739, 722, Л-1-Л-3 и много других.
N.B.!! Имеется зависимость: штаммы, обладающие наибольшей бродильной активностью, хуже сохраняются и теряют свои свойства при высушивании.
Биотехнологические свойства винных дро ж жей
При сбраживании виноградного сусла используют либо естественную, дикую микрофлору винограда, либо ЧКВД.
Брожение на диких дрожжах или спонтанное брожение рационально использовать при нормальном составе виноградного сусла и благоприятных температурных усвлоиях брожения. При этом в сусле сначала развиваются Hanseniaspora apiculata, затем S.vini, S.oviformis, S.uvarum.
Брожение на ЧК лучше использовать при каких-либо отклонениях состава сусла или невозможности создать/поддержать нормальные условия брожения. Применяют дрожжи рода S., видов S.vini, S.cerevisiae, S.oviformis, S.bayans.
1. Высокая бродильная активность (скорость образования СО 2)
2. Высокая продуктивность (скорость роста)
3. Высокая скорость размножения (выше, чем у диких дрожжей, или придется много вносить, чтобы не вытеснили).
4. Устойчивость к посторонним м/о сусла (бактериям, мицелиальным грибам) и продуктам их ОВ.
5. Отдельные свойства ВД диктуются условиями производства вина: устойчивость к кислотности, SO 2 , Т о и др.
Расы и штаммы винных дрожжей
Высокая кислотность сусла: Феодосия 1-19, судак II-9.
Сульфитостойкость: Берегово-2, Феодосия 1-19, Севлюш-72.
Спиртоустойчивость: Середне-191, Ужгород-671.
Холодостойкость: Кахури-7, Бордо-20.
Термостойкость: Ашхабадская-3, Туркменистанская 36-5.
Используются смеси рас, все чаше - сухие винные дрожжи.
Биотехнологические свойства квасных дро ж жей
Вид: S.minor.
Биот.свва квасных дрожжей обусловлены ограниченной их ролью при получении кваса.
Квас - это продукт молочнокислого и незаконченного спиртового брожения. В результате МКброжения сахара квасного сусла превращаются МКБ в молочную кислоту (кислотность), другие вва (укс.к-та, этанол, СО 2 , летучие аромат.в-ва).
В результате СПброжения сахара квасного сусла превращаются в СО 2 и небольшое количество этанола (до 0,5%). В результате взаимодействия продуктов МКброжения и СПб накапливается до 0,04% уксусно-этилового эфира и диацетила, которые создают специф. аромат и вкус кваса, повышают его стойкость.
1. Хорошая бродильная активность (обычно сбраживают только глюкозу и сахарозу)
2. Высокая кислотоустойчивость по сравнению с сахаромицетами.
3. Хорошее осаждение при охлаждении.
4. Устойчивость к автолизу.
5. Мягкий и приятный вкус и аромат кваса.
Расы и штаммы квасных дрожжей
Квасные дрожжи рас: М; 131; К; С-2.
Вместо квасных S.minor используют:
Винные высокопродуктивные низовые S.vini: Штейнберг-6, Киевская, Днепропетровская.
Пивные низовые S.cerevisiae: 497, 34/70.
Хлебопекарные высокопродуктивные S.cerevisiae: ЛВ3.
Подобные документы
Способы получения пекарских дрожжей. Промышленное производство дрожжей без запаха и вкуса. Особенности получения данного продукта методом химической активации. Характеристика и технология получения винных дрожжей с высокой бродильной активностью.
реферат , добавлен 08.12.2014
Химический и витаминный состав сухих пивных дрожжей, технология их производства. Строение и принцип работы установки производства чистой массовой культуры, дрожжегенераторов и вальцовых вакуум-сушилок. Правила промывки и хранения конечного продукта.
реферат , добавлен 24.11.2010
Производство хлебопекарных дрожжей на мелассно-дрожжевых предприятиях. Технологические режимы переработки мелассы различного качества. Схема получения маточных дрожжей по режиму ВНИИХПа. Хранение, сушка, формовка, упаковка и транспортировка дрожжей.
курсовая работа , добавлен 19.12.2010
Состав и свойства кормового дрожжевого белка. Производство кормовых дрожжей на зерно-картофельной барде. Технология переработки зерновой барды в сухие кормовые дрожжи, использующая непатогенный штамм Rhodosporium diobovatum. Выращивание товарных дрожжей.
презентация , добавлен 19.03.2015
Изучение и воспроизводство различных видов пивных дрожжей. Аппаратно-технологическая схема производства пива. Основные этапы процесса пивоварения: соложение, варка, брожение, дображивание, осветление, созревание, фильтрация, пастеризация и розлив.
