Содержание
Введение
1. Общие сведенья о дрожжах
1.1 История становление производствадрожжей
1.2 Современная классификация дрожжей
1.3 Морфология дрожжевой клетки
1.4 Химический состав дрожжей
2. Технология производства сухихдрожжей
2.1 Этапы производства
2.2 Технологическая схема дрожжевогопроизводства
2.3 Основные способы выращиваниядрожжей
2.4 Технологический режим
2.4.1 Состав среды
2.4.2 Состав питательных солей
2.4.3 рН выращивания дрожжей
2.4.4 Температура выращивания дрожжей
3. Промышленное применение сухих дрожжей
4. Экологическая проблема, связаннаяс производством сухих дрожжей, и пути ее решения
5. Перспективы развития дрожжевогопроизводства
Список используемых источников
Введение
Дрожжевыеорганизмы являются одноклеточными грибами. Они распространены по всему. Земномушару — встречаются в почве, воде, в различных пищевых продуктах, на поверхностифруктов, ягод, в нектаре цветков, в соках, сочащихся из деревьев, и т. д. Человекс давних времен пользовался продуктами брожения для своих практических целей,не подозревая участия в них дрожжевых организмов. Известно, например, что винопроизводилось ассирийцами за 3500 лет до нашей эры. Методика осолаживания ипивоварения была высоко развита у вавилонян, хотя они не знали о существовании ферментовили дрожжей и их роли в этих процессах. В 1680 г. Антоний ван Левенгук, рассматривая «осадок» дрожжей, образующийся во время сбраживания, черезсвое увеличительное стекло, обнаружил, что он состоит в основном из типичныховальных клеток. Однако прошло еще более 150 лет, когда Луи Пастер (1857)доказал, что дрожжи — это живые организмы, непосредственно ответственные заалкогольное брожение, открыв, таким образом, дорогу современным научнымисследованиям дрожжей. Промышленное применение дрожжей в традиционных отраслях малоизменилось с течением веков. Дрожжи все еще играют главную роль в следующих производствах:1) в хлебопекарной промышленности; 2) в производстве спирта, алкогольных напиткови пива. В последующие годы к этим старинным отраслям применения дрожжей былидобавлены другие. дрожжи используются: 3) как ингредиенты продуктов питания иликормов либо в натуральном виде, либо чаще после автолиза в виде дрожжевых экстрактов;4) как продуценты витаминов (особенно комплекса В, аминокислот и др.) дляфармацевтических целей, а также в виде белково-витаминного концентрата; 5) дляполучения нуклеиновых кислот, ферментов и других веществ. Продукция, получаемаяво всех перечисленных производствах, ее качество и количество зависят, с однойстороны, от полноценности используемого сырья и степени совершенстватехнологического процесса, с другой — от наследственных особенностей производственныхрас дрожжей, от их ферментативных и других свойств. Применяемые в различныхпроизводствах расы дрожжей в значительной степени различаются между собой. Существенныеразличия имеются и среди производственных рас, применяемых в одном и том жепроизводстве — хлебопечении, спиртовом производстве, виноделии и т. д. Эти расынаряду с положительными свойствами имеют и отрицательные, снижающиепроизводственные показатели.
В сухихдрожжах при низкой влажности дрожжевая клетка находится в ‘спящем” состоянии иможет сохраняться длительное время. Такие дрожжи известны как “сухие активныедрожжи” и представляют собой сферические ранулы около 1 мм в диаметре. Для их получения дрожжевая масса высушивается до влажности 7-8%. Сухие дрожжипредставляют собой гранулы различного диаметра, внешний слой которых состоит издрожжевых клеток в “спящем” состоянии и является защитным от влияния окружающейсреды. Поэтому для восстановления активности дрожжей их необходимо растворить вводе.
Технологияпроизводства инстантных дрожжей заключается в использовании специального методабыстрой сушки с меньшим повреждением клеточной мембраны и консервации дрожжейвакуумом, конечная влажность продукта составляет не более 5%. Быстродействующиедрожжи были специально созданы для удобного использования. Их необходимо смешиватьнепосредственно с мукой без предварительного разведения в воде, что значительноубыстряет и упрощает процесс приготовления дрожжевого теста.
За последние30—40 лет в генетике и селекции дрожжей достигнуты большие успехи. Теперь уже неможет быть сомнений в том, что в селекции дрожжей наиболее эффективнымиявляются генетические методы. Задача заключается только в том, какие изизвестных генетических методов следует применить в каждом конкретном случае взависимости от специфики объекта исследования и поставленной задачи. Спорогенныедрожжи как одноклеточные организмы имеют ряд преимуществ для генетических иселекционных исследований: 1) они принадлежат к эукариотам, что позволяетпроверить общность многих концепций молекулярной генетики; 2) наличие половогопроцесса и образование гамет в результате мейоза, а также существование аллелейтипов спаривания позволяют широко проводить гибридизацию различных рас и видовдрожжей; 3) получаемые из одиночных спор гаплоидные культуры являются, какправило, жизнеспособными, что дает возможность проводить тетрадный анализгибридов; 4) у дрожжей рода Saccharomyces получено большое количество мутаций, установлены группы сцепления исоставлены генетические карты хромосом. Генетические маркеры (мутации) могутшироко и успешно использоваться в различного рода генетических исследованиях, атакже при проведении селекционных работ; 5) путем скрещивания вегетативныхклеток разной плоидности, принадлежащих к различным типам спаривания, можнополучать полиплоидные формы более высокой плоидности; 6) показана возможностьполучать у спорогенных дрожжей (Saccharomyces и Schizosaccharomyces).[2]
1 Общиесведенья о дрожжах
1.1 Историястановление производства дрожжей
Человек напротяжении всей своей эволюции сталкивался с разрушительным действиемразнообразных болезнетворных организмов, однако именно дрожжи были,по-видимому, первыми микроорганизмами, которые человек стал использовать дляудовлетворения своих потребностей. Дрожжи с полным основанием можнорассматривать как одно из многочисленных орудий труда древнего человека. Первоеупоминание об использовании человеком дрожжей, связанное с производством однойиз разновидностей кислого пива (так называемой «бузы») в Египте, относится к6000г. до н. э. Это пиво вырабатывали сбраживанием пасты, полученной прираздавливании и растирании проросшего ячменя. Последующие несколько тысячелетийпроцессы приготовления пива и вина, с одной стороны, в выпечки хлеба издрожжевого теста — с другой, развивались, видимо, параллельно. К 1200 г. до н. э. в Египте была уже хорошо известна разница между хлебом из кислого и пресного теста,а также польза от применения вчерашнего теста для заквашивания свежего и длясбраживания вина. Из Египта технология пивоварения и хлебопечения была завезенав Грецию, а оттуда в древний Рим и Римскую империю. О пивоварении в периодпосле падения Римской империи сохранилось очень мало сведений. Однако известно,что в ХIII и ХIУ вв. пивоварение было широко распространено в монастыряхСеверной Европы. Документы сообщают, что в Германии в это время приготовлениемпива занимались 400—500 монастырей, а в Англии еще в 1188 г. Генрих II ввел первый зафиксированный в истории налог на пиво. О стране, в которой впервыепоявились спиртные напитки, остается только строить предположения. Имеютсясведения об употреблении их в Китае в 1000 г. до н. э.; известно также, что получение виски было налажено в Ирландии уже в ХII в. Считается, что процесспроизводства спирта завезен в Европу из стран Среднего Востока: в пользу такогопредположения свидетельствует тот факт, что слово «алкоголь» арабскогопроисхождения опять-таки производство спиртных напитков было связано, очевидно,с религиозными учреждениями: одно из самых ранних упоминаний о виски вШотландии относится к изготовлению его при монастыре Джона Кора в 1494 г. (табл 1).
