Применение смеси кислот цикла Кребса в сверхнизких концентрациях для активации культуры пивных дрожжей

СЫРЬЕ и МАТЕРИАЛЫ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВА и НАПИТКОВ

ТЕМА НОМЕРА

УДК 663.4

Применение смеси кислот цикла Кребса в сверхнизких концентрациях

для активации культуры пивных дрожжей

Л. В. Пермякова,

канд. техн. наук, доцент;

ВА. Помозова,

д-р техн. наук, профессор Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

АЛ. Верещагин,

д-р хим. наук, профессор Бийский технологический институт (филиал) Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова

В настоящее время широкое распространение в бродильных производствах, включая пивоварение, получили препараты сухих дрожжей [1-3]. При всех их достоинствах применение таких дрожжей в ряде случаев (изначально низкое качество, высокая восприимчивость к наличию в среде различного рода токсикантов) требует особого подхода к восстановлению из обезвоженного состояния. Важно реактивировать клетки на полноценном субстрате с целью запуска в них основных физиологических и биохимических процессов.

Предлагаются различные способы активации сухих дрожжей: введение регидратированной культуры в часть сусла с последующей аэрацией, добавление в среду специальных препаратов химической природы или естественного происхождения [2-6].

Применение таких стимуляторов, как органические кислоты — один из эффективных способов интенсификации процесса культивирования микроорганизмов и увеличения их физиолого-биохимической активности.

Ряд ди- и трикарбоновых кислот, играющий в обмене веществ организма роль не только источника энергии, но и исходного материала для осуществления синтетических процессов, синтезируется в цикле Кребса [2, 7].

В литературе имеется достаточно сведений по использованию ди- и трикарбоновых кислот в медицине, сельском хозяйстве, микробиологической и пищевой промышленности с различными целями: для интенсификации дыхания и фотосинтеза; усиления иммунозащитных возмож-

ностей организма; нормализации кислотно-щелочного равновесия; увеличения активности ряда ферментов, содержания аминного и белкового азота, углеводов, продуктивности животных, всхожести и урожайности растений; повышения биологической ценности продуктов; сохранности витаминов, антиоксидантного действия и т. д. [7-12].

Из органических кислот наибольшее применение и распространение нашла янтарная кислота, что связано не только с ее стимулирующим воздействием на рост и продуктивность живых организмов, но и ее безвредностью [7-9, 12, 13].

В патенте [14] по активации дрожжей металлоорганическим соединением в виде аквакомплекса меди с янтарной кислотой рекомендуемая концентрация препарата (2-4) •Ю-5 г/дм3 питательной среды, однако в большинстве цитируемых работ [8, 9, 12, 13] дозы вносимой для стимулирования жизнедеятельности микроорганизмов янтарной кислоты или ее солей находятся в интервале 0,01-1,0 г/дм3 (или г/кг). Причем в этих же исследованиях выявлено, что увеличение концентрации стимулятора приводит к снижению наблюдаемых эффектов, что согласуется с данными по действию янтарной кислоты на растения (например, применение кислоты в концентрации 0,001% способствовало более эффективному росту и развитию различных сельскохозяйственных культур, чем 0,01 или 1,0%) [7, 10].

В то же время известен эффект управления живыми организмами и системами физиологически-активными веществами (регуляторами ро-

20 ПИВО и НАПИТКИ 1•2018

я к и о

я я н

Активность фермента, ед./г

0 ^

1 »

ш ГО

5 =

-О- со

го ^ тз С!

Ь

5

7> О

ы ^

ш ы ш

х

Н-

О

ш

"СО о Л

-О- ш

^ 3 5 й

о 5

-е-

ш

оч I

-е-

Содержание клеток, % от общего

си ^ "СО р

ш и -0- "О •< 5

сг —1 о о ш в

^ 1а -о

п си X ы ш го X

(Г) Г» (Л) си

и ш

г Э

О о О о г

ЧЭ ЦП СП СП 13 О

ст>

"3 о

£ о £ О га о -о

ш

О

^

N0 СО ЧЭ N0 ЧЭ О га X

-1

ш

СМ N0 Ф- £ И

^ 0 О

оэ

>

ф- СО Ф- СП ю О о ог о* X га

«< О о

О-

о Э -в-

ю п> -о

СМ о 1л ы 2 л> X

-1

о

ЦП о ЦП N0 О 1-ь 1

Э -1 "О

о §

^ ^ 1 за

чо см ю

1

О-

X о

-1 X

со см га О-

£ га

"О 1

^

о см т;

т;

Е-

о

о о\ о со ш

N0 О N0 £

ф-

3

с с а

ТЕМА НОМЕРА

культуре без длительной адаптации быстро начать процесс брожения и закончить его раньше на 1-1,5 сут.

