При изготовлении любого современного вина обязательно используются винные дрожжи. Они в процессе своего развития проходят такие стадии:

1. Лаг-стадия. Она начинается с того момента, когда дрожжевые крупинки попадают в сусло – в питательную среду. Клетки начинают приспосабливаться к субстрату. Они увеличиваются в размерах, но при этом процесса размножения ещё нет;
2. Вторую стадию называют логарифмической. Во время неё увеличивается популяция клеток, и биомасса становится больше. Клетки стойко выносят все отрицательные факторы внешней среды. Начинается брожение спирта;
3. Третью стадию называют стационарной. Дрожжевые клетки прекращают расти, а спиртовое брожение происходит с интенсивной силой;
4. Четвёртая стадия заключается в затухании роста клеток дрожжевой массы. Масса начинает уменьшаться в размерах благодаря интенсивному автолизу и использованию дрожжами резервных веществ.

Пройдя все четыре стадии, дрожжевая масса сделает любое вино вкусным и ароматным.

Всё об винных дрожжах

В природе дрожжи образовываются на поверхности ягод, например, на винограде. Их можно легко заметить, так как они обладают светлым налётом на кожуре ягодок. Налёт образовывается из-за работы дрожжевого грибка.

Пекарские, спиртовые, пивные и винные дрожжевые крупинки относят к производственным дрожжам. Учитывая место происхождения, сорт винограда и местонахождение виноградных плантаций каждому виду дрожжей присваивается своё имя. Дрожжевые расы в свою очередь можно разделить на группы. Вследствие этого расы винных дрожжей бывают:

1. Высоковыбраживающими;
2. Термоустойчивыми или холодостойкими;
3. Спиртоустойчивыми;
4. Хересными.

Спиртоустойчивые расы дрожжей применяются для изготовления шампанского, а хересные для придания винам неповторимого аромата и вкуса.

Вино обычно делают из сока винограда или других видов плодов и ягод.

Если происходит кустарное виноделие, сусло (отжатый сок) начинает бродить без помощи дрожжей, так как начинают интенсивно размножатся дрожжевые грибки, которые имеются на поверхности самих ягод. Одновременно с ними в силу вступают молочнокислые, уксуснокислые бактерии, дрожжеподобные грибы, которые могут привести к порче продукта, ну или получению винного уксуса вместо вина.

По этой причине вовремя промышленного производства вина, чтобы избежать порчи виноматериалов в виноградный сок добавляется активированная смесь винных дрожжей.

Тип вина зависит от того, каким образом происходит брожение. Благодаря винным дрожжам начинает бродить сахар, который входит в состав винограда. Брожение длится до тех пор, пока весь сахар не преобразуется.

При нехватке кислорода благодаря влиянию дрожжей получается спирт. Если кислород постоянно поступает, полностью окисляется сахар и получается вода с углекислым газом.

При первичных этапах развития дрожжей, брожение происходит интенсивно, из-за этого углекислый газ, который выделяется, не даёт проникать атмосферному кислороду к поверхности сусла. Когда брожение закончится, бочку с вином важно хорошо запечатать. Если этого не сделать, уксуснокислые бактерии превратят спирт в уксусную кислоту. Вместо вина вы станете обладателем винного или яблочного уксуса.

В промышленном производстве вин используется виноградный сок с содержанием 25 процентов сахара.

Чтобы получить белые вина, виноград очищается от кожуры и косточек. Для красных вин, кожуру и косточки не удаляют. Дрожжи для вина вместе с сахаром при брожении сок перерабатывают в спирт. Дрожжевые вещества придают вину ароматность и приятный вкус. После брожения для придания напитку запаха большую роль играют молочнокислые бактерии.

Разные разновидности вин имеют свои особенности производства. Например, чтобы получить шампанское, перебродившее вино нужно сбродить повторно. Брожение напитка должно закончиться в закрытой ёмкости, так как должна накопиться внутри углекислота.

Чтобы получить крепкое вино (херес), нужно воспользоваться специальными хересными дрожжами, которые стойкие к высокой концентрации спирта в виноматериале.

Разновидности вин

Вина бывают сухими, сладкими и креплёными. Чтобы получить сухое вино, важно брожение остановить сразу же после окончания запаса сахара в выдавленном виноградном соке.

Сладкие вина получают путём частичного сброжения сахара, когда достигается токсичный уровень спирта для винных дрожжей.

Креплёные вина дополнительно заливаются спиртом.

Из вышеописанного можно сделать вывод, что вид вина напрямую зависит от того, каким способом его производят, а также какой вид винных дрожжей используется для брожения сока.

Какие бывают дрожжи

Существует много различных видов винных дрожжей. Например, дрожжи для вина Lalvin KV-1118, Lalvin EC-1118 и другие. Давайте подробнее рассмотрим инструкцию по применению каждого вида дрожжей.

Первый вид

Винные дрожжи Lalvin KV-1118 являются чистым высокоактивным дрожжевым концентратом, который применятся для изготовления лёгких белых вин, красных вин и шампанского. Также с помощью таких дрожжей можно восстановить брожение.

Дрожжевую массу принято применять при низкой концентрации, низких температурах, низкому содержанию жирных кислот. Они отлично справляются со своей миссией в температурном режиме 10 – 35 градусов. Если в виноматериал добавить подпитку при температуре ниже 16 градусов, начнут вырабатывать сложные эфиры, которые придадут напитку насыщенный аромат. Благодаря выраженному киллер-эффекту, дрожжевые крупинки хорошо подавляют «дикую» микрофлору.

Инструкция по применению такого продукта говорит следующее:

1. Применяются дрожжи со штампом KV для выражения виноградного аромата в белых, розовых и насыщенно красных винах;
2. Учитывая тип и чистоту сырья, условия и длительность ферментации определяется нужная дозировка. Обычно она составляет от 1 до 4 г/дал;
3. В их состав не входят никакие добавки. Они имеют влажность 6 процентов;
4. Винные дрожжи (5 грамм) разводят в воде (50 миллилитров) 34 – 39 градусов. Чтобы они заработали нужным образом важно, чтобы вода была температуры не более 40 градусов. Затем смесь нужно хорошо перемешать, чтобы разбить комочки и выдержать не более двадцати минут. Спустя время снова перемешайте, и медленной струйкой введите в сусло. Медленное введение помогает дрожжам постепенно акклиматизироваться и не погибнуть при соединении с прохладным суслом;
5. Хранить дрожжи для вина можно в тёмном сухом месте до пары лет. Температура хранения должна быть от пяти до пятнадцати градусов. Если вы открыли упаковку, срок годности у неё не больше полугода.

Второй вид

Винная дрожжевая масса Lalvin EC придаёт красным и белым винам освежающий вкус и чистоту. Они хорошо бродят даже при самых низких температурах, образуя осадок в одном месте. Благодаря такому виду сырья можно повторно запустить брожение. Его рекомендуется использовать для , а также из калины, боярышника и вишни. Продукт с пометкой EC обладает низким пенообразованием, хорошо осветляет вино и компактно собирает осадок. Инструкция по применению дрожжей со штампом EC говорит следующее:

1. 300 грамм содержимого пакетика нужно высыпать в пять литров сорокаградусной воды. Тщательно размешайте до однородности;
2. Когда температура смеси станет 35 градусов, аккуратно высыпьте 250 грамм дрожжей на поверхность. Дайте постоять 20 минут и хорошенько перемешайте. Затем полученную массу вылейте в сусло, таким образом, чтобы перепад температур был не выше десяти градусов;
3. Хранить их можно в закрытой упаковке при температуре не больше восьми градусов тепла.

Приготовить вино из винограда не очень трудно. Важно только приобрести правильные дрожжи и внимательно изучить, что говорит инструкция. На ней обычно всё подробно написано.

Теперь вы знаете, что собой представляют дрожжи для вина. Каких они бывают видов. Как можно получить различные виды вин, используя разные виды изготовления. Любители виноделы всегда гордятся своими творениями, особенно если они нравятся окружающим людям.

…ного броже­ния выделяются на поверхности сбраживаемой среды в виде довольно толстого слоя пены и остаются в таком состоянии до окончания брожения. Затем они оседают, но редко дают плот­ный осадок на дне бродильного сосуда. Дрожжи верхового брожения по своей структуре принадлежат к пылевидным дрож­жам, не склеивающимся друг с другом в отличие от хлопьевид­ных дрожжей низового брожения, оболочки которых являются клейкими, что приводит к агглютинации и быстрому осаждению клеток.

Дрожжи низового брожения, развиваясь в сбраживаемой жидкости, не переходят в поверхностный слой – пену, быстро оседают по окончании брожения, образуя плотный слой на дне бродильного сосуда.

Отличительным признаком является способность дрожжей низового брожения полностью сбраживать рафинозу, тогда как большинство дрожжей верхового брожения рафинозу совершен­но не расщепляет, и лишь некоторые виды могут сбраживать ее только на одну треть. Это основное различие объясняется тем, что в ферментном комплексе названного типа дрожжей содер­жится α-галактозидаза.

Из культурных дрожжей к дрожжам низового брожения от­носится большинство винных и пивных дрожжей, а к дрожжам верхового брожения – спиртовые, хлебопекарные и некоторые расы пивных дрожжей. Первоначально были известны только дрожжи верхового брожения, так как брожение всяких соков происходило при обычной температуре. Желая получить напит­ки, насыщенные СО 2 , человек стал вести брожение при низкой температуре. Под влиянием изменившихся внешних условий по­лучились дрожжи низового брожения с их свойствами, получив­шие широкое распространение.

Кроме общих свойств, дрожжи, используемые в том или ином производстве, обладают специфическими показателями. Более того, в одном и том же производстве применяются разновидно­сти, различающиеся одной или несколькими особенностями. Их выводят из одной клетки. Такие культуры называют расами (штаммами). Каждое производство располагает несколькими расами дрожжей.

Расы дрожжей спиртового производства

В спиртовом произ­водстве применяются те расы дрожжей верхового брожения, ко­торые обладают наибольшей энергией брожения, образуют мак­симум спирта и сбраживают моно- и дисахариды, а также часть декстринов. Из дрожжей, применяемых при получении спирта из хлебно-картофельного сырья, следует назвать расы ХП, М и ХV.

При переработке мелассы на спирт применяют расы Я, Л, В, Г-67, Г-73. Эти расы относятся к семейству Saccharomyces taceae, роду Saccharomyces, виду cerevisiae.

Раса ХП выделена в 1902 году из хлебопекарных прессованных дрожжей. Клетки дрожжей этой расы круглые ияйцевидные размерами 5-6,2 х 5-8 мкм.

Развитие и размножение дрож­жей расы ХП идет очень быстро. Они сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, галактозу, мальтозу, маннозу, рафинозу на одну треть и могут образовывать в сбраживаемой среде до 13%об спирта.

Раса М (Mischung – смесь), предложенная Геннебергом в 1905 году, состоит из смеси четырех рас дрожжей верхового бро­жения; она предназначена для сбраживания сред, содержащих смесь различных сахаров (декстринов, рафинозы), которые не­одинаково сбраживаются различными дрожжами. Такая смешанная культура очень устойчива против различных ненормаль­ных условий, встречающихся в заводской практике.

Раса ХV по технологическим признакам сходна с расой ХП. Ее применяют наряду с расой ХП для сбраживания смешанного зерно-мелассного сырья.

Из названных рас наиболее пригодной для сбраживания сусла из крахмалистого сырья является раса ХП, которая приме­няется также в гидролизном и сульфитноспиртовом производ­ствах. Правда, для сбраживания сульфитных щелоков выведены специально сульфитные дрожжи, сбраживающие глюкозу, фрук­тозу, галактозу и маннозу.

Дрожжи, применяемые на спиртовых заводах, перерабаты­вающих мелассу, должны обладать специфической способностью быстро сбраживать довольно концентрированные сахарные рас­творы и хорошо переносить высокое содержание солей в среде. Сбраживать же растворы, содержащие большие концентрации сахара, могут так называемые осмофильные дрожжи, которые выносят очень высокое осмотическое давление.

К таким дрож­жам относится раса Я, выведенная из мелассных дрожжей К.Ю. Якубовским. Раса Я обладает исключительной способностью сбраживать вы­сокие концентрации сахара и хорошо переносит высокое содер­жание солей и спирта в сбраживаемом мелассном сусле. Дрож­жи расы Я сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, галактозу, мальтозу; рафинозу сбраживают только частично и совершенно не сбраживают декстрины и лактозу. Раса Я относится к пыле­видным дрожжам верхового брожения.

Дрожжи расы Л (Лохвицкая) близки по своим свойствам к дрожжам расы Я, но они несколько лучше размножаются и более полно сбраживают сахар.

Раса В (венгерская) подобно расе Л приспособлена к мелассной среде. Эти расы хорошо сбраживают сахарозу, глюкозу, фруктозу, а рафинозу частично.

Дрожжи рас Л и В наряду с высокими бродильными свойствами обладают также хорошей подъемной силой (способностью поднимать тесто), что позволяет выделять их из бражки и выпускать в прессованном виде в качестве хле­бопекарных.

Успешное применение находят гибридные дрожжи, выведен­ные в Институте генетики АН СССР путем скрещивания двух видов дрожжей. Среди гибридов наибольший интерес представляют Г-67, Г-73. Гибрид 67 получен скрещиванием пивных дрож­жей S-carlsbergensis с S.cerevisiae расы Я. Дальнейшее скрещи­вание гибрида 67 с гибридом 26 (полученным от скрещивания рас Я и ХП) дало гибрид 73. Гибриды 67 и 73 наряду с дру­гими ферментами содержат α-галактозидазу и обладают способ­ностью к полному сбраживанию рафинозы. Рекомендованы к применению и другие гибридные дрожжи.

Расы хлебопекарных дрожжей

В дрожжевом производстве ценятся быстро размножающиеся расы дрожжей, обладающие хорошей подъемной силой и хорошей стойкостью при хранении. Вкус хлебопекарных дрожжей должен быть чистый, цвет белый или желтоватый. Подъемная сила определяется как особенно­стями рас дрожжей, так и способом ведения производства. Стойкость дрожжей является свойством расы, но зависит от внутреннего состояния клеток и чистоты дрожжей.

При производстве хлебопекарных дрожжей из мелассы при­меняются расы VII, 14, 28 и Г-176.

Раса VII, выведенная из прессованных товарных дрожжей Томского дрожжевого завода, быстро размножается и хорошо отпрессовывается до влажности 71-72%. Дрожжи расы VII обладают хорошей подъемной силой и наибольшей стойкостью при хранении по сравнению с други­ми известными в заводской практике. Кроме того, эта культура является устойчивой к вредным примесям, содержащимся в ме­лассе.

Раса 14 предназначена для произ­водства сухих дрожжей. Эти дрожжи отличаются плотной консистенцией при влажности 75%, высокой термоустойчи­востью.