Основныеэтапы в изучении и практическом использовании пивных дрожжей.Годы Факты 6000 до н.э. Свидетельство о пивоварении в Египте 1000 до н.э. Свидетельство о потреблении напитков из перегнанного спирта в Китае 1192 Производство виски в Ирландии 1200-1300 Распространение пивоварения в Северной Европе 1680 Антони ван Левенгук впервые наблюдал дрожжи 1832 Персун и Фриз установили принадлежность дрожжей к грибам 1838 Мейер дал пивным дрожжам название Saccharomyces cerevisiae 1839 Шванн описал споры дрожжей 1863 Пастер установил роль дрожжей в брожении 1866 Де Бари описал жизненный цикл дрожжей 1881 Хансен получил чистые культуры 1896 Хансен опубликовал научную классификацию дрожжей 1897 Бухнер сообщил о способности дрожжевых бесклеточных экстрактов осуществлять брожение 1934 Винге обнаружил чередование гаплоидной и диплоидной фаз в жизненном цикле дрожжей 1943 Линдгрен выявил гетероталлизм у Saccharomyces
Выяснениеструктуры дрожжей стало возможным благодаря изобретению микроскопа, и первоеописание принадлежит Антони ван Левенгуку (1680 т.). Однако в то время никто непредполагал, что структура, описанная как дрожжи, является живым организмом.Теперь трудно определить, кто из ученых первым высказал мысль о том, что дрожжи- живые организмы, которые вызывают спиртовое брожение, наблюдаемое приизготовлении вина и пива. Виталистические теории процесса брожения быливыдвинуты в конце XYIII в., а в 1818 г. Эркслебен предположил, что дрожжи ответственны за спиртовое брожение, Однако общепризнано,что лишь работа Пастера, опубликованная им в Etudes sur Vin в 1866 г., окончательно развеяла сомнения о роли дрожжей всбраживании сахаров и образовании спирта. Эта работа представляет собой веху вразвитии микробиологии. другим важным событием стало получение Хансеном чистойдрожжевой культуры из одной клетки в 1881 г. Использование чистых культур послужило основой для развития таксономии и физиологии дрожжей и других микроорганизмов.В 1897 г. Бухнер путем растирания дрожжей получил бесклеточный экстракт,который оказался способным превращать сахара в спирт; тем самым был заложенодин из краеугольных камней современной биохимии. Последующая работа в этомнаправлении внесла значительный вклад в изучение метаболического пути Эмбдена — Мейергофа — Парнаса (ЭМП). С тех пор дрожжи стали излюбленным объектом разногорода физиологических я биохимических исследований. Особого интереса с точкизрения приготовления спиртных напитков заслуживает установление Эрлихом в 1906 г. связи между метаболизмом аминокислот и синтезом «сивушных масел» ключевой группы органолептическихсоединений, вырабатываемых дрожжами. Первые успехи в области генетикимикроорганизмов также были достигнуты при изучении дрожжей. Смена гаплоидной идиплоидной фаз в жизненном цикле дрожжей была открыта Винге в 1935 г. воспроизведении дрожжей.[1]
1.2 Современнаяклассификация дрожжей
Хотяхарактерная почкующаяся форма дрожжей была зафиксирована еще ван Левенгуком в 1680 г., более детальное описание и идентификация дрожжей продолжали оставаться сложной задачей.Поскольку у вегетативных форм большинства дрожжей нет каких-либо характерныхморфологических особенностей, их нелегко идентифицировать путем визуальногонаблюдения. Первоначально название Saccharomyces употреблялось по отношению ко всем дрожжам, выделенным изспиртных напитков, и Мейен в 1837 г. различал в соответствии с их источникомтри вида Saccharomyces: S vini — из вина, S.cerevisiae— из пива и S. pomorum— из сидра. Половыеспоры у дрожжей были обнаружены в 1837 г. Шванном, но только в 1870 г. к роду Saccharomyces стали причислять исключительно такие дрожжи,которые образуют споры.
Посовременной системе классификации дрожжи делятся на две группы: споровые ибесспоровые. В основу такого деления положены их физиологические признаки испособы размножения. Бесспоровые дрожжи — эта группа объединяет дрожжевыегрибки, способные к образованию спор при неблагоприятных условиях. К этойгруппе относятся дрожжи рода сахаромицес, используемые в процессе производствахлебопекарных дрожжей. Они активно сбраживают сахара при отсутствии кислорода.Размножаются при температуре 28—ЗО °С. Бесспоровые дрожжи — эта группаобъединяет дрожжевые грибки, неспособные к образованию спор. К этой группеотносятся дрожжи родов кандида и торула, используемые в производстве кормовых дрожжей.Эти дрожжи слабо сбраживают сахара без кислорода, а при наличии его активноразмножаются. Обе группы дрожжей включают ряд видов. Хлебопекарные дрожжипринадлежат к виду сахаромицес церевизее. Кормовые дрожжи принадлежат к видамкандида тропикалес и торулопсис утилис. Вид — это основная единица всистематике. Но в производстве имеются еще более мелкие единицы деленияорганизмов — расы. Представители разных рас различаются своимипроизводственными особенностями. Так, среди дрожжей сахаромицетов вида церевизееимеются организмы, отличающиеся один от другого своими производственнымиособенностями: слабо сбраживающие сахара и сильно сбраживающие, быстроразмножающиеся и медленно и т. д. Таким образом, в каждом бродильномпроизводстве употребляются свои дрожжи, свои расы дрожжей.
Дляхлебопечения применяют обычно дрожжи, обладают, соединений большой бродильнойэнергией и хорошей подъемной силой, т. е способностью увеличивать объем теста врезультате выделения газов при брожении; в процессе дрожжевого производства этидрожжи быстро размножаются. В настоящее время на мелассово-дрожжевых заводахиспользуют в основном расы № 7 и 14 и на некоторых — расу ХI ЛБД. Эти расы быливыделены из производственных дрожжей разных заводов. Раса №7 «Томская» выделенав 1939 г. из прессованных товарных дрожжей Томского дрожжевого завода. Клеткипочты круглые, слегка овальные, мелкие размером (6-8)*(5-6) мкм, почкованиепрямое, почки круглые. Консистенция готовой продукции (прессованные дрожжи) ломкаяпри влажности 72 — 73 %, что не выгодно для заводов. Раса № 4 выделена в 1958 г. Клетки овальные или круглые размером (7-11)* (6-8) мкм, имеют хорошо видимые вакуоли.Консистенция готовой продукции ломкая при влажности 74-75%. Обладает оченьактивным комплексом бродильных ферментов. Раса ХI ЛБД выделена в 1949 г. Клетки продолговатые, или эллиптические, круглые размером (8—17) Х (3,6—5,6) мкм; почки продолговатые, с хорошовидимыми вакуолями. Консистенция готовой продукции ломкая при влажности 74—75%,бродильные ферменты активные.
1.3 Морфологиядрожжевой клетки
Клеткидрожжей сахаромицетов круглые, овальные и яйцевидные размером (3-8)*(6-14) мкм.Клетки дрожжей кандида продолговатые или удлиненные, иногда круглые, длиной6-14 мкм, шириной з-6 мкм. Клетки дрожжей торула слегка круглые удлиненныедлиной 3-4 мкм, шириной 2-3 мкм (см. рис.1).
/>
сахаромицеты кандида торула
Рис.1 Формаклеток дрожжей разных видов
Дрожжеваяклетка, как клетки большинства микроорганизмов, состоит из оболочки,протоплазмы, ядра, вакуоли, клеточных структур- рибосом, митохондрий, запасныхвключений — гликогена и волютина (см. рис. 2).
/>
Рис.2 Строениедрожжевой клетки: 1-оболчка; 2-ядро; 3-митохондрии;4-рибосомы; 5-гликоген; 6-волютин; 7-протоплазма;8-вакуоль
Оболочкарасположена снаружи дрожжевой клетки. Она имеет пористую структуру, состоит изклетчатки (углеводов). Внутренняя часть клетки — протоплазма (тело клетки) — состоит в основном из белков. Внутри протоплазмы расположены клеточныеструктуры — рибосомы и митохондрии.
Рибосомы-это мелкие круглые частицы, которые трудно рассмотреть даже в электронныймикроскоп. В рибосомах происходит синтез белка. Митохондрия — это удлиненные,более крупные частицы, видимые в обычный оптический микроскоп. Длина их 1—2 мкм.В них происходят реакции, обеспечивающие клетку энергией.
