Дрожжи – такой естественный и незаменимый продукт на кухне для любой хозяйки. Сколько вкусного хлеба, булочек и пирогов можно испечь из дрожжевого хлеба. Однако, чтоб выпечка из дрожжевого теста всегда удавалась, следует соблюдать определенную технологию использования дрожжей. Любая уважающий себя кулинар знает о том, при какой температуре погибают дрожжи, а какая температура будет оптимальной для их активной работы.
Итак, при какой температуре дрожжи погибают? Перед приготовлением теста свежие дрожжи необходимо растворять в воде или молоке, по температуре не превышающих 45 градусов. Идеальной температурой для размножения или работы дрожжей является температура в 27-35 градусов. Для того чтобы точно не ошибиться в технологии, перед использованием воды или молока, окуните кончик мизинца в них. Если ваши ощущения при этом не изменились (не появилось чувство холода или жжения), то жидкость примерно температуры вашего тела, а это, как все мы знаем – 36,6 градусов.
Свежие дрожжи практически на 66% состоят из белка, денатурация которого происходит при температуре 60 градусов. Витамины и микроэлементы гибнут при температуре от 40 до 70 градусов. Отсюда вывод о том, что температура гибели дрожжей находится в промежутке от 40 до 60 градусов.
Однако не только высокие температуры способны губительно сказываться на дрожжах. Некоторые хозяйки закупают дрожжи впрок и замораживают их до лучших времен. Одноразовое замораживание не особенно скажется на свойствах дрожжей, однако не стоит этим злоупотреблять и проделывать процедуру несколько раз. Кроме того, разморозка дрожжей должна проходить плавно. Дрожжи из морозильной камеры должны перекочевать в холодильник, а уж потом в условия комнатной температуры. Только так у вас получится сохранить их жизнеспособность.
Сухие дрожжи погибают при температуре 40-45 градусов, также как и свежие. Но здесь за основу измерения берется температура теста, поскольку такие дрожжи принято добавлять непосредственно в муку.
Есть теория, согласно которой существуют некие термофильные дрожжи, выдерживающие температуру (только представьте себе!) до 500 градусов по Цельсию. Однако, на сегодняшний день, это всего лишь миф, не имеющий научного подтверждения.
Дрожжи – такой естественный и незаменимый продукт на кухне для любой хозяйки. Сколько вкусного хлеба, булочек и пирогов можно испечь из дрожжевого хлеба. Однако, чтоб выпечка из дрожжевого теста всегда удавалась, следует соблюдать определенную технологию использования дрожжей. Любая уважающий себя кулинар знает о том, при какой температуре погибают дрожжи, а какая температура будет оптимальной для их активной работы.
Дрожжи «Спиртовые» 250 грамм
Спиртовые дрожжи специально разработаны с целью получения браги из сахара с высоким содержанием спирта. Одна упаковка дрожжей 250 грамм позволяет приготовить 57-62 литров браги.
Теперь Вы можете купить спиртовые дрожжи, которые необходимы для приготовления браги. Данный тип дрожжей специально разработан с целью получения браги из сахара с высоким содержанием спирта, так как обладают большей жизнестойкостью по сравнению с хлебопекарными.
Для приготовления браги необходимо рассчитать количество дрожжей, исходя из пропорции 250 грамм дрожжей на 57-62 литров браги. Перед добавлением дрожжей в брагу их необходимо активировать. Для этого нужно:
Добавить в емкость
2 литра теплой воды (30-35 °C)
Добавить сахара из расчета 50 грамм на 1 литр воды
Засыпать дрожжи и тщательно размешать
Выдержать раствор 2-5 часов в теплом месте
Если Вы начинающий самогонщик, прочитайте статью про приготовление сахарной браги.
Для приготовления браги используйте очищенную воду. Можно купить бутилированную воду или использовать фильтр для очистки.
В процессе брожения следите за температурой браги и избегайте перепадов температур. Это отрицательно влияет на качество готового продукта.
Оснастите емкость для брожения специальным гидрозатвором. Гидрозатвор обеспечит выход углекислого газа и предотвратит попадание воздуха.
Обеспечьте постоянную температуру браги в 28-32 °C. Максимальная (не гибельная) температура для спиртовых дрожжей составляет 35 °С.
Засыпать дрожжи и тщательно размешать
Спиртовые дрожжи в промышленном производстве спирта
Общая характеристика дрожжей
Спиртовые дрожжи Saccharomyces cerevisiae, представляют собой одноклеточные микроорганизмы, относящиеся к классу аскомицетов (сумчатых грибов) и предназначены для сбраживания сахаров, содержащихся в осахаренном сусле, в спирт.
Спиртовые дрожжи обычно размножаются почкованием и очень редко (при большом дефиците питательных веществ) дрожжи размножаются спорообразованием.
Дрожжевые клетки бывают яйцевидной, эллипсоидальной, овальной или вытянутой формы, которая, как и их величина (6— 11 мкм), зависит от вида дрожжей и условий развития. Отношение поверхности клетки к ее объему влияет на скорость массообменных процессов между клеткой и питательной средой и, следовательно, на интенсивность жизнедеятельности дрожжей.
Дрожжевая клетка (рисунок ) состоит из оболочки, цитоплазмы и ядра. Наружная часть оболочки дрожжевой клетки образована полисахаридами типа гемицеллюлоз, преимущественно маннаном и небольшим количеством хитина, внутренняя часть — белковыми веществами, фосфолипидами и липоидами. Оболочка регулирует состояние клеточного содержимого и обладает избирательной проницаемостью, чем существенно отличается от обычных полупроницаемых мембран.
Цитоплазма дрожжевой клетки имеет гетерогенную структуру и вязкую консистенцию. Коллоидный характер ее обусловлен белковыми веществами. Кроме них цитоплазма содержит рибозонуклеопротеиды, липоиды, углеводы и значительное количество воды. Цитоплазма молодых клеток внешне гомогенна, при старении клеток в ней появляются вакуоли, равномерная зернистость, жировые и липоидные гранулы. В цитоплазме с ее органоидами (хондриосомами, микросомами, вакуолями) и включениями протекают важнейшие ферментативные процессы.
Митохондрии (хондриосомы) дрожжевой клетки имеют форму зернышек, палочек или нитей. Питательные вещества, проникающие в клетку, адсорбируются и аккумулируются хондриосомами и подвергаются быстрым превращениям вследствие концентрации в этих участках клетки соответствующих ферментов. В митохондриях полностью осуществляются цикл трикарбоновых кислот и важнейшая энергетическая реакция — окислительное фосфорилирование, почему их рассматривают как основную «силовую станцию» клетки. Здесь же происходят реакции активирования аминокислот в процессе синтеза белка, липидов и других соединений.
Микросомы (рибосомы) дрожжевой клетки представляют собой включения в виде субмикроскопических зернышек, состоящих из липоидов, белков и рибоиуклеиновых кислот (РНК), которые обеспечивают синтез белков за счет активированных аминокислот, поступающих из митохондриальной системы.
Ядро дрожжевой клетки — небольшое шаровидное или овальное тело, окруженное цитоплазмой и нерастворимое в ней. В ядерных структурах обособлены в виде включений дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и ее протеид (ДНКП), содержится большое количество РНК. ДНК способствует передаче наследственной информации, сохранению свойств микроорганизмов.
Обязательный органоид дрожжевой клетки вакуоли — полости, образующиеся в плазме при старении дрожжевых клеток, наполненные клеточным соком и отделенные от цитоплазмы вакуолярной мембраной, т.е. тонопластом — слоем из белков и липидов. Форма вакуолей изменяется вследствие движения и контракции цитоплазмы. Вакуоль в молодых клетках состоит из множества мелких полостей, в старых — из одной очень большой. Клеточный сок представляет собой водный раствор различных солей, углеводов, белков, жиров и ферментов. В вакуолях сосредоточиваются различные соединения, которые должны подвергаться ферментативным превращениям, образуются продукты жизнедеятельности и отбросы.
В молодых дрожжевых клетках жира обычно нет, в зрелых он содержится лишь в немногих клетках в виде очень мелких капелек, в старых — крупных капель.
Гликоген (полисахарид структурно подобный амилопектину) является запасным питательным веществом дрожжей.
Гликоген накапливается при культивировании спиртовых дрожжей на средах, богатых сахаром, и при недостатке сахара быстро расходуется. В молодых клетках гликогена мало, в зрелых — значительное количество (до 40%).
По внешнему виду дрожжевых клеток можно определить физиологическое состояние дрожжей. Для определения физиологического состояния дрожжей микроскопически определяется содержание гликогена путем окрашивания. В производственных средах одновременно присутствуют молодые, зрелые, почкующиеся, старые и отмершие дрожжевые клетки. Наибольшей бродильной энергией обладают зрелые дрожжевые клетки.
