CC BY
49
Способы активации дрожжей при сбраживании плотного сусла
Д. В. Карпенко, Е. О. Чуланов
Московский государственный университет пищевых производств
Активация дрожжей — актуальная задача для современного пивоварения. Даже в классической технологии производства пива, когда концентрация сухих веществ в сусле не превышает 11-13 % и брожение ведется в горизонтальных танках, параметры развития культуры нельзя назвать оптимальными [1]. На многих современных предприятиях используют сусло с концентрацией до 23 % СВ, что означает очень высокое осмотическое давление в начале главного брожения. Сбраживание, как правило, ведется в ЦКТ, с чем связаны избыточное гидростатическое давление на клетку и высокая концентрация углекислого газа, этанола и прочих метаболитов в конце главного брожения, что может снизить конечную степень сбраживания сусла.
Еще одна характерная черта высокоплотного сусла, приготовленного с использованием сахарных сиропов, — дефицит аминного азота [2].
Задача технолога — нивелировать негативное влияние множества факторов. Существует целый ряд способов повысить активность дрожжей перед задачей в сусло, но на практике технолог, как правило, ограничивается аэрацией дрожжей.
Дефицит аминного азота можно компенсировать либо дополнительным расщеплением нерастворимых высокомолекулярных белков солода и несоложеного сырья протеолитиче-скими ферментами после подбора оптимальных условий для их действия (рН и температура) [3], либо добавлением легко усвояемых дрожжами питательных веществ в сусло. Как правило, питание для дрожжей вносится в сус-ловарочный котел за 15 мин до окончания варки с хмелем, что обеспечивает стерилизацию и сводит к минимуму химические изменения в сусле [2]. Сравнивая ферментацию сусла без добавок и с добавлением глицина (компенсация недостатка аминного азота) и клеточных стенок (адсорбция метаболитов дрожжей), можно отметить умеренное повышение активности дрожжей, однако выраженного влияния на достижение большей концен-
трации этанола пока не отмечено [4]. Использование глицина не всегда целесообразно, так как эта аминокислота, несмотря на простейшую химическую структуру, относится к среднеусвояе-мым аминокислотам. В нашей работе мы сопоставили влияние на брожение аминокислот, относящихся к разным категориям усвояемости.
Было решено сравнить эффективность применения с целью активации пивных дрожжей различных источников азота, легко усваиваемых дрожжами. Наряду с чистыми аминокислотами и неорганическими азотсодержащими солями изучали результаты применения поликомпонентного препарата, который может быть получен из жидкой фракции дрожжевого автолизата непосредственно на пивоваренном заводе.
Интерес к такому препарату, как к источнику легкоусваиваемого азота, обусловлен следующими причинами. Во-первых, использование неорганических солей, индивидуальных аминокислот и особенно их смесей сдерживается достаточно высокими затратами на реализацию этого технологического приема. Во-вторых, как известно из литературы и из проведенных нами экспериментов (описаны ниже), разные аминокислоты заметно различаются по своему активирующему воздействию на развитие дрожжевой популяции, а формирование «сбалансированной» смеси этих соединений требует проведения целой серии экспериментов, учитывающих конкретные условия реализации такого технологического приема. В-третьих, в настоящее время большое внимание уделяется повышению экологической безопасности производства вообще и пивоваренного в частности. Известно, что в процессе получения пива накапливается значительное количество вторичных ресурсов, которые в промышленном масштабе не всегда утилизируются рационально. К таковым можно отнести и осадочные дрожжи, которые не предполагается использовать в следующих циклах брожения.
На кафедре «Процессы ферментации и промышленного биокатализа»
5•2008
26
МГУПП разработана технология получения многофункционального сорбирующего препарата «ОД-2» на основе осадочных пивных дрожжей. Она основана на проведении инициированного автолиза дрожжевой суспензии, т. е. разрушении клеток под действием собственных ферментов, и последующем разделении жидкой и твердой фракций такого автолизата. После высушивания твердой фракции и измельчения частиц получают порошкообразный сорбирующий препарат, который может быть эффективно применен для решения широкого спектра задач, в том числе для активации развития дрожжевых популяций.