Из гибридов хлебопекарных дрожжей отобран гибрид 176, обладающий всеми положительными признаками: крупными клетками (5,6-14,0 мкм), устойчивостью к вредным примесям мелассы и высо­ким коэффициентом размножения, который у этой расы выше, чем у наиболее быстро размножающейся расы 14. В настоящее время проходят производственные испытания и другие перспек­тивные гибридные расы дрожжей.

Расы пивных дрожжей

В пивоварении используют дрожжи низового брожения, приспособленные к сравнительно низким температурам. Пивные дрожжи должны быть микробиологиче­ски чистые, а также обладать способностью к хлопьеобразованию, быстро оседать на дно бродильного аппарата и давать прозрачный напиток с определенными вкусом и ароматом. К сильносбраживающим и легко дающим хлопья относятся пив­ные дрожжи низового брожения Фроберг (Saccharomyces cere­visiae Froberg), дрожжи рас V и 776.

На пивоваренных заводах большое распространение получили дрожжи расы 776, которая была выведена в начале XX в. Эти дрожжи считаются пригод­ными особенно для сбраживания сусла, приготовленного с добав­кой несоложеных материалов или из солода, полученного солодованием ячменей с невысокой степенью прорастаемости. Дрожжи расы 776 –среднесбраживающие, за период главного брожения на сусле концентрацией 11% образуют примерно 2,7% СО 2 . Клетки яйцевидной формы, длиной 8-10 мкм и ши­риной 5-6 мкм. Прирост дрожжевой массы 1: 5,4. Способность к осветлению удовлетворительная.

Из других дрожжей на пивоваренных заводах применяются расы 11, 41, 44, S-Львовская и др, различающиеся по бродиль­ной энергии, способности к осаждению и энергии роста.

Дрожжи расы 11 – сильносбраживающие, с хорошей способ­ностью к осветлению. Пиво, полученное с применением дрожжей расы 11, имеет хороший вкус. Эта раса получила широкое рас­пространение на пивоваренных заводах.

Дрожжи расы 41 – среднесбраживающие, с хорошей способ­ностью к осаждению. При сбраживании сусла расой 41 получа­ется мягкое пиво с чистым вкусом.

Дрожжи расы 44 – среднесбраживающие. Способность к осаждению хорошая. Сообщают пиву полноту вкуса и дают хорошие результаты при применении в производстве воды с по­вышенной жесткостью.

Дрожжи расы S – среднесбраживающие. Способность к осаждению хорошая. Дают пиво с мягким чистым вкусом.

Дрожжи расы Р – среднесбра­живающие, хорошо осветляют пиво и обусловливают приятный чистый вкус.

Дрожжи расы F характеризуются хо­рошей способностью к осветлению и сообщают пиву приятный аромат. Раса устойчива к действию посторонних микроорга­низмов.

Дрожжи расы А (выделены на рижском пивоваренном заво­де «Алдарис») сбраживают сусло за 7-8 суток, хорошо осветля­ют пиво и устойчивы к инфекции.

Путем разных способов селекции во ВНИИ пивобезалко­гольной промышленности получен ряд сильносбраживающих штаммов дрожжей (28, 48, 102), обладающих значительно боль­шей бродильной энергией, чем дрожжи исходной расы 11.

Пивные дрожжи верхового брожения находят широкое при­менение в Англии при приготовлении Портера. Они применяют­ся также для приготовления Берлинского светлого пива и дру­гих напитков. Для приготовления Бархатного пива применяют штамм 191 К, интенсивно сбраживающий моносахариды и маль­тозу, но не сбраживающий сахарозу, рафинозу и лактозу.

Расы винных дрожжей

В виноделии ценятся дрожжи, быст­ро размножающиеся, обладающие свойством подавлять другие виды дрожжей и микроорганизмы и придавать вину соответст­вующий букет. Дрожжи, применяемые в виноделии, относятся к своеобразному виду Saccharomyces ellipsoideus. Клетки их имеют продолговато-овальную форму. Дрожжи энергично сбра­живают глюкозу, фруктозу, сахарозу и мальтозу. В различных местностях и из различных молодых вин выделено несколько отличающихся одна от другой разновидностей или рас этого вида. В виноделии почти все производственные культуры дрож­жей – своего, местного происхождения. К их числу относятся расы Магарач 7, Массандра 3, Пино 14, Кахури и многие другие. Наряду с этими расами применяются и некоторые иностранные, например раса Штейнберг, выделенная в Германии в 1892 и 1893 гг., и раса Шампань-Аи.

Большая часть винных дрожжей относится к дрожжам низо­вого брожения.

Для приготовления белых столовых вин применяются расы Пино 14, Феодосия 1/19, Алиготе, Рислинг Анапский.

Раса Пино 14 имеет клетки яйцевидной формы, хорошо сбра­живает виноградное сусло сахаристостью 20 % с образованием 11,57%об спирта; оптимальная температура развития и бро­жения 18: -25°С. Эта раса является холодостойкой и кислото­стойкой; оптимальная величина рН 2,9-3,9.

Раса Феодосия 1/19 – крупноклеточная, пылевидная, очень энергичная, быстро сбраживает виноградное сусло и хорошо дображивает его; имеет широкий температурный диапазон бро­жения (от 9 до 35°С) и может применяться как холодостойкая и как термостойкая.

Дрожжей Алиготе имеется несколько рас, и все они сильные, с высокой энергией брожения. К энергично сбраживающим от­носятся и дрожжи Рислинг Анапский.

Для приготовления крепких вин применяется раса Массанд­ра 3 с яйцевидной формой клеток, пылевидная; оптимальная величина рН 3,7-4,05; оптимальная температура брожения 18-20°С. Виноградное сусло с содержанием сахара 20% сбраживается полностью; при сбраживании концентрированного виноградного сусла (30% сахара) образует 11,8%об спирта и оставляет несброженным 8,7% сахара.

Раса Магарач 125, названная в ознаменование 125-летнего юбилея первых посадок винограда в институте «Магарач», при­меняется для получения крепких и десертных вин. Эта раса хо­рошо сбраживает высококонцентрированные виноградные сусла с содержанием сахара 27-30%, холодостойкая.

Раса Кахури 2 широко применяется для приготовления шам­панских виноматериалов и вин. Виноградное сусло с содержанием сахара 20% она сбраживает с образованием 11,4%об спирта, оста­ется несброженным 0,28% сахара. Эта раса довольно холодо­стойкая (при температуре 14-15°С сусло забраживает на 2-й день) и сбраживает хорошо; оптимальная величина рН 3,4-3,6.

Раса Шампанская 7, применяемая для шампанизации вина в бутылках, выделена из расы Кахури 5 и характеризуется об­разованием трудно взмучивающегося осадка; интенсивно сбра­живает при температуре 4-9°С, хотя сусло и забраживает только на 5-6-й день.

Из винных дрожжей наиболее холодостойкой считается раса Ленинградская, а наиболее термостойкой – раса Ашхабадская 3.

В производстве хереса применяются специальные расы дрож­жей, которые являются разновидностью вида Saccharomyces oviformis. Хересные дрожжи образуют на поверхности вина в неполных бочках пленку, благодаря развитию которой вино приобретает особые букет и вкус.

Путем тщательного отбора по наиболее важным производст­венным признакам выделено несколько рас хересных дрожжей (13, 15 и 20) с высокой пленкообразующей способностью. В дальнейшем из производства, применявшего расу Херес 20, была отселекционирована более эффективная раса Херес 20-С, которая нашла широкое применение на многих заводах по про­изводству хереса.

В плодово-ягодном виноделии применяются селекционирован­ные расы дрожжей, выделенные из различных плодово-ягодных соков. Плодово-ягодные соки богаты дрожжами, обладающими всеми необходимыми для производства качествами и биологи­чески приспособленными к условиям развития в исходных пло­дово-ягодных соках. Поэтому штаммы дрожжей, выделенных из земляничных соков, применяются для сбраживания земляничных соков, а штаммы дрожжей, выделенных из вишневых соков, при­меняются для сбраживания вишневых соков и т. д.

В плодово-ягодном виноделии получили распространение следующие штаммы: яблочные 46, 58, клюквенный 17, смородиновый 16, брусничные 3, 7, 10, малино­вые 7/5, 25, 28, 28/10, вишневые 3, 6, земляничные 7, 4, 9.

Назван­ные штаммы дрожжей обеспечивают нормальный ход брожения, полноту сбраживания, быструю осветляемость и хорошие вкусо­вые качества вина; они сбраживают глюкозу, фруктозу, сахаро­зу, мальтозу, галактозу и не сбраживают лактозу и маннит.

Успешно применяются в плодово-ягодном виноделии расы дрожжей Москва 30, Яблочная 7, Вишневая 33, Черносмородиновая 7, Малиновая 10 и Сливовая 21. Чистая культура дрожжей Москва 30 рекомендуется для сбраживания клюквенного сусла; Яблочная 7 и Вишневая 33 – для сбраживания яблочного сус­ла; Черносмородиновая 7 и Вишневая 33 – для сбраживания черносмородинового и вишневого сусла.

4 Химизм спиртового брожения. Вторичные и побочные продукты спиртового брожения

Спиртовое брожение представляет собой цепь ферментатив­ных процессов, конечным результатом которых является распад гексозы с образованием спирта и СО 2 и доставка дрожжевой клетке той энергии, которая необходима для образования новых веществ, используемых для процессов жизнедеятельности, в том числе для роста и размножения. По химическому характеру спир­товое брожение – каталитический процесс, происходящий под действием биологических катализаторов – ферментов.

Современная теория спиртового брожения является резуль­татом работ многих ученых различных стран мира.

Для выяснения процессов брожения большое значение имели работы выдающихся отечественных ученых: Лебедева, Костычева, Фаворского, Иванова, Энгельгардта.

По современным представлениям, спиртвое брожение – это сложный непрерывный процесс распада сахара, катализируемый разными ферментами с образованием 12 промежуточных продуктов.

1 Начальной стадией превращения глюкозы является ре­акция фосфорилирования ее при участии фермента глюкозиназы. К молекуле глюкозы присоединяется фосфатный остаток от молекулы АТФ, которая находится в клетках дрож­жей, и образуется глюкозо-6-фосфат, а АТФ превращается в АДФ:

С 6 Н 12 О 6 + АТФ → СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 4 СНО+АДФ

Глюкоза Глюкозо-6-фосфат

В результате присоединения фосфатного остатка от молеку­лы АТФ к глюкозе реакционная способность последней возра­стает.

2 Глюкозо-6-фосфат путем изомеризации под действием фермента глюкозофосфатизомеразы переходит обрати­мо в форму фруктозы:

СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 4 СНО → СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 ОН

Глюкозо-6-фосфат Фруктозо-6-фосфат

СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН)3СОСН 2 ОН + АТФ →

Фруктозо-6-фосфат

→ СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 О(Н 2 РО) + АДФ

Фруктозо-1,6-дифосфат

Эфиры глюкозо-6-фосфат и фруктозо-6-фосфат образуют равновесную смесь, получившую название эфира Эмдена и со­стоящую на 70-75% из эфира Робисона (глюкозы) и на 25% из эфира Нейберга (фруктозы).

Образованием фруктозо-1,6-дифосфата заканчивается подготовительная стадия спиртового брожения с переносом макроэргических фосфатных связей и с преобразованием гексозы в лабильную оксиформу, легко подвергающуюся дальнейшим фер­ментативным превращениям.

4 Следующим важнейшим этапом является десмолиз – разрыв углеродной цепи фруктозодифосфата с образованием двух
молекул фосфотриоз. Симметричное расположение остатков фосфорной кислоты по концам молекулы фруктозы облегчает разрыв ее углеродной цепи как раз в середине. Фруктозодифосфат распадается при этом на две триозы: фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон. Реакция катализируется фер­ментом альдолазой и обратима:

СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 О(Н 2 РО) → CH 2 О(Н 2 Р0 3)СОСН 2 ОН +

Фруктозо-1,6-дифосфат Фосфодиоксиацетон

СН 2 0 (Н 2 РОз) СНОНСНО (4)

З-фосфоглицериновый альдегид

Главная роль в дальнейших превращениях при спиртовом брожении принадлежит 3-фосфоглицериновому альдегиду, но в сбраживаемой жидкости он обнаруживается лишь в незначи­тельном количестве. Это объясняется взаимным переходом ке-тозного изомера в альдозный и обратно под действием фермента триозофосфатизомеразы (5.3.1.1)

СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СОСН 2 ОН;£ СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСНО

Фосфодиоксиацетон З-фосфоглицериновый альдегид

По мере дальнейшего превращения фосфоглицеринового аль­дегида новые количества его образуются в процессе изомериза­ции фосфодиоксиацетона.

5. Последующим этапом является окисление двух молекул З^фосфоглицеринового альдегида. Эта реакция катализируется триозофосфатдегидрогеназой (1.2.1.12), коферментом которой яв­ляется НАД (никотинамид-аденин-динуклеотид). В окислении участвует фосфорная кислота среды. Реакция протекает по сле­дующему уравнению: 2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСНО + 2Н 3 Р0 4 + 2НАД Триозофосфатдегидрогеназа ->

З-фосфоглицериновый альдегид

->- 2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСОО w (H 2 P0 3) + 2НАД

1,3-дифосфоглицериновая йислота

Молекула 3-фосфоглицеринового альдегида присоединяет фосфат, а водород переносится на кофермент НАД, который восстанавливается. Энергия, освобождающаяся в результате окисления 3-фосфоглицеринового альдегида, аккумулируется в макроэргической связи образующейся 1,3-дифосфоглицериновой

1,3-дифосфоглицериновая кислота 3-фосфоглицериновая кислота

7. Затем под действием фермента фосфоглицеромутазы
(2.7.5.3) остаток фосфорной кислоты перемещается от третьего
углерода ко второму, и в результате 3-фосфоглицериновая кис­
лота превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту:

2СН 2 (Н 2 Р0 3) CHOHCOOH ^t 2CH 2 0HCH0 (Н 2 Р0 3) СООН. (7)

3-фосфоглицериновая кислота 2-фосфоглицериновая кислота

8. Следующей стадией является дефосфорилирование 2-фос-
фоглицериновой кислоты. При этом 2-фосфоглицериновая кис­
лота под действием фермента энолазы (4.2.1.11) путем дегидра­
тирования (потери воды) превращается в фосфоэнолпировино-
градную кислоту:

2СН 2 ОНСНО (Н 2 Р0 3) СООН qt 2СН 3: СО со (Н 2 Р0 3) СООН + 2Н 2 0. (8)

2-фосфоглицериновая кислота Сосфоэнолпировиноградная кислота

При этом превращении происходит перераспределение внут­римолекулярной энергии и большая ее часть аккумулируется в макроэргической фосфатной связи.

