CC BY
60
ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 663.12
Некоторые аспекты применения
макро- и микроэлементов
для минерального питания дрожжей
И. Н. Грибкова,
канд. техн. наук
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН
Б
рожение, основанное на процессах метаболизма дрожжей, — основная технологическая стадия, в процессе которой происходит формирование вкуса пива.
Известно, что жизнедеятельность дрожжей обеспечивают углеводные, азотистые вещества, витамины, наличие растворенного кислорода, рН среды, оптимальная температура и прочие факторы. Среди прочих факторов многие ученые отмечают чрезвычайную важность присутствия минерального питания, то есть макро- и микроэлементов в питательной среде, для полноценного функционирования дрожжей и получения на основе продуктов их жизнедеятельности сбалансированных по органолепти-ческим характеристикам напитков брожения.
Данный факт основан на том, что макро- и микроэлементы входят в состав органелл дрожжей, с их непосредственным участием осуществляются обменные и ростовые процессы, они входят в состав ферментов (табл. 1) [1].
Необходимо отметить, что магний играет важную роль в углеводном обмене и всех синтезах на основе использования энергии фосфорных связей, причем в данных реакциях магний объединяется с калием. Данный факт совместного действия очень распространен, так, например, эффективность воздействия железа усиливается в присутствии цинка [1]. В синтезе маннанопротеинов, выполняющих роль рецепторов, ферментов, имеющих иммунногенные и ростовые функции, участвуют ионы Са, М& Мп [2].
В состав кофермента фруктозо-дифосфат-альдолазы, осуществляющего участие в гликолизе глюкозы, входит Zn. Наряду с ионами Мg, К, NH4, Со, Fe2+, цинк служит активатором гликолиза [2]. Необходимо отметить, что с гликолиза начинается спиртовое брожение. При недостатке ионов Zn в среде снижается объем биомассы дрожжей и увеличивается синтез спирта. Также ионы Zn2+ входят в кофакторы щелочной фосфатазы, РНК- и ДНК-полимеразы и ферментов, влияющих на фосфорный, углеводный, белковый обмен, фотосинтез и регуляцию окислительно-восстановительного потенциала дрожжевой клетки [3].
В состав пивоваренного сусла, служащего главной питательной средой для дрожжей, ионы Zn2+ переходят ограниченно и на 80% остаются в дробине. Существуют приемы, позволяющие повысить содержание этого важного микроэлемента в сусле — применение солода повышенной степени растворения, температура затирания на уровне 50 °С, более жидкий гидромодуль затора, более кислый рН затора и т. д. [2].
Однако, применяемые меры могут быть осуществимы с трудом, поскольку в отрасли существует проблема качественного солода, режимов затирания и т. д. Многие предприятия пытаются подстроиться под уровень используемого не всегда высшего класса ячменного пивоваренного солода путем применения биокатализаторов, нестандартных температурных пауз и др. Особенно это касается минипивоварен, главной своей целью преследующих максимальный выход продукта при минимальных вложе-
50 ПИВО и НАПИТКИ
1•2019
ТЕХНОЛОГИЯ
Таблица 1
Класс фермента Фермент Кофактор Реакция
Оксидазы цитохромпероксидаза глютатион Си2* глютатион Fe2* 4-ферроцитохром с * О2 = 4-феррицитохром с * 2Н2О
каталазы глютатион Fe2* 2Н2О2 = 02 *2Н2О
Трансферазы гликоген-УДФ-глюкозилтрансфераза SH Мд2* УДФ-глюкоза * (гликоген) п = УДФ * (гликоген) п*1
метионинаденозил-трансфераза SH Мд2* АТФ * L-метионин * Н20 = ортофосфат * пирофосфат * S-аденозилметионин
Лиазы изоцитратлиаза SH Мд2* L-изоцитрат = сукцинат * глиоксилат
Гидратазы аконитатгидротаза SH Fe2+ цитрат = цисакоиитат * Н20
и дегидратазы дегидратаза диоксикислот SH Fe2+ 2,3 - диоксиизовалерианат = 2-оксоизовалерианат * Н20
Изомеразы изопентенилпирофосфат изомераза SH Мд2* диметилаллилпирофосфат = изопентенилпирофосфат
