Поведение дрожжевых клеток под воздействием внешних факторов

Дрожжевые клетки активно реагируют на совокупность внешних факторов и способны к анабиозу, автолизу, плазмолизу, мутации, адаптации и агглютинации.

Анабиоз – это замедление или прекращение обменных процессов настолько, что отсутствуют все видимые проявления жизни. Анабиоз является биологическим приспособлением организма при резком ухудшении условий существования. При наступлении благоприятных условий происходит восстановление жизненных процессов.

Способность дрожжей впадать в состояние анабиоза позволяет выделять их из питательной среды и хранить в прессованном и сушеном виде.

Автолиз – это распад белков, жиров, углеводов под влиянием собственных гидролитических ферментов, присутствующих в клетке. Способность дрожжей к автолизу ограничивает их стойкость при хранении.

Плазмолиз – обезвоживание клетки в условиях, при которых осмотическое давление внешней среды превышает внутренне осмотическое давление клетки. Цитоплазма отдает воду и отстает от оболочки. Клетка сжимается и погибает. Способность к плазмолизу используется для приготовления автолизатов дрожжей.

Мутация – это способность клетки к изменению физиологических свойств под влиянием условий внешней среды. Эти изменения могуть стать наследственными признаками. Мутация широко используется для получения новых рас дрожжей.

Адаптация – это приспособление культуры к заданным условиям (температуре, рН, составу среды и др.)

Агглютинация –это способность микроорганизмов склеиваться и выпадать в осадок под воздействием неблагоприятных условий внешней среды. Благодаря этой способности дрожжи теряют свойственную им пылевидность.

1.1.3. Спиртовое брожение

Дрожжевые клетки са­харомицетов получают необходимую для жизнедеятельности энергию за счет окисления углеводов.

Хлебопекарные дрожжи могут проявлять различные типы жизнедеятельности в зависимости от условий питательной среды:

- спиртовое брожение в отсутствии кислорода воздуха (анаэробное потребление углеводов);

- дыхание в присутствии кислорода воздуха (аэробное потребление углеводов);

- размножение.

Подавление процесса спиртового брожения в присутствии кислорода получило название «эффекта Пастера» и выражается количественно сравнением величины сбраживания гексозы в анаэробных и аэробных условиях.

При доступе кислорода спиртовое брожение вытесняется полным окислением углеводов до диоксида углерода и воды с выделением значительного количества энергии:

С₆Н₁₂О₆ + 3О₂ ® 6Н₂О + 6СО₂ + 2830,8 кДж

глюкоза кислород вода диоксид углерода

Суммарное уравнение спиртового брожения описывается уравне­нием Гей - Люссака следующим образом:

С₆Н₁₂О₆ ® 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 117,6 кдж

глюкоза этиловый диоксид

спирт углерода

Энергетический эффект анаэробного использования углеводов дрожжевой клеткой невелик, поэтому для получения необходимого количества энергии дрожжи должны сбраживать значительное количество сахаров.

Наряду с основными продуктами брожения обычного дрожжевого теста, имеющего слабокислую среду (рН 6,0), обнаруживаются в небольшом количестве еще ряд продуктов: глицерин, масляная, уксусная, муравьиная, молочная, янтарная кислоты и др.

Процесс сбраживания углеводов в отсутствии кислорода с образо­ванием конечных продуктов - этанола и диоксида углерода - осуществ­ляется через целый ряд промежуточных реакций с участием много­численных ферментов в соответствии с циклом Кребса.

1. Происходит фосфорилирование глю­козы с участием аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), катализи­руемое ферментом глюкокиназой с образованием глюкозо-6-фосфат.

2. Глюкозо-6-фосфат подвергается изомеризации, превращаясь при участии фермента глюкозофосфатизомеразы во фруктозо-6-фосфат.

3. Фруктозо-6-фосфат подвергается дальнейшему фосфорилированию за счет аденозинтрифосфорной кислоты с участием фермента фос-фофруктокиназы, в результате чего образуется фруктоза-1,6-дифосфат. Этой реакцией заканчивается подготовительная стадия анаэробно­го и аэробного расщепления сахаров.

4. Фруктозо-1,6-дифосфат при участии фермента альдолазы распадается на две молекулы фосфотриоз-фосфоглицериновый альдегид ифосфодиоксиацетон.

5. Фосфотриозы при участии фермента триозофосфатизомеразы изомеризуются.

6. Фосфоглицериновый альдегид окисляется в 1,3-дифос-фоглицериновую кислоту при участии фермента дегидрогеназыфосфоглицеринового альдегида.

7. 1,3-дифосфоглицериновая кислота при участии фермента фосфаттрансферазы превращается в 3-фосфоглицериновую кислоту.

8. 3-фосфоглицириновая кислота превращается в 2-фосфоглицириновую при участии фермента фосфоглицеромутазы.

9. 2-фосфоглицириновая превращается в фосфоэнолпировиноградную при участии фермента фосфопируватгидратазы.

10. Фосфоэнолпировиноградная кислота превращается в пировиноградную при участии фермента фосфлтрансферазы

11. Пировиноградная кислота при участии фермента пируватдекар-боксилазы превращается в углекислый газ и уксусный альдегид.

12. Уксусный альдегид вступает во взаимодействие с коферментом дегидрогеназы НАДН (никотинамидадениннуклеотид) с образованием этилового спирта.

При оптимальных условиях брожения (температуре 30°С и опре­деленном составе синтетической среды) 1 г прессованных дрожжей сбраживает 1 г сахарозы за 1 час.

Сушеные дрожжи обнаруживают дополнительный тип броже­ния, при котором глюкоза превращается в пировиноградную кислоту и глицерин:

С₆Н₁₂О₆ ® СН₃СОСООН + СН₂ОНСНОНСН₂ОН

гюкоза пировиноградная глицирин

кислота

Эффективность процесса спиртового брожения зависит не только от активности ферментов, катализирующих реакции цикла Кребса, но и от активности других ферментов дрожжевой клетки, осуществляющих необходимые превращения веществ: a-глюкозидазы, мальтопермеазы, фруктоизомеразы, b-фруктофуранозидазы, карбоксилазы, протеиназы, пептидазы и др.

Ферменты, входящие в состав дрожжевой клетки, делятся на экзоферменты и эндоферменты.

Экзоферментывыделяются клеткой для гидролиза сложных веществ среды на простые, которые затем проника­ют через клеточную стенку дрожжей внутрь. Экзоферменты катализируют химические реакции, лежащие в основе дыхания, брожения, а таже построения протоплазмы.

Эндоферментыпереводят нерастворимые и трудно диффундирующие питательные вещества в легко усваиваемую дрожжевой клеткой форму. К таким ферментам относится мальтаза. Она имеет наибольшее значение, расщепляя мальтозу, образующуюся из крахмала в процессе созревания теста. Протеазы дрожжей оказывают влияние на белковые вещества муки.

Различают три способа поступления питательных веществ внутрь клетки:пассивный, сопря­женный и активный.

Первый способ – это пассивная диффузия. Она представляет собой транспорт веществ через мембрану из области с высокой концентрацией веществ в область с низкой кон­центрацией. Скорость диффузии пропорциональна разности концентра­ций по обе стороны мембраны и зависит от размера транспортируемого вещества.