Ядро видно вдрожжевой клетке очень плохо, только при направляет а регулирует основныепроцессы в клетке: обмен веществ, размножение, передачу наследственныхпризнаков. У дрожжей ядро окружено ядерной оболочкой. Вакуоль это пузырек,находящийся в протоплазме, заполненный клеточным соком. В растворенном видездесь находятся соли, металлы, сахара и некоторые жиры и белки. В зависимостиот возраста клетки и ее упитанности в ней в виде капельных включений могутнаходиться так называемые резервные или запасные питательные вещества гликоген,жир, волютин. Дрожжи размножаются двумя способами: вегетативным и половым. Квегетативному способу относят размножение делением и почкованием. При делениивнутри клетки образуется перегородка, и клетка распадается на две новые. Припочковании на клетке образуется в начале небольшой вырост, который, постепенно увеличиваясь,образует почку. Затем почка отделяется от материнской клетки, в результате чегообразуются две клетки. При половом размножении у дрожжей внутри клетки образуетсяодна, две, три ил и четыре споры. Споры высыпаются из клетки. При благоприятныхусловиях оболочка споры лопается, и образуется молодая клетка, которая с другойтакой же клеткой, образовавшейся из споры. Это и есть половой процесс умикроорганизмов. Клетка, получившаяся после слияния содержимого двух спор,начинает делиться или почковаться, т. е. размножается тем способом, которыйсвойствен данному виду дрожжей. Споры у дрожжей образуются при неблагоприятныхусловиях. Они выдерживают высокую температуру (70-800С), тогда какдрожжевые клетка при этом погибают. Дрожжи кандида и торула спор не образуют.[1]
1.4 Химическийсостав дрожжей
Химическийсостав дрожжей непостоянен: он зависит от физиологического состояния дрожжевойклетки, расы дрожжей, состава питательной среды… Относительная плотность(уд.вес) хлебопекарных дрожжей 1,100, дрожжевой взвеси с содержанием 17,22%сухих веществ — 1,0566, а с содержанием 23,71 % сухих веществ — 1,0821. Теплоемкостьсухих дрожжей 0,664, теплотворная способность 1 кг сушеных дрожжей по Шюлейну составляет 4520 кал; по Финку она колеблется в пределах 4808—5066 калдля кормовых дрожжей. Принято считать, что дрожжевые клетки в среднем содержат67% воды и 3З% сухого вещества. Вода с растворенными в ней минеральными иорганическими веществами проникает в клетку и, очевидно, все важные жизненныереакции происходят в водном растворе: свободная вода участвует в процессахобмена веществ, связанная вода удерживается белковыми молекулами при помощи водородныхсвязей и, таким образом, являются частью структуры протоплазмы дрожжевойклетки. Распределение влаги в прессованных дрожжах зависит от состава дрожжевыхклеток. Так, при наличии 75% влаги распределение ее в бруске — внутри или нееклеток будет изменяться, причем внеклеточной влаги будет тем меньше, чем большеее содержится в самих дрожжевых клетках. В дрожжевых клетках содержание влаги(в %) колеблется в следующих пределах: Номер образца 1 2 3 4 5 6 Сухие вещества30 31 32 33 34 35 Влага 70 69 68 67 66 65 В прессованных дрожжах при содержании75% влаги и 25% сухих веществ внутри клеток будет содержаться разное количествовлаги в зависимости от состава дрожжевых клеток Номер образца 1 2 3 4 5 6 Сухиевещества 25 25 25 25 25 25
Влага внутриклетки 58,25 55,65 53,13 50,76 48,5 46,4 вне клеток 18,75 19,35 21,87 24,24 26,4828,6 Элементарный состав дрожжей с содержанием 55 % белков включает 46%углерода, 6,9% водорода, 9,1% азота, 30% кислорода в 80/о неорганическихвеществ, в основном калия и фосфора. Однако состав сухих веществ лебопекарнь1хдрожжей (в %), как видно из данных, приведенных ниже, значительно колеблется. Азот,общее количество 6-8 Белок (N*6,25)37-50 Сырой жир 1,5-2,5 Безазотистые вещества 35-45 Зола 6-10 Соотношениебелков и углеводов зависит от расы дрожжей и от направленного его изменения впроцессе выращивания дрожжей. Азотсодержащие вещества дрожжей представляютсобой белковые вещества (63,8%), нуклеиновые вещества (26,1 %), амиды и пептоны(10,1 %). Белки состоят из аминокислот, число которых достигает 24. Соотношениеаминокислот в разных белках различно. Около 64% общего азота дрожжей входит всостав белков. В дрожжах содержится около 0,1% глютатиона (трипептида)состоящего из гликоколя, цистеина и глутаминовой кислоты. Глутатион можетнаходиться в окисленной или восстановленной форме, при этом его сульфгидрильнаягруппа SН активирует протеазы. Ферментыдрожжей.
Непременнойсоставной частью протоплазмы дрожжевых клеток являются ферменты, осуществляющиеразнообразные биохимические превращения в дрожжевой клетке. Известно, чтодеятельность ферментов может проявляться внутри клеток — это эндоферменты;ферменты, действующие вне клеток, называются экзоферментами. Особое значение вжизнедеятельности дрожжей имеют оксидоредуктазы — окислительно-восстановительныеферменты, трансферазы — ферменты, осуществляющие перенос различных групп содной молекулы на другую, катализирующие взаимопревращения различных сахаров, игидролазы, гидролизирующие ферменты, которые производят расщепление веществ принепременном участии воды, присоединяющейся к образующимся более простымсоединениям. Весь комплекс ферментов дрожжевой клетки обозначают известным вферментологии термином голоферменты, при этом устойчивый к нагреванию комплексназывают коферментом, а неустойчивый — апоферментом. По этой терминологияпроцессы брожения будут вызываться в дрожжах голозимазой, состоящей из козимазыи апозимазы. Козимаза тесно связана с апозимазой и является активатором дляэтой последней. Апозимаза представляет собой термолабильную часть энзимногокомплекса, собственно зимазу, сбраживающую сахара. Она включает ряд энзимов,которые и вызывают процессы брожения. Многие из них еще не удалось выделять издрожжевого сока.
Белки
По даннымэлементарного анализа, белок дрожжей содержит 15-18% азота, 6,5-7, З% водорода,50-55% углерода, 21-24% кислорода, 0-2,4% серы. Основным показателем составабелка является именно аминокислотный состав макромолекул. За последние годысостав аминокислот в белке быстро определяется путем гидролиза белков и хроматографическогоанализа белкового гидролизата, что осуществляется автоматически специальнымиаппаратами через 2—4 ч. Витамины дрожжей.
Известно, чтодрожжевые клетки богаты витаминами. Однако только в последние годы благодаряразвитию учения о витаминах и усовершенствованию методов их определениявыявилось содержание витаминов в дрожжах и их состав. Все дрожжи содержатвитамины группы В и эргостерин провитамин D. Соотношение отдельных компонентов витаминов комплекса В в различныхдрожжевых грибах неодинаковое. Оно колеблется в широких пределах в дрожжевыхгрибах разного рода и зависит у одних и тех же дрожжей от условий ихкультивирования. Установлено, что дрожжевые клетки содержат витамин В1-тиамин; витамин В2 -рибофлавин; витамин В3 — пантотеновуюкислоту; витамин В5 — РР- никотиновую кислоту; витамин В6—пиридоксин; витамин Н биотин; инозит; парааминобензойную кислоту. Некоторыедрожжевые грибы розового цвета содержат бетакаротин — провитамин А. Витаминыиграют большую роль в биохимических процессах, свойственных дрожжевым клеткам.
