CC BY
225
Т. А. Ямашев, О. А. Решетник АКТИВАЦИЯ ХЛЕБОПЕКАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА
В ПРОЦЕССЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ХЛЕБОБУЛОЧНОГО ИЗДЕЛИЯ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ САХАРА
Ключевые слова: активация, хлебопекарные дрожжи, пероксид водорода.
Исследовано влияние пероксида водорода на бродильную активность дрожжей хлебопекарных Saccharomyces cerevisiae. Подобраны следующие условия активации: концентрация пероксида водорода - 0,5-3,0 мМ, время обработки - 30 минут. Определено, что обработка дрожжей пероксидом водорода повышала их бродильную активность и интенсифицировала процесс кислото-накопления в ходе брожения теста. Активация дрожжей позволила снизить их дозировку с 2,5 % до 1 % к массе муки.
Keywords: а^^аИоп, вакingyeast(s), hydrogen peroxide.
The effect of hydrogen peroxide on fermentation activity of baker's yeast Saccharomyces cerevisiae is studied. Selected the following activation conditions: concentration of hydrogen peroxide - 0,5-3,0 mM, time treatment - 30 minutes. Determined that the processing of yeast by hydrogen peroxide increased the activity of fermentation and intensify the process of formation of organic acids during dough fermentation. Activation of yeast could reduce their dosage from 2,5 % to 1 % by weight of flour.
В условиях быстроменяющегося рынка первостепенной задачей, стоящей перед хлебопекарными предприятиями является оперативное расширение ассортимента выпускаемой продукции. Широким спросом у населения пользуются хлебобулочные изделия с повышенным содержанием сахара.
Основной проблемой, с которой сталкиваются производители при выработке данных изделий, является замедление процессов брожения, связанное с отрицательным влиянием высоких концентраций сахара на клетки дрожжей, устранить которое можно либо увеличением дозировки дрожжей, либо активацией дрожжей.
Увеличение дозировки дрожжей приводит к повышению стоимости изделий и ухудшает их органолептические показатели, - появляются неприятные «дрожжевые» оттенки вкуса и аромата. Данные факторы делают второй путь более перспективным.
Существуют следующие способы активации дрожжей:
1) в полуфабрикатах из муки и воды с добавлением минеральных солей и легкоус-ваиваемых компонентов;
2) физические способы (ультразвуковая и электромагнитная обработка, лазерное воздействие и т. д.).
Недостатки данных способов заключаются в увеличении затрат сухих веществ сырья на активацию, использование дорогостоящего оборудования, требующего высококвалифицированного обслуживания, нестабильность технологического эффекта.
В настоящее время одним из основных направлений исследования хлебопекарной отрасли является разработка активации дрожжей хлебопекарных прессованных. Перспективным является активация дрожжей соединениями различной природы, к которым предъявляются следующие требования: безвредность для человека, проявление эффекта в небольших концентрациях, доступность и низкая стоимость. Одним из таких соединений является пероксид водорода. В последние годы появились данные о положительном действии, оказываемом пероксидом водорода на клетки дрожжей на этапе культивирования [1]. Обработка дрожжей пероксидом водорода в нелетальных дозах вызывает у них состояние окислительного стресса, в котором происходит накопление ферментов (каталаза, суперок-сиддисмутаза, пероксидаза) и соединений антиоксидантного действия (глютатион, тиоре-доксин), синтез стрессовых белков и выделение в среду протекторных экзометаболитов. Это приводит к повышению уровня сопротивления дрожжей неблагоприятным факторам среды. В процессе короткой активации дрожжевые клетки не размножаются, однако становятся более активными.
Ранее нами также были получены данные об активирующем действии низких концентраций пероксида водорода на бродильную активность дрожжей S. cerevisiae в условиях спиртового брожения [2,3,4]. В связи, с чем представилось целесообразным провести исследования по определению условий применения пероксида водорода для активации дрожжей в хлебопечении.
Экспериментальная часть
Объект исследования - дрожжи хлебопекарные прессованные (ОАО Буинский сахарный завод). Выживаемость дрожжей S. cerevisiae после обработки пероксидом водорода определяли путем высева предварительно разведенных проб дрожжевой суспензии на чашки Петри с картофельно-глюкозным агаром (КГА), в пяти повторностях. Чашки инкубировали при температуре 30 °С.