Основой плазматических мем­бран является, главным образом, липидный слой. Промежуточные метаболиты превращения сахаров в диоксид угле­рода большей частью представляют собой ионизированные соединения. Они удерживаются внутри дрожжевой клетки, так как полярные и ионизированные вещества имеют очень низкую рас­творимость в липофильных растворах.

Второй способ – это сопряженный транспорт. Некоторые полярные вещества легко проникают через клеточную мембрану благодаря ме­ханизму сопряженного транспорта. Согласно этому механизму субстрат на наружной поверхности мембраны образует комплекс с молекулой перенос­чика, который «диффундирует» к внутренней по­верхности мембраны, выделяя перенесенную моле­кулу во внутренний объем клетки. Функции молекул-переносчиков выпол­няют ферменты пермеазы.

Третий способ – это активный транспорт. Для этого способа транспорта характерно движение вещества против градиента концентрации (из области с низкой в область с высокой кон­центрацией вещества). Для осуществления активного транспорта затра­чивается метаболитическая энергия клетки. Скорость переноса глюкозы и аминокислот через клеточную мембрану при активном транспорте значительно выше, чем при пассивной диффузии.

Таким образом, для обеспечения эффективности спиртового брожения в хлебопекарных полуфабрикатах необходимо создание благоприятных условий среды для синтеза определенных ферментов дрожжевой клетки, осуществляющих транспорт питательных веществ из среды в клетку.

Промышленное производство хлебопекарных дрожжей осуществ­ляется, как правило, на мелассной среде, в состав которой входит в основном сахароза. В связи с этим дрожжевая клетка активно индуцирует экзофермент b-фруктофуранозидазу, легко выде­ляющуюся в окружающую среду. Фермент b-фруктофуранозидаза все­гда присутствует в клетке и сосредоточен с внешней стороны клеточной мембраны. В связи с этим гидролиз сахарозы происходит прежде, чем она проникает в дрожжевую клетку, и начинается с первых минут брожения полуфабрикатов.

Питательная смесь, в которой выращивают дрожжи, не содержит мальтозы. Поэтому индукция фермента a–глюкозидазы происходит медленно.

При наличии мальтозы в среде дрожжевая клетка секретирует фермент мальтопермеазу, который осуществляет транспорт мальтозы внутрь клетки, и фермент a-глюкозидазу (мальтазу), расщепляющий мальтозу на две молекулы глюкозы. Затем глюкоза непосредственно сбраживается при участии зимазного комплекса ферментов дрожжевой клетки с образованием диоксида углерода и этанола. Ферменты, учатствующие в сбраживании мальтозы (мальтопермеаза и a-глюкозидаза), проявляют свою активность только после того, как дрожжевые клетки оказываются в среде, содержащей этот дисахарид. Они являются индуцируемыми (адаптивными) ферментами.

Способность хлебопекарных дрожжей разрыхлять тесто зависит не только от активности зимазного комплекса ферментов клеток, но и от количества сбраживаемых сахаров. В полуфабрикатах хлебопекарного производст­ва содержатся следующие сахара:

- мальтоза, сахароза, глюкоза и фруктоза, содержащиеся в муке (1 – 1,5%);

- мальтоза и глюкоза, образующиеся из крахмала под действием амилолитических ферментов муки (4-5%);

- сахара, добавляемые в полуфабрикаты по рецептуре изделия (1-30%).

Известно, что для получения продукции высокого качества в тесте за весь период его приготовления и выпечки должно содержаться 5-6% сбраживаемых сахаров. В связи с этим при производстве изделий, в рецептуре которых отсутствует сахар или предусмотрено его небольшое количество, основным источником сбраживаемого сахара является крахмал.

При созревании полуфабрикатов сахара сбраживаются последовательно. Сначала дрожжевые клетки сбраживают глюкозу, фруктозу и мальтозу через час и два часа соответственно.

Глюкоза сбраживается непосредственно, а фруктоза после изомеризации ее в глюкозу фруктоизомеразой дрожжей.

Переключение процесса брожения с глюкозы на фруктозу и мальтозу требует определенного периода, связанного с индукцией ферментов, поэтому скорость газообразования в полуфабрикатах в этот период незначительно снижается. После адаптации клетки к сбраживанию мальтозы скорость газообразования в тесте опять возрастает до тех пор, пока не наступает недостаток мальтозы в среде.

Скорость инверсии сахарозы дрожжами превышает скорость сбраживания ее компонентов - глюкозы и фруктозы. Если в бродящем тесте содержится сахар -песок, добавляемый по рецептуре, то процесс образования мальтозы из крахмала не будет являться лимитирующим фактором для спиртового брожения.

Способность дрожжей эффективно разрыхлять тесто зависит также и от интенсивности других биохимических превращений, в результате которых образуются вещества, необходимые для их жизнедеятельности. Происходит гидролиз белков с накоплением аминокислот, а также гидролиз липидов с образованием жирных кислот.

Кроме того, в полуфабрикатах должны присутствовать в необходимом количестве микро- и макроэлементов (витамины, минеральные вещества).

1.1.3.Расы и штаммы дрожжей, применяемые при производстве хлебобулочных изделий

Расой или штаммом называют отдельные разновидности микроорганизмов в пределах одного и того же вида, различающиеся между собой второстепенными признаками. При этом расы имеют стойкие второстепенные признаки, а штаммы нестойки и могут быть утрачены при росте на новой среде. Производственные культуры дрожжей должны обладать высокой удельной скоростью роста и высокой активностью ферментов, что особенно важно при многофазных техно­логических режимах приготовления хлеба, предусматривающих длитель­ное приготовление полуфабрикатов. Однако используемые расы и штаммы дрожжей отвечают этим требованиям в неодинаковой степени.

Показателями активности ферментов хлебопекарных дрожжей является зимазная и мальтазная активность. Методика определения ферментной активности дрожжей основана на учете времени, в течение которого суспензия дрожжей выделит заданное количество диоксида углерода из соответствующего раствора сахара – глюкозы или мальтозы. Количественным критерием активности мальтазы, или зимазного комплекса, служит время в минутах.

Зимазная и мальтазная активность дрожжей (мин) колеблется в широких пределах:

зимазная активность мальтазная активность качество дрожжей

30 – 40 50 – 80 хорошее

41 – 60 90 – 120 удовлетворительное

61 и более 121 и более неудовлетворительное

Суммарная сбраживающая способность дрожжей определяется их подъемной силой.

Штаммы дрожжей, применяе­мых в хлебопекарном производстве:

- раса Томская 7 ха­рактеризуется устойчивостью к составу мелассных сред, требовательно­стью к ростовым веществам, в частности к витаминам. Прессованные дрожжи, полученные на этой расе, обладают стойкостью при хранении, вы­сокой b- фруктофуранозидазной активностью, но слабой a -глюкозидазной активностью (мальтазная активность более 160 мин};

- раса Одесская характеризуется высокой генеративной активностью. Дрожжи, устойчивы к высушиванию, в прессованном виде стойки при хранении. Мальтазная активность составляет 95 мин, зимазная - 45 мин. Культура требова­тельна к составу питательных сред, особенно к ростовым веществам. Благодаря высокой урожайности и ферментативной активности она нашла широкое распространение в промышленности и служит основой для селекции новых штаммов;

- штамм Л-441 ха­рактеризуется высокой продуктивностью, сбраживает раффинозу, устой­чив к вредным примесям и патогенным микроорганизмам, имеет высокую удельную скорость роста и обеспечивает получение товарных хле­бопекарных дрожжей с высокими показателями качества: подъемная сила - 44-45 мин, мальтазная активность - 92-95 мин, стойкость при температуре 35°С - свыше 96 ч;

- штамм Я-1 обладает высокой генеративной активностью и устойчивостью к повышенной температуре выращивания (37-38° С), что очень важно для заводов, находящихся в южных районах страны. Зимазная активность - 32-44 мин;

- раса Киевская не требовательна к ростовым веществам, хорошо переносит высушивание, обладает хорошей зимазной (60 мин) и мальтазной (100 мин) активностью.

