Разработка способов выращивания активных штаммов дрожжей

Вестник ДГТУ. Технические науки. №13, 2007 УДК: 577.35

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ВЫРАЩИВАНИЯ АКТИВНЫХ ШТАММОВ ДРОЖЖЕЙ

Э.Ш. Исмаилов, Э.И. Шахмарданова, Х.А. Буганов, З. Г. Сулейманова, З.Н. Абдулмагомедова,

ММ. Дибирова

Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала

Одними из интереснейших и практически весьма значимых микроорганизмов являются микроорганизмы вида Saccharomyces cerevisiae, широко используемые в винодельческой промышленности, спиртовом производстве, в пивоваренной и хлебопекарной промышленности. Однако не всегда используемые штаммы дрожжей работают достаточно эффективно. Так, при повышении содержания спирта в среде до 10 и более процентов интенсивность брожения значительно снижается. Кроме того, на жизнеспособность и продуктивность дрожжей существенно влияют состав питательной среды, температура и иные факторы. Используемые ныне на производстве штаммы дрожжей не всегда достаточно активны и продуктивны, а иногда проводят брожение неэффективно.

В этом плане стоит актуальная задача повышения устойчивости и жизнеспособности дрожжей к условиям среды и повышения их бродильной активности.

Решение этой задачи связано с получением и использованием таких штаммов дрожжевых микроорганизмов, которые обладают достаточно высокой энергией брожения, проводят процесс брожения на различных, хорошо доступных питательных средах и обладают значительной устойчивостью к условиям среды [1, 2, 3].

Поэтому перед нами была поставлена задача разработать новые штаммы дрожжей, обладающие более высокой устойчивостью, жизнеспособностью и продуктивностью по сравнению с традиционно используемыми культурами.

Хорошо известно, что культивирование дрожжей проводят на разнообразных питательных средах. Рост этих микробных клеток и их биохимизм проходят достаточно интенсивно только при благоприятных условиях, что предъявляет определенные требования к составу и соотношению компонентов питательной среды и другим факторам. При этом разработка оптимального состава среды включает подбор концентраций питательных веществ, установление необходимого значения рН среды, добавку стимуляторов роста и поддержание необходимой температуры [2, 4, 5].

Для отбора исходного материала были взяты сухие хлебные дрожжи пяти производителей: «Пять поваров» (г. Красноярск), «Саф-момент» (г. Санкт-Петербург), «Юва» (Турция), «Прессованные» (Карачаево-Черкесские) и «Пакмайя» (Турция).

Проведенные экспериментальные исследования показали, что наиболее подходящим для получения новых штаммов материалом являются сухие сибирские дрожжи «Пять поваров», производимые в Красноярске. Затем идут сухие дрожжи Санкт-Петербурга «Саф-момент» и турецкие «Юва». В качестве питательной среды для выращивания дрожжей использовали жидкие среды различного состава. Для оценки выращиваемых культур определяли биомассу, количество дрожжевых клеток, число почкующихся микроорганизмов, кинетику самого процесса брожения и некоторые другие показатели. При этом дрожжевые микроорганизмы содержали как в анаэробных, так и в аэробных условиях (периодическая культура) [6, 7].

Для выращивания дрожжей использовали различные жидкие питательные среды. В результате исследования было определено, что достаточно оптимальной средой для проведения процесса брожения и получения активной культуры дрожжей является среда состава: проваренная на питьевой воде 1%-ная суспензия белой пшеничной муки с добавлением патоки (8%), зернового сусла (2%), карбамида (0,1%) и фосфорной кислоты (0,05%). В некоторых вариантах использовали в качестве добавок дрожжевой экстракт и

определенные биоактиваторы природного происхождения, полученные действием микроволн и лазерного излучения.

В результате исследования выявлено, что из сухих красноярских дрожжей «Пять поваров» в аэробных условиях периодической культуры можно получать прессованные дрожжи, обладающие на 48% более высокой бродильной активностью и сохраняющие свою активность в течение 6 и более недель при соответствующих условиях. Сами дрожжевые клетки при этом морфологически хорошо сформированы, достаточно много почкующихся и жизнеспособных клеток.

Полученные прессованные образцы активных дрожжей были использованы при выпечке хлеба (чурек), который был оценен на пищевкусовые и другие органолептические свойства. Оказалось, что такой хлеб обладает очень приятным ароматом и вкусом и хорошо сохраняется около 5-6 дней при обычных комнатных условиях. Причем расход дрожжевого материала для изготовления такого хлеба заметно меньше по сравнению с сухими дрожжами.

