CC BY
49
СЫРЬЕ и МАТЕРИАЛЫ
для ПРОИЗВОДСТВА НАПИТКОВ
ТЕМА НОМЕРА
УДК 604.4 DOI: 10.24411/2072-9650-2019-10010
Влияние термически обработанной и необработанной спирулины на рост дрожжей на агаризованном пивном сусле
П. В. Кочубей
ИП Торопов С. Н, г. Екатеринбург АА. Кочубей, канд. биол. наук
Ботанический сад Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург
Дата поступления в редакцию 01.11.19 '[email protected]
Дата принятия в печать 20.12.2019 © Кочубей П.В, Кочубей А.А, 2019
Реферат
Сегодня потребитель обращает внимание на натуральность ингредиентов в составе продуктов питания и напитков. Одним из натуральных интенсифика-торов брожения может быть спирулина (Arthrospira platensis). В литературе есть данные об увеличении скорости брожения и выживаемости дрожжей в производстве пива после добавлении спирулины. Спирулина оказывает двойное положительное действие на культуру клеток: за счет большого содержания белка со всеми незаменимыми аминокислотами она питает колонии; за счет наличия фикоцианина - сильного антиоксиданта, защищает клетки микроорганизмов от продуктов их метаболизма, например, спирта в случае спиртового брожения. Чтобы избежать заражения пивного сусла сторонними микроорганизмами, различные экстракты лучше добавлять до варки пива. Некоторые экстракты и вещества, способные повысить качество напитка или увеличить скорость и интенсивность брожения, не термостабильны и требуют отдельной стерилизации перед добавлением в сусло. В этой работе авторы показали, что добавление термически обработанной спирулины не оказывает влияние ни на количество колоний дрожжей, ни на скорость их роста на агаризированном пивном сусле. Добавление термически не обработанной спирулины увеличивает количество колоний в чашках Петри, но не влияет на скорость их роста. Скорее всего, спирулина влияет на выживаемость дрожжей за счет не термостабильного белка и антиоксиданта - фикоцианина. Получены предварительные данные, для понимания причин положительного влияния спирулины на выживаемость дрожжей при спиртовом брожении пивного сусла и, как следствие, на скорость и качество брожения необходимо провести дополнительные исследования.
Ключевые слова
антиоксидант; брожение; дрожжи; интенсификаторы; пиво; спирулина; сусло. Цитирование
Кочубей П. В., Кочубей А.А. (2019) Влияние термически обработанной и необработанной спирулины на рост дрожжей на агаризованном пивном сусле // Пиво и напитки. 2019. № 4. С. 6-9.
Influence of Spirulina with and without Heat Treatment on Yeast Growth on Agarized Beer Wort
P. V Kochubey
Individual Entrepreneur Toropov S. N., Yekaterinburg AA. Kochubey, Candidate of Biological Science
Botanical garden of the Ural branch of the RAS, Yekaterinburg
Received: November 11,2019 Accepted: December 20,2019
Abstract
Consumers today make attention on natural ingredients in products and drinks. Spirulina (Arthrospira platensis) is one of the natural fermentation intensifier. There are many literature data of the velocity increase of beer fermentation and the yeast survival after spirulina adding. Spirulina has a double positive effect: due to high protein level, it nourishes yeast colonies; due to phycocyanin with the strong antioxidant activity, it protects yeast cells from fermentation products, for example from alcohol at alcoholic bearing. To avoid contamination of beer wort by alien microorganisms it is better to add different extracts before it boiling. Some extracts and agents can increase drink quality, velocity and fermentation intensity, are not thermo stable and should be sterilized before adding to the wort. Here we have shown that addition of heat-treated spirulina did not influence neither on a quantity of yeast colonies on agarized beer wort, nor on their growth velocity. Adding spirulina without heat treat increase a yeast colonies quantity in Petri dishes, but not influence on their growth velocity. Because of spirulina antioxidant - phycocyanin is not a thermo tolerance protein, spirulina could have a positive influence on yeast colonies growth by it antioxidant activity. To understand the positive influence of spirulina on yeast survival at alcohol bearing more researches are needed.
