Разработка технологии высокоэффективной реактивации шампанских сухих винных дрожжей

2. Дополнительные питательные вещества

Источники азота. 

           В качестве источника азота при производстве винных дрожжей лучше всего использовать водный раствор аммиака (ГОСТ 9-77), либо аммонийные соли: очищенный сульфат аммония (ГОСТ 10873-73) и диаммонийфосфат марки А (ГОСТ 8515-75). Могут использоваться также различные автолизаты дрожжей, представляющие смеси различных аминокислот, однако использование этих веществ ограничено их высокой стоимостью. Не рекомендуется использовать для этих целей карбамид, который как предполагают в настоящее время, способен вызывать образование вредных веществ.

Аммиак  водный технический (ГОСТ 9-77) – получают растворением синтетического аммиака в воде. Содержание аммиака – не менее 25%. Для производства винных дрожжей можно использовать только марку А

Сульфат аммония (ГОСТ 10873-73) - кристаллический порошок белого или желтоватого цвета. Содержит 21% азота. Для производства винных дрожжей следует использовать только очищенный сульфат аммония. Другие сорта сульфата аммония, выпускаемые промышленностью по ГОСТ-9097-82 для этой цели непригодны, поскольку в них не нормируются вредные примеси (мышьяк, роданистые соединения, тяжелые металлы и другие вещества, токсичные для дрожжей даже в микродозах).

Диаммонийфосфат технический для  пищевой промышленности (ГОСТ 8515-75) – представляет собой кристаллы белого цвета, допускается сероватый или желтоватый оттенки. Выпускается двух марок – А и Б. для производства винных дрожжей следует использовать только диаммонийфосфат марки А, в котором нормируется содержание мышьяка и фтора. Содержание азота – не менее 19,36%.

Карбамид (мочевина) – этот источник азота имеет ряд значительных преимуществ перед солями аммония, поскольку его получают синтетическим путем из аммиака и диоксида углерода по ГОСТ 2081-75 и вредные примеси в нем отсутствуют. Кроме того, содержание азота в нем очень высокое – 46,3% (в 2,2 раза больше, чем у диаммонийфосфата). В настоящее время карбамид широко используется в качестве источника азота для подкормки дрожжей в спиртовом производстве. Доказано присутствие в клетках дрожжей S. cerevisiae двух транспортных систем переноса мочевины, которая расщепляется уже в клетке на CO ₂ и NH ₃. Тем не менее, применение его может удлинять лаг-фазу дрожжей в связи с адаптированием культуры к этому компоненту питания. Кроме того, недавно было обнаружено, что наличие в среде культивирования карбамида может приводить к появлению этилкарбамата, который, как предполагают, обладает канцерогенным действием [36]. Поэтому, несмотря на все преимущества карбамида, для выращивания винных дрожжей его лучше не использовать.

Источники фосфора.

           Основным источником фосфора  в дрожжевом производстве долгое  время был суперфосфат. Его получают из фосфоритов путем разложения фосфатов серной кислотой. Однако в связи с тем, что он содержит в себе большое количество фтора, а также плохо растворяется, вместо него стали использовать диаммонийфосфат, а также ортофосфорную кислоту, которые и являются на сегодняшний день  основными источниками фосфора для выращивания винных дрожжей [37].

Источники других элементов.

            Помимо источников азота и  фосфора в среду культивирования  при получении винных дрожжей  обязательно добавляют соли калия,  чаще всего это хлорид калия, и магния – сульфат магния. Потребность в других элементах обычно покрывается качественным основным сырьем. При подозрении на недостаточное содержание тех или иных микроэлементов в среду культивирования могут добавлять комплексные препараты, содержащие смеси различных микроэлементов.

Источники витаминов.

            Внесение некоторых витаминов  в среду культивирования является  обязательным условием для накопления  значительного количества биомассы  дрожжей. Обычно в мелассные  среды добавляют биотин и пантотеновую кислоту. Реже используют также тиамин и пиридоксин. В таблице 2 представлено содержание важнейших витаминов в свекловичной и тростниковой мелассах и дрожжах.