В целом, полученные данные позволяют сделать вывод, что сибирские дрожжи производства ООО «Продсоюз» (г. Красноярск) действительно являются весьма перспективными для создания новых активных штаммов хлебных дрожжей, а полученные из них прессованные дрожжи устойчивы, жизнеспособны и проявляют весьма интересные и полезные хлебопекарные свойства.

Следует отметить, что при создании новых перспективных штаммов дрожжей большую роль играют мембранно-активные излучения, способные существенно активизировать микроорганизмы, улучшать их полезные свойства и продуктивность[2,7 и др.].

Многочисленными исследованиями установлено, что одним из основных механизмов действия мембранно-активных электромагнитных полей и излучений (ЭМП и ЭМИ) является их взаимодействие с биологическими мембранами. Живые биологические мембраны представляют собой высокоупорядоченные, высокоорганизованные надмолекулярные структуры, обладающие векторными, избирательными свойствами и выполняющие множество жизненно-важных функций[7, 8, 9, 15].

По своему строению различают плазматические и ядерные мембраны, мембраны митохондрий, хлоропластов, миелиновых оболочек, нервных волокон, аппарата Гольджи, эндоплазматической сети.

По выполняемой функции различают возбудимые и невозбудимые мембраны. Биологические мембраны во многом определяют индивидуальность клеток организма, обеспечивают им защиту. Они стабилизируют структуру и функцию клеток, участвуют в обмене веществ и энергии, обладают рецепторными свойствами, создают и поддерживают трансмембранные электрохимические потенциалы, нервные импульсы и потенциалы действия. Биологические мембраны выполняют регулируемые транспортные функции, организуют нормальную, активную работу многих ферментов и ферментативных ансамблей, играют большую роль в межклеточных контактах и взаимодействиях.

Согласно жидкомозаичной модели строения биомембран, предложенной С. Зингером и Дж. Николсоном в 1972 г., биологическая мембрана представляет собой регулярную, подвижную надмолекулярную систему, образованную липидами и белками, имеющими в среднем толщину 6-7 нм. К этой основной структуре биологических мембран снаружи и изнутри примыкают примембранные слои, толщина которых может составлять десятки нанометров.

Основными липидами биомембран являются фосфолипиды, гликолипиды, сфинголипиды и холестерин. Липиды в мембране образуют сплошной бимолекулярный слой, в котором гидрофильные полярные головки молекул выступают наружу и внутрь от бислоя, а электронейтральные углеводородные цепочки молекул (т.н. хвосты), проявляющие

гидрофобные свойства, расположены внутри липидного матрикса и обычно направлены перпендикулярно плоскости мембраны.

Белки мембран представлены преимущественно гликопротеинами и другими сложными молекулами протеинов. Они подразделяются на поверхностные (периферические) и интегральные. Периферические белки локализованы на поверхности биологических мембран и динамично взаимодействуют с липидами; интегральные находятся в самой мембране. Все они активно участвуют в обеспечении транспортных, рецепторных, векторных, ферментативных и других функций этих живых наноструктур.

В целом белки и липиды биологических мембран взаимодействуют друг с другом весьма слаженно с помощью электрических, магнитных, межмолекулярных, гидрофильно-гидрофобных и некоторых других типов связей и физико-химических сил. Наряду с белками и липидами большую роль в стабилизации структуры и обеспечении нормальной функции мембран играют молекулы воды, локализованные в примембранных слоях, а также ионы Са , Mg, Na+, K+, Cl-, остатки серной и фосфорной кислот и некоторые другие компоненты.

Имеющиеся теоретические и экспериментальные данные по биофизическому действию ЭМП и ЭМИ природных и технических источников свидетельствуют о высокой чувствительности биологических мембран к действию излучений этих источников. Наблюдается селективное, избирательное взаимодействие живых мембранных наноструктур с электромагнитными полями и излучениями различных частотных диапазонов, весьма выраженное в микроволновом диапазоне, а также весьма интересное действие лазерного излучения (ЛИ) [10, 11, 12, 13,14]. Первичные и последующие эффекты действия микроволн и лазерного излучения на дрожжевые и другие живые клетки реализуются с активным участием биохимических соединений: белков, липидов, нуклеиновых кислот, ферментов, витаминов, а также молекул воды, минеральных веществ и других молекулярных компонентов и соответствующих колебательных систем (осцилляторов). При определенных параметрах действующего микроволнового электромагнитного поля и ЛИ ЭМП и ЭМИ как природных, так и технических источников способны оказывать существенное стимулирующее, благоприятное действие на биологические мембраны, повышающие устойчивость, жизнеспособность и продуктивность живых организмов. Характерно, что такое действие экспериментально подтверждено на различных микроорганизмах, других живых клетках и растительных организмах [1, 2, 7]. Характерным примером благоприятного действия микроволн и лазерного излучения является полученная нами культура активных дрожжевых микроорганизмов с использованием мембранно-активных излучений.

