Разработка способов получения и применения автолизатов лактозосбраживающих дрожжей

     При температуре 45 – 50 °С и выше дрожжевые  клетки погибают. Низкая температура  тормозит жизнедеятельность дрожжей, дрожжи впадают в состояние анабиоза (скрытая жизнедеятельность), в котором  могут сохраняться долго без  порчи. Замороженные дрожжи после медленного оттаивания при температуре 6 – 8 °С сохраняют свои свойства.

     Кроме дрожжей, изготовляемых специализированными  дрожжевыми заводами, в хлебопечении применяют дрожжи, полученные при  производстве спирта путем выделения  отработанных дрожжей из мелассно-спиртовой  бражки. Качество спиртовых дрожжей  несколько ниже, чем у хлебопекарных. Они менее стойки при хранении и имеют худшую мальтазную активность [9].

     Виноделие

     Значение  дрожжей в винодельческом производстве определяется их участием во всех стадиях  приготовления вин. Во многих винодельческих странах на винограде  обнаружено большое разнообразие дрожжей. Однако микрофлора винограда бедна винными  дрожжами. На спелых неповрежденных ягодах винограда винных дрожжей совсем нет или их очень мало в результате быстрой гибели от комбинированного воздействия температуры, инсоляции, влажности и других факторов. На поврежденных насекомыми или градом ягодах дрожжи хорошо сохраняются и Hanseniaspora apiculata, быстро размножаясь, вытесняет дрожжи Sacch. vini, чем и обусловлено преимущественное распространение первых в свежеотжатом виноградном соке. Н. apiculata часто составляет 80 – 90% всей микрофлоры и начинает брожение. Основным местом обитания дрожжей являются винные подвалы, откуда они переносятся на близлежащие фруктовые и ягодные насаждения, а затем на позднее созревающие ягоды винограда. В распространении дрожжей на винограднике основную роль принадлежит насекомым, особенно дрозофиле, в кишечнике которой дрожжи могут размножаться, перезимовывать и вместе с ее выделениями попадать на ягоды винограда, в сусло, мезгу и других.

     Винные  дрожжи используются в виноделии  как возбудители спиртового брожения. Они относятся к семейству Saccharomycetaceae роду Saccharomyces виду vini (по В. И. Кудрявцеву). Ранее этот вид назывался Ellipsoideus (эллипсоидеус), так как дрожжи имеют форму эллипса.

     В виноделии используются также дрожжи Saccharomyces oviformis (овиформис), характеризующиеся  яйцевидной формой клеток, большей спиртоустойчивостью по сравнению с винными дрожжами и способностью образовывать пленку при доступе воздуха, на чем основано их использование в производстве хереса.

     Каждый  вид дрожжей включает большое  количество рас, мало различающихся  по внешним признакам, но значительно – по ценным для производства физиологическим и биохимическим свойствам.

     Одни  расы дрожжей вызывают брожение не сразу, а лишь спустя некоторое время  после их размножения; при разложении сахара они образуют вещества, придающие  вину неприятный вкус и запах; после  полного выбраживания сразу не оседают, а находятся во взвеси, что затрудняет осветление вина; очень чувствительны  к химическим веществам – уксусной кислоте и сернистому ангидриду, а также к низкой и высокой температурам. Другие расы дрожжей быстро вызывают забраживание сусла, полностью разлагают сахар, образуя вещества, значительно улучшающие вкус вина. Они еще во время брожения оседают на дно, образуя плотный осадок; малочувствительны к химическим и температурным воздействиям. Поэтому выбор рас дрожжей для виноделия имеет большое практическое значение.

     Характерной особенностью винных дрожжей является их значительная спиртоустойчивость (до 16 % об. у Saccharomyces vini и 18 – 19% об. – у Saccharomyces oviformis).

     Дрожжи  должны отвечать требованиям и условиям производства, типу изготовляемых вин (столовых, полусладких, крепких, десертных, шампанских и др.). Большое значение в связи с этим имеет применение чистых культур дрожжей, отселекционированных в соответствии с требованиями производства и условиями района [10].

     Пивоварение

     Получение напитков путем спиртового брожения – одно из древнейших бродильных производств. Первыми из таких напитков были, видимо, вино и пиво.

