Бродильная способность дрожжей

Micro Yeast, Massachusetts, 1997.

Качественное дрожжевое тесто, или сусло для приготовления напитков - это целое искусство. И наука. Познакомимся подробнее с тем, что влияет на качество дрожжей и брожения.

Важными факторами, определяющими бродильную способность дрожжей, являются биосинтетическая активность клеток и способность адаптироваться к постоянно изменяющимся условиям внешней среды в процессе брожения.

Плесневые грибы и дрожжи, которые растут на образце чая.

Биосинтетическая активность клеток зависит от питания дрожжей, их возраста, физико-химических условий внешней среды. Активность клеток изменяется в связи с осмотическими, гидростатическими, алкогольными, температурными, механическими стрессами, устойчивость к которым зависит как от штаммовых особенностей дрожжей, так и от их физиологического состояния.

Физиологически активные дрожжи могут быть получены только при отсутствии дефицита питательных компонентов. Дефицит питательных веществ возрастает при использовании недорастворенного солода, зерновых несоложеных материалов, мальтозного сиропа и сахара. В результате снижается интенсивность размножения дрожжей, падает скорость брожения, увеличивается его длительность, снижается конечная степень сбраживания сусла. Это ведет к изменению вкусового профиля и уменьшению съема семенных дрожжей и снижению их физиологической активности.

Для предотвращения снижения интенсивности размножения и бродильной активности дрожжей в сусло необходимо вносить недостающие питательные вещества (аминокислоты или соли аммония, минеральные соли) и витамины.

Факторы роста дрожжей

Брожение дрожжей.

Дрожжи отличаются по отношению к факторам роста, т.е. к тем веществам, которые входят в состав клеток, но не могут при этом ими синтезироваться.

Факторами роста для всех штаммов дрожжей являются биотин (витамин В7), пантотеновая кислота (витамин В3) и мезоинозит (витамин В8). Некоторые штаммы дрожжей низового брожения испытывают потребность также и в пиридоксине (витамине В6). Кроме этих витаминов следует обратить внимание на тиамин (витамин В1), который является активатором брожения.

Тиамин стимулирует спиртовое брожение, участвует в синтезе биомассы.

Дрожжи бродильных производств. Практическое руководство.

Пантотеновая кислота участвует в синтезе непредельных жирных кислот, стероидов.

Биотин регулирует углеводный, азотный и жировой обмен дрожжей.

Инозит принимает участие в синтезе липидов мембран, росте и размножении клеток.

К основным минеральным компонентам, необходимым для роста и размножения дрожжей, относятся азот, фосфор, калий, сера и магний, которые составляют основную массу золы. Клетки в большей степени содержат азотистые вещества, в основном это белки, свободные аминокислоты, нуклеиновые кислоты. Для их синтеза дрожжами чаще используются аминокислоты, которые находятся в сусле. Они также могут ассимилировать (потреблять) неорганический азот (NH4+), который превращается клетками в аминокислоты. Для нормального обмена в 1л сусла должно содержаться не менее 140 мг аминного азота.

Надо помнить, что дрожжи не утилизируют нитраты, нитриты и аминокислоты белков.

Дикие виноградные дрожжи.

С азотным обменом тесно связан обмен фосфора, калия и магния.

Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, фосфолипидов, полимеров клеточной стенки, он может накапливаться в клетке в виде полифосфатов.

Калий содержится в дрожжах в значительных количествах, до 4,3% от СВ. Это сопоставимо лишь с содержанием азота (до 10% от СВ) и фосфора (до 5,5% от СВ), что свидетельствует о его важной роли в обмене дрожжей. Калий выполняет роль не только кофермента, но также входит в некоторые структуры клетки. Он также участвует в регуляции транспорта ионов через клеточную стенку и через митохондриальную мембрану. Калий активирует около 40 различных ферментов, стимулирует сбраживание мальтозы и мальтотриозы. Он тесно связан с размножением дрожжей и скоростью сбраживания.

Dr.Oetker дрожжи хлебопекарные сухие.

Магний имеет большое значение в энергетическом обмене дрожжей, связанном с ростом и размножением клеток.

Для нормального размножения дрожжей необходима сера, которая участвует в синтезе таких аминокислот, как цистеин и метионин. Небольшое количество серы требуется для образования сульфогрупп в некоторых коферментах, таких как биотин, кофермент А, липоевая кислота, тиамин и перидоксин.

К микроэлементам, которые необходимы для роста дрожжей, относятся: Ca, Mn, Fe, Co, Cu, Zn(табл.1.3). Элементы, редко требуемые для роста: B, Na, Al, Si, Cl, V, Cr, Ni, As, Se, Mo, Sn, I.