Спиртовые дрожжи, применяемые в производстве спирта, должны обладать высокой бродильной энергией (быстро и полно сбраживать сахара), иметь анаэробный тип дыхания, быть устойчивыми к продуктам своего обмена и к продуктам обмена посторонних микроорганизмов, а также к изменению состава среды, переносить большую концентрацию солей и сухих веществ, содержащихся в сусле, при переработке мелассы полно сбраживать раффинозу. При выделении дрожжей из зрелой бражки и использовании их в качестве хлебопекарных они должны отвечать требованиям, предъявляемым к хлебопекарным дрожжам по стойкости при храпении, подъемной силе, зимазной и мальтазной активности.
На спиртовых заводах, перерабатывающих мелассу, широкое распространение получили спиртовые дрожжи расы Я, при использовании дрожжей в качестве хлебопекарных — рас лохвицкая (Ял) и венгерская (В). Эти расы дрожжей хорошо сбраживают сахарозу, глюкозу, фруктозу и лишь 1/3 раффинозы. Поэтому при большом содержании раффинозы в мелассе недобор спирта составляет значительную величину. Каждый процент раффинозы при полном сбраживании увеличивает выход спирта на 1,46%.
Повышение бродильной активности дрожжей может быть достигнуто различными способами: мутагенезом, гибридизацией и др. Для получения рас дрожжей с требуемыми свойствами наиболее перспективным оказался метод гибридизации, так как при скрещивании двух родительских видов дрожжей можно подобрать расы с заранее известными свойствами. Этим методом был получен ряд гибридов, имеющих преимущества перед дрожжами рас Я и В. В отличие от последних гибриды дрожжей содержат фермент а-галактозидазу, при помощи которого раффиноза полностью превращается в сбраживаемые сахара. Кроме того, у отдельных дрожжевых гибридов повышена генеративная способность и лучше хлебопекарные свойства. Мальтазная активность выше у гибрида 112, хотя спирта он накапливает на 1% меньше, чем дрожжи расы В. Гибриды 67 и 105 обеспечивают одинаковый выход спирта по сравнению с расой В, но проявляют высокую генеративную способность. Дрожжи расы Г-67 устойчивее к пониженному рН, при котором образуется больше спирта в результате сокращения расхода сахарозы на побочные продукты.
При сбраживании сусла из крахмалсодержащего сырья применяют спиртовые дрожжи расы XII. Они хорошо сбраживают мальтозу, сахарозу и фруктозу, но не сбраживают конечные декстрины. Гидролиз конечных декстринов продолжается во время сбраживания сусла под действием декстриназы солода или глюкоамилазы микробного происхождения. Поэтому скорость сбраживания сусла из крахмалсодержащего сырья лимитируется скоростью гидролиза конечных декстринов.
УСЛОВИЯ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ СПИРТОВЫХ ДРОЖЖЕЙ
К условиям, обеспечивающим нормальную жизнедеятельность спиртовых дрожжей, относятся прежде всего: температура, рН и состав питательной среды, т.е. бражки .
Температура и рН бражки
Спиртовые дрожжи живут и размножаются в широких температурных пределах, но для нормальной их жизнедеятельности необходима температура 29—30°С. При очень высокой или очень низкой температуре жизнедеятельность дрожжей ослабляется или прекращается. Максимальная температура для развития дрожжей 38°С, минимальная —5°С; при температуре 50°С дрожжи погибают.
Оптимальные температуры для развития и проявления максимальной бродильной активности не всегда совпадают. Дрожжи, выращенные при температуре, например, 17—22°С, имеют большую бродильную энергию. Сбраживание мелассного сусла при температурах выше 30°С отрицательно отражается на выходе и качестве дрожжей, выделяемых из зрелой бражки и используемых в качестве хлебопекарных. Ферментативная активность, подъемная сила и стойкость таких дрожжей при хранении понижаются, поэтому рекомендуется следующий температурный режим выращивания дрожжей и сбраживания мелассного сусла: в дрожжегенераторах 28—29°С, в двух головных бродильных аппаратах 30—31°С и в концевых аппаратах 28—29°С. Сусло из крахмалсодержащего сырья сбраживают при температуре 28—32°С.
При повышении температуры дикие дрожжи и бактерии размножаются значительно быстрее сахаромицетов. Если при температуре 32°С коэффициент размножения диких дрожжей в 2—3 раза больше коэффициента размножения сахаромицетов, то при 38°С — уже в 6—8 раз больше.
Ускоренное развитие бактерий приводит к повышению кислотности бражки. В обоих случаях уменьшается выход спирта.
На жизнедеятельность спиртовых дрожжей значительно влияет активная кислотность среды. Водородные ионы изменяют электрический заряд коллоидов плазменной оболочки клеток и в зависимости от концентрации могут увеличивать или уменьшать проницаемость плазменной оболочки дрожжевой клетки для отдельных веществ и ионов. От величины рН зависят скорость поступления питательных веществ в дрожжевую клетку, активность ферментов, образование витаминов. При изменении рН среды изменяется и направление самого брожения. Если рН бражки сдвигается в щелочную сторону, то увеличивается образование глицерина.
Дрожжи сохраняют жизнеспособность в пределах рН среды от 2 до 8. Для их выращивания оптимальным является рН 4,8—5.
При рН ниже 4,2 дрожжи продолжают развиваться, тогда как развитие молочнокислых бактерий прекращается. Это свойство дрожжей используют для подавления развития бактерий в инфицированной среде, которую подкисляют до рН 3,8 — 4 и выдерживают определенное время.
СОСТАВ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ СПИРТОВЫХ ДРОЖЖЕЙ
О потребности спиртовых дрожжей в питательных веществах судят по их химическому составу, который зависит от питательной среды, условий культивирования дрожжей и их физиологических особенностей. Средний элементарный состав дрожжевых клеток (в %): углерод 47, водород 6,5, кислород 31, азот 7,5—10, фосфор 1,6—3,5. Содержание других элементов незначительно: кальция 0,3—0,8%, калия 1,5—2,5, магния 0,1—0,4, натрия 0,06—0,2, серы 0,2%. В дрожжах найдены микроэлементы (в мг/кг): железо 90—350, медь 20—135, цинк 100—160, молибден 15—65.
Спиртовые дрожжи в отпрессованном виде содержат 68—76% воды и 32 — 24% сухого вещества. Внутриклеточной влаги в зависимости от со стояния коллоидов дрожжевой клетки содержится 46—53% и межклеточной 22-27%. При изменении общей влажности дрожжей меняется соотношение между количеством внутриклеточной и межклеточной влаги. Удаление 85% воды из дрожжей при температуре не выше 50°С почти не влияет на их жизнеспособность.
Сухие вещества дрожжей включают 23—28% органических веществ и 5—7% золы. Органические вещества состоят из 13—14% белка, 6—8% гликогена, 1,8—2% целлюлозы и 0,5—2% жира.
Белок. Дрожжи содержат в среднем 50% «сырого» белка в пересчете на сухие вещества и около 45% истинного белка. В состав сырого белка входят все соединения азота, к которым относятся производные нуклеиновых кислот — пуриновые и пиримидиновые основания, азот свободных аминокислот.
Гликоген. При отсутствии питательных веществ в среде гликоген дрожжевой клетки превращается в спирт и диоксид углерода.
Трегалоза. Наряду с гликогеном содержится трегалоза — очень мобильный резервный углевод, обусловливающий стойкость хлебопекарных дрожжей. Содержание трегалозы возрастает с уменьшением азота и при рН ниже 4,5.
Жир. В состав жира входят в основном олеиновая, линолиновая и пальмитиновая кислоты. Он содержит 30—40% фосфатидов.
Зола. Зола состоит из следующих основных окислов (в %): Р2О5 — 25—60, К2О — 23—40, СаО — 1—8, МgО — 4—6, Nа2О — 0,5—2, SО3 — 0,5—6, 5Ю2 — 1—2, Ре2О3 — 0,05—0,7.
Фосфор. Фосфор содержится преимущественно в виде органических и неорганических орто-, пиро- и метафосфатов. Они входят в состав молекул нуклеиновых кислот, фосфолипидов и коферментов типа аденозинфосфата и тиамина. Так, ядерное вещество клетки (нуклеопротеиды) содержит фосфор в видеортофосфата. В виде ортофосфата фосфор входит также в состав флавиновых ферментов; в виде пирофосфата — во многие коферменты (кодегидразы Кох и Коц, карбоксилазы), В виде различных соединений фосфор принимает важное участие в энергетических процессах клетки.
Сера. Сера входит в состав очень важных соединений — аминокислот (цистеин, цистин, метионин и глютатион) и витаминов (биотин, аневрин). В ферментах сера находится в виде сульфидных и тиоловых групп.
Железо. Железо содержится в цитохромах, цитохром-оксидазе, пероксидазе, каталазе и других ферментах, участвующих в процессе дыхания. Оно участвует в работе других ферментов (зимогеназа, пирофосфатаза).