9. Весьма нестойкая фосфоэнолпировиноградная кислота
легко дефосфорилируется, при этом остаток фосфорной кислоты
под действием фермента пируваткиназы (2.7.1.40) передается
вместе с макроэргической связью молекуле АДФ. В результате
образуется более устойчивая кетоформа пировиноградной кисло­
ты, а АДФ превращается в АТФ:

2СН 2: СО сю (Н 2 Р0 3) СООН + 2АДФ -* 2СН 3 СОСООН + 2АТФ. (3)

Фосфоэнолпировиноградная Пировиноградная

кислота кислота

10. Пировиноградная кислота под действием фермента пи-
руватдекарбоксилазы (4.1.1.1) декарбоксилируется с отщепле­
нием С0 2 и образованием уксусного альдегида:

2CH 3 COCOOH -*2С0 2 + 2СН 3 СНО. (10)

Пировиноградная Уксусный альдегид

11. Уксусный альдегид при участии фермента алкогольдегид-
рогеназы (1.1.1.1) взаимодействует с НАД-Н 2 , образовавшимся
ранее при окислении фосфоглицеринового альдегида в фосфо-
глицериновую кислоту [см. уравнение (5)]. В результате уксус­
ный альдегид восстанавливается в этиловый спирт, а кофермент
НАД-Н 2 вновь регенерируется (окисляется в НАД):

2СН 3 СНО + 2НАД Н 2 Z 2СН 3 СН 2 ОН + 2НАД. (11)

Итак, завершающим этапом брожения является реакция восстановления уксусного альдегида в этиловый спирт.

Из рассмотренного цикла реакций спиртового брожения вид­но, что из каждой молекулы глюкозы образуется 2 молекулы спирта и 2 молекулы С0 2 .

В процессе спиртового брожения образуется четыре молеку­лы АТФ [см. уравнения (6) и (9)], но две из них затрачиваются на фосфорилирование гексоз [см. уравнения (1) и (3)]. Таким образом, запасается всего 2 г-моль АТФ.

Ранее указывалось, что на образование каждой грамм-моле­кулы АТФ из АДФ затрачивается 41,9 кДж, а в энергию двух молекул АТФ переходит соответственно 83,8 кДж. Следователь­но, при сбраживании 1 г-моль глюкозы дрожжи получают энер­гии около 84 кДж. В этом и заключается биологический смысл брожения. При полном расщеплении глюкозы на С0 2 и воду выделяет­ся 2874 кДж, а при окислении 1 г-моль глюкозы до С0 2 и Н 2 0 в процессе аэробного дыхания аккумулируется 2508 кДж, так как образующийся этиловый спирт еще сохраняет в себе потен­циальную энергию. Таким образом, с энергетической точки зре­ния брожение - процесс малоэкономичный.

Сбраживание отдельных Сахаров происходит в определенной последовательности, обусловленной скоростью их диффузии в дрожжевую клетку. Быстрее всех сбраживаются дрожжами глюкоза и фруктоза. Однако сахароза как таковая исчезает в сусле (инвертируется) еще в начале брожения. Она гидролизу-ется р-фруктофуранозидазой (3.2.1.26) оболочки дрожжевых клеток с образованием гексоз (глюкозы и фруктозы), которые легко используются клеткой. Когда в сусле почти не остается фруктозы и глюкозы, дрожжи начинают потреблять мальтозу.

§ 5. ВТОРИЧНЫЕ И ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ

Все вещества, получающиеся в результате сбраживания са­хара дрожжами, за исключением спирта и С0 2 , относятся к вто­ричным продуктам спиртового брожения. Кроме них, имеются побочные продукты спиртового брожения, которые образуются не из сахара, а из других веществ, находящихся в сбраживае­мом субстрате. К ним относятся амиловый, изоамиловый, изо-бутиловый и другие спирты, известные под названием сивушного масла.

Из вторичных продуктов спиртового брожения известны глицерин, уксусный альдегид, пировиноградная, уксусная, ян­тарная, лимонная и молочная кислоты, ацетоин (ацетилметил-карбинол), 2,3-бутиленгликоль и диацетил. В аэробных условиях пировиноградная кислота является также исходным веществом для цикла трикарбоновых кислот (цикла Кребса), по которому из нее образуются уксусная, лимонная, яблочная и янтарная кислоты. Высшие спирты образуются тоже из пировиноградной кислоты путем аминирования ее до аланина, который в свою очередь переаминируется в соответствующую кетокислоту. В ус­ловиях спиртового брожения кетокислоты, восстанавливаясь, образуют высшие спирты. Поэтому вторичные и побочные про­дукты спиртового брожения строго разграничить нельзя.

Уксусный альдегид может испытывать дисмутацию с обра­зованием уксусной кислоты и этилового спирта (реакция Кан-ниццаро):

СН 3 СОН + СН 3 СОН + Н 2 0 = СНзСООН + СН 3 СН 2 ОН.

Одна из молекул альдегида окисляется в кислоту, а другая восстанавливается в спирт. В щелочной среде одна молекула

уксусного альдегида вступает в окислительно-восстановитель­ную реакцию со второй молекулой уксусного альдегида; при этом образуются этиловый спирт, уксусная кислота и одновре­менно с ними глицерин, что выражается таким суммарным урав­нением:

2C 6 Hi 2 0 6 + Н 2 0 = 2СН 2 ОНСНОНСН 2 ОН + СН 3 СН 2 ОН + СН 3 СООН + 2С0 2 .

Глицерин образуется в небольшом количестве при спиртовом брожении. При изменении условий брожения его производство можно осуществить в промышленном масштабе.

Глицерин и уксусный альдегид являются промежуточными продуктами спиртового брожения. На последнем этапе нормаль­но протекающего процесса брожения происходит восстановле­ние значительной части уксусного альдегида в этанол. Но если уксусный альдегид связать сульфитом натрия, то направление спиртового брожения изменится в сторону образования больших количеств глицерина.

Удаление уксусного альдегида из сбраживаемой среды суль­фитом натрия представляется в следующем виде:

СН 3 СНО + Na 2 S0 3 + H 2 OW CH 3 CHONaHS0 2 + NaOH.

Уксусный альдегид, образовавшийся при декарбоксилирова-нии пировиноградной кислоты, в результате связывания суль­фитом не может служить акцептором водорода. Место уксусно­го альдегида занимает фосфодиоксиацетон, который получает водород от восстановленного НАД-Н 2 , образуя а-глицерофос-фат. Эта реакция катализируется ферментом глицерофосфатде-гидрогеназой. Под действием фосфатазы «-глицерофосфат де-фэсфорилируется, превращаясь в глицерин. Таким образом, в присутствии Na 2 S03 протекает глицерино-альдегидное броже­ние:

С 6 Н 12 0 6 = CH3CHO + СН 2 ОНСНОНСН 2 ОН + С0 2 .

Сахар Ацетальдегид Глицерин

С увеличением количества сульфита натрия, вводимого в сбраживаемую среду, соответственно увеличивается количество связанного альдегида и ослабляется образование этанола и С0 2 .

Образование кислот и ацетоина. Янтарная кислота образует­ся дегидрированием и конденсацией двух молекул уксусной кис­лоты с одной молекулой уксусного альдегида (гипотеза В. 3. Гва-ладзе и Женавуа):

2СН 3 С00Н + СН 3 СНО -* С00НСН 2 СН 2 С00Н + СН 3 СН 2 ОН.

В процессе спиртового брожения янтарная кислота образует­ся также дезаминированием глютаминовой кислоты. Акцепто­ром водорода в этой реакции является триозоглицериновый аль- Дегид, поэтому реакция дезаминированйя сопровождается одно­временным накоплением глицерина:

C 6 Hi 2 0 6 + COOHCH2CH2CHNH2COOH + 2Н 2 0 = СО0НСН 2 СН 2 С0ОН -Ь

Глюкоза Глютаминовая кислота Янтарная кислота

2СН 2 ОНСНОНСН 2 ОН 3 + NH 3 + С0 2 .

Глицерин

Амми>ак потребляется дрожжами на синтез белка, а глице­рин и янтарная кислота при этом выделяются в среду.

Образование лимонной кислоты, по Лафону, происходит из. девяти молекул уксусного альдегида:

9СН 3 СОН + 4Н 2 0 = (СН 2 СООН) 2 С (ОН) СООН + 6СН 3 СН 2 ОН.

Лимонная кислота

Образование молочной кислоты объясняют восстановлением пировиноградной кислоты:

СНзСОСООН + Н 2 -> СН 3 СН (ОН) СООН.

Пировиноградная Молочная кислота

Однако полагают более вероятным ее образование в резуль­тате гидролиза промежуточного продукта спиртового броже­ния - фосфоглицеринового альдегида:

СНОСНОНСН 2 ОР0 3 Н 2 + Н 2 0 -* СН 3 СН (ОН) СООН + Н 3 Р0 4 .

Фосфоглицериновьш Молочная кислота

альдегид

Конденсацией уксусной кислоты с ацетальдегидом объясня­ют образование ацетоина:

1) СНзСООН + СН 3 СНО->-СНзСОСОСНз + Н 2 0;

Диацетил

2) СН3СОСОСН3 + СНзСНО -4 СН3СОСНОНСН3 + СНзСООН.

Сначала образуется диацетил; затем путем дисмутации со-пряженного окисления-восстановления за счет воды диацетила с ацетальдегидом образуется ацетоин.

При восстановлении ацетоина образуется 2,3-бутиленгли-коль:

СН 3 СОСНОНСНз + НАД ■ Н 2 *± СН 3 СНОНСНОНСН 3 + НАД.

Механизм образования некоторых вторичных продуктов спиртового брожения еще не совсем ясен, однако не подлежит сомнению, что уксусный альдегид является основным исходным веществом для синтеза вторичных продуктов брожения.

Среди вторичных продуктов преобладают уксусная и янтар­ная кислоты, а также 2,3-бутиленгликоль и уксусны…

2 Общая характеристика и расы дрожжей, применяемых в бродильных производствах
Культурные дрожжи относятся к семейству сахаромицетов и называютсяSaccharomyces cerevisiae.

Температурный оптимум для размножения дрожжей находится в пределах 25-30°С, а минимальная температура около 2-3°С. При температуре 40°С рост пре­кращается и дрожжи отмирают, но низкие температуры дрожжи переносят хорошо, хотя размножение их приостанавливается. Дрожжи не погибают даже при температуре –180°С (жидкий воздух). При высокой концентрации сахара в среде жизнедеятельность дрожжей прекращается, так как при этом увеличивается осмо­тическое давление, при определенном значении которого насту­пает плазмолиз дрожжевых клеток. Плазмолизом называ­ется сжатие клетки с последующим отслоением протоплазмы от клеточной оболочки вследствие обезвоживания клетки и связан­ного с этим резкого падения давления клеточного сока. Вели­чина предельной концентрации сахара для различных рас дрож­жей неодинакова.

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 редко дают плот­ный осадок на дне бродильного сосуда. Дрожжи верхового брожения по своей структуре принадлежат к пылевидным дрож­жам, не склеивающимся друг с другом в отличие от хлопьевид­ных дрожжей низового брожения, оболочки которых являются клейкими, что приводит к агглютинации и быстрому осаждению клеток.

Дрожжи низового брожения, развиваясь в сбраживаемой жидкости, не переходят в поверхностный слой – пену, быстро оседают по окончании брожения, образуя плотный слой на дне бродильного сосуда.

Отличительным признаком является способность дрожжей низового брожения полностью сбраживать рафинозу, тогда как большинство дрожжей верхового брожения рафинозу совершен­но не расщепляет, и лишь некоторые виды могут сбраживать ее только на одну треть. Это основное различие объясняется тем, что в ферментном комплексе названного типа дрожжей содер­жится α-галактозидаза.

Из культурных дрожжей к дрожжам низового брожения от­носится большинство винных и пивных дрожжей, а к дрожжам верхового брожения – спиртовые, хлебопекарные и некоторые расы пивных дрожжей. Первоначально были известны только дрожжи верхового брожения, так как брожение всяких соков происходило при обычной температуре. Желая получить напит­ки, насыщенные СО 2 , человек стал вести брожение при низкой температуре. Под влиянием изменившихся внешних условий по­лучились дрожжи низового брожения с их свойствами, получив­шие широкое распространение.

Кроме общих свойств, дрожжи, используемые в том или ином производстве, обладают специфическими показателями. Более того, в одном и том же производстве применяются разновидно­сти, различающиеся одной или несколькими особенностями. Их выводят из одной клетки. Такие культуры называют расами (штаммами). Каждое производство располагает несколькими расами дрожжей.
Расы дрожжей спиртового производства

В спиртовом произ­водстве применяются те расы дрожжей верхового брожения, ко­торые обладают наибольшей энергией брожения, образуют мак­симум спирта и сбраживают моно- и дисахариды, а также часть декстринов. Из дрожжей, применяемых при получении спирта из хлебно-картофельного сырья, следует назвать расы ХП, М и ХV.

При переработке мелассы на спирт применяют расы Я, Л, В, Г-67, Г-73. Эти расы относятся к семейству Saccharomyces taceae, роду Saccharomyces, виду cerevisiae.

Раса ХП выделена в 1902 году из хлебопекарных прессованных дрожжей. Клетки дрожжей этой расы круглые ияйцевидные размерами 5-6,2 х 5-8 мкм.

Развитие и размножение дрож­жей расы ХП идет очень быстро. Они сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, галактозу, мальтозу, маннозу, рафинозу на одну треть и могут образовывать в сбраживаемой среде до 13%об спирта.

Раса М (Mischung – смесь), предложенная Геннебергом в 1905 году, состоит из смеси четырех рас дрожжей верхового бро­жения; она предназначена для сбраживания сред, содержащих смесь различных сахаров (декстринов, рафинозы), которые не­одинаково сбраживаются различными дрожжами. Такая смешанная культура очень устойчива против различных ненормаль­ных условий, встречающихся в заводской практике.

Раса ХV по технологическим признакам сходна с расой ХП. Ее применяют наряду с расой ХП для сбраживания смешанного зерно-мелассного сырья.

Из названных рас наиболее пригодной для сбраживания сусла из крахмалистого сырья является раса ХП, которая приме­няется также в гидролизном и сульфитноспиртовом производ­ствах. Правда, для сбраживания сульфитных щелоков выведены специально сульфитные дрожжи, сбраживающие глюкозу, фрук­тозу, галактозу и маннозу.

Дрожжи, применяемые на спиртовых заводах, перерабаты­вающих мелассу, должны обладать специфической способностью быстро сбраживать довольно концентрированные сахарные рас­творы и хорошо переносить высокое содержание солей в среде. Сбраживать же растворы, содержащие большие концентрации сахара, могут так называемые осмофильные дрожжи, которые выносят очень высокое осмотическое давление.