На базе высокопродуктивных рас и штаммов выведены новые виды, которые характеризуются более высокими показателями качества:

- гибридные расы 176, 196-6 и 262 отвечают основным требованиям, предъявляем к производственным дрожжам (мальтазная активность - 65-75 мин, зи­мазная - 42-57 мин, высокая скорость роста), и рекомендованы для ис­пользования в промышленности. Раса 262 рекомендована для получения сушеных дрожжей;

- новые штаммы 739, 743, 608, 616, 722 отли­чаются высокой активностью ферментов. Выведен штамм ЛВ-7, ис­пользуемый для производства прессованных и сушеных дрожжей. Штамм характеризуется повышенной устойчивостью к примесям мелассы и мик­рофлоре, инфицирующей дрожжевое производство, отличается повы­шенной продуктивностью концентрацией трегалозы.

Штамм дрожжей 616 используется для производства сушеных дрожжей, характеризуется высокой активностью ферментных систем дрожжей. Мальтазная активность дрожжей составляет 67 мин, зимаз­ная - 55 мин.

Штамм 722 отличается хорошей мальтазной (54 мин), зимазной (43 мин) активностью, подъемной силой (46 мин) и осмочувствительностью (5-10 мин).

Штамм 739 характеризуется высокой продуктивностью, повышен­ной ферментной активностью. Дрожжи полностью сбраживают глюко­зу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, раффинозу, галактозу. Зимазная, мальтазная активности и подъемная сила дрожжей составляют соответ­ственно 54, 61 и 56 мин;

- штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae 39/15 обладает хорошей бродильной активностью, его применение позволяет сократить продол­жительность брожения теста на 35 мин;

- для производства сушеных дрожжей используется штамм Saccharomyces cerevisiae 93, обладающий высокой продуктивностью, активным комплексом ферментов. Зимазная активность составляет 45 мин, мальтазная - 53 мин,

- гибридный штамм 512 получен скрещиванием расы XII и штамма Saccharomyces diastaticus, является триплоидом и характеризуется повы­шенным синтезом витаминов Д (эргостерина) - 2,8; В₁ - 34; В₂ - 20;В₆ - 46, РР - 36 (мкг/клетка). Показатели зимазной, мальтазной активно­сти и осмочувствительности составляют 70, 200 и 14 мин соответственно;

- штамм 5 получен в результате скрещивания клеток штамма дрож­жей «Яблочный-3», применяемого для сбраживания яблочного сока, и штамма 722, используемого в производстве сушеных хлебопекарных дрожжей. Отличительной особенностью штамма является высокая бро­дильная активность. Показатели зимазной, мальтазной активности и осмочувствительности составляют 85, 95 и 15 мин соответственно;

- штамм 69 получен в процессе скрещивания расы дрожжей «Джамбульская-60» и штамма 10, выделенного из сушеных дрожжей француз­ского производства. Он обладает высокой скорость роста, зимаз­ной и мальтазной активностью соответственно 45 мин и 80 мин, а также устойчивостью к повышенной температуре (40-45°С).

В ржаных заквасках встречаются представители другого вида рода Saccharomyces - дрож­жи Saccharomyces minor,. Это мелкие дрожжи круглой или слегка овальной формы, впервые выде­ленные и описанные в 1872 г. Энгелем. Они сбраживают и усваивают глюкозу, фруктозу, сахарозу, галактозу, раффинозу, не сбраживают и не усваивают лактозу, ксилозу, арабинозу, глицерин, маннит, не рас­щепляют крахмал и клетчатку. Характерная особенность данного вида заключается в том, что он не сбраживает и не усваивает мальтозу и простые декстрины. Температурный оптимум составляет 25-28°С, повышение температуры до 35°С угнетает клетки. Дрожжи Saccharomyces minor отличаются большей кислотоустойчивостью (хорошо развиваются при кислотности 14-16 град и рН 3,0-3,5) и спиртоустойчивостью, в отличие от Saccharomyces cerevisiae.

В Ленинградской лаборатории технологии дрожжей ВНИИПБТ создана коллекция, которая насчитывает более 96 штаммов отечественных и зарубежных музейных культур. Коллекция культур предназначена для снабжения дрожжевых заводов производственными культурами и обеспечения ученых исходным материалом для селекционирования новых штаммов.

В настоящее время продолжаются работы по выведению новых штаммов дрожжей с применением современных методов: индуцируемо­го мутагенеза, гибридизации, адаптации. Это способствует эффективной селекции чистых культур микроорганизмов с закрепленными качест­венными признаками, необходимыми для реализации современных тех­нологий приготовления хлебобулочных изделий.

1.2. Молочнокислые бактерии

Молочнокислые бактерии являются постоянными спутниками муки, дрожжей, молочных продуктов и др. Они оказывают влияние на вкус, аромат и усвояемость хлеба.

Способность молочнокислых бактерий образовывать молочную кислоту объединяет их в отдельную группу микроорганизмов, которая по практической значимости занимает одно из первых мест.

Существует несколько классификаций молочнокислых бактерий, основные из которых предложены Кнудсеном, Селибером, Шпихером, Ауэрманом.

Все микроорганизмы, вызывающие молочнокислое брожение, подразделяются на две большие группы: гомоферментативные и гетероферментативные.

Гомоферментативные молочнокислые бактерии вызывают брожение с образованием молочной кислоты.

Гетероферментативные молочнокислые бактерии кроме молочной образуют уксусную, яблочную, пировиноградную, янтарную и другие кислоты, этанол, диоксид углерода и др.

По отношению к температуре бактерии делят на 3 группы:

- психрофилы – температурный оптимум – 10⁰С;

- мезофилы – температурный оптимум – 30⁰С;

- термофилы – температурный оптимум – 50-70⁰С.

1.2.1. Морфология бактериальной клетки

Молочнокислые бактерии – это прямые палочки различных размеров от коротких (2-5 мкм) до длинных (12-15 мкм) шириной 0,5-1 мкм с закругленными концами. Расположены они одиночно, попарно или небольшими цепочками. Молочнокислые бактерии обычно неподвижны, размножаются простым делением, чаще всего спор не образуют. Бактериальная клетка покрыта мелкопористой оболочкой, состоящей из белков и углеводов, поверх которой имеется слизистая оболочка, называемая капсулой.

Оболочка бактерий составляет 20-30% от сухой массы клеток и обладает достаточной механической прочностью. Она определяет форму организма, защищает его внешних воздействий, проницаема для солей и других низкомолекулярных веществ и играет важную роль в обмене веществ между клеткой и окружающей средой.

Цитоплазматическая мембрана, прилегающая к клеточной стенке, содержит разнообразные ферменты, принимающие активное участие в метаболизме бактерий, а также липиды и белки.