Потребность в микроэлементах может увеличиваться в несколько раз, когда культура испытывает стресс, например, при увеличении температуры выше оптимальной.

Аэрация питательной среды используется при получении чистой культуры дрожжей и вначале брожения. Кислород воздуха необходим дрожжам для энергетического обмена и синтеза ненасыщенных жирных кислот и эргостерола.

Качество сбраживания

Физиологическое состояние дрожжей определяет флокуляционную способность дрожжей; скорость и степень сбраживания сусла (бродильную активность); синтез побочных продуктов брожения.

Дрожжи, плесень, под микроскопом.

Флокуляция –это обратимая агрегация дрожжевых клеток. С этим свойством дрожжей связаны такие показатели, как степень сбраживания сусла, органолептические свойства пива, а также его биологическая и коллоидная стойкость.

Бродильная активность дрожжей определяет длительность главного брожения, физико-химические свойства получаемого продукта, его биологическую и коллоидную стойкость, а также сенсорный профиль и его стабильность при хранении.

При увеличении концентрации глюкозы в среде наблюдается снижение скорости сбраживания сусла. Но это явление не всегда имеет место, так как существуют штаммы дрожжей, у которых глюкозная репрессия не происходит.

Бродильная активность дрожжей взаимосвязана со скоростью их размножения, которая важна для быстрого сбраживания сусла. Скорость роста и размножения клеток зависит от сбалансированности состава сусла (содержания в нем α-аминного азота, факторов роста и некоторых микроэлементов), наличия в нем растворенного кислорода (более 8 мг/дм3).

Длительно используемые дрожжи, а также дрожжи, которые неправильно хранились, имеют низкую бродильную активность.

Влияние спирта

Спирт образуется в процессе брожения, и влияние его на дрожжи определяется как этанольный стресс. Образующийся спирт угнетает как скорость размножения дрожжей, так и процесс брожения.

Токсические свойства этанола – результат увеличения проницаемости и пористости клеточной мембраны, что приводит к проблемам с транспортом питательных веществ. Кроме того, наблюдается дефицит доступной цитоплазме воды.

При содержании этанола в среде выше 1,2% происходит снижение удельной скорости роста дрожжей. Концентрация спирта в среде от 2 % и более приводит к уменьшению выхода биомассы. Полностью рост дрожжей подавляется при наличии 8–9,5 % этанола.

Этанол влияет и на продолжительность времени генерации дрожжевой клетки. Повышение концентрации этанола с 0 до 1 % повышает время генерации примерно с 2,3 до 3,5 ч, а при концентрации этанола 3,8% она составляет уже 6,9 ч.

Дрожжи и температура

Температура оказывает значительное влияние на энергетический и конструктивный обмен клеток и, следовательно, влияет на удельную скорость роста дрожжей и время генерации.

Клетки могут испытывать температурный стресс (шок). Этот эффект проявляется, если дрожжи на короткий период времени подвергнуть воздействию достаточно высокой (но не выше 37 °С) температуры.

Установлено, что клетки, пережившие воздействие высоких температур, приобретают не только термоустойчивость, но также и спирто- и осмоустойчивость.

Стрессы дрожжей

Увеличение высоты столба жидкости в результате образования дрожжами диоксида углерода.

Помимо температурного, может быть также гидростатический стресс, он наблюдается при сбраживании сусла в высоких бродильных аппаратах (цилиндро-конических танках – ЦКТ), высота которых может колебаться от 17до 22 м. При этом происходит изменение проницаемости клеточных мембран и ферментной активности клеток.

Механический стресс возникает в результате действия больших касательных напряжений во время перемешивания дрожжей, перекачивания их из одной емкости в другую с помощью насосов.

Такие механические операции могут «обдирать» поверхностный слой клеточной оболочки дрожжей, что снижает флокуляционные свойства клеток. В свою очередь это ведет к нарушениям процессов брожения и дображивания.

Под жизнестойкостью (витальностью) дрожжей понимают их активность или способность восстанавливаться после физиологического стресса.

Факторы, снижающие физиологическое состояние дрожжей

Основными причинами ухудшения физиологического состояния семенных дрожжей могут быть:

поздний съем дрожжей после их осаждения на дно ЦКТ;

увеличение сроков хранения дрожжей;

недостаточное перемешивание дрожжей;

нарушение температурного режима во время хранения дрожжей;

неправильное ведение дрожжей во время хранения; выбор среды хранения, например в воде; перемешивание (исключить кислород); хранение под небольшим давлением диоксида углерода.