172735 Тверская обл., г.Осташков, пер.Советский, д.З

Версия для слабовидящих

Администрация МО

Город Осташков

Тверская область

Телефон:
+7 (48235) 5-68-17

[email protected]

Производство кваса и газированных хлебных напитков. Дрожжи клетки

Биология для студентов - 20. Строение дрожжевой клетки. Размножение дрожжей

Дрожжевая клетка имеет сложное анатомическое строение. Различают оболочку и содержимое клетки - ядро и плазму с различными постоянными составными частями клетки - органоидами. Плазма ядра называется нуклеоплазмой. Плазма, находящаяся вне ядра, называется цитоплазмой. Вся клеточная плазма, включая и плазму ядра, называется протоплазмой.

1 - клеточная оболочка; 2 - автоплазматическая мембрана; 3 - цитоплазма; 4 - ядро; 5 - ядерная мембрана; 6 - хромосомы; 7 - митохондрии; 8 - рибосомы; 9 - вакуоль; 10 - волютин.

Оболочка 1 представляет собой тонкую клеточную стенку, находящуюся снаружи от цитоплазматической мембраны (плазмолеммы) 2. Она состоит главным образом из полисахаридов типа гемицеллюлоз, в основном из глюкана и маннана.

Клеточная оболочка состоит из двух молекулярных слоев. Полисахариды образуют самый наружный молекулярный слой. Внутренний слой оболочки, прилегающий к цитоплазме, состоит из белковых молекул. Оболочка пронизана мельчайшими отверстиями, через которые проходят вода, сахар и все другие водорастворимые питательные вещества, необходимые для жизни клетки. Оболочка защищает клетку от внешних воздействий и в известной мере регулирует поступление питательных веществ и выделение наружу продуктов обмена.

Изнутри клеточную оболочку выстилает тончайшая цитоплазматическая мембрана 2. Ее толщина около 80 А (ангстрем А = 0,0001 мкм). Этот тонкий слой состоит из липоидно-белкового комплекса рибонуклеопротеидов и соединений кальция. Основная функция цитоплазматической мембраны заключается в регулировании проникновения в клетку питательных веществ.

Ядро 4, окруженное ядерной мембраной 5, заполнено прозрачной нуклеоплазмой, в которую погружены длинные тонкие нити - хромосомы 6, состоящие из белка и ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты). Кроме белка и ДНК, ядро содержит также РНК (рибонуклеиновые кислоты) и ферменты. Ядро играет важную роль в процессе роста и размножения клетки. Процесс почкования сопровождается делением ядра на две части; при спорообразовании ядро делится на несколько частей (по числу образующихся спор).

Размножаются дрожжи почкованием, лишь немногие размножаются делением клетки. Процесс почкования состоит в том, что на клетке появляется бугорок (иногда их несколько), который постепенно увеличивается в размерах. Этот бугорок называют почкой. По мере роста почки между ней и производящей клеткой образуется перетяжка. Канал, соединяющий вновь формирующуюся дочернюю клетку со старой, материнской, клеткой, постепенно сужается и, наконец, молодая клетка отшнуровывается (отделяется). При благоприятных условиях этот процесс длится около двух часов.

Почкованию предшествует ряд последовательно протекающих в клетке биохимических процессов; происходит деление ядра, и одно из образовавшихся ядер вместе с частью цитоплазмы и другими клеточными элементами переходит в молодую клетку.

После завершения процесса почкования молодая клетка часто не отделяется от материнской, а остается на ней. Почкующиеся клетки обычно образуют не одну, а несколько почек. Вместе с этим может начаться почкование и молодых клеток. Так постепенно образуются скопления из многих соединенных между собой клеток, называемые сростками почкования. В некоторых случаях, особенно на поверхности жидких сред, где клетки дрожжей всегда бывают более вытянуты, такие сростки почкования напоминают мицелий плесневых грибов. Однако это ложный мицелий, представляющий собой тонкую пленку, которая легко разрушается при взбалтывании жидкости. Только отдельные дикие (обитающие в природных условиях) так называемые пленчатые дрожжи образуют на поверхности жидкостей более или менее толстые морщинистые пленки, прочно удерживающиеся при взбалтывании. Такие дрожжи нередко вызывают порчу вина, пива, квашеных овощей.

При неблагоприятных условиях почкование дрожжей замедляется или совсем приостанавливается, а некоторые клетки переходят в состояние покоя.

Покоящиеся клетки (артроспоры) отличаются толстой и плотной, большей частью двухслойной оболочкой, а также значительным содержанием запасных веществ, например, жира и гликогена. Они более устойчивы, чем вегетативные клетки, к повышенной температуре и высушиванию.

Попадая в благоприятные условия развития, покоящиеся клетки почкуются, как и обычные вегетативные клетки.

Помимо почкования многие дрожжи размножаются также с помощью спор. Споры образуются внутри клетки и находятся в ней, как в сумке, что и позволяет относить их к сумчатым грибам (аскомицетам). Число спор в клетке разных видов дрожжей различно. Их может быть две, четыре, а иногда восемь и даже двенадцать.

Споры большинства дрожжей округлые или овальные, но у некоторых видов — игловидные, шляповидные. У многих на поверхности спор имеются различные образования типа выростов, бородавок, ободков и др.

Образование спор у дрожжей может происходить бесполым и половым путями. При бесполом образовании спор ядро клетки делится на столько частей, сколько образуется спор у данного вида дрожжей. Каждое новое ядро окружается цитоплазмой и покрывается оболочкой. Образованию спор половым путем предшествует слияние (копуляция) клеток. У некоторых дрожжей копулируют прорастающие споры.

Споры дрожжей несколько более устойчивы к вредным воздействиям, чем вегетативные дрожжевые клетки, но менее стойки по сравнению с бактериальными спорами. Попав в благоприятные условия, споры прорастают в клетки.

У многих так называемых культурных дрожжей, т. е. культивируемых человеком для производственно-хозяйственных целей, способность к спорообразованию в значительной степени ослаблена, а иногда полностью утрачена (аспорогенные расы).

Такие дрожжи можно вернуть к спорообразованию только принудительным путем. Для этого молодую культуру дрожжей переводят из условий обильного питания в условия голодания. При благоприятной аэрации и температуре дрожжи образуют споры.

Дрожжи, способные к спорообразованию, нередко называют истинными дрожжами, а не образующие спор (аспорогенные) — ложными дрожжами, или дрожжеподобными организмами.

vseobiology.ru

Строение и химический состав дрожжевой клетки

Дрожжевые клетки (рис. 16) имеют овальную, круглую, эллиптическую форму. Снаружи клетка покрыта оболочкой 1, под которой находится цитоплазматическая мембрана 2. Оболочка состоит из глюкана, азотосодержащих веществ и липидов. Она придает форму клетке, здесь осуществляется почкование. Оболочка функционирует как фильтр, пропускающий питательные вещества внутрь клетки и выводящий из клетки продукты обмена. Цитоплазматическая мембрана имеет белково-липидную природу. Она регулирует обмен питательных веществ и метаболитов, благодаря избирательной проницаемости. Проницаемость цитоплазматической мембраны активная: в первую очередь в клетку проходят легкоусвояемые вещества, даже если размер их молекул превышает размер молекул менее усвояемых веществ. Внутри клетки находится ядро 3, окруженное двойной пористой мембраной. Ядро регулирует и направляет процессы, обеспечивающие рост и размножение дрожжей. Ядро - хранилище генетической информации. Содержит ДНК, белки и ферменты, связанные с образованием ДНК и РНК. Основой клетки является цитоплазма 9, в которой находятся структурные элементы клетки: рибосомы 6, митохондрии 7, вакуоли 5. Рибосомы - мельчайшие частицы клетки, в них происходит синтез белка. Митохондрии - энергетические центры клетки, в которых осуществляется образование АТФ. Вакуоли 5 - полости, заполненные клеточным соком. Клеточный сок - водный раствор солей, углеводов, белков, жиров и ферментов. Чем старше клетка, тем больше в ней вакуолей. В дрожжевой клетке имеются также включения гликогена - резервного питательного вещества. На поверхности клетки в результате отпочкования дочерних клеток от материнской образуются рубцы 8.