курсовая работа , добавлен 19.12.2010
Химический состав кормовых дрожжей. Сырьё и вспомогательные материалы. Оптимальные условия культивирования кормовых дрожжей на мелассной барде, стадии данного процесса. Аппаратурно-технологическая схема производства кормовых дрожжей на мелассной барде.
курсовая работа , добавлен 19.12.2010
Потребление углеводов клеткой дрожжей. Практическая значимость усвоения углеводов клеткой. Практическое значение спиртового брожения. Синтез углеводов в клетке. Азотный, жировой, минеральный обмен дрожжей. Значение кислорода в метаболизме дрожжей.
лекция , добавлен 21.07.2008
Основные приемы и методы технологических расчетов в бродильных производствах, приведены необходимые формулы и справочные материалы, рассмотрены примеры решения задач. Для приготовления пива кроме ячменного солода используют несоложеный молотый ячмень.
методичка , добавлен 21.07.2008
Общая схема работы промышленного вакуум-фильтра. Экспериментальные исследования организации технологического процесса фильтрования дрожжевой суспензии. Характеристика путей сокращения затрат на организацию процесса изготовления хлебопекарных дрожжей.
статья , добавлен 24.08.2013
Характеристика микрофлоры дрожжевого производства. Процесс выращивания белковых дрожжей. Среды, применяемые для их производства. Описание технологической схемы получения дрожжей. Расчет материального баланса дрожжевого отделения биохимического завода.
2 Общая характеристика и расы дрожжей, применяемых в бродильных производствах
Культурные дрожжи относятся к семейству сахаромицетов и называютсяSaccharomyces cerevisiae.
Температурный оптимум для размножения дрожжей находится в пределах 25-30°С, а минимальная температура около 2-3°С. При температуре 40°С рост прекращается и дрожжи отмирают, но низкие температуры дрожжи переносят хорошо, хотя размножение их приостанавливается. Дрожжи не погибают даже при температуре –180°С (жидкий воздух). При высокой концентрации сахара в среде жизнедеятельность дрожжей прекращается, так как при этом увеличивается осмотическое давление, при определенном значении которого наступает плазмолиз дрожжевых клеток. Плазмолизом называется сжатие клетки с последующим отслоением протоплазмы от клеточной оболочки вследствие обезвоживания клетки и связанного с этим резкого падения давления клеточного сока. Величина предельной концентрации сахара для различных рас дрожжей неодинакова.
Различают дрожжи верхового и низового брожения. В каждой из этих групп имеется несколько отдельных рас.
Дрожжи верхового брожения в стадии интенсивного брожения выделяются на поверхности сбраживаемой среды в виде довольно толстого слоя пены и остаются в таком состоянии до окончания брожения. Затем они оседают, но редко дают плотный осадок на дне бродильного сосуда. Дрожжи верхового брожения по своей структуре принадлежат к пылевидным дрожжам, не склеивающимся друг с другом в отличие от хлопьевидных дрожжей низового брожения, оболочки которых являются клейкими, что приводит к агглютинации и быстрому осаждению клеток.
Дрожжи низового брожения, развиваясь в сбраживаемой жидкости, не переходят в поверхностный слой – пену, быстро оседают по окончании брожения, образуя плотный слой на дне бродильного сосуда.
Отличительным признаком является способность дрожжей низового брожения полностью сбраживать рафинозу, тогда как большинство дрожжей верхового брожения рафинозу совершенно не расщепляет, и лишь некоторые виды могут сбраживать ее только на одну треть. Это основное различие объясняется тем, что в ферментном комплексе названного типа дрожжей содержится α-галактозидаза.
Из культурных дрожжей к дрожжам низового брожения относится большинство винных и пивных дрожжей, а к дрожжам верхового брожения – спиртовые, хлебопекарные и некоторые расы пивных дрожжей. Первоначально были известны только дрожжи верхового брожения, так как брожение всяких соков происходило при обычной температуре. Желая получить напитки, насыщенные СО 2 , человек стал вести брожение при низкой температуре. Под влиянием изменившихся внешних условий получились дрожжи низового брожения с их свойствами, получившие широкое распространение.
Кроме общих свойств, дрожжи, используемые в том или ином производстве, обладают специфическими показателями. Более того, в одном и том же производстве применяются разновидности, различающиеся одной или несколькими особенностями. Их выводят из одной клетки. Такие культуры называют расами (штаммами). Каждое производство располагает несколькими расами дрожжей.
Расы дрожжей спиртового производства
В спиртовом производстве применяются те расы дрожжей верхового брожения, которые обладают наибольшей энергией брожения, образуют максимум спирта и сбраживают моно- и дисахариды, а также часть декстринов. Из дрожжей, применяемых при получении спирта из хлебно-картофельного сырья, следует назвать расы ХП, М и ХV.