Внутри клетка заполнена цитоплазмой, состоящей в основном из белков. В цитоплазме располагаются нуклеотид, рибосомы и мезосомы. Ядро выполняет организующую роль, управляет жизненными процессами клетки, регулирует обмен веществ, размножение, является носителем наследственной информации. Рибосомы являются центрами синтеза белка. В мезосомах содержатся ферменты окислительно-восстановительного действия и происходят энергетические процессы. Резервные вещества, накапливаемые в процессе жизнедеятельности бактерий, локализуются в виде зерен волютина.

1.2.3.Молочнокислое брожение

Типичное гомоферментативное молочнокислое брожение можно выразить в следующем виде:

C ₆ Н₁₂О₆ ® 2СНзСНСООН

глюкоза молочная кислота

При гетероферментативном молочнокислом брожении образуются несколько органических веществ. Суммарное уравнение сбраживания глюкозы:

2С₆Н₁₂О₆ ® СН₃СНСООН + СООНСН₂СООН + СН₃СООН +

глюкоза молочная кислота янтарная кислота уксусная кислота

+ СН₃СН₂ОН + СО₂ + Н₂

этиловый спирт диоксид углерода водород

При гомоферментативном брожении образуется 85-90% молочной кислоты, при гетероферментативном - около 20-40%.

Молочнокислые бактерии являются факультативными анаэробами. Из углеводов они преимущественно сбраживают гексозы и дисахариды. Гетероферментативные молочнокислые бактерии и некоторые виды Lacfobacillus plantarum сбраживают пентозы. Согласно современным представлениям гомо- и гетероферментативные молочнокислые бакте­рии отличаются по механизму сбраживания углеводов.

Гомофермента­тивные виды содержат фермент альдолазу, но лишены пентозофосфокетолазы. В связи с этим молочнокислое брожение протекает по гликолитической схеме Эмбдена-Мейергофа.

Гетероферментативные виды содержат пентозофосфокетолазу, но нет альдолазы и триозо-фосфатизомеразы, поэтому расщепление углеводов происходит ис-

ключительно по пентозофосфатному пути. Эти бактерии сбраживать также пентозы.

Способность некоторых молочнокислых бактерий сбраживать пентозы имеет определенное технологическое значение при брожении ржаных и ржано-пшеничных полуфабрикатов, кото­рые содержат значимое количество пентозанов и продуктов их гидролиза.

Активность молочнокислых бактерий проявляется наиболее интен­сивно в слабокислой среде и для большинства их видов оптимальная ак­тивная кислотность среды составляет рН 5-6. В полуфабрикатах хлебо­пекарного производства бактерии активны при рН 3-3,5.

Повышенное осмотическое давление (при концентрации сахара в среде более 15% и соли более 6%) вызывает снижение интенсивности мо­лочнокислого брожения. Высокие концентрации спирта (до 18-24%) не оказывают отрацательного действия на жизнедеятельность бактерий.

Фактический баланс гомо и - гетероферментативного молочнокис­лого брожения представлен в табл. 1.

Таблица 1. - Фактический баланс гомо и - гетероферментативного молочнокислого брожения

Количественное соотношение основных и побочных продуктов молочнокислого броже­ния зависит от различных факторов (состав среды, рН, температура). Чрезмерное накопление уксусной кислоты является нежелательным, т. к. эта летучая кислота обладает резко выраженным вкусом и запахом и может ухудшить органолептические характери­стики продукта.

Молочнокислые бактерии содержат активные протеазы и пептидазы и могут выделять их во внешнюю среду. Кроме того, может происходить автолиз бактериальных клеток в процессе брожения, и протеолитические ферменты бактерий будут попадать в сбраживаемый полуфабрикат.

Молочнокислые бактерии обладают некоторой липолитической ак­тивностью.

Для жизнедеятельности молочнокислых бактерий большое значе­ние имеет азотистое питание, наличие минеральных солей, витаминов, аминокислот и некоторых органических соединений. Исключительно важным является спиртоустойчивость молочнокислых бактерий при совместном использовании их с дрожжами.

1.2.3.Расы и штаммы молочнокислых бактерий, применяемые в хлебопекарном производстве

К молочнокислым бактериям относятся представители родов Leuconostoc, Streptococcus, Lactobacillus.

Представителями рода Lactobacillus являются: Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei, Laktobacillus brevis, Lactobacillus fermenti.

Вид Lactobacillus delbruckii относится к подгруппе термобакте­рий.

Характерной особенностью бактерий данного вида является способ­ность сбраживать глюкозу без образования диоксида углерода. Оптимальная температура роста - 45-50° С. Из других углеводов они сбраживают саха­розу, мальтозу, галактозу, но не сбраживают лактозу, раффинозу, декстри­ны. Бактерии требовательны к содержанию в среде азотистых соединений. Они хорошо развиваются в мучных средах и обладают большой интенсивностью образования кислоты. Этот вид бактерий широко используются в хлебопекарном производстве при выведении жидких дрожжей.

Штамм 30-1 отличается повышенной ацидо и - термотолерантностью при кислотности от 17 до 22 град и темпе­ратуре 48-70° С. Использование этого штамма позволяет сократить продол­жительность заквашивания заварки до 6 ч и повысить содержание в ней глюкозы и аминного азота. Закваска при этом имеет приятный медово-яблочный аромат.

Штамм 30-2 получен путем выращивания культуры 30-1 на среде, содержащей молочную сыворотку. Штамм устойчив к колебаниям тем­пературы от 40 до 60°С и кислотности от 10 до 20 град. Продолжитель­ность приготовления закваски сокращается до 4,5-5,0 ч.

Штамм 40 получен облучением ультрафиолетовыми лучами с по­следующим селекционированием на среде, в состав которой входит на­трий лимоннокислый. Он отличается интенсивным кислотообразованием и повышенным синтезом ароматобразующий веществ (ацетальдегида и диацетила).

Штамм Д-76 кроме молочной ки­слоты образует 0,5% уксусной кислоты. Культура выпускается в виде сухого лактобактерина.

Штаммы 30-1, 30-2, 40 селекционированы в ГосНИИХП, а штамм Д-76 - в Санкт-Петербургском филиале ГосНИИХП.

Вид Lactobacillus plantarum принадлежит к гомоферментативным видам из подгруппы стрептобактерий. L. plantarum играет основную роль в процессе кислотонакопления при производстве пшеничных и ржаных заквасок.

L. plantarum сбраживает многие сахара, в том числе мальтозу и са­харозу. Он требует для своего развития богатые среды, содержащие разнообразные углеводы, витамины, аминокислоты. Оптимальная тем­пература для его развития 30° С. Отличается спиртоустойчивостью, вы­держивая концентрацию спирта до 20%.

Вид Lactobacillus casei относится к подгруппе стрептобактерий и является гомоферментативным по характеру брожения. По морфологи­ческим, культуральным и физиологическим признакам он очень близок к L. plantarum.

В пределах вида L. casei различают три подвида: L. casei var. casei, L. casei var. rhamnosus и L. casei var. alactosus. Первые два из них отли­чаются тем, что могут развиваться при более высокой температуре - до 45°С, чем L. plantarum. Бактерии вида L. casei обнаружены в заквасках и тесте и принимают участие в кислотонакоплении полуфабрикатов.

Бактерии вида Lactobacillus brevis являются гетероферментативными. Они сбраживает мальтозу, сахарозу, галактозу, арабинозу, нуждается в тиамине и фолиевой кислоте. Оптимальная температура роста бактерий - 30°С, но они могут расти и при более низких температурах (15° С). От­дельные штаммы данного вида хорошо развиваются при 34-37° С.

