ЗНАЧЕНИЕ КИСЛОРОДА В МЕТАБОЛИЗМЕ ДРОЖЖЕЙ

4.5. ЗНАЧЕНИЕ КИСЛОРОДА В МЕТАБОЛИЗМЕ ДРОЖЖЕЙ

Значение:

1. От кислорода зависит потребление субстрата клеткой (источников С и N), катаболизм и анаболизм клетки. О₂ входит в состав веществ клетки, является акцептором электронов, регулятором синтеза ферментов.

2. С помощью кислорода можно управлять размножением дрожжей; сбраживанием сусла; формировать букет готового продукта.

Низкая обеспеченность дрожжей кислородом приводит к следующему:

·           не могут синтезироваться стиролы и ненасыщенные жирные кислоты, поэтому снижается синтез клеточных мембран и рост клетки;

·           синтезируется недостаточно гликогена, поэтому повышается уровень диацетила, уксусного альдегида, SO₂ при брожении;

·           размножение клеток замедляется, в результате бродильная активность не изменяется, но активность популяции снижается из-за снижения количества клеток.

Высокая обеспеченность дрожжей кислородом приводит к следующему:

·           накопление излишней биомассы;

·           образование метаболитов брожения, отрицательно влияющих на вкус;

·           окисляются полифенолы и увеличивается ОВП, в результате удлиняется лаг-фаза при внесении засевных дрожжей.

Способы аэрации:

1) аэрация суспензии дрожжей до их введения в сусло;

2) аэрация сусла после внесения дрожжей.

Первый вариант лучше, т.к. в дрожжах накапливается больше гликогена и стеринов; состав летучих компонентов в продукте также лучше, т.к. не происходит сильного обогащения продуктами анаболизма.

Второй вариант приводит к повышению скорости размножения, в результате наблюдается раннее образование и редукция диацетила.

Поэтому важно точно рассчитать дозировку кислорода!

По потребности в кислороде дрожжи делятся на 4 группы, мг О₂/л:

I – 4; II – 8; III – 40; IV – более 40 (пивоваренные дрожжи до 12 мг О₂/л).

Критическая концентрация растворенного О₂ 0,015-0,03 мг/л; ниже этой концентрации рост культуры ограничивается, в результате ухудшается физиологическое состояние (для каждого штамма концентрация кислорода своя).

На растворение кислорода и потребление его дрожжами влияют: количество клеток; дыхательная активность клеток; степень перемешивание; высота столба среды; концентрация сусла (чем больше сухих веществ, тем меньше растворимость кислорода).

Кислород должен вноситься в сусло как можно более мелкими пузырьками (например, через свечи).

4.6. ВЛИЯНИЕ ДРОЖЖЕЙ НА ОБРАЗОВАНИЕ И РАСЩЕПЛЕНИЕ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ БРОЖЕНИЯ

Во время брожения дрожжи выделяют ряд продуктов метаболизма (ПМ), которые влияют на качество готового продукта. Состав, количество, изменения ПМ во многом зависят от условий брожения и свойств штамма.

ПМ

Вещества, формирующие  Вещества, формирующие

букет молодого пива, вина  букет готового пива, вина

- вицинальные дикетоны - высшие спирты

- альдегиды - эфиры

- сернистые соединения

(удаляются из пива, вина биохимическим

путем=цель дображивания пива, вина)

Вицинальные дикетоны

1. Дрожжи образуют предшественники вицинальных дикетонов - ацетогидроксикислоты.

На образование этих предшественников влияют:

·           норма внесения дрожжей (чем больше дрожжей, тем больше предшественников, тем быстрее идет расщепление);

·           специфические свойства штамма.

2. На превращение предшественников в дикетоны дрожжи не влияют.

3. Дрожжи восстанавливают (расщепляют) дикетоны, снижая их отрицательное влияние на вкус.

Данному процессу способствует следующее:

·           дрожжи могут при брожении восстанавливать в 10 раз больше, чем имеют.

·           многие штаммы сходны по способности к расщеплению дикетонов;

·           уровень расщепления зависит от концентрации дрожжей; от степени контакта среды и дрожжей (перекачка, сброс давления и т.п.).