При переработке мелассы на спирт применяют расы Я, Л, В, Г-67, Г-73. Эти расы относятся к семейству Saccharomyces taceae, роду Saccharomyces, виду cerevisiae.
Раса ХП выделена в 1902 году из хлебопекарных прессованных дрожжей. Клетки дрожжей этой расы круглые ияйцевидные размерами 5-6,2 х 5-8 мкм.
Развитие и размножение дрожжей расы ХП идет очень быстро. Они сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, галактозу, мальтозу, маннозу, рафинозу на одну треть и могут образовывать в сбраживаемой среде до 13%об спирта.
Раса М (Mischung – смесь), предложенная Геннебергом в 1905 году, состоит из смеси четырех рас дрожжей верхового брожения; она предназначена для сбраживания сред, содержащих смесь различных сахаров (декстринов, рафинозы), которые неодинаково сбраживаются различными дрожжами. Такая смешанная культура очень устойчива против различных ненормальных условий, встречающихся в заводской практике.
Раса ХV по технологическим признакам сходна с расой ХП. Ее применяют наряду с расой ХП для сбраживания смешанного зерно-мелассного сырья.
Из названных рас наиболее пригодной для сбраживания сусла из крахмалистого сырья является раса ХП, которая применяется также в гидролизном и сульфитноспиртовом производствах. Правда, для сбраживания сульфитных щелоков выведены специально сульфитные дрожжи, сбраживающие глюкозу, фруктозу, галактозу и маннозу.
Дрожжи, применяемые на спиртовых заводах, перерабатывающих мелассу, должны обладать специфической способностью быстро сбраживать довольно концентрированные сахарные растворы и хорошо переносить высокое содержание солей в среде. Сбраживать же растворы, содержащие большие концентрации сахара, могут так называемые осмофильные дрожжи, которые выносят очень высокое осмотическое давление.
К таким дрожжам относится раса Я, выведенная из мелассных дрожжей К.Ю. Якубовским. Раса Я обладает исключительной способностью сбраживать высокие концентрации сахара и хорошо переносит высокое содержание солей и спирта в сбраживаемом мелассном сусле. Дрожжи расы Я сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, галактозу, мальтозу; рафинозу сбраживают только частично и совершенно не сбраживают декстрины и лактозу. Раса Я относится к пылевидным дрожжам верхового брожения.
Дрожжи расы Л (Лохвицкая) близки по своим свойствам к дрожжам расы Я, но они несколько лучше размножаются и более полно сбраживают сахар.
Раса В (венгерская) подобно расе Л приспособлена к мелассной среде. Эти расы хорошо сбраживают сахарозу, глюкозу, фруктозу, а рафинозу частично.
Дрожжи рас Л и В наряду с высокими бродильными свойствами обладают также хорошей подъемной силой (способностью поднимать тесто), что позволяет выделять их из бражки и выпускать в прессованном виде в качестве хлебопекарных.
Успешное применение находят гибридные дрожжи, выведенные в Институте генетики АН СССР путем скрещивания двух видов дрожжей. Среди гибридов наибольший интерес представляют Г-67, Г-73. Гибрид 67 получен скрещиванием пивных дрожжей S-carlsbergensis с S.cerevisiae расы Я. Дальнейшее скрещивание гибрида 67 с гибридом 26 (полученным от скрещивания рас Я и ХП) дало гибрид 73. Гибриды 67 и 73 наряду с другими ферментами содержат α-галактозидазу и обладают способностью к полному сбраживанию рафинозы. Рекомендованы к применению и другие гибридные дрожжи.
Расы хлебопекарных дрожжей
В дрожжевом производстве ценятся быстро размножающиеся расы дрожжей, обладающие хорошей подъемной силой и хорошей стойкостью при хранении. Вкус хлебопекарных дрожжей должен быть чистый, цвет белый или желтоватый. Подъемная сила определяется как особенностями рас дрожжей, так и способом ведения производства. Стойкость дрожжей является свойством расы, но зависит от внутреннего состояния клеток и чистоты дрожжей.
При производстве хлебопекарных дрожжей из мелассы применяются расы VII, 14, 28 и Г-176.
Раса VII, выведенная из прессованных товарных дрожжей Томского дрожжевого завода, быстро размножается и хорошо отпрессовывается до влажности 71-72%. Дрожжи расы VII обладают хорошей подъемной силой и наибольшей стойкостью при хранении по сравнению с другими известными в заводской практике. Кроме того, эта культура является устойчивой к вредным примесям, содержащимся в мелассе.
Раса 14 предназначена для производства сухих дрожжей. Эти дрожжи отличаются плотной консистенцией при влажности 75%, высокой термоустойчивостью.