Рис. 16. Строение дрожжевой клетки:

1 - оболочка; 2 - цитоплазматическая мембрана; 3 - ядро; 4 - включения гликогена; 5 - вакуоли;

6 - рибосомы; 7 - митохондрии; 8 - рубец; 9 - цитоплазма

Величина клеток зависит от возраста и физиологического состояния дрожжей. Чаще всего клетки имеют длину 9-11 мкм и ширину 5-7 мкм.

Химический состав дрожжей зависит от расы, состава питательной среды и физиологического состояния дрожжей. Отпрессованные дрожжи содержат 24-30 % сухих веществ и 76-70 % воды. Сухие вещества дрожжей на 90-95 % состоят из органических веществ, в состав которых входят азотистые вещества (35-65 %), безазотистые экстрактивные вещества (20-63 %), жир (2-5 %), минеральные вещества (5-11 %).

Азотистые вещества дрожжей представлены главным образом дрожжевыми белками, важнейшими из которых являются зимоказеин и церевизин. Основной представитель углеводов дрожжей - гликоген. Гликоген по химическому строению сходен с амилопектином крахмала, но имеет большую молекулярную массу и более компактную молекулу. Его содержание колеблется от 0 до 40 % массы сухих веществ и зависит от состава питательной среды. Запасным веществом дрожжей является жир, которого больше в старых клетках. Главные элементы минеральных веществ дрожжей - фосфор и калий. Фосфор входит в состав промежуточных продуктов спиртового брожения, а калий активизирует деятельность некоторых дрожжевых ферментов, а также оказывает решающее влияние на биосинтез белков и углеводов.

Дрожжевая клетка содержит большое количество ферментов, которые обеспечивают ее жизненные функции, участвуя в процессах дыхания, брожения, гидролиза и синтеза. Ферменты клетки подразделяются на эндо- и экзоферменты. Эндоферменты проявляют свое действие только внутри клетки. К ним относится, например, мальтаза, ферменты брожения и дыхания. Экзоферменты выделяются из клетки и действуют вне ее. Они предназначены для начальных этапов использования дрожжами питательных веществ. К ним относятся некоторые дрожжевые пептидазы и β-фруктофуранозидаза.

Дрожжи богаты витаминами группы В, содержат никотиновую кислоту, эргостерин, биотин и др.

Метаболизм дрожжевой клетки

Метаболизм - это обмен веществ дрожжевой клетки. Для роста и размножения клетка нуждается в питательных веществах, растворимых в воде. Эти вещества клетка потребляет и преобразует в необходимые для построения дрожжевых белков, углеводов, жиров, резервных веществ. Потребление и преобразование питательных веществ - ассимиляция сопровождается затратой энергии. Необходимая энергия образуется в клетке в результате диссимиляции - процессов преобразования и распада веществ, которые сопровождаются выделением энергии. Энергия накапливается в клетке в виде АТФ. Основными процессами образования в клетке АТФ являются дыхание и брожение. В анаэробных условиях пивоварения энергия в клетке образуется в результате спиртового брожения.

Для жизнедеятельности дрожжам необходимы углеводы, азотосодержащие и минеральные вещества, витамины, жирные кислоты.

Углеводы используются дрожжами как источник питания и источник энергии. Питание заключается в усвоении углеводов, их расщеплении и последующем синтезе в структурные элементы клетки (глюкан) и резервные вещества (гликоген). На эти цели расходуется примерно 2 % сахаров сусла. Основная доля сахаров подвергается спиртовому брожению, в результате которого в клетке накапливается энергия. При сбраживании сахаров образуется этиловый спирт и углекислый газ, которые, как продукты метаболизма, угнетающе действуют на дрожжи, но являются основными технологически важными веществами, превращающими сусло в пиво. Углеводы сбраживаются в определенной последовательности, обусловленной скоростью проникновения их в дрожжевую клетку. В первую очередь сбраживается глюкоза и фруктоза. Сахароза предварительно гидролизуется β-фруктофуранозидазой до глюкозы и фруктозы, которые быстро потребляются дрожжами в начале брожения. После усвоения глюкозы и фруктозы дрожжи начинают потреблять мальтозу, а затем - мальтотриозу. Для нормального протекания брожения в сусле должно содержаться достаточное количество легкосбраживаемых углеводов.

Для синтеза компонентов, обеспечивающих рост и размножение, дрожжам необходимы источники ассимилируемого азота. Дрожжи могут усваивать как органический, так и неорганический азот. Дрожжи потребляют аммиачный азот в виде фосфатов и сульфатов аммония, аминокислоты, пептиды, пуриновые и пиримидиновые основания. Главную роль в азотистом обмене дрожжевой клетки играет прямая ассимиляция аминокислот сусла, обеспечивающая 70 % ассимилируемого азота. При достаточном содержании в сусле аминного азота наблюдаются быстрый рост дрожжей, высокая скорость сбраживания и низкое содержание в пиве высших спиртов. Аминокислоты потребляются дрожжами в определенной последовательности. В первую очередь ассимилируются такие кислоты, как аспарагин, серин, треонин и лизин, а последними потребляются аланин и пролин.

Размножение дрожжей

Размножение - увеличение в среде числа дрожжевых клеток.

Дрожжи размножаются почкованием. При этом на материнской клетке образуется почка, которая вырастает в дочернюю клетку. При неблагоприятных условиях дрожжи могут образовывать споры, которые впоследствии прорастают, образуя новые дрожжевые клетки. Пивное сусло содержит все необходимые вещества для размножения дрожжей, поэтому они размножаются только почкованием.

Размножение дрожжей при сбраживании сусла проходит в несколько этапов. Кривая роста имеет обычную для развития микроорганизмов S-образную форму, на которой можно выделить 4 фазы: латентную, логарифмическую, стационарную и фазу затухания. На латентной фазе дрожжи приспосабливаются к питательной среде и подготавливаются к размножению. Логарифмическая фаза характеризуется максимальной скоростью размножения дрожжей. На стационарной фазе скорость размножения и скорость отмирания дрожжей уравновешиваются, и число клеток остается без изменения. При снижении количества питательных веществ и увеличении в среде концентрации продуктов обмена размножение дрожжей прекращается, наступает фаза затухания.

Количество дрожжей в конце главного брожения увеличивается в 3-4 раза.