Дегидрогеназы, альдегиддегидрогеназа К* альдегид * НАДФ * Н20 = кислота * НАДФН2
синтетазы НАД-синтетаза К*, Мд2* АТФ * дезамидо-НАД-1-глутамин * Н20 = АМФ * пирофосфат-НАД * 1-глютамат
алкогольдегидрогеназа Zn2+ алкоголь * НАД = альдегид или кетон * НАДН2
Дегидрогеназы D-лактатдегидрогеназа Zn2+ флавин D-лактат * феррицитохром с = пируват * ферроцитохром с
дегидрогеназа D - 2-оксикислот Zn2+ флавин D-лактат * акцептор = пируват * восстановленный акцептор
глицеральдегидфосфатдегидрогеназа Zn2+ D-глицеральдегид-3-фосфат * НАД = 1,3-дифосфо^-глицериновая кислота * НАДН2
Таблица 2
Страна-производитель Состав подкормки
Великобритания 98,5% гепагидрат цинка (ZnSO4■7H2O)
США Смесь фосфата диаммония, сульфата марганца и цинка
Румыния Смесь неорганических солей диаммония фосфата, метабисульфита калия, сульфита калия, сульфата марганца и цинка и аминокислот
Германия Смесь неорганических солей диаммония фосфата, сульфата марганца и цинка, витаминов группы В, аминокислот
Германия Экстракт автолизованных дрожжей и минералов
ниях, в том числе грамотного технологического персонала.
Поэтому на рынке существует спрос на минеральные подкормки, применяемые с целью обогащения пивоваренного сусла в том числе макро- и микроэлементами для активизации сухих дрожжей, широко применяемых среди мини- и микропивоварен.
В табл. 2 приведена краткая характеристика препаратов на основе микроэлементов [4].
Источник ионов Zn2+ — неорганические соли, в основном ZnSO4. Однако, производители не учитывают факт биодоступности иона Zn2+, как, впрочем, и других минеральных соединений. Биодоступность — это способность иона Zn2+ вступать во взаимодействие с органическими соединениями, такими как белки, органические кислоты и пр. [3, 5]. Дело в том, что положительно заряженные ионы металлов, в частности цинк, образуют положительные катионы, отдавая внешние электроны и приобретая соответствующую степень окисления, характеризующуюся валентностью. С помощью валентных электронов они образуют хелатное взаимодействие с органическим соединением [6]. Ли-гандами могут служить отрицательно заряженные составляющие органиче-
ских кислот, аминокислот, пептонов, эфиров и т. д.
Проведенные в этой связи эксперименты показали, что органические соединения микроэлементов имеют большую биодоступность по сравнению с неорганическими (сульфатами или оксидами, гидроксидами), минимум на 20% [7].
Этот факт подтверждается доступностью ионов Zn2+ из зернового сырья [2]. Дело в том, что в зерне цинк сосредоточен в периферических частях и в обрушенных зернопро-дуктах его содержание значительно уменьшается [8]. Также цинк входит в состав ферментов и связан с белками и аминокислотами растворенного эндосперма солода, поэтому для его большего извлечения рекомендована температура затирания 50 °С, то есть оптимум действия протеаз [2].
Также существуют данные исследования, в котором констатируется факт о том, что цинк в составе хелатного комплекса с лимонной кислотой обладал по отношению к обрабатываемым дрожжам наибольшим воздействием на регенеративную способность в 1,2-2 раза выше контрольного образца [9].
Таким образом, при применении минеральных добавок следует учиты-
вать форму их нахождения в составе, отдавая предпочтения органическим хелатным комплексам, в частности с цинком, как представителем микроэлементов, необходимым дрожжам для ускорения роста и развития при низком качестве применяемых препаратов сухих дрожжей, особенно в условиях мини- и микропивоварен.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бэккер, З. Э. Физиология и биохимия грибов / З. Э. Бэккер. — М.: Изд-во Московского университета, 1988. — 362 с.
2. Меледина, Т. В. Дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Морфология, химический состав, метаболизм / Т. В. Меледина, С. Г. Да-выденко. — СПб.: Университет ИТМО, 2015. — 90 с.
