CC BY
317
УДК 663.47; 663.479.1
Дрожжи
и молочнокислые бактерии в производстве хлебного кваса
К. В. Кобелев, канд. техн. наук;
Т. И. Филимонова, канд. биол. наук; О. А. Борисенко
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности
Ключевые слова: симбиоз; антагонизм; сбраживание экстракта; почкование дрожжевых клеток; органические кислоты.
Keywords: symbiosis; antagonism; fermentation extract; budding yeast ceils; organic acids.
Хлебный квас представляет собой продукт комбинированного молочнокислого и спиртового брожения, в процессе производства которого участвуют квасные дрожжи и молочнокислые бактерии. При получении кваса по классической технологии чаще всего используют квасные дрожжи расы М, выделенные в 1939 г. Л. И. Чекан из ржаного теста. По морфологическим и физиологическим свойствам эти дрожжи были отнесены к виду Saccharomyces minor. Молочнокислые бактерии Чекан выделил из квасов московских заводов, выбрав из множества полученных культур две расы Betabacterium в № 11 и № 13, которые оказались наиболее пригодны по вкусовым свойствам получаемого продукта. Расы молочнокислых бактерий 11 и 13 представляют со-
бой короткие палочки, иногда соединенные по две, и имеют следующие особенности: способность сбраживать лактозу и арабинозу и отрицательное отношение к манниту. Эти бактерии гетероферментативны и при сбраживании гексоз в отличие от гомоферметативных бактерий образуют не только молочную кислоту, но также ряд других органических кислот, углекислоту и этиловый спирт. Наличие в сброженном сусле органических кислот и спиртов приводит к частичному взаимодействию их с образованием эфиров, которые даже при незначительном содержании играют определенную роль в формировании аромата кваса (Л. И. Чекан, 1962).
Совместное существование дрожжей и бактерий должно оказывать взаимное влияние на жизнедея-
Рис. 1. Динамика изменения содержания экстракта в квасном сусле в процессе сбраживания дрожжами расы М, молочнокислыми бактериями рас 11 и 13 и смесью дрожжей и бактерий
тельность этих микроорганизмов. Высказывалось мнение, что между ними сначала складываются сим-биотические взаимоотношения, при которых дрожжи и молочнокислые бактерии извлекают пользу из совместного существования: накопление бактериями кислоты до определенного предела (рН 5,0-5,5) полезно для дрожжей, а продукты их автолиза служат питанием для бактерий (П. М. Мальцев, М. В. За-зирная, 1970). Молочнокислые бактерии обладают биосинтетической недостаточностью, поэтому для них необходимы белковые гидролизаты, вытяжки дрожжей и витамины, т. е. вещества, которые выделяются в процессе автолиза дрожжей [1]. Значительное повышение кислотности должно неблагоприятно отразиться на дрожжах, что может быть причиной проявления антагонизма, при котором дальнейшее развитие бактерий угнетает жизнедеятельность дрожжей, что проявляется в снижении бродильной способности (П. М. Мальцев, 1980).
Таким образом, непростые взаимоотношения складываются между дрожжами и молочнокислыми бактериями в производстве кваса. Поскольку такого рода исследования проводились достаточно давно, представляет несомненный интерес на современном этапе продолжить изучение процесса сосуществования молочнокислых бактерий рас 11 и 13 и квасных дрожжей расы М.
Для исследований использовали квасное сусло, приготовленное из ККС с сахарным сиропом. Сусло — благоприятная среда для развития многочисленных микроорганизмов, поэтому. Чтобы исключить возможность искажения результатов за счет появления диких дрожжей и бактерий, сусло предварительно стерилизовали в автоклаве при 105 °С. В простерилизованное сусло вносили двухсуточные чистые культуры молочнокислых бактерий в количестве 4% к объему сбраживаемого сусла и дрожжи расы М из расчета 7 млн/см3. Температура сбраживания 30 °С. В контрольных вариантах в сусло помещали или только дрожжи без бактерий, или молочнокислые бактерии без дрожжей. Влияние изучаемых микроорганизмов на снижение экстракта оценивали пикнометрическим методом [2].
Рис. 2. Количество почкующихся дрожжевых клеток расы М при сбраживании квасного сусла дрожжами в присутствии молочнокислых бактерий рас 11 и 13
Содержание органических кислот, мг/л 1234567890 ОООООООООО ООООООООООО
,_ ,_ 1
Раса 11 Раса 13
| | щавелевая Ц винная Ц молочная Ц уксусная Ц янтарная Ц лимонная
Рис. 3. Содержание органических кислот в квасе после сбраживания молочнокислыми бактериями рас 11 и 13
В течение первых 8 ч ход сбраживания дрожжами расы М в присутствии молочнокислых бактерий рас 11 и 13 совпадал со сбраживанием дрожжами без бактерий: содержание экстракта в обоих случаях снизилось с 6,5 до 5,6 % (рис. 1). То есть молочнокислые бактерии не оказывали угнетающего влияния на брожение дрожжей расы М (см. рис. 1). В следующие 10 ч отмечена некоторая стимуляция процесса сбраживания дрожжами в присутствии молочнокислых бактерий: сброжено за то же время на 0,2% больше экстракта, и эта разница сохранялась до конца наблюдения за процессом брожения. Таким образом, молочнокислые бактерии не только не оказывали угнетающего влияния на бродильную способность дрожжей, но даже несколько стимулировали процесс сбраживания.
В том варианте, где использовали только молочнокислые бактерии без дрожжей, экстракт квасного сусла был сброжен за 18 ч на 0,2%: с 6,9 до 6,7% (см. рис. 1). В течение 24 ч количество экстракта в сусле понизилось еще на 0,1 до 6,6%. Наблюдения во время последующих 17 ч показали, что содержание экстракта в квасном сусле не менялось, т. е. молочнокислые бактерии не оказывали значительного влияния на снижение содержания сухих веществ в сусле.
