Адаптация дрожжей к пониженному рН среды и ее влияние на их метаболизм при сбраживании мелассного сусла

 

Активная кислотность среды pH в спиртовом производстве влияет на скорость биосинтеза дрожжевой культуры и направленность об­разования продуктов брожения из сахаров сырья.

Изменение метаболизма спиртовых дрож­жей в зависимости от величины рН мелас­сного сусла при брожении изучали многие исследователи [1, 2, 3]. Однако посевной материал в проведенных ими экспериментах выращивали принятым в мелассно-спиртовом производстве способом при активной кислотности среды 5,0—5,2.

Известно, что возрастание рН среды при брожении способствует повышенному накоплению биомассы дрожжей и глицерина с одновременным снижением уровня обра­зования спирта, а снижение величины рН дает обратный эффект [4].

В связи с этим интерес представляло осуществление адаптации дрожжей штамма М-5 к пониженному рН среды с последующим сбраживанием ими мелассного сусла. При этом предположили, что адаптирован­ные дрожжи приобретут способность более рационально расходовать сахара для обра­зования этилового спирта.

Для адаптации к низкому рН дрожжи Saccharomeces cerevisiae штамма М-5 длительное время многократно пассажировали на мелассном сусле концентрацией 27 % СВ с активной кислотностью 4. Разведение чистой культуры дрожжей осуществляли по приня­той методике при рН среды на всех стадиях процесса 4. Контрольные же дрожжи гото­вили по той же методике, но без пассажирования и при рН среды 5.

Сусло для опытов готовили из мелассы, в которой содержалось 77,7 % СВ, 47,71 % сбраживаемых cахаров, величина рН была равна 6,4, а кислотность — 1,5 град. Для дополнительного минерального питания дрожжей использовали аммоний фосфор­нокислый двузамещенный (0,15 % к массе мелассы).

Сусло сбраживали методом бродильной пробы в колбах объемом 200 мл, закрытых сернокислотными затворами. Брожение осу­ществляли в термостате (t = 30 °С) в стати­ческих условиях в течение 72 ч.

Адаптированные и неадаптированные дрожжи засевали в сусло концентрацией 24% и рН 4; 4,5; 5 и 5,5.

В зрелых бражках определяли рН и коли­чество биомассы, а в дистиллятах бражек — концентрацию спирта погружным рефракто­метром, содержание летучих кислот и аль­дегидов согласно инструкции [5]. Коли­чество несброженных углеводов и глице­рина определяли известными методами с применением фотоэлектроколориметра. По­тери Сахаров на образование вторичных про­дуктов брожения устанавливали, исполь­зуя формулу расчета баланса продуктов спиртового брожения [6].

Полученные данные о составе зрелых бражек (см. таблицу) указывают на то, что опытные дрожжи отличаются от конт­рольных характером метаболизма при бро­жении во всех исследованных вариантах, т. е. при разных величинах активной кислотности сбраживаемого сусла.

Меньшее содержание несброженных угле­водов в бражке при использовании адапти­рованных дрожжей в сравнении с неадапти­рованными при начальном рН сбраживае­мого сусла 4 и 4,5 свидетельствует об их способности к более глубокому потреб­лению источника углерода. Возрастание рН сбраживаемого сусла до 5 сокращало эту разницу, а при рН 5,5 содержание несброженных углеводов в контрольном л опытном вариантах было одинаковым.

При увеличении рН сусла от 4 до 5,5 выявлена тенденция к уменьшению коли­чества летучих кислот в зрелой бражке, но во всех случаях адаптированные дрож­жи накапливали этого продукта на 7—11 % меньше, чем неадаптированные.

По интенсивности образования альдеги­дов исследуемые дрожжи превосходили контрольные во всех вариантах, особенно при рН сусла 5,5.