3. Олийничук, С. Т. Влияние ионов металлов на активность концентрированных ферментных препаратов / С. Т. Олийничук, [и др.] // Производство спирта и ликеро-водочных изделий. — 2006. — № 2. — С. 80-86.
4. Пермякова, Л.В. Классификация стимуляторов жизненной активности дрожжей / Л. В. Пермякова // Техника и технология пищевых производств. — 2016. — Т. 42. — № 3. — С. 46-55.
5. Скальный, А. В. Биоэлементы в медицине / А. В. Скальный, И. А. Руданов. — М.: ОНИКС 21 век, Мир, 2004. — 272 с.
6. Петросян, А.Б. Природа биодоступности микроэлементов / А. Б. Петросян // Птица и пищепродукты. — 2010. — № 1. — С. 35-38.
7. Маннер, К. Биодоступность микроэлементов из различных источников хелатов у поросят-отъемышей / К. Маннер, Х. Хунд-хаузен // Бизнес Партнер. Сельское хозяйство России. — 2016. — № 2. — С. 67-68.
8. Меледина, Т. В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении / Т. В. Меледина. — СПб.: Профессия, 2003. — 304 с.
1•2019 ПИВО и НАПИТКИ 51
ТЕХНОЛОГИЯ'
9. Мудрак, Т. Е. Исследование влияния минеральных веществ на культивирование дрожжей и сбраживание концентрированного сусла / Т. Е. Мудрак, [и др.] // Переработка и управление качеством сельскохозяйственной продукции: сборник статей III Международной научно-практической конференции, Минск, 23-24 марта 2017 г. - Минск: БГАТУ, 2017. - С. 196-198.
REFERENCES
1. Bekker ZE. Fiziologiya i biokhimiya gribov. Moscow: Moscow University Publ., 1988. 362 p. (In Russ.)
2. Meledina TV., Davidenko SG. Drozhzhi Sac-charomyces cerevisiae. Morfologiya, khimi-
cheskii sostav, metabolizm. Saint-Petersburg: Universitet ITMO, 2015. 90 p. (In Russ.)
3. Olijnichuk SТ., [et al.]. Vliyanie ionov metallov na aktivnost' kontsentrirovannykh ferment-nykh preparatov. Proizvodstvo spirta I lifero-vodochnih izdelij. 2006; 2: 80-86. (In Russ.)
4. Permijakova LV. Classification of preparatio-pns to promote yeast vital activity. Food Processing: Techniques and Technology. 2016; 42 (3): 46-55. (In Russ.)
5. SkalniАV, RudanovIA. Bioehlementy v med-itsine. Moscow, ONIKS 21 vek, Mir Publ., 2004. 272 p. (In Russ.)
6. Petrosjan №. Priroda biodostupnosti mikroe-hlementov. Ptitsa i pishcheprodukty. 2010; 1: 35-38. (In Russ.)
7. Маnnеr К., Hundhauzen H. Biodostupnost' mikroehlementov iz razlichnykh istochnik-ov khelatov u porosyat-ot'emyshei. Biznes Partner. Sel'skoe khozyaistvo Rossii. 2016; 2: 67-68. (In Russ.)
8. Meledina TV. Syr'e i vspomogatel'nye mate-rialy v pivovarenii. Saint-Petersburg: Pro-fessiya Publ., 2003. 112 p. (In Russ.)
9. Мudrak ТЕ., [et al.]. Issledovanie vlijanija mineralnih veschestv na kultivirovanie drozhei I sbrazhivanie koncentrirovanogo susla. In: Sbornik statei III Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Pere-rabotka i upravlenie kachestvom sel'sko-khozyaistvennoi produktsiI»; 23-24 March 2017. Minsk; 2017. (In Russ.) <®
Некоторые аспекты применения макро-и микроэлементов для минерального питания дрожжей
Ключевые слова
брожение; доступность минеральных компонентов;
дрожжевые подкормки; дрожжи; дыхание; минеральные компоненты.