Вид L. brevis, как и L. plantarum, является специфичным для ржа­ных и пшеничных заквасок. Продукты их брожения принимают участие в формировании вкуса и аромата хлеба.

Вид Lactobacillus fermenti является гетероферментативным. Отличительная особенность этого вида – высокий темпера­турный оптимум роста - в пределах 37-40° С. При 15° С рост не наблюдается. L. fermenti часто встречается в заквасках и является специфичным для хлебопекарного производства.

1.3. Другие типы брожения

В полуфабрикатах хлебопекарного производства, кроме спиртового и молочнокислого, происходят пропионовокислое, бутиленгликолевое, масляное, ацетонобутиловое, ацетоноэтиловое брожения.

Пропионовокислое брожение

Этот тип брожения характеризуется сбраживанием глюкозы, а ино­гда и пентоз в пропионовую и уксусную кислоты с образованием диок­сида углерода и воды:

ЗС₆Н₁₂О₆® 4СНзСН ₂СООН + 2СНзСООН + 2СО ₂ + 2Н ₂О + Дж

глюкоза пропионовая уксусная диоксид вода

кислота кислота углерода

Бактерии, вызывающие пропионовокислое брожение, присутст­вуют в молочных продуктах, с которыми попадают в хлебопекарные полуфабрикаты.

ГосНИИХП разработаны новые виды пшеничных заквасок, в том числе с целенаправленным культивированем пропионовокислых бакте­рий в мучных полуфабрикатах для использования при приготовлении хлеба. Пропионовокислые бактерии являются антагони­стами по отношению к Basillus subtilis и могут быть использованы в хлебопекарном производстве для предотвращения заболевания хлеба «картофельной болезнью».

Бутиленгликолевое брожение

В муке иногда встречаются бактерии Aerobacterium aerogenes, которые попадают в хлебопекарные полуфабрикаты. При 2,3-бутиленгликолевом брожении образуются молочная, муравьиная, янтарная и уксусная кислоты, этиловый спирт, а также 2,3-бутиленгликоль в иных количествах и соотно­шениях, чем при гетероферментативном молочнокислом брожении.

Масляное и ацетонобутиловое брожение

Этот тип брожения вызывается многими микроорганизмами, встречающимися в пищевом сырье. Вид бактерий Clostridium asetobutylicum вызывает как маслянокислое, так и ацетонобутиловое брожение.

Суммарное уравнение масляного брожения:

С ₆Н ₁₂О ₆ ® СНзСН ₂СНзСООН + 2СО ₂ + 2Н ₂ + Дж

глюкоза масляная кислота диоксид водород

углерода

Фактически при этом образуется еще уксусная кислота и некото­рые другие продукты.

Если реакция среды кислая, то основным продуктом является бути­ловый спирт и ацетон. Если брожение протекает в нейтральной среде, то основным продуктом является масляная кислота, а этанол и ацетон обра­зуются в небольших количествах. В небольшом количестве образуются некоторые другие вещества.

Ацетоноэтиловое брожение

Этот тип брожения вызывается бактериями вида Bacterium aceto-acetylicum и проходит по суммарному уравнению:

2C ₆Н ₁₂О ₆ + H ₂ О ® СН ₃СОСНз + 2СНзСН ₂ОН + 5СО ₂ + 4Н₂ + Дж.

глюкоза вода ацетон этиловый диоксид водород

спирт углерода

Выход этилового спирта и ацетона стабилен и соотношение этих продуктов лежит в пределах 2,5:1 или 3,5:1.

Большое значение имеет способность мо­лочнокислых бактерий (Lactobacillus pentosus, Lactobacillus pentaaceticus) сбраживать пентозы (L-арабинозу, D-ксилозу) с образованием молочной, уксусной кислот, диоксида углерода, а также этилового спирта, муравьи­ной, янтарной, пропионовой кислот и других веществ.

Фактический баланс бро­жения весьма сложен.

Продукты, получаемые в результате основных типов брожения, представлены в таблице 2.

Для получения готовых изделий наилучшего качества необходимо активизировать жизнедеятельность представителей микрофлоры, вырабатывающих необходимые продукты брожения, и подавлять развитие нежелательных видов микрофлоры.

Таблица 2.-Продукты основных типов брожения (по Иерсалимскому)

Вопросы для самоконтроля по теме1

1. Основные семь типов брожения.

2. Из каких морфологических частей состоит дрожжевая клетка?

3. Какие физиологические изменения могут происходить в дрожжевой клетке под воздействием внешних факторов?

4. Какие типы жизнедеятельности могут проявлять хлебопекарные дрожжи в зависимости от условий питательной среды?

5. Объясните эффект Пастера.

6. Какие ферменты дрожжей принимают участие в спиртовом брожении?

7. В чем существует различие между расой и штаммом микроорганизмов?

8. Как называются показатели качества дрожжей, характеризующие активность их ферментов?

9. Каким образом подразделяют молочнокислые бактерии по их отношению к температуре?

10. Каким образом подразделяют молочнокислые бактерии по видам продуктов, которые они продуцируют?

11. Сущность спиртового брожения?

12. Сущность молочнокислого брожения?

13. Какие типы брожения происходят в полуфабрикатах хлебопекарного производства, кроме спиртового и молочнокислого брожения?

Тесты по теме 1

1. В какой морфологической части дрожжевой клетки происходят различные окислительно-восстановительные процессы?

А - клеточная стенка;

Б - цитоплазматическая мембрана;

В - цитоплазма.

2. К какой группе относятся ферменты, переводящие нерастворимые и трудно диффундирующие питательные вещества в легко усваиваемую дрожжами форму?

А - эндоферменты;

Б - экзоферменты.

3. К какой группе ферментов дрожжевой клетки относится a -глюкозидаза?

А - конститутивные;

Б - адаптивные.

4. Какой сахар сбраживается дрожжами в первую очередь?

А - фруктоза;

Б - глюкоза;

В – мальтоза,

Г – сахароза.

5. При каком типе брожения образуется глицирин?

А – пропионовокислое;

Б – спиртовое;

В – молочнокислое.

2. Дрожжи хлебопекарные как рецептурный компонент теста

Технологическая роль хлебопекарных дрожжей, добавляемых при замесе теста, заключается в выделении диоксида углерода, разрыхляющего тесто и придающего ему пористую структуру, а также этилового спирта и промежуточных продуктов брожения, оказывающих влияние на свойства теста и принимающих участие в формировании вкуса и аромата изделий.

2.1.Виды хлебопекарных дрожжей и их свойства

Для приготовления хлебобулочных изделий применяются дрожжи хлебопе­карные прессованные, сушеные, жидкие и дрожжевое моло­ко.

Прессованные дрожжи - это технически чистая культура дрожжей Saccharomyces cerevisiae, сформированная в брикеты влажностью 67-75%. Культура выращивается на специальных питатель­ных средах путем постоянного накопления биомассы маточных и засевных дрожжей в условиях интенсивной аэрации среды до получения то­варных дрожжей прессованием или вакуумированием. В 1 г прессованных дрожжей содержится 10-15 млрд. клеток.

