Д6343 Черныш ВГ Изучение морфологии различных видов дрожжей

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ И ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра пищевой биотехнологии продуктов из растительного сырья

ИЗУЧЕНИЕ МОРФОЛОГИИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ДРОЖЖЕЙ

Методические указания к лабораторной работе

для студентов специальностей 260202, 260204 очной и заочной форм обучения

и направления бакалавриата 260100

Санкт-Петербург

2011

УДК 546

Черныш В.Г., Прохорчик И.П., Иванченко О.Б. Изучение морфологии различных видов дрожжей: Метод. указания к лабораторной работе для студентов спец. 260202, 260204 очной и заочной форм обучения и направления бакалавриата 260100. – СПб.: СПбГУНиПТ,

2011. – 32 с.

Рассмотрено использование дрожжей в пищевой промышленности, приведена классификация дрожжей, дана организация микробиологической лаборатории.

Рецензент Доктор техн. наук, проф. Т.П. Арсеньева

Рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета

Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий, 2011

1.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРОЖЖЕЙ

ВОТРАСЛЯХ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1.1. Производство хлебопекарных дрожжей

Способ производства дрожжей для хлебопечения был открыт лишь в 1850 г. Первым заводом в России, производившим пекарские дрожжи, был Московский дрожжевой завод.

Производство хлебопекарных дрожжей представляет собой биологический процесс, направленный на культивирование микроорганизмов. Хлебопекарные дрожжи в соответствии с классификацией Крегер-ван-Рий относятся к царству грибов Mycota, отделу Eumycota,

классу Ascomycetes, семейству Saccharomycetaceae, роду Saccharomyces, виду Saccharomyces cerevisiae.

В настоящее время на дрожжевых предприятиях используют штаммы дрожжей, различающиеся морфологическими, культуральными и физиологическими признаками: размерами и формой клеток двухсуточной культуры в жидком солодовом сусле, образованием пленки в жидком сусле, размерами и формой колоний на поверхности суслового агара. Однако наиболее важными являются физиологические различия, которые оказывают влияние на выход и качество продукции: штаммы в значительной степени различаются активностью размножения и, следовательно, экономическим коэффициентом утилизации субстрата; бродильной активностью (подъемной силой и мальтазной активностью), способностью синтезировать внутриклеточные резервные углеводы.

Наиболее широкое распространение получили следующие штаммы S.cеrеvisiae:

–ЛВ-7, ЛК – высокопродуктивные, устойчивые к неблагоприятным условиям культивирования;

–ЛВЗ – продуктивный штамм для использования при получении замороженных полуфабрикатов и готовых хлебобулочных изделий;

–Л-80, Л-127, Л-129, Л-144 – штаммы, обладающие высокой бродильной активностью (для использования в простом тесте);

–Л-143, Л-148 – высокоактивные штаммы для использования в тесте, приготовленном с высоким содержанием сдобящих ингредиентов;

4

–Л-80У – универсальный штамм для получения прессованных

исухих дрожжей;

–ЛВС, Л-153 – штаммы для получения сухих дрожжей.

Впроизводстве хлебопекарных дрожжей совместно с культурными могут размножаться и различные посторонние дрожжи. Дрожжи, контаминирующие производство пекарских дрожжей, могут быть спорообразующими и не образующими спор. Наибольшее количество вредителей дрожжевого производства относится к аспорогенным дрожжам: род Candida (С.krusei, C.utilis, C.mycoderma, C.guilliermondii, C.reucaufii, C.tropicalis); род Torulopsis (T.aeria, T.dattila, T.holmii);

род Rhodotorula. K неспорообразующим дрожжам относятся роды

Saccharomyces (S.paradoxus), Debariomyces (Debariomyces rosei), Hansenula (Hansenula anomala).

Всвязи с тем что большинство контаминирующих дрожжевое производство дрожжей относятся к слабобродящим видам, а у некоторых из них способность ферментировать углеводы муки отсутствует, их присутствие в коммерческой продукции отрицательно влияет на процесс брожения теста.