Keywords
antioxidant; fermentation; yeast; intensifiers; beer; spirulina; wort. Citation
Kochubey P.V., Kochubey A.A. (2019) Influence of Spirulina with and without Heat Treatment on Yeast Growth on Agarized Beer Wort // Beer and Beverages = Pivo i Napitki. 2019. No. 4. P. 6-9.
[email protected] © Kochubey P. V, Kochubey A.A., 2019
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
4•2019
ССЫРЬЕ и МАТЕРИАЛЫ для ПРОИЗВОДСТВА НАПИТКОВ
Введение. Современное пивоварение — наукоемкий биотехнологический процесс. Сегодня появляются новые технологии, соединения и различные растительные экстракты, позволяющие увеличить выход готового продукта, сократить время производства, расширить ассортимент продукции без потери его качества. Общий тренд рынка на натуральные продукты снижает лояльность покупателя к искусственно-синтезированным веществам, поэтому производители пива обогащают свои напитки натуральными экстрактами растений.
К такой натуральной добавке относится спирулина (Arthrospira platensis). Она может быть одним из активаторов спиртового брожения [1] или его интенсификатором [2]. Спирулина относится к съедобным сине-зеленым бактериям [3], она давно используется в питании человека [4] и подкормке сельскохозяйственных животных [5, 6]. В литературе появляется все больше работ по применению спирулины как интенсификатора роста на искусственных средах. Например, добавление 1 г спирулины на 1 л среды увеличивало скорость роста каллуса лещины обыкновенной (Corylus avellana) в 1,3 раза и его массу в 1,62 раза [7]. Также увеличивалась скорость роста лактобак-терий после добавления в синтетическую среду фильтрата спирулины [8] и подавлялся рост патогенных микроорганизмов: Bacillus subtilis, Pseudomonas sps and Xanthomonas sps. [9]. Ранее было показано благоприятное воздействие спирулины на рост дрожжей и сбраживание пивного сусла. Сусло с 0,01 % содержанием спирулины бродило на 36 ч меньше и дображивало на 3-4 сут меньше, чем без нее. Видимая степень сбраживания на 7 сут при использовании спирулины повышалась до 11 %, содержание этанола — до 13 %. Постоянное использование спирулины поддерживает бродильную активность сортовых дрожжей даже после 10 генерации. Дополнительно спирулина снижала количество диацетила в пиве, которое образуется при попадании в него кислорода [10].
Возможное положительное влияние спирулины на рост дрожжей связано c белковой ценностью продукта и с содержанием в ней биологически
активных веществ. В воздушно-сухой спирулине содержится 50-60 % белка. В отличие от злаковык, белок спирулины содержит все незаменимые аминокислоты [4]. Помимо белковой ценности, в спирулине есть не термостабильные биологически активные вещества, например, 15-20 % фикоцианина [5]. Фикоцианин — это пигмент синего цвета с сильными антиоксидантными свойствами, его применяют для подавления роста патогенных бактерий [9] и защиты культуры клеток от свободных радикалов при их активном росте [11].
В производстве пива, особенно на начальных этапах брожения, необходимо соблюдать стерильность, поэтому дополнительные ингредиенты обычно вносят в пиво до варки солода. Спирулина содержит не термостабильные биологически актив -ные вещества, которые разрушаются при 50 °С [11]. Чтобы их сохранить и не заразить сусло сторонними микроорганизмами, спирулину необходимо стерилизовать отдельно, без температурного воздействия, например, кварцеванием, и только после этого вносить в сваренное сусло.
Целью настоящей работы стало исследование влияния термически обработанной и необработанной спирулины на количество и скорость прорастания дрожжей.
Объекты и методы исследований. В эксперименте использовали дрожжи верхового брожения штамм S-04. Твердую среду для проращивания дрожжей готовили из ячменного пивного сусла с добавлением агара. Пивное сусло варили из солода марки Pilsner.
