Скиба Е.А. Технология производства дрожжей - файл n1.doc

Скиба Е.А. Технология производства дрожжей
скачать (6864 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc6864kb.15.09.2012 01:37скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6
Федеральное агентство по образованию

Бийский технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова»

Е.А. Скиба
ТЕХНОЛОГИЯ
ПРОИЗВОДСТВА


ДРОЖЖЕЙ
Учебное пособие
Допущено научно-методическим советом БТИ АлтГТУ

для внутривузовского использования в качестве учебного

пособия по курсу «Технология производства дрожжей»

для студентов специальностей 260204 «Технология бродильных
производств и виноделие» и 240901 «Биотехнология»

всех форм обучения

Бийск

Издательство Алтайского государственного технического
университета им. И.И. Ползунова

2010

УДК 663.14 (075.8)

ББК 36.87

С42
Разработано в соответствии с Государственным образовательным стандартом ВПО 2000 г. для направления подготовки 260204 на основе рабочей программы дисциплины «Технология производства дрожжей».


Рецензенты:


начальник научно-производственной лаборатории ОАО «Барнаульский дрожжевой завод», к.т.н.
Е.А. Степанова (г. Барнаул);

доцент кафедры ОХЭТ БТИ АлтГТУ, к.с-х.н.
Е.Ю. Егорова.


Работа подготовлена на кафедре «Биотехнология»
Скиба, Е.А.

С42


Технология производства дрожжей: учебное пособие / Е.А. Скиба; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. – 121 с.



В учебном пособии «Технология производства дрожжей» рассмотрены физиология и метаболизм дрожжей Saccharomyces сerevisiae, технологии производства хлебопекарных и кормовых дрожжей, а также перспективные направления развития отрасли.

Предназначено для студентов всех форм обучения специальностей 260204 «Технология бродильных производств и виноделие» и 240901 «Биотехнология».
УДК 663.14 (075.8)

ББК 36.87


Рассмотрено и одобрено на заседании научно-методического совета Бийского технологического института

Протокол № 2 от 26 ноября 2009 г.





© Скиба Е.А., 2010



© БТИ АлтГТУ, 2010

ВВЕДЕНИЕ
Русское слово «дрожжи» имеет общий корень со словами «дрожь», «дрожать», которые применялись при описании вспенивания жидкости, зачастую сопровождающего брожение, осуществляемое дрожжами. Английское слово «yeast» (дрожжи) происходит от староанглийского «gist», «gyst», что означает «пена, кипеть, выделять газ».

Дрожжи, вероятно, одни из наиболее древних «домашних организмов». Тысячи лет люди использовали их для ферментации и выпечки. Археологи нашли среди руин древнеегипетских городов жернова и пекарни, а также изображение пекарей и пивоваров. Предполагается, что пиво египтяне начали варить за 6000 лет до Р.Х., а к 1200 году до Р.Х. овладели технологией выпечки дрожжевого хлеба наряду с выпечкой пресного.

Первый специализированный дрожжевой завод был построен в Вене в 1860 г. Дрожжи получали наряду со спиртом по видоизмененному венскому способу приготовления пива. Их выход составлял 10...14 % в пересчете на зерно, а выход спирта при этом составлял около 30 %. Открытие Луи Пастера о влиянии кислорода на жизнедеятельность дрожжей (1878 г.) послужило основанием для развития аэробного способа производства дрожжей с повышением их выхода до 35 % и одновременным получением 12…13 л спирта из 100 кг зернового сырья. В 1914–1916 гг. в связи с нехваткой зернового сырья предприятия Европы заменили его на мелассу. До сих пор во всем мире меласса остается основным сырьем для производства дрожжей.

Первые дрожжевые заводы в России были построены в Курске (1862), Москве (1870), Петербурге (1873). В их числе были специализированные «дрожжевые заведения», дрожжевинокуренные заводы и заведения по выработке прессованных дрожжей.

