Размножение дрожжей – Дрожжи и возбудители спиртового брожения

Дрожжи и возбудители спиртового брожения

Содержание материала

Часть третья
ДРОЖЖИ — ВОЗБУДИТЕЛИ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ

Глава 5. ЦИТОЛОГИЯ, СИСТЕМАТИКА И ЭКОЛОГИЯ ВИННЫХ ДРОЖЖЕЙ

В данной третьей части будут рассмотрены одноклеточные организмы, дрожжи и бактерии — возбудители брожений. Но сначала необходимо дать несколько определений для тех читателей, которые недостаточно знакомы с терминологией микробиологов.
Цитологией называют науку о клетке, ее морфологии, структуре, свойствах и функциях.
Для исследования микроорганизмов необходимо знать их положение в классификации. Систематика занимается такой классификацией и включает описание видов. Таксономия является наукой, которая исследует законы классификации.
Микроорганизмы подразделяют по сходству их морфологических, цитологических и физиологических характеристик. Их делят на классы, подклассы, порядки, семейства, роды, виды; расами называют различные штаммы дрожжей в рамках одного вида.
Чтобы лучше уяснить место, которое занимают микроорганизмы в живом мире, нужно иметь в виду, что известны три группы живых существ: две первых представлены растениями и животными, многоклеточными организмами с сильно развитой дифференциацией тканей; третью образуют простейшие организмы, одноклеточные или многоклеточные, но без тканевой дифференциации; они включают водоросли, простейшие одноклеточные организмы, грибы и бактерии.
Среди простейших организмов выделяют две подгруппы, различающиеся элементарной структурой их клетки: простейшие прокариоты, к которым относятся бактерии, и простейшие аукариоты, включающие грибы, и в частности дрожжи.
Грибы делятся на многие классы, среди которых находятся аскомицеты, размножающиеся половым путем и образующие споры (аскоспоры) внутри клетки с уплотненной оболочкой, называемой аском. Аскомицеты включают много семейств, среди которых находятся Saccharomycetaceae (см. табл. 5.2). К этому семейству принадлежат дрожжах опиртового брожения.
Но не все дрожжи образуют аски и, следовательно, не все являются аскомицетами; такие дрожжи принадлежат к семейству Cryptococcaceae (см. табл. 5.1). Другие дрожжи относятся к классу несовершенных грибов (Fungi imperfeeti), с бесполым размножением; дрожжи находят также в классе базидиомицетов.
Таким образом, в действительности термин «дрожжи» не является в полном смысле слова ботаническим; он обозначает не связанную с другими группу микроорганизмов, рассеянную в трех семействах грибов. Однако удобство такого термина, некоторое единство структуры, сходство формы и внешнего вида придают этой группе, несмотря на отдельные различия в физиологических свойствах, определенную монолитность.
Более детальные сведения по цитологии и систематике можно найти в работах по общей микробиологии (Ламбен и Жерман, 1961; Стание и сотрудники, 1966; Сенец, 1968; Шампаньят и сотрудники, 1969) и в недавно опубликованных монографиях о дрожжах (Роз и Харрисон, 1969— 1971). Имеется лишь небольшое количество монографий по микробиологии вина; заслуживают упоминания труды таких авторов, как Шандерль (1959), Америн и Кушке (1968), Кастелли (1969).

Цитология дрожжей

В целом структура дрожжевой клетки мало отличается от структуры клеток растения. Чтобы увидеть под микроскопом структуру молодой дрожжевой клетки, обнаружить различные органоиды, ее необходимо покрасить. В более старых клетках или в клетках, содержащих аскоспоры, можно непосредственно при микроскопировании различить некоторые детали внутреннего строения. Наблюдение с помощью электронного микроскопа позволило осуществить детальное исследование клеток различных видов дрожжей. Как и любой организм подгруппы аукариотов, дрожжевая клетка включает клеточную оболочку, цитоплазму и ядро (рис. 5.1).