     Алкогольные напитки получают путем сбраживания  сахаросодержащего сырья, в результате которого образуются спирт и углекислый газ. Сбраживание осуществляется дрожжами рода Saccharomyces. В одних случаях  используется природный сахар (например, содержащийся в винограде, из которого делают вино), в других сахара получают из крахмала (например, при переработке  зерновых культур в пивоварении). Наличие свободных сахаров обязательно  для спиртового брожения при участии Saccharomyces, так как эти виды дрожжей  не могут гидролизовать полисахариды. В производстве спиртных напитков применяют  штаммы дрожжей Saccharomyces cerevisiae или S. carlsbergensis. Различие между ними заключается  в том, что S. carlsbergensis могут полностью  сбраживать раффинозу, a S. cerevisiae к этому  не способны

     Для осуществления спиртового брожения при пивоварении прежде всего  необходимо, чтобы в пивоваренном сырье образовался сахар. Традиционным источником нужных для этого полисахаридов  всегда был ячмень, но в качестве дополнительных используются и другие виды углевод–содержащего сырья. И сегодня ячменный солод составляет основу пива.

     Ячменный  солод и другие компоненты измельчают и смешивают с водой при  температуре до 67 °С. В ходе перемешивания  природные ферменты ячменного солода разрушают углеводы зерна. На заключительной стадии раствор, называемый суслом, отделяют от нерастворимых остатков. Добавив  хмель, его кипятят в медных котлах. Для производства пива с определенным содержанием алкоголя сусло после  кипячения доводят до нужной плотности. Удельная плотность сусла определяется содержанием экстрагированных сахаров, подлежащих сбраживанию. По истечении  определенного времени брожение заканчивается, дрожжи отделяют от пива и выдерживают его некоторое время для созревания. После фильтрации и других необходимых процедур пиво готово.

     Начатое по инициативе Хансена использование  индивидуальных штаммов дрожжей  в пивоварении сегодня стало  нормой: это культуры S. cerevisiae и S. carlsbergensis. Первые представляют собой дрожжи поверхностного и глубинного брожения: они применяются  в производстве эля. Вторые – дрожжи глубинного брожения, их используют в производстве легкого пива.

     К числу наиболее важных свойств дрожжей  относятся продуктивность, способность  формировать осадок, сбраживать мальтотриозу и т. д. Принимаются во внимание и  вкусовые качества получающегося пива, т. е. образование веществ, ответственных  за их формирование. Ранее основным способом получения штаммов, дающих продукт нужного качества, был  их отбор из существующих пивных дрожжей. Вести отбор было выгоднее, чем  заниматься гибридизацией, отчасти  из–за малой способности пивных дрожжей к спорообразованию и низкой жизнеспособности аскоспор.

     Поскольку для развития технологии пивоварения  могут понадобиться штаммы дрожжей, отличающиеся по свойствам от обычно используемых, придется прибегнуть к  гибридизации. Основным вкладом биотехнологии  в пивоваренную промышленность будет  создание штаммов дрожжей, способных  давать пиво с желаемыми свойствами [11].

     Производство  спирта

     Производство  перегнанного спирта моложе, чем неперегнанных  спиртных напитков, но и его корни  теряются в веках. Для получения  напитка, содержащего 40% (по объему) спирта, нужна перегонка. Ее и сегодня  осуществляют в перегонных аппаратах, представляющих собой модификации  устройства, предложенного в 1830 г. Коффи и носящего его имя. Различия в сортах спиртовых продуктов зависят в основном от природы сырья, а также от того, подвергался ли конечный продукт выдержке.

     В спиртовом производстве используются пригодные для этой цели штаммы Saccharomyces. Крупные спиртовые заводы всегда ведут свою собственную культуру дрожжей в специальных средах. Выбор штамма дрожжей при производстве спирта определяется их продуктивностью  в особых условиях бродящего сусла. Брожение должно идти активно с образованием спирта в количестве, близком к  теоретическому пределу.

     Хотя  в качестве сырья можно использовать разнообразные продукты, некоторые  сорта спирта обычно производят из вполне определенных его типов. Так, коньяк, получаемый при перегонке  вина, делают из винограда, а шотландский  виски – из ячменного солода. Другие напитки – американский виски, джин и водку, которые обычно делают из зерна (например, кукурузы), можно производить и на основе другого подходящего сырья. Ром обычно получают из мелассы сахарного тростника или свеклы.

     Когда сырьем служит зерно (например, пшеницы  или кукурузы), до сбраживания необходимо гидролизовать крахмал до сахаров. Так, виски – это продукт перегонки пива без хмеля. Первые стадии процесса производства виски такие же, что и при приготовлении сусла в пивоварении. Однако если применяют кукурузу или другие зерновые, то до приготовления сусла непосредственно в бродильных чанах проводят обработку крахмала в зерне ферментами солода.