В сравнении с контролем и другими опытными вариантами наиболее выражены изменения в образцах с внесением кислот в концентрации 0,5 и 1,0% к объему инокулята. Так как разница в значениях анализируемых показателей в указанном диапазоне дозировок не столь значительна, то рационально применение смеси КЦК в концентрации 0,5% к объему дрожжевой суспензии с концентрацией раствора Ы0-10 М/дм3.

Интенсификация метаболических процессов в клетках инокулята, обработанного смесью КЦК, способствовала более высокому накоплению в образцах готового пива (на примере вариантов 1 и 3, рис. 3) в сравнении с контрольным этилового спирта (на 6-8%), образованию в меньшем количестве сенсорно значимых компонентов: диацетила (в 1,7-2,0 раза) и высших спиртов (на 18-25%), что благоприятно отразилось на вкусе и аромате напитка. Немаловажным фактором стало повышение стойкости полученного пива.

Возможный механизм действия сверхнизких доз интермедиатов цикла Кребса на биологические объекты обусловлен рядом причин: полной диссоциацией кислот при сильном разбавлении и присутствием их в водных растворах в виде отрицательных анионов. Последние адсорбируются на поверхности митохондрий, изменяя величину мембранного потенциала, что существенно увеличивает скорость энерговыделения и проницаемость мембран клетки [10, 15, 16]. Применение комбинации кислот устраняет субстратный дефицит цикла Кребса и повышает биодоступность отдельных его представителей.

Кроме того, реакции цикла три-карбоновых кислот служат мостиком между обменом важнейших групп соединений — белков, жиров и углеводов. Применение стимуляторов энергетического обмена способствует возрастанию в дрожжах количества синтезируемых липидов, в частности фосфолипидов, входящих в структуру биомембран, ответственных за поступление питательных веществ в клетку.

Кислоты, поступающие в клетку извне, с большой скоростью проникают в митохондрии и легко утилизируются, оказывая влияние на активность фер-

:СЫРЬЕ и МАТЕРИАЛЫ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВА и НАПИТКОВ

1 2 3 4 5 6 7 8

I Контроль Опыт 1 Опыт 3

0

Рис. 3. Отдельные показатели качества готового пива: 1 - объемная доля спирта, %; 2 - кислотность, к. ед.; 3 - цвет, ц. ед.; 4 - длительность брожения, сут; 5 - пеностойкость, мин; 6 - высшие спирты, мг/дмЧО1; 7 - диацетил, мг/дм340-1; 8 - стойкость непастеризованного пива, сут

ментов, физиологические и биохимические свойства клетки, стимулируя процессы роста и размножения.

Таким образом, полученные в работе данные позволяют говорить о возможности применения комплекса кислот цикла Кребса в сверхмалых концентрациях на этапе подготовки сухих дрожжей к введению в сусло с целью активизации основных жизненных функций культуры. Целесообразно использование раствора смеси КЦК концентрации Ы0-10 М/дм3 в дозировке 0,5% к объему дрожжевой суспензии при длительности инкубации в течение 6 ч. Улучшение физиологического состояния дрожжей и повышение активности клеточных ферментов в результате действия смеси КЦК положительно отражается на процессе ферментации среды и качестве готового пива.

ЛИТЕРАТУРА

1. Меледина, Т.В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении: справочник / Т. В. Меледина. - СПб.: Профессия, 2003. -304 с.

2. Аннемюллер, Г. Дрожжи в пивоварении / Г. Аннемюллер, Г.-Й. Мангер, П. Литц; пер. с англ. под науч. ред. С. Г. Давыденко. — СПб.: Профессия, 2015. — 428 с.

3. Зайнуллин, Р. А. Применение дрожжей Оenofem Xtreme и питательного комплекса Vita Ferm ultra F3 для брожения высокоплотного медового сусла / Р.А. Зайнуллин, Р. В. Кунакова, О.А. Шаров // Пиво и напитки. — 2016. — № 3. — С. 30-34.

4. Меледина, Т. В. Влияние условий реактивации на репродуктивные процессы в клетках активных сухих пивных дрожжей / Т. В. Меледина, И. В. Гудь // Вестник международной академии холода. — 1998. — № 3-4. — С. 18-19.