Магний. Магний активирует действие многих фосфатаз и энолазы. Ионы магния влияют на сохранение активности ферментов при нагревании. Магний и марганец ускоряют потребление дрожжами глюкозы. Влияние магния тем сильнее, чем ниже концентрация глюкозы в среде. Питательные среды должны содержать 0,02-0,05% магния в виде сульфата. Процессы брожения регулируются изменением концентрации ионов магния в результате присоединения его к органическим веществам. Калий. Калий необходим не только как питательный элемент, но и как стимулятор размножения дрожжей. Стимулирующее действие объясняется его существенной ролью в окислительном фосфорилпровании и в процессах гликолиза. Движение неорганического фосфора внутрь дрожжевой клетки специфично стимулируется калием. Калий активирует дрожжевую альдолазу, необходим для действия фермента пируваткарбоксилазы и влияет, так же как азот и сера, на липидный обмен дрожжевых клеток.
Кальций. Кальций играет роль активатора в микробной клетке и обнаруживается в ней как в свободной форме, так и в связанной с протеинами, углеводами и липидами. Ионы Са 2 + могут связываться с АТФ наряду с Мg 2 + и Мn2+. Кальций является кофактором транскетолазы хлебопекарных дрожжей и ингибитором некоторых ферментов, например пирофосфатазы, энолазы и адено-зинтрифосфатазы. Повышенное содержание солей кальция угнетает размножение дрожжей, снижает накопление в них гликогена и повышает содержание стеринов. Так, при содержании Са 2 + до 40 мг на 1 л среды стимулируется размножение дрожжей, при большем оно угнетается.
Микроэлементы. Микроэлементы также имеют важное значение для размножения и жизнедеятельности дрожжей, входя в состав ферментов, витаминов и других соединений, участвующих в их синтезе. Они влияют на скорость и характер различных биохимических процессов. Например, кобальт стимулирует размножение дрожжей, повышает содержание в клетках азотистых веществ небелковой природы, прежде всего ДНК, РНК и свободных аминокислот. Он стимулирует также синтез витаминов — рибофлавина и аскорбиновой кислоты. Стимулирующее действие микроэлементов объясняется тем, что они образуют с ферментами металлорганические и внутрикомплексные соединения. Получаемый эффект зависит от прочности связи фермента с молекулой субстрата или активации субстрата в промежуточном активном комплексе.
Витамины и другие факторы роста дрожжей. Для нормального развития и спиртового брожения дрожжи нуждаются в витаминах, которые являются кофакторами многих ферментов. Дрожжи (сахаромицеты) в большей или меньшей мере могут синтезировать все витамины, за исключением биотина, который должен обязательно содержаться в питательной среде.
Ненасыщенные жирные кислоты с 18 атомами углерода, особенно олеиновая, также являются важными ростовыми факторами. Стимулирующее влияние олеиновой кислоты наблюдается только при малой ее концентрации, не превышающей 0,5 мг/мл. При увеличении концентрации рост дрожжей намного замедляется.
Источники питания спиртовых дрожжей
Различают экзогенное и эндогенное питание спиртовых дрожжей. При экзогенном питании питательные вещества поступают в дрожжевую клетку из внешней среды, при эндогенном дрожжи используют (в основном при голодании) свои резервные вещества: гликоген, трегалозу, липиды, азотистые соединения.
Углеродное питание. Спиртовые дрожжи (Sacch. cereviesiae) используют углерод из различных органических соединений: глюкозы, маннозы, галактозы, фруктозы (D-формы). Пентозы Sacch. cereviesiae не ассимилирует. В отсутствие гексоз источником углерода для дрожжей могут служить также глицерин, маннит, этиловый и другие спирты, органические кислоты (молочная, уксусная, яблочная, лимонная).
Следует учитывать полиауксию — последовательность потребления различных источников углерода дрожжевой клеткой. При периодическом культивировании в первую очередь потребляются глюкоза и фруктоза. Последовательность усвоения жирных кислот зависит от расы применяемых дрожжей и состава этих кислот. Например, уксусная кислота препятствует потреблению молочной, а молочная — гликолевой. Уксусная кислота и глюкоза усваиваются одновременно. Как правило, в первую очередь усваивается из смеси тот источник углерода, который обеспечивает большую скорость роста дрожжей.
При непрерывном культивировании спиртовых дрожжей с увеличением скорости разбавления среды в ней остается больше углеродного компонента, который усваивается в последнюю очередь.
Различные виды спиртовых дрожжей неодинаково относятся к ассимиляции одних и тех же веществ. Например, дикие дрожжи Cand. natalensis, Cand. parapsilosis хорошо усваивают галактозу, а Cand. clausseni совсем не усваивают ее. Дрожжи Sacch. cereviesiae начинают сбраживать галактозу только со вторых суток.
Дисахариды, из которых спиртовые дрожжи усваивают мальтозу и сахарозу, предварительно подвергаются гидролизу соответствующими ферментами дрожжей до моносахаридов. При переходе дрожжей от анаэробных условий к аэробным ослабляется их способность сбраживать глюкозу и мальтозу, а сахаразная активность повышается в 2,5 раза. Дрожжи потребляют мальтозу только при отсутствии в среде фруктозы и глюкозы. Мальтоза сбраживается почти полностью в стационарную фазу роста дрожжей.
Органические кислоты имеют важное значение в метаболизме углерода, энергетическом обмене микроорганизмов, синтетических и диссимиляционных процессах. Использование кислот жирного ряда в качестве источника углерода зависит от вида и расы дрожжей, концентрации кислоты, длины ее углеродной цепи и степени электролитической диссоциации. Хорошими субстратами служат кислоты с длиной углеродной цепи от С2 до С4 (уксусная, пировиноградная, молочная, масляная и др.) при сравнительно низкой концентрации. Калийные соли кислот, содержащих в молекуле от 2 до 5 атомов углерода, стимулируют рост дрожжей в 1,4—3,3 раза по сравнению с соответствующими кислотами.
Жирные кислоты со средней длиной углеродной цепи (от С6 до С10) в меньшей мере потребляются дрожжами и при очень низких концентрациях в среде (0,02—0,05%). Более высокие концентрации их подавляют развитие дрожжей. Жирные кислоты с 12—17 атомами углерода в молекуле потребляются избирательно в зависимости от рода и вида дрожжей.
Любой из промежуточных продуктов цикла Кребса (пировиноградная, лимонная, янтарная, фумаровая, яблочная кислоты) дрожжи могут использовать в качестве единственного источника углерода.
Азотное питание. Дрожжи способны синтезировать все аминокислоты, входящие в состав их белка, непосредственно из неорганических азотистых соединений при использовании в качестве источника углерода органических соединений — промежуточных продуктов распада углеводов, которые образуются при дыхании и брожении.
Спиртовые дрожжи Sacch. cereviesiae усваивают лишь две формы азота: аммиачный и органических веществ. Они эффективно используют азот сульфата и фосфата аммония, мочевины, аммиачных солей уксусной, молочной, яблочной и янтарной кислот. В присутствии сбраживаемых Сахаров аммиачные соли являются для дрожжей источником лишь азота; однако при потреблении его освобождаются кислоты, изменяющие рН среды. Аммиачный азот усваивается дрожжами лучше, чем азот многих аминокислот.
Аминокислоты являются одновременно источником азота и углерода, причем последний усваивается из кетокислот, образующихся в результате отщепления аминогрупп. Возможна и непосредственная ассимиляция аминокислот из питательной среды, содержащей их полный набор и какой-либо сбраживаемый сахар. Вследствие этого снижается расход сахара среды на питание дрожжей и несколько увеличивается выход спирта при брожении.
Ассимиляция аминокислот обеспечивает синтез белка, в том числе и ферментов, активирует некоторые уже имеющиеся в клетке ферменты, ускоряет процесс почкования дрожжевых клеток.
Для потребления органического азота (аминокислот, амидов) многим дрожжам необходимы витамины (биотип, пантотеновая кислота, тиамин, пиридоксин и др.). Такие азотистые соединения, как белки, бетаин, холин, пурины и амины в виде этиламина, пропил- и бутиламина, дрожжи не усваивают. Пептиды занимают среднее положение между аминокислотами и белками. Потребление пептидов снижается с повышением их сложности. Присутствие некоторого количества пептидов в среде наряду с другими формами азота способствует потреблению аминокислот.
На образование 10 млрд. дрожжевых клеток расход азота в условиях анаэробиоза составляет 66—77 мг, в условиях аэробиоза 37—53 мг. По содержанию азота в дрожжах судят об условиях их культивирования и физиологическом состоянии. Содержание азота в дрожжах кроме аэрации зависит от состава среды, количества дополнительно вводимых питательных веществ и от расы дрожжей. Общего азота в дрожжах спиртовых заводов содержится 7—10% (иногда до 12%) на сухое вещество.