К таким дрож­жам относится раса Я, выведенная из мелассных дрожжей К.Ю. Якубовским. Раса Я обладает исключительной способностью сбраживать вы­сокие концентрации сахара и хорошо переносит высокое содер­жание солей и спирта в сбраживаемом мелассном сусле. Дрож­жи расы Я сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, галактозу, мальтозу; рафинозу сбраживают только частично и совершенно не сбраживают декстрины и лактозу. Раса Я относится к пыле­видным дрожжам верхового брожения.

Дрожжи расы Л (Лохвицкая) близки по своим свойствам к дрожжам расы Я, но они несколько лучше размножаются и более полно сбраживают сахар.

Раса В (венгерская) подобно расе Л приспособлена к мелассной среде. Эти расы хорошо сбраживают сахарозу, глюкозу, фруктозу, а рафинозу частично.

Дрожжи рас Л и В наряду с высокими бродильными свойствами обладают также хорошей подъемной силой (способностью поднимать тесто), что позволяет выделять их из бражки и выпускать в прессованном виде в качестве хле­бопекарных.

Успешное применение находят гибридные дрожжи, выведен­ные в Институте генетики АН СССР путем скрещивания двух видов дрожжей. Среди гибридов наибольший интерес представляют Г-67, Г-73. Гибрид 67 получен скрещиванием пивных дрож­жей S-carlsbergensis с S.cerevisiae расы Я. Дальнейшее скрещи­вание гибрида 67 с гибридом 26 (полученным от скрещивания рас Я и ХП) дало гибрид 73. Гибриды 67 и 73 наряду с дру­гими ферментами содержат α-галактозидазу и обладают способ­ностью к полному сбраживанию рафинозы. Рекомендованы к применению и другие гибридные дрожжи.
Расы хлебопекарных дрожжей

В дрожжевом производстве ценятся быстро размножающиеся расы дрожжей, обладающие хорошей подъемной силой и хорошей стойкостью при хранении. Вкус хлебопекарных дрожжей должен быть чистый, цвет белый или желтоватый. Подъемная сила определяется как особенно­стями рас дрожжей, так и способом ведения производства. Стойкость дрожжей является свойством расы, но зависит от внутреннего состояния клеток и чистоты дрожжей.

При производстве хлебопекарных дрожжей из мелассы при­меняются расы VII, 14, 28 и Г-176.

Раса VII, выведенная из прессованных товарных дрожжей Томского дрожжевого завода, быстро размножается и хорошо отпрессовывается до влажности 71-72%. Дрожжи расы VII обладают хорошей подъемной силой и наибольшей стойкостью при хранении по сравнению с други­ми известными в заводской практике. Кроме того, эта культура является устойчивой к вредным примесям, содержащимся в ме­лассе.

Раса 14 предназначена для произ­водства сухих дрожжей. Эти дрожжи отличаются плотной консистенцией при влажности 75%, высокой термоустойчи­востью.

Из гибридов хлебопекарных дрожжей отобран гибрид 176, обладающий всеми положительными признаками: крупными клетками (5,6-14,0 мкм), устойчивостью к вредным примесям мелассы и высо­ким коэффициентом размножения, который у этой расы выше, чем у наиболее быстро размножающейся расы 14. В настоящее время проходят производственные испытания и другие перспек­тивные гибридные расы дрожжей.

Расы пивных дрожжей

В пивоварении используют дрожжи низового брожения, приспособленные к сравнительно низким температурам. Пивные дрожжи должны быть микробиологиче­ски чистые, а также обладать способностью к хлопьеобразованию, быстро оседать на дно бродильного аппарата и давать прозрачный напиток с определенными вкусом и ароматом. К сильносбраживающим и легко дающим хлопья относятся пив­ные дрожжи низового брожения Фроберг (Saccharomyces cere­visiae Froberg), дрожжи рас V и 776.

На пивоваренных заводах большое распространение получили дрожжи расы 776, которая была выведена в начале XX в. Эти дрожжи считаются пригод­ными особенно для сбраживания сусла, приготовленного с добав­кой несоложеных материалов или из солода, полученного солодованием ячменей с невысокой степенью прорастаемости. Дрожжи расы 776 –среднесбраживающие, за период главного брожения на сусле концентрацией 11% образуют примерно 2,7% СО 2 . Клетки яйцевидной формы, длиной 8-10 мкм и ши­риной 5-6 мкм. Прирост дрожжевой массы 1: 5,4. Способность к осветлению удовлетворительная.

Из других дрожжей на пивоваренных заводах применяются расы 11, 41, 44, S-Львовская и др, различающиеся по бродиль­ной энергии, способности к осаждению и энергии роста.

Дрожжи расы 11 – сильносбраживающие, с хорошей способ­ностью к осветлению. Пиво, полученное с применением дрожжей расы 11, имеет хороший вкус. Эта раса получила широкое рас­пространение на пивоваренных заводах.

Дрожжи расы 41 – среднесбраживающие, с хорошей способ­ностью к осаждению. При сбраживании сусла расой 41 получа­ется мягкое пиво с чистым вкусом.

Дрожжи расы 44 – среднесбраживающие. Способность к осаждению хорошая. Сообщают пиву полноту вкуса и дают хорошие результаты при применении в производстве воды с по­вышенной жесткостью.

Дрожжи расы S – среднесбраживающие. Способность к осаждению хорошая. Дают пиво с мягким чистым вкусом.

Дрожжи расы Р – среднесбра­живающие, хорошо осветляют пиво и обусловливают приятный чистый вкус.

Дрожжи расы F характеризуются хо­рошей способностью к осветлению и сообщают пиву приятный аромат. Раса устойчива к действию посторонних микроорга­низмов.

Дрожжи расы А (выделены на рижском пивоваренном заво­де «Алдарис») сбраживают сусло за 7-8 суток, хорошо осветля­ют пиво и устойчивы к инфекции.

Путем разных способов селекции во ВНИИ пивобезалко­гольной промышленности получен ряд сильносбраживающих штаммов дрожжей (28, 48, 102), обладающих значительно боль­шей бродильной энергией, чем дрожжи исходной расы 11.

Пивные дрожжи верхового брожения находят широкое при­менение в Англии при приготовлении Портера. Они применяют­ся также для приготовления Берлинского светлого пива и дру­гих напитков. Для приготовления Бархатного пива применяют штамм 191 К, интенсивно сбраживающий моносахариды и маль­тозу, но не сбраживающий сахарозу, рафинозу и лактозу.

Расы винных дрожжей

В виноделии ценятся дрожжи, быст­ро размножающиеся, обладающие свойством подавлять другие виды дрожжей и микроорганизмы и придавать вину соответст­вующий букет. Дрожжи, применяемые в виноделии, относятся к своеобразному виду Saccharomyces ellipsoideus. Клетки их имеют продолговато-овальную форму. Дрожжи энергично сбра­живают глюкозу, фруктозу, сахарозу и мальтозу. В различных местностях и из различных молодых вин выделено несколько отличающихся одна от другой разновидностей или рас этого вида. В виноделии почти все производственные культуры дрож­жей – своего, местного происхождения. К их числу относятся расы Магарач 7, Массандра 3, Пино 14, Кахури и многие другие. Наряду с этими расами применяются и некоторые иностранные, например раса Штейнберг, выделенная в Германии в 1892 и 1893 гг., и раса Шампань-Аи.

Большая часть винных дрожжей относится к дрожжам низо­вого брожения.

Для приготовления белых столовых вин применяются расы Пино 14, Феодосия 1/19, Алиготе, Рислинг Анапский.

Раса Пино 14 имеет клетки яйцевидной формы, хорошо сбра­живает виноградное сусло сахаристостью 20 % с образованием 11,57%об спирта; оптимальная температура развития и бро­жения 18: -25°С. Эта раса является холодостойкой и кислото­стойкой; оптимальная величина рН 2,9-3,9.

Раса Феодосия 1/19 – крупноклеточная, пылевидная, очень энергичная, быстро сбраживает виноградное сусло и хорошо дображивает его; имеет широкий температурный диапазон бро­жения (от 9 до 35°С) и может применяться как холодостойкая и как термостойкая.

Дрожжей Алиготе имеется несколько рас, и все они сильные, с высокой энергией брожения. К энергично сбраживающим от­носятся и дрожжи Рислинг Анапский.

Для приготовления крепких вин применяется раса Массанд­ра 3 с яйцевидной формой клеток, пылевидная; оптимальная величина рН 3,7-4,05; оптимальная температура брожения 18-20°С. Виноградное сусло с содержанием сахара 20% сбраживается полностью; при сбраживании концентрированного виноградного сусла (30% сахара) образует 11,8%об спирта и оставляет несброженным 8,7% сахара.

Раса Магарач 125, названная в ознаменование 125-летнего юбилея первых посадок винограда в институте «Магарач», при­меняется для получения крепких и десертных вин. Эта раса хо­рошо сбраживает высококонцентрированные виноградные сусла с содержанием сахара 27-30%, холодостойкая.

Раса Кахури 2 широко применяется для приготовления шам­панских виноматериалов и вин. Виноградное сусло с содержанием сахара 20% она сбраживает с образованием 11,4%об спирта, оста­ется несброженным 0,28% сахара. Эта раса довольно холодо­стойкая (при температуре 14-15°С сусло забраживает на 2-й день) и сбраживает хорошо; оптимальная величина рН 3,4-3,6.

Раса Шампанская 7, применяемая для шампанизации вина в бутылках, выделена из расы Кахури 5 и характеризуется об­разованием трудно взмучивающегося осадка; интенсивно сбра­живает при температуре 4-9°С, хотя сусло и забраживает только на 5-6-й день.

Из винных дрожжей наиболее холодостойкой считается раса Ленинградская, а наиболее термостойкой – раса Ашхабадская 3.

В производстве хереса применяются специальные расы дрож­жей, которые являются разновидностью вида Saccharomyces oviformis. Хересные дрожжи образуют на поверхности вина в неполных бочках пленку, благодаря развитию которой вино приобретает особые букет и вкус.

Путем тщательного отбора по наиболее важным производст­венным признакам выделено несколько рас хересных дрожжей (13, 15 и 20) с высокой пленкообразующей способностью. В дальнейшем из производства, применявшего расу Херес 20, была отселекционирована более эффективная раса Херес 20-С, которая нашла широкое применение на многих заводах по про­изводству хереса.

В плодово-ягодном виноделии применяются селекционирован­ные расы дрожжей, выделенные из различных плодово-ягодных соков. Плодово-ягодные соки богаты дрожжами, обладающими всеми необходимыми для производства качествами и биологи­чески приспособленными к условиям развития в исходных пло­дово-ягодных соках. Поэтому штаммы дрожжей, выделенных из земляничных соков, применяются для сбраживания земляничных соков, а штаммы дрожжей, выделенных из вишневых соков, при­меняются для сбраживания вишневых соков и т. д.

В плодово-ягодном виноделии получили распространение следующие штаммы: яблочные 46, 58, клюквенный 17, смородиновый 16, брусничные 3, 7, 10, малино­вые 7/5, 25, 28, 28/10, вишневые 3, 6, земляничные 7, 4, 9.

Назван­ные штаммы дрожжей обеспечивают нормальный ход брожения, полноту сбраживания, быструю осветляемость и хорошие вкусо­вые качества вина; они сбраживают глюкозу, фруктозу, сахаро­зу, мальтозу, галактозу и не сбраживают лактозу и маннит.

Успешно применяются в плодово-ягодном виноделии расы дрожжей Москва 30, Яблочная 7, Вишневая 33, Черносмородиновая 7, Малиновая 10 и Сливовая 21. Чистая культура дрожжей Москва 30 рекомендуется для сбраживания клюквенного сусла; Яблочная 7 и Вишневая 33 – для сбраживания яблочного сус­ла; Черносмородиновая 7 и Вишневая 33 – для сбраживания черносмородинового и вишневого сусла.

4 Химизм спиртового брожения. Вторичные и побочные продукты спиртового брожения
Спиртовое брожение представляет собой цепь ферментатив­ных процессов, конечным результатом которых является распад гексозы с образованием спирта и СО 2 и доставка дрожжевой клетке той энергии, которая необходима для образования новых веществ, используемых для процессов жизнедеятельности, в том числе для роста и размножения. По химическому характеру спир­товое брожение – каталитический процесс, происходящий под действием биологических катализаторов – ферментов.

Современная теория спиртового брожения является резуль­татом работ многих ученых различных стран мира.

Для выяснения процессов брожения большое значение имели работы выдающихся отечественных ученых: Лебедева, Костычева, Фаворского, Иванова, Энгельгардта.

По современным представлениям, спиртвое брожение – это сложный непрерывный процесс распада сахара, катализируемый разными ферментами с образованием 12 промежуточных продуктов.

1 Начальной стадией превращения глюкозы является ре­акция фосфорилирования ее при участии фермента глюкозиназы. К молекуле глюкозы присоединяется фосфатный остаток от молекулы АТФ, которая находится в клетках дрож­жей, и образуется глюкозо-6-фосфат, а АТФ превращается в АДФ:

С 6 Н 12 О 6 + АТФ → СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 4 СНО+АДФ

Глюкоза Глюкозо-6-фосфат

В результате присоединения фосфатного остатка от молеку­лы АТФ к глюкозе реакционная способность последней возра­стает.
2 Глюкозо-6-фосфат путем изомеризации под действием фермента глюкозофосфатизомеразы переходит обрати­мо в форму фруктозы:

СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 4 СНО → СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 ОН

СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН)3СОСН 2 ОН + АТФ →

Фруктозо-6-фосфат

→ СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 О(Н 2 РО) + АДФ

Фруктозо-1,6-дифосфат

Эфиры глюкозо-6-фосфат и фруктозо-6-фосфат образуют равновесную смесь, получившую название эфира Эмдена и со­стоящую на 70-75% из эфира Робисона (глюкозы) и на 25% из эфира Нейберга (фруктозы).

Образованием фруктозо-1,6-дифосфата заканчивается подготовительнаястадия спиртового брожения с переносом макроэргических фосфатных связей и с преобразованием гексозы в лабильную оксиформу, легко подвергающуюся дальнейшим фер­ментативным превращениям.
4 Следующим важнейшим этапом является десмолиз – разрыв углеродной цепи фруктозодифосфата с образованием двух
молекул фосфотриоз. Симметричное расположение остатков фосфорной кислоты по концам молекулы фруктозы облегчает разрыв ее углеродной цепи как раз в середине. Фруктозодифосфат распадается при этом на две триозы: фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон. Реакция катализируется фер­ментом альдолазой и обратима:

СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 О(Н 2 РО) → CH 2 О(Н 2 Р0 3)СОСН 2 ОН +

Фруктозо-1,6-дифосфат Фосфодиоксиацетон

СН 2 0 (Н 2 РОз) СНОНСНО (4)

З-фосфоглицериновый альдегид

Главная роль в дальнейших превращениях при спиртовом брожении принадлежит 3-фосфоглицериновому альдегиду, но в сбраживаемой жидкости он обнаруживается лишь в незначи­тельном количестве. Это объясняется взаимным переходом ке-тозного изомера в альдозный и обратно под действием фермента триозофосфатизомеразы (5.3.1.1)

СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СОСН 2 ОН;£ СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСНО

Фосфодиоксиацетон З-фосфоглицериновый альдегид

По мере дальнейшего превращения фосфоглицеринового аль­дегида новые количества его образуются в процессе изомериза­ции фосфодиоксиацетона.

