Разработка технологии высокоэффективной реактивации шампанских сухих винных дрожжей

Министерство  образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное 

учреждение  высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ 

Факультет ТПМ

Кафедра «Биотехнология». 

Научно-исследовательская  работа

на  тему:

«Разработка технологии высокоэффективной реактивации шампанских сухих винных дрожжей» 
 

Выполнила: студентка 

группы 07-ТПМ-13

Чемис А.А.

Руководитель: д.б.н., доцент

Мартыненко  Н.Н. 
 

Москва, 2011

Содержание 

Введение……………………………………………………………….…....................…3

1. Литературный обзор……………………………………………………….…….5

1. Технология препаратов АСВД…………………………………….…...……5
1. Исходные культуры дрожжей…………………………….……….….6
2. Сырье для культивирования винных дрожжей…….............................7
1. Основное сырье…………………………………..........................7
2. Дополнительные питательные вещества……………..……....10
3. Ингибиторы роста дрожжей……………………………...…....13
3. Культивирование винных дрожжей, предназначенных для высушивания…………………………………………………………..15
1. Характеристика процессов культивирования в дрожжевом производстве…………………………………………………....15
2. Характеристика процесса культивирования дрожжей, предназначенных для сушки…………………………….…….18
4. Сушка дрожжей…………………………………………......................22
5. Описание действующих технологий получения АСВД……….…...23
6. Научные основы использования препаратов АСД……………..…...27
1. Процессы восстановления………………………………….….27
2. Методы реактивации АСД………………………….…………31
3. Особенности подготовки шампанских АСД…………....…....33

2. Экспериментальная часть……………………………………………..……...…38

2. Материалы и методы……………………………………………………...…38
3. Вывод………………………………………………………………………….41

3. Список используемой литературы………………………………………...…...42

Введение.

     Дрожжи  имеют огромное значение в винодельческом производстве. Еще в 19 веке Пастером, а затем и рядом других выдающихся исследователей, было показано, что дрожжи являются важнейшими факторами, определяющими как качество готового вина, так и эффективность процесса его производства в целом.

     В связи с этим, для получения  вин во многих странах стали использовать чистые культуры дрожжей, позволявшие улучшить процесс брожения, а также подчеркнуть те или иные особенности вина, а то и придать вину совершенно новые ароматические и вкусовые свойства. Тем не менее, традиционно используемая их форма – жидкая разводка имела ряд серьезных недостатков, связанных с длительностью ее приготовления и невозможность хранения.

     В последние годы были созданы новые  формы дрожжей для виноделия, отличающиеся легкостью и удобством  применения, возможностью максимального проявления всех их положительных качеств, и даже придания им новых ценных свойств, позволяющих превратить дрожжи в по-настоящему мощный инструмент для высокоэффективного решения многих серьезных технологических задач в винодельческом производстве.

     Наиболее популярной препаративной формой винных дрожжей являются активные сухие винные дрожжи (АСВД), получаемые культивированием специально селекционированных рас дрожжей на различных питательных средах, содержащих источники углерода, азота, фосфора и других питательных веществ и дальнейшим высушиванием их биомассы.

     Для сухих дрожжей актуальным является усовершенствование технологии их культивирования  и сушки, тщательное изучение всего  имеющегося в мире ассортимента препаратов винных АСД, расширение его за счет создания препаратов на основе отечественных рас дрожжей, оптимизация их практического использования.

      Существует  необходимость в разработке специальных  методов подготовки сухих винных дрожжей к процессу брожения. Практика показывает, что простое внесение сухих винных дрожжей непосредственно в сусло или виноматериал, может привести к гибели значительного количества клеток. В связи с этим, общепризнанно, что этапы обводнения клеток дрожжей (регидратации) и восстановления функциональной активности всех их органелл и ферментных систем (реактивацию) следует проводить в оптимальных условиях, после чего их можно отправлять на брожение. Тем не менее, следует отметить, что серьезных исследований по оптимизации процессов регидратации и реактивации сухих винных дрожжей до последнего времени практически не проводилась. В наши годы интерес к процессам реактивации и регидратации АСД усилился, поскольку теперь уже четко стали понимать то, что правильное проведение этих процессов обеспечивает эффективность применения препаратов АСВД в целом.