На размножение дрожжей влияет состав питательной среды. Способствуют размножению сахара, аминный азот, кислород сусла и замедляют размножение продукты метаболизма, такие как этиловый спирт и диоксид углерода. Процесс размножения существенно интенсифицируется при увеличении температуры брожения и при перемешивании бродящей среды. На размножение влияет рН сусла. Максимальное размножение низовых дрожжей наблюдается при рН 4,8-5,3. Замедляют размножение высокие концентрации сбраживаемых сахаров.

Флокуляция дрожжевых клеток

Флокуляция (агглютинация) - способность дрожжевых клеток собираться в хлопья. От флокуляционной способности дрожжей зависит степень сбраживания и скорость осветления пива. По способности флокулировать пивные дрожжи сгруппированы в 4 класса: пылевидные дрожжи, флокулирующие дрожжи первого класса, флокулирующие дрожжи второго класса, флокулирующие дрожжи третьего класса. Пылевидные дрожжи медленно образуют хлопья, состоящие из 10 и менее клеток. Флокулирующие дрожжи первого класса образуют хлопья, состоящие примерно из 1000 клеток, после сбраживания 2/3 экстракта. Флокулирующие дрожжи второго класса после сбраживания 2/3 экстракта образуют хлопья, содержащие несколько тысяч клеток. У флокулирующих дрожжей третьего класса процесс флокуляции начинается на ранних стадиях брожения. При производстве пива низового брожения используют флокулирующие дрожжи первого и второго класса.

В настоящее время существуют три гипотезы, объясняющие флокуляцию дрожжевых клеток.

Первая гипотеза предполагает, что флокуляция дрожжей связана с образованием ионных связей между ионами Са+2 сусла и ионами СОО– белков двух соседних клеток. Эта структура дополнительно стабилизируется образованием водородных связей.

Вторая гипотеза объясняет флокуляцию образованием перекрестных соединений ионов Са+2 сусла с двумя фосфоманнановыми единицами соседних клеток. Водородные связи усиливают этот процесс. Маннано-белковый комплекс образует поверхностный слой дрожжевой клетки. Обнаружено, что у флокулирующих дрожжей комплекс более фосфорилирован, чем у нефлокулирующих.

Третья гипотеза (гипотеза Калюжного) предполагает, что клетки дрожжей окружены водной оболочкой и ионной сферой. При брожении под воздействием дегидратирующих веществ, таких как спирт, клетки теряют водную оболочку, в результате чего уменьшается их ионная сфера и электрический заряд. При этом уменьшается сила отталкивания клеток и создаются условия для объединения их в агломераты.

На способность дрожжей к флокуляции влияют внутренние и внешние факторы. Внутренние - это генетическая природа дрожжей. Каждый штамм дрожжей характеризуется индивидуальной способностью к флокуляции. К внешним факторам относятся: состав сусла, температура брожения и рН среды, количество и качество семенных дрожжей. Преждевременной флокуляции способствует несбалансированный состав сусла: недостаток в нем аминного азота, сбраживаемых сахаров, ростовых веществ. Флокуляции способствуют низкая температура и увеличение нормы засева дрожжей, снижение рН до 4,3-4,0. На начальных этапах брожения следует избегать флокуляции, а в конце - способствовать этому процессу. Действенным технологическим фактором, управляющим флокуляцией, является температура.

Автолиз дрожжей

Автолиз - процесс саморастворения дрожжей под действием собственных ферментов. Начинается при отмирании клетки, когда прекращают действовать ферменты дыхания и брожения, но активизируются гидролитические ферменты. Происходит распад белковых веществ, углеводов, жиров, фосфорных соединений. Продукты распада выделяются в среду, изменяя вкус и свойства пива. При незначительном автолизе появляется дрожжевой привкус, при сильном - горький, мясной. Продукты автолиза снижают коллоидную стойкость пива и его пенистые свойства. Дрожжи могут отмирать и при вполне благоприятных условиях, но автолитические процессы усиливаются при недостатке в среде питательных веществ и повышенной температуре. Легко подвергаются автолизу осадочные дрожжи при несоблюдении условий их хранения. Стойкость к автолизу индивидуальна у отдельных штаммов дрожжей.

Штаммы (расы) дрожжей

В пивоварении применяют дрожжи верхового и низового брожения. Дрожжи верхового брожения отличаются мелкими размерами клеток и относятся к пылевидным дрожжам. На стадии интенсивного брожения выделяются на поверхности бродящей среды в виде пены и остаются в таком виде до конца брожения. Далее они медленно оседают, образуя на дне бродильного аппарата рыхлый слой. Дрожжи низового брожения относятся к хлопьевидным дрожжам. Во время главного брожения находятся в слое сусла, а в конце процесса быстро оседают на дно бродильного аппарата, образуя плотный осадок. Дрожжи низового брожения, по сравнению с дрожжами верхового брожения, более устойчивы к автолизу, дают хороший прирост биомассы, обладают более низкой бродильной активностью, образуют в пиве меньше диацетила и высших спиртов, что положительно сказывается на его качестве. Низовые дрожжи полностью сбраживают раффинозу, так как содержат необходимые ферменты для расщепления раффинозы сначала под действием β-фруктофуранозидазы на фруктозу и мелибиозу, а затем под действием мелибиазы на глюкозу и галактозу. Дрожжи верхового брожения сбраживают рафинозу лишь на 1/3, так как не имеют мелибиазы. В отечественном пивоварении применяют в основном дрожжи низового брожения.

Пивные дрожжи подразделяются на расы, отличающиеся друг от друга по размеру и форме клеток, скорости и степени сбраживания сусла, по способности к флокуляции и интенсивности редукции диацетила.

Бродильную активность дрожжей (V) определяют по степени сбраживания (в %) следующим образом:

V = [(E – e) · 100] / E, (6)

где Е - масса сухих веществ в начальном сусле, %;

е - экстракт пива, %.

По степени сбраживания дрожжи делятся на высокосбраживающие (степень сбраживания 90-100 %), среднесбраживающие (80-90 %), низкосбраживающие (менее 80 %).

В России используются следующие штаммы дрожжей: отечественные (776, 11, 44, 41, S-Львовская, 8а (М), Ф-2, 70, 129, 140, 145, 146, 148, Н, 919, М-И-Х1, М-И-ХП) и зарубежные (Р, F - чешские; 34, 308, 69, Rh - немецкие). Некоторые заводы применяют датские и финские штаммы дрожжей. Штаммы хранятся в коллекциях Всесоюзного научно-исследовательского института пивобезалкогольной и винодельческой промышленности (ВНИИПБ и ВП), МГУПП (Москва), в Санкт-Петербургской лаборатории микробиологии и технологии дрожжей, в Воронежской государственной технологической академии.

К сильносбраживающим относятся штаммы дрожжей 11, 8а (М), 129, 70, 145, Н, 148, F-чешская, 34, 308, Rh. Штаммы 776, 41, 44, S-Львовская, Р-чешская относятся к среднесбраживающим.

К наиболее востребованным отечественным расам относится раса 11. Это быстро- и глубокосбраживающая раса, не требовательна к качеству сырья, с хорошей способностью к флокуляции и редукции диацетила. При использовании данной расы получается пиво с полным чистым вкусом.

