Введение
Пивоваренная индустрия является одним из наиболее рентабельных сегментов пищевого производства. Рынок бутылочного пива контролируется несколькими крупными транснациональными компаниями. Наряду с известными брендами большую популярность приобретает непастеризованное «живое» пиво, выпускаемое микро- и мини-пивзаводами, а также предприятиями ресторанного типа.
Вопрос снижения производственных затрат при сохранении высокого качества пива должен решаться комплексно. Помимо новейшего оборудования и высококачественного сырья(чаще всего поступающего по импорту), отдельное внимание необходимо уделять технологии производства.
Как известно, пиво – результат жизнедеятельности дрожжей. Малые предприятия не располагают необходимым оборудованием для разведения чистой культуры дрожжей, поэтому используют препараты активных сухих пивоваренных дрожжей. Однако жизнеспособность таких дрожжей зачастую снижена, и количество мертвых клеток существенно превышает требуемый уровень. В связи с этим остро стоит проблема активации препаратов сухих дрожжей. В настоящее время существует большой спектр минеральных, органических или комплексных пищевых подкормок, которые используют в качестве дополнительного питаниядрожжевой культурыкак при брожении, так и на стадии хранения [3; 6; 7]. Использование данных препаратов положительно сказывается на скорости брожения и устойчивости культуры к различным неблагоприятным факторам.
Важное место в процессе обмена веществ клетки занимает цикл трикарбоновых кислот, являющийся каталитическим циклическим процессом, в результате чего клетка получает энергию, которая и расходуется для проведения основных ее биохимических процессов[5; 9]. Предположительно дополнительное внесение в культуральную среду органических кислот, которые будут являться энергетическим субстратом, позволит повысить активность засевных дрожжей и улучшить их физиологическое состояние[3].Эффект влияния малых концентраций смеси трикарбоновых и дикарбоновых кислот цикла Кребса объясняется повышением проницаемости клеточных мембран и ускорением транспорта питательных веществ в клетку, что подтверждено работами [1; 2].
Цель данной работы – повышение активности сухих пивоваренных дрожжей и улучшение их физиологического состояния путем использования смеси кислот цикла Кребса.
Объекты и методы исследований
Объектом исследований служили сухие пивные дрожжи низового брожения Saflager W-34/70. Средой для обработки дрожжей, а также для сбраживания служило охмеленное пивное сусло с экстрактивностью11%, полученное в условиях ООО «Продлюкс» (г. Кемерово).
Регулятором и активатором энергетического обмена служила смесь трикарбоновых и дикарбоновых кислот цикла Кребса (КЦК) (янтарная, яблочная, фумаровая, лимонная, щавелевоуксусная кислоты в соотношении 1:1:1:1:1) в концентрациях 10-8-10-10моль/дм3.
Оценку дрожжей проводили традиционными для пивоваренного производства методами: для определения активности ферментов (мальтазы, инвертазы, зимазы) использовали поляриметрический метод [8]; для анализа общего количества клеток, а также почкующихся, мертвых (с окрашиванием метиленовым синим по Финку) и содержащих гликоген (окрашиванием раствором Люголя), применяли метод прямого микроскопирования в камере Горяева[4].
Дрожжи активировали по следующейсхеме:
сухие дрожжи (1 г) + сусло (10 см³)
КЦК (1 см3) + сусло (100 см³)
Анализ ферментативной активности и физиологического состояния дрожжей осуществляли после шестичасовой выдержки с КЦК. Контролем служил образец дрожжевой суспензии без внесения смеси кислот.
Для изучения процесса сбраживания дрожжи (с активацией или без нее) вносили в сусло из расчета 20 млн. кл./см3 с учетом количества мертвых клеток. Брожение вели при температуре 12-15 °С в закрытых сосудах с гидрозатвором в течение 7 суток.
Результаты и их обсуждение
Исследование влияния кислот на ферментативнуюактивностьдрожжей было проведено по описанной выше методике.
