7 Біотехнологічне застосування роду Saccharomyces

Археологічні розкопки в Єгипті виявили пивоварні та хлібопекарні, що були побудовані 2000 і 6000 років тому. Відомо, що у древньому Вавилоні застосовували технологію одержання солоду і пивоваріння. Пекарських дріжджів у світі виробляється близько мільйона тонн щорічно.

7.1 Хлібопекарство

Saccharomyces cerevisiae використовується майже виключно для приготування печеного дріжджового хліба. Дріжджі зумовлюють спиртове бродіння з утворенням безлічі вторинних метаболітів, що обумовлюють смакові і ароматичні якості хліба.

Спирт випаровується при випіканні. Крім того, в тісті формуються міхури вуглекислого газу, що примушують його «підніматися», і що надають хлібу губчасту структуру і м’якість. Аналогічний ефект викликає внесення до тіста соди і кислоти (зазвичай лимонної), але в цьому випадку не утворюються смакові сполуки.

Виробництво хліба включає складний цикл мікробіологічних і біохімічних процесів, що відбуваються в тісті з моменту змішування борошна з водою й закінчуються випічкою.

Всі дріжджі, які використовуються в хлібопеченні, належать до виду Saccharomyces cerevisiae та історично походять від штамів пивних дріжджів. Борошно зазвичай бідне цукрами, необхідними для бродіння, тому в тісто додають яйця або цукор. Для отримання більшої кількості смакових сполук тісто проколюють або перемішують, вивільняючи вуглекислий газ, а потім знову залишають «підніматися». У кондитерському виробництві використовують як пресовані, так і сухі дріжджі. При бродінні відбувається інтенсивне виділення СО₂, який затримується в тісті, змушуючи його підніматися (рис. 7.1).

Рисунок 7.1 ‒ «підняте» тісто

Для отримання хлібопекарських дріжджів використовують швидкорослі раси верхового бродіння. Вони повинні мати великі клітини (не менше 7,0 – 11,0 мкм), добре сброджувати цукор при високій концентрації сухих речовин в тісті, бути солестійких і стійкими до шкідливих домішок меляси, мати високу швидкість генерації, володіти високою підйомною силою і мальтозною активністю. Підйомна сила відображає активність бродильних ферментів клітини, її зимазного комплексу, а мальтазна активність свідчить про швидкість зброджування мальтози.

Свіжі пресовані дріжджі (Рис. 7.2)

Свіжі пресовані дріжджі мають світло-кремовий або світло-сірий колір, дріжджі легко ламаються. Запах приємний, ледь спиртовий, прісний. Не допускається запах плісняви, інші сторонні запахи. Підйомна сила тіста до 70 мм. Перед використанням дріжджі розчиняють у теплій воді (30–35° C) і проціджують через сито. Зберігають пресовані дріжджі при температурі 4° C протягом 5 днів.

Сухі дріжджі (Рис 7.3)

Сухі дріжджі одержують при висушуванні пресовані дріжджі, попередньо подрібнені у вигляді гранул, дрібних зерен, шматочків тд.

Сушать дріжджі кілька годин (50° C, а потім – 30–35° C) дріжджі повинні зберігати ферментну активність. 100 г сухих дріжджів перемішують з 1 кг борошна і розводять у 3 л теплої води (25–27° C). Через годину їх використовують для приготування опари. Сухих дріжджів беруть у 3 рази менше, ніж свіжих.Зберігають сухі дріжджі – при температурі 17° C і відносній вологості повітря 65 % протягом 1 місяця.

Рисунок 7.2 ‒ Свіжі пресовані дріжджі

Рисунок 7.3 ‒ Сухі дріжджі

У хлібопекарстві застосовують також сухі дріжджі, які готують висушуванням пресованих до вологості 7 – 10%. У вітчизняній промисловості використовують різні раси Saccharomyces cerevisiae. На багатьох хлібозаводах використовують суміш різних рас.