Барнаульский дрожжевой завод развивался аналогичным образом. Он был построен в 1914 г. как дрожжевинокуренный завод, в 1935 г. была проведена первая реконструкция и предприятие перешло с зернового сырья на кормовую патоку. Вторая реконструкция завода
(с 1958 по 1960 г.) позволила увеличить производительность завода в два раза. Предприятие является единственным дрожжевым заводом в Алтайском крае.

В России в 1914 г. производилось хлебопекарных дрожжей
7,6 тыс. т/г., в 1941 – 65,9 тыс. т/г., в 1972 – 332 тыс. т/г. Исследования по механизации и автоматизации производства, внедрения нового
оборудования и технологий проводились на базе лаборатории биохимии и технологии дрожжей во Всесоюзном научно-исследовательском институте хлебопекарной промышленности (ныне государственный НИИ хлебопекарной промышленности).

Во время первой мировой войны в Германии пекарские дрожжи стали использоваться в качестве пищевой добавки в производстве супов и колбас. В настоящее время разработана и продолжает развиваться технология производства дрожжевых экстрактов, используемых как белково-витаминная добавка к пище, а также для моделирования вкуса и запаха продуктов.

В 1932 г. из микрофлоры Мурманского побережья Е.А. Плевако был выделен дрожжеподобный микроорганизм, названный Monilia Murmanica (по современной классификации Candida tropicalis). Культура легко усваивала пентозы и минеральный азот и хорошо развивалась на гидролизатах соломы. Это открытие положило начало гидролизно-спиртовому производству в СССР.

Были разработаны технологии получения кормовых дрожжей из пентозных гидролизатов соломы, кукурузной кочерыжки, сульфитно-спиртовой барды, а позднее из барды гидролизных заводов, щелоков целлюлозно-бумажных комбинатов.

В данном учебном пособии рассмотрены физиология и метаболизм дрожжей Saccharomyces сerevisiae, а также технологии производства хлебопекарных и кормовых дрожжей.
1 ФИЗИОЛОГИЯ И МЕТАБОЛИЗМ ДРОЖЖЕЙ
1.1 Общая характеристика хлебопекарных дрожжей
Главное использование пекарских дрожжей связано с хлебопечением. Поэтому при производстве пекарских дрожжей основное значение придают ферментативной характеристике дрожжей в тесте, стабильности в хранении и устойчивости к неблагоприятным факторам, например, к высоким концентрациям сахаров, низким рН и другим возможным ингибиторам. Производство пекарских дрожжей – одно из самых старых производств, в котором применяют глубинную высокоаэрируемую систему и воздушно-приточный метод культивирования.

Выращивают дрожжи преимущественно на мелассных средах. Для получения высоких выходов требуются хорошие ростовые характеристики дрожжей. Для быстрого брожения в тесте дрожжи должны обладать:

– потенциально активной гликолитической системой, обеспечивающей подъемную силу;

– способностью быстро адаптироваться к изменению субстрата (в муке содержатся глюкоза, фруктоза, сахароза, глюкофруктаны, мальтоза);

– высокой инвертазной активностью для быстрого гидролиза высших глюкофуранов муки;

– высокой скоростью сбраживания мальтозы, которая составляет больше половины сбраживаемых сахаров в муке, обработанной амилазами;

– способностью расти и синтезировать ферменты и коферменты в анаэробных условиях (в тесте).

Ферменты обеспечивают интенсивное сбраживание сахаров муки и разрыхление теста. Зимазный комплекс ферментов дрожжей вызывает спиртовое брожение сахаров в тесте. Выделяющийся при этом углекислый газ разрыхляет и поднимает тесто, в результате достигается необходимая пористость хлеба. Благодаря подъемному газу внешняя поверхность теста увеличивается в 2…3 раза.