5. Последующим этапом является окисление двух молекул З^фосфоглицеринового альдегида. Эта реакция катализируется триозофосфатдегидрогеназой (1.2.1.12), коферментом которой яв­ляется НАД (никотинамид-аденин-динуклеотид). В окислении участвует фосфорная кислота среды. Реакция протекает по сле­дующему уравнению: 2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСНО + 2Н 3 Р0 4 + 2НАД Триозофосфатдегидрогеназа ->

З-фосфоглицериновый альдегид

->- 2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСОО w (H 2 P0 3) + 2НАД Н 2 (5)

1,3-дифосфоглицериновая йислота

Молекула 3-фосфоглицеринового альдегида присоединяет фосфат, а водород переносится на кофермент НАД, который восстанавливается. Энергия, освобождающаяся в результате окисления 3-фосфоглицеринового альдегида, аккумулируется в макроэргической связи образующейся 1,3-дифосфоглицериновой

6. Далее фосфатный остаток 1,3-дифосфоглицериновой кисло­
ты, содержащий макроэргическую связь, при участии фермента
фосфоглицераткиназы (2.7.2.3) переносится на молекулу АДФ.
Образуется 3-фосфоглицериновая кислота, а АДФ, приобретая
дополнительную макроэргическую связь, превращается в АТФ:
2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСОО со (Н 2 Р0 3) + 2АДФ->2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) CHOHCOOH+

1,3-дифосфоглицериновая кислота 3-фосфоглицериновая кислота

7. Затем под действием фермента фосфоглицеромутазы
(2.7.5.3) остаток фосфорной кислоты перемещается от третьего
углерода ко второму, и в результате 3-фосфоглицериновая кис­
лота превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту:

2СН 2 (Н 2 Р0 3) CHOHCOOH ^t 2CH 2 0HCH0 (Н 2 Р0 3) СООН. (7)

3-фосфоглицериновая кислота 2-фосфоглицериновая кислота

8. Следующей стадией является дефосфорилирование 2-фос-
фоглицериновой кислоты. При этом 2-фосфоглицериновая кис­
лота под действием фермента энолазы (4.2.1.11) путем дегидра­
тирования (потери воды) превращается в фосфоэнолпировино-
градную кислоту:

2СН 2 ОНСНО (Н 2 Р0 3) СООН qt 2СН 3: СО со (Н 2 Р0 3) СООН + 2Н 2 0. (8)

2-фосфоглицериновая кислота Сосфоэнолпировиноградная кислота

При этом превращении происходит перераспределение внут­римолекулярной энергии и большая ее часть аккумулируется в макроэргической фосфатной связи.

9. Весьма нестойкая фосфоэнолпировиноградная кислота
легко дефосфорилируется, при этом остаток фосфорной кислоты
под действием фермента пируваткиназы (2.7.1.40) передается
вместе с макроэргической связью молекуле АДФ. В результате
образуется более устойчивая кетоформа пировиноградной кисло­
ты, а АДФ превращается в АТФ:

2СН 2: СО сю (Н 2 Р0 3) СООН + 2АДФ -* 2СН 3 СОСООН + 2АТФ. (3)

Фосфоэнолпировиноградная Пировиноградная

кислота кислота

10. Пировиноградная кислота под действием фермента пи-
руватдекарбоксилазы (4.1.1.1) декарбоксилируется с отщепле­
нием С0 2 и образованием уксусного альдегида:

2CH 3 COCOOH -*2С0 2 + 2СН 3 СНО. (10)

Пировиноградная Уксусный альдегид

11. Уксусный альдегид при участии фермента алкогольдегид-
рогеназы (1.1.1.1) взаимодействует с НАД-Н 2 , образовавшимся
ранее при окислении фосфоглицеринового альдегида в фосфо-
глицериновую кислоту [см. уравнение (5)]. В результате уксус­
ный альдегид восстанавливается в этиловый спирт, а кофермент
НАД-Н 2 вновь регенерируется (окисляется в НАД):

2СН 3 СНО + 2НАД Н 2 Z 2СН 3 СН 2 ОН + 2НАД. (11)

Итак, завершающим этапом брожения является реакция восстановления уксусного альдегида в этиловый спирт.

Из рассмотренного цикла реакций спиртового брожения вид­но, что из каждой молекулы глюкозы образуется 2 молекулы спирта и 2 молекулы С0 2 .

В процессе спиртового брожения образуется четыре молеку­лы АТФ [см. уравнения (6) и (9)], но две из них затрачиваются на фосфорилирование гексоз [см. уравнения (1) и (3)]. Таким образом, запасается всего 2 г-моль АТФ.

Ранее указывалось, что на образование каждой грамм-моле­кулы АТФ из АДФ затрачивается 41,9 кДж, а в энергию двух молекул АТФ переходит соответственно 83,8 кДж. Следователь­но, при сбраживании 1 г-моль глюкозы дрожжи получают энер­гии около 84 кДж. В этом и заключается биологический смысл брожения. При полном расщеплении глюкозы на С0 2 и воду выделяет­ся 2874 кДж, а при окислении 1 г-моль глюкозы до С0 2 и Н 2 0 в процессе аэробного дыхания аккумулируется 2508 кДж, так как образующийся этиловый спирт еще сохраняет в себе потен­циальную энергию. Таким образом, с энергетической точки зре­ния брожение - процесс малоэкономичный.

Сбраживание отдельных Сахаров происходит в определенной последовательности, обусловленной скоростью их диффузии в дрожжевую клетку. Быстрее всех сбраживаются дрожжами глюкоза и фруктоза. Однако сахароза как таковая исчезает в сусле (инвертируется) еще в начале брожения. Она гидролизу-ется р-фруктофуранозидазой (3.2.1.26) оболочки дрожжевых клеток с образованием гексоз (глюкозы и фруктозы), которые легко используются клеткой. Когда в сусле почти не остается фруктозы и глюкозы, дрожжи начинают потреблять мальтозу.

Атлас производственных спиртовых дрожжей Saccharomyces cerevisiae расы XII может служить справочным пособием для работников спиртовых заводов, обеспечивающих микробиологический контроль производства. В настоящее время при промышленном производстве продуктов питания с использованием дрожжей применяют, в основном, дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae. При производстве хлеба, спирта, вина, хлебного кваса используют различные штаммы (расы) дрожжей. Даже сырье спиртовых заводов (зерно или меласса) влияет на выбор того или иного штамма. При производстве спирта из зерна чаще применяют дрожжи XII расы, постоянным местом обитания которых являются искусственно приготовляемые гидролизованные крахмалистые субстраты. Ведение технологии требует внимательного наблюдения за состоянием дрожжей и наличием посторонних микроорганизмов по участкам производства. Существующие методики позволяют проводить необходимый микроскопический анализ, но без определенной практики сложно идентифицировать полученные данные микроскопического анализа и регламентных показателей технологии.

Как известно, именно дрожжи превращают вещества зерна в этиловый спирт, и их можно рассматривать как одно из многочисленных орудий труда человека, а дрожжевую ферментацию - один из самых древних микробиологических процессов, используемых человеком в своих целях. Первое упоминание о применении дрожжей человеком относится к 6000 г. до нашей эры. Научное изучение дрожжей началось в 1680 г. после изобретения светового микроскопа. Исследователи различных стран описали внешний вид дрожжевых клеток; показали, что дрожжи - это живые организмы; доказали их роль при превращении сахара в спирт; получили чистые культуры дрожжей; классифицировали дрожжевые клетки по способу размножения, потреблению питательных веществ и внешнему виду. Современные оптические микроскопы оснащены сухими и иммерсионными объективами. Оптический микроскоп с сухим объективом позволяет изучать микроорганизмы размером более 5 мкм, иммерсионный микроскоп применяют при исследовании более мелких микроорганизмов. Изобретение электронного микроскопа позволило понять структуру дрожжевой клетки и изучить проявления её генетической системы, поскольку разрешающая способность электронного микроскопа 1,0-0,14 нм.

Микроскоп - незаменимый прибор при производстве спирта и без него невозможно эффективное ведение технологии: с его помощью определяют количество дрожжевых клеток в 1 мл дрожжевой или бродящей массы; процентное количество почкующихся и мертвых клеток; наличие посторонних микроорганизмов; содержание гликогена в клетках (упитанность клеток). Физиологическое состояние дрожжей устанавливают по внешнему виду клеток, что позволяет использовать дешевые световые микроскопы с сухими объективами. Следует отметить, что современное производство спирта не требует микроскопического анализа структуры дрожжевых клеток, однако при изучении внешнего вида клетки под световым микроскопом необходимо иметь представление и ее строении.

Строение дрожжевой клетки

Дрожжевые клетки имеют округлую или эллип­совидную форму с размером в поперечнике от 2,5 до 10 мкм и от 4,5 до 21 мкм в длину. На рис. 1 приведено графическое изображение среза дрож­жевой клетки. Клеточная стенка, клеточная мемб­рана, ядро, митохондрии, вакуоли - структуры клетки, видимые в световой микроскоп с сухим объективом при использовании специфических красителей.

Клеточная стенка представляет собой жесткую структуру толщиной 25 нм, составляет около 25% сухой массы клетки и состоит в основном из глюкана, манана, хитина и белка. Организация клеточ­ной стенки недостаточно изучена, однако совре­менные теории отдают предпочтение модели трех­слойной структуры, согласно которой внутренний глюкановый слои отделен от внешнего мананового промежуточным слоем с повышенным содержани­ем белка.

Клеточная мембрана (плазмалемма) дрожжевой клетки под электронным микроскопом выглядит как трехслойная структура, тесно прилегающая к внутренней поверхности клеточной стенки, и состоит примерно из равного количества липидов и белков, а также небольшого количества углеводов. Клеточ­ная мембрана выполняет роль барьера проницаемо­сти вокруг содержимого клетки и контролирует транспорт растворенных веществ внутрь клетки и из нее.

В изучении ядра достигнуты лишь некоторые успехи, поскольку индивидуальные хромосомы очень малы и не выявляются в виде дискретных структур ни в световом, ни в электронном микро­скопах. Дрожжевые клетки имеют одно ядро раз­мером от 2 до 20 мкм. Ядерная мембрана остается неизменной на протяжении всего клеточного цик­ла. Под электронным микроскопом она выглядит как двойная мембрана, усеянная порами.

Митохондрии - самые большие из клеточных включений сферической или цилиндрической формы размером в поперечнике от 0,2 до 2 мкм и от 0,5 до 7 мкм в длину. Двухслойная оболочка имеет толщину около 20 нм. Количество митохон­дрий в клетке более или менее постоянно и харак­терно для данного вида микроорганизмов.

Рис. 1. Графическое изображение среза дрожжевой клетки (в 1 сантиметре 1 микрометр)

Оно меняется в зависимости от стадии развития клет­ки и функциональной активности от 500 до 2000 тт. Функции митохондрий связаны с переносом электронов, ионов, субстратов внутри клетки. По­мимо этого в митохондриях синтезируются веще­ства, аккумулирующие химическую энергию клетки.

Зрелые дрожжевые клетки содержат большую вакуоль. При образовании почки вакуоль, по всей вероятности, дробится на более мелкие ва­куоли, которые распределяются между материн­ской клеткой и почкой. В дальнейшем эти маленькие вакуоли снова сливаются, образуя по одной вакуоли в материнской и дочерней клет­ках. Функция вакуоли точно не установлена. В ней содержатся гидролитические ферменты, по­лифосфаты, липиды, ионы металлов и др. Ваку­оль, возможно, выполняет функции резервуара для хранения питательных веществ и гидроли­тических ферментов.

Внутриклеточное содержимое дрожжевой клет­ки (за исключением ядра, митохондрий и вакуоли), как известно, называют цитоплазмой, состоящей из воды, липидов, углеводов, различных высокомолекулярных и низкомолекулярных соеди­нений, минеральных солей и др. Исследование клетки под электронным микроскопом показало сложную структуру цитоплазмы в виде гранул, функции и химические свойства которых достаточной мало не изучены. Цитоплазма играет важ­ную роль в биохимии клетки и находится в тесном взаимодействии с органеллами, которые она окру­жает.

Отличительная особенность популяции расту­щих дрожжевых клеток - наличие почек, образу­ющихся при делении клеток. Дочерняя клетка возникает в виде маленькой почки, которая рас­тет в течении большей части клеточного цикла. Рост дрожжей происходит в основном во время формирования почек, поэтому почка к моменту её отделения становится по размеру более или менее такой же, как зрелая клетка (см. рис. 2). Клетки могут разойтись вскоре после деления, однако часто ещё до их расхождения начинаются новые циклы клеточного деления, в результате чего образуются группы клеток. На месте отде­ления клеток друг от друга остаются следы, на­зываемые у материнской клетки дочерним шра­мом, а у дочерней клетки - родовым шрамом. На одном и том же месте клеточной стенки никогда не появляются две почки. Каждый раз почка ос­тавляет новый дочерний шрам на стенке мате­ринской клетки. По числу шрамов можно опре­делить, сколько почек образовала данная клетка, что позволяет оценить возраст клетки. Ус­тановлено, что у гаплоидных клеток насчитыва­ется максимально 18, а диплоидных - 32 почеч­ных шрама.

Рис. 2. Графическое изображение почкующейся клетки.

Методы световой микроскопии и микробиологического контроля, используемые в технологии спирта.

В технологии спирта при проведении микроскопического анализа популяции дрожжей световым микроскопом с сухим объективом рассматривают внешний вид клеток методом раздавленной капли в неокрашенном или окрашенном видах (прижиз­ненные препараты), производят подсчет общего количества клеток и процентного количества поч­кующихся клеток, определяют наличие посторон­них микроорганизмов.

Метод раздавленной капли

На предметное стекло наносят каплю исследуе­мой взвеси с дрожжевыми клетками, которую сверху накрывают покровным стеклом. Получен­ный образец рассматривают под микроскопом, где микроорганизмы видны в различных плоскостях. Данный метод прост, его применяют при изучении подвижности и внутреннего строения клеток мик­роорганизмов. Метод раздавленной капли без ис­пользования красителей позволяет различать дрожжевые клетки по толщине клеточных стенки и мембраны, состоянию цитоплазмы, наличию или отсутствию вакуолей, процентному количеству почкующихся и мертвых клеток, присутствию мо­лочнокислых бактерий.