Кроме того, большинство посторонних дрожжей обладают более высокой генеративной активностью, чем сахаромицеты. В результате этого к концу процесса культивирования количество посторонних дрожжей может достичь значительных размеров. Другое нежелательное в дрожжевом производстве явление, вызываемое посторонними дрожжами, – флотация, т. е. сильное пенообразование, что приводит

кувеличению расхода пеногасителя.

Биомасса со значительным количеством посторонних дрожжей имеет мажущуюся консистенцию, вследствие чего возникают осложнения при прессовании дрожжей. Такая продукция имеет более темный цвет и повышенную влажность, поэтому обладает не только низкой бродильной активностью, но и сниженной стойкостью при хранении.

1.2. Пивоваренное производство

Человек на протяжении всей своей эволюции сталкивался с разрушительным действием разнообразных болезнетворных организмов, однако именно дрожжи были, по-видимому, первыми микроорганизмами, которые человек стал использовать для удовлетворения своих

5

потребностей. Дрожжи с полным основанием можно рассматривать как одно из орудий труда древнего человека. Первое упоминание об использовании человеком дрожжей, связанное с производством одной из разновидностей кислого пива в Египте, относится к 6000 г. до н. э. Это пиво вырабатывали сбраживанием пасты, полученной при раздавливании и растирании проросшего ячменя.

Пиво – слабоалкогольный напиток, который получают путем сбраживания охмеленного сусла специальными расами дрожжей. Вкус и аромат пива создают содержащиеся в нем экстрактивные вещества, извлеченные из солода, горькие и ароматические вещества хмеля, а также спирт, диоксид углерода и другие продукты брожения.

Общей целью пивоварения, как и любого промышленного производства, является максимально эффективное использование сырья и оборудования без ущерба для качества конечного продукта. Одним из путей ее достижения для пивного производства является применение наиболее эффективных дрожжевых штаммов. Для пивных дрожжей наиболее важны следующие свойства:

– большая скорость брожения без чрезмерного прироста дрож-

жей;

–эффективная утилизация мальтозы и мальтотриозы с хорошим выходом спирта;

–способность переносить возникающие в процессе пивоварения стрессы, вызванные концентрацией спирта, температурой, осмотическим давлением;

–воспроизводимость правильного уровня вкусовых и ароматических компонентов в получаемом продукте;

–идеальные для используемой технологии флокуляционные характеристики;

–хорошие технологические характеристики (сохранение жизнеспособности в процессе хранения, при перекачивании насосами и т. д.);

–генетическая стабильность.

Дрожжи, используемые в пивоварении, относятся к роду Saccharomyces. Вопрос о видовой принадлежности пивных дрожжей остается дискуссионным. Ранее дрожжи низового брожения относили к S.carlsbergensis. В классификации, принятой во втором издании определителя под редакцией Дж. Лоддера, этот вид отнесен к S.uvarum, а название S.carlsbergensis стало его синонимом. В третьем издании определителя под редакцией Д. Ярова S.uvarum и S.carlsbergensis рас-

6

сматриваются уже как синонимы S.cerevisiae. Однако данные виды отличаются по сбраживанию мальтотриозы (S.uvarum не сбраживает ее). Последующие молекулярно-генетические исследования этих дрожжей свидетельствуют о самостоятельности видов S.cerevisiae и S.carlsbergensis и о близком родстве S.uvarum c S.bayanus.

Дрожжи верхового брожения, используемые для приготовления эля, относятся к виду S.cerevisiae.

Дрожжи, вызывающие порчу пива. При производстве пива мо-

гут развиваться посторонние виды дрожжей и бактерий, которые ухудшают процесс брожения и осветления пива, вызывают его помутнение, придают посторонние вкус и запах. Дрожжи, инфицирующие пиво, условно подразделяют на две группы – дрожжи рода Saccharomyces, которые не используются для сбраживания пивного сусла, и дрожжи, принадлежащие к другим родам.