Дрожжи богаты витаминами (аневрин, рибофлавин, пантотеновая, никотиновая и фолиевая кислоты, эргостерин и др.), поэтому являются ценным продуктом для витаминизации булочных изделий. В разных странах хлеб обеспечивает людям 18…80 % всех питательных веществ. Для 6,5 млрд людей злаковые продукты поставляют более 50 % требуемых калорий и, кроме того, 40 % витамина В1, 31 % железа, 20 % белков, 19 % рибофлавина, 17 % кальция, 1 % витамина А и 1 % витамина С. В пшеничном хлебе немного жиров – 1,5…2,5 %, но на 60 % они состоят из линолевой и линоленовой кислот, которым принадлежит важная роль в транспорте жирорастворимых витаминов. В отношении вклада в белковую пищу людей хлеб стоит на втором месте после мяса. Важная роль хлеба в обеспечении жизни людей
обуславливает необходимость производства большого количества активных пекарских дрожжей. В тесто вносят 1…6 % дрожжей. Аромат хлеб приобретает вследствие брожения дрожжей и поджаривания. В создании аромата участвуют более 100 веществ – кислоты, спирты, эфиры, продукты протеолиза белков и др. При созревании создаются оптимальные реологические свойства теста.

Изначально для сбраживания нового хлеба люди использовали остатки старого. В результате в различных хозяйствах столетиями происходила селекция дрожжей и сформировались новые физиологические расы, не встречающиеся в природе, многие из которых даже изначально были описаны как отдельные виды. Они являются такими же продуктами человеческой деятельности, как сорта культурных растений.

В 1881 году Эмиль Христиан Хансен выделил чистую культуру дрожжей, а в 1883 году впервые использовал её для получения пива вместо нестабильных заквасок. В конце XIX века при его участии создаётся первая классификация дрожжей, в начале XX века появляются определители и коллекции дрожжевых культур. Во второй половине века наука о дрожжах (зимология) помимо практических вопросов начинает уделять внимание экологии дрожжей в природе, цитологии, генетике.

На дрожжевых заводах выращивают дрожжи-сахаромицеты, согласно классификации аскомицетовых (сумчатых) грибов (Kurtzman C.P., Fell J.W. eds., 1998 г.) их характеризуют следующим образом:

– класс Hemiascomycetes;

– порядок Saccharomycetales;

– семейство Saccharomycetaceae (ра-нее было Endomycetaceae);

– род Saccharomyces;

– вид сerevisiae.

В природе дрожжи находятся в почве, на поверхности растений, плодов, ягод. В основном дрожжи размножаются многосторонним почкованием (рисунок 1), иногда – спорообразованием и простым





Рисунок 1 – Многостороннее

почкование дрожжей

Saccharomyces сerevisiae

делением. Диплоидизация происходит в результате слияния двух гаплоидных клеток (хологамия). Вегетативно размножаются в основном диплоидные клетки (рисунок 2).


Рисунок 2 – Жизненный цикл аскомицетовых гаплоидных дрожжей
Споры у дрожжей образуются только при недостатке питательных веществ в присутствии достаточного количества кислорода. Из вегетативных диплоидных клеток образуются сумки-аски, содержащие 2…4, иногда до 12 спор. Аскоспоры имеют круглую или слегка овальную форму, гладкие, бесцветные. При созревании спор сумки-аски не вскрываются и сохраняются. Они более устойчивы к неблагоприятным условиям, чем их вегетативная форма. Попадая в благоприятные условия, зрелые споры прорастают, образуя гаплоидные клетки. Аскообразование легко вызвать при высеве дрожжей на агар с ацетатом.

Некоторые дрожжи размножаются, как и бактерии, простым делением, то есть образованием одной или нескольких поперечных перегородок.

Дрожжевые клетки бывают яйцевидной, эллипсоидальной, овальной или вытянутой формы, которая, как и величина дрожжевых клеток, составляющая (5…7)(8…11) мкм, зависит от условий их развития. Отношение поверхности клетки к ее объему влияет на скорость массообменных процессов между клеткой и питательной средой и, следовательно, на интенсивность жизнедеятельности дрожжей.

