Інші фактори

Швидкість розмноження дріжджів залежить від різниці осмотичного тиску у дріжджовій клітині й у суслі: чим вона більша, тим швидше розмножуються дріж­джі. Внаслідок цього дріжджі мають більш активний фізіологічний стан при збро­джуванні меляси двохпотоковим способом у порівнянні із

Якщо спиртові дріжджі оброблені ультразвуком, то активність інвертази у них зростає у декілька разів і в деяких випадках стимулюється їх швидкість росту. Дією на хлібопекарські дріжджі ультразвуку частотою 425 кГц протягом 1 години підви­щується їх бродильна енергія і підйомна сила на 15-18%; при частоті 380 і 740 кГц вміст ергостерину підвищується на 45-60%.

Під впливом у винних дріжджів підвищується бродильна, у хлі-

бопекарських - мальтазна активність. Після опромінення ультрафіолетовими про­менями дріжджі втрачають здатність синтезувати лейцин, ізолейцин та валін. Так були отримані мутанти, які не утворюють ізоамілового та Ізобутилового спиртів. Після обробки хлібопекарських дріжджів ультрафіолетовим промінням та етиленІ-міном одержані мутанти, мальтозна активність яких у 2-5 разів вища, ніж контро­льних дріжджів.

Спирти, ефіри і слабі розчини лугів розчиняють ліпоїдні речовини дріжджо­вих клітин. Спирти навіть у невеликих концентраціях (3-4%) затримують бру­нькування дріжджів. Проте в безперервному потоці зброджувального середовища дріжджі здатні розмножуватися при відносно високій концентрації спирту (7-8 об.%) і продовжують зброджувати цукри до концентрації спирту 11-12 об.%. Розмножен­ня дріжджів при безперервному зброджуванні залежить головним чином від вмісту живильних речовин і менше від концентрації спирту у бражці.

Формалін, кислоти і солі важких металів належать до плазматичних отрут. Невелика кількість формаліну (0,09%) порушує нормальну життєдіяльність дріж-

124

Спиртові дріжджі

джів, а доза 0,001% гальмує їх брунькування. Часто дози речовин, які знижують бродильну енергію дріжджів, значно вищі тих, що затримують брунькування.

Сульфітна, азотиста і фтористоводнева кислоти та їх солі у дуже малих конце­нтраціях перешкоджають нормальному росту дріжджів: діоксид сірки при концен­трації 0,0025%, нітрити - 0,0005%. Якщо в мелясі міститься 0,02% діоксиду сірки, то якість дріжджів значно погіршується - вони швидко темніють, знижуються їх підйомна сила та стійкість при зберіганні.

У розчинах сірчаної кислоти концентрацією 0,35-0,6% через 15 хв усі клітини дріжджів зберігають життєдіяльність, через 24 години нараховують тільки 2% мер­твих клітин. Молочнокислі бактерії у 0,15%-ному розчині сірчаної кислоти уже через 2 години гинуть, а у 0,5%-ному розчині протягом такого ж часу гинуть усі бактерії. Дикі дріжджі можуть витримувати дію 1,3%-ного розчину сірчаної кисло­ти протягом 2 годин.

Вільні органічні кислоти спричиняють на дріжджі більшу інгібуючу дію, ніж їх солі. Леткі органічні кислоти навіть у незначних концентраціях пригнічують розмноження дріжджів та прискорюють їх відмирання. Найбільш сильні інгібі­тори - масляна і капронова кислоти. Особливо чутливі дріжджі до летких ор­ганічних кислот при зниженні рН середовища до 4. У цих умовах через добу у дріжджовій популяції спостерігають велику кількість плазмолІзованих клітин та бруньок.

У випадку великого засіву (120-150 млн. клітинна 1 мл) бражки 5,1 коефі­цієнт розмноження дріжджів раси В у контрольному варіанті 2,1, а у випадку, коли вміст масляної кислоти 0,02% - 1,2, капронової 0,02% - 1,15. Кількість мертвих клітин дріжджів рас В і Я складала 21-52%. У присутності пропіонової кислоти коефіцієнт розмноження дріжджів рас В і Я в 1,5, а кількість мертвих клітин - у 2 рази менша, ніж у контрольному варіанті.

Мурашина кислота знижує коефіцієнт розмноження дріжджів, але не викли­кає відмирання клітин. Оцтова кислота порівняно слабкий інгібітор.