Из гибридов хлебопекарных дрожжей отобран гибрид 176, обладающий всеми положительными признаками: крупными клетками (5,6-14,0 мкм), устойчивостью к вредным примесям мелассы и высоким коэффициентом размножения, который у этой расы выше, чем у наиболее быстро размножающейся расы 14. В настоящее время проходят производственные испытания и другие перспективные гибридные расы дрожжей.
Расы пивных дрожжей
В пивоварении используют дрожжи низового брожения, приспособленные к сравнительно низким температурам. Пивные дрожжи должны быть микробиологически чистые, а также обладать способностью к хлопьеобразованию, быстро оседать на дно бродильного аппарата и давать прозрачный напиток с определенными вкусом и ароматом. К сильносбраживающим и легко дающим хлопья относятся пивные дрожжи низового брожения Фроберг (Saccharomyces cerevisiae Froberg), дрожжи рас V и 776.
На пивоваренных заводах большое распространение получили дрожжи расы 776, которая была выведена в начале XX в. Эти дрожжи считаются пригодными особенно для сбраживания сусла, приготовленного с добавкой несоложеных материалов или из солода, полученного солодованием ячменей с невысокой степенью прорастаемости. Дрожжи расы 776 –среднесбраживающие, за период главного брожения на сусле концентрацией 11% образуют примерно 2,7% СО 2 . Клетки яйцевидной формы, длиной 8-10 мкм и шириной 5-6 мкм. Прирост дрожжевой массы 1: 5,4. Способность к осветлению удовлетворительная.
Из других дрожжей на пивоваренных заводах применяются расы 11, 41, 44, S-Львовская и др, различающиеся по бродильной энергии, способности к осаждению и энергии роста.
Дрожжи расы 11 – сильносбраживающие, с хорошей способностью к осветлению. Пиво, полученное с применением дрожжей расы 11, имеет хороший вкус. Эта раса получила широкое распространение на пивоваренных заводах.
Дрожжи расы 41 – среднесбраживающие, с хорошей способностью к осаждению. При сбраживании сусла расой 41 получается мягкое пиво с чистым вкусом.
Дрожжи расы 44 – среднесбраживающие. Способность к осаждению хорошая. Сообщают пиву полноту вкуса и дают хорошие результаты при применении в производстве воды с повышенной жесткостью.
Дрожжи расы S – среднесбраживающие. Способность к осаждению хорошая. Дают пиво с мягким чистым вкусом.
Дрожжи расы Р – среднесбраживающие, хорошо осветляют пиво и обусловливают приятный чистый вкус.
Дрожжи расы F характеризуются хорошей способностью к осветлению и сообщают пиву приятный аромат. Раса устойчива к действию посторонних микроорганизмов.
Дрожжи расы А (выделены на рижском пивоваренном заводе «Алдарис») сбраживают сусло за 7-8 суток, хорошо осветляют пиво и устойчивы к инфекции.
Путем разных способов селекции во ВНИИ пивобезалкогольной промышленности получен ряд сильносбраживающих штаммов дрожжей (28, 48, 102), обладающих значительно большей бродильной энергией, чем дрожжи исходной расы 11.
Пивные дрожжи верхового брожения находят широкое применение в Англии при приготовлении Портера. Они применяются также для приготовления Берлинского светлого пива и других напитков. Для приготовления Бархатного пива применяют штамм 191 К, интенсивно сбраживающий моносахариды и мальтозу, но не сбраживающий сахарозу, рафинозу и лактозу.
Расы винных дрожжей
В виноделии ценятся дрожжи, быстро размножающиеся, обладающие свойством подавлять другие виды дрожжей и микроорганизмы и придавать вину соответствующий букет. Дрожжи, применяемые в виноделии, относятся к своеобразному виду Saccharomyces ellipsoideus. Клетки их имеют продолговато-овальную форму. Дрожжи энергично сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу и мальтозу. В различных местностях и из различных молодых вин выделено несколько отличающихся одна от другой разновидностей или рас этого вида. В виноделии почти все производственные культуры дрожжей – своего, местного происхождения. К их числу относятся расы Магарач 7, Массандра 3, Пино 14, Кахури и многие другие. Наряду с этими расами применяются и некоторые иностранные, например раса Штейнберг, выделенная в Германии в 1892 и 1893 гг., и раса Шампань-Аи.
Большая часть винных дрожжей относится к дрожжам низового брожения.
Для приготовления белых столовых вин применяются расы Пино 14, Феодосия 1/19, Алиготе, Рислинг Анапский.
Раса Пино 14 имеет клетки яйцевидной формы, хорошо сбраживает виноградное сусло сахаристостью 20 % с образованием 11,57%об спирта; оптимальная температура развития и брожения 18: -25°С. Эта раса является холодостойкой и кислотостойкой; оптимальная величина рН 2,9-3,9.
