6.1.4.2. Ферменты плесневых грибов

Для осахариваня крахмалистых материалов в пищевой промышленности используют ферменты плесневых грибов в виде мицелия, высушенного вместе со средой. Такая грибная масса в производственной практике называется грибным солодом. В состав ферментной системы плесневых грибов наряду с α- и β-амилазами входят и другие ферменты (глюкоамилаза, декстриназа, изомальтаза), что обеспечивает более полный гидролиз крахмала, чем при осахаривании его зеленым солодом. Для приготовления грибных ферментных препаратов применяют плесневые грибы рода Aspergillus. Для поверхностного способа выращивания используют виды A.oryzae и A.awamori, для глубинного - A.niger, A.usamii, A.batate, а также мутанты этих культур, полученные искусственно и характеризующиеся высокой амилолитической активностью. Для сокращения расхода грибных амилаз на осахаривание широко применяют смеси культур, содержащие неодинаковые амилазы, как по количеству, так и по качеству

6.1.4.3 Микробиология спиртового производства

Характеристика дрожжей спиртового производства. В спиртовом производстве используют различные расы дрожжей Saccharomyces cerevisiae верхового брожения. Основные требования к спиртовым дрожжам: способность быстро размножаться; иметь высокую энергию брожения; полностью выбраживать субстрат; обладать устойчивостью к высоким концентрациям сахара и спирта; обладать устойчивостью к внезапным изменениям внешних условий. Активность дрожжей зависит от полноценности питательной среды и ее концентрации. Скорость роста культуры зависит от полноценности среды, а концентрация оказывает влияние на выход биомассы (урожай дрожжей).

Фазы развития дрожжевой популяции. Развитие дрожжевой популяции аналогично кривой роста бактерий.

1. Лаг-фаза. Продолжительность фазы около 1 ч. Дрожжи в этот период практически не размножаются. Увеличивается объем и масса клеток. Только к концу лаг-фазы дрожжи начинают почковаться, количество почкующихся клеток составляет 4-6%.

2. Фаза логарифмического роста. Продолжительность фазы 12-16 ч. Дрожжи энергично размножаются. К шестому часу этой фазы количество почкующихся клеток составляет 32% и более. В период наиболее интенсивного почкования (середина логарифмической фазы) масса клеток наименьшая. К концу фазы масса клеток возрастает в 1,5-2 раза. В клетках интенсивно накапливаются резервные вещества (гликоген, трегалоза, полифосфаты).

3. Стационарная фаза. В этой фазе размножение клеток практически прекращается, но продолжается синтез клеточных веществ. Дрожжевые клетки достигают максимальной массы.

4. Стадия зрелости. По мере истощения питательных веществ и накопления продуктов обмена клетки начинают использовать свои резервные вещества. Масса клеток снижается на 20-37%.

Таким образом, размножение дрожжей происходит главным образом только в логарифмической фазе, а синтез биомассы – в лаг-фазе, логарифмической и стационарной фазах.

Морфологические изменения дрожжей. Дрожжевая популяция в разных фазах развития приобретает морфологические возрастные изменения (рисунок Е.6).

Молодые дрожжи. Такие дрожжи преобладают в середине логарифмической фазы. У них тонкая оболочка, гомогенная цитоплазма, вакуоли отсутствуют или только намечаются. Такие дрожжи интенсивно размножаются, в состоянии почкования находится около 70-80% клеток.

Зрелые дрожжи наблюдаются в конце логарифмической и в стационарной фазах роста. Они характеризуются появлением зернистости в цитоплазме, наличием в клетках больших вакуолей и замедленным размножением. Почкующиеся клетки составляют не более 10-15%.

Старые дрожжи появляются в фазе зрелости. Они характеризуются утолщенной оболочкой, зернистой и гетерогенной цитоплазмой, крупными вакуолями (иногда их несколько в клетке), наличием в клетках жировых включений. Характерным является наличие большого количества мертвых клеток (цитоплазма собрана в комок в центре клетки).

Динамика брожения. В процессе спиртового брожения можно выделить три периода. 1) Взбраживание. Этот период начинается с момента засева дрожжей в осахаренную массу. Отдельные дрожжевые клетки начинают размножаться почкованием. До накопления значительного количества дрожжевой массы брожение протекает медленно. 2) Главное брожение. После накопления дрожжевой массы процесс брожения ускоряется и начинается второй период – главное брожение. В этот период замедляется размножение клеток, а брожение становится наиболее интенсивным. Затем по мере истощения питательных веществ и увеличения содержания спирта и других продуктов метаболизма, интенсивность брожения понижается. 3) Дображивание. Оставшиеся сахара превращаются в спирт медленно, они дображиваются дрожжами. В производственных условиях при введении большого количества дрожжей период взбраживания незаметен, так как клетки сразу же приступают к активному сбраживанию сахаров, т.е. главному брожению

Вредители спиртового производства. Наиболее опасными являются молочнокислые бактерии рода Leuconostoc. Эти микроорганизмы вызывают ослизнение и склеивание. Некоторые представители рода Leuconostoc являются очень спиртоустойчивыми, выдерживают спирт в количестве 16-18⁰. Они снижают бродильную активность дрожжей, повышают содержание в этиловом спирте посторонних примесей. Определенную опасность представляют также молочнокислые палочки рода Lactobacillus. К концу брожения могут развиваться уксуснокислые бактерии, образующие на поверхности бражки кожистую пленку серого цвета. При длительной задержке зрелой бражки в бродильных аппаратах эти бактерии наносят значительный урон. В результате окисления спирта в уксусную кислоту потери его могут составлять до 25-50%.

Опасным является развитие маслянокислых бактерий, так как они легко гидролизуют крахмал, расщепляют сахара с образованием кислот. Образуемая бактериями масляная кислота даже в минимальном количестве угнетает размножение дрожжевых клеток, вызывает снижение их бродильной активности. На стенках бродильных аппаратов и в сырых местах цеха могут развиваться мицелиальные грибы, которые попадают в бражку, потребляют углеводы, повышают кислотность и уменьшают выход спирта.