Подсчет процентного количества почкующихся клеток

Для определения количества почкующихся кле­ток на предметное стекло наносят по одной капле дрожжевой суспензии без твердых включений и дистиллированной воды, закрывают покровным стеклом, излишек жидкости отбирают листком фильтровальной бумаги и микроскопируют. У зрелых дрожжей почкуется более 10% клеток.

Пример. Всего в 5 полях зрения обнаружено 33+35+29+32+30=159 дрожжевых клеток, в т. ч. почкующихся 4+5+3+5+3=20. Процентное количе­ство почкующихся клеток составляет 20 х 100/159 = 12,5 (%).

Измерение величин микроорганизмов

Единицей измерения величины микроорганиз­мов служит микрон (мкм), равный 0,001 милли­метра (мм). При измерении пользуются окуляр-микрометром - круглым стеклом с нанесенной на него шкалой (каждый миллиметр шкалы разделен на 10 делений). Стекло накладывают на диафрагму окуляра так, чтобы сторона с делениями оказалась вверху. Для тарирования значений одного деления окуляр-микрометра используют объект-микро­метр, который помещают на столик микроскопа и рассматривают как препарат. Объект-микрометр представляет собой стеклянную пластинку со шка­лой, одно деление которой равно 0,01 мм (или 10 мкм). На рис. 3 показано поле зрения микроскопа со шкалами окуляр-микрометра и объект микро­метра. По совпадению делений обоих шкал уста­навливают масштабный коэффициент для опреде­ления истинного значения одного деления окуляр-микрометра. На рисунке с делениями объект-мик­рометра совпали деления окуляр-микрометра №2 и №8, или 30 делений окуляр-микрометра совпали с 5 делениями объект микрометра (составляющими 50 мкм). Таким образом, одно деление окуляр-микрометра примерно равно 1,67 мкм (50/ 30=1,666...). Если вместо объект-микрометра на столик микроскопа поместить препарат с живыми дрожжами, можно определить их видимые разме­ры (длину и ширину), рассматривая препарат в те же объектив и окуляр и с тем же выдвижением ту­буса. Для этого необходимо установить, какому числу окулярных делений соответствует величина измеряемого объекта, и затем это число умножить на полученное значение масштабного ко­эффициента (в нашем случае равным 1,67 мкм). Полученные результаты измерений не поддаются математической обработке в соответствии с теори­ей эксперимента, однако они дают представление о размерах изучаемых микроорганизмов.

Подсчет количества клеток

Для подсчета количества дрожжевых клеток пользуется счетной камерой Горяева представляющей собой толстое предметное стекло с нанесенными на него поперечными прорезями. которые образуют три поперечно расположенные

Рис. 3. Шкалы объект-микрометра и объектив микрометра для измерения величин микроорганизмов под микроскопом

площадки. Средняя из них разделена на две части, на каждой из которых выгравирована сетка (см. рис. 5) площадью 9 мм 2 , разделенная на 225 больших квадратов площадью 0,04 мм 2 каждый (15 рядов по 15 квадратов) и 400 малых квадратов площадью 0,0025 мм 2 каждый (каждый третий ряд больших квадратов в горизонтальном и вертикаль­ном направлении разделен на 16 малых квадратов). Средняя площадка предметного стекла опущена на 0,1 мм относительно двух других площадок, на ко­торые накладывают специальное шлифованное по­кровное стекло размером 18x18 мм, что обеспечивает создание камеры для дрожжевой суспензии. Количество клеток определяют в соответствии с формулой О = А х К 1 х К 2 х В, где В количество клеток в 1 мл суспензии, шт/мл; А количество клеток в 80 малых квадратах, шт.; К., коэффици­ент глубины камеры (при глубине камеры 0.1 мм

Рис. 4. Камера Горяева: 1 - предметное стекло; 2 - специальное покровное стекло; 3 - камера для дрожжевой суспен­зии; 4, 6 - площадка для покровного стекла; 5 - сетка для подсчета дрожжевых клеток; 7 - прорезь для введения дрож­жевой суспензии

К 1 = 10; при глубине камеры 0,2 мм К 1 = 5); К 2 -коэффициент пересчета объема, 1/мл (К 2 = 5000 1/ мл); В - коэффициент разбавления пробы (для дрожжей В=10). При подсчете дрожжевых клеток в камере Горяева с глубиной 0,1 мм и десятикрат­ным разбавлением дрожжевой суспензии В = 5 х 10 4 А х В.

В зрелых дрожжах и сбраживаемом сусле (во время главного брожения) количество дрожжевых клеток превышает 80 млн шт/мл.

Подсчет процентного количества мёртвых клеток в дрожжевой суспензии

Для определения количества мёртвых клеток на предметное стекло наносят по одной капле не фильтрованной дрожжевой суспензии и ра­створа метиленовой сини (1:5000), окрашиваю­щей мертвые клетки в синий цвет. Каплю зак­рывают покровным стеклом, излишек жидкости собирают листком фильтровальной бумаги и че­рез 2 мин микроскопируют. В поле зрения мик­роскопа считают общее количество дрожжевых клеток, затем только синие, после чего препарат передвигают и подсчет ведут в новом поле зре­ния. Таким образом подсчитывают общее коли­чество клеток в пяти полях зрения. После подсчета вычисляют количество мертвых клеток в процентах. В зрелых дрожжах количество мёртвых клеток не должно превышать 1%. Пример. Всего в пяти полях зрения обнаружено 43+45+39+42-40=209 дрожжевых клеток, в т. ч. окрашенных в синий цвет 1 +0+0+0+1=2. Процентное количество мёрт­вых клеток составляет 2 х 100/209 = 0,96 (%).

Рис. 5. Сетка для подсчета дрожжевых клеток в камере Горяева: 1 - большой квадрат; 2 - малый квадрат

Определение содержания гликогена в дрожже­вых клетках

При нормальной технологии в дрожжах накап­ливается гликоген, когда 2/3 сахара сусла сброжены и дрожжи пригодны для использования в про­изводстве. Для определения количества гликогена в дрожжевых клетках на предметное стекло нано­сят каплю нефильтрованной дрожжевой суспензии и 2 капли 0,5%-ного раствора йода (0,5 г йода и 1 г KJ на 100 мл воды), капли смешивают, накрывают покровным стеклом, отбирают излишек жидкости листком фильтровальной бумаги и микроскопируют. При соотношении дрожжевой суспензии и ра­створа йода 1:2 через 2-3 мин клетки окрашивают­ся в светло-желтый цвет, а гликоген - в коричне­вый. Применять более крепкий раствор йода, чем 1%-ный, нельзя, так как он окрашивает в коричне­вый цвет не только гликоген, но и всю клетку. У зрелых дрожжей гликоген занимает от 1/3 до 2/3 клеток.

Определение бактериальной инфекции

Для определения процентного содержания бак­териальной инфекции (в первую очередь молочно­кислых бактерий) из пробы дрожжей берут одну каплю дрожжевой суспензии без твердых включе­ний и помещают ее на предметное стекло, куда до­бавляют одну каплю дистиллированной воды. Обе капли смешивают и накрывают предметным стек­лом, удаляя излишек жидкости листком фильтровальной бумаги, и микроскопируют. По­скольку производственные дрожжи ведут в нестерильных условиях по методу естественно чис­той культуры, то в них всегда можно обнаружить некоторое количество бактерий. При нормальной технологии в сернокислых дрожжах в поле зрения микроскопа (с объективом х40 и окуляром х7 и бо­лее) находят от 1 до 3 клеток бактерий, среди кото­рых обычно не бывает подвижных форм. Наличие в поле зрения микроскопа большего количества бактерий говорит о нарастании кислотности в про­изводственных дрожжах или в сбраживаемом сус­ле. Спороносные подвижные формы бактерий при закисании дрожжевого затора обычно не развива­ются вследствие накопления этилового спирта.

Внешний вид дрожжевых клеток

Покоящиеся дрожжи чистой культуры, моло­дые, зрелые, старые, голодающие и мертвые клетки можно определить по их размерам и форме, строению и внутреннему содержимому.

Размер и форма дрожжевых клеток

В среднем размеры клеток дрожжей расы XII составляют 6x9 мкм, однако в зависимости от ус­ловий среды, возраста и условий развития (кислот­ность, доступ кислорода и т.п.), их фактические размеры имеют отклонения в большую и меньшую стороны. Формы дрожжей одной расы определя­ются, в основном, условиями развития. Клетки им­еют овальную форму при культивировании на зер­новом сусле; при росте на твердой среде все расы дрожжей дают более или менее вытянутые клетки; несколько удлиненную форму имеют также дрож­жи в момент интенсивного развития.

Строение и внутреннее содержимое клетки

При микроскопическом анализе дрожжевых клеток следует обращать внимание на толщину оболочек; вид цитоплазмы; наличие в клетки ваку­олей и гликогена; количество в популяции мёртвых клеток. У молодых клеток толщина оболочки мало заметна, а у старых выступает в виде хорошо видимого ободка, который при дальнейшем старении становится двуконтурным. Вид цитоплазмы может быть однородный или зернистый. Зернистость большей частью характерна для старых, больных и развивавшихся в ненормальных условиях (высокая температура или перемена температур, высокая кислотность, инфекция) клетках. Отставание ци­топлазмы от оболочки клетки бывает при плазмо­лизе или свидетельствует о разрушении клетки. Количество гликогена в дрожжах непостоянно и зависит от их возраста. Наибольшее количество гликогена накапливается у зрелых дрожжей.

Вид дрожжевых клеток под объективом микроскопа в зависимости от их возраста

Внешний вид и содержи­мое клеток	Возраст дрожжевых клеток
	Покоящиеся (чистая культура)	Молодые (незрелые)	Зрелые	Перезрелые (старые)	Голодающие	Мертвые
	Овальная	Овальная	Овальная	Клетки съеживаются	Клетки съеживаются
Размер			Крупные	Уменьшаются в размерах	Уменьшаются в размерах
Почкующиеся клетки	Нет или единичные	Почкуется 10 %	Почкуется 10 %	Нет или единичные
Оболочка	Очень тонкая	Очень тонкая	Четко очерченная	Толстая или двуконтурная	Толстая или двуконтурная	Расплывается и распадается
Цитоплазма	однородная	Нежная и однородная	Неоднородная или зернистая	Сильно зернистая	Сильно зернистая	Комковатая
Вакуоли				Иногда занимает всю клетку
Гликоген	В единичных клетках	Занимает меньше 1/4 клетки или отсутствует	Занимает от 1/3 до 2/3 клетки	В небольших количествах	Отсутствует	Отсутствует

Вид дрожжевых клеток в зависимости от возраста

У молодых дрожжей оболочка очень тонкая, цитоплазма нежная и однородная. Вакуолей нет или видны малые вакуоли у небольшого количе­ства клеток. Гликоген в единичных клетках. Зрелые дрожжи имеют четко очерченные оболочки. За­метно 10-15% клеток с почками. В цитоплазме вид­на неоднородность, зернистость, появляются средние по величине вакуоли, в клетках содержится много гликогена. Количество мёртвых клеток не превышает 1%. У перезрелых дрожжей отчетливо видна толстая оболочка при сильной зернистости цитоплазмы. Большие вакуоли занимают почти всю клетку. Если дрожжам не хватало питательных ве­ществ, то клетки уменьшаются в размерах. Почку­ются единичные клетки. Процент мёртвых клеток по мере старения прогрессивно увеличивается.

Оболочки голодающих дрожжей толстые (у неко­торых клеток оболочки имеют переменную то­лщину), их содержимое зернисто. Клетки умень­шаются в размерах, съёживаются, немного удлиняются. Вакуоли отсутствуют, гликогена нет. Отми­рание и разрушение дрожжей происходит в не­сколько стадий. Цитоплазма становится комкова­той, но прилегает к хорошо видимой оболочке. За­тем оболочка расплывается и распадается. Прото­плазма становится ещё более зернистой и распада­ется на мелкие части. Иногда оболочка остаётся, но протоплазма отстаёт от неё, собирается комком в центре, клетка удлиняется, принимает непра­вильную форму и разрушается. В таблице приведе­ны данные о внешнем виде дрожжевых клеток в зависимости от их возраста.

Внешний вид дрожжевых клеток при дрожжегенерации

При пуске завода (при освоении производства, в начале сезона или при инфицировании оборудова­ния) дрожжи готовят из чистой культуры, поступа­ющей на завод в пробирке. Разведение чистой культуры производят путем последовательного пе­реноса клеток из пробирки в колбу емкостью 500 мл, затем в пятилитровую бутыль и маточник, от­куда дрожжи поступают в дрожжанку, где приго­тавливают производственные дрожжи.

Чистая культура дрожжей

На рис. 6 приведено изображение поля зрения микроскопа с дрожжевыми клетками, перенесен­ными из пробирки с чистой культурой в колбу с суслом. Оболочки клеток очень тонкие, цитоплаз­ма нежная и однородная, вакуолей нет. В поле зре­ния микроскопа нет молочнокислых бактерий, что говорит о хорошем качестве чистой культуры дрожжей. На рис. 7 дрожжи из колбы 500 мл после 24 ч роста. Тонкие оболочки, однородная цитоп­лазма клеток и отсутствие в ней вакуолей говорят о молодости дрожжей. Отсутствие молочнокислых бактерий в поле зрения микроскопа и большое ко­личество делящихся клеток (более 15%) ещё раз подтверждают хорошее качество чистой культуры.

Производственные дрожжи

Качество дрожжей перед передачей их в произ­водство определяют по количеству почкующихся клеток, наличию в дрожжах молочнокислых бак­терий, количеству мёртвых клеток, упитанности дрожжей (количество гликогена в клетках), коли­честву клеток в 1 мл дрожжей. На рис. 8-11 при­ведены изображения полей зрения микроскопа с пробами зрелых дрожжей из одной дрожжанки при определении их качества перед передачей в производство.

На всех изображениях крупные клетки овальной формы с четко очерченными оболочками и зернистой цитоплазмой. Почкуется более 10% клеток, а в поле зрения микроскопа не более 3 клеток молочнокислых бактерий (см. рис. 8). Количество мёртвых клеток не превышает 1% (см. рис. 9). Содержание гликогена говорит об упитанности дрожжей (см. рис. 10). Количество дрожжевых клеток составляет 120 млн. шт./мл (см. рис.-11). На основании проведенного анализа можно сделать только один вывод: дрожжи в дрожжанке хорошего качества и их можно передавать в производство.

В некоторых случаях происходит инфицирование дрожжей, в первую очередь молочнокислыми бактериями. На рис. 12 приведено изображение поля зрения микроскопа с пробами зрелых инфи­цированных дрожжей. Крупные клетки овальной формы с четко очерченными оболочками и зернис­той цитоплазмой. Почкуется значительное количе­ство клеток, однако в поле зрения микроскопа больше 3 клеток молочно кислых бактерий. Подоб­ные дрожжи не пригодны для использования в про­изводстве.