Фосфорное питание. В анаэробных условиях дрожжи усваивают фосфор главным образом в начальный период брожения, когда потребление его составляет 80—90% от максимального содержания в дрожжах. Молодые, энергично размножающиеся дрожжевые клетки богаче фосфором по сравнению с непочкующимися старыми. Например, после 6 часов брожения дрожжи содержат 2,15% фосфора на сухое вещество, к концу брожения — только 1%.
В сусле из крахмалистого сырья содержится достаточное количество усваиваемых спиртовыми дрожжами фосфорсодержащих соединений, в мелассном сусле их недостаточно, и приходится добавлять ортофосфорную кислоту.
ПРОЧИЕ ФАКТОРЫ РАЗМНОЖЕНИЯ СПИРТОВЫХ ДРОЖЖЕЙ
Скорость роста дрожжей зависит от разности осмотического давления в клетке и в сусле. Чем она больше, тем быстрее размножаются дрожжи. Поэтому более активное физиологическое состояние дрожжей наблюдается при сбраживании мелассы по двухпоточному способу.
При обработке спиртовых дрожжей ультразвуком в несколько раз возрастает активность инвертазы, в некоторых случаях стимулируется их рост. Воздействием на хлебопекарные дрожжи ультразвуком частотой 425 кГц в течение 1 ч повышают бродильную энергию и подъемную силу на 15—18%; при частоте 380 и 740 кГц увеличивается содержание в дрожжах эргостерина на 45—60%.
Под влиянием Y-лучей у винных дрожжей повышается бродильная, у хлебопекарных — мальтазная активность. Если дрожжи облучать ультрафиолетовыми УФ-лучами, то они теряют способность синтезировать лейцин, изолейцин и валин. Таким образом, были получены мутанты, не образующие изоамилового и изобутилового спирта. При обработке хлебопекарных дрожжей УФ-лучами и этиленймином селекционированы мутанты, превышающие в 2—5 раз контрольные дрожжи по мальтазной активности.
Спирты, эфиры и слабые растворы щелочей растворяют липоидные вещества клеток дрожжей. Спирты даже в небольших концентрациях (3—4%) тормозят почкование дрожжей. Однако в непрерывном потоке сбраживаемой среды дрожжи способны размножаться при относительно высокой концентрации спирта (7— 8 об. %) и продолжать сбраживать сахара до концентрации спирта 10—12 об. %. Размножение дрожжей при непрерывном брожении зависит главным образом от содержания питательных веществ, а не от содержания спирта в среде.
Для снижения отрицательног влияния высоких концентраций спирта на размножение дрожжевые клеток была разработана схема сбраживания сусла под вакуумом.
Формалин, кислоты и соли тяжелых металлов относятся к плазматическим ядам. Небольшое количество формалина (0,09%) нарушает нормальную жизнь и деятельность дрожжей, а доза формалина 0,001% тормозит почкование дрожжевых клнток. Обычно дозы веществ, снижающие бродильную энергию дрожжей, значительно выше доз, задерживающих почкование.
Сернистая, азотистая и фтористо-водородная кислоты и их соли в очень малых концентрациях препятствуют нормальному росту дрожжей: диоксид серы п концентрации 0,0025%, нитриты — 0,0005%. При содержании в мелассе 0,02% диоксида серы качество дрожжей значительно ухудшается — они быстро темнеют, понижаются их подъемная сила и стойкость при хранении.
В растворах серной кислоты концентрацией 0,35—0,6% через 15 мин все клетки дрожжей сохраняют жизнеспособность; через 24 ч насчитывается лишь 2% мертвых клеток. Молочнокислые бактерии в 0,15%-ном растворе серной кислоты уже через 2 часа погибают, в 0,5%-ном растворе в течение такого же времени погибают все бактерии. Дикие дрожжи могут переносить воздействие 1,3%-коп. серной кислоты в течение 2 часов.
Свободные органические кислоты оказывают большее ингибирующее действие на дрожжи, чем их соли. Летучие органические кислоты даже в незначительных концентрациях подавляют размножение и ускоряют отмирание дрожжевых клеток. Наиболее сильными ингибиторами для дрожжей являются масляная и капроновая кислоты. Особенно чувствительны дрожжи к летучим органическим кислотам при снижении рН среды до 4. При этом через одни сутки в дрожжевой популяции наблюдается большое количество плазмолизированных клеток и почек.
При большом засеве дрожжей (120—150 млн. клеток на 1 мл) и при рН бражки 5,1 дрожжи расы В имели коэффициент размножения в контроле 2,1, а при содержании 0,02% масляной кислоты — 1,2; при содержании 0,02% капроновой кислоты — 1,15. Количество мертвых клеток дрожжей рас В и Я составляло 21 — 52%. В присутствии пропионовой кислоты коэффициент размножения дрожжей рас В и Я в 1,5, а количество мертвых клеток — в 2 раза меньше, чем в контроле.
Муравьиная кислота снижает коэффициент размножения дрожжей, не вызывая отмирания клеток. Сравнительно слабым ингибитором для дрожжей является уксусная кислота.
Снижение выхода спирта при сбраживании синтетической среды Ридер с 13% сахарозы дрожжами расы В и Я наблюдается при следующих концентрациях летучих органических кислот в сбраживаемой среде (в масляной 0,045, капроновой 0,055, муравьиной 0,09, пропионовой 0,12 и уксусной 0,45. В этих же условиях не снижается спиртообразование у дрожжей рас Г-176 и Г-202. Указанным концентрациям кислот в 22%-ной мелассной рассиропке соответствует содержание их в мелассе (в %): масляной 0,2, капроновой 0,5 и уксусной 2,0. Наиболее часто в мелассе органических кислот значительно меньше, лишь в некоторых случаях содержание муравьиной и пропионовой кислот близко к концентрациям, при которых снижается выход спирта.
В присутствии масляной и капроновой кислот процесс образования высших спиртов в значительной мере блокируется независимо от расы дрожжей.
Некоторые тяжелые металлы в весьма малых концентрациях убивают дрожжевые клетки (серебро—0,000001%, медь — 0,005%), а в концентрациях, не поддающихся определению химическим анализом, тормозят рост дрожжей. Бактерицидное действие тяжелых металлов зависит от состава среды, ее кислотности, температуры и плотности дрожжевой популяции. Например, соли меди в кислых средах более ядовиты, соли серебра проявляют более сильное бактерицидное действие в виде аммиачных растворов.
Присутствие фурфурола в сбраживаемой среде уменьшает количество почкующихся клеток и их размер. Даже незначительное содержание фурфурола снижает мальтазную и зимазную активность выделенных из мелассной бражки дрожжей.
Сульфонол в небольших концентрациях (70—100 г на 1 тонну мелассы) не влияет на жизнедеятельность дрожжей и подавляет молочнокислую микрофлору. Хлор, хлорная известь, марганцовокислый калий, сильно окисляя органические вещества, разрушают их.
В бражках с повышенным содержанием ионов Са, Мg, Fе у дрожжевых клеток теряется водная оболочка, в связи с чем уменьшаются ионная сфера и электрический заряд на поверхности клеток и создаются условия для агглютинации дрожжей. Спиртовые расы дрожжей имеют отрицательный электрокинетический потенциал — от —7 до —13 мВ, вследствие чего они адсорбируют на своей поверхности меланоидины, которые имеют положительный потенциал. С понижением рН среды электрокинетический потенциал меланоидинов возрастает, в связи с чем увеличивается степень адсорбции их на дрожжевых клетках. Меланоидины придают дрожжам темный цвет, способствуют отмиранию дрожжевых клеток и, следовательно, снижению их ферментативной активности, в частности активности инвертазы и каталазы. При содержании в сбраживаемой среде меланоидинов от 0,005 до 0,3 г на 100 мл через 24 ч популяция дрожжей уменьшается в 1,3—2 раза. Следует помнить, что меланоидины образуются в процессе разваривания крахмалистого сырья.
Десорбция красящих веществ с поверхности дрожжевой клетки проходит интенсивно при рН промывной воды выше 9. При рН около 3 красящие вещества не десорбируются.
Многие ферменты дрожжей активируются в присутствии незначительных количеств сульфгидрильных соединений, содержащих SH-группы, таких, как цистеин, глютатион. Эти соединения легко превращаются одно в другое, имеют важное значение в активировании и регулировании действия многих окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов, определяющих жизнедеятельность и обменные процессы микроорганизмов.
S Н-группы играют важную роль в цепи окислительно-восстановительных реакций и являются необходимым звеном в передаче электрона от сукцината к кислороду воздуха через цитохром. Активность многих дегидрогеназ, флавиновых и Восстановленный глютатион и цистеин ускоряют спиртовое брожение вследствие восстановления SH-группы тиоловых ферментов, принимающих участие в аэробном и анаэробном окислении Сахаров. Однако применение этих дорогостоящих веществ экономически нецелесообразно; в качестве их заменителя может быть использован дрожжевой автолизат.