Жиры
Жиры дрожжиявляются смесью истинных жиров (глицеридов жирных кислот) с фосфолипидами(лецитин, кефалин) и стеролами (эргостерол). Жир дрожжей состоит, главнымобразом из насыщенных кислот жирного ряда: пальмитиновой 75% и стеариновой 25%.Некоторые исследователи находят в дрожжах и другие кислоты лауриновую и олеиновую.В состав жира дрожжей входит также неомыляемый жир — эргостерин — провитамин D. Углеводы
В дрожжах содержится35—40% углеводов к массе сухих дрожжей. Они входят в состав протоплазмы иоболочки дрожжевых клеток. В дрожжах содержатся полисахариды гликоген, маннан — дрожжевая камедь — и глюкозан, который считали целлюлозой. Зола
Зола дрожжейсоставляет около 6—10% общей массы сухого вещества дрожжей. Состав золы колеблетсяв зависимости от условий их культивирования (табл. 1).Зольные вещества Содержание, % Зольные вещества Содержание, %
K2O 23,33-39,5
Fe2O3 0,06-0,7
Na2O 0,5-2,26
P2O5 44,8-59,4 CaO 1,0-7,58
SO3 0,57-6,38 MgO 3,77-6,34
SiO2 0,92-1,88
Таблица № 1
Зола дрожжейсостоит примерно наполовину из фосфора; большая часть фосфорной кислоты связанав дрожжах с органическими соединениями. Общее количество Р2О5у сахаромицетов колеблется в пределах от 3,2 до 4,4% к сухому веществу.
2 Технологияпроизводства сухих дрожжей
2.1 Этапыпроизводства дрожжей
В процессе выращиваниядрожжей из одной клетки получают несколько тонн продукта.
Начальная стадиявыращивания проходит в микробиологической лаборатории. Прежде всего, с помощьюмикроскопа отбираются здоровые и невредимые клетки нужных дрожжей. Выбраннуюклетку помещают в стерильную пробирку, в которой уже находятся все необходимыедля роста клетки ингредиенты.
В пробирке клетканачинает размножаться почкованием. Когда количество размножившихся клеток достигаетопределенной массы, их переносят в стерильную стеклянную колбу. Колба содержитжидкую смесь, называемую питательной средой. В этой среде есть все необходимоедля дальнейшего роста клеток. Когда дрожжевая клетка многократно размножилась,начинается процесс брожения. Содержимое Колбы с дрожжевыми клетками переносят впростерилизованные чаны для брожения. В них готовят намного больше питательнойсреды, что даст возможность дрожжевым клеткам размножаться дальше. Основнымпитанием для дрожжей становится меласса, в качестве источника углеводов,добавляют также витамины и минеральные вещества.
Растущие и размножающиесяклетки поступают по очереди в бродильные чаны с все большим объемом. Объемпоследнего в технологическом процессе бродильного чана – 100 м3В конце брожения количество дрожжей измеряется тоннами.
После процесса брожениядрожжевые клетки поступают к промывным аппаратам, где промываются и отделяютсяот питательных веществ, с помощью сепараторов. Получается чистая и активнаядовольно густая дрожжевая масса.
Затем дрожжевую массуотделяют от лишней воды и фильтруют на вакуум-фильтре.
Полученную дрожжевуюмассу фасуют и упаковывают для покупателей в предусмотренную упаковку, затемпомещают в большие холодильники и остужают до + 40С [7].
2.2 Технологическая схемадрожжевого производства
Процесс получениятоварных дрожжей включает три основные стадии: выращивание, выделение из бражкии обезвоживание их.
Выращивание биомассы делитсяна два процесса: получение засевных дрожжей, на отделении чистой культуры ивыращивании товарных дрожжей. Выделение проходит в две ступени: извлечение избражки флотацией и сгущение на сепараторах.
Процесс обезвоживаниятакже состоит из нескольких операций: сначала дрожжи плазмолизуются, затем упариваютсяна выпарной установки и после этого окончательно высушиваются на распылительнойсушилке.
Технологическая схемадрожжевого цеха представлена на рис. 1.
Весь цикл производствазаключается в следующем. Чистая культура дрожжей, выращенная в лаборатории, засеваетсяв малую дрожжанку 2, где ведется выращивание периодическим способом. Затемдрожи из малой дрожжанки поддаются в большую 3, а из большой дрожжанки – вмалый инокулятор (засевной чан) 4. В нем выращивание ведется непрерывнымспособом. Выращенные в отделении чистой культуры засевные дрожжи непрерывноподаются из малого инокулятора в производственный инокулятор 5. Сюда жеподаются из сборника 6 сусло, воздух при помощи воздуходувки 10, питательныесоли 8, аммиачная вода 9. Выросшие в инокуляторе дрожжи непрерывно отбираются ввиде дрожжевой пены и самотеком поступают во флотатор 11. Здесь происходитрасслоение пены на бражку без дрожжей и пену, обогащенную дрожжами по сравнениюс той, что поступила из инокулятора. Пена гасится во внутреннем стаканефлотатора. Полученная суспензия с концентрацией дрожжей 60-80 г/л отбирается изнего насосом и подается для сгущения на I ступень сепарации 13, где отделяется часть бражки. Суспензияпосле I ступени сепарации (150-250 г/л)поступает в промывной чан 14, куда для промывки дрожжей подается вода.Разбавленная водой суспензия подается насосом на I I ступень сепарации 16, где происходит сгущение дрожжей до500-600 г/л. Готовая дрожжевая суспензия насосом подается на плазмолизатор 17.Сюда же подается пар. Здесь происходит подогрев суспензии до 800С,при этом дрожжевые оболочки разрушаются, содержимое клеток вытекает и попадаетв напорный бак плазмолизатора 18, здесь под давлением суспензия становитсяболее текучей. Плазмолизат поступает на вакуум- выпарную установку 19 дляупаривания сухих веществ до концентрации 12.5%. Упаренный плазмолизат подаетсяна распылительную сушку 21, где высушивается в токе горячего воздуха досодержания влаги 8-10%. Готовые сухие дрожжи из сушилки поступают на упаковку,где расфасовываются в бумажные мешки по 20-25 кг [8]
2.3 Основныеспособы выращивания дрожжей
Существуютдва принципиально различных способа выращивания дрожжей: периодический инепрерывный. В первом случае в инокулятор задают питательную среду с солями,охлажденную до необходимой температуры, засевные дрожжи, затем подают воздух,перемешивают и таким образом ведут выращивание до полной утилизации РВдрожжами. В ходе выращивания только поддерживают необходимую температуру, рНсреды и расход воздуха. По окончании процесса содержимое инокулятора полностьювыбирают, аппарат моют, стерилизуют и процесс выращивания начинают сначала.Таким способом ведут выращивание на первых стадиях приготовления чистойкультуры дрожжей в отделениях чистой культуры производственных цехов. При этомспособе выращивания дрожжи проходят в инокуляторе постепенно все стадииразвития: 1) стадию покоя или лагфазу, когда клетки еще не растут, а лишьприспосабливаются к среде в подготавливаются к росту—в них в это время вырабатываютсянеобходимые ферменты; 2) фазу логарифмического роста, когда все клеткипочкуются в прирост биомассы идет в геометрической прогрессии; 3) фазустационарного роста, когда скорость прироста клеток снижается и 4) фазузатухания, когда рост дрожжей прекращается, так как весь сахар из средыиспользован. Периодический способ выращивания невыгоден тем, что на протяженияцикла выращивания меняются состав среды и активность клеток, процесс нельзя автоматизировать.Мала производительность инокулятора из-за длительной лагфазы (период «разбраживания»)и необходимости остановок для отбора готовых дрожжей и мойки посуды. Поэтому вбольших промышленных инокулятор ах выращивание ведут непрерывным способом. Онзаключается в том, что после окончания разбраживания, когда дрожжи перешли вфазу логарифмического роста и находятся в самом активном состоянии, винокулятор мелкими порциями или непрерывно с заданной скоростью приливаютпитательную среду и одновременно с той же скоростью отбирают среду с приросшимидрожжами. В инокуляторе поддерживают определенный запас дрожжей и бражки,поэтому при определенной скорости подачи среды дрожжи находятся в аппаратенеобходимое время, в течение которого они успевают усвоить питательные элементысреды и вырасти. При таком способе выращивания дрожжи находятся все время впостоянных условиях, скорость роста их максимальна, производительностьинокулятора — тоже. Процесс полностью поддается автоматизации. Непрерывныйспособ выращивания дрожжей имеет три существенно различных варианта посоотношению времени роста дрожжей в времени нахождения бражки в инокуляторе. 1-йвариант. Бражка и дрожжи отбираются из инокулятора с одинаковой скоростью, однимпотоком (рис. 1).