Сушеные дрожжи - это высушенные прессованные дрожжи до влажности 8-10% при оп­ределенных условиях. Их вырабатывают из прессованных дрожжей, которые характеризуются повышенным содержанием сухих веществ и трегалозы. Сушеные дрожжи с высоким содержанием трегалозы и низким содержанием свободного аммиака значительно дольше сохраняют свою биологическую активность. Их применяют после пред­варительной регидратации. Однако эти дрожжи имеют пониженную бродильную активность даже после активации в мучной среде с добавлением сахара, и дозировка их в два раза выше, чем прессованных.

Инстантные дрожжи - высокоактивные сушеные дрожжи. Технология получения этих дрожжей предусматривает применение определенных штаммов сахаромицетов и современных условий культивирования. Кроме того, необходимо внесение в дрожжи перед высушиванием защитных добавок (антиоксидантов) – аскорбиновой кислоты, поверхностно-активных веществ или эмульгаторов, защищающих клеточные стенки и мембраны от повреждений.

Дрожжи инстант, упакованные в атмосфере диоксида углерода или азота под вакуумом в газонепроницаемые полимерные пленки, сохраняют свои свойства в течение 2 лет.

Благодаря высокопористой структуре эти дрожжи используют без предварительного размачивания (регидратации).

Дрожжи инстант рекомендуется использовать при безопарном и ускоренных способах приготовления теста с содержанием сахара и жира 7% и более к массе муки. Соотношение расхода инстантных дрожжей и прессованных составляет не менее 1:5.

Дрожжевое молоко - полуфабрикат дрожжевого производства. Они представляют собой водную суспензию клеток Saccharomyces cerevisiae, полученную в результате размножения их в культуральной среде, сгущения на сепараторе, выделения на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах

При хранении дрожжевого молока более суток происходят потери продукта. Это связано с тем, что клетки продолжают осуществлять дыхание, используя запасные углеводы. В результате уменьшается масса клеток, что ведет к снижению количества биомассы.

Жидкие хлебопекарные дрожжи – полуфабрикат хлебопекарного производства, приготовленный на заквашенной заварке для хлебопекарного производства путем размножения в ней хлебопекарных дрожжей. Мучную заварку заквашивают термофиль­ными молочнокислыми бактериями типа Lactobacillus delbrueckii, в которой затем выращивают дрожжи вида Saccharomyces. В 1 мл жидких дрожжей содержится 70-120 млн. клеток.

Дрожжи для готовых смесей (префиксов) способны храниться при доступе кислорода и влаги, а так­же не требуют предварительной гидратации. Такими свойствами дрож­жи обладают из-за особенного строения защитных гранул, имеющих специальную оболочку и характеризующихся высокой пористостью структуры, что способствует быстрому растворению гранул в полуфаб­рикатах хлебопекарного производства.

Дезактивированные дрожжи не обладают сбраживающей способностью, но имеют ферментативную активность. Эти дрожжи являются натуральным улучшителем восстановительного дей­ствия для теста, которому необходимо придать эластичные свойства и увеличить растяжимость.

Хлебопекарная промышленность использует также прессованные дрожжи, полученные на спиртовых заводах, перерабатывающих свеклосахарную мелассу. Эти дрожжи интенсивно бродят в начальной стадии приготовления теста, в рецептуре которого не предусмотрен сахар. Затем выделение диоксида углерода резко снижается, особенно на стадии расстойки. Эти дрожжи имеют низкую активность фермента a-глюкозидазы, которая обусловлена свойствами чистых культур и их способностью адаптироваться к мальтозе.

Эффективность применения различных видов дрожжей обусловливается их физиологическими, биологическими и тех­нологическими свойствами.

При производстве и использовании хлебопекарных дрожжей учитываются следующие их свойства:

Термотолерантность – способность дрожжей сохранять свою жизнедеятельность в средах с высокой температурой.

Осмотолерантность - способность дрожжей осуществлять спиртовое брожение при повышенных концентра­циях хлористого натрия (около 2% к массе муки) и сахара (более10%).

Особенности осмотолерантных дрожжей заключаются в низком содер­жании b -фруктофуранозидазы, способности синтезировать трегалозу и глицерин, что позволяет снизить осмотическое давление и компенсировать потери внутриклеточной воды.

Криотолерантность дрожжей – устойчивость дрожжей к воздействию холода. Дрожжи полусухие замороженные предназначены для применения в технологии быстрозамороженных тестовых полуфабрикатов для бу­лочных и сдобных изделий. Содержание сухих веществ в этих дрожжах составляет 75-77%. В процессе производства дрожжей после сушки их замораживают, что придает им большую стабильность при хранении.

Дрожжи, чувствительные к холоду, характеризуются чрезвычайно низкой ферментативной активностью в температурном диапазоне от 4 до 12°С и стандартной активностью при температуре 30-40° С. Это позво­ляет использовать их для приготовления теста, предназначенного для розничной торговли. Тестовые заготовки, приготовленные с использование этих дрожжей, могут храниться в течение нескольких дней при температуре 3-7°С.

Кислототолерантность дрожжей - способность дрожжей сохранять свою жизнедеятельность в средах, имеющих высокую кислотность.

При приготовлении жид­ких дрожжей и различных видов заквасок, используют кислотоустойчивые штаммы дрожжей.

Дрожжи, устойчивые к пропионату кальция, характеризуются по­вышенной кислототолерантностью и адаптивностью к тесту, приготов­ленному с добавлением пропионата кальция как средства предотвраще­ния картофельной болезни хлебопекарных изделий.

Продолжительность и температура брожения полу­фабрикатов являются важными факторами, определяющими количе­ство дрожжей и их активность. При сокращении продолжительности процесса брожения теста количество дрожжей увеличивается. Существует прямая зависимость между температурой брожения и его интенсивностью: при повышении температуры от 25 до 35°С интенсивность броже­ния увеличивается примерно в 2 раза.

Для достижения оптимальных свойств теста, приготовленного безопарным и опарным способом, и получения хлеба высокого качества, имеет значение высокая мальтазная активность дрожжей. В процессе брожения опары, продолжительность брожения которой составляет 180-240 мин, происходит адаптация дрожжевых клеток к сбраживанию мальтозы. Поэтому интенсивность газообразования в тес­те, приготовленном опарным способом, в значительно меньшей степени зависит от исходной мальтазной активности дрожжей по сравнению с безопарным способом.

Общая продолжительность созревания полу­фабрикатов в ускоренных технологиях составляет 70-100 мин, поэтому индуцирование a-глюкозидазы дрожжами, ко­торое начинается как правило через 70-90 мин от начала процесса бро­жения теста, не может являться лимитирующим фактором техно­логического процесса. Кроме того, рекомендуется использовать ускоренные технологии при производстве изделий, в рецептуре которых предусмотрено не менее 2% сахара.

Количество дрожжей зависит от состава рецептуры, главным образом, от количества сахара и жировых продуктов. Сахаро и - жиросодержащие продукты влияют на ферментативную активность дрожжей. При внесении сахара-песка в количестве более 7% к массе муки в тесте на­чинаются процессы плазмолиза дрожжевых клеток, вызывающего сни­жение их жизнедеятельности. Добавление в тесто жировых продуктов в количестве более 5% вызывает снижение газообразования, так как жир обволакивает поверхность дрожжевых клеток, что за­медляет или останавливает прохождение питательных веществ через клеточную оболочку. Поэтому в рецептуре сдобных изделий предусмотрено увеличение количества дрожжей до 4-6% к массе муки и введе­ние в технологический процесс операции отсдобки теста, предусматри­вающей внесение сахара и жировых продуктов в выброженное тесто.

