Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологии производства дрожжей. Учебное пособие
.pdf
21
от витамина B1 путем шестичасового автоклавирования при
120 °С; при этом витамин В2 остается без изменения, а витамин
B1 разрушается.
Витамин В3 (пантотеновая кислота) в большом количестве
содержится в хлебопекарных дрожжах (15 000-33 000 мг/г СВ).
Недостаток его в пищевом рационе животных и птиц приостанавливает нормальный рост их и нарушает нормальную деятельность нервной системы и желез внутренней секреции.
Витамин В5 (РР – никотинамид) является собственно антипеллагрическим фактором; он содержится в хлебопекарных
дрожжах в большом количестве (от 185 до 290 мкг на 1 г СВ).
Витамин В6 (пиридоксин) содержится в хлебопекарных
дрожжах в количестве 1,6-6,5 на 1 г СВ. Он стимулириет рост
животных и микроорганизмов.
Витамин D – антирахитический фактор, регулятор фосфорно-кальциевого обмена животных и человека. Провитамин D –
эргостерин – имеется в огромном количестве в хлебопекарных
дрожжах – 20 000 мкг на 1 г СВ.
Помимо перечисленных витаминов хлебопекарные дрожжи
содержат парааминобензойную кислоту в количестве 8-95 мкг на
1 г CB и фолиевую кислоту 19-35 мкг. Парааминобензойная кислота действует как активный витамин самостоятельно и в виде
составной части фолиевой кислоты. Эти кислоты входят в состав
ферментов, катализирующих синтез нуклеиновых оснований.
Большое значение для жизнедеятельности дрожжей имеет витамин В7 (Н) или биотин. Сахаромицеты не способны синтезировать биотин из окружающей среды, поэтому для нормального их
развития биотин должен входить в состав питательной среды, где
культивируются дрожжи как важнейший фактор роста. Содержание этого витамина составляет 0,5-1,8 мкг на 1 г СВ. Биотин –
устойчивое вещество. При термической обработке, доступе кислорода и воздействии разбавленных кислот и щелочей биологическая активность его не снижается. Расщепление биотина происходит лишь при обработке его концинтрированными кислотами, щелочами и раствором перекиси водорода. В дрожжах содержится и другой стимулятор роста дрожжей – мезоинозит.
В хлебопекарных дрожжах он содержится в количестве 270 мг
22
на 1 г СВ. Состав среды может способствовать повышению содержания витаминов в дрожжевых клетках. Можно обогащать
хлебопекарные дрожжи витаминами группы В, помещая их в условия брожения на 1-2 ч в среды, содержащие витамины. Дрожжи способны поглощать витамин В1, находящийся в бродящей
жидкости. В этом случае общее количество витамина B1 может
достигать 2000 мкг на 1 г СВ; если бродящая жидкость содержит
не витамин В1, а его компоненты (пирамидин и тиазол), дрожжи
способны синтезировать витамин B1; количество его в дрожжах
при этом может достигать 600 мкг на 1 г СВ.
Ферменты. Все процессы, происходящие в живых орга-
низмах при обмене веществ, при росте и развитии организмов,
совершаются с участием биологических катализаторов белковой
природы, ферментов или энзимов. Сущность механизма действия
ферментов заключается в том, что субстрат, на который действует фермент, образует с ним непрочный продукт фермент – субстратный комплекс. Промежуточный продукт разлагается с образованием конечных продуктов и освобождением фермента, который может воздействовать на новую молекулу субстрата. Считается, что активность фермента зависит не только от таких факторов, как температура и реакция среды (рН), но и от того, в каком
виде он находится в клетке. Когда фермент находится в свободном состоянии, он активен, когда же он связан с белками протоплазмы клетки, то активность его уменьшается или теряется совсем. Синтез ферментов происходит в дрожжевой клетке непрерывно. По способу образования ферменты делят обычно на конститутивные и адаптивные. Адаптивными, т. е. приспособительными, ферментами называют такие, которые образуются в клетке
в результате появления в среде соответствующего субстрата, например сахара. Фермент мальтаза формируется в клетке при наличии в среде сахара мальтозы. Конститутивные ферменты образуются в клетке организма независимо от состава среды. Наибольшую активность ферменты проявляют при определенной
температуре, кислотности, а также при отсутствии тормозящих
их действие веществ. Неустойчивость ферментов объясняется их
белковой природой, т. е. они чувствительны, как все белки, к высоким температурам, кислотности, к солям тяжелых металлов,
23
что вызывает их денатурацию. Специфичность действия ферментов состоит в том, что один фермент ускоряет только определенную реакцию, поэтому в микробных клетках действуют одновременно десятки различных ферментов, не мешая один другому.