Из полученных результатов (табл. 1) видно, что использование смеси кислот приводит к увеличению активности исследуемых ферментов дрожжевой клетки в сравнении с контролем – мальтазы в 1,6-2,1 раза, зимазы в 1,7-1,9 раза, инвертазы в 1,1-1,3 раза. Повышение ферментативной активности дрожжей на стадии подготовки их к внесению в сусло является очень важной задачей, так как α-глюкозидаза (мальтаза) и инвертаза (β-фруктофуронозидаза) отвечают соответственно за расщепление мальтозы и сахарозы, а зимазный комплекс клетки катализирует непосредственно процесс спиртового брожения[5; 9].
Таблица 1– Влияние КЦК на ферментативную активность дрожжей
|
Вариант |
Концентрация кислот, моль/дм3 |
Активность ферментов, ед./см³ |
||
|
зимазы |
мальтазы |
инвертазы |
||
|
Контроль |
- |
87,40 |
1,78 |
52,45 |
|
Опыт 1 |
10-8 |
145,70 |
2,85 |
57,22 |
|
Опыт 2 |
10-9 |
165,10 |
3,21 |
63,42 |
|
Опыт 3 |
10-10 |
167,50 |
3,80 |
65,50 |
Положительное действие кислот на физиологическое состояние дрожжевой культуры (табл. 2) наблюдается вовсехобразцах. Количество почкующихся клеток возрастает в 1,5-2,0 раза в сравнении с контролем, клеток с гликогеном–в 1,6-1,7 раза, снижение концентрации мертвых клеток составляет от 8 до 30%. Больший эффект воздействия предлагаемым препаратом проявляется при концентрациях 10-9 и 10-10.
Таблица 2–Физиологические показатели дрожжей при выдержке с КЦК
|
Вариант |
Концентрация кислот, моль/дм3 |
Количество клеток, % |
||
|
почкующихся |
с гликогеном |
мертвых |
||
|
Контроль |
- |
21 |
50 |
50 |
|
Опыт 1 |
10-8 |
31 |
51 |
46 |
|
Опыт 2 |
10-9 |
35 |
82 |
38 |
|
Опыт 3 |
10-10 |
41 |
85 |
35 |
Полученные данные свидетельствуют, что даже кратковременная активация реактивированных дрожжей смесью кислот цикла Кребса способствует значительному улучшению физиологических и биохимических характеристик культуры.
Для анализа эффективности влияния смеси КЦК при внесении ее на различных этапах производства сравнивали четыре варианта: контроль – сбраживание сусла реактивированными дрожжами без активации; опыт 1 – сбраживание среды дрожжами, активированными КЦК (концентрация 10-9моль/дм3); опыт 2 и 3 – сбраживание сусла, в которое предварительно вносили КЦК (концентрация соответственно 10-9и 10-10моль/дм3), реактивированными дрожжами без предварительной обработки.
Результаты представлены в табл. 3.
Таблица 3 – Физиологические показатели дрожжей в процессе брожения
|
Вариант |
Длительность брожения, сут |
||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
6 |
7 |
||
|
Общее количество клеток, млнкл./см³ |
|||||||
|
Контроль (др. → сусло) |
20,00 |
123,50 |
190,50 |
260,5 |
310,0 |
295,0 |
|
|
Опыт 1 (др. + КЦК (10-9)→ сусло) |
20,00 |
119,75 |
185,50 |
270,0 |
320,5 |
300,0 |
|
|
Опыт 2 (др. → сусло + КЦК (10-9) |
20,00 |
195,00 |
307,50 |
438,5 |
450,0 |
430,0 |
|
|
Опыт 3 (др. → сусло + КЦК (10-10) |
20,00 |
121,50 |
185,25 |
273,5 |
320,0 |
305,0 |
|
|
Клетки почкующиеся, % |
|||||||
|
Контроль (др. → сусло) |
19 |
53 |
61 |
59 |
50 |
48 |
|
|
Опыт 1 (др. + КЦК (10-9)→ сусло) |
20 |
67 |
72 |
70 |
63 |
60 |
|
|
Опыт 2 (др. → сусло + КЦК (10-9) |
25 |
70 |
81 |
77 |
71 |
69 |
|
|
Опыт 3 (др. → сусло + КЦК (10-10) |
19 |
68 |
72 |
67 |
61 |
57 |
|
|
Клетки с гликогеном, % |
|||||||
|
Контроль (др. → сусло) |
50 |
55 |
67 |
73 |