Колонии у этих дрожжей пастообразные, кремовые или коричневато-кремовые, обычно с довольно ровной, гладкой, иногда слегка
пузырчатой или покрытой точками поверхностью, с блестящими или тусклыми секторами. Край колоний цельный, иногда лопастый, изредка образуется примитивный псевдомицелий.
1.2 Строение дрожжевой клетки
Дрожжевые клетки являются достаточно сложными одноклеточными организмами. Почкующаяся дрожжевая клетка (рисунок 3) состоит из оболочки, протоплазмы и ядра.

Клеточная стенка – наружная часть оболочки – образована полисахаридами типа гемицеллюлоз, преимущественно маннаном и небольшим количеством хитина, внутренняя – белковыми веществами, фосфолипидами и липоидами. Оболочка регулирует состояние клеточного содержимого и имеет избирательную проницаемость, чем существенно отличается от обычных полупроницаемых мембран. Толщина клеточной стенки дрожжей до 400 нм.

Цитоплазматическая мембрана (плазмалемма) толщиной 7…8 нм рас-положена под клеточной стенкой и
отделяет ее от цитоплазмы. Плазмалем-ма – основной барьер, определяющий осмотическое давление в клетке, обеспечивает избирательное движение питательных веществ из среды в клетку и вывод метаболитов из клетки. Плаз-малемма состоит из бимолекулярного слоя липидов, в который включены белковые молекулы. Липиды ориенти-рованы неполярными концами внутрь друг к другу, а полярными – наружу.

Перемещение веществ через цито-плазматическую мембрану происходит вследствие молекулярной диффузии (по градиенту концентрации) и в резуль-тате активного движения, в котором участвуют специфические ферменты, и в этом случае вещества могут поступать в клетку и против градиента концент-рации. Например, аминокислоты легко проникают в клетку из среды, даже если их концентрация в цитоплазме в 100…200 раз выше, чем в питательной среде.



1 – оболочка; 2 – делящееся ядро; 3 – гликоген;
4 – цитоплазма;

5 – волютин; 6 – вакуоль;

7 – митохондрии
Рисунок 3 – Строение
почкующейся

дрожжевой клетки

Цитоплазма имеет гетерогенную структуру и вязкую консистенцию. Коллоидный характер ее обусловлен белковыми веществами. Кроме них в цитоплазме содержатся рибозонуклеопротеиды, липоиды, углеводы и значительное количество воды. Цитоплазма молодых клеток внешне гомогенна. При старении в ней появляются вакуоли, равномерная зернистость, жировые и липоидные гранулы. В цитоплазме с ее органоидами (хондриосомами, микросомами, вакуолями) и включениями протекают важнейшие ферментативные процессы.

Митохондрии (хондриосомы) имеют форму зернышек, палочек и нитей. Митохондриальные мембраны состоят из белков (80 %) и липидов (20 %). В состав митохондрий входят также полифосфаты, рибонуклеиновая (РНК) и дезоксирибонуклеиновая (РНК) кислоты. Митохондрии размножаются самостоятельно, реплицируя собственную митохондриальную ДНК и продуцируя собственные белки. Питательные вещества, проникающие в клетку, адсорбируются и аккумулируются митохондриями, подвергаются быстрым превращениям из-за концентрации в этих участках соответствующих ферментов. В митохондриях полностью осуществляется цикл трикарбоновых кислот и важнейшая энергетическая реакция – окислительное фосфорилирование. Поэтому их рассматривают как основную «энергетическую станцию» клетки. Здесь происходят реакции активирования аминокислот в процессе синтеза белка, липидов и других соединений.

Эндоплазматический ретикулум расположен в цитоплазме дрожжевых клеток. Это система каналов, пузырьков и цистерн, связанная с цитоплазматической мембраной и ядерной стенкой – нуклеоммой. Эндоплазматический ретикулум обеспечивает транспорт различных веществ (белков, ионов, углеводов) по клетке. На эндоплазматической сети расположены рибосомы.