Жидкая фракция автолизата в рамках описанной выше технологии не является целевой и может быть использована различными способами. Эта фракция поликомпонентна, помимо прочего, она содержит большое количество азотсодержащих соединений, различающихся по молекулярной массе: аминокислот, пептидов, белков. Нами было решено определить эффективность применения такого продукта как основы для получения добавки, обогащающей сусло легкоутилизируе-мым дрожжами азотом. Непосредственное, без предварительной обработки введение такой смеси в сусло представлялось нецелесообразным по двум причинам: недостаточное содержание низкомолекулярных азотистых соединений; высокая концентрация белковых веществ с большой молекулярной массой, способных оказать негативное воздействие на коллоидную стойкость готового пива.
Указанные недостатки решено было устранить за счет гидролиза средне-и высокомолекулярных веществ белковой природы. В серии экспериментов было установлено, что «собственных» протеолитических ферментов, извлеченных из дрожжевых клеток в процессе автолиза, недостаточно для интенсивного разрушения белковых соединений. Поэтому дополнительно вносили протеолитические ферменты в виде препарата Протосубтилин Г10х. Были подобраны условия применения этого ферментного препарата, обеспечивающие накопление заданного количества аминного азота. Такую смесь, далее именуемую гидролизатом, наряду с глицином, аспарагиновой кислотой и карбонатом аммония исследовали с точки зрения их способности интенсифицировать развитие дрожжевой популяции.
Азотсодержащие добавки дозировали, исходя из расчетной концентрации 350 мг/дм3. Содержание аминного азота в нативном сусле составляло 275 мг/дм3.
На первом этапе культивирование вели в течение 4 сут при температуре 28 °С, сбраживая сусло с содержанием СВ 12 %, контролируя развитие дрожжевой популяции по общему числу клеток (табл. 1). Контролем служило сусло без введения какой-либо добавки.
Видно, что во всех опытных вариантах дрожжевые популяции развивались более интенсивно, чем в контроле, в котором отсутствовали дополнительные легкоусвояемые азотсодержащие соединения. При этом наибольший прирост титра клеток дрожжей обеспечило внесение карбоната аммония, что, по нашему мнению, объясняется именно высокой усвояемостью этого соединения. Наименее эффективным оказалось применение глицина. Однако в момент максимального накопления дрожжевых клеток (через 3 сут культивирования) в варианте с добавлением аминокислоты было накоплено на 19 % дрожжевых клеток больше, чем в контроле. Это свидетельствует о важности таких компонентов сусла, как низкомолекулярные азотсодержащее соединения даже при сбраживании сусла со «средней» плотностью без добавления сахаров.
Вариант с добавлением гидролиза-та незначительно уступал варианту с внесением карбоната аммония: прирост титра клеток составил 36,5 % по сравнению с 47 %, соответственно. С нашей точки зрения, это свидетельствует о перспективности применения данного препарата с целью активации развития дрожжевой популяции.
Выше было отмечено, во-первых, что аминокислоты различаются по степени усвояемости и, во-вторых, что интенсификация развития популяции дрожжей при внесении в сусло глицина была менее выраженной, чем при использовании других азотсодержащих добавок. Решено было проверить эффективность применения с целью активации развития дрожжевой популяции аминокислот из разных с точки зрения скорости усвоения групп. В качестве таковых были выбраны уже ранее апробированный глицин и аспарагиновая кислота, как представитель группы быстроус-вояемых аминокислот.
Эксперименты проводили в условиях, аналогичных предыдущим. Аминокислоты вносили из расчета необходимой концентрации аминного азота 350 мг/дм3. Содержание аминного азота в нативном сусле составляло 245 мг/дм3. В качестве контроля, как и в предыдущем случае, использовали пивное сусло без внесения каких-либо источников легкоусвояемого азота (табл. 2).
