Характеристика дрожжей - сахаромицетов, использующихся при получении спирта на основе зерна, клубней картофеля и других крахмалсодержащих субстратов

Среди многообразия вызываемых микроорганизмами процес­сов одним из существенных является брожение.

Под брожением понимают превращение углеводов и некоторых других органических соединении под воздействием ферментов, продуцируемых микроорганизмами, в новые вещества. Известны различные вилы брожения. Обычно их называют по конечным продуктам, образующимся в процессе брожения, например спир­товое, молочнокислое, уксуснокислое и др.

Многие виды брожения, например спиртовое, молочнокислое, ацетонобутиловое. уксуснокислое, лимоннокислое и др., вызыва­ются различными микроорганизмами. Например, в производстве этанола, хлеба, пива, вина применяют дрожжи; в производстве лимонной кислоты — плесневые грибы; в производстве уксусной и 'молочной кислот, ацетона — бактерии. Основная цель указан­ных производств - превращение субстрата (питательной среды) под действием ферментов микроорганизмов в необходимые про­дукты. В других производствах, например в производстве хлебопе­карных дрожжей, главной задачей является накопление макси­мального количества культивируемых дрожжей.

Основные группы микроорганизмов, используемых в отраслях пищевой промышленности — бактерии, дрожжевые и плесневые грибы.

Сырьем для производства спирта служат разнообразные рас­тительные материалы, содержащие в достаточном количестве сбраживаемые сахара или другие углеводы, которые можно осахарить. Наиболее широко используются крахмалосодержащие материалы — зерно (рожь, пшеница, кукуруза, ячмень, овес, про­со) и картофель, сахаросодержащие материалы — меласса (отход сахарного и крахмало-паточного производства), дефект­ная сахарная свекла, а также древесина и отходы сельскохозяй­ственных растений. Дальнейшее увеличение производства спирта будет идти в основном по пути увеличения мощностей предприятий, использующих непищевое сырье.

Дрожжи. Широко применяются в качестве возбудителей бро­жения при получении спирта и пива, в виноделии, в производстве хлебного кваса, а также в хлебопечении доя разрыхления теста.

Техническое значение дрожжей основано на их способности превращать сахар в этиловый спирт и углекислый газ. В связи с этим издавна они получили общее название сахарных грибов, или сахаромицетов.

Дрожжи являются одноклеточными неподвижными организ­мами, относящиеся к классу аскомицеты (Ascomycetes), широко распространенными в природе: они встречаются в почве, на плодах, особенно перезрелых, и листьях растений. Многие дрожжи применяют в хозяйстве и промышленности. С другой стороны, развитие дрожжей в пищевых продуктах мо­жет вызвать их порчу (вспучивание, изменение запаха и вкуса).

Для пищевых производств имеют значение совершенные дрож­жи – сахаромицеты (Saccharomyces), которые образуют споры, и несовершенные дрожжи - несахаромицеты (дрожжеподобиые грибы), не образу­ющие спор. Семейство сахаромицетов делится на несколько ро­дов. Наиболее важное значение из этого семейства имеет род Saccharomyces (сахаромицеты), Род подразделяется на виды, от­дельные разновидности вида, отличающиеся по некоторым при­знакам, называют расы. В каждой отрасли применяются опреде­ленные расы дрожжей. Они различаются способностью сбраживать разные сахара, интенсивностью брожения, количеством образуемого спирта, оптимальной температурой брожения, образованием спор и др.

В пищевой промышленности наиболее широко используют два вида дрожжей рода Saccharomyces: Sacch. cerevisiae и Sacch. ellipsoideus, или Sacch. vini.

Сахаромицес церевизиа (Sacch. cerevisiae) (рис. 3.1) имеют круглую или овальную форму клетки. Их используют для получения этилового спирта, а также в пивоварении, квасоварении, хлебопечении Каждое производство использует свои специфические расы дрожжей, дающие возможность получить конечный продукт с за­данными свойствами.

Рисунок 3.1 – Дрожжи Saccharomyces cerevisiae

Сахаромицес еллипсоидеус (Sacch. ellipsoideus, или Sacch. vini) имеет клетки эллиптической формы. Этот вид дрожжей использу­ется преимущественно в виноде­лии. Каждая марка вина произво­дится с использованием специфи­ческой расы дрожжей.

Различают дрожжи пылевидные и хлопье­видные. У первых на протяжении всего периода жизнедеятельнос­ти клетки изолированы друг от друга, а у вторых клетки склеиваются между собой, образуя хлопья, и быстро оседают.

Культурные дрожжи относятся к семейству сахаромицетов S, cerevisiae. Температурный оптимум для размножения дрожжей находится в пределах 25,..30^oС, а минимальная температура около 2...3^oС. При 40^oC рост прекращается и дрожжи отмирают, но низ­кие температуры дрожжи переносят хорошо, хотя размножение их приостанавливается.

Различают дрожжи верхового и низового брожения. В каждой из этих групп имеется несколько отдельных рас. Дрожжи верхового брожения в стадии интенсивного брожения выделяются на поверхности сбраживаемой среды в виде довольно толстого слоя пены и остаются в таком состоянии до окончания брожения. Затем они оседают, но не дают плотного осадка. Эти дрожжи относятся к пылевидным дрожжам и не склеиваются друг с другом в отличие от хлопьевидных дрожжей низового брожения, оболочки которых являются клейкими, что приводит к слипанию и быстрому осаждению клеток.

