Влияние янтарной кислоты на метаболизм дрожжей Saccharomyces cerevisiae

ТЕХНОЛОГИЯ

УдК 663.45

Влияние янтарной кислоты на метаболизм дрожжей Saccharomyces cerev'¡s'¡ae

Л. Н. Крикунова,

д-р техн. наук, доцент; С. М. Рябова, канд. техн. наук; В. А. Песчанская; Л. М. Урусова, канд. техн. наук

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности

Интенсификация процесса сбраживания при производстве спиртных напитков способствует максимально полному использованию сырья, повышению крепости сброженного сусла и, как следствие, увеличению выхода конечной продукции из единицы сырья. Одновременно целенаправленное изменение метаболизма дрожжей может улучшить физико-химические и орга-нолептические показатели спиртных напитков.

В литературе имеются данные о способах воздействия на дрожжевую клетку: обработка различными видами излучений; изменение физических факторов; внесение в питательную среду биологически активных веществ и др. [1, 2].

Рядом исследователей [3-6] было изучено влияние ультразвукового и инфракрасного излучения на активацию дрожжей. Данные способы позволяют усилить энергию брожения, увеличить число живых клеток в облученной суспензии. Использование инфракрасных лучей повышает бродильную активность дрожжей в 1,3-1,8 раза, сокращает продолжительность брожения — в среднем на 10 ч, позволяет сохранить стабильное физиологическое состояние дрожжей при их многократном использовании.

В качестве физического метода было изучено влияние воздействия роторно-пульсационного аппарата (РПА) на активность дрожжей в присутствии воды или солодового сусла. Наилучшим вариантом для активации дрожжей была обработка в РПА с пивным суслом, что способствовало уменьшению мертвых клеток и увеличению почкующихся. При применении обработанных дрожжей для сбражива-

ния сусла скорость брожения увеличивалась на 18-27% [7].

В России и за рубежом для активации дрожжей применяют специальные препараты в виде «подкормок». Они способствуют увеличению биомассы, интенсификации процесса накопления дрожжей в единицу времени и получению посевного материала в более активном состоянии. В качестве таких активаторов часто используют автоли-заты микробной биомассы, полученные методом индуцированного автолизата [8, 9]. Дрожжевые автолизаты содержат широкий спектр биологически активных веществ (аминокислот, водорастворимых витаминов, ферментов, микроэлиментов), необходимых для питания и метаболизма дрожжей.

Большой интерес представляют работы по влиянию янтарной кислоты, а также ее солей на развитие биомассы пивоваренных дрожжей [9]. Авторами патента РФ [10] отмечено, что внесение в питательную среду аквакомплексного соединения меди с янтарной кислотой позволяет интенсифицировать, стабилизировать и удешевить на 10-15% процесс ферментации.

Настоящая работа посвящена изучению влияния концентрации янтарной кислоты на метаболизм дрожжей вида Sаcchаromyces cerevisiae. Эксперименты проводили с использованием спиртовых дрожжей XII расы. Исследование было проведено на модельных опытах, в которых использовали осветленное солодовое сусло, предварительно прошедшее стадию стерилизации. Дрожжи использовали в виде чистой культуры.

Первым этапом в работе было предварительное размножение дрожжей на стерильном сусле с концентрацией

36 ПИВО и НАПИТКИ 2015

Технология

сухих веществ 12%. Чистую культуру из пробирки со скошенной агаризован-ной средой смывали в определенный объем солодового сусла. Колбу помещали для разбраживания в термостат с температурой 28...30 °С на 24 ч. Далее накопленную дрожжевую биомассу отделяли от питательной среды, промывали и использовали в качестве засев-ных дрожжей. В дрожжевой суспензии определяли количество дрожжевых клеток, норма задачи дрожжей составляла 10 млн клеток в см3 сусла.

В опытные образцы солодового сусла дополнительно вносили раствор янтарной кислоты так, чтобы ее концентрация составила — 0,01; 0,05; 0,1; 0,15 и 0,2%. В контрольный — соответствующее количество стерильной воды (табл. 1).

Внесение янтарной кислоты в сусло в концентрациях от 0,01 до 0,2% приводит к снижению количества выделившегося за 24 ч СО2, процентного содержания сухих веществ и концентрации дрожжевых клеток в среде, а также к увеличению числа почкующихся клеток и клеток с гликогеном. Концентрация янтарной кислоты влияет на метаболизм спиртовых дрожжей. Образец Опыт 3 характеризуется минимальными значениями по потреблению сухих веществ сусла, накоплению дрожжевых клеток при максимальном содержании в них почкующихся клеток и клеток с гликогеном. Данный факт свидетельствует о том, что дрожжевые клетки при данной концентрации янтарной кислоты могут иметь больший размер, что и подтверждалось при визуальном изучении образцов. Кроме того было выявлено, что клетки в опытных образцах Опыт 2 и Опыт 3 имели большее количество мелких дочерних клеток. Определение биомассы дрожжей (см. рисунок) показало, что применение янтарной кислоты, несмотря на снижение количества дрожжевых