2.2. Показатели качества хлебопекарных дрожжей и способы

их улучшения

В мировой практике технологические свойства дрожжей оцени­ваются по различным показателям, наиболее важные из которых ос­новываются на определении их ферментативной активности

Действующий в настоящее время в нашей стране ГОСТ 171 «Дрожжи хлебопекарные прессованные» регламентирует следующие показатели их качества:

- органолептические (вкус, цвет, запах, консистенция);

- физико-химические (влажность, подъемная сила, кислотность в день выработки и через 12 суток хранения, стойкость при хранении).

В соответствии с ОСТ 18-193-74 в день выработки оценивают качество сушеных дрожжей по органолептическим по­казателям, подъемной силе, влажности и способности сохранять подъемную силу.

Технологиче­ские свойства дрожжей оцениваются по показателю подъемной силы - продолжительности подъема теста, приготовленного по стандартной рецептуре, на определенную высоту. Подъемная сила не может считаться достаточно объективным показателем, адекватно оценивающим актив­ность всех ферментных систем дрожжевой клетки, в том числе активность a–глюкозидазы. Специалистами дрожжевой промышленности предложен ряд спо­собов определения свойств хлебопекарных дрожжей по активности их ферментативного комплекса. Эти способы предусматривают определе­ние зимазной и мальтазной активности дрожжей.

Показатели подъемной силы и зимазной активности характеризуют по существу один и тот же процесс - сбраживание глюкозы зимазным комплексом дрожжевой клетки. Показатель активности зимазного ком­плекса дрожжей характеризует способность ферментов осуществлять превращение глюкозы и фруктозы в спирт и диоксид углерода и не учитывает сбра­живание мальтозы.

Направление и скорость биохимических реакций, вызываемых дрожжевыми клетками, могут подвергаться адаптивному регулированию.

Для дрожжевых клеток характерны два типа адаптации:

- приспособление макромолекулярных клеток, при котором изменяется количество уже имеющихся типов макромолекул, например, фермента a - глюкозидазы;

- приспособление на функциональном уровне, когда изменение эффективности макромолекулярных систем, в частности ферментов, не связано с изменением их числа.

Адаптация второго типа характеризуется явлением метаболической регуляции – увеличением или уменьшением активности ферментов в связи с переходом от аэробной жизнедеятельности (период культивирования клеток) к анаэробной (период брожения в хлебопекарных полуфабрикатах).

Эти регуляторные процессы зависят от состава и концентрации веществ в .клетке и вне ее, присутствием активаторов и ингибиторов ферментов.

Исходная биологическая активность дрожжей и способность их адаптироваться к анаэробным условиям жизнедеятельности в полуфабрикатах влияют на ход технологического процесса и качество продукции.

Прессованные дрожжи характеризуются малой активностью ферментов восстановительного действия, т.е. бродильного типа, так как аэрация культуральной среды и отсутствие в ней мальтозы (индуктора) не стимулирует их синтез. В связи с этим бродильная активность дрожжевых клеток в начале брожения хлебопекарных полуфабрикатов проявляется недостаточно. Попадая в анаэробные условия, дрожжевые клетки начинают перестраиваться с дыхательного на бродильный тип.

Применение прессованных дрожжей с пониженной активностью a - глюкозидазы отрицательно влияет на процесс брожения, особенно при безопарном способе приготовлении теста, когда дрожжи должны проявлять свою бродильную активность тотчас после замеса теста. При опарном способе приготовления теста адаптация дрожжевых клеток к среде, содержащей мальтозу, происходит в опаре. Однако брожение опары при низкой активности фермента a - глюкозидазы протекает менее интенсивно.

Поэтому перед работниками хлебопекарной промышленности стоит задача - исключить период адаптации дрожжевых клеток при созревании полуфабрикатов, что позволит интенсифицировать технологический процесс и улучшить качество продукции.

С целью создания оптимальных параметров для жизнедеятельности дрожжевых клеток в анаэробных условиях и обеспечения их высокой физиологической активности прессованные дрожжи необходимо выдерживать в специально приготовленных питательных смесях. Эта технологическая операция называется активированием прессованных или сушеных дрожжей.

Для активирования дрожжей наиболее целесообразно и эффективно использование жидких питательных смесей, содержащих углеводы, углеводороды, органические кислоты и минеральные соли. Предварительное выдерживание клеток дрожжей в питательной смеси создает благоприятные физико-химические условия и повышает активность ферментов, дополнительный их синтез, ускоряет и обеспечивает внутриклеточные биохимические превращения, без которых невозможен процесс брожения.

При активации дрожжевые клетки не размножаются.

Хлебопекарные дрожжи вносят в специально приготовленную питательную смесь, которая состоит из муки, воды, заварки, обогащенной неферментированным солодом и соевой мукой. Продолжительность активации дрожжей зависит от способа приготовления теста и состав­ляет для безопарного способа 2-3 часа, для опарного - 1 час.

Предприятиям рекомендованы следующие компо­ненты при приготовлении питательных смесей:

- минеральные соли (сульфат аммония, магния, кальция, цинка, марганца, гидрофосфат калия, триполифосфат натрия и др.);

- сахарсодержащие добавки (сахар-песок, свекольный по­рошок, яблочный порошок, концентрат квасного сусла и др.);

- различные гидролизаты из пшеничной муки или крахмального молока, полученные путем внесения термостабильной бактериальной или грибной a - амилазы, глюкоамилазы; молочная сыво­ротка, предварительно гидролизованная b-галактозидазой; крахма­л сырец, гидролизованный амилазой, с последующим внесением белковой добавки.

Инструкцией ГосНИИХП (Рекомендации по активации хлебопе­карных дрожжей. Утв. 20.04.87 г.) предусмотрено проведение актива­ции дрожжей в средах следующего состава:

- мука и вода;

- мука, вода, Амилоризин П10Х или комплексные хлебопекарные улучшители;

- мука, вода в смеси с высокоосахаренным ферментным полуфабрикатом;

- мука, во­да, мучная заварка.

Опыт ряда хлебозаводов показал, что применение активированных хлебопекарных дрожжей позволяет снизить их расход на 25—40% при одновременном сокращении продолжительности броже­ния опары на 10-15%.

Для повышения биологической активности микроорганизмов используют физические, химические, магнитные, термические, электрохимические, ИК-способы, способы обработки лазерным излучением и др.

Установлено, что значительное воздействие на микроорга­низмы оказывает электрохимическая обработка. Механизм воздействия электрохимической обработки достаточно сложен. Он заключается в повышении активности биомембран, что приводит к более интенсивному действию ферментов. Электрохимиче­ская обработка влияет на энергетическое состояние компонентов био­химических реакций. Эффект электрохимической обработки снижает трансмембранный потенциал, который имеет место при переносе пита­тельных веществ через клеточные стенки дрожжей. Энергия активации воздействует на скорость реакций, протекающих с преодолением энер­гетического барьера, а именно на реакции переноса веществ через био­логические мембраны.

Наиболее эффективной является обработка дрожжевых клеток в питательной смеси с использованием ячменного и ячменно-кукурузного гидролизатов. Проведение электрохимической обработки дрожжевого молока, прессованных и сушеных дрожжей в зерновых гидролизатах приводит к увеличению подъемной силы дрожжей в 2-3 раза.