Для того чтобы выяснить, как влияет присутствие молочнокислых бактерий на жизнеспособность дрожжевых клеток, под микроскопом изучали препараты дрожжевых клеток, обработанные красителем метиленовый синий. Мертвые клетки дрожжей после окрашивания в течение 2 мин раствором метилено-
вого синего приобретают синий цвет вследствие того, что клеточная оболочка и мембрана мертвых клеток не препятствуют проникновению краски. По нашим наблюдениям, количество мертвых клеток дрожжей расы М в процессе сбраживания квасного сусла в течение 42 ч не превышает 4% как в присутствии молочнокислых бактерий, так и в чистой культуре дрожжей. Такое содержание мертвых клеток находится в пределах допустимой нормы для дрожжевой культуры [3]. То есть молочнокислые бактерии рас 11 и 13 не оказывали отрицательного влияния на выживание дрожжей расы М.
Получить представление о физиологическом состоянии дрожжевых клеток можно по наблюдению за способностью дрожжей к почкованию. Здоровые и сильные дрожжевые клетки образуют больше почек. В период активного развития дрожжевой культуры наблюдается повышенное количество почкующихся клеток, которое в дальнейшем снижается при наступлении условий истощения питательных веществ или угнетения дрожжевых клеток какими-либо неблагоприятными факторами.
В течение первых 17 ч брожения количество почкующихся клеток дрожжей составляло 18% как в присутствии молочнокислых бактерий, так и без них (рис. 2). В следующие 3 ч количество почкующихся клеток дрожжей выросло до 25%, если в сусле присутствовали молочнокислые бактерии, и до 22% при отсутствии бактерий. К 42 ч сбраживания сусла количество почкующихся клеток стало уменьшаться, но при этом количество почкующихся клеток в
присутствии молочнокислых бактерий оставалось несколько выше, чем без бактерий. Таким образом, молочнокислые бактерии не только не угнетают рост квасных дрожжей, но даже создают благоприятные условия для их жизнедеятельности.
Основное значение молочнокислых бактерий в квасоварении — создание необходимой для полноценного вкуса кислотности и формирование аромата кваса. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на хроматографе «Стайер» со спектрофото-метрическим детектором (колонка С18250 х 4,6 мм) исследовали содержание органических кислот после выращивания в течение 24 ч молочнокислых бактерий рас 11 и 13 (рис. 3). Анализ показал наличие ряда органических кислот: молочной, уксусной, щавелевой, винной, лимонной и янтарной. Расы 11 и 13 различаются по составу и количеству кислот. Когда использовали расу 13, наблюдали большее суммарное содержание органических кислот, особенно молочной. Обе расы примерно в равной степени образуют уксусную и янтарную кислоты. Раса 11 способна образовывать лимонную кислоту.
Для того чтобы выяснить, какое влияние оказывают дрожжи на жизнедеятельность молочнокислых бактерий в процессе сбраживания квасного сусла, периодически определяли титруемую кислотность сусла [2]. Количество образуемой в квасе кислоты может характеризовать физиологическое состояние и активность клеток молочнокислых бактерий.
После сбраживания квасного сусла в течение 24 ч титруемая кислот-
4,0
3 и 4,5 3,0 2,5 2,0
о
X о
"к и
и
* 1,5
з 1,0 0,5 0
сс г Ф
5 10 15 20 25 30 35 40 Продолжительность брожения, ч « дрожжи расы М ™ молочнокислые бактерии рас 11 и 13 а дрожжи расы М + молочнокислые бактерии рас 11 и 13 45
Рис. 4. Динамика изменения титруемой кислотности в квасном сусле в процессе сбраживания дрожжами расы М, молочнокислыми и бактериями рас 11 и 13 и смесью дрожжей и бактерий
ность составляла 3,3 см3 раствора №ОН концентрацией 1,0 моль / дм3 на 100 см3 сусла, если в сусле присутствовали только молочнокислые бактерии, и 3,0 см3 в том варианте, когда в сусло были внесены не только бактерии, но и дрожжи (рис. 4). В том случае, когда в сусло вносили только дрожжи без бактерий, титруемая кислотность через 24 ч
сбраживания составляла 1,7 см3 раствора ЫаОН концентрацией 1,0 моль / дм3 на 100 см3 сусла. Как и следовало ожидать, титруемая кислотность сбраживаемого сусла зависит в основном от жизнедеятельности молочнокислых бактерий, а присутствие в сусле квасных дрожжей несколько угнетает активность бактерий.
Следовательно, характеризовать взаимоотношения дрожжей и молочнокислых бактерий в активной стадии брожения как симбиоз было бы неправильно, поскольку в выигрыше от этих отношений оказываются только дрожжи. Возможно, причина того, что молочнокислые бактерии не получают преимущества от сосуществования с дрожжами, заключается в том, что во время активного брожения не отмечалось значительной гибели дрожжевых клеток, продуктами автолиза которых могли бы воспользоваться молочнокислые бактерии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рябцова, С. А. Сохранение жизнеспособности заквасочной микрофлоры/С. А. Ряб-цова, М. А. Брацихина, В. И. Ганина. // Молочная промышленность. — 2010. — № 1. — С. 22-23.
2. Инструкция по технохимическому контролю безалкогольного производства ТИ 10-5031536-143-91, 1992.
3. Инструкция санитарно-микробиологи-ческого контроля пивоваренного и безалкогольного производства ИК 10-0406-140-87, 1988. ®