Клеточная оболочка

Клеточная оболочка включает клеточную стенку, и дитоплазматическую мембрану. Клеточная стенка дрожжей относительно толстая и жесткая. В ее состав входят полисахариды — маннан и глюкан в примерно равном соотношении. У некоторых дрожжей маннан отсутствует. Кроме того, клеточная стенка содержит белки, липиды, фосфаты, глюкозамин и у большей части видов хитин. Внешний слой стенки образуется в первую очередь маннаном, глюкан же входит в состав промежуточного слоя, богатого белками.
Белки стенок состоят из обычных аминокислот, с сильной пропорцией глутаминовой и аспарагиновой кислот; они также богаты серусодержащими аминокислотами и находятся в виде комплексных соединений с полисахаридами.

рис.5.1. Схема строения клетки — Saccharomyces ellipsoideus, no Роуз и Харрисон, 1969:
1 — ядро; 2 — ядрышко; 3 — центриоль; 4 — ядерная оболочка; 5 — митохондрии; 6 — липидные зерна; 7 — цитоплазматическая мембрана; 8 — вакуоль; 9 — метахроматическая корпускула; 10 — клеточная стенка: 11 — рубец от почкования; 12 — цитоплазма.

На внутренней стороне стенки клетки локализованы ферменты: инвертаза, фосфатаза, пептидаза и другие гидролазы.
Оболочка дрожжевой клетки играет роль защитного покрытия, так как она устойчива против механического воздействия. Она придает клетке специфическую форму.
Подсчитано, что поверхность клеток, содержащихся в 1 л бродящего сусла, равна 10 м2, хотя по внешнему виду клеточная оболочка выглядит гладкой, фактически она представляет собой тонкую решетку, активная поверхность которой составляет еще большую площадь. Этим объясняется быстрота обмена веществ у дрожжей.
В то же время оболочка имеет относительно мелкие поры. Коллоиды с молекулярной массой более 4500 через них не проходят. В результате этого дрожжи не могут использовать белки среды непосредственно. Клеточную оболочку следует рассматривать как некий фильтр, пропускающий только макромолекулы. Роль ферментов стенки заключается в том, чтобы обеспечивать проникновение гидролизуемых веществ.
С помощью электронного микроскопа наблюдали на поверхности оболочки рубцы, образующиеся при последовательных почкованиях.
Цитоплазматическая мембрана сама состоит из трех исключительно тонких слоев, образованных липидами, белками, полисахаридами.
Роль мембраны сводится к контролю движения веществ, содержащихся во внешней среде, внутрь клетки и обратно. С одной стороны, мембрана пропускает питательные вещества к местам их ассимиляции: ноны, сахара, аминокислоты, витамины и другие, с другой — она контролирует выделение в среду продуктов метаболизма, таких, как этанол и другие вещества.
Этот непрерывный обмен между дрожжами и средой происходит посредством систем транспортеров. Они придают цитоплазматической мембране свойства высокоселективного фильтра.

Цитоплазма и ее органоиды

Обычно цитоплазма занимает большую часть объема клетки и содержит некоторое число органоидов, растворимые ферменты, в частности те, которые участвуют в процессе гликолиза.
В ней различают включения (гранулы гликогена) и органоиды, главными из которых являются рибосомы, вакуоли, митохондрии.
Рибосомы дрожжевой клетки наблюдаются пол электронным микроскопом рассеянными в цитоплазме. Химически они состоят из примерно одинаковых частей белков и нуклеиновых кислот. Полагают, что рибосомы являются местом синтеза белков.

Гликоген — полисахарид, довольно похожий на крахмал растении, находится почти во всех дрожжах; в некоторых условиях он может составлять до 40% их сухой массы. В начале брожения гликоген в клетках появляется в виде небольших скоплений с правильными очертаниями, разбросанных в цитоплазме, которые в дальнейшем быстро сливаются в большую массу, отталкивающую вакуоль и ядро к периферии. Гликоген легко обнаружить: при окрашивании клеток красителем с иодом он становится коричневым. К концу брожения он постепенно исчезает. Когда дрожжи спорулируют, гликоген накапливается в асках и используется аскоспорами во время их прорастания. Он является резервным веществом.

Другие часто встречающиеся запасные вещества — липиды — находятся в плазме дрожжей в виде гранул. Эти образования, преломляющие свет, очень хорошо различимы под микроскопом у пленчатых дрожжей, развивающихся на поверхности вин.