Раса Феодосия 1/19 – крупноклеточная, пылевидная, очень энергичная, быстро сбраживает виноградное сусло и хорошо дображивает его; имеет широкий температурный диапазон брожения (от 9 до 35°С) и может применяться как холодостойкая и как термостойкая.
Дрожжей Алиготе имеется несколько рас, и все они сильные, с высокой энергией брожения. К энергично сбраживающим относятся и дрожжи Рислинг Анапский.
Для приготовления крепких вин применяется раса Массандра 3 с яйцевидной формой клеток, пылевидная; оптимальная величина рН 3,7-4,05; оптимальная температура брожения 18-20°С. Виноградное сусло с содержанием сахара 20% сбраживается полностью; при сбраживании концентрированного виноградного сусла (30% сахара) образует 11,8%об спирта и оставляет несброженным 8,7% сахара.
Раса Магарач 125, названная в ознаменование 125-летнего юбилея первых посадок винограда в институте «Магарач», применяется для получения крепких и десертных вин. Эта раса хорошо сбраживает высококонцентрированные виноградные сусла с содержанием сахара 27-30%, холодостойкая.
Раса Кахури 2 широко применяется для приготовления шампанских виноматериалов и вин. Виноградное сусло с содержанием сахара 20% она сбраживает с образованием 11,4%об спирта, остается несброженным 0,28% сахара. Эта раса довольно холодостойкая (при температуре 14-15°С сусло забраживает на 2-й день) и сбраживает хорошо; оптимальная величина рН 3,4-3,6.
Раса Шампанская 7, применяемая для шампанизации вина в бутылках, выделена из расы Кахури 5 и характеризуется образованием трудно взмучивающегося осадка; интенсивно сбраживает при температуре 4-9°С, хотя сусло и забраживает только на 5-6-й день.
Из винных дрожжей наиболее холодостойкой считается раса Ленинградская, а наиболее термостойкой – раса Ашхабадская 3.
В производстве хереса применяются специальные расы дрожжей, которые являются разновидностью вида Saccharomyces oviformis. Хересные дрожжи образуют на поверхности вина в неполных бочках пленку, благодаря развитию которой вино приобретает особые букет и вкус.
Путем тщательного отбора по наиболее важным производственным признакам выделено несколько рас хересных дрожжей (13, 15 и 20) с высокой пленкообразующей способностью. В дальнейшем из производства, применявшего расу Херес 20, была отселекционирована более эффективная раса Херес 20-С, которая нашла широкое применение на многих заводах по производству хереса.
В плодово-ягодном виноделии применяются селекционированные расы дрожжей, выделенные из различных плодово-ягодных соков. Плодово-ягодные соки богаты дрожжами, обладающими всеми необходимыми для производства качествами и биологически приспособленными к условиям развития в исходных плодово-ягодных соках. Поэтому штаммы дрожжей, выделенных из земляничных соков, применяются для сбраживания земляничных соков, а штаммы дрожжей, выделенных из вишневых соков, применяются для сбраживания вишневых соков и т. д.
В плодово-ягодном виноделии получили распространение следующие штаммы: яблочные 46, 58, клюквенный 17, смородиновый 16, брусничные 3, 7, 10, малиновые 7/5, 25, 28, 28/10, вишневые 3, 6, земляничные 7, 4, 9.
Названные штаммы дрожжей обеспечивают нормальный ход брожения, полноту сбраживания, быструю осветляемость и хорошие вкусовые качества вина; они сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, галактозу и не сбраживают лактозу и маннит.
Успешно применяются в плодово-ягодном виноделии расы дрожжей Москва 30, Яблочная 7, Вишневая 33, Черносмородиновая 7, Малиновая 10 и Сливовая 21. Чистая культура дрожжей Москва 30 рекомендуется для сбраживания клюквенного сусла; Яблочная 7 и Вишневая 33 – для сбраживания яблочного сусла; Черносмородиновая 7 и Вишневая 33 – для сбраживания черносмородинового и вишневого сусла.
4 Химизм спиртового брожения. Вторичные и побочные продукты спиртового брожения
Спиртовое брожение представляет собой цепь ферментативных процессов, конечным результатом которых является распад гексозы с образованием спирта и СО 2 и доставка дрожжевой клетке той энергии, которая необходима для образования новых веществ, используемых для процессов жизнедеятельности, в том числе для роста и размножения. По химическому характеру спиртовое брожение – каталитический процесс, происходящий под действием биологических катализаторов – ферментов.
Современная теория спиртового брожения является результатом работ многих ученых различных стран мира.
Для выяснения процессов брожения большое значение имели работы выдающихся отечественных ученых: Лебедева, Костычева, Фаворского, Иванова, Энгельгардта.