/>
Рис.1 Схемавыращивания дрожжей прямым методом:
1-инокулятор;2-флотатор
Здесь времяроста дрожжей и время нахождения бражка в инокуляторе одинаковы, ирассчитываются по формуле (1)
t= Т=V/Wс (1)
Рабочая концентрациядрожжей равна концентрации естественного прироста, в соответствии с формулой(2)
Хр= Хест (2)
Практически —это работа инокулятора с нижней кюветой и одним отбором без всяких возвратов,как изображено на рис. 1.
2-й вариант. Бражка выводится изинокулятора быстрее, чем дрожжи. Время роста дрожжей больше, чем времянахождения бражки, неравенство(3)
t>T (3)
Рабочаяконцентрация дрожжей больше естественного прироста, в соответствии снеравенством (4)
X р>Xест (4)
Практическиэтот вариант может осуществляться различными технологическими приемами (рис. 2):а) возвратом части дрожжей в инокулятор после сгущения их на флотаторе (рис. 2, а).С сепарации дрожжи возвращать не следует, так как при этом в инокулятор попадетхимический пеногаситель и процесс циркуляции в чане нарушиться;
/>
Рис. 2, а Схемавыращивание дрожжей с возвратом в инокулятор после сгущения: 1-инокулятор;2-флотатор
б) ведениемдвух отборов из инокулятора с поднятым аэратором (кюветой): из зоны над кюветойотбирается дрожжевая пена на флотатор и из зоны под кюветой—бражка без дрожжейотбирается в канализацию (рис. 7, б); за счет регулирования этих двух потоков можносоздать необходимую рабочую концентрацию, а следовательно, и запас дрожжей винокуляторе;
/>
Рис. 2, б Схемавыращивания дрожжей в инокуляторе с поднятой кюветой и двумя отборами:1-инокулятор; 2-флотатор
в) при помощифлотоподсевателя, в соответствии с (рис. 2, в)
/>
Рис. 2, в Схемаработы инокулятора с флотоподсевателем: 1-инокулятор;2-флотатор;3-флотоподсеватель.
К инокуляторупристраивается небольшой (5—7 м3) конический флотатор — «флотоподсеватель», изкоторого сгущенная дрожжевая пена возвращается в инокулятор, а обедненнаядрожжами бражка сливается во флотатор.
3-й вариант.Дрожжи выводятся из инокулятора быстрее, чем бражка. Время роста дрожжей меньше,чем время нахождения бражки, в соответствии с неравенством (5)
t
Рабочаяконцентрация дрожжей меньше концентрации естественного прироста, неравенство(6)
X р
Практическиэтот вариант работы осуществляется путем возврата части бражки из флотатора винокулятор (рис. 3, а)
/>
Рис. 3, а Схемавыращивание с возвратом бражки: 1-инокулятор;2-флотатор
Или путемодного отбора сгущенных дрожжей из инокулятора со встроенным флотатором (рис. 3,б)
/>
Рис. 3, б Схемавыращивание дрожжей в инокуляторе, со встроенным флотатором при одном отборе:1- инокулятор;2- флотатор;3- встроенный флотатор
Сгущенные дрожжииз встроенного флотатора отбираются, а бражка из него остается в инокуляторе иразбавляет среду.
Выборварианта работы обусловливается составом питательной среды. При содержании РВ всреде 1,0_2,0% используется 1-й вариант-одновременный отбор дрожжей в бражки,при концентрации РВ 0,5- 1,0% -вариант со сгущением дрожжей в инокуляторе и приконцентрации 2,0-3,5 % используется вариант работы с возвратом бражки в инокулятор.[6]
2.4 Технологический режим
Технологическийрежим — это ряд условий, обеспечивающих ход технологического процесса в нужныхнаправлениях и масштабе при максимальном выходе продукта. Факторы режима,необходимые для обеспечения требуемого направления жизнедеятельности дрожжей имаксимального выхода, следующие: состав среды; состав питательных солей иколичество их на единицу расхода питательной среды; рН среды и рН выращивания;температура выращивания; остаточная концентрация питательных веществ в бражке времяроста дрожжей; время нахождения среды в инокуляторе; расход воздуха. Факторы,обусловливающие максимальную производительность инокулятора и экономичностьпроцесса: запас дрожжей в инокуляторе, который определяется полезным запасомжидкости в инокуляторе в рабочей концентрацией дрожжей в жидкости; время ростадрожжей; часовой расход редуцирующих веществ (РВ), определяемый расходомпитательной среды и концентрацией РВ в среде; время нахождения среды винокуляторе. К этой группе факторов относятся также указанные выше остаточныеконцентрации РВ и солей, расход воздуха.[6]
2.4.1 Составсреды
Длявыращивания дрожжей в промышленности применяются три вида гидролизных сред:гидролизат, барда и смесь барды с гидролизатом. Они служат источником основнойсоставной части дрожжей — углерода. В процессе жизнедеятельности дрожжи усваиваютуглерод из таких, входящих в состав гидролизных сред соединений, как сахара иорганические кислоты (главным образом уксусная). Основное различие между этимисредами заключается в количестве содержащихся в них питательных веществ и всоотношении сахаров (РВ) и органических кислот. Так, в гидролизате содержится3,0_3,5% РВ и только 03—О,45% органических кислот, что составляет лишь около10/ от суммарного количества сахаров и кислот. В барде содержится РВ 0,6—0,7%,органических кислот—около 0,2%, т. е. доля их в сумме источков углерода длядрожжей составляет до 25%. В смеси барды и гидролизата это соотношение можетбыть самым разнообразным в зависимости от того, сколько гидролизата добавлено кбарде. Состав сахаров барды и гидролизата также различен. В барде содержатсятолько пентозные сахара, в гидролизате около 20% сахаров составляют пентозы,около 80% гексозы. По питательной ценности сахара и органические кислотынеравнозначны. Известно, что ценность источника углерода как питательноговещества для микроорганизма и зависит от степени окисленности атомов углерода,входящих в состав молекулы этого вещества. С этой точки зрения все соединенияуглерода по их питательной ценности можно расположить следующим образом. Углекислота,где атом углерода полностью окислен, практически не может быть источникомэнергии для микроорганизмов. Использовать ее как строительный материал микробымогут лишь в присутствии других источников энергии (например, при фотосинтезе).Органические кислоты, в состав которых входит карбоксил, где три валентностинасыщены кислородом и лишь одна может еще окисляться. Питательная ценностькислот зависит от радикала. Такие кислоты, как муравьиная и щавелевая,практически не используются микроорганизмами.