Эксперимент был выполнен в трех повторностях по 20 чашек Петри в каждой. Дрожжи выращивали на трех средах: контрольная среда — агаризованное пивное сусло без добавления спирулины; среда со спирулиной, добавленной до автоклавирования и среда со спирулиной, добавленной после автоклавирования. В состав всех трех сред входили: неохмеленное пивное сусло в количестве 500 мл и агар — 8 г; в опытные среды добавляли спирулину в количестве 0,01 г. Концентрация белка в спирулине, измеренная методом Кьельдаля, составила 55%.
Количество спирулины, необходимое для 500 мл среды, было взято
в соответствии с [10]. Спирулину, перед добавлением в автоклавиро-ванную среду, кварцевали в люми-ностате в течение 1 ч. В качестве термической обработки использовали автоклавирование. Стерилизацию оценивали отрицательным контролем без засева среды дрожжами. Перед внесением в среду спирулину разводили дистиллированной и стерилизованной водой.
Дрожжи перед посевом разбра-живали и разводили в стерилизованной водопроводной воде в концентрации 10-5 и 10-4. Проращивание дрожжей проводили в климатической камере Binder, в темноте при постоянной температуре 25 °C и влажности 55 %. Скорость роста дрожжей на агаризованной среде измеряли по одиночным, хорошо оформленным круглым колониям, которые не сливались и не теряли круглую форму на протяжении всего эксперимента. Количество и диаметр колоний измеряли каждые 2 сут.
Для оценки влияния спирулины на сбраживаемость пивного сусла использовали не агаризированное пивное сусло трех типов: без добавления спирулины, с добавлением спирулины до процесса автоклави-рования и с добавлением спирулины после автоклавирования. Концентрация спирулины была такая же, как в агаризованных средах. Плотность сусла оценивали рефрактометром ИРФ 454Б.
Анализ и статистическую обработку проводили с применением программ «Excel 2010» и «Statistica 6.0».
Результаты и их обсуждение.
Выращивание колоний дрожжей проводили 35 сут. Конечное число колоний дрожжей в чашках Петри было достигнуто на 8 сут после посева культуры вне зависимости от среды культивирования. При посеве дрожжей в разведении 10-5, колонии появились во всех чашках на среде с добавлением спирулины после автоклавирования в количестве 1,43±0,35, и в трех контрольный чашках Петри без добавления спи-рулины по одной на каждую.
При разведении в 10-4 раз среднее число колоний, выращенных на контрольной среде, составило 1,0±0,3; на среде с термически обработанной спирулиной — 0,88±0,35, на среде со спирулиной без тер-
ä Ш
I
0
1
<
I ш Ь
4•2019
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
0-1-1-1-1-1
0 10 20 30 40
Время, сут
□ Контрольная среда без спирулины Д Среда со спирулиной, добавленной до автоклавирования О Среда со спирулиной, добавленной после автоклавирования
Скорость роста колоний дрожжей
мической обработки — 1,37±0,25. Медианное число колоний на контрольной среде без добавления спирулины составило 1 шт. на чашку, при добавлении спирулины без термической обработки увеличилось до 2 шт. на одну чашку Петри, при добавлении спирулины до автокла-вирования медианное количество колоний на одну чашку Петри не отличалось от контроля.
Колонии дрожжей росли экспоненциально и независимо от среды культивирования (см. рисунок). Диаметр колоний дрожжей не зависел от среды и был равен 26±2 мм на конец эксперимента.
Из полученных данных следует, что спирулина без термической обработки способствует появлению колоний дрожжей на агаризован-ном пивном сусле, что соответствует данным из более ранних работ, в которых спирулина повышала выживаемость одиночных клеток различных микроорганизмов [7, 8, 10].
Добавление спирулины в жидкое, не агаризированное пивное сусло после автоклавирования повысило его сбраживаемость на 10 %, что соответствует более ранним результатам [10]. Добавление спирулины до автоклавирования не повлияло на процесс брожения.