Активацию дрожжей проводили 0,5; 3,0 и 5,0 мМ растворами пероксида водорода в течение
30 мин.
Количество образующегося при брожении углекислого газа определяли волюмометрическим методом на приборе Яго-Островского по количеству вытесняемого насыщенного раствора хлорида натрия, в котором углекислый газ не растворяется.
При определении количества выделяющегося углекислого газа дрожжи помещали в питательную среду, состав которой был приближен к составу хлебобулочного изделия с повышенным содержанием сахара (20 % сахарозы, 1,5 % NaCl). Эксперимент проводили в двух вариантах:
1) дрожжи после активации отделяли центрифугированием (5000 об/мин, 15 мин) и вносили в виде навески, ресуспензированной в водопроводной воде, чтобы исключить влияние пероксида водорода на газообразование;
2) дрожжи не отделяли от активирующего раствора ввиду того, что на производстве центрифугирование проводить нецелесообразно, и вносили в виде суспензии.
В контрольном опыте раствор пероксида водорода заменяли водопроводной водой.
Хлебобулочные изделия, вырабатывали по рецептуре, представленной в таблице 1. Влажность теста - 39 %, продолжительность брожения 150 мин. Замес теста осуществляли в лабораторной тестомесильной машине в течение 5 мин.
Готовность теста определяли по увеличению его в объеме 1,5-2 раза и по кислотности. Масса тестовой заготовки - 150 г. Тестовым заготовкам придавали округлую форму и укладывали на предварительно смазанные растительным маслом противни. Расстойку тестовых заготовок осуществляли в течение 35 мин при температуре 35-40 °С и относительной влажности 75-80 % в лабораторном рас-стойном шкафу. Выпечку проводили в лабораторной хлебопекарной печи при температуре 200-220 °С в течение 16 мин. Физико-химические показатели полуфабрикатов и готовых изделий определяли по стандартным методикам [5].
Наименование сырья Количество сырья, г
Хлебобулочное изделие с пониженной дозировкой дрожжей (опытные образцы и контроль 1)
Мука пшеничная хлебопекарная высшего сорта 100,0
Дрожжи хлебопекарные прессованные 1,0
Соль поваренная пищевая 1,5
Сахар-песок 20,0
Итого: 122,5
Хлебобулочное изделие со стандартной дозировкой дрожжей (контроль 2)
Мука пшеничная хлебопекарная высшего сорта 100,0
Дрожжи хлебопекарные прессованные 2,5
Соль поваренная пищевая 1,5
Сахар-песок 20,0
Итого: 124,0
Результаты и их обсуждение
Известно, что пероксид водорода обладает выраженным антимикробным действием, но микроорганизмы обладают различной чувствительностью к нему. Очевидно, что для повышения физиологической активности микроорганизмов их неспецифический ответ на действие стрессора должен быть значимым, но не превышающим адаптационные возможности клеток. В связи с этим первоначальной задачей, стоящей перед нами, было определение чувствительности дрожжей ,& сете\181ае к пероксиду водорода (рис. 1). Обработку проводили в условиях дрожжевой суспензии, используемой на хлебопекарных предприятиях (соотношение вода : дрожжи - 1:3).
0 15 30 45 60
Время обработки, мин
—^—2 мМ пероксида водорода —10 мМ пероксида водорода
^^“20 мМ пероксида водорода X 40 мМ пероксида водорода
^^60 мМ пероксида водорода
Рис. 1 - Выживаемость клеток S. cerevisiae в процессе обработки пероксидом водорода
Заметное снижение выживаемости происходило, под действием раствора пероксида водорода концентрацией 20 мМ. Обработка дрожжевой суспензии 60 мМ раствором пероксида водорода в течение 30 минут приводила к гибели 50 % клеток. М.М. Байляк и др. [6] показали, что выживаемость трех штаммов сете\181ае после 30 минутной инкубации с 10 мМ Н2О2 колебалась от 42 до 6 %. Полученные расхождения с нашими данными, вероятно, связаны с различной концентрацией обрабатываемых клеток дрожжей в единице объема суспензии.