Среди дрожжей несахаромицетов, вызывающих инфицирование производства пива, чаще всего обнаруживают представителей родов

Candida, Diastaticus, Torulopsis, Pichia, Hansenula, Hanseniaspora,

Brettanomyces, Rhodotorula. Однако ряд пороков пива – помутнение, скисание, ослизнение – могут вызвать лактобациллы и педиококки. В результате синтеза ими диацетила пиво приобретает нежелательные привкус и запах. Педиококки, образуя на средах с глюкозой и мальтозой мукополисахариды, вызывают тягучесть солодового сусла.

1.3. Дрожжи в производстве спирта

Для производства спирта служит разнообразное сырье, содержащее сбраживаемые сахара и другие углеводы, которые в них можно превратить. Наиболее широко используются крахмалсодержащие (зерно, картофель) и сахаросодержащие (свекловичная и тростниковая меласса) материалы, а также сахарная свекла, молочная сыворотка, древесина. Различный характер сырья, используемого в спиртовой промышленности, определяет требования к расам дрожжей, применяемых для его сбраживания.

Для переработки крахмалсодержащего сырья преимущественно используют расы S.cerevisiae, при этом сырье должно быть предварительно осахарено. Спиртовые дрожжи, применяемые для сбраживания осахаренного сырья, должны отвечать следующим требованиям:

7

–должны обладать высокой бродильной активностью;

–наиболее полно использовать компоненты питательной среды

ванаэробных условиях;

–быть устойчивыми к продуктам своего обмена (особенно к спирту);

–противостоять развитию инфекции.

Перечисленными свойствами обладает раса дрожжей Х11, в меньшей степени – расы 11, 1V, Х и другие. Раса Х11 хорошо сбраживает глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, на 1/3 раффинозу, накапливает в среде до 13 % спирта. Оптимальная температура развития составляет 30–33 °С, максимальная – 38 °С, минимальная – 5 °С.

К расам, используемым для сбраживания мелассных растворов, применяют те же требования, что и для сбраживания осахаренного крахмалсодержащего сырья. Широкое применение при сбраживании мелассных сред нашли расы Я, В, Ял, V-30. Последняя раса более полно сбраживает раффинозу (на 2/3), обладает более высокой осмотолерантностью и генеративной активностью, чем раса В.

Дрожжи, растущие на инулинсодержащем сырье, должны обладать инулиназной активностью. Способностью гидролизовать инулин до фруктозы обладают штаммы Kluyveromyces fragilis, K.marxianus, Pichia polymopha, а также некоторые представители Schizosaccharomyces и Debariomyces.

Для сбраживания гидролизатов растительного сырья использу-

ют в основном расы дрожжей Saccharomyces и Schizosaccharomyces.

При сбраживании молочной сыворотки преимущественно используют штаммы Kluyveromyces fragilis, которые могут утилизировать до 98 % лактозы.

1.4. Дрожжи в виноделии

Виноградное сусло в отличие от пивного не подвергается стерилизации и при кустарном способе производства забраживает самопроизвольно на естественной микрофлоре, попадающей с винограда и оборудования. На поверхности винограда, в бродящем сусле, винах и на оборудовании заводов обнаружено значительное число видов дрожжей, относящихся к родам Hansenula, Kluyveromyces, Pichia, Saccharomyces, Brettanomyces, Candida, Rhodotorula и др.

8

Наибольшее участие в спиртовом брожении виноградного сусла принимают виды дрожжей S. cerevisiae и S. bayanus, однако на первой стадии и в середине процесса ферментации значительная роль принадлежит видам дрожжей, не относящимся к сахаромицетам. В начале процесса (до накопления 2–4 % спирта) развиваются дрожжи

Hansenula anomala, C.krusei, C.colliculosa, Kloeskera apiculata; в сере-

дине – S.cerevisiae и S.bayanus. Такая смена видов обусловлена различной способностью дрожжей продуцировать спирт и устойчивостью к нему. Однако в ходе спиртового брожения могут расти нежелательные штаммы дрожжей-сахаромицетов, придавая готовому продукту неприемлемые вкус и аромат из-за большого содержания сложных эфиров, диацетила, серосодержащих летучих веществ или уксусной кислоты. Во избежание этого в настоящее время в качестве стартовых культур используют отобранные штаммы этих дрожжей.