Заключение. Добавление спиру-лины, как до термической обработки пивного сусла, так и после нее, не влияет на скорость роста дрожжей. Спирулина, внесенная в сусло после автоклавирования, увеличивает количество колоний дрожжей в чаш-
ках Петри. Добавление спирулины в пивное сусло до автоклавирования, в сравнении с контролем, незначительно снижало среднее число колоний в чашках Петри.
Поскольку только термически необработанная спирулина оказывала положительное воздействие на число колоний дрожжей, то можно предположить, что она влияет на дрожжи не за счет большого количества белка в ней, а за счет не термостабильных биологически активных веществ, например, фикоцианина — антиоксиданта, который повышает их выживаемость. Фикоцианин в спирулине, скорее всего, защищает дрожжи от негативного действия спирта, образующегося при брожении, что приводит к повышению уровня сбраживаемости пивного сусла, после добавления в него спи-рулины, на 10 %.
Таким образом, чтобы добиться положительного эффекта от добавления спирулины при производстве пива, ее необходимо добавлять после варки сусла, предварительно стерилизовав ее без нагрева.
Получены предварительные данные, необходимо провести дополнительные исследования для понимания причин положительного влияния спирулины на выживаемость дрожжей при спиртовом брожении пивного сусла и, как следствие, на скорость и качество брожения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бетяева, С. Я. Влияние спирулины пла-
тенсис на биосинтез этанола / С. Я. Бетя-
ева, М. В. Гернет // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2004. — № 2. — С. 35-36.
2. Aikawa, S. Direct conversion of Spirulina to ethanol without pretreatment or enzymatic hydrolysis process / S. Aikawa // Energy Environmental Science. — 2013. — № 6. — С. 1844-1849. DOI: https:// doi.org/10.1039/C3EE40305J.
3. Сиренко, Л. А. Спирулина и ее использование в микробиологии / Л. А. Сиренко, О. Л. Третьяков // Экология моря. — 2005. — № 7. — С. 42-48.
4. Ciferri, O. Spirulina, the Edible Microorganism / O. Ciferri // USA: Microbiological Reviews. — 1983. — Vol. 47 (4). — Pp. 551578.
5. Niu, Y. J. C-Phycocyanin protects against mitochondrial dysfunction and oxidative stress in parthenogenetic porcine embryos / Y. J. Niu, W. Zhou, J. Guo, [et. al.] // Scientific reports. — 2017. — No. 7:16992. DOI: https://doi.org/ 10.1038/s41598-017-17287-0.
6. Ross, E. The nutritional value of dehydrated, blue-green algae (Spirulina plat-ensis) for poultry / E. Ross, W. Dominy // Poultry science. — 1990. — Vol. 69 (5). — Pp. 794-800. DOI: https://doi.org/10.3382/ ps.0690794.
7. Salehi, M. A Novel Medium for Enhancing Callus Growth of Hazel (Corylus avellana L.) / M. Salehi, A. Moieni, N. Safaie // Scientific reports. — 2017. — Vol. 7 (1):15598. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-017-15703-z.
8. Parada, J.L. Lactic acid bacteria growth promoters from Spirulina platensis / J. L. Parada, [et al.]// International journal of food microbiology. — 1998. — Vol. 45 (3). — Pp. 225-228. DOI: https://doi.org/ 10.1016/s0168-1605(98)00151-2.
9. Sabarinathan, K. G. Antibacterial and toxicity evaluation of C-phycocyanin and cell extract of filamentous freshwater cyanobacterium — Westiellopsis sps. / K. G. Sabarinathan, G. Ganesan // European review for medical and pharmacological sciences. — 2008. — Vol. 12 (2). — Pp. 79-82.
10. Бидихова, М. Э. Повышение жизнеспособности пивоваренных дрожжей с использованием Спирулины платенсис / М. Э. Бидихова, В. Л. Лаврова, А. М. Гернет // Пиво и напитки. — 2002. — № 6. — С. 10-12.
11. Wu, Q. The antioxidant, immunomodu-latory, and anti-inflammatory activities of Spirulina: an overview / Q. Wu, L. Liu, A. Miron, [et al.]. // Archives of toxicology. — 2016. — Vol. 90 (8). — Pp. 1817-1840. DOI: https://doi.org/10.1007/s00204-016-1744-5.