Вакуоли — это органоиды клетки, часто неправильной формы, ограниченные одной мембраной. В цитоплазме молодых клеток дрожжей содержится одна вакуоль, если они имеют сферическую или эллиптическую форму, и две вакуоли, расположенные соответственно на каждом из полюсов и связанных плотным цитоплазменным мостом, в котором находится ядро, если клетки удлиненные. Содержащие жидкость с кислой реакцией вакуоли отделены полупроницаемой мембраной от цитоплазмы, которая нейтральна или обладает слабой щелочностью. Вакуоли играют большую роль в явлениях осмоса, содержат соли, кислоты, сахара, белки и другие вещества.
Во время фазы роста вакуолярный аппарат не имеет видимых элементов структуры. В старых клетках вакуоль имеет сферические образования, состоящие из полиметафосфатов, которые за их легкую окрашиваемость назвали «метахроматическими корпускулами», а также полифосфатов, называемых валюгином.

В вакуолях находят также липиды и много гидролитических ферментов: протеазы, рибонуклеазы, эстеразы и др. Локализация этих гидролаз в вакуолях наводит на мысль, что эти органоиды представляют собой наиболее подходящее место для реализации реакции гидролиза. Вакуоли также являются местом аккумуляции пуринов, некоторых аминокислот, ионов калия и других веществ, которые здесь накапливаются до начала метаболизма.
Митохондрия встречается в различных формах: сферической, в виде палочек, нитей. Дрожжевая клетка содержит около дюжины митохондрий, которые имеют тенденцию располагаться вблизи ядра. Богатые липидами, фосфолипидами, эргостернном, митохондрии содержат нуклеиновые кислоты, отличные от тех, которые находятся в ядре и в рибосомах. Они содержат дыхательные ферменты, цитохромы, флавины, железо, медь и являются местом процесса дыхания; размеры их уменьшаются при дыхательной недостаточности, когда дрожжи культивируют в анаэробиозе или в среде, лишенной стеринов.

Хотя ядро и имеет диаметр около 1 мкм, его трудно наблюдать при микроскопировании в живых дрожжах, развивающихся в жидкой среде; оно легче обнаруживается при фазово-контрольной микроскопии дрожжей, размножающихся в аэробных условиях. У почкующихся клеток ядро обычно наблюдается между почкой и вакуолью; сразу же после отделения почки оно перемещается в противоположную сторону материнской клетки.
Ядро окружено оболочкой; вокруг оболочки можно наблюдать в электронный микроскоп поры, которые исчезают и вновь образуются в разных точках мембраны. Во время почкования оболочка ядра не разрывается; ядро удлиняется, часть его проникает в почку.

Ядро состоит из двух ясно различимых частей; одна оптически плотная имеет форму полусферы и называется нуклеусом, над ней находится другая, более прозрачная часть в виде колпака нуклеоллазма.
Ядро содержит нуклеиновые кислоты, в частности рибонуклеиновую кислоту. Оно делится митотически, как все ядра эукариотных клеток.

Хромосомы дрожжей из-за малых размеров трудно обнаружить, и относительно их числа существуют противоречивые мнения. Для Saccharomces, elJipsoideus число хромосом, по-видимому, составляет не менее 13.

Спиртовое брожение

Основным возбудителем спиртового брожения служат дрожжи. Традиционно их применяют в хлебопечении, для получения спирта и целого ряда других продуктов. В бродильных производствах используют представителей родов Saccharomyces (S. cerevisiae, S. globosus, S. vini и др.) и Schizosaccharomyces (5. рот ре и S. ostosporus). В небольших количествах спирт может накапливаться в среде, содержащей углеводы, при развитии в ней отдельных видов грибов родов Aspergillus (A. oryzae), Мисог и Fusarium и бактерий (Zymomonas mobilis, Z anaerobica, Sarcina ventriculi, Erwinia amylovora и др.). Дрожжи широко распространены в природе: в почвах, на поверхности растений и т. д.