Некоторые виды Torulopsis могут образовывать слизь в виноградном сусле и винах. Вредящей микрофлорой различных бродильных производств являются дрожжи Hansenula, так как они хорошо развиваются в сахарсодержащих средах, образуя различные летучие продукты обмена: эфиры, спирты, органические кислоты, – которые придают вину резкий посторонний запах. Могут образовать на поверхности виноградного сусла пленку, вызывают помутнение столовых вин. Виды этого рода способны развиваться на мезге во время брожения, на стенках бочек, пропитанных вином. Дрожжи видов Rhodotorula могут образовать кольца красного и оранжевого цветов на поверхности виноградного сока; кроме того, они продуцируют летучие кислоты и эфиры.

Дрожжевая микрофлора плодово-ягодных вин представлена в основном теми же видами, что и виноградных.

1.5. Дрожжи в хлебопечении

Дрожжи-сахаромицеты играют роль разрыхлителей теста, существенно влияя на объем готового хлеба и пористость мякиша. Сбраживая сахара муки и мальтозу, образующуюся из крахмала муки под действием амилаз, они выделяют диоксид углерода и этиловый спирт. Наряду с главными продуктами брожения, дрожжи продуцируют побочные: уксусный альдегид; спирты (бутиловый, изобутиловый, изоамиловый); органические кислоты (молочная, янтарная, вин-

9

ная, щавелевая); некоторые другие вещества, придающие хлебу специфические вкус и аромат. Кроме того, небольшое количество спирта, которое остается в хлебе после выпечки (до 0,5 %), также значительно улучшает вкус и аромат готовых изделий.

К дрожжам, используемым в хлебопечении, предъявляют следующие требования: они должны иметь высокую бродильную (зимазную и мальтазную) активность в анаэробных условиях; обладать высокой осмо-, кислото- и солеустойчивостью; активность протеиназ. Для разрыхления теста обычно применяют расы S. cerevisiae в прессованном и сушеном виде. Кроме того, при брожении теста из ржаной муки используют кислотоустойчивые дрожжи S. minor.

При получении пшеничного хлеба наряду с прессованными дрожжами или вместо них широко используют жидкие дрожжи, которые готовят непосредственно на хлебопекарных предприятиях. Жидкие дрожжи представляют собой полуфабрикат, получаемый сбраживанием водно-мучной заварки термофильными молочнокислыми бактериями Lac. delbrueckii с последующим выращиванием дрожжей

S. cerevisiae.

Процесс приготовления жидких дрожжей включает два цикла – разводочный и производственный. Разводочный цикл заключается в постепенном размножении чистых культур термофильных молочнокислых бактерий и дрожжей в жидкой среде (в солодовом сусле) и мучной осахаренной заварке до достижения количества, необходимого для производства хлеба. В разводочном цикле выращивание микроорганизмов ведут без отбора культуры, а в производственном цикле проводят регулярный отбор жидких дрожжей. Разводочный цикл осуществляют один-два раза в год.

В производственном цикле отбор жидких дрожжей проводят через каждые 2–3 ч круглосуточно. От готовых дрожжей отбирают 1/2 или 1/4 часть для замеса теста, а отобранную часть возобновляют таким же количеством заквашенной заварки. Готовность жидких дрожжей определяют по подъемной силе, которая должна быть от 15 до 25 мин (методом всплывающего шарика). Кислотность жидких дрожжей должна быть 8–12 град, массовая доля влаги – 86–90 %.

Среди дрожжей, контаминирующих хлебопекарное производство, наиболее часто встречаются представители рода Candida (C. utilis, C. krusei, C. mycoderma, C. guilliermondii), Torulopsis и вид S. paradoxus. Их источниками являются хлебопекарные дрожжи, мука, тех-

10