5. Хныкин, А.М. Разработка метода активации сухих пивоваренных дрожжей для заводов малой мощности / А. М. Хныкин, А. И. Садова, А. М. Тимаев // Пиво и напитки. - 2012. - № 2. - С. 12-16.

6. Пермякова, Л.В. Активация пивных дрожжей с помощью комплексной дрожжевой подкормки / Л. В. Пермякова, В.А. Помо-зова, Д. С. Апенова, Р. В. Русских // Пиво и напитки. - 2012. - № 1. - С. 18-22.

7. Кондрашова, М.Н. Янтарная кислота в медицине, пищевой промышленности и сельском хозяйстве: сборник статей / М. Н. Кондрашова, Ю. Г. Каминский, Е. И. Маев-ский. - Пущино: НЦБИ, 1996. - 300 с.

8. Дымшевский, В. В. Совершенствование технологии соков и столовых вин с применением янтарной кислоты и ее солей: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.18.07 / Дымшевский Владимир Владимирович. -Краснодар, 1999. - 22 с.

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

10. Верещагин, А. Л. Влияние сверхмалых доз интермедиатов цикла Кребса на рост и развитие ряда двудольных растений: монография / А.Л. Верещагин, В. В. Кропоткина. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. - 94 с.

11. Верещагин, А. Л. Влияние сверхмалых концентраций интермедиатов цикла Креб-са на рост и развитие чистой культуры Staphylococus aureus / А. Л. Верещагин, Л. Л. Кунец // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2012. - № 2 (3). - С. 143-144.

12. Старовойтова, О.В. Активация дрожжей Saccharomyces cerevisiae в технологии приготовления хлеба / О. В. Старовойтова, А. А. Садриева, З. Ш. Мингалеева, О. А. Решетник // Вестник Казан. технол. ун-та. -2014. - Вып. 1. - № 17. - С. 235-237.

1•2018 ПИВО и НАПИТКИ 23

СЫРЬЕ и МАТЕРИАЛЫ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВА и НАПИТКОВ

£ Ш

I

0

1

<

I ш I-

13. Крикунова, Л. Н. Влияние янтарной кислоты на метаболизм дрожжей Sac-charomyces cerevisiae / Л. Н. Крикунова, С. М. Рябова, В. А. Песчанская, Л. М. Урусова // Пиво и напитки. — 2015. — № 1. — С. 36-38.

14. Патент 2350647 РФ, МПК С12 С11/00, С12Ш/16. Способ активации дрожжей / В. А. Поляков, Л. А. Оганесянц, Ю. И. Шишков, В. Л. Лаврова, Е. Н. Михайловская; заявитель и патентообладатель ГУ ВНИИ-

ПБиВП РАСХН. — № 2007125271/13; заявл. 05.07.2007; опубл. 27.03.2009, Бюл. № 9.

15. Ковалев, В. М. Эффект «сверхмалых» доз (СМД): теория и практика / В. М. Ковалев, Е А. Калашникова, Д. В. Белов. — М.: МСХА, 2001. — 35 с.

16. Верещагин, А. Л. Влияние ряда дикарбоно-вых кислот в сверхмалых концентрациях на барьерную функцию мембраны изолированной вакуоли / А. Л. Верещагин, В. Н. Нурминский, В. В. Еремина [и др.] //

Известия Иркутского гос. ун-та. Серия: Биология. Экология. — 2013. — Т. 6. — № 2. — С. 3-7.

17. Полыгалина, Г.В. Определение активности ферментов: справочник для вузов / Г. В. Полыгалина, В. С. Чередниченко, Л. В. Рима-рева. — М.: ДеЛи принт, 2003. — 375 с.

18. Ермолаева, Г.А. Справочник работника лаборатории работника пивоваренного предприятия / Г. А. Ермолаева. — СПб.: Профессия, 2004. — 536 с. &

Применение смеси кислот цикла Кребса в сверхнизких концентрациях для активации культуры пивных дрожжей