БИОХИМИЯ БРОЖЕНИЯ И ДЫХАНИЯ ДРОЖЖЕВОЙ КЛЕТКИ
АНАЭРОБНЫЙ РАСПАД УГЛЕВОДОВ
Ферментативная диссимиляция углеводов в анаэробных условиях, происходящая с выделением энергии и приводящая к образованию продуктов неполного окисления, называется брожением.
При брожении акцептором водорода служат органические соединения, получающиеся в реакциях окисления (например, уксусный альдегид при спиртовом брожении); кислород в этих реакциях не участвует.
На рисунке приведена схема химических превращений при спиртовом брожении глюкозы.
1. Образуются фосфорные эфиры Сахаров. Под действием фермента гексокиназы и адениловых кислот, являющихся донаторами и акцепторами фосфорной кислоты, глюкоза превращается в глюкопиранозо-6-фосфат. Адениловые кислоты в дрожжах содержатся в виде аденозинмонофосфата (АМФ), аденозиндифосфата (АДФ) и адеыозинтрифосфата (АТФ). Гексокиназа катализирует перенос одной фосфорной группы с АТФ на глюкозу. При этом АТФ превращается в АДФ, а остаток фосфорной кислоты присоединяется по месту шестого углеродного атома. Действие фермента активируется ионами магния. Подобным образом происходит превращение D-фруктозы и D-маннозы. Глюкокиназная реакция определяет скорость процесса брожения.
2. Глюкозо-6-фосфат под действием фермента глюкозофосфат — изомеразы подвергается изомеризации — превращению в фруктозо-6-фосфат. Реакция обра тима и сдвинута в сторону фруктозо-6-фосфата.
3. Фруктозо-6-фосфат под действием фермента фосфофруктокпназы присоединяет по месту первого углеродного атома второй остаток фосфорной кислоты за счет АТФ и превращает в фруктозо-1,6-дифосфат. Эта реакция практически необратима. Молекула сахара переходит в оксоформу и становится лабильной, способной к дальнейшему превращению, так как ослабляется связь между третьим и четвертым углеродными атомами.
4. Под действием фермента альдолазы (активируемой ионами Zn 2+ , Со 2+ и Са 2 +) фруктозе-1,6-дифосфат распадается на две фосфотриозы — З-фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон. Эта реакция обратима.
5. Между фосфотриозами происходит реакция изомеризации, катализируемая ферментом триозофосфатизомеразой. Равновесие устанавливается при 95% 3-фосфоглицеринового альдегида и 5% фосфодиоксиацетона.
6. В индукционный период, пока в качестве промежуточного продукта не образовался уксусный альдегид, между двумя молекулами 3-фосфоглицеринового альдегида под действием фермента альдегидмутазы при участии молекулы воды происходит реакция дисмутации. При этом одна молекула фосфоглицеринового альдегида восстанавливается, образуя фосфоглицерин, другая окисляется в 3-фосфоглицериновую кислоту. Фосфоглицерин в дальнейших реакциях не участвует и после отщепления фосфорной кислоты является побочным продуктом спиртового брожения.
При установившемся процессе окисление 3-фосфоглицеринового альдегида в 3-фосфоглицериновую кислоту происходит сложным путем. Вначале он превращается в 1,3-дифосфоглицериновый альдегид, присоединяя остаток неорганической фосфорной кислоты, затем под действием фермента триозофосфатдегидрогеназы в присутствии НАД (никотинамидадениндинуклеотида) окисляется в 1,3-дифосфо-глицсриновую кислоту. НАД, вступая в соединение со специфическим белком, образует анаэробную дегидрогеназу, обладающую способностью отнимать водород непосредственно от фосфоглицеринового альдегида и других органических соединений.
7. При участии фермента фосфотрансферазы остаток фосфорной кислоты, содержащий макроэргическую связь, передается с 1,3-дифосфоглицериновой кислоты на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфоглицериновой кислоты. Энергия, освобождающаяся при окислении фосфоглицеринового альдегида, резервируется в АТФ.
8. Под действием фермента фосфоглицеромутазы 3-фосфоглицериновая кислота изомеризуется в 2-фосфоглицериновую кислоту.
9. В результате отдачи воды, вызываемой перераспределением внутримолекулярной энергии, 2-фосфоглицериновая кислота превращается в фосфоэнолпировиноградную кислоту, содержащую макроэргическую связь. Реакцию катализирует энолаза, активируемая ионами Мg 2 +, М n 2 + и Zn 2 +.
Максимальное действие энолазы проявляется в интервале рН 5,2—5,5. При рН 4,2 молекулы энолазы агрегируются, при рН 3—4 необратимо денатурируются.
10. Под действием фермента фосфотрансферазы в присутствии ионов К + остаток фосфорной кислоты передается от фосфоэнолпировиноградной кислоты на АДФ, резервируя энергию в АТФ.
11. Образовавшаяся энолпировшюградная кислота превращается в более стабильную кетоформу.
12. Под действием фермента карбоксилазы от пировиноградной кислоты отщепляется диоксид углерода и образуется уксусный альдегид.
13. Фермент алкогольдегидрогеназа переносит водород с восстановленного НАД-Н2 на уксусный альдегид, в результате чего образуется этиловый спирт и регенерируется НАД.
АЭРОБНЫЙ РАСПАД УГЛЕВОДОВ
В условиях аэробиоза распад углеводов до образования пировиноградной кислоты происходит так же, как и при анаэробиозе, но в отличие от него пировиноградная кислота полностью окисляется до диоксида углерода и воды в цикле трикарбоновых кислот — ЦТК (цикле Кребса, лимоннокислотном цикле). В этом цикле последовательно протекают окислительно-восстановительные реакции, в которых под действием специфических дегидрогеназ происходит перенос водорода на молекулярный кислород — конечный его акцептор. Однако перенос осуществляется не непосредственно, а через молекулы-переносчики, образующие так называемую дыхательную цепь. Схема химических превращений при аэробном распаде глюкозы приведена ниже.
При катаболизме глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты. Вначале одна из них подвергается реакциям окислительного декарбоксилирования, в результате которых образуется ацетил-КоА (активированная уксусная кислота):
СНз · СО · СООН + КоАSН + НАД — СНз-СО
КоАSН + НАД · Н2 + СО2
Вторая молекула пировиноградной кислоты под действием фермента пируваткарбоксилазы конденсируется с молекулой диоксида углерода с образованием щавелевоуксусной кислоты:
С H з · CO · COOH + CO2 + АТФ ↔ HOOC · CH2 · CO · COOH + АДФ + Ф
При установившемся цикле щавелевоуксусная кислота образуется из яблочной (малата).
Собственно ЦТК начинается с конденсации ацетил-КоА с молекулой щавелевоуксусной кислоты (оксалоацетата), катализируемой ферментом цитратсинтазой. Продуктами реакции являются лимонная кислота (цитрат) и свободный кофермент А:
Дальнейшие превращения видны из схемы на рисунке.
За один оборот молекулы пировиноградной кислоты присоединяется 3 молекулы Н2О, выделяется 5 Н2 и образуется 3 молекулы СО2:
СН з · СО · СООН + ЗН2О — > ЗС0 2 + 10 Н.
В ЦТК «сжигаются» не только углеводы, но и жирные кислоты (после предварительной деградации до ацетил-КоА), а также многие аминокислоты (после удаления аминогруппы в реакциях дезаминирования или переаминирования).
Аэробный и анаэробный распад углеводов доставляет дрожжам энергию и обеспечивает процессы синтеза биомассы различными предшественниками. Из щавелевоуксусной и а-кетоглутаровой кислот в результате восстановительного аминирования и переаминиро вания образуются соответственно аспарагиновая и глютаминовая кислоты. Аспарагиновая кислота может образовываться также из фумаровой кислоты. Синтез этих двух аминокислот занимает главное место в синтезе белков из углеводов. При конденсации фосфодиоксиацетона с альдегидами могут образовываться пентозы, гексозы и различные полисахариды. Для синтеза биомассы дрожжи используют и другие — анаплеротические — пути, например пентозофосфатный путь. Пентозофосфаты являются предшественниками нуклеотидов и нуклеиновых кислот.
Так как при полном окислении сахара значительно больше освобождается энергии и образуется реакционноспособных метаболитов для синтетических процессов, то возрастает скорость размножения и увеличивается биомасса дрожжей.
РАСХОД САХАРА НА БИОСИНТЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ПРОДУКТЫ БРОЖЕНИЯ
Дрожжегенерирование — сложнейший биохимический процесс, состоящий из взаимосвязанных и тесно переплетающихся биохимических реакций, поэтому точно рассчитать расход питательных веществ на продукты дрожжегенерирования невозможно. В приближенных теоретических расчетах пользуются суммарными уравнениями процессов брожения и биосинтеза.
Анализ различных способов получения дрожжей из мелассы показывает, что наибольший экономический коэффициент — процент сахара, израсходованного на получение товарной продукции, за вычетом потерь — получается при спиртовом брожении с утилизацией дрожжей (64,6%). На специализированных дрожжевых заводах экономический коэффициент ниже (42—45%).