Дрожжи расы 776 относятся к среднесбраживающим и хорошо зарекомендовали себя при переработке несоложеного сырья. Обладают средней флокуляционной способностью. Данный штамм отличается высоким приростом биомассы дрожжей. Пиво имеет удовлетворительный вкус, резкую хмелевую горечь.

Дрожжи F-чешской расы быстро и глубоко сбраживают сусло, хорошо флокулируют и осветляют пиво, придают ему специфический приятный аромат, устойчивы к инфекции и автолизу.

Штаммы 8а (М) и Ф-2 позволяют значительно (на 2 суток) сократить продолжительность главного брожения. Могут применяться на тех заводах, где бродильное отделение является «узким» местом. Позволяют получать хорошо осветленное пиво с чистым вкусом. Дрожжи штамма Ф-2 способны сбраживать мальтотетраозу и низкомолекулярные декстрины.

Немецкие штаммы 34 и 308 быстро и глубоко сбраживают сусло, устойчивы к инфекции и высоким концентрациям спирта. Обеспечивают хорошее осветление пива после дображивания и придают ему чистый, мягкий вкус. Пиво характеризуется высокой, компактной, долго удерживающейся пеной. Однако данные расы прихотливы к качеству сырья. При использовании солода удовлетворительного качества могут наблюдаться остановка брожения или плохое оседание дрожжей.

Для сбраживания плотного сусла необходимы штаммы, устойчивые к осмотическому и этанольному стрессам. К таким дрожжам относятся штаммы 145 и Rh.

Расы дрожжей по отношению к количеству растворенного в сусле кислорода делятся на кислородозависимые и кислородонезависимые. Например, дрожжи расы 11 кислородонезависимые, а штамм 8а (М) требует дополнительной аэрации.

Разведение чистых культур дрожжей (ЧКД)

Под разведением ЧКД понимают увеличение массы дрожжей определенной маркировки до количества, необходимого для внесения в бродильный аппарат. Дрожжевые клетки определенного штамма получают из коллекций чистых культур в пробирках на косом сусло-огаре.

Процесс разведения ЧКД состоит из двух стадий: лабораторной и производственной.

Лабораторная стадия

В заводской лаборатории чистую культуру дрожжей из пробирки в боксе над пламенем горелки переносят петлей в колбу, содержащую 20 см3 стерильного охмеленного сусла с массовой долей сухих веществ 11-13 %. Первая стадия размножения дрожжей протекает при температуре 20-23 ºС и продолжается 24-36 часов. Затем проводят при последовательных пересевах дрожжевой разводки стадии высоких завитков на свежее стерильное сусло, увеличивая каждый раз объем среды в пять раз: 20 см3 → 100 см3 → 500 см3 → 2500 см3. Процесс брожения на каждой стадии проводят в холодильнике при температуре 8-10 ºС в течение 36-48 часов. Последняя лабораторная стадия протекает в медной колбе Карлсберга, где объем бродящей среды составляет 10 дм3 при температуре 7-8 ºС в течение 5-6 суток.

Производственная стадия

Осуществляется в специальном отделении завода - отделении чистой культуры, которое оборудовано установкой для разведения ЧКД. Используются установки разных систем: Ганзена, Линднера, Коблитца, Грейнера. Наиболее распространены установки Грейнера (рис. 17).

Рис. 17. Установка Грейнера:

1 - стерилизатор; 2 - бродильный цилиндр; 3 - сосуд для засевных дрожжей;

4 - резервуар предварительного брожения

Установка состоит из стерилизатора 1, бродильных цилиндров 2, число которых изменяется в зависимости от количества используемых рас дрожжей, сосудов для засевных дрожжей 3 и резервуара предварительного брожения 4.

Емкость отдельных элементов установки и количество установок зависят от мощности пивзавода. Для завода мощностью 4 млн. дал принимают две установки Грейнера со следующей вместимостью элементов: объем стерилизатора - 720 дм3, бродильного цилиндра - 360 дм3, резервуара предварительного брожения - 4000 дм3, сосуда для засевных дрожжей - 20 дм3.

Установка моется и стерилизуется 30 минут паром. В стерилизатор из сусловарочного котла или из гидроциклонного аппарата подается горячее охмеленное сусло и кипятится 1 час с периодической подачей стерильного сжатого воздуха для перемешивания. Далее сусло охлаждают до 8 ºС и передавливают в бродильный цилиндр, куда через специальный кран задают ЧКД из колбы Карлсберга. Брожение ведут трое суток при температуре 8 ºС. К концу брожения подают сусло в резервуар предварительного брожения, стерилизуют 1 час и охлаждают до 8 ºС. Часть дрожжей из бродильного цилиндра отбирают в сосуд для засевных дрожжей и используют в последующих циклах разведения вместо дрожжей лабораторной стадии. Основную массу дрожжей из бродильного цилиндра передают в резервуар предварительного брожения и ведут брожение трое суток при температуре 8 ºС.

Из отделения ЧКД содержимое резервуара предварительного брожения перекачивают в бродильное отделение в аппарат предварительного брожения вместимостью 1000 дал, куда наливают 300 дал заводского охмеленного сусла температурой 5-7 ºС. Через 12 часов брожения доливают чан до полного объема и через 6 часов содержимое перекачивают в аппарат главного брожения и ведут процесс обычным способом. Полученные после сбраживания дрожжи являются дрожжами первой генерации.

lektsia.com

Строение дрожжевой клетки.

Дрожжевая клетка имеет сложное анатомическое строение (рис. 101). Различают оболочку и содержимое клетки - ядро и плазму с различными постоянными составными частями клетки - органоидами. Плазма ядра называется нуклеоплазмой. Плазма, находящаяся вне ядра, называется цитоплазмой. Вся клеточная плазма, включая и плазму ядра, называется протоплазмой.

Рис. 101. Строение дрожжевой клетки: 1 - клеточная оболочка; 2 - автоплазматическая мембрана; 3 - цитоплазма; 4 - ядро; 5 - ядерная мембрана; 6 - хромосомы; 7 - митохондрии; 8 - рибосомы; 9 - вакуоль; 10 - волютин.

www.comodity.ru

Ультраструктура дрожжей

Клеточная стенка дрожжей - прочная, жесткая и вместе с тем эластичная структура, выполняющая те же функции, что и у бактерий. Толщина ее колеблется у разных видов дрожжей от 0,15 до 0,28 мкм, масса составляет 15-30% от сухого веса (СВ) клетки. В химический состав стенки входят 60-90% полисахаридов (гемицеллюлоз, состоящие из равных количеств глюкана и манана), 3-10% липидов, 10-25% белков, 7-9% минеральных веществ, 0,5-3% хитина. Стенка дрожжей имеет, как правило, трехслойную структуру: первый, внешний, слой - липопротеидный, средний - маннанпротеиновий комплекс, внутренний, прилегающий к цитоплазматической мембраны, - глюкановый, играющий основную роль в поддержании формы клетки. В клеточной стенке обнаружены ферменты - инвертаза, щелочная и кислая фосфатазы, липаза, способствующие расщеплению и окислению питательных веществ, поступающих в клетку, а также глюканаза и маназа, участвующих в размягчении клеточной стенки перед образованием почки - дочерней клетки [4].