Таблица 1

Концентрация Выделение ДСВ, Количество Содержание клеток, %

Образец янтарной кислоты, % СО2' г/100 см3 сусла клеток дрожжей, млн/см3 почкующиеся с гликогеном

Контроль — 2,8 7,1 157 13,90 80,7

Опыт 1 0,01 2,7 7,0 140 15,04 82,5

Опыт 2 0,05 2,4 6,2 110 22,36 86,9

Опыт 3 0,1 2,3 6,1 100 23,81 90,0

Опыт 4 0,15 2,5 6,3 115 21,40 87,7

Опыт 5 0,2 2,5 6,4 120 18,75 85,0

* Разница в концентрации сусла до и после культивирования дрожжей.

100 80

Контроль Опыт 1

Опыт 2 Опыт 3 Опыт 4 Опыт 5

Влияние концентрации янтарной кислоты на накопление дрожжевой биомассы

клеток в опытных образцах, характеризуется по данному показателю значениями на уровне контроля, либо его превосходящими.

Дополнительно в работе была исследована динамика изменения ряда показателей при культивировании спиртовых дрожжей на солодовом сусле без внесения (К) и с внесением янтарной кислоты в концентрации 0,1% (О).

В табл. 2 представлены данные по изменению активной и титруемой кислотности контрольного и опытного образцов.

Установлено, что размножение дрожжей на солодовом сусле контрольного и опытного образцов приводит к накоплению в них кислых соединений, о чем свидетельствует снижение рН и повышение титруемой кислотно-

Таблица2

Показатели

Время, ч рН Д рН кислотность, град Д кислотности, град

К О К О К О К О

0 5,74 4,89 — — 0,09 0,24 — —

4 4,66 4,81 1,08 0,08 0,11 0,25 0,02 0,01

8 5,24 4,69 0,5 0,20 0,12 0,27 0,03 0,03

12 5,08 4,60 0,66 0,29 0,14 0,30 0,05 0,06

16 4,73 4,46 1,01 0,43 0,21 0,34 0,12 0,10

20 4,60 4,40 1,14 0,49 0,29 0,35 0,20 0,11

24 4,56 4,36 1,18 0,53 0,33 0,35 0,24 0,11

30 4,32 4,36 1,42 0,53 0,35 0,35 0,26 0,11

сти. Вместе с тем, уровень снижения данных показателей для опытного образца с внесением янтарной кислоты характеризуется существенно меньшими значениями, чем для контроля. Так, разница между исходным значением рН и рН среды к 24 ч культивирования для опытного образца составляет только 0,53 ед., в то время как для контрольного — 1,18 ед. Аналогичная зависимость выявлена и при определении титруемой кислотности. Несмотря на существенно большее ее значение в опытном образце (0,24 град. против 0,09 град. для контроля) Д кислотности для него составляет 0,11 град. против 0,24 град. для контроля (24 ч).

Данный факт связан с повышением общей буферности системы после внесения в сусло янтарной кислоты. Для поддержания буферности при приготовлении инвертного сахара или патоки рекомендовано использовать янтарную кислоту или ее соли [11]. Для технологии крепких спиртных напитков на зерновой основе данный факт следует считать позитивным, так как сверхнормативное повышение кислотности на стадии сбраживания сусла может привести к ухудшению его микробилогической чистоты, что приведет к снижению его крепости и понижению качественных показателей, в том числе органолептических характеристик.

2015 ПИВО и НАПИТКИ 37

120 -г

60 -

40 -

20 -

0

технология'

Показатели

Таблица 3

Время, ч Выделение СО2, г/100 см3 сусла СВ % Количество клеток дрожжей, млн/см3

К О К О К О

4 0,1 0,1 10,9 10,9 14,9 13,6

8 0,3 0,3 9,6 9,7 44,3 40,0

12 0,7 0,8 7,2 7,0 60,2 53,3

16 1,0 1,3 6,1 6,1 81,6 79,3

20 1,5 1,4 5,0 5,0 110,2 98,2

24 1,7 1,5 3,9 4,2 115,1 103,7

30 1,8 1,6 3,0 3,3 118,1 130,5

Активная кислотность среды оказывает существенное влияние на жизнедеятельность дрожжевой клетки, может увеличивать или уменьшать проницаемость ее оболочки для отдельных веществ и ионов и, следовательно, влияет на скорость ассимиляции питательных веществ среды, образование витаминов и активность ферментов клетки [12]. Изменение рН среды влияет на состав и концентрацию побочных продуктов брожения.

Также изучено влияние янтарной кислоты на динамику изменения основных показателей при размножении спиртовых дрожжей, концентрация янтарной кислоты в данной серии опытов составляла 0,1% (табл. 3).