При доступе кислорода воздуха дрожжи, вызывающие брожение, начинают окислять углеводы, т. е. от брожения переходят к аэробному дыханию с образованием СО, и Н₂0. Таким образом, в анаэробных условиях дрожжи получают энергию от сбраживания углеводов, в присутствии кислорода воздуха — за счет аэробного дыхания. Явление подавления спиртового брожения в аэробных условиях (в присутствии 0₂) носит название эффекта Паегера.

Как указывалось выше, аэробное дыхание даст значительно больше энергии, чем брожение, поэтому для получения такого же количества молекул АТФ при таком дыхании необходимо меньше углеводов. Следовательно, коэффициент использования углеводов увеличивается. Для получения большей массы дрожжей, например при производстве пекарских дрожжей, питательную среду, в которой происходит их размножение, аэрируют. Наоборот, при производстве спирта процесс ведется в анаэробных условиях, чтобы полностью исключить выделение 0₂, тормозящего образование этилового спирта.

Сбраживание углеводов дрожжами с образованием этанола и С0₂ идет гл и колитическим путем (Эмбдена—Мейергофа—Парнаса). Образовавшийся в результате пируват под влиянием пируватде- карбоксилазы превращается в ацетальдегид, который затем восстанавливается НАД • Н₂-алкогольдегидрогеназой до этанола; при этом используется водород, мобилизуемый при окислении глицеральде- гид-3-фосфата:

Сум

В начале спиртового брожения дигидроксиацетонфосфат также выполняет роль акцептора водорода, пока не накопится ацетальдегид, необходимый для окисления НАД*Н₂. Этим объясняется особый период индукции в начале брожения, во время которого появляется глицерин. Одновременно гл и церальдегид-3-фосфат превращается согласно реакциям гл и колитического пути в пируват, а после декарбоксилирования — в ацетальдегид.

Однако ацетальдегид нс может восстанавливаться в этанол, так как НАД*Н₂ уже использован для образования глицерина из дигидроксиацетонфосфата. Поэтому при образовании в процессе брожения одной молекулы глицерина накапливается одна молекула пирувата или ацетальдегида, которая в этанол не превращается. Следовательно, в начале спиртового брожения преобладает глицеринпируватное брожение, приводящее к образованию глицерина и пирувата. Последний обнаруживается в небольших количествах, так как основная его часть идет на образование вторичных продуктов — уксусной, молочной, янтарной, пропионовой и других кислот, а также диацетила, ацетон на, различных альдегидов и сложных эфиров.

Кроме вторичных продуктов, при спиртовом брожении образуются побочные продукты — высшие спирты, или так называемые сивушные масла. К этим соединениям относятся амиловый, изоамило- вый, бутиловый, пропиловый и ароматические спирты (р-фенилэти- ловый, л-оксифенилэтиловый). Перечисленные вещества образуются из соответствующих кетокислот, синтезированных в процессе метаболизма углеводов, или из аминокислот.

Обычно спиртовое брожение протекает при кислой реакции среды (pH 4—5). Если реакцию питательного субстрата поддерживать на щелочном уровне (около pH 8), то одним из основных продуктов брожения будет глицерин:

Резко повышается выход глицерина, если брожение протекает еще и в присутствии бисульфита натрия. В таком случае ацетальдегид связывается бисульфитом натрия и нс может быть восстановлен водородом в этиловый спирт:

Акцептором водорода служит промежуточное соединение — ди- гидроксиацетонфосфат, превращающееся сначала в глицсрин-3-фос- фат, а после отщепления фосфатной группы — в глицерин. В некоторых случаях бывает целесообразно получать глицерин и амиловый спирт при спиртовом брожении. Подобные производства существуют.

Наибольшее практическое значение имеет вид дрожжей Saccha- romyces cerevisiae. К нему относят расы, используемые в хлебопечении, производстве спирта, пивоварении, виноделии, производстве кваса.

Дрожжи сбраживают не все сахара. Обычно они хорошо усваивают гексозы. Пентозы могут ассимилировать лишь весьма ограниченное число видов. Неплохо используют дрожжи дисахариды, но каждый вид микроорганизма способен усваивать лишь строго определенный их набор. Перед сбраживанием более сложные сахара под влиянием ферментов дрожжевой клетки распадаются на моносахариды.