К сказанному следует добавить, что в Дагестанском государственном техническом университете получены также весьма интересные данные по использованию мембранно-активных микроволновых излучений и в других направлениях пищевой технологии. Так, например, с помощью подобранных режимов облучения микроволнами от технических (искусственных) источников достигается доведение до оптимума содержания влаги и других полезных компонентов в пищевом и растительном сырье.

Применение УВЧ обработки позволяет также достичь существенной стабилизации алкогольных и безалкогольных напитков. Значительный эффект достигается при использовании микроволн от технических источников с определенными, специально установленными параметрами на волне ~ 21 см и частотах 1665 МГц и 1667 МГц в 18 сантиметровом диапазоне, близкородственных мазерному излучению определенных природных источников небесной сферы.

Библиографический список:

1. Исмаилов Э.Ш. Биофизическое действие СВЧ-излучений. Москва, Энергоатомиздат, 1987, 144 с.

2. Исмаилов Э.Ш. Действие микроволн и лазерного излучения на живые системы. Основные научные направления ДагГТУ, Махачкала, 2002, с. 166-170.

3. Захаров С.Д., Иванов А.В., Исмаилов Э.Ш., Стародуб А.Н. Применение светокислородного эффекта в биомедицинских технологиях. Лазерная физика и оптические технологии. Материалы VI Международной конференции, часть 1, Республика Беларусь, Гродно, 2006, с. 86-88.

4. Исмаилов Э.Ш., Захаров С.Д. Электромагнитные поля и излучения в природе, технике и жизни человека. Махачкала, Дагучпедгиз, 1993, 159 с.

5. Исмаилов Э.Ш., Захаров С.Д., Стародуб А.Н. Использование микроволновых мембранно-активных излучений в биотехнологии. Труды V российско-японского семинара, том 1, Саратов, 2007, с. 500-509.

6. Исмаилов Э.Ш., Вагабов М-З.В., Аливердиева А.А. Определение биологической

активности пищевых растительных компонентов. Сб. «Аналитические методы

измерений и приборы в пищевой промышленности», М., 2005, с. 246-249.

7. Исмаилов Э.Ш., Захаров С.Д., Исмаилова Г.Э. Действие физических полей. Неионизирующие излучения, М., Экономика, 2007, 184 с.

8. Исмаилов Э.Ш., Хачиров Д.Г., Кудряшов Ю.Б. Механизмы биологического действия микроволн. Радиационная биология. Радиоэкология, т. 38, вып. 6, 1998, с.920-923.

9. Захаров С.Д., Исмаилов Э.Ш., Аминова Э.М., Стародуб А.Н., Иванов А.В., Данилов В.П., Рыков С В., Способ повышения продуктивности микроорганизмоа. Патент РФ на изобретение № 2208049, Москва, 2003, 14 с.

10. Исмаилов Э.Ш. Инфракрасные спектры теней эритроцитов в области полос амид I и амид II при микроволновом облучении. Биофизика, том 21, вып. 5, 1976, с. 940-942.

11. Исмаилова Г.Э., Исмаилов Э.Ш. Биофизическое действие микроволн. Матер. Международного совещания «Электромагнитные поля. Биологическое действие и гигиеническое нормирование», Geneva, 1999, с. 347-354.

12. Исмаилов Э.Ш., Исмаилова Г.Э. Механизмы взаимодействия электромагнитного поля с биотканью. Радиационная медицина, том 4, 1999, с.51-65.

13. Исмаилова Г.Э., Исмаилов Э.Ш, Буганов Х.А., Гаджиев Я М.-С., Хачиров Д.Г., Гаджимурадова Р.М., Аливердиева А.А. Медико-биологическое и экологическое действие радиоизлучений. Материалы Всероссийской НПК «Химия в технологии и медицине», Махачкала, 2002, с. 108-110.

14. Казаченко В.Н., Фесенко Е.Е., Кочетков К.В., Чемерис Н.К. Облучение воды и водных растворов изменяет содержание в них свободного кислорода. Биофизика, том 43, вып.6, 1998, с. 981-988.

15. Исмаилов Э.Ш., Захаров С.Д., Исмаилова Г.Э., Наврузова Ш.М. Использование

мембранно-активных излучений для стимуляции роста и развития культурных

растений. Сб. «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе». Ставрополь, 2005, с. 159-161.