Уксуснаякислота утилизируется дрожжами, но выход биомассы при этом ниже, чем при использованиисахаров. Сахара, которые содержат полуокисленные атомы углерода входящие всостав групп -СН2ОН, -СНОН-, =СОН-. Такие атомы легче всего подвергаютсяокислительно-восстановительным превращениям и потому содержащие их веществапредставляют высокую питательную ценность для дрожжей. Согласно литературнымданным [2, 3] выход биомассы (абсолютно сухой) от сахаров может достигать57_80%. Кроме сахаров, сюда же можно отнести в другие вещества, содержащие спиртовуюгруппу—глицерин, маннит, винную, лимонную кислоты в т. д. Соединения с большимколичеством метильных (-СН3 и метиленовых (-СН2-) групп,такие как углеводороды (газообразные и парафинового ряда), высшие жирныекислоты, которые могут служить источником углерода для микроорганизмов иконкретно для дрожжей. Выход биомассы из них составляет более 100%. Однакопотребление их затруднено в связи с тем, что эти вещества плохо растворяются вводе, а, кроме того, они не могут без предварительного частичного окисленияучаствовать в реакциях внутри клетки. Поэтому усвоение таких веществ идет в двестадии: сначала они окисляются, а затем уже полуокисленные продуктыиспользуются клеткой. Сахара в органические кислоты неравнозначны еще и в томотношении, что в результате использования ах дрожжами рН (активная кислотность)среды изменяется по-разному. IIри использовании сахаров в комплексе с сульфатомаммония в качестве источника азота идет сильное подкисление культуральнойсреды; при переработке сахаров с аммиачной водой среда остается нейтральной;при использовании же дрожжами уксусной кислоты в комплексе с любым источникомазота (сульфат аммония, аммиачная вода) культуральная среда (бражка) подщелачивается.Гидролизат в барда отличаются друг от друга еще в различным содержанием в нихвредных и полезных примесей. Барда — более доброкачественная и болееполноценная среда. Это объясняется тем, что барда уже прошла один биологическийцех — спиртовой, где часть вредных примесей гидролизата была адсорбированаспиртовыми дрожжами, часть разрушена, часть улетучилась при отгонке спирта набражной колонне. Кроме того, за счет метаболизма спиртовых дрожжей бардасодержит значительное количество биостимуляторов. Гидролизат практически их несодержит. В барде в пересчете на сахар находится значительно большемикроэлементов, так как при равном количестве элементов, перешедших в эти средыиз древесины, содержание сахара в барде в 5—6 раз меньше, чем в гидролизате. Всеперечисленные особенности этих сред имеют большое значение при выращиваниидрожжей и должны быть учтены при составлении режима. Так, от типа среды зависитвыбор источника азота, количество минеральных добавок, выбор расы дрожжей (набарде могут расти все дрожжи, на гидролизате без добавки биостимуляторов — толькоавтоауксотрофные дрожжи типа Сапаdidа sсottii, которыесами синтезируют биос из неорганических веществ), выбор способа выращивания (онопределяется содержанием сахара в среде) и другие факторы.[10]
2.4.2 Составпитательных солей
Длянормального развития дрожжей на какой-либо питательной среде необходимо, чтобыэта среда содержала источники всех элементов, которые входят в состав дрожжевойклетки. Чтобы выход дрожжей был максимальным, элементы в среде должнынаходиться в той же пропорции, что и в дрожжевой клетке. Согласно закону Либиха(закону минимума) выход дрожжей определяется тем компонентом питательной среды,который находится в недостатке. В гидролизном сырье элементы, необходимые длядрожжей, находятся в совершенно другой пропорции, чем в самих дрожжах. Такихэлементов, как азот и фосфор, в древесине содержится незначительное количество.Поэтому их и некоторые Другие элементы питания обязательно следует добавлять вгидролизные среды. Добавка осуществляется в виде раствора минеральных солей.Величина добавки той или иной соли рассчитывается в зависимости от составадрожжевой массы, состава используемой древесины (или другого растительногоматериала) и выхода дрожжей от исходного сырья. Следует также предусмотретьнекоторый избыток в расходе питательных солей, так как небольшие количества ихдолжны обязательно оставаться в бражке (культуральной среде) после выращиваниядрожжей.
Элементарныйсостав дрожжей и некоторых видов сырья Средние цифры по элементарному составу дрожжей, содержащих55% белка, могут быть приняты следующими ( в % от сухого вещества): углерода(С) 46 фосфора (в пересчете на Р2О) 4% кислорода (О) 30 кальция (впересчете на К2О) 2,5—2,9 водорода (Н) 6,9 магния (в пересчете на МgО) .0,35—0,40 азота (N) 8—9 кальция (в пересчете на СаО) 0,1серы (S) 0,2—1,4
В количествеменьшем, чем 0,1%, находятся в дрожжах такие элементы, как медь, железо,натрий, кремний, кобальт. Это так называемые микроэлементы. Общее содержаниезолы в сухих дрожжах—6—10%. Содержание зольных элементов в древесине некоторыхпород приведено в таблице № 2
Таблица №2 »Содержаниезольных элементов»
Порода
древесины
Содержание
золы% абсот сухой
древесины Состав золы, % от абс. Сухой древесины
K2O NaO MgO CaO
P2O5
SO3
SiO2 Бук 0,55 0.09 0.02 0.06 0.31 0.03 0.01 0.03 Береза 0,26 0.03 0.02 0.02 0.15 0.02 0.01 0.01 Сосна 0,26 0.04 0.01 0.03 0.14 0.03 0.01 0.01
Содержание золыв коре деревьев—от 1,5 до 5,6%. В однолетних растениях золы в несколько разбольше, чем в древесине [11]
2.4.3 рНвыращивания дрожжей
Следует различатьрН среды, поступающей в инокулятор для выращивания дрожжей (сусла), и рН бражкив инокуляторе, т. е. рН, при котором растут дрожжи. Оба параметра нерасчетные,они подбираются опытным путем. рН сусла выбирается на основании условий,обеспечивающих наибольшую его доброкачественность и наименьшую агрессивность, атакже из условий растворимости отдельных компонентов. Для сусла, получаемого путемгидролиза растительных материалов, принят рН в пределах 3,8—4,2. рН выращиванияили рН бражки в инокуляторе обусловливается совершенно иными факторами, ондолжен: гарантировать оптимальные условия развития дрожжей; не являтьсяоптимальным для биологических примесей, например таких, как бактерии; бытьоптимальным для поддержания в растворенном состоянии всех компонентов сусла. рН,при котором дрожжи могут существовать в развиваться, колеблется в очень широкихпределах: от 2,5 до 8,0. Эти пределы сильно зависят от других условий выращивания,таких, как температура, доброкачественность среды, возраст дрожжей, аэрация. ОптимальныйрН, т. е. тот, при котором дрожжи, быстро развиваясь, дают высокий выходбиомассы, лежит в гораздо более узких пределах. При слишком низких и слишкомвысоких значениях рН выход дрожжей уменьшается. Графически зависимость выходадрожжей от рН можно представить кривой с максимумом, как это изображено на рис.4.
/>
Рис.4
Для непрерывноговыращивания на гидролизных средах оптимум рН находится между 3,8 в 5,4. Однакопри рН больше 4,6 сильно снижается растворимость фосфорнокальциевых солей, атакже коллоиднорастворенных гуминовых кислот и лигнина; они начинают выпадать восадок. Среды темнеют, товарные дрожжи-тоже. При высоком рН (5,0—5,4) хорошоразвиваются бактерии и поэтому увеличивается возможность заражения имиинокулятора. Поэтому рН при выращивании дрожжей на гидролизных средах принимаютравным 3,8—4,6, однако при производственной необходимости допускаетсявыращивание в при рН 3,5—3,6, а также при рН 4,8—5,4.
2.4.4 Температуравыращивания
Температуравыращивания — нерасчетный параметр, принимаемый в зависимости от выбранной дляпроизводства культуры дрожжей. Так же, как и рН, температура влияет на выходдрожжей от РВ и на скорость их роста. Зависимость выхода от температуры аналогичназависимости его от рН: тоже имеет максимум. При низкой температуре выходуменьшается из-за того, что увеличивается расход сахара на энергетическиепроцессы в клетке. При температуре выше оптимальной выход быстро снижается, таккак выходят из строя катализаторы биохимических реакций — ферменты. Как идругие белковые вещества при высокой температуре они сначала теряют активность,а потом свертываются и перестают действовать. Биохимические реакции так же, каки химические, ускоряются с повышением температуры (при увеличении температурына 10° С скорость реакции возрастает вдвое). Поэтому выгоднее вести процесс приболее высокой температуре: производительность аппаратуры будет больше. Крометого, для производства большое значение имеет возможность работать при высокихтемпературах, так как можно тратить меньше воды для охлаждения сред. Однакоповышать температуру выращивания можно лишь на 2—3°С по сравнению с оптимальнойдля данной расы дрожжей и после длительной адаптации. Оптимумы температуры (в°С) для принятых в промышленности культур лежат в следующих пределах. Саndidа sсоttii — 37—38°; Саndidа tropicalis- 34-36°; Саndidа guilliermondii -34-36°; Саndida utilis -30—32°. Чрезмерное увеличениетемпературы приводит к снижению содержания белка в дрожжах. Выращивание при40—42° С способствует вытеснению урожайных дрожжей примесями, вследствие чегопадает выход товарной продукции.[12],[13]
3. Промышленноеприменение сухих дрожжей
В различныхчастях земного шара вырабатывают огромное множество спиртных напитков. В основепроизводства большинства из них лежит сбраживание сахаров дрожжами, а различиясвязаны с источником сбраживаемых сахаров и с тем, перегоняется ли продукт илинет. Конечная концентрация спирта при спиртовом брожении может достигать 15%,как, например, в некоторых бордоских винах. В таких количествах этанол токсичендля самих дрожжей, поэтому если необходимо увеличить уровень спирта, то егоконцентрируют с помощью перегонки. Однако в большинстве сортов вина и пиваспирта не более 10% сбраживании сахаров.