Таблица 2

Содержание  важнейших витаминов  в свекловичной и  тростниковой мелассах и дрожжах

3. Ингибиторы  роста дрожжей

           Основное сырье дрожжевого производства – меласса, питательные соли – сернистый аммоний, диаммонийфосфат, сернокислый магний, а также серная кислота иногда содержат вещества, тормозящие рост и размножение дрожжевых клеток. Такими веществами являются: сернистый ангидрид, красящие вещества, летучие кислоты, нитриты, сульфиды и сульфиты, фтор, мышьяк, серебро, некоторые неорганические кислоты, остатки гербицидов и пестицидов. Действие этих веществ проявляется в зависимости от концентрации их в среде.

Сернистый ангидрид – он используется для сульфитации соков и сиропов сахарного производства и затем переходит в мелассу. Он угнетает жизнедеятельность дрожжей в уже концентрации 0,0025% (25 мг/л). Нормальной считают мелассу, содержащую не более 0,05% SO ₂ , поскольку при разбавлении водой в 18 раз, как это обычно принято, концентрация SO ₂ в среде составит не более 0,0029%, лишь незначительно превышая тормозящий уровень. При повышенном содержании SO ₂ проводят хлорирование мелассы – 110 г активного хлора на каждые 100 г сернистого ангидрида [11,34].

Красящие  вещества – это продукты реакций меланоидинообразования, щелочного разложения и карамелизации сахаров, которые образуются под воздействием высоких температур в плотных средах сахарного производства.  В водных растворах эти меланоидины и карамели несут положительный заряд и легко адсорбируются отрицательно заряженными клетками дрожжей, придавая темную окраску биомассе дрожжей. Ингибирующее действие на рост дрожжей карамели оказывают при концентрации их в среде 0,1%[19].

Летучие кислоты – в мелассе содержится комплекс летучих кислот, вредных для дрожжей: муравьиная, уксусная, масляная и пропионовая. В свободном состоянии эти кислоты ингибируют рост дрожжей в концентрациях: муравьиная – 0,0085%, уксусная - 0,02%, масляная – 0,005%. Тем не менее, большая часть этих кислот находится в связанном виде – в форме солей, обладающих значительно меньшей токсичностью. Угнетение дрожжей наблюдается только при концентрации солей этих кислот 0,1-0,2%. Во время осветления и стерилизации мелассы часть этих кислот удаляется. Поэтому, считается допустимым содержание летучих кислот в мелассе до 1,2%. При большем же их содержании проводится горячее осветление с активным продуванием воздуха[11,22,23,37].

Нитриты - эти вещества образуются в результате восстановления спороносными нитритообразующими бактериями солей азотной кислоты – нитратов, которые в мелассе обычно присутствуют в количестве 0,013 - 0,17%. Процесс образования нитритов идет особенно интенсивно в условиях, благоприятных для развития нитритообразующих бактерий. Известно, что нитриты обладают мощнейшим фунгицидным действием. Так, при содержании их в среде 0,0005% почкование тормозится, 0,004% - размножение подавляется на 50%, 0,02% - почкование прекращается полностью [34].

Сульфиды  и сульфиты – эти вещества могут попадать в среду культивирования вместе с сернокислыми солями, в основном сульфатом аммония. Сульфиды тормозят рост дрожжей при концентрации их 0,05%, а сульфиты – более 0,005% [19].

Фтор  – этот элемент обладает высокой активностью, относится к токсичным элементам, содержится в фосфорных питательных солях и неизбежно вносится с ними в культуральные среды. Постоянное присутствие фтора в среде привело к адаптации к нему дрожжей. Дрожжи способны усваивать фтор, доводя его содержание в клетке до 10-13 мг/кг без заметного влияния на темп роста. Согласно нормам зарубежных производителей АСВД, все соли, применяемые при выращивании винных дрожжей должны содержать фтора не более 400 мг/кг [37].