Содержание глицерина в сбраживаемой среде с активной кислотностью 4 и 4,5 при использовании адаптированных дрожжей было несколько меньше, чем в контроле, а при рН сусла 5 и 5,5 эти показатели выравнивались (см. рисунок).

 

 

Суммарный расход углеводов на образо­вание указанных вторичных продуктов с учетом остаточных сахаров (см. таблицу) при использовании адаптированных дрож­жей был меньше при сбраживании сусла с рН 4,0 и 4,5 и составил соответ­ственно 14,48 и 14,59 г/л, а в контроль­ных — 15,41 и 15,45 г/л.

Следствием этого было повышенное (на 0,8—1,8 % относительных) количество спир­та, синтезированное адаптированными дрожжами.

В изучаемом диапазоне рН сбраживаемо­го сусла (4,0—5,5) опытные дрожжи пре­восходили контрольные по накоолению био­массы в зрелой бражке на 0,6—1,9 г/л.

 

  Величина рН сусла, сбраживаемого дрожжами

 

Показатели зрелой бражки	4.0		4,5		5,0		5,5
	адаптиро­ванными	неадап­тиро­ванными	адапти­рованным и	неадап-тирован-нымн	адаптиро­ванными	неадап­тирован­ными	адаптиро­ванными	неадап-тнрован-ными
рН среды	4,2	4,2	4,6	4,6	5,0	5,0	5,4	5,45
Несброженные углеводы, г/л	4,57	5,08	4,23	4,75	4,08	4,19	4,10	4,13
Альдегиды, % об.	0,0054	0,0035	0,0062	0,0048	0,0128	0,0082	0,0220	0,0103
Летучие кислоты, г/л	2,96	3,16	2,12	2,35	2,03	1,89	1,58	1,73
а. а.
Потери сахаров на образование    вторичных продуктов   и   с несброженными углеводами, г/л	14,48	15,41	14,59	15,45	15,12	15,10	15,81	15,77
в том числе на образование, г/л
глицерина	9,33	9,70	9,85	10,18	10,44	10,41	11,04	11,04
альдегидов	0,083	0,054	0,095	0,069	0,196	0,126	0,358	0,178
летучих кислот	0,400	0,470	0,316	0,343	0,299	0,274	0,231	0,262
эфнров	0,097	0,106	0,099	0,108	0,105	0,100	0,121	0,160

 

    Таким образом, результаты исследований позволяют предположить, что адаптирован­ные к пониженному рН среды дрожжи обладают более экономичным механизмом метаболической регуляции для мелассно-спиртового производства. При сбраживании мелассы их предпочтительно применять при рН сусла 4,0—4,5, что обеспечивает наи­больший выход этанола и биомассы дрож­жей по сравнению с неадаптированными дрожжами.

 

Список использованной литературы

1. Работнова И. Л. Лимитация и ингибиро-вание роста микроорганизмов как средство управ­ления метаболизмом.— В кн.: Сборник научного центра биологических исследований АН СССР, Пущине, 1976.

2. Савчук М. Я., Цыганков П. С. Влияние кислотности и рН среды на образование побочных продуктов при сбраживании мелассы.— В сб. Тру­ды УкрНИИСП, Киев, 1973, вып. XV.

3. Швец В. Н., Слюсаренко Т. П., Кноготкова Е. И. Влияние рН на сбраживание мелассы различными расами дрожжей.— Ферментная и спиртовая промышленность, 1973, № 6.

4. Накопление продуктов брожения при раз­личном рН мелассного сусла / [В. К. Янчевский, А. Д. Коваленко, В. Л. Яровенко и др.]. — Фер­ментная и спиртовая промышленность, 1984, № 1.

5. Инструкция по технохимическому контролю спиртового производства.— М.: Пищевая про­мышленность, 1967.

6. Коваленко А. Д. Исследование и совершен­ствование процесса непрерывного сбраживания мелассы на спирт.— Автореф. дис. канд. техн. наук.— Киев: 1971.