В процессе дрожжегенерирования сахар расходуется на получение трех основных продуктов: дрожжей, спирта и диоксида углерода. Чтобы максимально использовать сахар, необходимо утилизировать все названные продукты. При спиртовом брожении сахар, например, содержащийся в мелассе, расходуется на образование следующих веществ: этилового спирта (46—47,6%); диоксида углерода [в соответствии с количеством этилового спирта (44 — 45,5%)]; биомассы дрожжей (1,8—4%); глицерина (3,2—4,5%); высших спиртов (0,28—0,7%); альдегидов (0,1—0,2%); органических кислот (0,2—1%). Потери несброженного сахара в бражке 2,1—2,8%. Общие потери сахара в процессе сбраживания 7—12% к введенному в производство. Соответственно и выход спирта составляет 88—93% к теоретическому.
На количество образовавшегося при спиртовом брожении глицерина влияют состав сбраживаемой среды и ее физико-химические показатели.
Расход сахара на образование биомассы дрожжей и их жизнедеятельность зависит от направленности процесса. Так, при работе по схеме с выделением дрожжей из зрелой мелассной бражки и использованием их в качестве хлебопекарных стремятся накопить возможно больше дрожжей. Дрожжи можно многократно возвращать на сбраживание, что сокращает расход сахара на образование биомассы дрожжей. Энергия брожения дрожжей при их 2— 4-кратном возврате не только не снижается, но даже несколько повышается. Кроме того, при многократном использовании увеличивается общее число дрожжевых клеток и возрастает интенсивность брожения.
При сбраживании сусла в зрелой бражке содержится 20—35 г дрожжей 75%-ной влажности в 1 л. В условиях анаэробного дыхания на образование 1 г дрожжей указанной влажности расходуется 0,4 г сахарозы, следовательно, на получение 20—50 г дрожжей потребляется 8—14 г сахара, или 6—11%.
На дыхание дрожжей при дрожжегеперировании в спиртовом производстве расходуется значительное количество сахара — 6—15% от общего его расхода в этом процессе, или 2—5% от всех сбраживаемых Сахаров, содержащихся в среде дрожжегенераторов. Расход сахара на дыхание при различных условиях дрожжегенерирования неодинаков и зависит от его концентрации в среде, скорости насыщения среды кислородом, температуры и других условий. Поэтому есть еще значительные резервы повышения выхода спирта при переработке мелассы.
Согласно уравнению брожения в этиловый спирт переходит 66,7% углерода сахара, в CO2 — 33,3%. Соотношение между количествами углерода, идущими на построение биомассы и на дыхание, непостоянно и зависит от концентрации сахара в среде, температуры и других условий. С повышением концентрации сахара от 1 до 4% количество углерода, используемого на построение биомассы, увеличивается с 52—55 до 60-61% и соответственно уменьшается на образование С02 при дыхании, т. е. процесс становится более экономичным.
С понижением температуры среды значительно уменьшается удельный расход сахара на дыхание: при 30°С он равен 0,22, при 20°С — 0,13, при 15°С — 0,075 г на 1 г прессованных дрожжей. При 36°С удельный расход сахара на дыхание также ниже, чем при 30°С (0,2 г/г).
Коэффициенты полезно использованного углерода при концентрации сахара в среде 2,2% и температурах 15, 20, 25, 30 и 36°С соответственно равны 71,6; 67,4; 60,7; 58,5 и 62,7%.
С повышением интенсивности окислительных процессов (с увеличением интенсивности аэрации) выход дрожжей по массе сахара, израсходованного в процессе биосинтеза, уменьшается.
МИКРООРГАНИЗМЫ — СПУТНИКИ ДРОЖЖЕЙ
При сбраживании сусла дрожжами необходимо предохранять их от посторонних микроорганизмов — бактерий и «диких» дрожжей, вносимых с сырьем, водой и воздухом. Попадая в дрожжевые и бродильные аппараты, они могут накапливаться в значительных количествах и даже вытеснить производственную культуру дрожжей. Инфицирующие микроорганизмы потребляют из сусла часть питательных веществ, что снижает выход спирта. Кроме того, они образуют органические кислоты и другие продукты, инактивирующие ферменты осахаривающих материалов и снижающие бродильную энергию дрожжей, в результате чего в зрелой бражке повышается количество несброженных Сахаров и крахмала. Хлебопекарные дрожжи, выделенные из инфицированной мелассно-спиртовой бражки, имеют низкую ферментативную активность и стойкость-
ОПИСАНИЕ ПОСТОРОННИХ МИКРООРГАНИЗМОВ
Молочнокислые бактерии
Молочнокислые бактерии бывают цилиндрические или палочковидные и сферические или шаровидные (кокки), грамположительные, неподвижные, неспорообразующие. Гетероферментативные молочнокислые бактерии наряду с молочной кислотой образуют летучие кислоты, спирт, диоксид углерода и водород.
Оптимальная температура для роста большинства молочнокислых бактерий 20—30°С. Термофильные виды их лучше развиваются при 49—51°С. Молочнокислые, как и другие бесспоровые, бактерии погибают при 70—75°С.
Наиболее часто встречаются следующие виды молочнокислых бактерий: Lacto. bacillius plantarum, Lact. breve, Lact. fermentii, Leuconostoc mesenterioides, leuc. agglutinans. Первые три — палочки различной длины, последние два — очень короткие палочки, чаще дипло- и стрептококки. Бактерии Leuconostoc mesenterioides имеют слизистую капсулу, поэтому очень устойчивы к высокой температуре и кислотам. В жидких средах погибают при 112—120°С в течение 20 мин; в 0,5%-ном: растворе серной кислоты жизнеспособны в течение 1 часа. Бактерии Leuc. agglutinans обладают способностью прилипать к дрожжам и склеивать (агглютинировать) отдельные их клетки.
Уксуснокислые бактерии
Уксуснокислые бактерии — грамотрицательные, палочковидные, бесспоровые, строго аэробные организмы, развивающиеся в тех же условиях, что и дрожжи. Бактерии способны окислять этиловый спирт в уксусную кислоту, пропиловый спирт — в пропионовую кислоту, бутиловый спирт — в масляную кислоту. Некоторые виды бактерий способны окислять также глюкозу в глюконовую кислоту, ксилозу и арабинозу — в ксилоновую и арабановую кислоты. Этиловый спирт является главным источником жизнедеятельности уксуснокислых бактерий.
Наиболее распространенные виды Уксуснокислых бактерий — Acetobacter aceti, Acet. Pasteurianium, Acet. oxydans. Они имеют форму палочек длиной 1—3 мкм, часто соединены в цепочки. Оптимальная температура для роста 20—35°С. Acetobacter aceti выдерживает 10—11%-ную концентрацию спирта.
При накоплении в сбраживаемом сусле 0,01% уксусной кислоты задерживиется, а при 0,2% подавляется жизнедеятельность дрожжей.
Маслянокислые бактерии
Маслянокислые бактерии — строгие анаэробы, имеющие подвижные крупные спорообразующие палочки длиной до 10 мкм. Споры маслянокислых бактерий цилиндрической или эллипсоидальной формы. Наряду с масляной кислотой они могут образовывать (в меньших количествах) уксусную, молочную, капроновую, каприловую и другие кислоты, а также этиловый и бутиловый спирты. Возбудители этого брожения развиваются главным образом в трубопроводах, насосах и других скрытых местах. Оптимальная температура для роста маслянокислых бактерий 30—40°С, при рН ниже 4,9 маслянокислые бактерии не развиваются.
Маслянокислые бактерии опасны для спиртового производства, так как вырабатываемая ими масляная кислота даже в очень малых концентрациях (0,0005%) подавляет развитие дрожжей.
Наиболее распространены следующие виды маслянокислых бактерий: Clostridium butyricum, Clostr. Pasterianinum, Clostr. saccharobutyricum.
Гнилостные бактерии
Гнилостные бактерии вызывают распад белковых веществ. В аэробных условиях происходит полная минерализация белка, вплоть до диоксида углерода, аммиака, сероводорода, воды и минеральных солей. В анаэробных условиях накапливаются различные органические дурнопахнущие и ядовитые вещества.
К аэробным гнилостным бактериям относятся Вас. Subtilius (сенная палочка), Вас. mesentericus (картофельная палочка). Они подвижны, образуют споры, отличающиеся высокой термоустойчивостью. Температурный оптимум для развития бактерий 36—50°С. К факультативным анаэробам относятся Escherichia coli (кишечная палочка) и Proteus vulgaris, к анаэробам — Clostr. Putrificum и Clostr. sporogenes. Особенно большой вред гнилостные бактерии приносят хлебопекарным дрожжам, сокращая срок их хранения.