По современным представлениям, спиртвое брожение – это сложный непрерывный процесс распада сахара, катализируемый разными ферментами с образованием 12 промежуточных продуктов.
1 Начальной стадией превращения глюкозы является реакция фосфорилирования ее при участии фермента глюкозиназы. К молекуле глюкозы присоединяется фосфатный остаток от молекулы АТФ, которая находится в клетках дрожжей, и образуется глюкозо-6-фосфат, а АТФ превращается в АДФ:
С 6 Н 12 О 6 + АТФ → СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 4 СНО+АДФ
Глюкоза Глюкозо-6-фосфат
В результате присоединения фосфатного остатка от молекулы АТФ к глюкозе реакционная способность последней возрастает.
2 Глюкозо-6-фосфат путем изомеризации под действием фермента глюкозофосфатизомеразы переходит обратимо в форму фруктозы:
СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 4 СНО → СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 ОН
СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН)3СОСН 2 ОН + АТФ →
Фруктозо-6-фосфат
→ СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 О(Н 2 РО) + АДФ
Фруктозо-1,6-дифосфат
Эфиры глюкозо-6-фосфат и фруктозо-6-фосфат образуют равновесную смесь, получившую название эфира Эмдена и состоящую на 70-75% из эфира Робисона (глюкозы) и на 25% из эфира Нейберга (фруктозы).
Образованием фруктозо-1,6-дифосфата заканчивается подготовительнаястадия спиртового брожения с переносом макроэргических фосфатных связей и с преобразованием гексозы в лабильную оксиформу, легко подвергающуюся дальнейшим ферментативным превращениям.
4 Следующим важнейшим этапом является десмолиз – разрыв углеродной цепи фруктозодифосфата с образованием двух
молекул фосфотриоз. Симметричное расположение остатков фосфорной кислоты по концам молекулы фруктозы облегчает разрыв ее углеродной цепи как раз в середине. Фруктозодифосфат распадается при этом на две триозы: фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон. Реакция катализируется ферментом альдолазой и обратима:
СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 О(Н 2 РО) → CH 2 О(Н 2 Р0 3)СОСН 2 ОН +
Фруктозо-1,6-дифосфат Фосфодиоксиацетон
СН 2 0 (Н 2 РОз) СНОНСНО (4)
З-фосфоглицериновый альдегид
Главная роль в дальнейших превращениях при спиртовом брожении принадлежит 3-фосфоглицериновому альдегиду, но в сбраживаемой жидкости он обнаруживается лишь в незначительном количестве. Это объясняется взаимным переходом ке-тозного изомера в альдозный и обратно под действием фермента триозофосфатизомеразы (5.3.1.1)
СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СОСН 2 ОН;£ СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСНО
Фосфодиоксиацетон З-фосфоглицериновый альдегид
По мере дальнейшего превращения фосфоглицеринового альдегида новые количества его образуются в процессе изомеризации фосфодиоксиацетона.
5. Последующим этапом является окисление двух молекул З^фосфоглицеринового альдегида. Эта реакция катализируется триозофосфатдегидрогеназой (1.2.1.12), коферментом которой является НАД (никотинамид-аденин-динуклеотид). В окислении участвует фосфорная кислота среды. Реакция протекает по следующему уравнению: 2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСНО + 2Н 3 Р0 4 + 2НАД Триозофосфатдегидрогеназа ->
З-фосфоглицериновый альдегид
->- 2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСОО w (H 2 P0 3) + 2НАД Н 2 (5)
1,3-дифосфоглицериновая йислота
Молекула 3-фосфоглицеринового альдегида присоединяет фосфат, а водород переносится на кофермент НАД, который восстанавливается. Энергия, освобождающаяся в результате окисления 3-фосфоглицеринового альдегида, аккумулируется в макроэргической связи образующейся 1,3-дифосфоглицериновой
6. Далее фосфатный остаток 1,3-дифосфоглицериновой кисло
ты, содержащий макроэргическую связь, при участии фермента
фосфоглицераткиназы (2.7.2.3) переносится на молекулу АДФ.