Рибосомы представляют собой включения в виде субмикроскопических зернышек, состоящих из липидов, белков и РНК, которые обеспечивают синтез белков за счет активированных аминокислот, поступающих из митохондриальной системы.

Ядро – небольшое шаровидное или овальное тело, окруженное цитоплазмой и не растворимое в ней. В ядре в виде включений обособленно расположены ДНК, ее протеиды, а также большое количество РНК. ДНК служит для передачи наследственной информации, сохранения свойств микроорганизмов. В ядре осуществляется транскрипция (синтез молекул информационных РНК путем считывания информации с ДНК с помощью фермента РНК-полимеразы), а также репликация ДНК при делении клетки.

Аппарат Гольджи – мембранное образование, морфологически связанное с эндоплазматической сетью и нуклеоммой. Роль аппарата заключается в выводе вредных веществ из клетки, обеспечении защитных функциий. В нем локализуются ферменты, катализирующие разрушение биополимеров. Мембраны аппарата Гольджи являются местом образования лизосом. Лизосомы представляют собой плотные гранулы, они защищают клетку от повреждений продуктами распада и чужеродными агентами.

Вакуоли – производные аппарата Гольджи – это обязательные органоиды клетки, представляют собой полости, наполненные клеточным соком и отделенные от цитоплазмы вакуолярной мембраной. Форма вакуолей изменяется вследствие движения цитоплазмы. Вакуоль в молодых клетках состоит из множества мелких полостей, в старых – из одной очень большой. Клеточный сок предствляет собой водный раствор различных солей, углеводов, жиров, белков, в том числе ферментов. В вакуолях сосредоточиваются различные соединения, которые подвергаются ферментативным превращениям и образуют продукты жизнедеятельности и отбросы. Это структуры, изолирующие продукты распада и аккумулирующие чужеродные токсические вещества.

Волютин (метахроматин) скапливается в вакуолях в виде коллоидного раствора или гранул. Гранулы могут быть локализованы непосредственно в цитоплазме. В центре гранулы располагаются полифосфаты, связанные с РНК бивалентными ионами магния или кальция. Оболочка гранулы состоит из сложного комплекса РНК, белка и липидов. Таким образом, волютин – источник фосфора и аккумулятор энергии.

В молодых дрожжевых клетках жира обычно нет, в зрелых он содержится лишь в немногих клетках в виде мелких капель, а в старых – в виде крупных. Гликоген – запасное питательное вещество дрожжей, накапливающееся при культивировании дрожжей на средах, богатых сахаром. При недостатке гликоген быстро расходуется. В молодых клетках гликогена мало, в зрелых – до 40 %.

По внешнему виду клеток можно определить физиологическое состояние дрожжей. В производственных средах одновременно присутствуют молодые, зрелые, почкующиеся, старые и отмершие клетки. Наибольшей бродильной энергией обладают зрелые клетки.

а

а

а

1.3 Химический состав дрожжей
О потребности дрожжей в различных питательных веществах судят по их химическому составу. Химический состав зависит от физиологического состояния клетки-расы и состава питательной среды.

Средний элементарный состав дрожжевых клеток (в процентах) такой:

– углерода – 47;

– водорода – 6,5;

– кислорода – 31;

– азота – 7,5..10;

– фосфора – 1,6…3,5;

– кальция – 0,3…0,8;

– калия – 1,5…2,5;

– магния – 0,1…0,4;

– серы – 0,2.

В дрожжах содержатся такие микроэлементы, как железо, медь, цинк, молибден.

Прессованные дрожжи содержат 25…28 % сухих веществ и 72…75 % воды. Вода с растворенными в ней химическими и органическими веществами проникает в клетки, и все важные жизненные реакции протекают в водном растворе. Свободная вода участвует в процессах обмена веществ, связанная вода удерживается белковыми молекулами при помощи водородных связей и таким образом является частью структуры протоплазмы дрожжевой клетки.