Известно, что выживаемость микроорганизмов зависит от их концентрации в среде, при низких или сверхвысоких плотностях клеток выживаемость снижается. Это связано с выделением микроорганизмами в среду особых ускоряющих гибель метаболитов. Следовательно, для различных микроорганизмов существует определенный диапазон концентраций клеток, в котором их выживаемость максимальна [7].
Для поддержания жизнеспособности культуры дрожжи могут синтезировать и внеклеточные факторы адаптации - метаболиты, действие которых направлено на повышение выживаемости всей популяции. Согласно популяционно-коммуникативному направлению в микробиологии: колония микроорганизмов рассматривается, как своеобразная надорга-низменная система, обладающая некоторыми свойствами многоклеточного организма [8,9,10,11] межклеточные взаимодействия и т.д. Вероятно, концентрация клеток в производственной суспензии дрожжей оказывала влияние на повышение их резистентности к пероксиду водорода.
Наряду с этиловым спиртом углекислый газ является одним из основных продуктов жизнедеятельности дрожжей сете\181ае и по его количеству и скорости выделения можно судить об интенсивности протекания биохимических процессов в клетке. Динамика выделения углекислого газа при различных условиях активации представлена на рис. 2, 3.
Время, мин
- -О - 0 мМ пероксида водорода —□— 0,5 мМ пероксида водорода —&— 3,0 мМ пероксида водорода —О— 5,0 мМ пероксида водорода
Рис. 2 - Образование углекислого газа культурой дрожжей 8. cerevisiae, предобрабо-танных пероксидом водорода в течение 30 мин (вариант опыта 1)
-0-0 мМ пероксида водорода —□— 0,5 мМ пероксида водорода —3,0 —М пероксида водорода
Рис. 3 - Образование углекислого газа культурой дрожжей 8. еегег1я1ае, предобрабо-танных пероксидом водорода в течение 30 мин (вариант опыта 2)
Предобработка дрожжей пероксидом водорода в концентрации 0,5 и 3,0 —М повышала их бродильную активность, о чем свидетельствуют более высокие, по сравнению с контроле—, объемы выделившегося углекислого газа. Экспозиция дрожжей в 5 мМ растворе пероксида водорода не оказывала значимого влияния на их способность образовывать углекислый газ. Вероятно, данная концентрация пероксида водорода лежала на границе адаптационных способностей исследованных дрожжей.
Внесение дрожжей в виде суспензии (вариант опыта 2) благоприятно сказалось на процессе образования углекислого газа, это видно по общему объему, выделившегося углекислого газа. По всей видимости, центрифугирование является дополнительным стрессом, угнетающим дрожжи. Влияние кислорода, который образуется при разложении пероксида водорода на вытеснение раствора хлорида натрия можно исключить, ввиду низкой концентрации раствора пероксида водорода.
Хлебобулочные изделия с повышенным содержанием сахара пользуются широким спросом у населения. Производство данных изделий является высокорентабельным и неудивительно, что хлебопекарные предприятия постоянно расширяют ассортимент выпускаемой продукции подобного рода. Однако выпуск таких изделий сопряжен с рядом трудностей: уменьшение водосвязывающей способности белков клейковины, следствием чего является снижение количества воды добавляемой при замесе теста, и замедление процессов брожения, связанное с повышением осмотического давления. Все это приводит к повышенному расходу дрожжей.
Нами были проведены исследования по определению возможности снижения дозировки дрожжей при производстве хлебобулочного изделия с повышенным содержанием сахара ускоренным способом. Рекомендуемая дозировка дрожжей при таком способе тес-топриготовления составляет 2,5 % к массе муки, мы снизили ее до типичной для опарного способа - 1 % к массе муки. При проведении данного эксперимента использовали два контроля: контроль 1 готовили с дозировкой дрожжей 1 % к массе муки, контроль 2 - 2,5 % к
массе муки. В связи с тем, что на производстве отсутствует аппаратура для отделения дрожжей от активирующего раствора замес теста осуществляли минуя эту операцию непосредственно на дрожжевой суспензии, содержащей пероксид водорода.