Использование комплексного воздействия сбалансированного со­става питательной смеси и электрохимической обработки полуфабрика­тов для улучшения биотехнологических показателей дрожжевых клеток позволяет значительно улучшить качество хлеба.

Поиск новых экономически целесообразных путей повышения биотехнологических свойств дрожжей в хлебопекарном производстве показывает перспективность использования такого физического факто­ра, как лазерный свет низкой интенсивности, эффективность примене­ния которого подтверждена практическим использованием в некоторых областях промышленности и медицины.

Изучена и обоснована целесообразность обработки хлебопекарных дрожжей лазерным излучением длинной волны 632,8 нм. Низкие суммарные дозы лазерного из­лучения повышают биотехнологические свойства дрожжей, более высо­кие - стимулируют их рост и размножение. Установлено, что лазерная обработка дрожжей при оптимальных параметрах способствует повы­шению активности их ферментных систем, ускоряет биосинтез белка и аминокислот.

В ряде отраслей пищевой промышленности применяется электрон­но-ионная технология, основанная на силовом воздействии электриче­ских полей на электрозаряженные частицы, что ускоряет производст­венные процессы, улучшает качество готовой продукции.

Электронно-ионная обработка прессованных дрожжей позволяет увеличить их зимазную активность.

Многообразие способов повышения активности хлебопекарных дрожжей позволяет выбрать наиболее приемлемый способ для условий конкретного производства с учетом оптимального эффекта.

Методы стабилизации биотехнологических свойств дрожжей

Даже непродолжительное хранение прессованных дрожжей сопровождается снижением активно­сти их ферментативного комплекса, разрушением клеток в результате автолиза и воздействия посторонней микрофлоры.

В мире существуют две основные группы способов повышения стабильности свойств дрожжей при хранении:

- воздействие на дрожжевые клетки в процессе их роста (использование особых штаммов дрожжей, оптимизация способов и технологических параметров дрожжерастильного процесса, под­держание стерильных условий);

- способы обработки дрожжей на последних стадиях технологиче­ского процесса их производства (перед прессованием, при формовании и т. д.)

Для стабилизации качества дрожжей при хранении, которые при­меняются на конечных этапах дрожжерастильного производства, используют вещества различного строения и ме­ханизма действия.

По типу воздействия эти вещества можно классифицировать на следующие группы:

- вещества, регулирующие влажность дрожжей;

- поверхностно-активные вещества;

- антиокислители и их синергисты;

- вещества, регулирующие контакт клеток с окружающей средой;

- вещества, воздействующие на микрофлору дрожжей.

Некоторые соединения обладают комплексным механизмом дейст­вия, что усиливает их стабилизирующее влияние, и повышает эффектив­ность использования.

Одним из простых способов стабилизации свойств хлебопекарных дрожжей являет­ся снижение содержания вне- и внутриклеточной влаги. Меха­ническим путем нельзя достигнуть снижения влажности менее 70%.

Наиболее эффективным путем создания постоянного соотношения между содержанием вне- и внутриклеточной влаги является внесение в дрожжевую суспензию гидрофильных, гидрофобных или осмотически активных веществ. Эти вещества приводят к выделению части клеточ­ной воды во внеклеточное пространство, частичному обезвоживанию клеток и тем самым снижению их общей влажности.

В качестве осмотически активных веществ, используемых для снижения доли внутриклеточной влаги дрожжей, применяются:

- неорганические (соли щелочных и щелочноземельных металлов);

- органически (мочевина, глицерин, углеводы, не сбраживаемые дрожжами).

Эффективность обезвоживания дрожжевых клеток повышается до­бавлением в дрожжевую биомассу гидрофильных веществ, имеющих хорошо развитую поверхность. Гидрофильные вещества подразделяются на набухаю­щие и увлажняющие. В качестве гидрофильных набухающих соедине­ний используются метилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, целлю­лоза, пектин, экстракты льняного семени, белки сои, молока, соли альгиновой кислоты и др. Их опти­мальная дозировка в среднем составляет 2-3% к массе сухих веществ дрожжей.

Для улучшения сохранности прессованных дрожжей предложено добавлять к дрожжам тонко измельченные гидрофобные вещества, которые, распределяясь вокруг частиц дрожжевой биомассы, делают ее сыпучей, обладающей свойствами свободной текучести.

Жизнеспособность дрожжевых клеток увеличивается при совместном использовании гидрофильных и гидрофобных веществ в небольших количествах (0,01-5% к массе прессованных дрожжей).

Повышенная влажность прессованных дрожжей и наличие в их клетках липидов (триглицеридов, фосфатидов) приводит к окислению клеточных структур, образованию перекисей и гидроперекисей, которые значительно ускоряют порчу дрожжей.

Для предотвращения процесса окисления в промышленности широко применяют вещества антиокислительной природы. Антиоксидантами являются соединения, присутствующие в небольших количествах и способствующие ингибированию цепных реакций окисления путем устранения свободных радикалов. Вещества, обладающие антиокислительными свойствами, делятся на 4 группы: природные и синтетические, органические и неорганические. К наиболее известным антиоксидантам природного происхождения относится токоферол.

Наибольший эффект антиоксиданты оказывают при предварительном их растворении в эмульгаторах или растительных.

Воздействие многих антиоксидантов может быть усилено добавлением так называемых синергистов.

В качестве синергистов могут выступать неорганические и органические кислоты (фосфорная, лимонная, аскорбиновая, винная, тиопропионовая и др.) и их соли в количествах, сопоставимых с дозировками соответствующих антиоксидантов.

Механизм действия синергистов в общем случае может быть объяснен инактивацией ионов тяжелых металлов, образованием комплексных соединений и регенерацией антиоксидантов.

Существенным фактором, снижающим качество дрожжей при хранении, является действие протеолитических ферментов клетки. Эти ферменты размягчают дрожжевую биомассу, что ведет к ее автолизу.

Протеазы дрожжей активны в восстановленной форме и теряют свою активность при переходе в окисленное состояние. Для стимулирования этого процесса в промышленности используют соединения окислитель­ного действия, например, перекись водорода.

Большое влияние на сохранность прессованных дрожжей оказывает рН сре­ды. При обработке дрожжей рас­творами соляной и фосфорной кислот при рН 2,5-6,0 с последующей нейтрализацией раствором едкого натрия или калия наблюдалось значи­тельное увеличение срока сохранности активных прессованных дрожжей. Однако резкое снижение рН среды негативно сказывается на хлебопекарных свойствах дрожжей, что обусловлено гибелью дрожже­вых клеток. Для поддержания рН среды на нужном уровне могут использовать­ся сухие бактериальные закваски, которые вносят в количестве 30-35% к массе дрожжей в смеси с мукой до достижения влажности композиции 20-25%.

Одним из перспективных направлений в технологии производства дрожжей стабильного качества является регулирование их контакта с окружающей средой посредством заключения дрожжевых клеток в микрокапсулы с полупроницаемыми стенками, что позволяет управлять ферментативной активностью клеток. Необходимым условием, помимо технологической эффективности использования микрокапсул, является отсутствие отрицательного их воздействия на органолептические свой­ства и пищевую ценность продукта.

Причиной снижения качества дрожжей при хранении является также наличие посторонней микрофлоры в товарной био­массе. Большинство стадий дрожжерастильного процесса ведут в сте­рильных