Присбраживании сахаров образуется почти столько же углекислого газа, сколько испирта:
С6Н12О6=2С2О5Н + 2СО2
Именноуглекислый газ, вырабатываемый дрожжами, представляет собой продукт, имеющийважное значение для хлебопекарной промышленности. Тесто поднимается благодаряуглекислому газу, который выделяют дрожжи, внесенные в тесто при егозамешивании.
Для полученияхлеба с равномерной структурой существенно, чтобы дрожжи были распределены повсему тесту равномерно. Дрожжи также придают хлебу запах, однако это свойствообычно не столь существенно: при использовании современных активных штаммовпекарских дрожжей требуемое количество дрожжей настолько мало, что хлеб сдрожжевым запахом встречается теперь редко. Хотя в спиртовом производстве углекислыйгаз представляет собой побочный продукт, на ряде крупных винокуренных заводовего улавливают, нагнетают под давлением в баллоны и продают в виде жидкогоуглекислого газа. Один из потребителей такого углекислого газа — промышленность,производящая напитки: углекислый газ используется здесь для получения шипучихнапитков. Это второй пример экономической важности такого продукта ферментациидрожжей, как углекислый газ. В ходе каждого процесса ферментации количестводрожжей увеличивается по сравнению с первоначально внесенным в культуру неменее чем в три раза. Этот излишек дрожжей представляет собой еще один побочныйпродукт, который пошел бы в отходы, не найдись и ему применение. Излишекдрожжей от пивоварения и производства спирта традиционно использовался вкачестве пекарских дрожжей. Предпочтение отдавалось дрожжам винокуренногопроизводства, поскольку они не имели привкуса хмеля, характерного для непромытыхпивных дрожжей. Такая практика, возможно, еще существует во многих странах,однако в наиболее развитых государствах для хлебопекарной промышленностивыращивают специальные дрожжи, поэтому для пивных дрожжей приходится искатьдругие применения. Одно из важных применений таких дрожжей состоит вприготовлении на их основе гидролизатов и автолизатов, которые служат вкачестве вкусовых добавок. «Отработанные» дрожжи используются также впроизводстве кормов для животных. Большая часть дрожжей винокуренногопроизводства в процессе перегонки разрушается и приобретает вид густойкоричневой жидкости, называемой бардой. Барда находит применение в производствекормов для животных, а в высушенном виде служит источником питательных веществи других промышленных микробиологических процессах. Рост дрожжей в анаэробныхусловиях приводит к образованию большого количества этанола, но выход дрожжевыхклеток на единицу затраченного субстрата при этом невысок. Такие условиявыращивания не годятся в тех случаях, когда необходимо получить много дрожжевыхклеток, — к подобным процессам относится производство пекарских дрожжей идрожжевой биомассы, идущей на корм животным. Наиболее высокий выход дрожжейдостигается при выращивании их в условиях эффективной аэрации на среде,содержащей низкую концентрацию сахаров. Сейчас промышленный спирт получают изнефти, однако в прошлом его вырабатывали микробиологическим путем. В настоящеевремя таким способом приходится получать только тот спирт, который применяетсяв пищевой промышленности и медицине. Кроме алкогольных напитков сюда относитсяспирт, предназначенный для лекарственных нужд, и спирт, используемый какисходное вещество в производстве уксуса.
Роль сухихдрожжей в производстве алкогольных напитков
В основепроизводства большинства спиртных напитков, например пива, сидра, виски, джина лежитпроцесс ферментации (брожения) дрожжей. На рис. 5, например, приведена схемаприготовления пива.
/>
Рис. 5 Пекарскиесухие дрожжи и получение биомассы
Основная цельпроизводства пекарских дрожжей состоит в получении дрожжей, которые с высокойскоростью вырабатывают в тесте углекислый газ; однако это производство можнорассматривать и как особый процесс накопления биомассы. Поскольку пекарскиедрожжи добавляют к муке в концентрации 1 % от веса муки, они составляют важныйисточник микробной биомассы в пище человека. В Западной Европе каждый человекпотребляет с пищей около 2 г дрожжевого белка в неделю, В табл.3 приведенаминокислотный состав и содержание витаминов в пекарских дрожжах.
/>
Хотяустановлено, что на протяжении многих лет могут служить хорошей пищевойдобавкой, они, тем не менее, уступают по своим питательным качествам животнымбелкам. Традиционное использование дрожжей в хлебопечении привело к тому, чтоони стали более приемлемым источником пищи, чем другие микроорганизмы. Несмотряна то, что дрожжи, по-видимому, не обладают каким либо значительным токсическимэффектом, они все же содержат сравнительно большое количество нуклеиновыхкислот. Высокое содержание нуклеиновых кислот может вызвать повышение уровнямочевой кислоты в организме человека, приводящее к подагре; в связи с этимрекомендуется потреблять не более 30 г сухих дрожжей в день. Производствопекарских дрожжей включает в себя решение ряда дилемм. Хотя пекарские дрожжидолжны функционировать в анаэробных условиях, производить их необходимо прихорошей аэрации, ибо только так можно добиться большего выхода дрожжевыхклеток, Полученные дрожжи должны обладать высокой активностью в тесте, а, крометого, хорошо храниться и (в случае использовании сухих дрожжей) не терять своихкачеств при высушивании. К сожалению, штаммы, проявляющие наибольшуюэффективность при брожении, обычно хуже хранятся и теряют свою активность привысушивании. Поэтому приходится выбирать компромиссные условия выращивания,чтобы получить пекарские дрожжи, обладающие хорошей активностью и высокойстабильностью. Дрожжи выращивают в больших сосудах при интенсивном перемешиваниии аэрации; в сосуды подается питательный раствор, содержащий сахара, соли ивитамины, — основой питательной среды обычно служит меласса. Питательныевещества не добавляются полностью в начале ферментации, а поступают в сосудынепрерывно или порциями через короткие интервалы времени в течение всегопроцесса. Если добавить сразу слишком много сахара, уровень его в средеповысится, дрожжи переключат свой метаболизм па брожение и выход дрожжевыхклеток уменьшится (см. гл. 3). По завершении роста дрожжи концентрируютцентрифугированием и затем фильтруют; образующийся на фильтре осадок (кек)можно превращать в брикеты прессованных дрожжей. Сухие дрожжи получаютвысушиванием дрожжевого кека в вальцовых сушилках, а в последнее время—нараспылительных сушил к ах. Продукты, получаемые из дрожжей
Автолизаты игидролизаты
Дрожжевыегидролизаты и автолизаты обладают способностью придавать пищевым продуктампривкус мяса (или усиливать такой вкус), поэтому они широко используются впищевой промышленности для приготовления супов и приправ, а также для приданиявкуса таким продуктам, как хрустящий картофель. Гидролизаты получают, нагреваядрожжевые клетки при 100°С в присутствии НСI до тех пор, пока большая частьбелков не гидролизуется до аминокислот. Затем препарат нейтрализуют NаОН, фильтруют и концентрируют в видегустой пасты. Конечный продукт содержит большое количество соли, образовавшейсяпри нейтрализации кислоты. Автолиз отличается от гидролиза тем, что приавтолизе разрушение клеточных компонентов — белков и нуклеиновых кислот — осуществляетсяпод действием ферментов, синтезированных самой дрожжевой клеткой. Этот процессможет протекать в естественных условиях, но он ускоряется при нагревании до50°С и добавлении соли. Автолиз обычно продолжается в течение одного дня: заэто время не менее половины белков клетки расщепляется до аминокислот. Продуктзатем фильтруют и концентрируют в густую пасту. Вероятно, вкус мяса, которыйхарактерен для дрожжевых автолизатов, обусловлен аминокислотами и небольшимипептидами, образующимися под действием протеаз в ходе автолиза; в усилении привкусабольшую роль могут играть и нуклеотиды, например инозин-5’- монофосфат игуанозив-5’-монофосфат.