При остановке спиртовых заводов (отсутствие сбыта готовой продукции или капитальный ре­монт) дрожжи хранятся при температуре 10...12°С в течение нескольких месяцев. На рис. 13 приведе­но изображение поля зрения микроскопа с пробой захоложенных дрожжей из дрожжанки, которые хранились при температуре 7... 10 °С в течение 45 сут. Дрожжевые клетки различаются по размерам и форме. Одни клетки имеют овальную форму и гон­кие оболочки с однородной цитоплазмой, как мо­лодые или зрелые клетки. Другие клетки потеряли форму, оболочки толстые переменной толщины, цитоплазма сильно зернистая, что позволяет отнес­ти их к голодающим и перезрелым клеткам. Захоложенные дрожжи применяют в производстве. На рис. 14 приведено изображение поля зрения микро­скопа с пробой зрелых дрожжей из дрожжанки, при выращивании которых использовали захоложенные дрожжи. Клетки крупные, овальной формы, с четко очерченными оболочками и зернистой цитоплазмой. Некоторые клетки почкуются, коли­чество клеток молочнокислых бактерий не превышает нормы. Две клетки имеют разрушенные обо­лочки. По всей вероятности, это остатки клеток за­холоженных дрожжей. Дрожжи пригодны для ис­пользования в производстве.

Рис. 6. Чистая культура дрожжей

Рис. 7. Чистая культура дрожжей спустя 1 сутки

Рис. 8. Зрелые дрожжи из дрожжанки

Рис. 9. Зрелые дрожжи (подсчет процентного количества мертвых клеток)

Рис. 10. Зрелые дрожжи (определение упитанности дрожжей)

Рис. 11. Зрелые дрожжи (подсчет количество клеток в одном миллилитре дрожжей)

Рис. 12. Зрелые инфицированные дрожжи

Рис. 13. Зрелые дрожжи из дрожжанки после 45-суточного хранения при температуре 7.. .12 °С

Рис. 14. Зрелые дрожжи из дрожжанки, выращенные из захоложенных дрожжей

Внешний вид дрожжевых клеток при сбраживании сусла

При сбраживании сусла проведение микроскопического анализа целесообразно в случае нараста­ния титруемой кислотности бражки при брожении более чем на 0,2 °К (закисании бражки). На рис. 15 приведено изображения поля зрения микроскопа с пробой из закисшего бродильного чана (периоди­ческая схема сбраживания сусла, 72 ч брожения). Поскольку сбраживание сусла окончено, то анализ внешнего вида и внутреннего содержимого дрож­жевых клеток не дает результата. Большое количество молочнокислых бактерий в поле зрения мик­роскопа говорит о бактериальном закисании бродильного чана.

Рис. 15. Инфицированная бражка из бродильного чана

В настоящее время спиртовые заводы применя­ют несколько технологических схем производства спирта из зерна, отличающихся температурой теп­ловой обработки сырья: с использованием аппара­тов типа «Генц» - до 165 °С; агрегатов непрерыв­ного разваривания (Мичуринская схема) - до 150 °С; аппаратов гидродинамической обработки заме­са - до 95 °С. Помимо этого спиртовые заводы при­меняют различные осахаривающие материалы: солод; неочищенные ферментные препараты, получа­емые в условиях спиртового завода; очищенные ферментные препараты, производимые специализированными биохимическими заводами. Способы тепловой обработки замеса и исполь­зуемые ферментные препараты влияют на все технологические показатели, в т. ч. на показатели при­готовления дрожжей и сбраживания сусла. В атласе даны рекомендации по использованию микроско­пического анализа при производстве спирта из зер­на с применением аппаратов гидродинамической обработки замеса, очищенных ферментных препаратов и сернокислых дрожжей.

Инфицирование чистой культуры дрожжей

Микроскопический анализ пробы дрожжей из пробирки с чистой культурой или колбы после 20 ч роста показал наличие в полях зрения микроскопа молочнокислых бактерий. Чистая культура дрож­жей инфицирована (как правило, это происходит при длительном хранении в условиях высоких тем­ператур). Необходимо поменять чистую культуру дрожжей. При повторном выявлении инфекции в чистой культуре целесообразно поменять постав­щика чистой культуры дрожжей.

Инфицирование производственных дрожжей

Микроскопический анализ пробы зрелых дрож­жей из дрожжанки показал наличие в поле зрения микроскопа более 3 клеток молочнокислых бактерий, что говорит об инфицировании зрелых дрож­жей. Инфицирование дрожжей происходит в ре­зультате следующих основных причин: использо­вание некачественного зерна; применение воды из открытых водоемов (особенно в теплое время года); использование некачественных ферментных препаратов; некачественная мойка и стерилизация оборудования и трубопроводов; нарушения регла­ментных показателей приготовления дрожжей; эк­сплуатация устаревшего оборудования на заводе.

В себестоимости спирта стоимость зерна зани­мает 40-60% и использование дешевого зерна улучшает экономические показатели производ­ства. Однако при применении некачественного сы­рья возникают потери спирта в результате инфицирования. Целесообразно использовать зерно с ка­чеством не ниже первой степени дефектности: зер­но, вышедшее из стадии покоя; проявляющее уси­ленные физиологические процессы (дыхание), способствующие жизнедеятельности микроор­ганизмов; имеющее солодовый или гнилистый за­пахи, однако пригодное для производства. При не­обходимости переработки некачественного зерна температуру тепловой обработки замеса следует повысить до 130...135 °С.

При применении воды из открытых водоемов в теплое время года температуру тепловой обработ­ки замеса можно повысить до 130...135 °С. Пред­почтительно использовать воду питьевого качества из водопровода или артезианской скважины. Целе­сообразно применять способы обеззараживания воды или замеса путем их обработки магнитными и другими излучениями, используемыми в пище­вой и медицинской промышленностях при обра­ботке продуктов питания и медицинской техники.

Если не удается найти источник инфицирования зрелых дрожжей, то проверяют ферментные препа­раты на их бактериальную зараженность. В первую очередь инфицированными оказываются ферменты. производимые в условиях спиртовых заводов и нео­чищенные (в жидком виде) транспортируемые автомобильным или железнодорожным транспор­том (особенно в жаркое время года). При инфици­ровании ферментных препаратов их заменяют на качественные и меняют поставщика ферментов.

Мойку оборудования при дрожжегенерации осуществляют щетками и водой из шлангов (дав­ление 3-4 кг/см 2) с последующей стерилизацией паром. Расход пара составляет 10-12 кг на 1 м дрожжанки при 30-минутном пропаривании. Мой­ку трубопроводов проводят различными моечными растворами с последующей стерилизацией паром. Наиболее сложные для мойки и стерилизации внутренние змеевики. Змеевики охлаждения дрожжанок целесообразно заменить на рубашки охлаж­дения, а мойку внутренней поверхности проводить теплой водой поддавление 120-150 кт/см: с использованием очистителей высокого давления. Наибольший эффект от применения подобных очи­стителей достигается при мойке сварных стыковых и угловых швов внутри оборудования, а также при мойке внутренней поверхности дрожжанок с кор­розионными раковинами. Использование очистите­лей позволяет уменьшить расход пара и моющих растворов, а также исключить ручной труд при мойке внутренних поверхностей оборудования ще­тками.

Мойку и стерилизацию трубопроводов осуще­ствляют в соответствии с регламентом. Наиболее затруднительны мойка и стерилизация теплооб­менников типа «труба в трубе», охлаждающих осахаренную массу с 52...60 °С (в зависимости от ис­пользуемых ферментов) до 22...28 °С (в зависимос­ти от применяемых дрожжей), особенно если часто происходит остановка насосов, перекачивающих замес в осахариватель, что приводит к задержке массы в теплообменнике. Теплообменник типа «труба в трубе» целесообразно заменить на пластинчатый теплообменник, который в десятки раз меньше по габаритам, изготовлен из нержавеющей стали и его легко мыть в разобранном состоянии и стерилизовать.

При приготовлении дрожжей необходимо при­держиваться показателей технологического регла­мента. Наиболее трудно обеспечить подачу в змее­вики дрожжанок достаточного количества воды (особенно в теплое время года) и без задержек передавать зрелые дрожжи в бродильный чан. Замена охлаждающих змеевиков на рубашку охлаждения позволяет в несколько раз увеличить поверхность охлаждения дрожжанки и при нехватке холодной воды достичь охлаждения дрожжевой массы до не­обходимой температуры. Имея значительную по­верхность охлаждения в дрожжанках можно до­биться своевременной подачи дрожжей в броди­льный чан за счет изменения температуры дрожжегенерации. Снижение температуры дрожжегенерации до 25...27 °С обеспечивает увеличение сроков приготовления дрожжей, а увеличение температу­ры дрожжегенерации до 30...32 °С ускоряет приго­товление дрожжей.

В технологии спирта емкостное оборудование, как правило, изготавливают из черной стали с тол­щиной стенок 5-8 мм. Большая толщина стенок по­зволяет использовать дрожжанки и трубопроводы до 25 лет без ремонта. За это длительное время на стенках дрожжанок по различным причинам обра­зуются раковины (коррозия металла, кавитационные процессы в жидкости, усталость металла), которые плохо отмываются и способствуют инфицированию зрелых дрожжей. Необходимо вовремя менять оборудование (один раз в 6-7 лет эксплуа­тации) и, тем самым, исключать очаги инфицирования дрожжей.

Недостаточная упитанность дрожжевых клеток

Микроскопический анализ пробы зрелых дрож­жей из дрожжанки показал, что гликоген в клетках занимает менее 1/4 внутреннего содержимого, а клетки дрожжей уменьшились в размерах. Указан­ное говорит о том, что дрожжи или не дозрели и их рано передавать в производство или они перестоя­ли и клеткам необходимо дополнительное питание. В первом случае достаточно увеличить время дрожжегенерации. Во втором целесообразно про­верить продолжительность гидродинамической об­работки зернового замеса (полноту заполнения ап­парата гидродинамической обработки замеса в со­ответствии с регламентом), от чего зависит количе­ство растворимых сухих веществ сырья и, в осо­бенности, растворение белков зерна, поскольку не­достаток азотистого питания снижает бродильную активность дрожжей; правильность дозирования ферментов в осахаривателе. При недостатке азотистого питания можно, использовать карбомид, ко­торый учитывается и дозируется, исходя из содер­жания в нем азота.

Повышенное количество мертвых клеток

Микроскопический анализ пробы зрелых дрож­жей выявил, что содержание мёртвых клеток пре­вышает 1% от общего числа дрожжей. Сверхнор­мативное отмирание дрожжевых клеток происхо­дит при повышении температуры во время дрож­жегенерации выше регламентной (30 °С) или при повышении кислотности дрожжевого сусла (выше 1,1 °К). Целесообразно проконтролировать выпол­нение регламентных показателей дрожжегенера­ции.

Уменьшенное количество клеток в 1 мл дрожжей и недостаточное количество почкующихся клеток

Подсчет количества дрожжевых клеток под микроскопом показал, что их содержание в дрож­жах 80 млн шт/мл, а подсчет количества почкующихся клеток выявил, что в поле зрения микроскопа менее 10% почкующихся дрожжей. Необходимо проверить выполнение всех регламен­тных показателей, качество зерна, ферментов, сер­ной кислоты (определить наличие в ней мышьяка). Следует заменить некачественное сырьё и вспомо­гательные материалы.

Инфицирование сбраживаемого сусла

Микроскопический анализ пробы сбраживаемо­го сусла показал наличие большого количества мо­лочнокислых бактерий. Следует ожидать уменьшение выхода спирта из 1 тонны зерна, поскольку пита­тельные вещества сырья перерабатываются бакте­риями в молочную кислоту. Причинами инфицирования бражки могут быть: нарушение регламентных показателей при брожении; необоснованное увеличение времени сбраживания сусла, когда ко­личество несброженных углеводов в бражке со­ставляет менее 0,65 г/100 мл (при гидродинамичес­кой обработке замеса после 48-60 часов сбраживания), а бражка продолжает выдерживаться в бродильном чану до 72 часов; недостаток охлаждающей воды.

При нарушении регламентных показателей сбра­живания сусла и необоснованном увеличении вре­мени сбраживания достаточно провести организа­ционные мероприятия, обеспечивающие техноло­гическую дисциплину на предприятии. При недо­статке охлаждающей воды необходимо осуще­ствить технические мероприятия. Применение ру­башек охлаждения вместо змеевиков позволяет в несколько раз увеличить поверхность охлаждения бродильных чанов, что значительно снижает потребление воды. На заводах, применяющих для ох­лаждения бражки выносные теплообменники типа «труба в трубе», целесообразно заменить их на пластинчатые теплообменники, что позволит более эффективно охлаждать бражку не изменяя темпе­ратуру охлаждающей воды. Недостатки охлажда­ющей воды можно возместить снижением ее тем­пературы, путем внедрения градирен и холодиль­ных установок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При производстве спирта основным компонен­том технологии служат дрожжи, требующие боль­шого внимания и ответственного отношения обслуживающего персонала, что возможно только при помощи микроскопического анализа как от­дельных клеток, так и дрожжевой популяции в це­лом. По внешнему виду клеток можно определить физиологическое состояние дрожжей и внести коррективы в технологию. Авторы считают, что приведенные в настоящем атласе изображения дрожжей под микроскопом облегчат работу обсл­живающего персонала спиртовых заводов при раз­ведении чистой культуры дрожжей, дрожжегенерации и сбраживании сусла.

Литература

1. ГУ 9182-160-00008064-98. Чистая культура дрожжей. Расса XII.

2. Павлович С.А. Медицинская микробиология. -Минск: Вышейшая школа, 1997. 133 с.

3. Яровенко и др. Технология спирта. -М.: Колос, 1996. 464 с.

4. Терновский Н^С. и др. Ресурсосберегающая технология в производстве спирта. -М.: Пи­щевая промышленность, 1994. 168 с.

5. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. -М.: Мир, 1987. 411 с.

6. Рухлядева А.П. и др. Инструкция по технохимическому и микробиологическому контро­лю спиртового производства. -М.: Агропромиздат, 1986. 399с.

7. Бачурин П.Я., Устинников Б.А. Оборудование для производства спирта и спиртопродуктов. -М.: Агропромиздат, 1985. 344 с.

8. Берри Д. Биология дрожжей. -М.: Мир, 1985. 95 с.

9. Коновалов С.А. Биохимия дрожжей. -М.: Пищевая промышленность, 1980. 272 с.

10. Селибер Г.Л. Большой практикум по микробиологии. -М.: Высшая школа, 1962. 420 с.