Анализируя данные таблицы, следует отметить, что динамика развития
Таблица 1
<и Титр дрожжевых клеток, млн / см3
п СО §& I I Контроль Карбонат аммония Глицин Гидролизат
0 8,7 8,7 8,7 8,7
1 12,9 15,3 13,5 14,6
2 24,7 36,3 29,4 33,7
3 23,4 29,8 24,4 25,4
Таблица 2
Аминокислота Содержание дрожжевых клеток по сравнению с контролем на сутки культивирования, %
0 1 2 3
Контроль 100 100 100 100
Глицин 100 104 119 104
Аспараги-новая кислота 100 110 112 126
Таблица 3
Препарат Действительный экстракт, % к контролю Содержание этанола, % к контролю
Контроль 100,0 100,0
ОД-2 98,8 103,9
Аспарагиновая 98,8 102,8
кислота
Гидролизат 96,3 115,1
популяции в варианте с добавлением глицина полностью совпадает с той, что наблюдалась в аналогичном варианте предыдущего эксперимента, включая максимальное значение титра дрожжевых клеток после 2 сут культивирования. В варианте с применением аспарагиновой кислоты максимальное значение титра клеток наблюдалось через 3 сут культивирования. В целом легкоусвояемая аминокислота обеспечила большую интенсификацию развития дрожжевой популяции — прирост титра клеток составил 26 % по сравнению с контролем.
Тем не менее индивидуальная аминокислота даже из группы быстроус-вояемых дрожжами, не обеспечила более значимого активирующего эффекта на развитие дрожжевой популяции, чем введение в сусло карбоната аммония или гидролизата.
Для более объективной оценки эффективности применения различных добавок на результаты сбраживания был проведен эксперимент, в котором перед засевом дрожжами в сусло вносили аспарагиновую кислоту или гидроли-зат так, чтобы суммарная концентрация аминного азота составила 500 мг/дм3. Кроме того, был поставлен вариант, в котором в сусло вносили сорбирую-
щий препарат «ОД-2». В исследованиях, проведенных ранее, было установлено, что его применение позволяет интенсифицировать процесс брожения, особенно протекающего в сложных условиях. Эффект от использования биосорбента основан не на повышении в сусле концентрации легкоусвояемого азота, а на связывании и, следовательно, снижении концентрации компонентов, негативно воздействующих на дрожжи, в том числе их собственных метаболитов. Вариант с биосорбентом (в дозировке 1 мас. %/ об.) использовали в качестве образца сравнения.
Во всех вариантах применяли солодовое сусло плотностью 12 %, доведенное до 20 % СВ мальтозным сиропом. Контролем служило сусло без каких-либо добавок. Брожение вели при 8 °С в течение 8 сут. По окончании процесса во всех вариантах дистилляционным способом определяли действительный экстракт и содержание этилового спирта (табл. 3).
Наибольший эффект с точки зрения глубины сбраживания и накопления этилового спирта в молодом пиве обеспечило введение в сусло гидролизата. Использование биосорбента «ОД-2» позволило накопить больше этанола, чем введение аспарагиновой кислоты.
С нашей точки зрения, полученные результаты свидетельствуют о целесообразности добавления гидролизата в сусло с высокой концентрацией сухих веществ для активации дрожжевой популяции, повышения степени сбраживания и выхода этилового спирта.
Кроме того, перспективно изучение влияния совместного добавления ги-дролизата и «ОД-2» в сусло перед засевом дрожжами, так как, во-первых, эффект от добавления каждого из препаратов достаточно выражен и имеет неодинаковую природу (питание для дрожжей и адсорбция негативных компонентов среды), во-вторых, они являются продуктами одного технологического процесса — автолиза суспензии осадочных пивных дрожжей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шавел Я. Факторы стресса для дрожжевых кле-ток//Пиво и напитки. 2001. № 1. С. 24-27.
2. Цвенгрошова М., Шарши В., Шмогровичева Д. Влияние добавок на протекание процесса брожения сусла//Пиво и жизнь. 2005. № 4 (51). Июль-август. С. 20-23.
3. Дячкина А. Б. Роль эндогенных и микробных протеаз в процессе получения и сбраживания ржаного сусла: Дис... канд. техн. наук. — М., 2005.
4. Бофрицова П., Шмогровичова Д., Поткова Я., Беднар М. Торможение этаноловой ферментации при высоком осмотическом давле-нии//Пиво и жизнь. 2000. № 4 (23). Август-сентябрь. С. 1-4.
5 • 2008
27