Образуется 3-фосфоглицериновая кислота, а АДФ, приобретая
дополнительную макроэргическую связь, превращается в АТФ:
2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСОО со (Н 2 Р0 3) + 2АДФ->2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) CHOHCOOH+
1,3-дифосфоглицериновая кислота 3-фосфоглицериновая кислота
7. Затем под действием фермента фосфоглицеромутазы
(2.7.5.3) остаток фосфорной кислоты перемещается от третьего
углерода ко второму, и в результате 3-фосфоглицериновая кис
лота превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту:
2СН 2 (Н 2 Р0 3) CHOHCOOH ^t 2CH 2 0HCH0 (Н 2 Р0 3) СООН. (7)
3-фосфоглицериновая кислота 2-фосфоглицериновая кислота
8. Следующей стадией является дефосфорилирование 2-фос-
фоглицериновой кислоты. При этом 2-фосфоглицериновая кис
лота под действием фермента энолазы (4.2.1.11) путем дегидра
тирования (потери воды) превращается в фосфоэнолпировино-
градную кислоту:
2СН 2 ОНСНО (Н 2 Р0 3) СООН qt 2СН 3: СО со (Н 2 Р0 3) СООН + 2Н 2 0. (8)
2-фосфоглицериновая кислота Сосфоэнолпировиноградная кислота
При этом превращении происходит перераспределение внутримолекулярной энергии и большая ее часть аккумулируется в макроэргической фосфатной связи.
9. Весьма нестойкая фосфоэнолпировиноградная кислота
легко дефосфорилируется, при этом остаток фосфорной кислоты
под действием фермента пируваткиназы (2.7.1.40) передается
вместе с макроэргической связью молекуле АДФ. В результате
образуется более устойчивая кетоформа пировиноградной кисло
ты, а АДФ превращается в АТФ:
2СН 2: СО сю (Н 2 Р0 3) СООН + 2АДФ -* 2СН 3 СОСООН + 2АТФ. (3)
Фосфоэнолпировиноградная Пировиноградная
кислота кислота
10. Пировиноградная кислота под действием фермента пи-
руватдекарбоксилазы (4.1.1.1) декарбоксилируется с отщепле
нием С0 2 и образованием уксусного альдегида:
2CH 3 COCOOH -*2С0 2 + 2СН 3 СНО. (10)
Пировиноградная Уксусный альдегид
11. Уксусный альдегид при участии фермента алкогольдегид-
рогеназы (1.1.1.1) взаимодействует с НАД-Н 2 , образовавшимся
ранее при окислении фосфоглицеринового альдегида в фосфо-
глицериновую кислоту [см. уравнение (5)]. В результате уксус
ный альдегид восстанавливается в этиловый спирт, а кофермент
НАД-Н 2 вновь регенерируется (окисляется в НАД):
2СН 3 СНО + 2НАД Н 2 Z 2СН 3 СН 2 ОН + 2НАД. (11)
Итак, завершающим этапом брожения является реакция восстановления уксусного альдегида в этиловый спирт.
Из рассмотренного цикла реакций спиртового брожения видно, что из каждой молекулы глюкозы образуется 2 молекулы спирта и 2 молекулы С0 2 .
В процессе спиртового брожения образуется четыре молекулы АТФ [см. уравнения (6) и (9)], но две из них затрачиваются на фосфорилирование гексоз [см. уравнения (1) и (3)]. Таким образом, запасается всего 2 г-моль АТФ.
Ранее указывалось, что на образование каждой грамм-молекулы АТФ из АДФ затрачивается 41,9 кДж, а в энергию двух молекул АТФ переходит соответственно 83,8 кДж. Следовательно, при сбраживании 1 г-моль глюкозы дрожжи получают энергии около 84 кДж. В этом и заключается биологический смысл брожения. При полном расщеплении глюкозы на С0 2 и воду выделяется 2874 кДж, а при окислении 1 г-моль глюкозы до С0 2 и Н 2 0 в процессе аэробного дыхания аккумулируется 2508 кДж, так как образующийся этиловый спирт еще сохраняет в себе потенциальную энергию. Таким образом, с энергетической точки зрения брожение - процесс малоэкономичный.
Сбраживание отдельных Сахаров происходит в определенной последовательности, обусловленной скоростью их диффузии в дрожжевую клетку. Быстрее всех сбраживаются дрожжами глюкоза и фруктоза. Однако сахароза как таковая исчезает в сусле (инвертируется) еще в начале брожения. Она гидролизу-ется р-фруктофуранозидазой (3.2.1.26) оболочки дрожжевых клеток с образованием гексоз (глюкозы и фруктозы), которые легко используются клеткой. Когда в сусле почти не остается фруктозы и глюкозы, дрожжи начинают потреблять мальтозу.
1. элевые, то есть верхового, теплого брожения;
2. лагерные, то есть низового, холодного брожения.
Такие названия закрепились за пивными дрожжами из-за того, что в процессе сбраживания дрожжи ведут себя по-разному и, соответственно, подразделяются на пылевидные и хлопьевидные. Частички пылевидных дрожжей всегда изолированы друг от друга, в связи с чем по окончании процесса брожения они остаются на поверхности бродильного сосуда. Частички дрожжей второго типа имеют хлопьевидный вид. Оболочки их клеток в процессе сбраживания склеиваются друг с другом, оседая при этом на дно сосуда, в котором происходит брожение.