Отдельные виды могут усваивать простые декстрины. Крахмал становится пригодным для спиртового брожения лишь после предварительного осахаривания при помощи солода (или другими способами). На многих заводах для спиртового брожения используют целлюлозу, предварительно подвергая се кислотному гидролизу. В аэробных условиях дрожжи способны окислять органические кислоты и другие соединения.

Источником азотного питания для дрожжей служат небольшие пептиды, аминокислоты, а также аммонийные соли, реже нитраты и нитриты. Дрожжевая клетка вырабатывает многие витамины, а присутствие отдельных ростовых веществ в среде усиливает рост дрожжей. Большинство дрожжей растет в границах pH 3—8 при оптимуме pH 3,5—6,5. Обычно они развиваются в относительно широком температурном диапазоне от 0 (или -7 °С) до 50 °С. Оптимальная температура для роста большинства видов 28—30 °С.

Штаммы Saccharomyces cerevisiae подразделяют на расы верхового и низового брожения. Первые используют для брожения, протекающего при температуре 14—25 °С. В таких условиях обильно выделяется диоксид углерода, наблюдается пенообразо- вание. Клетки микроорганизмов поднимаются на поверхность бродящей жидкости. Верховые расы используют в спиртовой промышленности, хлебопечении и т. д., но при некоторых условиях употребляют и другие дрожжи.

Дрожжи низового брожения применяют в производстве при температуре 6—10 °С и ниже (до 0 °С). При этом брожение совершается спокойно и масса дрожжевых клеток остается на дне сосуда. Низовые расы обычно используют в пивоварении и виноделии, где применяют расы Saccharomyces cerevisiae, адаптированные, однако, к жизнедеятельности при пониженной температуре. В виноделии важную роль играют также дрожжи Saccharomyces vini, S. cerevisiae var. ellipsoides.

Как указывалось выше, дрожжи могут расти при нейтральной реакции среды, но активнее процессы идут при некотором подкислении. На практике для предупреждения развития посторонней бактериальной микрофлоры при размножении дрожжей создают кислую среду.

Значение спиртового брожения очень велико. Известно, что этот процесс лежит в основе не только виноделия, пивоварения, производства спирта, хлебопечения, но и получения кваса и некоторых кисломолочных продуктов (кефира, кумыса и др.). В промышленности широко используют чистые культуры дрожжей, обеспечивающие наиболее правильное течение процесса, а также получение качественной продукции. На деятельности дрожжей и близких к ним организмов основано и приготовление кормового белка. При культивировании их на средах с дешевым источником углеродного питания (меласса, отходы целлюлозной или текстильной промышленности, метанол, этанол и др.) удается получать значительную массу, содержащую полноценный белок. Дрожжи сепарируют и используют для кормовых целей. Разработан и способ выращивания кормовых дрожжей на отходах нефтяной промышленности.

Некоторые виды дрожжей накапливают в своих клетках большое количество жира. Подобные организмы, получившие техническое название «жировые», предложено применять для микробиологического получения ценных технических жиров. Существуют формы дрожжей, накапливающие значительные количества витаминов, на основе данного свойства построены производства витаминов для медицины и сельского хозяйства.

Не все дрожжи приносят пользу человеку, многие способны вызывать только окисление углеводов. Среди небродящих дрожжей есть вредители пищевых продуктов и вина.

Размножение спиртовых дрожжей

Питательная среда. Лучшей питательной средой для размно­жения спиртовых дрожжей является среда на основе солода, так как он содержит все необходимые для их жизнедеятельности минеральные вещества и к тому же азот, входящий в состав солодовых ростков, наиболее легко используется дрожжами как продукт питания. Пригоден солод из зерна любых злаков, однако предпочтение отдается солоду из ржи.

В производственных условиях маточные и засевные дрожжи размножают на сусле из солода. Что касается получения производственных дрожжей, то здесь руководствуются правилом, согласно которому питательная среда должна содержать не только все необходимые для размножения дрожжей элементы питания, но одновременно ее состав должен максимально соответствовать среде, для сбраживания которой готовят дрожжи. Поэтому, несмотря на то, что среда на основе солода является наилучшей для питания спиртовых дрожжей, ее применяют для размножения производственных дрожжей, идущих только на брожение сусла из хлебных злаков. Сусло из картофеля, сахарной свеклы, мелассы или топинамбура сбраживают производственными дрожжами, размноженными на сусле, приготовленном из этого же сырья с добавлением недостающих элементов питания.