Например, фермент, разлагающий сахарозу, не может разлагать
белки, жиры или другие вещества. Отдельные ферменты в живых
клетках образуют ферментные системы, состоящие из 10-12 ферментов.
Питание. В настоящее время известно, что питание дрожжевых клеток состоит из двух фаз: первая - прохождение веществ
через клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану и вторая – сложные биохимические реакции, состоящие из взаимосвязанных процессов ассимиляции и диссимиляции. Основным
барьером, отделяющим внутреннее содержимое клетки от окружающей среды, является цитоплазматическая мембрана, основная функция которой заключается в регулировании прохождения
в клетку молекулярных растворов.
По химическому составу дрожжей видно, что для питания
им нужны азот, фосфор, калий, магний, усвояемые формы углеводов, микроэлементы и другие вещества. Источниками углерода
для дрожжей являются различные углеводы, моно- и дисахара,
а также спирты, альдегиды и органические кислоты. При отсутствии аэрации дрожжи используют обычно лишь сахара. В условиях аэрации при обогащении среды кислородом, когда усиливается дыхательная функция дрожжей и активируется процесс накопления биомассы, дрожжи усваивают не только сахара,
но и спирты (этиловый спирт, глицерин, маннит), альдегиды, а
также и органические кислоты (молочная, уксусная, лимонная и
яблочная кислоты) и их соли. Доказано, что и аминокислоты являются для дрожжей источником углерода. Источником азотистого питания для живых клеток являются растворимые соединения азота (органические и неорганические). Сложные высокомолекулярные протеины не усваиваются дрожжами, так как у сахаромицетов не содержится экзоферментов, протеолизирующих
сложные белки среды. Продукты распада белков могут усваиваться дрожжами. Легко усваиваются аминокислоты, а также
амиды и аммонийные соединения. Нитраты не усваиваются
24
большинством дрожжевых грибов. Аммиак является первоисточником для синтеза белковых веществ клетки. Аммиачный азот,
отщепленный от аммонийных солей или аминокислот среды и
других азотистых соединений, используется дрожжевыми клетками для синтеза собственных аминокислот. Большую роль в питании дрожжей играют макроэлементы (калий, натрий, фосфор,
магний, кальций) и микроэлементы (железо, медь, марганец, кобальт, цинк, молибден, никель, кремний, алюминий, бор).
1.4. Влияние микроорганизмов на процесс
производства хлебопекарных дрожжей
При производстве хлебопекарных дрожжей к чистой культуре дрожжей-сахаромицетов присоединяется посторонняя микрофлора: дикие (посторонние) дрожжевые грибы, бактерии, плесени.
Источниками попадания посторонней микрофлоры в производство дрожжей являются сырье, минеральные соли, ростовые
вещества (кукурузный экстракт, солодовые ростки), засевные
дрожжи, вода, воздух, технологическое оборудование. Развиваясь
совместно с дрожжами, посторонние микроорганизмы неблагоприятно влияют на технологический процесс, снижают выход и
качество готовой продукции. Микроорганизмы могут попадать
в мелассу из свеклы, из аппаратуры, воды и воздуха в процессе
сахароварения. В густой мелассе с высоким содержанием сахаров
(около 50 %) при общем количестве сухих веществ 76-80 % микроорганизмы не размножаются, а при длительном хранении в соответствующих условиях в закрытых хранилищах, количество их
уменьшается вследствие отмирания менее осмоустойчивых форм.