Сухие вещества дрожжей представлены следующими компонентами, %:

– белок – 37…50;

– общий азот – 6…8;

– безазотистые вещества – 35…45;

– жир – 1,5…2,5;

– зола – 6…10.

Соотношение белков и углеводов зависит от расы и направленного его изменения в процессе культивирования.

Белок. Дрожжи содержат 37…50 % сырого белка в пересчете на сухие вещества. В состав сырого белка входят все соединения азота, содержащиеся в дрожжах. Азотсодержащие вещества дрожжей представляют собой белковые вещества (63,8 %), нуклеиновые кислоты (26,1 %), амиды и пептоны (10,1 %). Белки состоят из аминокислот, число которых достигает 24. Соотношение аминокислот в разных белках различно. При расщеплении внутриклеточного белка на 7…14 % до пептонов и аминокислот при воздействии на дрожжи антисептиков, солей тяжелых металлов, высоких температур и других факторов дрожжевая клетка погибает.

Витамины. Дрожжевые клетки богаты витаминами, особенно витаминами группы В и эргостерином – провитамином D. Соотношение определенных витаминов в различных дрожжевых грибах неодинаково. Оно колеблется в широких пределах в дрожжевых грибах разного рода и зависит у одних и тех же дрожжей от условий их культивирования. Установлено, что дрожжевые клетки содержат:

– витамин В1 – тиамин, аневрин;

– витамин В2 – рибофлавин;

– витамин В3 – пантотеновая кислота;

– витамин В5 – РР – никотиновая кислота;

– витамин В6 – пиридоксин;

– витамин В8 – инозит;

– витамин Н – биотин;

– парааминобензойную кислоту.

Некоторые дрожжевые грибы розового цвета содержат ?-каротин – провитамин А.

Витамины играют большую роль в биохимических процессах, свойственных дрожжевым клеткам. Витамины комплекса В составляют существенную часть ферментных систем.

Биотин, инозит, парааминобензойная кислота, аневрин, пиридоксин, никотиновая и аминобензойная кислоты являются факторами, стимулирующими рост и размножение дрожжевых клеток. Для одной расы требуются все перечисленные ростовые вещества, другие расы могут размножаться на среде, содержащей только некоторые из этих веществ.

Жиры. Являются смесью истинных жиров (глицеридов жирных кислот) с фосфолипидами (лецитин, кафалин) и стеролами (эргостерол). Жир дрожжей состоит, главным образом, из насыщенных кислот жирного ряда: олеиновой, линоленовой, пальмитиновой и стеарино-вой.

В состав дрожжей входит неомыляемый жир – эргостерин – провитамин D.

Углеводы. В дрожжах содержится 35…44 % углеводов к массе сухих дрожжей. Они входят в состав протоплазмы и оболочки клеток. В дрожжах содержатся полисахариды: гликоген, маннан (дрожжевая камедь) и глюкозан.

Маннан составляет 30 % от общего числа углеводов, входит в состав клеточной оболочки. Не является запасным энергетическим веществом.

Гликоген состоит из остатков глюкозы, соединенных 1,4- и 1,6-?-глюкозидными связями. Гликоген дрожжей состоит из различных фракций, отличающихся растворимостью в щелочах и кислотах: некоторые из них – фракция, растворимая в уксусной кислоте, являются запасными веществами клетки, другие – щелочная фракция и фракция, растворимая в хлорной кислоте, являются структурными элементами клетки.

В дрожжах содержится дисахарид трегалоза, он является источником энергии в клетке. Количество трегалозы в хлебопекарных дрожжах, полученных на мелассе, колеблется в широких пределах.

Глюкан, маннан, гликоген, трегалозу следует считать нормальными компонентами в дрожжевой клетке. Имеются небольшие количества хитина и D-рибозы.

