Регуляция биотехнологических процессов бродильных производств (стр. 2 из 3)
Аминокислоты разделяются по скорости выделения:
· Невысокая скорость: лизин, глутаминовая кислота, аргинин, метионин.
· Скорость выше в 1,5-3 раза: глицин, гистидин, лейцин, аланин, изолейцин.
· Низкая скорость: валин, тирозин, фенилаланин, триптофан.
Пептиды выделяются на 2 сутки брожения (15-30 мг/л). Они влияют на пеностойкость пива.
Дрожжи в водной суспензии постепенно выделяют аминокислоты, нуклеотиды и др. Дрожжи в глюкозных сиропах выделяют аминокислоты, затем вновь их сорбируют за 2 ч = «шоковая экскреция» (при этом изменяются мембраны, и клетка стареет). «Шоковой экскреции» не наблюдается, если используются мальтозные сиропы.
В оксокислотном пуле скапливаются предшественники альдегидов и высших спиртов, которые также выделяются и определяют аромат готового продукта. Высшие спирты также регулируют биосинтез разветвленных аминокислот.
Практическое значение выделения азотсодержащих веществ:
1. В среде не должно быть аминокислот больше, чем дрожжи могут усвоить.
2. Длительная выдержка на дрожжах (например, при автолизе дрожжей) либо обогащает продукт полезными веществами (аромат, букет), либо может дать неприятный привкус или вызвать помутнение.
3. «Шоковая экскреция» замедляет брожение, особенно если зрелые маточные дрожжи получены после сбраживания сусла с большим количеством глюкозы. Кроме того, такое длительное брожение может вызвать выделение веществ, которые могут способствовать росту микроорганизмов-вредителей.
4.3. ЖИРОВОЙ ОБМЕН ДРОЖЖЕЙ
Функции: энергетическая, защитная, структурная (компоненты мембран, цитоплазматической мембраны)
Делятся: триглицериды, фосфолипиды, стеролы (эргостерин + 90% стерина).
Потребление жиров и их составляющих
Дрожжи потребляют насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, глицерин, стерины, но могут синтезировать их самостоятельно из этанола, углеводов и продуктов их распада.
Превращения и синтез жиров в клетке
Синтез жиров в клетке снижается при:
· недостатке кислорода;
· сбраживании высокоплотного сусла;
· большом количестве азота в среде.
Синтез жиров в клетке усиливается при:
· большом количестве глюкозы и мелитриозы;
· концентрации этанола 1%;
· наличии органических кислот, которые способствуют этому в следующем порядке: ПВК→янтарная→молочная→уксусная→яблочная.
Практическая значимость:
1. Чем достаточнее в сусле ненасыщенных жирных кислот, тем меньше образуется диацетила. Чем меньше жирных кислот (например, в несоложеном сырье), тем меньше скорость потребления аминокислот. Тогда наблюдается самостоятельный синтез аминокислот, что сопровождается образованием побочных продуктов.
2. Т.к. они связаны с клеточной мембраной, то напрямую отрицательно влиять на готовый продукт могут только при автолизе клеток (капроновая, каприловая – придают «козлиный запах»).
3. При длительных анаэробных условиях из дрожжей выходят капроновая и каприловая кислоты, что снижает вкус и пеностойкость. Вышедшие кислоты участвуют в реакциях этерификации в продукте.
4. Дрожжи, содержащие много стеринов, могут долго расти и размножаться в анаэробных условиях.
4.4. МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН ДРОЖЖЕЙ
Минеральные вещества необходимы при брожении. Одни играют структурную роль, другие нужны для ферментативных реакций.
Минеральный состав влияет на распределение электронных зарядов на поверхности клеток микроорганизмов. Обычно клетки имеют отрицательный окислительно-восстановительный потенциал (-16-20 Мв). Добавление минеральных веществ снижает ОВП клеток, это изменяет их физиологическую активность, воздействует на селективность клеточных мембран, вызывает флокуляцию или дефлокуляцию клеток.
Дрожжам особенно необходимы: P, S, Mg, Co, Zn, Mn, Ni, Ca, Sr.
ФОСФОР
Ассимилируется в виде дигидрофосфат-иона H2PO4.
Значение: необходим для синтеза АТФ, создания цитоплазматической мембраны, поддержания буферности (против сдвига рН). При его нехватке: плохое брожение, отсутствие роста клетки.
СЕРА
Ассимилируется в виде витаминов (биотин, тиамин), сульфат-ионов и из S-содержащих аминокислот. Для успешного брожения дрожжам необходимо S40-50 мг/л.
Значение: в клетке S в виде SO2 участвует в синтезе аминокислот; входит в состав коэнзима А; липоевой кислоты; тиаминпирофосфата (ТПФ), глютатиона. Глютатион как питательное вещество содержит 20% S клетки. Его образование увеличивается при избытке сульфатов.
SO2 после прекращения роста клетки выделяется во внешнюю среду. Этот процесс усиливается при: недостаточной аэрации; редком доливе; длительном дображивании; понижении содержания гликогена; высокой температуре. Выделившийся SO2 (в виде сульфита) связывается с уксусным альдегидом, препятствуя старению продукта; следовательно, повышает вкусовую стабильность.