Під час зброджування синтетичного середовища Рідер із 13% цукрози дрі­жджами рас В і Я спостерігають зниження виходу спирту при таких концентраціях летких органічних кислот у зброджувальному середовищі (%): масляної 0,045, кап­ронової 0,055, мурашиної 0,09, пропіонової 0,12 і оцтової 0,45. У цих же умовах не знижується спиртоутворення у дріжджів Г-176 і Г-202. Вказаним концентраціям кислот у 22%-ному мелясному суслі відповідає такий їх вміст у мелясі (%): масля­ної 0,2, капронової 0,5 і оцтової 2,0. У більшості випадків у мелясі органічних ки­слот значно менше, і тільки Інколи вміст мурашиної і пропіонової кислот близький до концентрацій, при яких знижується вихід спирту.

У присутності масляної і капронової кислот процес утворення вищих спиртів у значній мірі блокується незалежно від раси дріжджів.

Деякі важкі метали у дуже малих концентраціях вбивають дріжджові клітини (срібло - 0,000001; мідь - 0,005%), а при концентраціях, які не визначаються хімі­чним аналізом, гальмують ріст дріжджів. Бактерицидна дія важких металів зале­жить від складу середовища, його кислотності, температури і густини дріжджової

125

популяції. Наприклад, солі міді у кислих середовищах більш отруйні, солі срібла виявляють більш сильну бактерицидну дію у вигляді аміачних розчинів.

У випадках присутності фурфурола у зброджувальному середовищі змен­шується кількість клітин, що брунькуються, і їх розмір. Навіть при незначному вмісті фурфуролу знижується мальтазна та зимазна активність виділених із дозрі­лої мелясної бражки дріжджів.

Сульфонол у невеликих концентраціях (70-100 г на 1 т меляси) не впливає на життєдіяльність дріжджів і пригнічує молочнокислу мікрофлору. Хлор, хлорне вап­но, марганцевокислий калій сильно окислюють органічні речовини і руйнують їх.

У бражці із підвищеним вмістом іонів Са, Mg, Fe у дріжджових клітинах втра­чається водна оболонка, у зв'язку з чим зменшується іонна сфера та електричний заряд на поверхні клітин і створюються умови для аглютинації дріжджів.

Спиртові раси дріжджів мають від'ємний електрокінетичний потенціал: від -7 до -13 мВ, внаслідок чого вони адсорбують на своїй поверхні меланоїдини з пози­тивним потенціалом. Якщо рН середовища знижується, електрокінетичний потен­ціал меланоїдинів підвищується і в зв'язку з цим збільшується ступінь адсорбції їх на дріжджових клітинах. Меланоїдини надають дріжджам темного кольору, сприя­ють відмиранню дріжджових клітин і зниженню їх ферментативної активності, зо­крема активності інвертази і каталази. Якщо у забродженому середовищі міститься від 0,005 до 0,3 г меланоїдинів у 100 мл, то через 24 години популяція дріжджів зменшується в 1,3-2 рази.

Десорбція забарвлених речовин із поверхні дріжджової клітини проходить ін­тенсивно при рН промивної води вище 9. При рН біля 3 забарвлені речовини не десорбуються.

Багато які ферменти дріжджів активуються у присутності незначної кількості сульфігідрильних сполук, які мають SH-групи , таких як цистеїн, глютатіон. Ці спо­луки легко перетворюються одна в іншу, мають важливе значення в активуванні та регулюванні багатьох окисно-відновних і гідролітичних ферментів, які визначають життєдіяльність та обмінні процеси мікроорганізмів.

SH-групи відіграють важливу роль у ланцюгу окисно-відновних реакцій і є необхідною ланкою у передачі електрона від суксинату до кисню повітря через цитохром. Активність багатьох дегідрогеназ, флавінових І піридоксинових ферме­нтів зв'язана із наявністю у молекулі вільних SH-rpyn.

Відновлений глютатіон і цистеїн прискорюють спиртове бродіння внаслідок того, що SH-групи тіолових ферментів відновлюються і ці ферменти беруть участь у аеробному і анаеробному окисленні цукрів. Але застосування цих дорогих речо­вин економічно недоцільно, а їх замінником може бути використаний дріжджовий автолізат.

126

БІОХІМІЯ БРОДІННЯ ТА ДИХАННЯ АНАЕРОБНИЙ РОЗПАД ВУГЛЕВОДІВ

Ферментативна дисиміляція вуглеводів в анаеробних умовах, яка проходить із виділенням енергії і приводить до утворення продуктів неповного окислення, на­зивається бродінням. У цьому процесі акцептором водню є органічні сполуки, які утворюються в реакціях окислення (наприклад, оцтовий альдегід при спиртовому бродінні); кисень у цих реакціях не бере участь.

Схема хімічних перетворень під час спиртового бродіння глюкози подана на рис. 6.1.