В научно-технической литературе приведены различные рецепты и технологии приготовления питательной среды. Мы приведем лишь некоторые из них, акцентируя внимание на приготовлении питательной среды для размножения дрожжей из солода и смеси солода с мукой, как наиболее универсальных.

Дрожжевое сусло на основе солода. Свежеприготовленный измельченный (или сухой в виде муки) солод смешивается со слегка подогретой (до температуры 30—35°С) водой до достижения консистенции сметаны (ориентировочно 0,5 кг све­жеприготовленного или 0,3—0,4 кг в виде муки солода на 1,0—1,2 л воды). Температура теста медленно повышается до 60—62°С, при которой происходит осахаривание солода за счет имеющихся в нем ферментов. Длительность осахаривания — 2 часа. По

Таблица 17. Количество питательных веществ, вводимых на Id сусла, г, [2].

Ячмень или овес

Минеральные вещества в растворенном виде прибавляют к дрожжевому суслу перед внесением и неп) дрожжей.

Истечении указанного времени температуру массы повышают до температуры кипения, при которой масса стерилизуется в течение 20 мин. Применяют и более мягкий режим стерилизации: температура 75—80°С, длительность 20—30 мин.

Дрожжевое сусло на основе муки и солода. На приготовление 1 л дрожжевого сусла для размножения производственных дрожжей используется около 120—130 г муки (рекомендуется ржаная) и такое же количество сухого солода в виде муки или 180—200 г свежевыращенного измельченного солода. Мука смешивается с 0,3—0,4 л, солод — 0,6—0,5 л воды. Технология осуществляется следующим образом. Солод и мука смешиваются отдельно со слегка подогретой (30—35°С) водой до получения однородной сметаноподобной консистенции. После этого с целью кдейстеризации крахмала смесь муки с водой нагревают до 80—90°С, выдерживают при этой температуре в течение 1 часа, j охлаждают до такой температуры, чтобы после внесения в клейстер ранее приготовленной смеси солода с водой температура массы составила 60—62°С. Длительность осахаривания — 1,5—2 часа. После осахаривания масса стерилизуется при 80—90°С в течение 30—40 мин и охлаждается.

Питательную среду для размножения производственных дрожжей, предназначенных для сбраживания сусла из других видов сырья, готовят из части сусла, предназначенного к брожению, добавляя на каждый 1 л дрожжевого сусла следующее і количество солода: картофельного — 60 г, кукурузного — 100, из цикория или топинамбура — 80, свекловичного 40—50, из мелассы или сахара — 50—60 г [2]. Технология приготовления дрожжевого сусла из этих материалов в общем идентична и | заключается в равномерном размешивании солода с отъемом из главного затора, прогреве массы до 57—60°С и осахаривании крахмала солода при этой температуре в течение 25—30 мин, стерилизации его при 85°С в течение 20 мин, охлаждении. В случае отсутствия солода необходимо внести в сусло мочевину и

Ортофосфорную кислоту в количестве 0,05—0,07% каждого от маСйы сырья, Затраченной! на приготовление дрожжевого сусла,

Питательную среду для размножения дрожжей для сбраживания крахмалсодержащего сырья готовят и без солода, на отъеме от гдавноі» сусла,, добавляя к нему минеральные вещества (см. табл. .17).

Питательную среду для размножения дрожжей, идущих на сбраживание сусла из смешанного сырья, например, из сахарной свеклы, мелассы и картофеля, готовят на отъеме из сусла, наиболее богатого питательными веществами, в данном примере

Закисление (закисание) питательной среды. В подготовленной таким образом питательной среде необходимо создать условия, при которых невозможно развитие патогенных микроорганизмов, а развитие спиртовых дрожжей будет происходить в оптимальных условиях. В промышленных условиях применяются две техноло­гии: сернокислая с использованием серной кислоты, и дрожжи, полученные по этой технологии, называются сернокислыми, и молочнокислая, с использованием молочной кислоты, и дрожжи, полученные по этой технологии, называются молочнокислыми. (Отметим, что еще в начале нынешней) века в технологии промышленного производства спирта в России и Европе для закислення дрожжевого русла, наряду с молочной, широко использовалась плавиковая кислота (HF), а серная кислота для этих целей использовалась лишь эпизодически).