Вас. Subtilius (сенная палочка), Вас. mesentericus (картофельная палочка), Вас. megatherium являются также нитритобразующими бактериями (редуцирующими нитраты в нитриты). Нитриты в концентрации даже 0,0005% задерживают размножение дрожжей.
Дикие дрожжи
Эти дрожжи представляют значительную опасность для спиртового производства. Они потребляют много сахара и образуют мало спирта. В большом количестве дикие дрожжи отрицательно отражаются на хлебопекарных свойствах культурных дрожжей. Многие из них превращают сахар в органические кислоты и окисляют спирт.
МИКРОФЛОРА ВОДЫ И ВОЗДУХА
Микрофлора зернового сырья и мелассы была рассмотрена раньше.
Вода для приготовления мелассного сусла должна содержать не более 100 бактерий в 1 мл. На спиртовых заводах часто используют воду из открытых водоемов микроорганизмов: Esch. coli, Esch. freundi (Bact.citrovorus), Klebsiella aerogenes, Acrobacter cloacae, Bac. Subtilis, Bac. Mesentericus, Pseudomonas nonliguefaciens.
В 1 мл прудовой воды может содержаться несколько сот кислотообразующих бактерий.
Наиболее распространенным, надежным и дешевым способом обеззараживания воды является ее хлорирование. Для этого используют гипохлорит натрия, хлорную известь, двух- и трехосновную соль гипохлорита кальция, хлорамин и др.
Для обеззараживания воды, применяемой для технологических целей, требуется 20—39 мг активного хлора на 1 л (экспозиция 0,5 ч).
Может быть применен также новый хлорсодержащий препарат — дихлорантин (С5Н6М2С122).
Препарат малотоксичен, содержит до 70% активного хлора, легко растворим в спирте, хлорированных углеводородах, плохо — в воде. При концентрации активного хлора в воде 20 мг/л остаются жизнеспособными только спорообразующие бактерии.
Процесс спиртового брожения даже стимулируется и несколько увеличивается выход спирта.
Воздух для аэрирования сусла в дрожжегенераторах очищают, иначе вместе с ним вносится значительное количество микроорганизмов, вредных для спиртового брожения и ухудшающих качество хлебопекарных дрожжей. Очистка воздуха особенно необходима на заводах, имеющих цехи кормовых дрожжей (во избежание заражения бродящей среды дрожжеподобными грибами).
В воздухе часто встречаются Вас. Mesentericus, Вас. mycoides, Вас. megatherium, Вас. subtilis, бактерии рода Pseudomonas, сарцины (Sarcina lutea), споры плесневых грибов рода Pennicilium и Aspergillus, дрожжеподобные грибы рода Candida и редко — молочнокислые бактерии.
Воздуходувки забирают воздух из наиболее удаленных от земли мест (выше крыши завода). Для удаления из воздуха грубых частиц на всасывающем воздуховоде устанавливают масляные (висциновые) фильтры. При использовании мокровоздушных насосов (РМК, ВВН) фильтры окончательной очистки размещают на всасывающем воздуховоде, при использовании турбовоздуходувок ТВ-50 — на нагнетательной линии.
Для очистки воздуха от микроорганизмов применяют фильтры «Лаик» СП-6/21А и «Лаик» СП-6/15А производительностью соответственно 756 и 540 м 3 /ч, площадью фильтрации 21 и 15 м 2 . Фильтрующим материалом служит гидрофобная ткань марки ФПП-15-30.
При удельной нагрузке воздуха на фильтрующую поверхность 36 м 3 /(м 2 -ч) он очищается на 97—99% в течение 3 месяцев без замены ткани. Применяют также фильтры, наполненные стеклянной ватой.
ЕСТЕСТВЕННО — ЧИСТАЯ КУЛЬТУРА ДРОЖЖЕЙ
Для засева сусла в бродильных аппаратах используют дрожжи естественночистой культуры, отличающейся от чистой культуры тем, что выращивается в условиях ограниченного попадания посторонних микроорганизмов, развитие которых подавляют.
Температура роста посторонних микроорганизмов почти не отличается от оптимальной температуры роста дрожжей и спиртового брожения, поэтому бактериостатические условия для них создают снижением активной кислотности сусла до рН 3,8—4,0 с помощью серной или молочной кислоты.
Хотя этот рН менее благоприятен для размножения дрожжей, чем рН 4,7—5,0, он обеспечивает получение микробиологически достаточно чистой культуры.
Может быть применен также новый хлорсодержащий препарат — дихлорантин (С5Н6М2С122).
Температурный режим, ph и высшие спирты
Пара цитат из статьи про коньячные спирты
..Заметно влияет на образование высших спиртов и температура среды (при температуре брожения от 15 до 35 оС). Максимум образования высших спиртов установлен при температуре 20 оС, а при температуре брожения 35 оС количество высших спиртов уменьшается в четыре раза..
..Заметно влияет на образование высших спиртов в бродящем сусле величина рН. При рН 2,6 зафиксировано минимальное количество высших спиртов. При рН 4,5 содержание высших спиртов увеличивается в два раза, а при дальнейшем увеличении рН содержание высших спиртов слабо снижалось..
Кто-нибудь на практике сравнивал результаты при разной температуре брожения? А то я как-то более-менее беспорядочно относился к температуре 20..30, лишь бы булькало в гидрозатворе
Немного поползал и нашел следующее:
Работами Б. Ренкаина (1967 г.) установлено, что влияние температуры на образование сивушных спиртов зависит от вида и расы дрожжей. Автор исследовал 11 рас дрожжей, сбраживающих сусло при температуре от 15 до 25°С. При этих условиях дрожжи образуют 24% изобутанола и активного пентанола, около 39% изопентанола и 17% н-пентанола. При 25°С количество изопентанола и изобутанола продолжает увеличиваться, а количество н-пропанола уменьшается. Брожение, проведенное при 38°С, приводит к образованию значительно больших количеств этанола, пировиноградной и а-кетоглутаровой кислот, чем брожение при 25°С. Это объясняется замедленным дыханием дрожжей, что увеличивает выход спирта.
Известно, что существует зависимость между ростом и размножением дрожжей и количеством образующихся сивушных спиртов. Так, если рост и размножение дрожжей ограничивать различными способами, то высших спиртов образуется гораздо меньше. При медленном брожении высших спиртов образуется больше, чем при интенсивном. При непрерывном брожении размножение дрожжей очень ограниченно, высших спиртов образуется меньше, а качество вина получается лучше, чем при периодическом.
p.s. Вот еще интересная статейка про температуры, активность и прочее ССЫЛКА
А теперь практика:
1. 27.11.2021г. в 23 часа поставлено в одинаковых емкостях с гидрозатворами 2 одинаковых образца браги, каждый из 6 кг. сахара, 600гр. живых дрожжей одной партии, 24 л. воды. Идентичность параметров обеспечивалась с максимально возможной точностью. 2. Начальные температурные условия одинаковые. 3. У первого образца поддерживается температура 30 градусов. 4. У второго образца поддерживается температура 20 градусов. 5. Готовность браги определяется по прекращению (уменьшению) выделения углекислого газа и на вкус.
Сравнительные данные анализов СС, концентрация примесей приведена к безводному спирту
температура брожения 30 градусов 20 градусов продолжительность брожения 3 дня и 12 часов 12 дней получено СС 6 литров 6,8 литра крепость 49% 50% ацетальдегиды 96мг/литр 64мг/литр эфиры 135мг/литр 260мг/литр метанол 0,0004% 0,0014% сивуха 2,5 грамма/литр 12 грамм/литр
Мои измерения крепости продукта отличаются на 1% от лабораторных (спишем на плохое зрение). Подтверждается более резкий запах 30 град. более высокой концентрацией ацеталдегидов. Иногда носу можно доверять. Александр956, 13 Дек. 13, 20:58
Посл. ред. 29 Сент. 15, 09:27 от mak
Посл. ред. 20 Окт. 13, 10:58 от mak
А как ты собираешься мерять количество этих самых высших спиртов? игорь223, 20 Окт. 13, 10:51
Поспрашиваю в лаборатории, сможет ли их оборудование провести анализ составляющих браги. Если да, проведу серию тестов.