1. Утворюються фосфорні ефіри цукрів. Під дією ферменту гексокінази та аденілових кислот, які є донорами і акцепторами фосфорної кислоти, глюкоза пе­ ретворюється у глюкопіранозо-6-фосфат. Аденілові кислоти у дріжджах містяться у вигляді аденозинтрифосфату (АТФ). Гекзокіназа каталізує перенесення однієї фо­ сфорної групи із АТФ на глюкозу. При цьому АТФ перетворюється у АДФ, а зали­ шок фосфорної кислоти приєднується у місці шостого атома вуглецю. Дія ферме­ нту активується ^іонами магнію. Схоже проходить перетворення Д-фруктози і Д- манози. Глюкокіназна реакція визначає швидкість процесу бродіння.

2. Глюко-6-фосфат під дією ферменту глюкозофосфатізомерази ізомеризується - перетворюється у фруктозо-6-фосфат. Реакція зворотня і зсунута в бік фруктозо- 6-фосфату.

3. Фруктозо-6-фосфат під дією ферменту фосфофруктокінази приєднує у міс­ ці першого атома вуглецю другий залишок фосфорної кислоти за рахунок АТФ і перетворюється у фруктозо-1,6-дифосфат. Ця реакція практично незворотня. Мо­ лекула цукру переходить у оксоформу і стає лабільною, здатною до подальшого перетворення, бо послаблюється зв'язок між третім і четвертим атомами вуглецю.

4. Під дією ферменту альдолази, яка активується іонами Zn²⁺, Co²⁺ та Са²⁺, фруктозо-1,6-дифосфат розпадається на дві фосфотриози - 3-фосфогліцериновий альдегід та фосфодіоксиацетон. Ця реакція зворотня.

5. Поміж фосфотриозами відбувається реакція ізомеризації, яка каталізується ферментом триозофосфатізомеразою. Рівновага встановлюється при 95% 3-фос- фогліцеринового альдегіду і 5% фосфодіоксиацетону.

6. В індукційний період, поки ще не утворився оцтовий альдегід, як проміж­ ний продукт, поміж двома молекулами 3-фосфогліцеринового альдегіду під дією ферменту альдегідмутази за участі молекули води проходить реакція дисмутації.

При цьому одна молекула фосфогліцеринового альдегіду відновлюється, утво­рюючи фосфоглІцерин, інша окислюється у 3-фосфогліцеринову кислоту. Фосфог-ліцерин у подальших реакціях участі не бере і після відщеплення фосфорної кис­лоти є побічним продуктом спиртового бродіння.

Під час сталого процесу окислення 3-фосфогліцеринового альдегіду у 3-фос­фогліцеринову кислоту проходить складним шляхом. Спочатку він перетворюється в 1,3-дифосфогліцериновий альдегід, приєднуючи залишок неорганічної фосфор­ної кислоти, потім під дією ферменту триозофосфатдегідрогенази у присутності

127

128

НАД (нікотинамідадєніндинуклеотиду) окислюється в 1,3-Дифосфогліцеринову ки­слоту. НАД, яка вступає у сполуку із специфічним білком, утворює анаеробну дегідрогеназу, яка має здатність віднімати водень безпосередньо від фосфогліцери-нового альдегіду та інших органічних сполук.

7. За допомогою ферменту фосфотрансферази залишок фосфорної кислоти, який містить макроергічний зв'язок, передається із 1,3-дифосфогліцеринової кис­ лоти на АДФ з утворенням АТФ та 3-фосфогліцеринової кислоти. Енергія, яка зві­ льнюється при окисленні фосфогліцеринового альдегіду, резервується в АТФ.

8. Під дією ферменту фосфогліцеромутази 3-фосфогліцеринова кислота ізо­ меризується у 2-фосфогліцеринову кислоту.

9. У результаті віддачі води, внаслідок перерозподілу внутрішньомолекуляр- ної енергії, 2-фосфогліцеринова кислота перетворюється у фосфоенолпіровиног- радну кислоту, яка має мікроергічний зв'язок. Реакцію каталізує енолаза, яка акти­ вується іонами Mg²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺. Максимальна дія енолази виявляється в інтервалі рН 5,2-5,5. При рН 4,2 молекули енолази агрегуються, а при рН 3-4 незворотньо денатуруються.

10. Під дією ферменту фосфотрансферази у присутності іонів К⁺ залишок фо­ сфорної кислоти передається від фосфоенолпіровиноградної кислоти на АДФ, ене­ ргія при цьому резервується у АТФ.

11. Утворена енолпіровиноградна кислота перетворюється у більш стабільну кетоформу.

12. Під дією ферменту карбоксилази від піровиноградної кислоти відщеп­ люється діоксид вуглецю і утворюється оцтовий альдегід.

13. Фермент алкогольдегідрогеназа переносить водень із відновленого на оцтовий альдегід, в результаті чого утворюється етиловий спирт і реге­ нерується НАД.