МЕТАЛЛЫ
Во время брожения наиболее важны Mg, Zn, K, Co. Оптимальные концентрации Zn и Mn, Ca и Hg взаимосвязаны. Они присутствуют в сусле в нескольких формах, но лишь некоторые из них биодоступны, т.е. доступны дрожжевой клетке.
МАГНИЙ
Требуется в небольших количествах: минимум 42 мг/л; при 25 г/л является ингибитором роста.
Значение: играет большую роль в метаболизме и не может быть заменен другими ионами:
· регулирует гликолиз (т.к. входит в состав ферментов);
· повышает устойчивость дрожжей к спирту;
· защищает клетки в условиях стресса (температурного или осмотического);
· включается в мембранную стабилизацию нуклеиновых кислот, рибосом, жиров, полисахаридов;
· стимулирует сбраживание плотного сусла;
· входит в состав рибосом;
· нейтрализует электростатические силы из полифосфатов, нуклеиновых кислот, белков;
· участвует в росте и делении.
КАЛЬЦИЙ
Значение: замедляет дегенерацию дрожжей, способствует хлопьеобразованию. Недостаток Са компенсируется Mg или Mn.
Высокое соотношение Mg и Са: увеличивает начальную скорость брожения; увеличивает количество спирта; увеличивает жизнеспособность дрожжей к концу брожения.
Высокое соотношение Са и Mg: увеличивает период осаждения дрожжей из-за замедления потребления мальтозы и мелитриозы.
ЦИНК
Значение: участвует в углеводном, белковом, фосфолипидном обменах; для брожения его необходимо 1-2 мг/л (0,1-0,15 мг/л по Кунце). Другие ионы не могут заменить его.
МАРГАНЕЦ
Значение: регулятор некоторых ключевых ферментов, необходим при дыхании и почковании.
КАЛИЙ
Значение: необходим при углеводном обмене, особенно при их усвоении, т.к. входит в состав ионного насоса и отвечает за регулировку рН.
4.5. ЗНАЧЕНИЕ КИСЛОРОДА В МЕТАБОЛИЗМЕ ДРОЖЖЕЙ
Значение:
1. От кислорода зависит потребление субстрата клеткой (источников С и N), катаболизм и анаболизм клетки. О2 входит в состав веществ клетки, является акцептором электронов, регулятором синтеза ферментов.
2. С помощью кислорода можно управлять размножением дрожжей; сбраживанием сусла; формировать букет готового продукта.
Низкая обеспеченность дрожжей кислородом приводит к следующему:
· не могут синтезироваться стиролы и ненасыщенные жирные кислоты, поэтому снижается синтез клеточных мембран и рост клетки;
· синтезируется недостаточно гликогена, поэтому повышается уровень диацетила, уксусного альдегида, SO2 при брожении;
· размножение клеток замедляется, в результате бродильная активность не изменяется, но активность популяции снижается из-за снижения количества клеток.
Высокая обеспеченность дрожжей кислородом приводит к следующему:
· накопление излишней биомассы;
· образование метаболитов брожения, отрицательно влияющих на вкус;
· окисляются полифенолы и увеличивается ОВП, в результате удлиняется лаг-фаза при внесении засевных дрожжей.
Способы аэрации:
1) аэрация суспензии дрожжей до их введения в сусло;
2) аэрация сусла после внесения дрожжей.
Первый вариант лучше, т.к. в дрожжах накапливается больше гликогена и стеринов; состав летучих компонентов в продукте также лучше, т.к. не происходит сильного обогащения продуктами анаболизма.
Второй вариант приводит к повышению скорости размножения, в результате наблюдается раннее образование и редукция диацетила.
Поэтому важно точно рассчитать дозировку кислорода!
По потребности в кислороде дрожжи делятся на 4 группы, мг О2/л:
I – 4; II – 8; III – 40; IV – более 40 (пивоваренные дрожжи до 12 мг О2/л).
Критическая концентрация растворенного О2 0,015-0,03 мг/л; ниже этой концентрации рост культуры ограничивается, в результате ухудшается физиологическое состояние (для каждого штамма концентрация кислорода своя).
На растворение кислорода и потребление его дрожжами влияют: количество клеток; дыхательная активность клеток; степень перемешивание; высота столба среды; концентрация сусла (чем больше сухих веществ, тем меньше растворимость кислорода).
Кислород должен вноситься в сусло как можно более мелкими пузырьками (например, через свечи).
4.6. ВЛИЯНИЕ ДРОЖЖЕЙ НА ОБРАЗОВАНИЕ И РАСЩЕПЛЕНИЕ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ БРОЖЕНИЯ
Во время брожения дрожжи выделяют ряд продуктов метаболизма (ПМ), которые влияют на качество готового продукта. Состав, количество, изменения ПМ во многом зависят от условий брожения и свойств штамма.
ПМВещества, формирующие Вещества, формирующие
букет молодого пива, вина букет готового пива, вина
- вицинальные дикетоны - высшие спирты
- альдегиды - эфиры
- сернистые соединения