Ключевые слова

брожение; дрожжи пивные; органические кислоты; пиво. Реферат

Исследовано влияние смеси кислот цикла Кребса в сверхмалых концентрациях для стимулирования обменных процессов пивных дрожжей. Смесь кислот в концентрации раствора 140-8-140-10 М/дм3, внесенная в инокулят, повысила активность по отношению к контролю р-фруктофуранозидазы, а-глюкозидазы и зимазного комплекса. Стимулирование жизнедеятельности дрожжей смесью кислот до введения в среду ферментации приводит к существенному сокращению (на 12-15 ч) лаг-фазы, быстрому началу размножения, чему способствует большая концентрация почкующихся и упитанных по гликогену клеток в исходной культуре. К окончанию периода главного брожения дрожжевая биомасса опытных образцов характеризуется упитанностью по гликогену на 8-13% большей, чем в контроле, и на 28-33% меньшим содержанием нежизнеспособных клеток, что благоприятно отразится на процессах хранения культуры или введения ее в следующий цикл брожения. Интенсификация метаболических процессов в клетках ино-кулята, обработанного смесью кислот цикла Кребса, способствовала более высокому накоплению в образцах готового пива в сравнении с контрольным этилового спирта (на 6-8%), образованию в меньшем количестве сенсорно значимых компонентов: диацетила (в 1,7-2,0 раза) и высших спиртов (на 18-25%), что благоприятно отразилось на вкусе и аромате напитка. Полученные в работе данные позволяют говорить о возможности применения комплекса кислот цикла Кребса в сверхмалых концентрациях на этапе подготовки сухих дрожжей к введению в сусло с целью активизации основных жизненных функций культуры. Целесообразно использование раствора смеси КЦК концентрации 140-10 М/дм3 в дозировке 0,5% к объему дрожжевой суспензии при длительности инкубации в течение 6 ч. Улучшение физиологического состояния дрожжей и повышение активности клеточных ферментов в результате действия смеси КЦК положительно отражается на процессе ферментации среды и качестве готового пива.

Авторы

Пермякова Лариса Викторовна, канд. техн. наук, доцент; Помозова Валентина Александровна, д-р техн. наук, профессор Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет),

650056, Россия, г. Кемерово, б-р Строителей, д. 47, delf-5@yandex.ru, pomozo.va@mail.ru Верещагин Александр Леонидович, д-р хим. наук, профессор Бийский технологический институт (филиал) Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова, 659305, Россия, Алтайский край, г. Бийск, ул. Трофимова, д. 27, val@bti.secna.ru

Use of Mix of Acids of Krebs Cycle in Ultralow Concentration for Activation of Culture of Beer Yeast

Key words

fermentation; yeast beer; organic acids; beer. Abstract

Influence of mix of acids of a cycle of Krebs (ACK) in midget concentration for stimulation of exchange processes of beer yeast is investigated. Mix of acids in concentration of solution 140-8-140-10 M/dm3, brought in is inokulit, increased activity in relation to control enzymes of yeast. Stimulation of activity of yeast mix of acids before introduction to the environment of a fermentation leads to essential reduction (on 12-15 h) a log phase, to quick start of reproduction that promoted by big concentration of cages, budding and well-fad on a glycogen, in initial culture. To the end of the period of the main fermentation barmy biomass of prototypes is characterized by fatness on a glycogen for 8-13% bigger, than in control, and for 28-33% the smaller maintenance of impractical cages that will favorably be reflected in processes of storage of culture or its introduction to the following cycle of fermentation. The intensification of metabolic processes in cages of an inokulyat, cultivated with mix of ASK, promoted higher accumulation in samples of ready beer in comparison with control ethyl alcohol (for 6-8%), to education in smaller quantity sensorno the significant components: diatsetit (by 1.7-2.0 times) and the highest alcohols (for 18-25%) that was favorably reflected in taste and aroma of drink. The data obtained in work allow to speak about possibility of application of a complex of ASK in midget concentration at a stage of preparation of dry yeast for introduction to a mash for the purpose of activization of the main vital signs of culture. Use of solution of mix ACK of concentration of 140-10 M/dm3 in a dosage of 0.5% to the volume of barmy suspension with incubation duration during 6 h is expedient. Improvement of a physiological condition of yeast and increase of activity of cellular enzymes as a result of effect of mix ACK is positively reflected in process of a fermentation and quality of ready beer.

Authors

Permyakova Larisa Victorovna,

Candidate of Technical Science, Associated Professor;

Pomozova Valentina Aleksandrovna, Doctor of Technical Science, Professor

Kemerovo Institute of Food Science and Technology (University),

47 Stroiteley Blrd., Kemerovo, 650056, Russia,

delf-5@yandex.ru, pomozo.va@mail.ru

Vereshchagin Alexander Leonidovich, Doctor of Chemical Science, Professor Biysk Technological Institute (branch) of the Altay State Technical University, 27 Trofimova Str., Biysk, Altay region, 659305, Russia, val@bti.secna.ru

24 ПИВО и НАПИТКИ 1•2018