4.Экологическая проблема, связанная с производством сухих дрожжей, и пути еерешения
Проблемаочистки сточных вод в пищевой промышленности исключительно важна. На дрожжевыхзаводах основные промышленные отходы состоят из отработанного мелассового суслаи промывных вод, служащих для охлаждения и промывания готовой продукции. Вместесо сточными водами удаляется значительное количество органических веществ. В табл.№5 приведен состав производственных сточных вод мелассово-дрожжевых заводов.
Таблица № 5 Составпроизводственных сточных вод
/>
Количество их от 1 тдрожжей соответствует количеству бытовых сточных вод, получаемых от 4227питателей.
Исследованиямиустановлено, что основным источником загрязнения сточных вод являются дрожжеваябражка и спиртовая барда. Биологическая потребность в кислороде (БПК5)дрожжевой бражка равна 4600—5200 мгО2/, спиртовой барды — около 6000,т. е. в два-три раза больше, чем для общезаводского стока, для которого БПК5составляет 1400 -— 1800 мгО2/л (табл.6)
Таблица №6
/>
Поэтомусточные воды дрожжевого производства перед спуском следует обрабатывать в целяхочистки от органических веществ и снижения их окисляемости. Перед спуском в канализациюсложные соединения сточных вод, состоящие из углерода, водорода и азота должныбыть окислены до простых соединений. Для очистки сточных производственных водприменяли различные способы. Попытка обезвредить их химическими методами — обработкойизвестковым молоком, хлорной известью, хлорным железом, сернокислым закиснымжелезом, сернокислым аммонием, глиноземом — не увенчалась успехом: в лучшем случаеБПК5 снижался лишь на 24-63%, тогда как по санитарным нормампредельно допустимая величина его для сточных вод — 500 мг/л. Экономическинаиболее эффективен метод очистки сточных вод активным осадком.
5. Перспективы развитиядрожжевого производства
Во многих странах мирапромышленность производит большие количества сухих дрожжей, применяемых либокак ингредиенты продуктов питания, либо для улучшения качества кормасельскохозяйственных животных. Дрожжи содержат 50% белков, значительноеколичество витаминов, особенно группы В, и имеют комплекс различных ферментов.В белке дрожжей обнаружены почти все аминокислоты, в том числе и такиенезаменимые, как лизин, метионин и триптофан. Сухие дрожжи и дрожжевой экстрактдобавляют к пищевым продуктам для улучшения их вкуса и питательной ценности.Дрожжевой экстракт—это продукт автолиза дрожжей, богатый аминокислотами. Ценнымего качеством является то, что по вкусу он похож на мясо, что объясняетсяналичием веществ, образующихся в результате реакции определенных аминокислот ссахаром. Производство сухих кормовых дрожжей в настоящее время возрастает,особенно в восточноевропейских странах. Считается, что в мировом масштабепроизводится примерно 250 000 т сухих кормовых дрожжей, в основном из жидкогосульфитного щелока и древесных гидролизатов и в меньшей степени из мелассы исыворотки. В Японии из кормовых дрожжей сначала выделяют рибонуклеиновуюкислоту, которая используется в качестве источника ароматических вкусовыхвеществ, добавляемых в пищу. Оставшийся остаток употребляется как корм свысоким содержанием белка. В настоящее время народонаселение мира составляетпримерно 3,5 млрд. Предполагается, что в последующие годы население миразначительно увеличится. Нельзя быть уверенным, что вся сельскохозяйственнаяпродукция вместе с добычей рыбы смогут обеспечить соответствующий приростпродуктов питания. В будущем потребность в продуктах питания еще большеувеличится. Проблема в основном будет заключаться в нехватке белка. Производствобелка в форме сухих дрожжей уже не является большой технической проблемой. Политературным данным (Нооег1iеЫе, 2000), дрожжевая установка с 10дрожжерастительными чанами общей производительностью в 5000 м2 может дать 100000 т сухих дрожжей в год — эквивалент выхода белка с 90000 га плодородной пахотной земли, засеянной соевыми бобами.[17] Серьезной проблемой, которая нерешена еще, является приемлемость дрожжей в качестве пищи. Люди принимают пищуне только из-за ее питательной ценности. Продукты питания должны иметьсоответствующие вкус, структуру, цвет. Для того чтобы решить эту проблему,необходимо тесное сотрудничество между учеными и производственниками,обеспечивающими производство дрожжей, и технологами, работающими в областипродуктов питания. Некоторые положительные факты в этом направлении ужеимеются. Хорошо приготовленные дрожжевые автолизаты уже широко применяются внекоторых странах в качестве ингредиентов сухих супов и других готовыхпродуктов питания, в качестве заменителей мясного экстракта. Основное внимание,однако, должно быть направлено на превращение дрожжей в продукт питания с такимвкусом и структурой, чтобы он мог заменить животные белки. Определенную роль вэтом должны сыграть ученые, в частности и генетики-селекционеры, задача которыхбудет заключаться в выведении штаммов дрожжей с заранее заданными свойствами.Этими свойствами могут быть такие, как количественное соотношение различныхаминокислот, витаминов, ферментов углеводов, что отвечало бы требованиям, предъявляемымк продукта питания. В заключение можно высказать предположение, что дрожжи вбудущем смогут обеспечить людей недостающим в их питании белком. С незапамятныхвремен дрожжи сопутствуют человеку, выполняют важную роль в его питании. Неможет быть сомнений в том, что прошлое и настоящее дрожжей в жизни человечестваочень велико, а в дальнейшем будет еще более важным и значительным.[18]
Списокиспользуемых источников
1. Бери Девид Биология дрожжей. — М.: Пищеваяпромышленность 1971-120 с.
2. Бочарова Н.Н. Микрофлора дрожжевого производства. — М.:Мир 1995-231с.
3. Косиков А.В. генетические методы селекции дрожжей. — М.:Наука 1979-35с
4. Культура питания / под. Редакцией профессора А.И.Чаховского// Энциклопедический справочник. — Минск: Белорусская энциклопедия, 1930-700с.
5. Энциклопедический словарь / Под.редакцией А.М. Прохоров.-М.: Советская энциклопедия, 1990- т.2-672 с.
6. Боборенко Э.А. Получение ивыделение дрожжей. — М.: Лесная промышленность, 1970- 300с.
7. Аргунов С.В., Глазунов А.В.,Капульцевич Г.Д. Особенности роста дрожжей // Биотехнология, 1993.- №5- с.22-25
8. Плевако Е.А. Технология дрожжей — М.: Пищевая промышленность, 1999-240 с.
9.Капульцевич Ю.Г. Близник К.М. Новаясмешанная культура дрожжей на основе гидролизатов древесины//Биотехнология,1999-№2-с.41
10.Голубев В.И., Звягинцева И.С.Дрожжи в окружающей среде человека// Микробиология,1996-т52-№6-с.1025-28
11. Нейман Б.Я. Индустриямикробов-М.: Знание, 1987-166с.
12. Кузнецов В.А., Селезнева Л.А.Культура клеток. — М.: Наука 1997-203с.
13. Голубев В.И. Рендентификацияштаммов дрожжей// Биотехнология, 1999-№6-с.3-6
14. Матреничева В.В., Иванова А.А.,Волкова О.Б. Химико-ферментативная обработка пищевых волокон растительногосырья// Пищевая промышленность, 2004 №8
15. Палагина К.К. Технологическиерасчеты дрожжевого производства- М.: Пищевая промышленность,1998-54 с.
16. Тулякова Т.Т. Пасхин В.Ю. Стабилизациябиотехнологических характеристик сред, при производстве сухих дрожжей// Пищеваяпромышленность, 2005 №9-с.80-82
17. Бакланов А.А. Формирование «Пирамидывкуса» с использование дрожжевых экстрактов// Пищевая промышленность,2006№3-с.52
18. Internet // www. yandex.com