Цитоплазматическая мембрана дрожжевой клетки - трехслойная структура толщиной 0,008-0,010 мкм. Она плотно прилегает к внутренней стенке клетки и вместе с тем тесно связана с цитоплазмой. Поверхность ее обычно ровная, но иногда встречаются небольшие выпячивания. Состоит цитоплазматическая мембрана примерно из равных количеств фосфолипидов, белков и небольшого количества углеводов. Выполняет следующие основные функции: действует как осмотическое барьер, регулирует поступление в клетку питательных веществ и удаление конечных продуктов обмена, участвует в регуляции синтеза компонентов клеточной стенки, является местом локализации многих ферментов (окислительно-восстановительных, пермеаз, кофакторов) и органелл (рибосом).

Цитоплазма дрожжевой клетки - густая жидкость, вязкость которой в 800-8000 раз превышает вязкость воды. Структура ее зависит от возраста дрожжей. В молодых клетках цитоплазма гомогенная, в зрелых она становится гетерогенной в результате появления гранул полисахаридов и полифосфатов, небольших вакуолей, в старых гетерогенность усиливается за счет жировых капелек и увеличения вакуолей.

Цитоплазма состоит из жидкой части (клеточного сока), мембран и рибосом. В жидкой части растворены ферменты, транспортная РНК (рибонуклеиновая кислота), низкомолекулярные соединения - запасные углеводы, аминокислоты, нуклеотиды, которые создают осмотическое давление в клетке 1,2 Мпа. Цитоплазму пронизывает эндоплазматическая сеть (ретикулум). Это система двойных мембран (канальцев, пузырьков) с гладкой или шероховатой поверхностью, тесно контактируют с ЦПМ, ядром, внешней мембраной митохондрий и другими структурами клетки. На шероховатых участках сети прикреплены рибосомы. На гладких частях находятся ферменты углеводного и липидного обмена. Считают, что эндоплазматическая сеть участвует во многих клеточных процессах и обеспечивает непрерывную и упорядоченную доставку низкомолекулярных и строительных веществ в места их потребления [1].

Ядро - это важнейшая и постоянная структура дрожжевой клетки выполняет генетическую, информационную и метаболическую функции. Ядро дрожжей контролирует синтез белков, ферментов, липидов, клеточных структур и другие обменные процессы, играет главную роль в размножении клетки. Ядро в дрожжах имеет округлую форму размерами 1-2 мкм, окружено двумя мембранами, в которых есть множество пор. Через поры в ядро поступают необходимые питательные вещества, из ядра в цитоплазму - информационная и транспортная РНК, предшественники рибосом и др.

В нуклеоплазме ядра (внутренней части) находится ядрышко, что играет определенную роль в синтезе веществ рибосом. К внешней поверхности оболочки ядра прикреплено большое количество рибосом, что указывает на высокий уровень синтеза белков в непосредственной близости от ядра. Главным химическим компонентом ядра является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Состав ДНК постоянный (0,17-0,18% СМ). В состоянии покоя клетки ДНК находится в ядре в виде тонких хроматиновый нитей. При размножении клетки ДНК концентрируется в хромосомах, где находится в связанном состоянии с белками - гистонами. Хромосомы являются основными материальными структурами, которые определяют наследственность и изменчивость. Предполагается, что число хромосом, их длина и форма постоянные для определенных видов дрожжей.

Митохондрии - обязательные структуры эукариотической клетки. В зависимости от условий жизнедеятельности дрожжей форма, размеры, количество и внутреннее строение митохондрий меняются. По форме они могут быть сферическими, палочковидными или нитевидными. Размеры колеблются от 0,2 до 3,0 мкм по длине и от 0,05 до 1,5 мкм по диаметру. Окруженные митохондрии двойной мембраной - внутренней и внешней. В клетках, выращенных в аэробных условиях, внутренняя мембрана образует выступы - кристы, которые пронизывают внутренний гомогенный содержание - матрикс. Митохондрии клеток, растущих в анаэробных условиях, устроены проще и крист не содержат [3].

В митохондриях содержится большое количество ферментов: окислительно-восстановительных, цикла трикарбоновых кислот, транспорта электронов. Митохондрии играют основную роль в выработке, накоплении и распределении энергии в клетке, синтезе АТФ (аденозинтрифосфата).

Аппарат Гольджи состоит из мембранных дисков диаметром от 0,02 до 0,25 мкм. От концов мембран отходят пузырьки, которые затем превращаются в лизосомы и вакуоли. Считают, что аппарат Гольджи управляет многими физиологическими процессами в клетке: транспортирует различные вещества к месту их использования или выделения из клетки, участвует в формировании клеточных перегородок, спор, почек, удаляет из клетки токсические вещества.

Лизосомы - плотные гранулы, ограничены липопротеидной мембраной. Они содержат активные гидролитические и лизирующие ферментные системы, способные расщеплять крупные молекулы полисахаридов, белков, нуклеиновых кислот, жиров. Лизосомы звездчатой формы охватывают поврежденные структуры цитоплазмы и «переваривают» их. В случае разрыва мембраны, окружающей лизосом, происходит автолиз клеток.

Вакуоль - органелла, что находится в центральной части клетки и отделена от цитоплазмы вакуолярной мембраной, играет значительную роль в обмене веществ клетки. В вакуоли присутствуют в растворенном состоянии в виде ионов и солей натрия, калий, кальций, магний, хлор, в виде коллоидов - гидролитические ферменты, метахроматин, жиры, углеводы и белки. Указанные вещества используются клеткой по мере необходимости. Размеры вакуоли зависят от возраста и физиологического состояния дрожжевой клетки. В зрелых клетках вакуоль увеличивается, в старых достигает максимальных размеров. Отмечено, что в процессе почкования вакуоль распадается на мелкие части, которые распределяются между материнской клеткой и дочерней. После завершения цикла размножения мелкие вакуоли сливаются в одну. Не исключено, что вакуоль участвует в удалении из клетки токсичных веществ.

Запасными веществами дрожжевой клетки, содержащиеся в цитоплазме и вакуоли, являются гранулы гликогена, сахар трегалоза, метахроматин и капельки жира [5].

Гликоген (полисахарид) содержится в клетке в большом количестве: от 30 до 100 мг на 1 г СМ клетки. Гранулы гликогена появляются в дрожжах в начале брожения при избытке углеводного питания в среде; до конца брожения количество гликогена уменьшается. Увлеченный гликоген в цитоплазме, вместе с тем есть предположение, что он накапливается в пространстве между ЦПМ и клеточной стенкой.

В аэробных условиях в дрожжевых клетках преобладает трегалоза, количество которой может достигать 20-150 мг на 1 г СМ клетки. В вакуоли находится резервное вещество метахроматин, состоящий из липопротеидов, полифосфатов, магния и РНК. Содержание метахроматина уменьшается в процессе активного роста клетки и возрастает при задержке размножения.

Жиром в цитоплазме и вакуоли, выполняющий роль запасного питательного материала, является смесь триглицеридов с фосфолипидами и стеролы (эргостерола). Капельки жира в старых клетках видны в световом микроскопе благодаря тому, что сильно преломляют свет [6].

Также еще кроме меланинов для многих типично наземных грибов характерно наличие каротиноидных пигментов, которые выполняют ту же функцию защиты от солнечной инсоляции. Типичными представителями интенсивно пигментированных грибов с высоким содержанием каротиноидов есть много широко распространенных базидиомицетовых дрожжей из родов Rhodotorula, Sporobolomyces, Lipomyces и др.

Аскомицетные дрожжи Metschnikowia pulcherrima образуют диффундирующий в среду красно-вишневый пигмент пульхерримин. Так называемые «черные дрожжи», формируют темно бурые или черные колонии за счет накопления меланоидних пигментов.

Рисунок – Lipomyces starkey – грунтовые дрожжи. Клетки в 7-суточной культуре на сусло-агаре.

Грунтовые дрожжи рода Lipomyces – липомицеты распространены исключительно в почвах и не встречаются в других местообитаниях. Давно известна их способность к хорошему выживанию в минеральных горизонтах почв, бедных органическим веществом. Однако при этом липомицеты не является олиготрофамы, в лабораторных культурах они не способны к росту на разбавленных питательных средах. Отличительная особенность этих дрожжей - очень крупные клетки, на богатых средах быстро накапливают большое количество запасных липидов – до 80% от общей массы клетки (рис.). Судя по всему, стратегия выживания липомицетов в почве - это быстрое накопление запасных веществ, при попадании достижимых субстратов, например свежего опада, а затем длительное их расходования в «ожидании» новых поступлений [2].

Литература

Бабьева, И.П., Горин, С.Е. Почвенные дрожжи. М.: изд–во МГУ, 1987. – С. 50–63.
Кудрявцев, А.А., Гуревич, Г.А., Фихте, Б.А. Механические свойства микробных оболочек. – Пущино, 1988.
Кейтс М. Техника липидологии. М.: Мир, 1975. – 322 с.
Ревис, Д.Д., Ботстайн, Дж.Рот «Генетика бактерий» М., Мир 1984. – С. 101.
Rudic, V., Popova, N., Crivova, A. et al.«Biosynthesis ofLipoxygenase, Lipids and its Fatty Acid Composition of Actinomycetes and Yeast», Bucureşti, Roumanian Biotechnological Letters. – 2002. – V. 7. – N 3. – Р. 711-716.
Rudic, V.,Topală, L. Teza de doctorat şi autoreferatul pot fi consultate la biblioteca Academiei de Ştiinţe a Moldovei – bd. Ştefancel Mare, 1, MD – 2001, Chişinău.

Автор статьи: Дохторук Андрей, ст. каф. Микробиология и вирусология, Днепропетровского национального университета им. Олеся Гончара

bio-x.ru

2. Строение дрожжевой клетки. Хлебопекарные дрожжи: их признаки, свойства, применение

Пивовар и пивоварение.Производство пива.Брожение пивного сусла.Пивные дрожжи.Стадии роста дрожжей.Расы пивных дрожжей.Разведение дрожжей чистой культуры.

Раздел 3.Производство пива.

Глава 6. Брожение пивного сусла.

Пивные дрожжи.

Строение дрожжевой клетки. Дрожжи - одноклеточные организмы, относящиеся к классу сумчатых грибов. Форма дрожжевых клеток бывает овальной, округлой и эллиптической.

Дрожжевая клетка имеет клеточную стенку 1, под которой располагается цитоплазматическая мембрана. Мембрана обладает избирательной проницаемостью, оказывая влияние на обмен веществ между клеткой и средой.

Например, молекулы аминокислот и глюкозы проникают через мембрану быстрее, чем ионы металлов, которые меньше по размеру. Внутри клетки содержится круглое или овальное ядро 2, окруженное двойной мембраной. Внутри ядра расположено ядрышко. Ядро необходимо для процессов обмена веществ, обеспечивающих рост и

размножение дрожжей.

Основой клетки является цитоплазма 3, представляющая собой вязкую, слегка желтоватую жидкость. Она выполняет многие функции так, например, первая стадия дыхания и спиртовое брожение протекают непосредственно в цитоплазме. Здесь же находятся структурные элементы клетки: вакуоль 4, митохондрии 5, рибосомы 6. Митохондрии- это очень мелкие частицы каплеобразной формы, в которых происходят процессы, связанные с окислительным обменом веществ. Рибосома представляет собой пузырек, окруженный мембраной. Рибосомы являются местом, где происходит синтез белков. Вакуоли- полости, наполненные клеточным соком и отделенные от цитоплазмы вакуолярной мембраной. В них находится метахроматин, обусловливающий рост и размножение дрожжевых клеток. В вакуолях протекают окислительно – восстановительные процессы.

Величина дрожжевых клеток зависит от расы, физиологического состояния дрожжей и состава питательной среды. Прессованные дрожжи содержат около 30% сухих веществ и 70% воды. В сухих веществах дрожжей содержится 90-95% органических веществ и 5-10% неорганических веществ. Среди органических веществ имеются белки и азотсодержащие вещества-54-56%, углеводы-24-40%, жиры-2-4% (к массе сухих веществ). основная часть углеводов представлена гликогеном( запасное вещество), сходным по химстроению с амилопектином крахмала. Среди неорганических веществ около половины фосфорной кислоты и 1/3 калия.

В золе дрожжей содержится (в %): Р2О5 –47-53, К2О- 28-40; СаО-0,4 –11,3; МgО-3,0-7,4; SiO2-0,28- 0,73; SiO3 -0,09—0,74; Сl –0,1-0,65. Кроме того, в небольшом количестве имеются S, Zn, Mn, Cu, Fe.

Фосфорные соединения имеют важное значение в обмене веществ дрожжевых клеток, так как входят в состав промежуточных веществ спиртового брожения, а калий играет первостепенную роль в построении молекул белков и углеводов. Дрожжи богаты витаминами группы В, содержат эргостерин( провитамин D ) и др. В дрожжах содержатся различные ферментные системы, участвующие в процессах гидролиза и синтеза, а также в процессах брожения и дыхания.

Стадия роста дрожжей. Ростом дрожжей называют увеличение числа их клеток, т.е. – размножение. Дрожжевые клетки при нормальных условиях размножаются почкованием. Материнская клетка образует почку, которая вырастает в дочернюю клетку. При недостатке питательных веществ или при других неблагоприятных условиях внутри клетки образуются перегородки, и клетка распадается по этим перегородкам, образуя споры. В среде с хорошими условиями питания споры прорастают и образуют новые дрожжевые клетки. Пивное сусло содержит все необходимые вещества для размножения клеток, поэтому при сбраживании сусла дрожжи размножаются только почкованием, не образуя спор.

После введения дрожжей в сусло наблюдаются их количественные и качественные изменения. Количество дрожжей Увеличивается в несколько раз, однако их концентрация в диспергированном состоянии вначале увеличивается, достигая максимальной величины, а затем снижается. Размножение дрожжей при сбраживании пивного сусла проходит в несколько этапов. На кривой роста можно выделить несколько этапов. (По вертикали- число дрожжевых клеток, по горизонтали – время.)

В начальной фазе, называемой латентной или лаг- фазой (задержка роста), дрожжи приспосабливаются к новой среде и подготавливаются к размножению. Эту фазу условно делят на две части: фазу действительного покоя, когда клетки приспосабливаются к среде, и фазу постепенного начала размножения . Продолжительность латентной фазы для пивных дрожжей 1-1,5 сут. В ней клетки увеличиваются в объеме и удлиняются, растет доля почкующихся клеток.

При следующей фазе, называемой логарифмической, скорость размножения дрожжей максимальная, все клетки активны и находятся в бродящей среде во взвешенном состоянии.