     Если  для производства спирта используют мелассу, такие предварительные  операции не нужны, поскольку углеводы в ней содержатся в форме, пригодной  для сбраживания. Тем не менее, сырье  все же приходится подготавливать к  процессу: осветлять, подогревать и  разводить водой, чтобы получить концентрацию сахара, оптимальную для  брожения.

     После подготовки сырья добавляют культуру подходящих дрожжей и ведут сбраживание. В конце его, когда концентрация спирта достигнет           9 – 11 % (по объему), отделяют дрожжи путем отстаивания. Остатки их перед перегонкой можно удалить центрифугированием. Применяются два способа: кубовый и непрерывной перегонки. После этого продукт либо отправляют на созревание (например, виски), либо проводят завершающие операции и разливают по бутылкам (джин, водка). Для продажи спиртопродукты обычно разводят до стандартной концентрации в них спирта (40 % по объему).

     При производстве отдельных разновидностей спиртопродуктов очень важно  использовать правильный штамм дрожжей. При выработке рома для производства сортов с сильным запахом обычно применяют штаммы дрожжей Schizosaccharomyces, а с менее интенсивным – быстро работающие Saccharomyces. Отметим, что процесс образования спирта ускоряется бактериями Clostridium saccharobutyricum. Самый лучший ром получают в том случае, когда соотношение бактерий к дрожжам составляет 1:5. Культуру бактерий вносят, когда концентрация этанола достигает 3,5 – 4,5 %, а сахара –  6 % (вес/объем).

     Штаммы  дрожжей, используемые в спиртовой  промышленности, должны сохранять жизнеспособность вплоть до концентрации этанола 12 – 15 % (по объему). Кроме того, если в качестве сырья используется зерно, дрожжи должны обладать способностью гидролизовать низкие олигосахариды до глюкозы. Это необходимо для полного превращения крахмала в этиловый спирт и углекислый газ [12].

     Кормовые  дрожжи

     Современное производство животноводческой и птицеводческой продукции уделяет особое внимание кормовым рационам. Корма растительного  и животного происхождения содержат необходимые питательные вещества в недостаточном количестве. Поэтому  роль кормовых дрожжей как белково–витаминно–минеральной добавки в настоящее время имеет особо важную роль для сельскохозяйственных предприятий.

     Незаменимые аминокислоты играют очень важную роль в процессах обмена веществ. Лизин  используется для синтеза тканевых белков. Аргинин способствует синтезу  мочевины, участвует в образовании  спермы, креатина мыши и инсулина. Гистидин необходим для образования гемоглобина  и эритроцитов крови, тирозин  – для образования тироксина и адреналина. Цистин активизирует инсулин. Метионин участвует в процессах обмена жира, триптофан – в обновлении белков плазмы крови. Наибольшее значение в питании животных имеют метионин, триптофан и лизин. Содержание этих аминокислот и следует контролировать в первую очередь при составлении рационов.

     В настоящее время в стране существует дефицит протеина в кормах. В расчете  на 1 кормовую единицу рациона чаше всего его приходится 80–90 г (по норме 100–110 г). Известно, что вследствие недостатка протеина в рационах ухудшаются перевариваемость и использование кормов, на 30–50% уменьшается продуктивность животных, снижается качество продукции и увеличиваются затраты кормов на единицу продукции. Поэтому в регулировании этого уровня большую роль играют различные кормовые добавки с повышенным содержанием протеина, включающего в себя незаменимые аминокислоты, макро– и микроэлементы, витамины.

     Кормовые  дрожжи получают из чистых дрожжевых  культур, выращиваемых на гидролизатах отходов спиртовой, сахарной, деревообрабатывающей, целлюлозно–бумажной промышленности. В настоящее время предприятия микробиологической промышленности вырабатывают дрожжи, выращивая их на такой питательной среде, как углеводороды нефти. Кормовые дрожжи – высокобелковый корм. В них содержится от 40 до 50–55% сырого протеина. По содержанию незаменимых аминокислот (за исключением метионина) белок кормовых дрожжей приближается к белку кормов животного происхождения. В 1 кг дрожжей содержится 30–35 г лизина. Дрожжи – богатый источник витаминов группы В. По содержанию их дрожжи превосходят все белковые корма, в том числе и корма животного происхождения. Однако, в отличие от последних в дрожжах отсутствует витамин В₁₂. Эту особенность дрожжей следует учитывать, особенно при использовании их в комбикормах и кормосмесях, состоящих только из растительных компонентов.