Установлено, что на первом этапе в периоде лаг-фазы в опытном образце отмечена задержка в размножении дрожжевых клеток. В целом, контрольный и опытные образцы достигают стационарной фазы к 20 ч размножения. В пробах, соответствующих 30 ч, выявлены мертвые

клетки в количестве 28 и 18% соответственно для контроля и опыта. Таким образом, с учетом количества мертвых клеток контрольный образец вступает в стадию затухания роста, в то время как опыт находится еще в стационарной фазе. Фаза затухания характеризуется интенсивным нарастанием побочных метаболитов в среде, связанным с началом автолиза клеток. В целом, внесение в сусло на стадии культивирования дрожжей янтарной кислоты приводит к изменению метаболизма дрожжей вида Saccharomyces cerevisiae и, как следствие, к повышению буферности технологических сред.

ЛИТЕРАТУРА

1. Горелов, С. С. Влияние дрожжевых экстрактов на процесс сбраживания сусла из крахмал-содержащего сыфья / С. С. Горелов [и др.] // Производство спирта и ликероводочныж изделий. — 2005. — № 1. — С. 22-23.

2. Панасюк, А. Л. Интенсификация процесса брожения яблочного сусла с использова-

нием активированной биомассы дрожжей / А. Л. Панасюк, Ю. А. Шишков // Виноделие и виноградарство. — 2010. — № 5. — С. 14-15.

3. Патент РФ № 2200194. Способ активации дрожжей / Аминова Э. М., Исмаилов Э. Ш., Джаруллаев Д. С. // 2003.

4. Патент РФ № 2272420. Способ активации дрожжей / Баранов Г. А., Земляной А. В., Оникеенко С. Б., Хухарев В. В. // 2001.

5. Патент РФ № 2184145. Способ активации хлебопекарных дрожжей / Поландова Р. Д., Шестаков С. Д., Волохов Т. П. // 2002.

6. Патент РФ № 2163636. Способ обработки дрожжей / Тимошкина Н. Е., Кречетнико-ва А. Н., Ильяшенко Н. Г., Шаненко Е. Ф., Гернет М. В., Кирдяшкин В. В. // 2001.

7. Активация пивных дрожжей / В. А. Помо-зова [и др.] // Пиво и напитки. — 2002. — № 2. — С. 26-27.

8. Активация сухих пивных дрожжей с помощью комплексной дрожжевой подкормки / Л.В. Пермякова [и др.] // Пиво и напитки. — 2012. — № 1.

9. Гребенщиков, В. А. Использование активаторов дрожжей при производстве кваса / В. А. Гребенщиков, М. В. Гернет // Пиво и напитки. — 2003. —№ 3. — С. 34-37.

10. Патент РФ № 2350647. Способ активации дрожжей / Шишков Ю. И., Поляков И. В., Лаврова В. Л., Оганесянц Л. А., Михайловская Е. Н. // 2009.

11. Патент РФ № 2187230. Способы производства кондитерских изделий / Скобель-ская З. Г., Васькина А. В., Драгилев А. И. // 2002.

12. Римарева, Л. В. Теоретические и практические основы биотехнологии дрожжей / Л. В. Римарева. — М.: ДеЛи принт, 2010. — 252 с. &

Влияние янтарной кислоты

на метаболизм дрожжей Saccharomyces се^1^1'ае

Ключевые слова

кислотность; метаболизм дрожжей; чистая культура дрожжей янтарная кислота. Реферат

В статье описывается влияние янтарной кислоты в концентрациях 0,010,2% на метаболизм чистой культуры спиртовых дрожжей XII расы. Выявлено изменение в потребление сухих веществ, накопление биомассы дрожжей. Изучена динамика изменение активной и титруемой кислотности в процессе культивирования спиртовых дрожжей и динамика основных показателей (выделение СО2, сухие вещества, количество дрожжевых клеток) при размножении спиртовых дрожжей.

Авторы

Крикунова Людмила Николаевна, д-р техн. наук, доцент; Рябова Светлана Михайловна, канд. техн. наук; Песчанская Виолетта Александровна; Урусова Лия Михайловна, канд. техн. наук

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности, 119071, Москва, ул. Россолимо, д. 7, institute@vniinapitkov.ru

Effects of Succinic Acid on the Metabolism of the Yeast Saccharomyces Cerevisiae

Key words

acidity; metabolism of yeast; pure culture; succinic acid. Abstract

The article describes the effect of succinic acid at concentrations of 0.010.2% on the metabolism of the alcohol yeast of strain XII (pure culture). There were changes in the consumption of dry matter accumulation of yeast biomass. The dynamics of change of active and titratable acidity during the culture of alcohol yeast and dynamics of basic indicators (CO2 emissions, solids, yeast cells) for reproduction of alcohol yeast was studied.

Authors

Krikunova Ludmila Nikolaevna, Doctor of Technical Science, Associate Professor;

Ryabova Svetlana Mikhailovha, Candidate of Technical Science;

Peschanskaya Violetta Aleksandrovna;

Urusova Liya Mikhailovna, Candidate of Technical Science

All-Russian Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industries,

7 Rossolimo St., Moscow, 119021, Russia, institute@vniinapitkov.ru

38 ПИВО и НАПИТКИ 2015