Основным показателем, характеризующим глубину процессов сбраживания полуфабрикатов и степень их готовности, является титруемая кислотность. Накопление титруемой кислотности теста в процессе брожения представлено на рис. 4.
Проведенные эксперименты показали, что обработка пероксидом водорода повышает бродильную активность дрожжей не только в лабораторных условиях, но и в тестовых заготовках. Титруемая кислотность теста с дрожжами, активированными 3 мМ раствором пероксида водорода, держалась на уровне контроля 2 с большей дозировкой дрожжей и значительно опережала контроль 1 с аналогичной дозировкой дрожжей. Дрожжи, активированные 0,5 мМ раствором пероксидом водорода, также опережали контроль 1 по накоплению органических кислот в тесте, хотя и в меньшей степени.
Таким образом, на основании проведенных экспериментов можно сделать вывод о том, что предварительная обработка хлебопекарных дрожжей нелетальными дозами пероксида водорода оказывает благоприятное воздействие на их бродильную активность и способствует ускорению процесса брожения теста.
■О - контроль 1 - -А - контроль 2
-О— 0,5 мМ пероксида водорода —О— 3,0 мМ пероксида водорода
Рис. 4 - Динамика изменения титруемой кислотности теста в процессе брожения (вариант опыта 2)
Литература
1. Пат. 2268924 РФ, МПК С12Ш/00, С12Ш/16, С12Я1/01. Способ получения биомассы дрожжей / А.Е. Кузнецов [и др.]; заявитель и патентообладатель А.Е. Кузнецов, С.Н. Сорокодумов,
А.Ю. Винаров. - № 2004133957/13; заявл. 23.11.04; опубл. 27.01.06.
2. Ямашев, Т.А. Антимикробная обработка ржаного замеса в технологии этилового спирта / Т.А. Ямашев [и др.] // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2006. - № 4. - С. 169-175.
3. Ямашев, Т.А. Дезинфекция пшеничного замеса на стадии гидротермической обработки / Т.А. Ямашев [и др.] // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2006. - № 4. - С. 13-15.
4. Ямашев, Т.А. Влияние пероксида водорода на микробиологические и физико-химические показатели полупродуктов спиртового производства / Т.А. Ямашев [и др.] // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2008. - № 2. - С. 9-12.
5. Смирнова, С.Р. Сборник технологических инструкций для производства хлеба и хлебобулочных изделий / С.Р. Смирнова. - М.: Прейскурантиздат, 1989. - 195 с.
6. Байляк, М.М. Влияние перекиси водорода на активности антиоксидантных ферментов Бае-charomyces еerevisiae зависит от особенностей штаммов / М.М. Байляк, Г.М. Семчишин,
В.И. Лущак // Биохимия. - 2006. - Т. 71, вып. 9. - С. 1243-1252.
7. Вахитов, Т.Я. Регуляторные функции экзометаболитов бактерий / Т.Я. Вахитов, Л.Н. Петров // Микробиология. - 2006. - Т. 75. - № 4. - С. 483-488.
8. Николаев, Ю.А. Внеклеточные факторы адаптации бактерий к неблагоприятным условиям среды / Ю.А. Николаев // Прикладная биохимия и микробиология. - 2004. - Т. 40. - № 4. - С. 387-397.
9. Воробьева, Л.И. Стрессоры, стрессы и выживаемость бактерий (обзор) / Л.И. Воробьева // Прикладная биохимия и микробиология. - 2004. - Т. 40. - № 3. - С. 261-269.
10. Николаев, Ю.А. Биопленка - «город микробов» или аналог многоклеточного организма? / Ю.А. Николаев, В.К. Плакунов // Микробиология. - 2007. - Т. 76. - № 2. - С. 149-163.
11. Олескин, А.В. Популяционно-коммуникативное направление в микробиологии / А.В. Олескин, Т.А. Кировская // Микробиология. - 2006. - Т. 75. - № 4. - С. 440-445.
© Т. А. Ямашев - канд. техн. наук, доц. каф. технологии пищевых производств КГТУ; О. А. Решетник - д-р техн. наук, профессор, зав. каф. технологии пищевых производств КГТУ,
reshetnik@kstu.ru.