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
4•2019
ссырье и материалы для производства напитков
REFERENCES
1. Betjaeva SJa., Gernet MV. Vlijanie spiruliny platensis na biosintez jetanola [The effect of spirulina platensis on ethanol biosynthesis]. Proizvodstvo spirta i likjorovod-ochnyh izdelij [Production of alcohol and alcoholic beverages]. 2004;2:35-36. (In Russ.)
2. Aikawa S. Direct conversion of Spirulina to ethanol without pretreatment or enzymatic hydrolysis process. Energy Environmental. Science. 2013;6:1844-1849. DOI: https://doi.org/10.1039/C3EE40305J.
3. Sirenko LA, Tret'jakov OL. Spirulina i ee ispol'zovanie v mikrobiologii [Spirulina and its use in microbiology]. Jekologija morja [Ecology of the sea]. 2005;7:42-48. (In Russ.)
4. Ciferri O. Spirulina, the Edible Microorganism. USA.: Microbiological Reviews. 1983; 47 (4):551-578.
5. Niu YJ, Zhou W, Guo J, [et al.]. C-Phycocy-anin protects against mitochondrial dysfunction and oxidative stress in parthe-nogenetic porcine embryos. Scientific reports. 2017;7:16992. DOI: https://doi.org/ 10.1038/s41598-017-17287-0.
6. Ross E, Dominy W. The nutritional value of dehydrated, blue-green algae (Spirulina platensis) for poultry. Poultry science. 1990;69 (5):794-800. DOI: https://doi.org/ 10.3382/ps.0690794.
7. Salehi M, Moieni A, Safaie N. A Novel Medium for Enhancing Callus Growth of Hazel (Corylus avellanaL.). Scientific reports. 2017;7 (1):15598. DOI: https://doi.org/ 10.1038/s41598-017-15703-z.
8. Parada JL, Zulpa de Caire G, Zaccaro de Mule MC, Storni de Cano MM. Lactic acid bacteria growth promoters from Spirulina platensis. International journal of food microbiology. 1998;45 (3):225-228.
DOI: https://doi.org/10.1016/s0168-1605-(98)00151-2.
9. Sabarinathan KG, Ganesan G. Antibacterial and toxicity evaluation of C-phycocyanin and cell extract of filamentous freshwater cyanobacterium — Westiellopsis sps. European review for medical and pharmacological sciences. 2008;12 (2):79-82.
10. Bidihova MJe, Lavrova VL, Gernet AM. Pov-yshenie zhiznesposobnosti pivovarennyh drozhzhej s ispol'zovaniem Spirulina Platensis [Improving the viability of brewing yeast using Spirulina Platensis]. Pivo i napitki [Beers and drinks]. 2002;6:10-12. (In Russ.)
11. Wu Q, Liu L, Miron A, [et al.]. The antioxidant, immunomodulatory, and anti-inflammatory activities of Spirulina: an overview. Archives of toxicology. 2016;90 (8):1817-1840. DOI: https://doi.org/10.1007/ s00204-016-1744-5. <&
Авторы Authors
Кочубей Павел Владимирович Pavel V. Kochubey
ИП Торопов Сергей Николаевич, Individual entrepreneur Toropov S. N.,
620072, Россия, Свердловская обл., г. Екатеринбург, ул. Сыромолотова, д. 7, 7, Syromolotov Str., Yekaterinburg, Sverdlovsk region, 620072 Russia,
[email protected] [email protected]
Кочубей Алена Анатольевна, канд. биол. наук Alena A. Kochubey, Candidate of Biological Science
Ботанический сад Уральского отделения РАН, Botanical garden of the Ural branch of the RAS,
620144, Россия, Свердловская обл., г. Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202а, 202a, 8 Marta Str., Yekaterinburg, Sverdlovsk region, 620144 Russia,
[email protected] [email protected]
t Ш
I 0
I
<
I ш b
ISSN 2072=9650
4 • 2019 ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES 9