В обоих случаях подготовленную, как выше описано, пита­тельную среду охлаждают до 50—52°С и при этой температуре вносят в нее либо серную кислоту, либо чистую культуру молочнокислой бактерии, которая производит молочную кислоту. Поскольку считается, что молочнокислые дрожжи дают спирт более высокого качества, чем сернокислые, изложим метод закислення среды с помощью молочйой кислоты достаточно подробно.

Питательная: среда с молочной кислотой. Применение для закислення Питательной среды молочнокислых бактерий основано на том, что продукт их жизнедеятельности — молочная кислота

— не талько подавляет развитие патогенных микроорганизмов, но одновременно и усиливает рост дрожжей. В условияк современного промышленного производства стерилизованную, как описано ранее, питательную среду охлаждают до температуры 50—52°С и закисляют добавлением к ней чистой культуры молочнокислой бактерии. Температура 50—52°С является опти­мальной для жизнедеятельности молочнокислой бактерии, поэтому ее выдерживание крайне важно.

Обычно длительность закисання составляет 18—24 часов при температурах 50—52°С, при этом достигается концентрация

Молочнрй кислоты около 10 г/л питательной среды. При благоприятных температурных условиях закисание питательной среды можно вести и значительно дольше, так как молочнокислые бактерии сами разрушаются достаточной концентрацией продукта своей же жизнедеятельности — молочной кислотой. До введения в технологию производства спирта культуры чистой молочнокис­лой бактерии закисание питательной среды производилось различными способами, среди которых были и довольно сложные. Один из наиболее простых способов заключался-в смазывании стенок емкости для размножения дрожжей кислым молоком. Позже было установлено, что молочнокислые бактерии скисшего при комнатной температуре молока не тождественны молочно­кислым бактериям, необходимым для винокуренного производства, и что последние в достаточно чистом виде можно получить в молоке, скисшем при температуре 50°С.

Если внести Засевные дрожжи в питательную среду с жизнедеятельной молочнокислой бактерией и в дальнейшем размножившиеся производственные дрожжи в сусло, то молочно­кислые бактерии будут продолжать свою жизнедеятельность в сусле, что нецелесообразно. С целью уничтожения молочнокислых бактерий, закисшую питательную среду стерилизуют при 75— 80°С в течение 10—20 мин. Простерилизованную таким образом питательную Среду быстро охлаждают до необходимбй тем­пературы и вносят в нее засевные дрожжи.

Питательная среда с плавиковой (HF) и серной (H2SO4) кислотами. Прйменение указанных кислот для закислення сусла существенно упрощает технологию, сокращает ее длительность и повышает выход спирта, так как сахара не расходуются на размножение молочнокислых бактерий и образование молочной кислоты.

Питательная Среда с плавиковой кислотой. И. Ефрон [8] показал, что молочная кислота при размножении дрожжей может быть заменена Незначительным количеством плавиковой кислоты, которая представляет собой сильный яд для патогенных микроорганизмов. В таком случае размножение дрожжей производят следующим образом. Из подготовленного к брожению сусла берут необходимое для размножения дрожжей его количе­ство, охлаждают до температуры 27—28°С, после чего добавляют к нему разбавленную плавиковую кислоту из расчета на 10 л дрожжевого сусла 2,3—2,5 г 100%-ной кислоты. После охлажде­ния сусла до 22—23°С в него добавляют засевные дрожжи в количестве 1 л засевных дрожжей на 10 л дрожжевого сусла (обратим внимание, что здесь речь дает о промышленной технологии, где объем дрожжевого сусла составляет многие сотни литров, в силу чего размножение дрожжей в нем сопровождается значительным повышением температуры). Через 10—^12 часов производственные дрожжи готовы для внесения в главное сусло.