При переработке мелассы, сильно обсемененной посторонними
микроорганизмами, в дрожжерастильные аппараты попадают
микроорганизмы- вредители, которые, размножаясь вместе с основной культурой дрожжей, будут угнетать ее рост и нарушать
нормальное течение технологического процесса. При этом снижается выход готовой продукции и её качество. Посторонние
микроорганизмы, оставшиеся в готовой продукции, снижают
подъёмную силу дрожжей и стойкость их при хранении.
25
Из большого количества разнообразных микроорганизмов, кото-
кие
рые могут содержаться в мелассе, наиболее опасными для производства являются микроорганизмы, быстро размножающиеся в
условиях дрожжевого производства.
Дикие дрожжевые грибы. Они подразделяются на ряд родов и видов: Torulopsis globosa, Candida utilis, Candida tropicalis
и др.
Грибы рода Torulopsis имеют клетки круглой формы небольших размеров (4÷5)´(5÷6) мкм. Под микроскопом их трудно
отличить от сахаромицетов.
Грибы вида Candida utilis имеют клетки овальной
и удлиненной формы размером (5÷9)´(64÷12) мкм, хорошо раз-
витый псевдомицелий, т. е. почкующиеся очень удлиненные
клетки (в виде нитей). На агаровой среде (что видно при высеве
на чашки Петри) дикие дрожжевые грибы родов Torulopsis и
Candida образуют серые или желтоватые колонии, глад
и морщинистые в отличие от сахаромицетов, которые образуют
всегда гладкие белые колонии.
Значение диких дрожжей в дрожжевом производстве обусловлено их отношением к сахарам, т. е. способностью сбраживать их. Наиболее часто встречающиеся виды этих грибов подразделяют на три группы: не сбраживающие сахара или сбраживающие очень слабо; сбраживающие только сахарозу или глюкозу; сильно сбраживающие все сахара. Грибы, слабо сбраживающие сахара, сильно снижают способность к сбраживанию сахаров
готового продукта и поэтому являются наиболее опасными. Они
резко снижают подъемную силу прессованных дрожжей. Для
дрожжевого производства большое значение имеет скорость роста диких дрожжей. Размножаясь быстрее сахаромицетов, дикие
дрожжи используют питательные вещества среды – сахара, азот,
фосфор и тем самым препятствуют росту и размножению сахаромицетов. Грибы вида Torulopsis globosa очень быстро исполь-
зуют нитраты мелассы (соли азотной кислоты) и выделяют в
культуральную среду нитриты (соли азотистой кислоты), которые
тормозят рост сахаромицетов.
Наиболее благоприятная концентрация питательных веществ для размножения диких дрожжевых грибов создается
26
в среде при кратности разбавления мелассы водой в 20-30 раз
и более. В более концентрированной среде при кратности разбавления мелассы водой в 8-15 раз рост и размножение диких дрожжей замедляются. В связи с этим в первые часы выращивания
дрожжей в дрожжерастильных аппаратах, особенно при подаче
всей технологической воды при загрузке (складке) аппаратов,
когда кратность разбавления мелассы водой составляет
50-100 раз, создаются благоприятные условия для размножения
диких дрожжевых грибов из-за низкой концентрации питательных веществ. При одних и тех же условиях скорость роста и почкования диких дрожжевых грибов в несколько раз больше, чем у
сахаромицетов, что является причиной очень быстрого загрязнения культуральной среды этими дрожжами. Основным способом
борьбы с этими микроорганизмами является недопущение их
в культуральную среду путем своевременной чистки, мойки
и дезинфекции всей дрожжерастильной аппаратуры.
Бактерии. По форме различают четыре группы бактерий:
кокки, палочки, нити и спирали. Ширина бактерий обычно составляет 0,5 мкм, длина – чаще всего от 1 до 10 мкм. Имеются
виды с клетками длиной от 1,0 до 1,5 мкм и от 10 до 15 мкм. Среди вредителей дрожжевого производства различают обычно протеолитические, спороносные и кислотообразующие бактерии.
Протеолитические бактерии. К ним относятся бактерии рода коли и рода протеус. Они попадают в прессованные дрожжи
из плохо промытого оборудования – сепараторов, вакуумфильтров, трубопроводов и размножаются на прессованных
дрожжах при хранении, ухудшая их стойкость.