Характеристика лактозосбраживающих дрожжей, способных к расщеплению лактозы и осуществлению спиртового брожения при использовании в качестве субстрата молока, молочной сыворотки и других лактозосодержащих субстратов

В основу классификации дрожжей положены различия в харак­тере их вегетативного размножения (деление, почкование). спорообразования, а также морфологические и физиологические признаки.

По способности к спорообразованию дрожжи делят на спорообразующие и неспорообразующие. В кисломолочных продуктах из спорообразующих встречаются дрожжи родов Saccharomyces, Zygosacc-haromyces, Fabospora и Debaromyces, из неспоровых — родов Torulopsis it Candida. С. А.

Дрожжи, встречающиеся в молоч­ных продуктах, по их биохимическим свойствам можно разделить на три группы.

Первая группа — дрожжи, не способные к спиртовому брожению, хотя и потребляющие некоторые углеводы путем непосредственного окисления; к ним относятся виды Mycoderma, цветные бесспоровые дрожжи Tornla.

Вторая группа — дрожжи, не сбраживающие лактозу, но сбраживающие другие сахара; могут развиваться лишь в совместной культуре с микроорганизмами, обладающими ферментом лактазой, гпдролизующей молочный сахар на моносахара; к ним относятся отдель­ные виды дрожжей рода Saccharomyces. Как показали исследования, в кисломолочных продуктах, приготовленных на естественных заквасках, основ­ными представителями этого рода являются дрожжи вида Sacch. cartilaginosus, сбраживающие мальтозу и галактозу. Дрожжи этой группы могут положительно влиять на вкус и аромат кисломолочных продуктов, однако при чрезмерном их развитии возникает порок — вспучивание. Они относятся к так называемым диким дрожжам и при производстве кисломолочных продуктов их не применяют. Однако возможно, что среди дрожжей этой группы могут быть найдены производственно-ценные культуры.

Третья группа — дрожжи, сбражнвающпе лактозу. Исследования показали, что среди дрожжей, выделен­ных из кисломолочных продуктов (приготовленных на естественной закваске), число дрожжей, самостоятельно сбраживающих лактозу, сравнительно невелико — из 150 штаммов — 32 (21%). Наибольший процент дрожжей, сбражпвающих лактозу, был выделен из кефирных грибков и закваски (34,1%). Дрожжи, сбраживающие лактозу, были идентифицированы А. М. Скородумовой как Fabospora fragilis, Saccharomyces lactis, реже Zygosaccharomyces lactis. Способностью сбраживать лактозу обладают также некоторые ви­ды Candida и Torulopsis — Candida pseudotropicalis var. lactosa, Torulopsis kefir, Torylopsis sphaerica, выделенные из кефир­ного грибка.

Исследования, проводившиеся в Японии, показали также, что наиболее распространенны­ми видами лактозосбраживающих дрожжей, выделенных из сырого молока, являются Saccharomyces lactis, Torulopsis versatilis, Toru­lopsis sphaerica, Candida pseudotropicalis.

Для установления отношения дрожжей к сахарам культуры па­раллельно высевают в молочно-пептонную сыворотку, содержащую только лактозу, и на сусло, содержащее мальтозу. После выдержки при оптимальной температуре отмечают наличие пли отсутствие га­за.

Оптимальная температура развития дрожжей 25—30°С, что следует учитывать при выборе температуры для созревания продук­тов, в состав микрофлоры которых они входят. Основным фактором, регулирующим развитие дрож­жей разных видов в кефире, является температура. Так, повышен­ная температура (30—32° С) стимулирует развитие Torulopsis sphaerica п дрожжей, не сбраживающих лактозу. Дрожжи, сбраживающие лактозу, достаточно хорошо развиваются и при 18—20°С, однако повышение температуры до 25 и 30°С, как правило, стимулирует их размножение.

Большинство дрожжей предпочитает для своего развития кислую реакцию среды. Следовательно, в кисломолочных продуктах условия для них благоприятны.

Дрожжи очень широко распространены в кисломолочных продук­тах и могут быть обнаружены почти в любом образце продукта, при­готовленного на естественных заквасках. Однако дрожжи развива­ются гораздо медленнее, чем молочнокислые бактерии, поэтому в кис­ломолочных продуктах они обнаруживаются в меньшем количестве, чем молочнокислые бактерии.

Роль дрожжей и производстве кисломолочных продуктов исключительно велика. Обычно дрожжи рассматривают главным образом как возбудителей спиртового брожения. Но эта функция, по-види­мому, не основная. Дрожжи активизируют развитие молочнокис­лых бактерий, витаминизируют продукты. Дрожжи, сбраживающие лактозу и другие сахара, способны выра­батывать антибиотические вещества, активные против туберкулез­ной палочки и других микроорганизмов.

Интенсивное развитие дрожжей незаквасочного происхождения нередко приводит к вспучиванию и изменению вкуса таких продук­тов, как сметана, творог и сладкие творожные изделия. Излишнее развитие дрожжей, содержащихся в кефирной закваске при наруше­нии технологических режимов, также может вызвать газообразова­ние в кефире (“глазки”) и даже его вспучивание.