Зола. Зола дрожжей составляет около 6…10 % общей массы сухого вещества дрожжей. Состав золы колеблется в зависимости от условий культивирования.

Зола дрожжей состоит примерно наполовину из фосфора; большая часть фосфорной кислоты связана в дрожжах с органическими соединениями. Общее количество Р2О5 у сахаромицетов колеблется в пределах от 3,2 до 4,4 % по сухим веществам. Фосфор входит в состав молекул нуклеиновых кислот, фосфолипидов и коферментов типа аденозинфосфата и тиамина. В виде различных соединений фосфор принимает важное участие в энергетических процессах клетки.

Сера входит в состав аминокислот (цистеин, цистин, метионин и глютатион) и витаминов (биотин, аневрин). В состав ферментов сера входит в виде сульфидных и тиоловых групп. Содержание серы в пекарских дрожжах составляет 0,17…0,20 %.

Калия в золе значительно больше, чем натрия, кальция и марганца (1,5…1,6 % на сухие вещества). Калий необходим дрожжевой клетке не только как питательный элемент, но и как стимулятор ее размножения.

Кальция в пекарских дрожжах 0,01…0,15 %.

Железо в дрожжевой клетке входит в состав цитохромов, цитохромоксидазы, перокидазы, каталазы и других ферментов, участвующих в процессе дыхания. В дрожжах 0,01…0,036 % железа на сухое вещество.

Магний, содержащийся в дрожжах, активирует действие многих фосфатаз и энолазы. Ионы магния влияют на сохранение активности ферментов при нагревании. Магний и марганец ускоряют потребление дрожжами глюкозы, причем влияние магния тем активнее, чем ниже концентрация глюкозы в среде. Процессы брожения и гликолиза регулируются изменением концентрации ионов магния в результате присоединения его к органическим веществам. Питательные среды должны содержать 0,02…0,05 % магния в виде MgSO4.

Микроэлементы также имеют важное значение для размножения и жизнедеятельности дрожжей. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов и других соединений, участвующих в их синтезе. Они влияют на скорость и характер различных биохимических процессов. Например, кобальт стимулирует размножение дрожжей, повышает содержание в клетках азотистых веществ небелковой природы, прежде всего, РНК, ДНК и свободных аминокислот. Присутствие в среде кобальта стимулирует синтез витаминов – рибофлавина, аскорбиновой кислоты, нитратредуктазы и др.

Действие тяжелых металлов на ферменты обусловлено их участием в образовании активного комплекса или, напротив, отравлении некоторых участков активных центров (в частности, SH-групп).
1.4 Ферментативные превращения, происходящие внутри дрожжевых клеток в процессе их жизнедеятельности
В основе жизнедеятельности клеток Saccharomyces cerevisiae лежат биохимические ферментативные внутриклеточные превращения. Процессы обмена веществ в дрожжевой клетке протекают с участием биологических катализаторов: экзо- и эндоферментов. Экзоферменты выделяются клеткой в среду для гидролиза сложных веществ среды на простые, которые затем проникают через пористую клеточную оболочку дрожжей внутрь. Эндоферменты не выделяются в среду и действуют внутри клетки.

Различают конститутивные и адаптивные ферменты. У конститутивных ферментов субстратами для их индукции служат метаболиты, образующиеся в клетке в процессе её жизнедеятельности; у адаптив-ных – индуктором служит субстрат, содержащийся в питательной
среде.

Бульшая часть ферментов находится внутри клетки. Эндоферменты располагаются в клеточных органоидах, но могут находиться и в цитоплазме. Так, ферменты, участвующие в процессе брожения: фосфогексоизомераза, фосфогексокиназа, альдолаза, гидролитические ферменты и др., содержатся в цитоплазме. Гидролитические фермен-
ты – протеазы (катепсины), липазы, фосфатазы, нуклеазы сконцентрированы в лизосомах. В митохондриях локализованы ферменты, катализирующие окислительные процессы: аконитаза, изоцитратдегидрогеназа, ?-кетоглутаратдегидрогеназа, сукцинатдегидрогеназа, фумараза и малатдегидрогеназа. Фермент аденозинтрифосфатаза, катализирующий отщепление остатка фосфорной кислоты в АТФ (аденозинтрифосфат), находится также в митохондриях. Кроме того, в них сконцентрированы ферменты энергетического метаболизма.