Максимум образования высших спиртов установлен при температуре 20 оС, а при температуре брожения 35 оС количество высших спиртов уменьшается в четыре раза.. mak, 20 Окт. 13, 10:46
Стартуем при 24°С и плавно спускаемся к 18°С. За два месяца всё станет класс. Хмель, 20 Окт. 13, 22:43
Я думаю серия тестов ну никак не помешает
Если сбраживаем хорошие виноматериалы, но виноград естественно не кислый Хмель, 20 Окт. 13, 22:43
Посл. ред. 20 Окт. 13, 23:03 от mak
если будет возможность поставить серию экспериментов нужно попробовать как минимум 2 вида дрожжей 1. Саф левюр (как самые распространенные) 2. Доступные винные
Ну и сусло. тут подумать можно, но пара-тройка видов дрожжей важнее
Не помешает. Нужно ли? И кто будет сравнивать результаты? Сам или независимые дегустаторы? Хмель, 20 Окт. 13, 23:03
Поспрашиваю в лаборатории, сможет ли их оборудование провести анализ составляющих браги. Если да, проведу серию тестов. Александр956, 20 Окт. 13, 22:15
а можно за это время что-то полезное сделать. Например, математику с ребенком или старушку через дорогу перевести. Хмель, 20 Окт. 13, 23:03
если будет возможность поставить серию экспериментов нужно попробовать как минимум 2 вида дрожжей 1. Саф левюр (как самые распространенные) 2. Доступные винные
Ну и сусло. тут подумать можно, но пара-тройка видов дрожжей важнее mak, 20 Окт. 13, 23:06
Смогу проверить на 2-х видах дрожжей при 2-х температурах брожения на сахарной браге (для начала). Дрожжи возьму сухие и пресованные. Давай определимся с температурами.
Кто-нибудь на практике сравнивал результаты при разной температуре брожения? А то я как-то более-менее беспорядочно относился к температуре 20..30, лишь бы булькало в гидрозатворе mak, 20 Окт. 13, 10:46
Смогу проверить на 2-х видах дрожжей при 2-х температурах брожения на сахарной браге (для начала). Дрожжи возьму сухие и пресованные. Давай определимся с температурами. Александр956, 20 Окт. 13, 23:55
В прошлом году проделал эксперимент с двумя бродильнями по 50 л. Одну в подвале ставил стабильно + 16 *С , вторую в отапливаемом гараже — не ниже +25 *С . Сырье и навеска одинаковые — основа виноград изабела. Понятное дело , первой отиграла гаражная- разница по времени чуть больше двух недель (16 дней) Задачу ставил сравнить органолептику конечного продукта. Выводы: 1й погон — разницы во вкусе и запахе не отмечено , НО . Внимание. Разница выхода СС подвального(холодного) на 11порцентов больше по объему и на 4процентов крепче по АС. 2й погон- дал более интересный результат : подвальный ( холодный) дал больше голов почти в два раза , по отношению к гаражному (теплому) ,но на хвосты срывался позже . В итоге разницы в объемах не обнаружена а разница по крепости достигла 9* в пересчете на АС. По органолептике разницы не ощутил — слепая дегустация дала перекрестные результаты ( для разный подопытных — разный победитель в номинации супер гуд)
Для этой темы коственный вывод можно сделать по большему количеству голов при меньшей температуре сбраживания.
Давайте отделять мухи от котлет. Если мы говорим о производстве спирта-ректификата, то брожение производят при температурах близких к оптимальным (28-30*С). В этих условиях сбраживание идет максимально быстро (емкости не должны простаивать) и набраживается минимальное количество примесей.
Для вина и дистиллированных напитков типа коньяка не все так однозначно. Там примеси при последующем созревании создают букет напитка. А видов напитка и технологий буквально тысячи. Можно посмотреть у классиков: http://wine.historic.ru/. 013/st043.shtml http://www.zaika.in.ua/. ure-brozheniya/ http://www.fptl.ru/. chnij-spirt.pdf http://mppnik.ru/. stva/10-1-0-107
Температурные условия оказывают значительное влияние на ход брожения. Так, в бочках температура бродящего сусла значительно ниже, чем в крупных резервуарах, где температура сусла в результате брожения большого объема значительно повышается. Ведь одна грамм-молекула сахара (180 г) выделяет во время брожения 23,5 ккал тепла.
Сохранению высокой температуры бродящего сусла способствует слабое излучение тепла в крупных резервуарах, особенно железобетонных, обладающих низкой теплопроводностью. Это особенно заметно в годы, когда брожение сусла происходит в теплую осень.
Высокая температура брожения оказывает отрицательное влияние на химический состав вина. При температуре брожения выше 25°С содержание летучих кислот повышается. Наименьшее количество летучих кислот образуется при температуре брожения 15—25°С.
Следует также отметить, что при 20°С брожение проходит в оптимальные сроки — примерно в течение 2 недель. При температуре ниже 15°С оно чрезмерно затягивается, в то время как при 30°С проходит очень бурно. В последнем случае интенсивно выделяются пузырьки углекислого газа, увлекающие с собой в атмосферу ряд ценных ароматических веществ вина.
Высокая температура брожения (выше 25°С) способствует интенсивному размножению дрожжей, а следовательно, и усиленному потреблению ими азота сусла. В конце процесса брожения, когда дрожжевые клетки отмирают, происходит выделение в среду азотистых веществ. В результате этого увеличивается склонность вин к белковым помутнениям.
Температура брожения оказывает также влияние на содержание титруемой кислотности в вине. При низкой температуре брожения вина получаются менее кислотными. С повышением температуры брожения содержание альдегидов, придающих столовым винам неприятную горечь во вкусе, возрастает, и, наоборот, концентрация спирта уменьшается.
Для производства марочных белых столовых и шампанских виноматериалов рекомендуется температурный режим брожения в пределах 15—18°С. Осуществлять регулирование температурного режима брожения, если оно проходит в отдельных крупных резервуарах, довольно сложно. В случае сильного повышения температуры бродящего сусла применяют охлаждение его в трубчатом теплообменнике холодной водой.
Наиболее эффективен метод охлаждения бродящего сусла при помощи искусственного холода.
Благоприятные условия для надежной системы охлаждения создает непрерывное брожение сусла в потоке.
Правильная температура брожения. Если в помещении слишком тепло, то дрожжи спиртового брожения плохо себя чувствуют и плохо размножаются, брожение тогда идет слабо, вяло, и может даже остановиться. При высокой температуре также легче развиваться не только спиртовым, но и другим, вредным дрожжевым грибкам. Температура влияет на химический состав вина, чем ниже температура тем меньше образуется летучих кислот, выход спирта увеличивается, лучше сохраняется сортовой аромат. Но слишком низкие температуры замедляют работу дрожжей, в этом случае брожение часто останавливается. Практикой виноделия было выяснено, что чем меньше в бродящем соке разных вредных дрожжей и бактерий, тем выше можно поднимать температуру брожения, но лучше, чтобы она не превышала 25°C.
Наиболее благоприятной для спиртового брожения является температура в 18-20°С. При этом температура помещения, где происходит брожение, должна быть ровной, одинаковой днем и ночью, без резких и частых колебаний. Любое сильное колебание температуры задерживает брожение и замедляет работу дрожжей.
Температура брожения существенно влияет на состав летучих примесей виноматериала. При 30°С и выше имеют место недоброды, понижающие выход коньячного спирта и способствующие чрезмерному накоплению летучих кислот. В то же время концентрация сложных эфиров и высших спиртов понижается. К тому же заметно ослабевает ароматичность вина из-за интенсивного выноса ароматических соединений углекислым газом брожения. Оптимальной температурой сбраживания коньячных виноматериалов считается (23 ± 2)°С.
Следует также отметить, что при 20°С брожение проходит в оптимальные сроки — примерно в течение 2 недель. При температуре ниже 15°С оно чрезмерно затягивается, в то время как при 30°С проходит очень бурно. В последнем случае интенсивно выделяются пузырьки углекислого газа, увлекающие с собой в атмосферу ряд ценных ароматических веществ вина.
Максимальная температура воды для дрожжей?
Известно, что наиболее подходящей температурой воды, при которой происходит стремительное размножение одноклеточных грибов — около + 40°С, а кипяток для них смертельно опасен. А какая температура является предельно допустимой для нормальной жизнедеятельности дрожжей ?
Что касается Вашего вопроса предельно верхней допустимой температуры дрожжевого состава, так Луи Пастер ещё в позапрошлом столетии назвал это значение: нагрев до 60*С в течении 1 часа, до 80*С — 30 мин и до 100*С — (полное кипячение), означает уничтожение дрожжей. При температуре +110*С — наступает фаза ультрапастеризации.
Все нижние значения температур не вредят размножению этих грибов.
Заинтересовался я данным вопросом неспроста, а потому что часто готовлю домашний квас, и мне просто необходимо было знать предельно допустимую температуру для нормальной жизнедеятельности дрожжей.
И вот что удалось обнаружить на просторах всемирной паутины.
Уже при t + 45°C, запускается механизм гибели одноклеточных грибов, а по достижении температуры плюс 50 градусов Цельсия, оный процесс стремительно усиливается и умножается.
Если же продолжить нагревание раствора живых прессованных дрожжей, и довести его t до + 60°С, то это приведёт к окончательной утрате жизненных функций сего организма.
Сухие дрожжи более стойкие к неблагоприятным воздействиям окружающей среды и полностью прекращают свою жизнедеятельность только при плюс 70 градусов Цельсия.
Известно, что наиболее подходящей температурой воды, при которой происходит стремительное размножение одноклеточных грибов — около + 40°С, а кипяток для них смертельно опасен. А какая температура является предельно допустимой для нормальной жизнедеятельности дрожжей ?