Оба вида дрожжей состоят из микроскопических одноклеточных грибков. Первый содержит грибки, названные учеными Saccharomycetaceae cerevisiae, и используется при изготовлении берлинского светлого пива и многих сортов темного пива, в частности, портера. Так как темные сорта пива наиболее характерны для Великобритании, то дрожжи назвали элевыми, использовав название пива в стране. Этот тип дрожжей в процессе брожения при температуре порядка 14-25 градусов вначале образует на поверхности белую нежную пену, которая в течение некоторого времени темнеет, становится плотнее и образует как бы завитки коричневого цвета. Потом пена желтеет, а завитки распадаются. Некоторое количество клеток дрожжей выпадает в осадок, а те, что остались на поверхности, удаляются вместе с пеной. Второй тип дрожжей содержит грибки под названием Saccharomycetaceae carlsbergensis и наиболее эффективно работает при температуре порядка 6-10 градусов и ниже. Этот вид дрожжей сбраживает медленнее элевых, но зато их легко можно удалить, так как они выпадают в процессе брожения в осадок, почему и получили название низовых или лагерных по названию пива, для изготовления которого их и используют. Статистика продаж свидетельствует, что пиво, сваренное с участием дрожжей низового брожения, занимает примерно 90% мирового рынка.
Бродильная активность дрожжей характеризуется степенью сбраживания сусла, которая вычисляется с помощью определения цифрового значения отношения количества сброженного экстракта к количеству сухих веществ, присутствовавших в начальном сусле. Профессионалы классифицируют дрожжи по степени сбраживания следующим образом:
Высокосбраживающие со степенью сбраживания в пределах от 90 до 100%;
Среднесбраживаюшие - от 80 до 90%;
Низкосбраживающие - меньше 80%.
Полученные из одной клетки различные типы дрожжей называют штаммами или расами. На практике используется великое множество рас, каждой из которых присвоено собственное название или обозначение. Так, к высокосбраживающим расам относятся дрожжи следующих модификаций:
Раса 11, весьма нетребовательная к качеству сырья, используемого для приготовления пива, хорошо оседающая и позволяющая пиву приобрести полный вкус. Это единственный штамм, сразу же принимающийся за разложение мальтозы, в то время как другие штаммы вначале разлагают глюкозу;
Расы 34 и 308 известны высокой бродильной активностью, но чрезвычайно прихотливы относительно используемого для приготовления пива сырья;
Раса F (чешская) характеризуется способностью хорошо осветлять пиво, придавать ему приятный вкус и обладает устойчивостью к инфекциям и автолизу;
Раса 8аМ отличается высокой бродильной активностью, повышенным коэффициентом размножения и хорошей оседаемостью;
Раса Ф-2 может сбраживать низкомолекулярные декстрины и мальтотетрозу, тем самым глубоко выбраживая сусло;
Также в этом ряду следует назвать расы 4, 70, 129.
К среднесбраживающим расам относят следующие штаммы дрожжей:
Раса А (рижская) отлично осветляет пиво и устойчива к инфекциям;
Расы 41, Р (чешская) и S (львовская) хорошо оседают и придают пиву мягкий вкус;
Раса 44 чаще всего применяется при использовании жесткой воды;
Раса 776 применяется в случае использования несоложенных материалов;
Раса 131-К не может сбраживать лактозу, сахарозу и раффинозу, в связи с чем используется только при получении темных сортов пива, обладающих сладким вкусом.
Некоторые сорта пива изготавливаются с применением смеси различных штаммов дрожжей. Каждый отдельный штамм хранится в стерильной пробирке с некоторым количеством охмеленного сусло-агара, то есть раствора, созданного из литра пивного сусла и 18-20 грамм агара, при температуре +4 градуса. Практикой установлено, что для сбраживания 100 литров сусла требуется около полулитра дрожжей низового брожения. Зато при использовании дрожжей верхового брожения их потребуется вдвое меньше на то же количество сусла.
Химический состав различных штаммов также весьма разнообразен и характеризуется содержанием калия (на 100 г сухого вещества около 2400 мг), фосфора и кальция (около 200 мг), а также относительно небольшого количества магния, марганца и цинка. Содержание жидкости в составе дрожжей равняется примерно 75% от общего веса. Микроорганизмы, входящие в состав дрожжей, ученые относят к анаэробам, то есть жизнедеятельным при весьма малых количествах кислорода в их среде обитания. При размещении в кислородосодержащую среду, начинается их активное размножение. Если же их помещают в среду с низким содержанием кислорода, то микроорганизмы способствуют брожению, в результате которого выделяется спирт. Это свойство дрожжей и лежит в основе процесса варки пива. Таким образом, понимая роль дрожжей и учитывая особенности использования различных штаммов, можно варить пиво разного сорта, цвета и, самое главное, вкуса.