Мышьяк  – содержится в питательных солях и попадает с ними в среду культивирования. Очень ядовит для дрожжей – их клетки погибают уже при концентрировании мышьяка в среде 0,0005%. Согласно нормам зарубежных производителей АСВД, все соли, применяемые при выращивании винных дрожжей должны содержать мышьяка не более 20 мг/кг [37].

Серебро обладает выраженным ингибирующим действием на дрожжи. Наличие в среде всего лишь 0,000001% серебра в среде культивирования вызывает гибель клеток дрожжей.

Никель проявляет высокую токсичность и в концентрации 3 мг/л тормозит транспорт сахаров в дрожжевую клетку.

3. Культивирование винных дрожжей, предназначенных для высушивания
1. Характеристика процессов культивирования в дрожжевом производстве.

          Культивирование дрожжей, предназначенных для получения АСВД, основывается на лучших разработках культивирования хлебопекарных дрожжей и представляет собой длительный многостадийный процесс, включающий в себя 3 основных этапа – лабораторной стадии, стадии получения производственной чистой культуры и стадии получения товарной продукции.

          Особую важность при организации производства АСВД имеет выбор оптимального технологического режима выращивания дрожжей, обеспечивающего максимальную реализацию потенциальных возможностей всех производственных мощностей предприятия. В настоящее время в России и за рубежом разработано много технологических схем культивирования дрожжей, которые отличаются друг от друга способом выращивания дрожжей, количеством генераций, продолжительностью культивирования каждой генерации, скоростью роста дрожжей и т.д. по способу выращивания дрожжей все он и разделяются на непрерывные и периодические [21].

            Непрерывные схемы предусматривают способ непрерывно-проточного культивирования. Подобная схема позволяет использовать имеющиеся производственные мощности наиболее полно. Известно немало примеров применения таких схем дл я производства дрожжей, однако, как отмечают зарубежные исследователи, все подобные системы страдают серьезным недостатком – быстрым инфицированием посторонней микрофлоры. Кроме того, пока на таких системах не удается достигать такой скорости роста и продуктивности  как, например, на системах с притоком питательных веществ [34].

            В 80-е годы в отечественный регламент дрожжевого производства раздельно для заводов с отечественным и польским оборудованием была внесена схема ВНИИХП с оттоками, содержащая элементы непрерывного процесса [12,20]. Элементы непрерывного процесса содержала и одна из лучших отечественных разработок – Тбилисская схема дрожжевого производства. Кроме того, был предложен ряд способов, которые могли быть использованы для снижения уровня инфицированности посторонней микрофлорой системы непрерывного культивирования дрожжей. Это, в частности, стерилизация поверхностного слоя культуральной среды паром с температурой 130-160 градусов Цельсия в течение 10-15 минут [2,3,4], использование процессов флотации и периодический отбор из среды пены, содержащей большое количество посторонних микроорганизмов [3].

            Тем не менее, непрерывный способ получения дрожжей пока не утвердился ни в России, ни за рубежом.

            Большинство действующих технологических схем относится ко второй группе, условно названной периодической. При этом есть истинно периодические схемы получения дрожжей, функционирующие в Англии, Швеции, ранее в ГДР. В бывшем СССР по такой схеме работал Узловский дрожжевой завод [18].

            Главным преимуществом истинно периодических схем является возможность обеспечения стерильности процесса культивирования, поскольку все питательные вещества подаются в складку и стерилизуются. Однако при этом обеспечивается меньшая продуктивность, чем при использовании разновидности периодических схем – приточной, именуемой еще как «периодическая культура с добавлением источников питания», или Fed-batch. Изменение объема культуры из-за добавления источников питания отличает этот способ культивирования от непрерывно-проточного (хемостатного), при котором в течение всего процесса поддерживается постоянный объем и достигается максимальная продуктивность. Однако выход биомассы при Fed-batch процессе достаточно высок и боле чем в два раза превышает выход при простой периодической культуре.