Реферат
В технологии пивоварения в результате жизнедеятельности дрожжей формируется вкус пива за счет образования вторичных продуктов брожения. Интенсивность образования спирта, эфиров, альдегидов, аминокислот и др. продуктов метаболизма обеспечивают углеводные, азотистые вещества, витамины, количество растворенного кислорода, рН среды, оптимальная температура и пр. факторы. Отмечена необходимость присутствия минерального питания, то есть макро- и микроэлементов в питательной среде для нормального функционирования дрожжей, поскольку они входят в состав кофакторов для многих ферментов, участвующих в процессе дыхания и брожения. Также отмечена роль минеральных соединений в построении важных органелл клеточной структуры микроорганизмов, затронут вопрос синергизма ионов металлов. Рассмотрено влияние иона Zn2+ на процессы гликолиза. Показано влияние ионов Zn2+ на изменение объема биомассы дрожжей и синтеза спирта, а также вовлечение его в энергетические процессы. Отмечена важность применения подкормок для дрожжей вследствие применения сырья низкого качества и проблематичность введения уже существующих методов для оптимизации состава сусла в технологии пивоварения. В связи с этой проблемой оценена перспективность применения минеральных подкормок. Приведен примерный перечень существующих на рынке препаратов и показано, что при выборе тех или иных подкормок необходимо учитывать факт биодоступности микроэлементов, поскольку микроэлементы гораздо лучше вовлекаются дрожжами в метаболизм в органической форме по сравнению с минеральной, что подтверждено литературными данными. Под органической формой авторы подразумевают образование хелатных комплексов с аминокислотами, пептидами, органическими кислотами, эфирами и т.д. Рассмотрена перспективность применения минеральных компонентов из растительного сырья, применяемого в технологии пивоварения. Таким образом, при применении минеральных добавок следует учитывать форму их нахождения в составе, отдавая предпочтения органическим хелатным комплексам, в частности с цинком, как представителем микроэлементов, необходимым дрожжам для ускорения роста и развития при низком качестве применяемых препаратов сухих дрожжей, особенно в условиях мини- и микропивоварен.
Автор
Грибкова Ирина Николаевна. канд. техн. наук
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности -
филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН,
119021, Россия, г. Москва, ул. Россолимо, д. 7, institut-beer@maiL.ru
Some Aspects of Macro- and Microelements Use for Yeast Mineral Nutrition
Key words
fermentation; the availability of mineral nutrients; yeast feeding; yeast; respiration; minerals.
Abstract
In the brewing technology, the beer taste is formed by the vital activity of yeast due to secondary fermentation products formation. The formation of alcohol, esters, aldehydes, amino acids and other metabolic products intensity provides by carbohydrate, nitrogenous substances, vitamins, the amount of dissolved oxygen formation, pH of medium, optimum temperature of brewering process, etc. factors. The necessity of mineral nutrition presence, namely macro- and microelements in the nutrient medium for the normal functioning of yeast, in particular, in the processes of respiration and fermentation, since they are part of many enzymes cofactors, is noted. The role of mineral compounds in the important organelles construction of the cellular structure of microorganisms is also noted, the question of metal ions synergism is touched upon. The Zn2+ ion effect on glycolysis processes is considered.The Zn2+ ions effect on the change in the yeast biomass and alcohol synthesis, as well as its involvement in energy processes, is shown. The authors noted the importance of applying dressings for yeast due to low-quality raw materials use in brewing technology and the problematic introduction of existing methods to optimize the composition of the wort. In connection with this problem, the prospects of application of mineral fertilizing are estimated. The approximate list of the preparations existing in the market is given and it has been shown that when choosing these or other supplements, it is necessary to take into account the trace elements bioavailability, since trace elements are much better involved by yeast in metabolism in organic form than mineral, which is confirmed by literary data. Under the organic form, the authors imply chelate complexes formation with amino acids, peptides, organic acids, esters, etc. The prospects of mineral components application from plant raw materials, which used in brewing technology, are considered. Thus, it is necessary to carefully consider to yeast feedings use, depending on their physiological state, in order to optimize fermentation and obtain beverages with consistently high rates.
Author
Gribkova Irina Nikolaevna. Candidate of Technical Science All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industry - Branch of Gorbatov Research Center for Food Systems of RAS, 7 Rossolimo Str., Moscow, 119021, Russia, institut-beer@mail.ru
52 ПИВО и НАПИТКИ 1•2019