1. Литературный обзор.

1.Технология препаратов АСВД.

          С самого начала своего появления препараты АСВД создавались на основе технологии, принятой для получения сухих хлебопекарных дрожжей. В последующие годы производством АСВД стали заниматься компании, традиционно специализировавшиеся на выпуске сухих дрожжей для хлебопечения, которые активно использовали свои лучшие разработки для получения сухих винных дрожжей. И в настоящее время, как показал проведенный нами углубленный анализ научной и патентной литературы, препараты АСВД по-прежнему создаются на основе самых передовых методов технологии сухих хлебопекарных дрожжей.

          Тем не менее, получение препаратов винных АСД осуществляют с учетом биологических особенностей винных рас дрожжей и специфики винодельческого производства. Поэтому, несмотря на кажущееся сходство, технологии хлебопекарных и винных АСД имеют кардинальные различия, касающиеся целого ряда важнейших параметров, таких как:

• используемые штаммы дрожжей;
• режимы культивирования (состав среды, режимы подачи питательных веществ и аэрации во время выращивания дрожжей, использование различных стимуляторов роста);
• проведение специальных мероприятий подготавливающих дрожжи к высушиванию (изменение температуры и рН среды в конце культивирования, обработка биомассы дрожжей различными протекторами);
• вид сушильного оборудования;
• режимы высушивания.

           Следует отметить, что эти факторы нередко являются решающими в определении эффективности всего технологического процесса, а также качества готового продукта и, поэтому, они практически никогда не освещаются производителем, оставаясь его «Ноу-хау». Как мы уже отмечали, производство препаратов АСВД осуществляется в условиях жесткой конкуренции довольно ограниченным кругом зарубежных компаний, крайне неохотно предоставляющих сведения о своих научных и технологических разработках. По нашему мнению, главная причина этого состоит в высокой рентабельности процесса производства АСВД. Так, в наших собственных исследованиях себестоимость сухих винных дрожжей не превышала 2-3 дол/кг, а в условиях крупного, высокотехнологичного и автоматизированного производства она может быть снижена еще в 1,5-2 раза. В то же время рыночная цена подобных препаратов за рубежом составляет 17-30 дол/кг, а в России – 30-50 дол/кг. Именно поэтому,  в открытой печати представлены только общие сведения о технологии АСВД. Представленное нами описание технологии АСВД представляет собой тщательный анализ  имеющихся данных научной и патентной литературы и собственных исследований.

1. Исходные культуры дрожжей.

              Все современные препараты АСВД создаются на основе дрожжей принадлежащих к видам Saccharomyces cerevisiae или Saccharomyces bayanus, выделенных и селекционированных в различных регионах Франции, Германии, Австралии, Калифорнии, ЮАР и др. На первых этапах становления АСВД одним из основных требований, предъявляемых к исходному штамму была его терморезистентность – способность нормально переносить процесс высушивания, поэтому всегда проводился массивный скрининг на накопление дрожжами трегаллозы, признанной исследователями основным фактором, определяющим устойчивость дрожжей к повышенным температурам. По мере совершенствования техники и технологии культивирования и сушки, этому свойству стали отводить все меньше внимания. Поэтому в настоящее время главными критериями при отборе культур для их создания препаратов АСВД являются их энологические свойства: способность к энергичному забраживанию сусла, на начальном этапе брожения, обеспечение полного сбраживания сахаров, высокая спиртоустойчивость, низкое пенообразование, способность к образованию минимальных количеств нежелательных веществ – летучих кислот, сернистых соединений, ацетальдегида, эфиров уксусной кислоты и др., наличие киллер-фактора, обеспечение желаемой чистоты вкуса и аромата и т.д. [15, 29].