Спиртовое брожение — фундамент и начало всех напитков содержащих алкоголь, будь то вино, виски или пиво. Основа этого самого фундамента - сырье, вода и дрожжи. В этой статье мы расскажем о различных видах винных дрожжей, используемых в домашнем и промышленном виноделии. Рассмотрим, какие бывают дрожжи - дружественные, помогающие развивать богатство и разнообразие вин, и вражеские для винодела, угнетающие и портящие не только само вино, но и заражающие целые винодельни вместе с оборудованием.

Спиртовое брожение (оно же “ферментация”) - биохимический процесс, осуществляемый дрожжами, идеальным результатом которого является преобразование сахаридов (в основном, сахарозы, глюкозы и фруктозы) в этиловый спирт (основной продукт), углекислый газ и множество химических микроэлементов (нужных и не нужных, вредных и полезных побочных продуктов).

Дрожжи - микроскопические одноклеточные грибки. Cовременная микробиология разделяет их на более, чем полторы тысячи видов и еще тысячи подвидов, а уже они в свою очередь могут воспроизводить множество вариаций - в зависимости от результатов контролируемых и не контролируемых мутаций и перерождений (вы наверняка с этим сталкивались сами, если использовали одни и те же дрожжи по несколько раз, размножая их самостоятельно).

Человек еще с древних времен взял на вооружение спиртовое брожение, но пищевая промышленность и наука до сих пор открывают все новые и новые возможности и особенности использования дрожжей для производства этилового спирта. Множество усилий сконцентрировано именно в развитии рынка виноделия и микробиологии связанной с ним, это целая отрасль - энология. Энология занимается изучением и выведением бактерий, разработкой ферментов, исследованием и воспроизводством дрожжей обладающих нужными для виноделов качествами, позволяющие производить множество вин и винных напитков, открывая все новые грани и вкусы, а также сохраняя старые и редкие, ставшие историческим достоянием человечества.

Основные виды дрожжей (сахаромицетов - именно они друзья всех алковаров — виноделов, пивоваров и самогонщиков), используемых в производстве алкогольных напитков (в том числе в домашних условиях).

Таблица для наглядности. Здесь представлены некоторые расы дрожжей, вариации которых (разные штаммы одного и того же вида), популярны в промышленном (а некоторые и в домашнем) виноделии. Обратите внимание, что выбор конкретной расы обусловлен в том числе и условиями брожения. Некоторые рекомендуемые для виноделия расы винных дрожжей приведены в таблице (некоторые их иностранные аналоги доступны к покупке в нашем магазине).

«Saccharomyces cerevisiae» (Сахаромицес церевизия) — наиболее распространенный, разнообразный и "прирученный" вид дрожжей на данный момент в мире. Именно различные расы этого типа сахаромицета являются лидерами в сфере хлебопекарных, винных, пивных и спиртовых дрожжей. Они настолько разнообразны, а сферы их применения широки, что заслуживают отдельной статьи. К сожалению, не всегда в диком виноделии попадаются именно они, а учитывая что среди сахаромицетов церевизия существуют сотни подвидов негативно (в той или иной степени) влияющих на вино, то вероятность "удачного заражения" становится еще ниже, но не отсутствует;

«Saccharomyces vini» (Сахаромицес вини) - преимущественно они обитают на спелых (а особенно на поврежденных) ягодах винограда и в соках (незакрытых от внешнего воздействия). Нередко их можно обнаружить и в почве, в пищеварительной системе насекомых (особенно дрозофил, ос и пчёл), а также внутри винодельческого производства (в том числе и домашних виноделен) - на стенах, посуде и оборудовании. Однако, в домашнем виноделии они используются очень ограниченно, могут давать много нежелательных эффектов - например, помутнения вина и образования взвеси;

«Saccharomyces oviformis» (Сахаромицес овиформис) - чаще всего использование этой расы в виноделии может приносить пользу. Их используют для сбраживания сусла с высоким содержанием сахара, они хорошо подходят для производства сухих вин. Современные представители этой расы дрожжей имеют популярность в производстве шампанских вин.

Есть и отечественные расы: “Ленинградская”, “Киевская”. К недостаткам использования этих штаммов могут относиться - возобновление брожения в готовом вине (чаще всего полусладкого, но не только), а также помутнение и образование позднего осадка. Наиболее продуктивно использовать данные штаммы для производства Хереса - крепленого вина. Заточенные для этого представители (разновидность под названием “Oviformis Cheresiensis ”) - “Херес 96-К” и “Херес-20-С” - однако, они очень стремительно генерируют пленку на крепком вине (16-17% об.).

«Saccharomyces bayanus (uvarum)» (Сахаромицес баянус уварум) - чаще всего их можно встретить в плодовых винах и соках. Это очень неторопливые дрожжи - развиваются медленно, мутацию сложно контролировать из-за сложно-отличимых для современного уровня контроля микробиологических процессов в домашнем виноделии. Они не являются дрожжами с высокой степенью аттенюации (спиртообразования), однако имеют редкую особенность - повышенную устойчивость и сопротивление холоду. Что касается продуктов брожения - они почти идентичны тому, что набраживает вышеупомянутый штамм дрожжей S. Vini . Особенности - многие (но не все) расы этой разновидности способны образовывать плотнейший (не поддается взмучиванию) дрожжевой осадок, пена почти полностью отсутствует, дают повышенное содержание глицерина. Из наиболее популярных рас - “Новоцимлянская 3”, пока она почти недоступна для домашнего виноделия, но отлично себя зарекомендовала для производства полусладких вин.

Но далеко не все дрожжи одинаково полезны. Далее рассмотрим несколько опасных и подлых врагов виноделов - дрожжей, обладающих совсем недружелюбными свойствами.

«Pichia»/«Hansenula»/«Candida» и другие пленчатые — серьезные враги, вредители и виновники неудавшихся вин (особенно при использовании диких дрожжей). Главная их особенность - образование пленки на поверхности вина, особенно при аэробных условиях (гидрозатвор (водяной затвор) в помощь). Клетки этих зловредных дрожжей имеют нестабильную форму - встречаются эллиптические, овальные, колбасо- и булаво-видные формы и непропорционально удлиненные. Некоторые из них (Pichia и Hansenula) образуют споры, другие же - размножаются почкованием. Эти расы способны с высокой скоростью сбраживать винное сусло, окисляя его. Некоторые из них не могут набраживать достаточное для современного вина спирта, например, Hansenula - дает всего до 5% этанола.

В правильно подготовленном сусле они как правило не представляют опасности, т.к. содержатся в небольшом количестве. Если вы соблюдаете технологические условия подготовки и хранения виноматериалов (герметичность, стерильность материала и окружающей атмосферы), из которых будет сделано вино - опасаться нечего. Но вот при плохой подготовке (начинающие/незнающие виноделы любят не мыть виноград (не зная его микрофлору), использовать не подготовленную воду и тару) - штамм быстро начинает размножаться на поверхности. Это приводит к созданию уже на 2-3 сутки (иногда позже) глянцевой, а потом и складчатой (пупырчатой) пленки, которая может быть в широком цветовом диапазоне - от белого и мутно-прозрачного до серого цветов.

Если вино вдруг заразилось, то пленка это не самое худшее. Образование пленки означает новый этап сбраживания - сбраживание с окислением сахара. В процессе, обязательно образуются не только этиловые, а амиловые и бутиловые спирты, а также уксусные, масляные, янтарные кислоты и разнообразные эфирные соединения этих кислот. В результате чего, сусло получает характерный очень неприятный запах. Особенно велика вероятность, если вы используете мезгу - тогда для рас типа Pichia/Hansenula наступают наиболее благоприятные условия (поэтому мы рекомендуем для производства чачи использовать не винные, а более сильные фруктово-спиртовые дрожжи, которые способны нивелировать этот процесс).

Некоторые пленчатые дрожжи (часто встречающиеся в диком брожении - могут быть наоборот, очень спиртоустойчивыми (а еще и сульфито-устойчивыми), что поначалу нравится некоторым незадачливым виноделам. Они могут комфортно себя чувствовать даже при содержании спирта в 14% об. и 400-500 мг/л SO2. По этой же причине, в столовых винах (к которым есть доступ кислорода) они будут чувствовать себя очень комфортно, постепенно образовывая различные примеси которые приводят к порче вина (особенно домашнего и недопитого вина без консерванта). Они очень стремительно восстанавливают сульфаты и сульфиты, генерируя при этом большое содержание сероводорода и различных серных соединений, это является причиной неприятного тухлого запаха.

Цвель - одна из самых частых болезней вина дающих неприятный внешний вид (осадки, взвесь, островки, помутнение) и неприятный запах, зачастую появляется благодаря наличию в сусле активных дрожжей вышеупомянутых рас и пород. К тому же, они являются злейшими врагами производства сухих вин, шампанского и хереса - будьте осторожны!

Развитие и размножение злокачественных дрожжей в вине можно предотвратить ограничив доступ кислорода к нему (опять же, гидрозатвор) и установив правильные условия для хранения виноматериала - низкие температуры, а сами емкости должны быть заполнены полностью - не оставляя большого количества свободного пространства. Иногда может потребоваться своевременный долив - не стоит этим пренебрегать.

«Zygosaccharomyces» - еще один представитель зловредной (для винодела) микрофлоры. Эта раса дрожжей очень осмофильна - они прекрасно себя чувствуют в чрезвы чайно сладком сусле, развиваются даже при содержании сахара в 60 и даже 80 грамм на 100 мл. (вакуумное брожение сусла, различные домашние заготовки - мед, джемы, варенье). Они вызывают процесс ферментации в таких экстремальных условиях (представьте, какой это гидромодуль невероятный) и тем самым кардинально портят продукт. Что парадоксально, этот штамм не очень-то и спиртоустойчивый - образовывают в среднем не более 10-11% спирта, при этом бродят крайне долго, но за это время успевают полностью испортить некогда пригодный материал/продукт. Однако, современная наука нашла и им применение, правда ограниченное - “Расы Виерул, Май-копская, Краснодарская 40” - могут использоваться для снижения кислотности в очень кислом сусле, т.к. перерабатывают материал в основном путем брожения, а не окисления (как остальные зловредные).

«Saccharomycodes» - очередные вредители древнего и современного виноделия. Это сложные дрожжи, которые обладают крупной формой и неустойчивым типом размножения - могут и делиться и почковаться. Они обладаются спиртоустойчивостью до 12% (а по некоторым сообщениям и до 14%), а само сусло обогащают уксусно-этиловым эфиром, что губительно сказывается на выживаемости чистых культур дрожжей и могут вызывать различные побочные явления (например, внезапное возобновление брожения).

«Saccharomycodes ludwigii» - могут вызывать возобновление брожения даже высокосульфитированного сусла (не все консерванты являются панацеей). Также выдерживают очень высокое содержание SO2 в готовом вине и сусле.

«Hanseniaspora» (апикулятус) - чрезвычайно распространенные дрожжи, которые могут быть представлены как в виде спорогенов (Hanseniaspora apiculata) и аспорогенных грибов (Klocker apiculata). Если плод поврежден - очень вероятно, что они уже там, не брезгуют соками и крупными фруктами (да и мелкими тоже, просто чуть реже). Интересный факт: когда виноград созревает, они могут достигать до 99% всех дрожжей, которые там находятся (еще один повод в пользу чистоты - мойте виноград и весь виноматериал!). Сбраживающая способность низкая - всего около 4-7% об. спирта, однако очень много набраживают летучие соединения, уксусно-этиловый эфир, масляные, пропионовые и другие кислоты. Нередко являются причиной того, что сусло или вино (в особенности домашнее) недобродило. Они имеют взрывной рост и очень быстро размножаются в сусле, в несколько раз опережая рост других дрожжей - особенно благородных. Придают вину горечь, массу посторонних и при этом сильных запахов, а также уксусные оттенки. Делали домашнее шампанское или херес и попались “липнувшие" остатки? Это тоже их рук дело. Помочь может сульфитация (иногда повышенная) и длительное отстаивание.

«Torulopsis» - распространенная вредная для виноделия раса, особенно если речь идет о винограде. Они активно выделяются в уже забродившем виноградном соке, которое началось с диких дрожжей (т.н. благородной гнили). Их можно разделить на два основных вида (T. bacillaris и T. Candida). В последние годы встречалась информация о том, что они образуют споры, но в данный момент принято считать, что они размножаются почкованием. Они не часто появляются в вине, зато частый гость в виноградном соке. Способны сбраживать сусло до 12.5% оборотов этилового спирта. В плане биохимии они не так вредны и губительные как остальные дрожжи проявляющие себя при диком брожении, они образуют гораздо меньше зловредных химических элементов, но образуют - слизь. Согласитесь, мало кому будет приятно пить вино, в котором местами попадаются островки напоминающие кисель или что-то еще более склизкое. Они тоже являются осмофилами (им хорошо даже если содержание сахара 60-80 грамм на 100 мл) и любят высокую температуру, а повышение SO2 для них и вовсе не заметно.

«Rhodotorula» - это так называемые “розовые дрожжи”, их так называют из-за характерной окраски. Они не сбраживают сахара, а окисляют их, создавая при этом плотную розовую пленку. Способствуют окислению соков, образованию мути и выпадению в осадок десертных и полусладких (ну и сладких) вин. Интересная особенность - могут питаться парами спирта в воздухе, по этой причине часто оказываются “пойманными с поличным” на стенках виноделен и даже подвалов в виде розовой слизи.

Вместо вывода:

В произ-водственных условиях спонтанное брожение может вызвать нежелательные послед-ствия. Чтобы этого избежать и получить вино хорошего качества, брожение проводят на чистых культурах специально отселекционированных рас дрожжей, вводя их в сусло для направленного протекания процесса. В современном виноделии все же достаточно часто можно наткнуться на нейтральные и подходящие для виноделия дрожжи, они могут не быть истинными (идеальными, как чистые культуры дрожжей), но и не испортят вино. По этой причине нельзя однозначно считать, что спонтанное брожение обязательно приведет к порче вина, однако эта возможность существует всегда и порой эта вероятность может категорически возрастать. Например, если на одной кисти винограда оказываются зловредные киллер-дрожжи, при брожении они способны с огромной скоростью уничтожать чувствительных (1 клетка киллера может погубить в среднем 20 клеток благородных). К тому же, существует зловердно нейтральные (не участвующие во внутривидовой борьбе) расы, которые могут насытить вино лишними химическими соединениями, как правило плохо пахнущими.

Использование диких дрожжей часто чревато недобродом - внезапно сусло перестает "бурлить" или начинается "другое брожение" (пленчатое). Поэтому, если вы категорически используете дикие дрожжи - добавляйте диоксид серы , благородные штаммы как правило устойчивы к сульфитации, а вредные дрожжи - как правило нет (но, к сожалению, не все)

Вкусных всем вин!

Упоминающиеся товары в нашем .