75 |
80 |
|
|
Опыт 1 (др. + КЦК (10-9)→ сусло) |
52 |
59 |
69 |
77 |
80 |
83 |
|
|
Опыт 2 (др. → сусло + КЦК (10-9) |
59 |
67 |
75 |
86 |
89 |
90 |
|
|
Опыт 3 (др. → сусло + КЦК (10-10) |
53 |
61 |
71 |
79 |
83 |
85 |
|
|
Клетки мертвые, % |
|||||||
|
Контроль (др. → сусло) |
21 |
19 |
16 |
15 |
17 |
20 |
|
|
Опыт 1 (др. + КЦК (10-9)→ сусло) |
20 |
17 |
15 |
13 |
16 |
19 |
|
|
Опыт 2 (др. → сусло + КЦК (10-9) |
19 |
17 |
14 |
12 |
16 |
20 |
|
|
Опыт 3 (др. → сусло + КЦК (10-10) |
20 |
18 |
15 |
13 |
17 |
20 |
|
В исследуемых образцах количество почкующихся клеток до 20% больше, чем в исходной культуре, однако более интенсивное почкование наблюдается в опытных вариантах. Изменение концентрации мертвых клеток согласуется с характером процесса почкования дрожжей. Уменьшение количества мертвых клеток в значительной степени проявляется в опытных вариантах, причем лучше всего в образце сусла, сброженном дрожжами при внесении КЦК в концентрации 10-9и 10-10 моль/дм3.
В образцах сусла с добавлением КЦК наблюдается более интенсивное накопление клеток с гликогеном. Это в дальнейшем положительно скажется на хранении дрожжей и сокращении лаг-фазы, если дрожжи предполагается сразу вводить в следующий цикл брожения.
Для подтверждения полученных результатов лабораторных исследований проведен производственный эксперимент в условиях мини-пивзавода ООО «Продлюкс» (г. Кемерово).
Сухие дрожжи расы W34/70 в количестве 2,5 кг после регидратации активировали в сусле с добавлением раствора КЦК до концентрации 10-10моль/дм3в соотношении 1:3 в течение 3 часов, после чего были введены в пивное сусло (объем 6000 дм3) экстрактивностью 11%. Контролем служили регидратированные дрожжи без обработки. Динамика брожения приведена на рис. 1.
Рисунок 1 – Динамика убыли экстракта суслаопытного и контрольного образцов в производственном эксперименте
Как видно из приведенных данных, скорость брожения опытного образца заметно выше, в результате продолжительность брожения может быть сокращена на 1 сутки при тех же параметрах процесса. Пиво по окончании брожения дображивали в течение 22 суток при температуре 0- минус 1 °С. Готовое пиво контрольного образца отвечало всем требованиям нормативной документации по органолептическим и физико-химическим пивазателям.
Наблюдаемые явления можно объяснить тем, что кислоты цикла Кребса участвуют как в энергетическом обмене, так и в обеспечении и регуляции биосинтетических функций дрожжевой клетки. Трикарбоновые кислоты являются либо предшественниками синтеза одних веществ (аминокислот), либо способствуют синтезу других (в частности стеринов, входящих в состав клеточных мембран) [5; 9].
Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что активирование сухих дрожжей КЦК в концентрации 10-9- 10-10моль/дм3 положительно сказывается на их физиологическом состоянии, ферментативной активности и процессе сбраживания пивного сусла.
Рецензенты:
Позняковский В.М., д.б.н., профессор, руководитель отдела «Гигиена питания и экспертиза товаров» Научно-образовательного центра ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», г. Кемерово.
Киселев В.М., д.т.н., профессор, профессор кафедры «Торговое дело» Кемеровского института (филиала) ФГБОУ ВПО «Российский государственный экономический университет им. Г.В. Плеханова», г. Кемерово.