Т.е. для фазы созревания нужна определенная концентрация активных живых клеток; и необходимо препятствовать оседанию дрожжей.

Альдегиды

1. Уксусный альдегид (наиболее важный) выделяется клетками дрожжей на 1-3 сутки брожения. Его концентрация возрастает при повышенной норме внесения дрожжей.

2. Для расщепления уксусного альдегида нужна повышенная концентрация дрожжей при созревании.

Сернистые соединения (Н₂S, SO₂, меркаптаны, диметилсульфид)

1. Многие данные вещества образуются дрожжами. Увеличению их количества способствуют недостаток факторов роста для дрожжей или потери. См. пп. 4.4., 4.5.

Высшие спирты

1. Выделяются дрожжами, образуясь различными путями. Максимум выделяется до 100 мг/л.

Образование высших спиртов можно регулировать. При понижении нормы внесения дрожжей, а также при некоторых условиях культивирования (низкой температуре, большом количестве аминокислот в сусле) высших спиртов образуется меньше.

Эфиры

Существует связь между образованием эфиров и обеспеченностью дрожжей кислородом. Чем больше кислорода, тем больше образуется жиров, а пока идет синтез жиров, эфиры не образуются.

На процесс образования эфиров легче повлиять через экстрактивность пива: чем выше СВ, тем больше эфиров.

Органические кислоты

Образуются из аминокислот в результате деятельности дрожжей: они отнимают NH₂, а углеродные остатки выделяют наружу.

Другие превращения

С помощью дрожжей можно влиять на другие показатели:

1.         Так, цветность пива снижается на 3 единицы из-за сорбции красящих веществ на дрожжах.

2.         После завершения главного брожения выдержка на дрожжах способствует созреванию продукта. Выдержка на живых клетках приводит к обогащению продукта аминокислотами, пептидами, витаминами, фосфором, энзимами и др. Но далее наступает выдержка на мертвых клетках (они возникают в результате автолиза живых), которая ухудшает качество продукта.

Начало автолиза дрожжей можно контролировать по увеличению аминного азота. Также на автолиз указывает повышение рН. Понизить рН можно увеличением температуры брожения и увеличением нормы внесения дрожжей.

4.7. РЕГУЛЯЦИЯ И ИНТЕНСИФИКАЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА ДРОЖЖЕЙ

1.      Можно регулировать метаболизм дрожжей изменением количества и состава источников С, N, жиров, минеральных веществ, кислорода (пп. 4.1-4.6).

2.      Можно регулировать использованием непрерывного способа культивирования. Так, в проточных средах имеется максимальная возможность для достижения максимума скорости роста и размножения дрожжей, т.е. максимального уровня метаболизма, следовательно, максимального выхода спирта (повторить непрерывное культивирование и его достоинства).

3.      Можно регулировать внесением повышенной концентрации дрожжей.

·        высокая дозировка дрожжей влияет на уровень образования и расщепления побочных продуктов (п. 4.5);

·        при увеличении дозировки снижается удельная скорость роста, а уровень сбраживания увеличивается, следовательно, значительно сокращается продолжительность брожения. При этом большая часть сахаров идет на брожение

Способы обеспечения высокой концентрации дрожжей:

·         непрерывное размножение в аппарате (при периодическом клетка образует 4-5 почек, при непрерывном – все возможное количество);

·         непрерывная подача в аппарат дрожжей;

·         частичный возврат дрожжей в систему после главного брожения;

·         задержка внутри аппарата (сильная флокуляция, фильтрация);

·         использование иммобилизованных дрожжей

4.      Можно регулировать повышенной температурой брожения.

Температура 13-24^оС ускоряет рост, следовательно, сокращает период главного брожения. Но температура может повлиять на качество конечного продукта:

+ более быстро будут образовываться и разрушаться побочные продукты метаболизма;

– химический состав ухудшится.

5.      Можно ускорить процесс дображивания (вино, пиво) за счет использования дрожжевых лизатов.

Дрожжевые лизаты получают в результате разрушения клеточной стенки дрожжей, при этом освобождаются внутриклеточные ферменты, усиливается их контакт с внешней средой, интенсифицируются все биохимические процессы созревания, сокращается период созревания.