Фотостимуляция жизнедеятельности дрожжей для ускоренного сбраживания пивного сусла

 

Фотостимуляция жизнедеятельности дрожжей для ускоренного сбраживания пивного сусла позволяет интенсифицировать скорость размножения дрожжей за счет более лучшего поступления питательных веществ в дрожжевую клетку, повысить бродильную активность в среднем на 25—30 %, в результате чего процесс главного брожения можно сократить на 1 сутки.

Видимый свет по своему характеру относится к факторам, оказывающим комплексное влияние на микробную клетку. В зависимости от спектрального состава света и интенсивности освещения биологического объекта можно вызывать изменения в жизнедеятельности нефотосинтезирующего микроорганизма в нужном направлений [1, 5—7].

Ранее было исследовано влияние света различного спектрального состава на декарбоксилазную активность пивных дрожжей и изучено влияние этих изменений на биосинтез белка, скорость размножения и качественные показатели дрожжей Sас. саrlsbergensis [9, 10].

Полученные в лаборатории результаты были подтверждены в производственных условиях. Обработку дрожжей видимым светом перед засевом их в сусло и изучение фотобиологических эффектов проводили на Новокемеровском пиво-безалкогольном заводе.

Исследовали производственную культуру дрожжей Sас. саrlsbergensis, шт. 776, 8 генерации. Для облучения использовали дрожжи после хранения под водой в течение 2 суток. Перед обработкой воду сливали, а дрожжи, необходимые для засева в один бродильный аппарат, направляли в эмалированную ванну, находящуюся в дрожжевом отделении. Площадь днища ванны 0,72 м². Толщина слоя дрожжевой суспензии в ванне 10 см. Ванну плотно закрывали крышкой, с внутренней стороны которой укрепляли 20 люминесцентных ламп, расположенных равномерно по всей поверхности крышки. Расстояние от источника света до поверхности дрожжевой суспензии — 35 см. В отверстия крышки устанавливали две лопастные мешалки со скоростью вращения 0,16—0,20 с^—1, что обеспечивало равномерное перемешивание дрожжевой суспензии и освещение дрожжевых клеток во всем объеме. Для освещения дрожжей использовали люминесцентные лампы из стекла марки С-90-1 (БП-1) толщиной 0,8—1,0 мм, наполненные инертным газом с парами ртути до давления 13,1 — 13,3 Па. Стенки лампы были покрыты тонким слоем люминофора, который подбирали таким образом, чтобы он поглощал ультрафиолетовое излучение паров ртути, в частности, излучение резонансной линии 254 нм.

Интенсивность освещения измеряли люксметром с дальнейшим пересчетом единиц освещенности в единицы интенсивности радиации [2].

Оптимальный режим обработки характеризовался следующими параметрами: длина волны падающего на объект излучения — 410 нм, интенсивность освещения 0,2 Вт/м², продолжительность освещения 6 часов, температура обрабатываемой дрожжевой суспензии 1—2 °С. Контрольные дрожжи находились в темноте в идентичных условиях. При обработке измеряли температуру дрожжевой суспензии с точностью до 0,1 °С. Изменений температуры не наблюдалось.

Дрожжи в пивное сусло засевали из расчета 0,5 литра густых дрожжей на 1 гекталитр (100 литров) охмеленного сусла, как принято в производстве.

Главное брожение проводили по классической схеме для пива сорта Жигулевское в бродильных танках емкостью 650 дал. В ходе главного брожения следили за накоплением спирта в бродящей среде, изменением действительной степени сбраживания сусла, ростом дрожжевых клеток и их бродильной активностью. Все показатели определяли общепринятыми в технологии бродильных производств методами. Бродильную активность дрожжей оценивали весовым методом [3]. Результаты исследований динамики сбраживания пивного сусла приведены в таблице.

Одним из важных технологических показателей является скорость размножения дрожжей. От нее зависит накопление биомассы дрожжей, а, как известно, интенсивное сбраживание пивного сусла начинается при достижении определенного уровня биомассы дрожжевых клеток [4].

По полученным результатам, накопление количества дрожжевых клеток и в опытном, и в контрольном варианте имеет одну и ту же закономерность: резкий прирост в начальный период — экспоненциальная фаза и последующее снижение количества жизнеспособных клеток.