В рибосомах локализованы ферменты, участвующие в синтезе белков, и кислые фосфатазы, в цитоплазматической мембране – пермеазы, катализирующие транспорт вещества, и другие ферменты.

Управление биотехнологическим процессом и качеством хлебопекарной продукции начинается с выбора дрожжей. Штаммом (или расой) дрожжей определяется их биологическая активность, способность адаптироваться к анаэробным условиям в полуфабрикатах, бродильная активность, углеводный и азотный обмен, образование ферментов.

Условия культивирования биомассы Saccharomyces cerevisiae на дрожжевых заводах способствуют образованию в дрожжах активных
?-фруктофуранозидазы и зимазного комплекса. Ферменты восстановительного действия в клетках находятся в малоактивном состоянии, так как аэрация культуральной среды и отсутствие в ней индуктора – мальтозы не стимулируют их синтез.

В связи с тем, что жизнедеятельность хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae, используемых в полуфабрикатах для разрыхления, резко отличается от их метаболизма при культивировании с целью накопления биомассы, анаэробная активность в начале брожения проявляется недостаточно. Дрожжевые клетки должны «переключаться» с дыхательного на бродильный образ жизнедеятельности, при этом изменяется их внутренняя структура и уменьшается потребление кислорода на дыхание. Переход дрожжей с одного типа жизнедеятельности (аэробного) на другой (анаэробный) связан с аденозинтрифосфатом (АТФ).

Используя научные концепции метаболизма дрожжей с учётом их «биологической инерционности», коэффициента распределения питательных веществ между клетками и окружающей средой, наличия антагонистов и коферментов, можно достичь высокой активности микроорганизмов в анаэробных условиях.

В процессе культивирования дрожжевые клетки приспосаб-ливаются к питательной среде. Благоприятные физико-химические условия предопределяют активность ферментов, активизируют их
дополнительный синтез в количествах, необходимых для обеспечения внутриклеточных биохимических превращений.

Таким образом, создание условий, обеспечивающих активное поступление в клетку веществ, необходимых для осуществления конструктивного и энергетического обмена в анаэробных условиях, позволит направить ферментативные реакции в дрожжевой клетке в сторону брожения.
1.5 Расы и штаммы хлебопекарных дрожжей
Под расой понимают разновидность микроорганизмов, которые, сохраняя все основные признаки данного вида, отличаются второстепенными, но стойкими свойствами, характеризующими их производственные способности. Часто разновидности Saccharomyces cerevisiae, апробированные в лабораторных условиях, называют штаммами, в то время как разновидности, апробированные в производственных условиях – расами.

Традиционно в производстве хлебопекарных дрожжей применяют расы селекции Санкт-Петербургской лаборатории технологии дрожжей Всероссийского научно-исследовательского института пищевой биотехнологии (ВНИИПБТ), которые отличаются между собой размером и формой клеток, культуральными признаками; зимазной (?-фрук-тофуранозидазной), мальтазной (?-глюкозидазной) и генеративной активностью; устойчивостью к повышенным температурам выращивания, к мелассе; требовательностью к ростовым веществам. В институте создана коллекция, насчитывающая более 96 отечественных и зарубежных музейных культур. Коллекция предназначена для снабжения дрожжевых заводов производственными культурами и дает исходный материал для селекции новых штаммов.

Особое значение придают активности ферментов ?-глюкозидазы и ?-фруктофуранозидазы у различных рас дрожжей. В условиях хлебопекарного производства решающая роль принадлежит именно
  1   2   3   4   5   6


Бийский технологический институт (филиал)
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации