30 Апр

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХФАКТОРОВ НА ОБРАЗОВАНИЕБИОМАССЫХЛЕБОПЕКАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Выращивание сахаромицетов на мелассово-дрожжевых заводах – это биологический процесс, сложность которого определяется изменчивостью дрожжевых клеток, мгновенно реагирующих на изменения состава среды, избыток или недостаток компонентов, необходимых для накопления биомассы.

При изменении состава среды в дрожжевой клетке изменяется активность ферментов: замедляются реакции, направленные на ассимиляционные процессы в клетке; при этом ускоряются процессы брожения и приостанавливаются процессы синтеза белковых веществ и могут возникать явления протеолиза. В результате изменяется скорость роста дрожжевых клеток.

Накопление биомассы на дрожжевых заводах проходит в намеченном темпе скорости прироста дрожжей. Поэтому всестороннее изучение биологии дрожжей, культивируемых в аэрируемой среде, необходимо для направленного изменения жизнедеятельности сахаромицетов. Для дрожжевого производства важно изыскать условия, избирательно направленные на стабилизацию скорости роста и размножения дрожжевых клеток, без потери сахара на образование спирта. В процессе выращивания дрожжей на мелассовых растворах накопленная масса дрожжей в условиях одинаковой аэрации среды отличается различной генеративной активностью в зависимости от физико–химических факторов. При выращивании засевных дрожжей при недостатке питательных веществ или при изменениях активной кислотности среды и отклонении от оптимальной температуры происходит ухудшение мальтазной активности засевных дрожжей, вследствие чего наблюдается замедленное накопление биомассы с уменьшением её количества в конце процесса .[3,с.46]

Цель работы – изучение влияния среды  (температура, рН, формольное число) на физиологическое состояние хлебопекарных дрожжей Saccharomycescerevisiae расы   Л80У   и расы   Л153Б и  выбор наиболее перспективной расы.

Активная кислотность рН среды оказывает большое влияние на жизнедеятельность дрожжей. Дрожжи сохраняют жизнеспособность в широких  пределах колебания рН от кислого до щелочного (от 2,5 до 6,5). При выращивании дрожжей на мелассовых средах оптимальным является рН 4,5 – 5,8. при этом дрожжевые клетки хорошо растут и быстро размножаются. От уровня рН зависит скорость поступления питательных веществ в клетку, активность ферментов, образование витаминов.

При выращивании дрожжей сахаромицетов по воздушно-приточному методу при рН ниже 4,0 скорость накопления биомассы понижается, а при рН 3,0 – 3,5 размножение клеток приостанавливается. Это явление наблюдается при быстром приросте биомассы на мелассовых средах с использованием, например, в качестве источника азота сернокислого аммония. В период быстрого прироста биомассы и использования аммонийного азота рН резко понижается – ниже 3,0.

При понижении рН среды до 2,8 – 3,8, тормозится размножение дрожжей и в результате уменьшается накопление дрожжевой массы.

Подщелачивание среды в процессе роста дрожжей обусловлено выделением аммиака, которое наблюдается при наступлении процессов автолиза в дрожжевой клетке. В дрожжевом производстве автолиз возникает при недостатке питательных веществ, несоответствии между количеством накапливающейся в течение часа биомассы и количеством поступившей питательной среды. При этом недостатке питания в условиях аэрации дрожжевые клетки сначала быстро используют запасные углеводы, затем наступает протеолиз белковых веществ с распадом до аммиака, выделяющегося в среду.

В случае подкисления среды ниже рН 4,0 необходимо при помощи аммиачного раствора, подаваемого в дрожжерастительный аппарат, вместо сернокислого аммония доводит рН до нормы. Чтобы предотвратить подщелачивание среды, необходимо подачу мелассовых и солевых растворов отрегулировать в соответствии со скоростью роста и размножения дрожжей.

При подщелачивании среды иногда нарушается фосфорное питание дрожжей. Фосфорнокальциевые соли переходят в нерастворимые трикальцевые фосфаты, способствующие пенообразованию. Обильную пену в дрожжерастительном аппарате не удаётся погасить добавкой пеногасителя.

Отклонения рН среды в процессе выращивания приводят к понижению выхода и к ухудшению качества дрожжей.[2,с.138]

Дрожжи растут и размножаются в широких пределах колебаний температуры среды. Оптимальная скорость роста дрожжей при температуре 29–300С. И понижается при температуре 23– 27 0С. Повышенная температура 34 – 40 0С тормозит рост и размножение дрожжей сахаромицетов и не влияет на рост несахаромицетов. В мелассовых растворах с низкой концентрацией СВ несахаромицеты размножаются в 5 – 7 раз быстрее, чем сахаромицеты. В концентрированных растворах они размножаются медленно, а некоторые виды микоторулы совсем не проявляют способности к росту и размножению.

Повышенная температура отрицательно влияет на выход и качество дрожжей: если при температуре 30 0С выход составляет 90 %, то при 38 0С он уменьшается до 78 %. Подъёмная сила и бродильная энергия таких дрожжей понижается, в процессе выращивания наблюдается отмирание части дрожжевых клеток. Количество мёртвых клеток составляет около 8 %. При повышении температуры дикие дрожжевые грибы размножаются значительно быстрее сахаромицетов, если при температуре 30 0С коэффициент размножения диких дрожжей в 2 – 3 раза больше коэффициента размножения сахаромицетов, то при температуре 38 0С дикие дрожжи размножаются в 6 – 8 раз быстрее сахаромицетов.[2,с.135]

В процессе выращивания дозировку азота корректируют, ориентируясь на величину формольного числа. Азотсодержащие питательные компоненты способствуют нормализации рН среды. Из сульфата аммония дрожжи усваивают NH3, и оставляют в среде серную кислоту в количестве 74 % к массе соли.

Добавление аммиачной воды нейтрализует серную кислоту, выравнивая  рН, и одновременно доставляет дрожжам азотное питание. Стабильность реакции среды зависит также от режима подачи азотного питания. Дозировка его с постоянной скоростью приводит к подщелачиванию среды. То же количество азота, поданное с нарастающей скоростью, нормализует режим рН, при этом отпадает необходимость экстренного снижения рН добавлением кислоты. Одновременно наблюдается уменьшение пенообразования и более активное почкование клеток, чем при дозировке азота с постоянной скоростью.[3, с.65]

Обычно температура брожения при размножении дрожжей варьирует от 30⁰ до 32оС. необходимо было выяснить, какая из температур является предпочтительной. Для этого вели процесс брожения в течение 10 часов в бродильном аппарате Б (раса Л80У) и в бродильном аппарате В (раса Л153Б) при различных температурах, с шагом в 1 градус, подавая в рубашки бродильных аппаратов холодную воду. Температуру варьировали от 26⁰ до 36оС. Анализировали результаты эксперимента микроскопическим методом. Результаты исследования представлены в табл.1 и на рисунке 1.

Анализ экспериментальных данных показывает, что при температуре 29⁰-30С и при температуре 32-33оС наблюдается максимальный прирост биомассы в аппаратах Б и В. Это можно объяснить тем, что пониженная температура тормозит рост дрожжевых клеток, следовательно прирост биомассы уменьшается.В процессе брожения при высоких температурах наблюдается большее отмирание дрожжевых клеток, а также повышается размножение диких дрожжей. Подъёмная сила и бродильная энергия таких дрожжей понижается.

Из исследований можно сделать вывод- дрожжи почкуются лучше при температуре 29⁰ – 33⁰С.

Таблица1.

Влияние температуры на процесс брожения (количество  почкующихся клеток,%)

 

Часы брожения/

№ аппарата

Температура, (0С)

26-27 29-30 32-33 35-36
1/Б 10 10 15 10
2/Б 15 20 20 25
3/Б 25 45 35 30
4/Б 30 55 50 40
5/Б 15 30 35 35
6/Б 30 35 35 30
7/Б 20 40 45 30
8/Б 20 30 35 20
9/Б 20 20 30 20
10/Б 15 20 15 10
1/В 20 30 25 15
2/В 30 40 40 20
3/В 30 55 60 40
4/В 40 30 40 30
5/В 25 60 20 35
6/В 30 50 55 40
7/В 25 35 40 20
8/В 25 30 30 20
9/В 15 20 15 15
10/В 10 10 10 10

Рисунок 1.График прироста биомассы дрожжей в  бродильных аппаратах Б и В при различных температурах (С)

Во время брожения рН может изменяться в довольно больших пределах, от 3,0 до 4,8. Предпочтительно вести брожение при рН не менее 4,0, т.к. при  меньших показателях жизнеспособность дрожжей замедляется. Рассмотрим показатели рН на протяжении всего брожения.  Для этого провели процесс брожения в течение 10 часов в  бродильном  аппарате Б (раса Л80У), в бродильном аппарате В (раса Л153Б) при различных показателях рН, регулируя рН аммиаком (повышая) и сульфатом аммония (понижая).

 Оценивали результаты эксперимента микроскопическим методом.

Результаты исследования представлены в табл. 2 и на рисунке 2.

Анализ экспериментальных данных показывает, что при рН 4,0-4,2 наблюдается максимальный прирост биомассы в аппаратах Б и В. При более низких показателях рН,так же как и при более высоких,  жизнеспособность дрожжей сокращается, следовательно сокращается прирост биомассы. Исследование показало, что дрожжи почкуются лучше при рН 4,0-4,2.

Таблица 2.

Влияние рН на процесс брожения(количество

почкующихся клеток, %)

Часы брожения/

№ аппарата

рН

3,0-3,2 3,5-3,7 4,0-4,2 4,6-4,8
1/Б 10 10 15 10
2/Б 20 20 20 25
3/Б 25 30 35 40
4/Б 30 45 50 40
5/Б 20 30 40 35
6/Б 30 30 35 30
7/Б 25 35 50 30
8/Б 20 30 35 35
9/Б 15 25 30 30
10/Б 15 15 15 15
1/В 25 25 25 15
2/В 30 40 40 30
3/В 30 45 60 40
4/В 40 30 40 30
5/В 25 50 20 35
6/В 30 40 55 40
7/В 25 35 40 20
8/В 25 30 30 20
9/В 15 20 15 15
10/В 10 10 10 10

Рисунок 2.Графикзависимости прироста биомассы дрожжей в аппаратах Б и В от  показателей рН

Во время брожения формольное число может изменяться в довольно больших пределах от 0,2 до 1,5. Предпочтительно вести брожение при формольном числе не менее 0,3 и не более 1,0, т.к. при меньших показателях жизнеспособность дрожжей замедляется — им не хватает азотистого питания, а при более высоких показателях среда перенасыщена азотом, и дрожжи не успевают его усваивать. Что приводит к повышенной кислотности готовой продукции, т.к. во время промывки не получается исключить азот из дрожжевого молока. Рассмотрим показатели формольного числа на протяжении всего брожения. Для этого провели несколько процессов брожений с различным формольным числом (повышенным и пониженным), регулируя его аммиаком и сульфатом аммония. После чего проверяли готовую продукцию на стойкость и кислотность. Результаты исследования представлены в табл. 3 и на рисунке 3.

Таблица 3.

Влияние формольного числа на процесс брожения

Формольное число в процессе брожения, в среднем, (0,1н NaOH)

Кислотность готовой продукции, (0,1н NaOH)

Стойкость готовой продукции,час

0,3-0,5 54 168
0,6-0,8 60 144
1,0-1,2 66 96
1,4-1,6 74 72

Анализ экспериментальных данных показывает, что при меньшем формольном числе, кислотность и стойкость готовой продукции лучше, чем при высоком. Это можно объяснить тем, что в дрожжевом молоке слишком много аминного азота, который не промывается во время промывки дрожжевой суспензии, вследствие чего происходит закисание готовой продукции, следовательно, стойкость дрожжей сокращается (рис.4).

Данное научное исследование было проведено с целью выбора наиболее продуктивной расы дрожжей, подбора оптимальных режимов культивирования дрожжей. В ходе исследования было установлено, что раса Л153Б наиболее продуктивна, так как за одинаковое количество времени прирост биомассы дрожжей расы Л80У на 30% меньше, чем прирост биомассы расы Л153Б.

Также были проведены исследования по выбору оптимальных условий брожения дрожжей. В результате исследований выяснилось, что дрожжи лучше культивируются при температуре — 30-330С, рН –3,8-4,2 и содержании усвояемого азота в питательной среде – 0,3-0,6 %.

Список литературы:

  1. Новаковская С.С., Шишацкий Ю.И. «Производство хлебопекарных дрожжей»: Справочник. – М.: Агропромиздат, 1980. – 335 с.
  2. Семихатова Н.М., Лозенко М.Ф., Белова Л.Д. «Производство хлебопекарных дрожжей». – М.: ВО Агропромиздат, 1987. – 272 с.
  3. Фараджева Е.Д., Болотов Н.А. «Производство хлебопекарных дрожжей»: практическое руководство. – СПб.: Издательство «Профессия», 2002. – 167 с.
    ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХФАКТОРОВ НА ОБРАЗОВАНИЕБИОМАССЫХЛЕБОПЕКАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ
    Written by: Жуковская Светлана Викторовна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 03/30/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_04(13)
    Available in: Ebook