Микробиология бродильных производств
Пищевые бродильные производства основаны на применении дрожжей. Дрожжи используются в спиртовом и пивоваренном производствах, в виноделии.
Промышленные дрожжи
Дрожжи, длительное время используемые в производстве того или иного вида продукта и полученные селекционным путем, называются культурными. Они значительно отличаются от "диких", которые распространены в природе.
Дрожжи, используемые в промышленности, относятся к роду Saccharamyces. Этот род впервые описал Мейен в 1838 г. Систематика рода Saccharamyces неоднократно подвергалась пересмотру. В настоящее время этот род насчитывает семь видов. Наибольшее промышленное применение получили дрожжи-сахаромицеты вида Saccharamyces cerevisiae Hansen. К нему относятся расы дрожжей, используемые в хлебопечении и в бродильных производствах. Расы (штаммы) – это разновидности одного и того же вида, отличающиеся одним или несколькими свойствами, применяемые в производстве одного и того же продукта. Их выводят, как правило, из одной клетки.
Форма клеток дрожжей-сахаромицетов овальная или яйцевидная. Клетки располагаются единично или парами, иногда образуют короткие цепочки или мелкие гроздья. Размеры клеток дрожжей от 5,0 до 21,0 мкм в длину и от 2,5 до 10, в ширину. В зависимости от размеров клетки делятся на три морфологические группы – крупные, промежуточные и мелкие. Некоторые штаммы образуют удлиненные клетки, достигающие в длину 30 мкм и более. дрожжи размножаются почкованием, встречается размножение спорами. При почковании в неблагоприятных условиях молодые клетки могут не отделяться от старых. Способность к спорообразованию у культурных дрожжей ослаблена, а у некоторых даже утрачена. Споры образуются бесполым путем при неблагоприятных условиях. Сначала делится ядро клетки, затем каждое новое ядро окружается цитоплазмой и покрывается оболочкой, превращаясь в спору, а сама клетка превращается в аск (сумку). Обычно образуется 2-4 споры.
Споры более приспособлены к неблагоприятным факторам, чем вегетативные клетки. Они способны выдерживать температуру до 700С. Однако споры дрожжей менее стойкие, чем споры плесневых грибов и особенно споры бактерий. Колонии дрожжей-сахаромицетов пастообразные, кремовые или коричнево-кремовые. Поверхность их обычно довольно ровная гладкая блестящая. S. сerevisiae сбраживают, а также используют в аэробных условиях глюкозу, галактозу, сахарозу, мальтозу и на 1/3 раффинозу.
По структуре накапливаемой дрожжевой массы, т.е флокуляционнойспособности (способности объединяться в хлопья) дрожжи подразделяются на пылевидные и хлопьевидные.
Пылевидные дрожжи характеризуются следующими свойствами: на протяжении всего периода жизнедеятельности клетки остаются изолированными одна от другой; оседают на дно емкости в виде жидкого осадка; они дают меньший прирост биомассы, чем хлопьевидные, но обладают высокой бродильной активностью, полнее сбраживают сусло, образуют больше диацетила и высших спиртов. Клетки пылевидных дрожжей особенно подвержены автолизу. Применяются эти дрожжи в основном при производстве спирта.
Хлопьевидные дрожжи характеризуются следующими свойствами: клетки дрожжей склеиваются между собой с образованием хлопьев; они оседают на дно в виде плотного осадка; клетки дрожжей более крупные и тяжелые. Применяются хлопьевидные дрожжи при производстве вина и пива.
Флокуляционная способность дрожжей зависит от их генетических свойств, состава сусла, внешних условий. Эта способность понижается в сусле, имеющем высокое содержание сбраживаемых сахаров, при интенсивной аэрации, малом количестве вносимых дрожжей, высокой температуре брожения.
По характеру брожения дрожжи подразделяются на верховые и низовые.
Верховые дрожжи характеризуются следующими свойствами: вызывают быстрое и бурное брожение при 20-280С (в производстве они функционируют обычно при 14-280С); образуют много пены и всплывают на поверхность (возникает "шапка" на поверхности сбраживаемой массы); клетки дрожжей остаются на поверхности до конца брожения, а затем оседают на дно и дают рыхлый осадок; по структуре эти дрожжи обычно пылевидные. К верховым дрожжам относятся спиртовые, хлебопекарные и некоторые пивные.
Низовые дрожжи характеризуютсяследующими свойствами: вызывают спокойное и медленное брожение; развиваясь в сбраживаемом субстрате, они не переходят в поверхностный слой; в конце брожения оседают на дно, образуя плотный осадок; в производстве функционируют при 5-100С и ниже (до00С ); по структуре эти дрожжи в основном хлопьевидные. К низовым дрожжам относятся винные и большинство пивных. Свойства верховых и низовых дрожжей не абсолютны.
Ферменты плесневых грибов
Для осахариваня крахмалистых материалов в пищевой промышленности используют ферменты плесневых грибов в виде мицелия, высушенного вместе со средой. Такая грибная масса в производственной практике называется грибным солодом. В состав ферментной системы плесневых грибов наряду с α- и β-амилазами входят и другие ферменты (глюкоамилаза, декстриназа, изомальтаза), что обеспечивает более полный гидролиз крахмала, чем при осахаривании его зеленым солодом. Для приготовления грибных ферментных препаратов применяют плесневые грибы рода Aspergillus. Для поверхностного способа выращивания используют виды A.oryzae и A.awamori, для глубинного - A.niger, A.usamii, A.batate, а также мутанты этих культур, полученные искусственно и характеризующиеся высокой амилолитической активностью. Для сокращения расхода грибных амилаз на осахаривание широко применяют смеси культур, содержащие неодинаковые амилазы, как по количеству, так и по качеству