Отметим, что введение плавиковой кислоты в главное сусло также приводит к увеличению выхода спирта и повышению его качества. Однако в главное сусло ее добавляют из такого расчета, чтобы концентрация^ ее в нем после добавления дрожжевого сусла, уже содержащего плавиковую кислоту, была в 2 раза ниже, чем в дрожжевом сусле. Вместо плавиковой кислоты может быть применен фтористый аммоний или фтористый алюминий: послед­него берется 0,15—0,3 г на 10 л сусла.

Питательная среда с серной кислотой. Кислоту вносят в дрожжевое сусло после осахаривания и стерилизации при достижении им температуры 50—55°С. Рекомендуется, чтобы кислотность дрожжевого сусла составляла из: мелассы — 1,2—1,4°; картофеля — 0,9—1,2; муки, солода или их смеси — 0,7—0,9°. В условиях промышленного производства спирта необходимое количество кислоты в каждом конкретном случае определяют титрованием, которое, в случае наличия соответствующих хими­катов, можно провести и в бытовых условиях. В случае их отсутствия указанная кислотность дрожжевого сусла ориентиро­вочно обеспечивается прибавлением кіл сусла из: мелассы — 2,4—2,5 мл; картофеля — 1,3—1,5; солода, муки или их смеси — 1,0—1,2 мл кислоты. Указан объем кислоты со 100%-ным содержанием H2SO4. Кислоту прибавляют следующим образом. Отмеренное количество кислоты разбавляют 5—6 кратным объемом воды в стеклянной посуде, вливая кислоту в воду, после чего разбавленную кислоту вливают в сусло, охлажденное до температуры 50—55°С. После охлаждения подкисленного дрож­жевого сусла до температуры 28—30°С в него вносят дрожжи для их размножения.

Процесс размножения дрожжей. Обычно размножение дрож­жей проводят при 28—30°С. В условиях промышленного про­изводства, где размножение дрожжей проводят в емкостях относительно большого объема, начальная температура раз­множения составляет 15—20°С. В процессе размножения дрожжей происходит самопроизвольное ее повышение до 28—30°С, которая и поддерживается в процессе размножения. Длительность размно­жения при такой температуре обычно составляет 15—20 часов. При этом непереработанными остается около 4—5% Сахаров, а доля спирта составляет 8—10 об.%. Такая доля спирта необходима по той причине, что часть из размножившихся дрожжей (около 1/10 объема) будет использована как засевная в следующем цикле получения производственных дрожжей, а образовавшийся спирт является консервантом. Если из размножающихся дрожжей не предполагается отбирать засевных, то размножение можно прекратить через 8—10 часов после прибавления засевных

Рис. 13. Конструкции бродильных шпунтов. Стрелками указано направление движения углекислого газа [8, 10].

Дрожжей к питательной среде» При этом доля спирта будет составлять 4—5 об.%.

В бытовых условиях возможно применение сусла, например, из сахара, которое не содержит необходимых для размножения дрожжей элементов питания, а солод или другие материалы, содержащие питательные элементы для дрожжей, отсутствуют. В таком случае достаточное количество дрожжей должно быть внесено в сусло сразу, Необходимое их количество можно оценить следующим образом. Известно, что в условиях промышленного производства спирта, например, из мелассы, содержащей 17—18% Сахаров, в конце брожения 100 л зрелой бражки содержат 1,5—2 кг дрожжей в пересчете на прессованные дрожжи 75% влажности, то есть таких, какие поступают в розничную торговлю. Это означает, что для быстрого и качественного брожения сусла, в котором дрожжи не будут размножаться, достаточно 75—100 г прессованных дрожжей на 1 кг сахара. Этого количества дрожжей с избытком достаточно для брожения сусла из любого другого материала, содержащего необходимые продукты питания для размножения дрожжей. В любом случае качество спирта будет выше, когда дрожжи в процессе брожения размножаются. Это возможно, если сусло содержит все элементы питания, необхо­димые для их жизнедеятельности.

Источники:

http://vinograd.info/info/teoriya-i-praktika-vinodeliya/drozhzhi-i-vozbuditeli-spirtovogo-brozheniya.html
http://studme.org/287621/ekologiya/spirtovoe_brozhenie
http://msd.com.ua/proizvodstvo-alkogolya/razmnozhenie-spirtovyx-drozhzhej-2/