2. Сырье для культивирования винных дрожжей
1. Основное сырье

           Основным субстратом для получения АСВД является свекловичная меласса, поскольку это сырье является достаточно дешевым, доступным и содержит практически все необходимые компоненты для роста дрожжей. Она представляет собой темную сиропообразную жидкость с относительной плотностью 1,4. В мелассе, пригодной для выращивания дрожжей содержится не менее 76-80% СВ, из которых 50% составляют сахара, основным из которых является сахароза -46-50% СВ. Кроме того, в составе сахаров мелассы – инвертный сахар (0,1-0,2% СВ) и раффиноза (0,01-0,3%, иногда и до 2% СВ). Количество зольных элементов в мелассе составляет 7-9%, среди которых 50% составляет калий. Особенно важными зольными элементами мелассы являются калий и магний. Их содержание для обеспечения интенсивного роста дрожжей должно быть: К₂ О – 3,5-4,0% СВ, MgО – 0,15-0,2% СВ. В мелассе с пониженным содержанием золы – менее 7%, содержание калия и магния может снижаться до минимума – менее 2,5% К₂ О и 0,1% MgО. При этом наблюдается замедление роста дрожжей и образование клеток с двойными почками. Значительную долю зольных веществ мелассы составляет кальций –до 1%СВ, который дрожжами не усваивается и является балластом, нередко приводя к порче технологического оборудования – образование накипей и т.д., поэтому уже при содержании его в среде 0,3 – 0,5% принимают специальные меры по его удалению. Во всех мелассах обнаруживаются марганец, цинк, бор, медь, железо, кремний, алюминий. Реже обнаруживаются кобальт и молибден, присутствуют и другие микроэлементы.

            Большое значение для дрожжевого производства имеет такое количество общего азота мелассы, в состав которого входит так называемый усвояемый и неусвояемый азот. В полноценной мелассе общего азота должно быть не менее 1,4%, рост дрожжей ускоряется при 1,7-1,8% азота. При этом увеличивается и количество усвояемого азота – в хорошей мелассе его 0,4 – 0,6%. Азот мелассы представлен следующими веществами: белки и бетаин (65%), аминокислоты (31%), амиды (1,6%), аммонийные соли (2,61%). Основным источником усвояемого азота являются аминокислоты, в то время как амиды и аммонийные соли мелассы практически не влияют на выход дрожжей. В состав мелассы входят и все термоустойчивые витамины. При этом, инозита обычно содержится  с избытком, пантотеновой кислоты – достаточное количество, а биотина – мало для активного роста дрожжей.

            Для производства дрожжей может быть использована и тростниковая меласса, поступающая из Кубы, Ирана, Индии, Аргентины и других стран, где произрастает сахарный тростник. Многочисленные сравнительные исследования химического состава свекловичной и тростниковой меласс (таблица 1) показывают, что свекловичная меласса по сравнению с тростниковой содержит несколько больше сахаров, хорошо усваиваемых дрожжами, азота, однако последняя содержит в 20-70 раз больше биотина [ 10,11,14,37]. Поэтому, для приготовления полноценной среды культивирования лучше всего использовать смесь свекловичной и тростниковой мелассы в количестве 80% и 20% соответственно. При этом выход дрожжей увеличивается на 15-20% по сравнению с культивированием на одной свекловичной мелассе.

            Нами было показано, что для  получения винных АСД вполне  пригодны и другие источники углеродсодержащего сырья используемые для получения дрожжей – ферментативные гидролизаты крахмалопродуктов [5], молочная сыворотка, обработанная ферментом β-галактозидазой [7], и, особенно, солодовое сусло [5].

Таблица 1

Сравнительная характеристика свекловичной и тростниковой мелассы