После логарифмической фазы наступает стационарная фаза, когда размножение клеток замедляется, при этом скорость отмирания и размножения уравновешиваются, в результате чего число живых клеток остается без изменения.

Последняя фаза, называемая фазой затухания, характеризуется снижением активности клеток, что обусловлено уменьшением массы питательных веществ и увеличением количества продуктов обмена. Размножение прекращается, клетки отмирают и оседают на дно бродильного аппарата.

В живой дрожжевой клетке жизнедеятельность поддерживается различными биохимическими процессами, а при её отмирании согласованность этих процессов нарушается и начинается автолиз, т.е. распад клетки под действием собственных ферментов. При этом структура клеток нарушается, повышается активность у одних ферментов и ослабевает у других.

Например, гидролитические ферменты активизируются, а ферменты дыхания и брожения погибают. При автолизе дрожжей происходит распад белковых веществ, углеводородов, жиров, органических фосфорных соединений, образуются низкомолекулярные продукты распада, которые диффундируют через стенки клеток в пиво и изменяют его вкус. При незначительном автолизе появляется слабый дрожжевой привкус, а при сильном автолизе - горький посторонний вкус. Выделяемые при автолизе азотистые вещества могут быть коллоидного помутнения пива.

Расы пивных дрожжей. В пивоваренном производстве используют только культурные дрожжи, которые относятся к семейству сахаромецетацеа (Saccharomycetaceae) и к роду сахаромицес (Saccharomyces). Различают дрожжи низового брожения сахаромицес карлсбергенсис (Saccharomyces carlsbergensis) и дрожжи верхового брожения – сахаромицес церевизие (Saccharomyces cerevisiae).

Первоначально были известны дрожжи верхового брожения, так как брожение проходило только при обычной температуре (как в виноделии, хлебопечении). желая получить напитки, насыщенные углекислым газом, стали проводить брожение при низких температурах. Под влиянием изменившихся внешних условий и были получены дрожжи низового брожения с определенными свойствами.

В пивоварении применяют разновидности дрожжей, отличающихся друг от друга одной или несколькими особенностями. Их получают из одной клетки. такие культуры называют расами ( штаммами).

Дрожжи верхового брожения в процессе интенсивного броения всплывают на поверхность сбраживаемой жидкости, накапливаются в виде слоя пены и остаются в таком виде до конца брожения. Затем они оседают, образуя весьма рыхлый слой на дне бродильного аппарата. по своей структуре эти дрожжи относятся к пылевидным дрожжам, не слипающимися между собой в отличие от хлопьевидных низовых дрожжей , оболочки которых клейкие, что приводит к слипанию(агглютинация) и быстрому осаждению клеткок.

Дрожжи низового брожения не переходят в поверхностный слой пива- пену, а быстро оседают на дне бродильного аппарата.

Способность дрожжей к хлопьеобразованию имеет важное значение для технологии сбраживания пивного сусла, так как способствует ускорению осветления пива и облегчает съём дрожжей из бродильного аппарата после брожения с последующим использованием их в качестве семенных дрожжей. Низкая температура при брожении содействует хлопьеобразованию.

Реакция среды сильно влияет на свойства дрожжей. Например, в кислой среде при рН менее 3 и в щелочной при рН более 8 хлопьевидные дрожжи становятся пылевидными. Хлопьевидные дрожжи по сравнению с пылевидными имеют более крупные клетки, меньше подвержены автолизу, дают большой прирост биомассы, обладают меньшей бродильной активностью, образуют меньше диацетила и высших спиртов в пиве, что положительно сказывается на его качестве.

Дрожжи низового брожения отличаются от дрожжей верхового брожения тем, что они полностью сбраживают раффинозу. Дрожжи низового брожения имеют оптимальную температуру для роста 25 - 27С, минимальную 2-3С, а при 60-65С они отмирают. Максимальное развитие низовых дрожжей происходит при рН4,8-5,3. Кислород, растворенный в сусле, способствует размножению дрожжей, в то время как продукты брожения ( этиловый спирт, диоксид углерода, высшие спирты, ацетальдегид, кислоты), а также повышенная концентрация сахара угнетают развитие дрожжей.

Пивные дрожжи должны отвечать следующим требованиям: Быстро сбраживать сусло, хорошо образовывать хлопья и осветлять пиво в ходе брожения, придавать пиву чистый вкус и приятный аромат.

Бродильную активность дрожжей определяют по степени сбраживания сусла. Степень сбраживания (V) –это показатель , выраженный в процентах характеризующий отношение массы сброженного экстракта (Е-е) к массе сухих веществ в начальном сусле (Е): V= ((E-e)100)/ Е, Где е- содержание в пиве экстрактивных веществ, % к массе пива.

По степени сбраживания дрожжи делятся на сильно-, или высокосбраживающие ( степень сбраживания 90-100%), среднесбраживающие (80-90%), слабо, или низкосбраживающие ( менее 80%).

К сильносбраживающим относятся дрожжи рас: 11, F ( получена в Чехии), штамм 8а(М). Дрожжи расы 11 нетребовательны к качаеству сырья, хорошо оседают, пиво характеризуется полным вкусом. Дрожжи расы F хорошо осветляют пиво, рпидают ему приятный аромат, устойчивы к инфекции. Дрожжи штамма 8а (М) имеют высокую бродильную активность, повышенный коэффициент размножения, хорошо оседают. Использование этих дрожжей дает возможность сократить длительность главного брожения с 7 до 5 сут и получить пиво с хорошим вкусом.

К среднесбраживающим относятся дрожжи рас 776, 41, 44, S( львовская), Р ( Чехия),

А (рижская). Дрожжи расы 776 неприхотливы к сырью, их можно использовать для приготовления пива с применением несоложеных материалов. Готовое пиво имеет удовлетворительный вкус резкую хмелевую горечь. Дрожжи рас 41, 44, S, Р обладают хорошей способностью оседания, вкус пива чистый мягкий, Дрожжи расы 44 дают возможность получать хорошее пиво при применении воды повышенной жесткости. Дрожжи рас F, A хорошо осветляют пиво, устойчивы к инфекции.

Для темных и специальных сортов пива применяют дрожжи верхового брожения.

Требования, предъявляемые к качеству дрожжей, не всегда удовлетворяются одной расой, поэтому в производстве применяют смесь рас или ведут брожение сусла отдельно на разных расах, а затем смешивают молодое пиво.

Разведение дрожжей чистой культуры.

Под разведением понимают увеличение массы дрожжей в количестве от массы в одной пробирке до массы маточных, необходимой для внесения в бродильный аппарат.

Весь процесс разведения состоит из двух стадий: лабораторной (разведение дрожжей в лаборатории) и цеховой (разведение дрожжей в отделении чистой культуры).

Лабораторная стадия состоит из нескольких последовательных пересевов. Вначале чистую культуру из пробирки пересевают в колбочки на стерильное сусло, затем проводят пересев дрожжей со стерильным сброженным суслом на новое стерильное сусло, объем которого от пересева к пересеву увеличивается в несколько раз. Лабораторная стадия заканчивается сбраживанием 6 л сусла в медной колбе Карлсберга в течении 5-6 сут при 7-8оС.

Цеховая стадия- это разведение дрожжей на стерильном охмеленном сусле в специальных аппаратах.