В опытном варианте фотобиологический эффект проявлялся в интенсификации развития дрожжей. В первые сутки брожения в опытном варианте количество клеток в бродящем сусле на 30,4 % выше, чем в контрольном. На вторые сутки брожения количество клеток в опытном варианте на 31,4 % выше контрольного образца. Максимальное количество дрожжевых клеток, находящихся в сусле в диспергированном состоянии, в опытном образце наблюдали на третий день брожения, в контрольном же варианте лишь на четвертый.

Интенсификация скорости размножения дрожжей Sас. саrlsbergensis может быть объяснена повышением проницаемости клеточных мембран, которое происходит под воздействием падающего на клетку излучения. По литературным данным, пассивная проницаемость клеточных оболочек грибов, выросших при действии коротковолнового света, повышается [7]. Встречаются указания на возможную роль порфиринов, связанных с мембранным комплексом клеток, как первичных фоторецепторов [6]. Другими исследователями выдвигается гипотеза, по которой биологический эффект синего света при поглощении его флавинами обусловлен модификацией электрон-транспортной цепи в плазматических мембранах и последующем изменении электрических свойств мембран дрожжевых клеток [8, 11].

Одним из основных показателей качества пива является содержание алкоголя. По данным эксперимента, с первых суток брожения в опытном образце накопление спирта происходит интенсивнее. На шестые сутки главного брожения в опыте содержание спирта составляло 2,91 %, а в контроле эта цифра наблюдалась лишь на седьмые сутки.

Дображивание пивного сусла проводили при температуре 1—2 °С в течение 21 сут. По окончании брожения была проведена дегустация готовой продукции. Опытный образец по дегустационным показателям находился на уровне контроля, при этом отмечалась его лучшая насыщенность диоксидом углерода по сравнению с контролем.

Таким образом, как показали результаты исследований, проведенных в производственных условиях, применение освещения видимым светом дрожжей Sас. саrlsbergensis в строго определенных условиях перед засевом их в пивное сусло позволяет увеличить и интенсифицировать скорость размножения дрожжей за счет более лучшего поступления питательных веществ в клетку, повысить бродильную активность в среднем на 25—30 %, в результате чего процесс главного брожения можно сократить на 1 сутки. Основываясь на гипотезах других авторов [1, 5, 6, 11] и на результатах наших иследований, можно сделать вывод о стимуляции процессов метаболизма дрожжей квантами света при условии тщательного соблюдения параметров воздействующего агента — спектрального состава света, интенсивности и продолжительности освещения.

Список использованной литературы

1. Богатырева Т. Г., Поландова Р. Д., Шарова О. Ф. Активация кислотообразующей и бродильной микрофлоры дрожжей.— Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1979, № 2.

2. Дубров А. П. Генетические и физиологические эффекты действия ультрафиолетовой радиации на высшие растения.— М.: Наука, 1968.

3. Жвирблянская А. Ю. Микробиологический контроль производства пива и безалкогольных напитков.— М.: Пищевая промышленность, 1975.

4. Жвирблянская А. Ю., Исаева В. С. Дрожжи в пивоварении.— М.: Пищевая промышленность, 1979.

5. Рубин Л. Б., Фрайкин Г. Я. О регуляторном действии света на микроорганизмы.— В сб.: Проблемы фотоэнергетики растений. Кишинев: Штиинца, 1974.

6. Фрайкин Г. Я. и др. Практическое использование метода фотостимуляции развития при культивировании промышленных штаммов микроорганизмов.— Прикладная биохимия и микробиология, 1974, № 1.

7. Чеботарев Л. Н., Землянухин А. А. Физиологические и биохимические аспекты фотобиологии грибов.— В сб.: Вопросы биохимии и физиологии микроорганизмов. Изд-во Саратовского Госуниверситета, 1976, вып. 4.

8. Чеботарев Л. Н., Землянухин А. А. О действии света на метаболизм дрожжей Torulopsis aphaerica.— Биологические науки, 1980, № 7.

9. Чеботарев Л. Н., Шабурова Г. В., Лисюк Г. М. Декарбоксилазная активность и биосинтетические процессы у Sас. саrlsbergensis при действии света.— Микробиология, 1983, т. 52, вып. I.

10. Шабурова Г. В., Лисюк Г. М., Захарова В. Н., Кирсанов Г. Я. Влияние света на качественные показатели дрожжей Sас. саrlsbergensis.— В сб.: Вопросы повышения эффективности и рационального использования составных частей пищевого сырья в производстве продуктов питания. М.: МТИПП, 1982.