На деяких заводах знайшли застосування гібридні дріжджі. В даний час для приготування пшеничного і житнього тісту широко використовують закваски, що складаються з дріжджів і молочнокислих бактерій.

Псування хлібопекарських виробів можуть викликати неосмофільні і осмофільні види дріжджів.

Неосмофільні дріжджі обумовлюють три види псування. Аспорогенні дріжджі при попаданні в тісто можуть знизити якість хліба і надати йому небажаний запах. Saccharomyces cerevisiae та інші дріжджі, що здатні до бродіння, заражаючи хліб після випічки, викликають появу сильного запаху («фруктового», «ацетонового» та ін.).

Види дріжджів, що утворюють гіфи, можуть давати на поверхні хліба добре видимий ріст. На темних сортах хліба можлива поява білого нальоту «крейдяний цвілі», псування найчастіше викликають Hyphopichia burtonii.

Осмофільних дріжджі (Zygosacch. Rouhii, Zygosacch. Bisporus) небезпечні для кондитерських хлібопекарських виробів, при виготовленні яких компоненти з високим вмістом цукру (джеми, мармелад, фруктові наливки та ін.) Можуть псуватися (зброджувати).

7.2 Виробництво спирту (рис. 7.7) і алкогольних напоїв

Виробництво алкогольних напоїв базується на зброджуванні цукру дріжджами S. Cerevisiaе, основною метою є одержання спирту. Алкогольні напої поділяють на три категорії :

- вино і пиво, одержувані зброджуванням фруктового соку або оцукреного екстракту зерна;

- міцні вина, у які додається спирт;

- спирт одержуваний перегонкою вина або пива.

В основі отримання спиртних напоїв лежить зброджування фруктози і глюкози виноградного соку з утворенням етилового спирту (рис. 7.4).

Рисунок 7.4 – Зброджування фруктози і глюкози виноградного соку

Для виробництва спирту шляхом бродіння (рис. 7.5) з подальшою перегонкою і очищенням продукту використовують картоплю, зерно, патоку, відходи деревообробної і целюлозно-паперової промисловості.

При бродінні виділяється велика кількість вуглекислого газу, який утилізували; коштовними побічними продуктами спиртного бродіння є також фурфурол, метиловий спирт, деякі вищі спирти.

Основними продуцентами етанолу є дріжджі Saccharomyces cerevisiae та бактерії (Zymomonas mobilis, Leuconostoc mesenteroies, Sarcina ventriculi). Утворення етанолу дріжджами. Катаболізм глюкози у процесі зброджування її до етанолу та СО₂ здійснюється за гліколітичним шляхом. Глюкоза окиснюється до пірувату. Перетворення пірувату на етанол проходить двома етапами. Окисно-відновний баланс таким чином зберігається.

Рисунок 7.5 – Зброджування дріжджами глюкози з утворенням етанолу і СО₂

Ферменти: 1 – ферменти шляху Ембдена – Мейєргофа – Парнаса; 2 – гліцеральдегідфосфатдегідрогеназа; 3 – фосфогліцераткіназа; 4 – фосфогліцератмутаза; 5 – еналаза; 6 – піруваткіназа; 7 – піруватдекарбоксилаза; 8 – алкогольдегідрогеназа

Якісна реакція на етанол: 

Чутливою реакцією на етиловий спирт є так звана йодоформна проба (рис. 7.6): Розчин Люголя містить йод (1 частина йоду, 2 частини йодиду калію, 17 частин стерильної дистильованої води). При охолодженні розчину з'являється жовта суспензія йодоформом, при високих концентраціях спирту випадає жовтий осад йодоформом.

С₂Н₅ОН + 6NaОН + 4I₂ CHI₃↓ + HCOONa + 5NaI + H₂O

Рисунок 7.6 ‒ Жовтий осад йодоформу

Рисунок 7.7 – Етиловий спирт