Спороносные бактерии. Среди них в дрожжевом производстве часто встречается сенная и картофельная палочка (Bacillus
mesentericus и Bacillus megatherium). По морфологии и химическим свойствам эти виды имеют много общего. Это сравнительно
крупные палочки различной длины (1,5-4,0 мкм), в поперечнике
0,5-0,8 мкм, подвижные, образующие в жидкой среде центральную спору. У сенной палочки в процессе спорообразования клетка несколько раздувается и приобретает форму бочонка, у картофельной палочки форма клеток при образовании спор не меняется. Все описанные выше бактерии могут размножаться и в освет-
27
ленной мелассе (в заторных и приточных чанах) и вместе с
дрожжами в дрожжерастильных аппаратах. Эти микроорганизмы
наносят значительный ущерб производству, так как в процессе
своей жизнедеятельности они используют сахара и другие питательные вещества среды, предназначенные для питания основной
культуры дрожжей – сахаромицетов. Кроме того, они восстанавливают содержащиеся в мелассе нитраты в нитриты, которые
чрезвычайно ядовиты. Содержание нитритов в среде в незначительном количестве (0,0005 %) задерживает нормальное почкование дрожжевых клеток, а при содержании в среде нитратов 0,004
% накопление дрожжей снижается на 40-50 %. Концентрация
нитритов, 0,02 % почти полностью подавляет рост и размножение
дрожжевых клеток и даже вызывает их частичное отмирание.
Чтобы не допустить размножения нитритообразующих бактерий в приточной мелассе, применяют способ горячего осветления, подкисление среды серной кислотой до рН 3,5-4,0, а также
быстрое использование осветленной мелассы. Но, если, несмотря
на принятые меры, нитриты в дрожжерастильных аппаратах все
же образуются (покраснение среды при смешивании с реактивом
Грисса), это является косвенным показателем недостаточности
аэрации, как только растущие дрожжи используют весь растворенный кислород бактерии вынуждены для получения необходимой энергии восстанавливать нитраты мелассы в нитриты. При
обнаружении такого явления количество воздуха, подаваемого в
аппарат, немедленно увеличивают. При этом нитритообразующие
микроорганизмы перейдут на дыхательный обмен, т. е. начнут
усваивать растворенный кислород воздуха и восстановление нитратов в нитриты прекратится. Неспороносные гнилостные бактерии представлены многими представителями рода Pseudomonas,
а также кишечной палочкой, протеем, микрококками. Все они
снижают выход дрожжей и их качество, вызывают разложение
белков дрожжей, что приводит к быстрой порче прессованных
дрожжей (разжижению) и появлению неприятно пахнущих продуктов гниения (сероводорода, индола, скатола и др.)
Кислотообразующие бактерии. В эту группу входят молочнокислые бактерии, которые при сбраживании сахаров образуют
молочную кислоту и ряд других продуктов (летучие кислоты,
28
этиловый спирт, углекислый газ и др.). Чаще всего в мелассе
встречается широко распространенный в природе вид молочнокислых бактерий – Leuconostoc mesenteroides. Он опадает в мелассу из свеклы, иногда размножается в процессе сахарного производства и затем переходит в отход сахарного производства черную патоку или мелассу. Эти бактерии имеют форму короткой палочки размером (1,3÷1,5)´(1,2÷1,4) мкм. Чаще они образуют короткие цепочки - стрептоформы. Они неподвижны. Образования спор у этих бактерий не наблюдается, но образуется капсула, особенно при росте бактерий на среде с сахарозой. Благодаря
этому свойству Leuconostoc mesenteroides устойчивы к нагреванию, могут выдерживать температуру до 90 °С и даже непродолжительное кипячение. Этот вид бактерий расщепляет сахарозу на
глюкозу и фруктозу. При этом глюкоза превращается в вещество
более сложного состава – декстрин и вызывает ослизнение среды,
особенно интенсивное при слабокислой или нейтральной ее реакции (при рН 5,5-7,0). В более кислой среде (рН 5,0 и ниже) бактерии не размножаются и ослизнения среды не наблюдается. На
агаровой среде с сахарозой эти бактерии образуют характерные
слизистые, почти прозрачные, выпуклые, гладкие довольно крупные колонии (диаметром 2-4 мм), а на агаровой среде с мелом –
мелкие, полупрозрачные, слегка опалесцирующие, гладкие, с зоной просветления вокруг.