На рисунке показана установка Грейнера для разведения чистой культуры дрожжей в цехе (трубопроводы не показаны). Установка состоит из стерилизатора 4 , двух бродильных цилиндров 3, число которых изменяется в зависимости от количества используемых дрожжей, резервуара для предварительного брожения 1 и посуда 2 для посевных дрожжей.

Стерилизатор и резервуар предварительного брожения оборудованы змеевиками для нагревания или охлаждения сусла, воздушными фильтрами и контрольно- измерительной аппаратурой.

Бродильные цилиндры имеют сосуды для посевных дрожжей вместимостью 10 л.

Стерилизатор предназначен для кипячения сусла (стерилизация) и последующего его охлаждения, Бродильный цилиндр- для первой стадии размножения, резервуар предварительного брожения- для стерилизации и охлаждения сусла, а также проведения второй стадии размножения чистой культуры. Температура воздуха в отделении чистой культуры 8-9оС.

Разведение чистой культуры происходит следующим образом. В стерилизатор 4 из сусловарочного котла набирают горячее охмеленное сусло, кипятят его в течении 1 ч, затем охлаждают до8-12оС. С помощью сжатого стерильного воздуха сусло подают в цилиндр 3, куда через специальный кран из медной колбы Карлсберга вводят чистую культуру, затем сбраживают в течении 3 сут. При этом дрожжи размножаются и увеличиваются в массе. к концу третьих суток резервуар предварительного брожения заполняют суслом, которое также нагревают до кипения, а затем охлаждают. Часть чистой культуры из бродильного цилиндра 3 отбирают на хранение в сосуд 2 для посевных дрожжей, где она хранится до до следующей разводки, а основную часть его перекачивают в резервуар 1, где осуществляют предварительное брожение при 9оС в течение 3 сут.

В следующих циклах разведения дрожжи для посева в стерильное сусло, находящееся в бродильном цилиндре 3 берут из сосуда 2. Процесс разведения чистой культуры в установке Грейнера повторяют многократно до обнаружения в дрожжах посторонней микрофлоры.

Сбраживаемую массу из резервуара 1 перекачивают в специальный аппарат для предварительного брожения вместимостью 1000 дал, но наполненный на 1/3 суслом температурой 5-7оС. Через 12 ч брожения в этот аппарат доливают еще 400 дал свежего охмеленного сусла и продолжают брожение еще 36 ч, поддерживая температуру 5-7С. Затем сбраживаемое сусло перекачивают в аппарат для главного брожения с 700 дал сусла , а через 1 сут заполняют его суслом до полной вместимости и ведут брожение обычным способом, контролируя температуру, концентрацию сусла и осветление. Осевшие при брожении дрожжи смывают, промывают холодной водой и используют в производстве как первую генерацию.

Дрожжерастительные аппараты перед началом работы стерилизуют паром в течение 45 мин под давлением 0,15- 0,17 МПа. Воздух, поступающий в стерилизатор, должен проходить через воздушные фильтры.

****************************************

Выход. Выход в оглавление. Следующая страница. Предыдущая страница

beermaster1.narod.ru

Стадии развития дрожжей. Описать основные фазы роста дрожжевой клетки

Дрожжевой клетке, как и всем микроорганизмам, присущи четыре основные фазы роста: лагфаза, фаза логарифмического роста, стационарная фаза и фаза отмирания. Однако процесс выращивания дрожжей предусматривает только первые три фазы. Фазы отмирания клеток не должно быть в дрожжевом производстве.

Лагфаза — это период, во время которого внесенные в питательную среду дрожжевые клетки адаптируются к окружающей среде. Их ферментные системы перестраиваются на синтез биомассы. Происходит активный синтез аминокислот, полифосфатов, рибонуклеиновых кислот (РНК). Клетки подготавливаются к почкованию, масса их увеличивается в результате увеличения размеров клеток. Дрожжи в это время не размножаются. Продолжительность этого периода зависит от активности ферментных систем клетки, количества засевного материала, количества и состава питательного субстрата, в который помещены клетки, а также от температуры, рН, аэрации культуральной среды и др. В этот период клетки обладают повышенной чувствительностью к внешним воздействиям.

Фаза логарифмического роста характеризуется высокой активностью размножения клеток. При обеспечении их необходимыми питательными и ростовыми веществами, а также при отсутствии лимита по растворенному кислороду в культуральной среде, количество почкующихся клеток быстро увеличивается, достигая 70-80 % . Биомасса дрожжей при этом постепенно повышается вследствие образования новых дочерних клеток, которые, вырастая до материнской клетки, начинают почковаться, образуя новую генерацию. После отпочковывания молодой клетки материнские клетки вновь начинают почковаться.

По данным А. Кука, одна дрожжевая клетка способна воспроизвести в среднем 25 новых клеток, а иногда и 40.

В этой фазе наблюдается максимальная скорость роста дрожжевых клеток. Продолжительность периода зависит от количества питательных веществ в среде, аэрации, количества образовавшихся продуктов метаболизма клеток. При периодическом процессе скорость роста постепенно понижается вследствие недостатка источников питания, накопления ингибирующих продуктов или некоторых изменений физических свойств среды. При условии постоянного пополнения среды питательными веществами и выведении из культуральной среды вредных продуктов обмена клеток период логарифмического роста может продолжаться практически бесконечно. На этой особенности микроорганизмов основано непрерывное культивирование микроорганизмов, в частности хлебопекарных дрожжей.

Устойчивость к неблагоприятным условиям внешней среды в этот период повышается.

В стационарной фазе образование новых клеток практически прекращается, заканчивается также и их почкование, так как питательные вещества в дрожжерастильный аппарат не поступают. Для поддержания жизнедеятельности клетки используют оставшиеся в культуральной среде питательные вещества. Клетки увеличиваются в размере, масса их также возрастает. Прирост биомассы в этой фазе может составить 5-10 %от массы дрожжей, накопленных в логарифмический фазе. Ферментные системы клеток перестраиваются с активного синтеза биомассы на процессы обмена, поддерживающие их жизнедеятельность. Устойчивость клеток к окружающей среде значительно повышается. Эта фаза соответствует дозреванию клеток в дрожжевом производстве.

Фаза отмирания характеризуется отсутствием роста и размножения микроорганизмов. Масса клеток уменьшается, так как все питательные вещества культуральной среды использованы в предыдущей фазе. Для поддержания жизнедеятельности клетки начинают использовать собственные запасы. Наблюдается автолиз клеток, Качество дрожжей резко ухудшается. Технологическим процессом получения хлебопекарных дрожжей эта фаза не предусматривается, так как дрожжи выделяют из культуральной среды. Она может быть только при аварии, например при поломке сепараторов, когда дозревшие дрожжи длительное время простаивают в дрожжерастильных аппаратах без притока питательных веществ и др.

Для повышения съема биомассы с дрожжерастильного аппарата необходимо технологический процесс вести так, чтобы сократить до минимума период лагфазы и увеличить фазу логарифмического роста. От этих двух фаз зависят в основном выработка и выход дрожжей. Стационарная фаза также влияет на величину этих двух показателей. Однако от правильности ведения процесса в этой фазе в основном зависит качество готового продукта (хлебопекарное достоинство и сохранность дрожжей).

megalektsii.ru