В мелассе встречается еще один вид кислотообразующих
бактерий – это Leuconostoc agglutinans. По своим морфологиче-
ским и культуральным признакам он близок к вышеописанному
лейконостоку. Однако в отличие от него обладает свойством
склеивать дрожжевые клетки в комки, т. е. вызывать агглютинацию дрожжей в культуральной среде дрожжерастильных аппаратов. Образуемая этими бактериями капсула увеличивает их устойчивость к дезинфицирующим веществам и к высокой температуре при пропаривании трубопроводов.
В дрожжевом производстве помимо палочковидных бактерий встречаются и кокковые формы, к которым относятся виды
рода Micrococcus – мелкие одиночные клетки круглой формы,
рода Tetracoccus – клетки круглой формы, соединенные по четы-
ре, рода Sarcina – "пакеты" мелких, круглых клеток, соединенные
29
по 8 или по 16 шт. Эти бактерии неподвижны, размеры их в поперечном сечении от 1,2 до 2,5 мкм. Колонии на агаровой среде
гладкие, блестящие, с ровным краем или складчатые (у сарцины),
цвет от белого до желтого и желто-оранжевого. Продукты их обмена не угнетают дрожжевые клетки.
Плесени или плесневые грибы (рис. 5). Они представляют
собой сплетение тонких нитей (гифов), которое называется мицелием или грибницей. Клетки плесневых грибов имеют размеры от
5 до 50 мкм и более. Плодоносящие гифы образуют споры.
Рис. 5. Плесневые грибы:
a – Rhizopus; б – Mucor; в – Aspergillus; г – Penicillium;
1 – спорангии; 2 – спорангиеносец; 3 – ризоиды; 4 – конидии;
5 – стеригмы; 6 – конидиофор; 7 – вегетативные гифы
В дрожжевом производстве чаще всего встречаются плесневые грибы, относящиеся к видам родов Мuсоr, Penicillium и
Aspergillus. различающиеся по цвету мицелия. Так, Aspergillus
30
имеет голубовато-зеленый цвет, Penicillium – ярко-зеленый,
Мuсоr – черный. В дрожжевом производстве кроме указанных
плесневых грибов встречается молочная плесень – Oidium lactis,
имеющая грибницу белого цвета. Плесневые грибы являются
аэробными микроорганизмами. Для их роста и развития им необходимы те же питательные вещества, что и дрожжам, и высокая
влажность воздуха. Они вызывают плесневение прессованных
дрожжей с развитием затхлого запаха.
1.5. Условия внешней среды, влияющие
на синтез биомассы дрожжей
На жизнедеятельность дрожжевых клеток значительно
влияют условия окружающей их среды: температура, рН среды,
концентрация сухих веществ, снабжение культуральной среды
растворенным кислородом (аэрация), а также некоторые химические вещества. Перечисленные выше факторы могут оказывать
на клетку либо стимулирующее, либо угнетающее действие. По
воздействию на микроорганизмы различают три значения факторов: минимальное – наименьшее значение любого фактора, ниже
которого жизнедеятельность микроорганизма невозможна; оптимальное – наиболее благоприятные условия жизнедеятельности
микроорганизма; максимальное – наиболее высокое значение
факторов, выше которого жизнь организма невозможна. Все процессы жизнедеятельности микроорганизмов протекают наиболее
интенсивно при оптимальных условиях всех факторов, влияющих
на жизнедеятельность данного микроорганизма. Если же хотя бы
один фактор будет находится ниже минимума, организм не сможет развиваться нормально даже при оптимальном значении всех
остальных факторов среды.
Температура. Температура определяет интенсивность протекания обмена веществ в клетках. О влиянии ее в основном отмечают по накоплению биомассы в процессе культивирования
дрожжей. Оптимальная температура жизнедеятельности хлебопекарных дрожжей находится в пределах 21-34 °С и зависит от ра-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]