Расы дрожжей. Пивовар и пивоварение.Производство пива.Брожение пивного сусла.Пивные дрожжи.Стадии роста дрожжей.Расы пивных дрожжей.Разведение дрожжей чистой культуры. Метод раздавленной капли

Раздел 3.Производство пива.

Глава 6. Брожение пивного сусла.

Пивные дрожжи .

Строение дрожжевой клетки . Дрожжи - одноклеточные организмы, относящиеся к классу сумчатых грибов. Форма дрожжевых клеток бывает овальной, округлой и эллиптической.

Дрожжевая клетка имеет клеточную стенку 1, под которой располагается цитоплазматическая мембрана. Мембрана обладает избирательной проницаемостью, оказывая влияние на обмен веществ между клеткой и средой.

Например, молекулы аминокислот и глюкозы проникают через мембрану быстрее, чем ионы металлов, которые меньше по размеру. Внутри клетки содержится круглое или овальное ядро 2, окруженное двойной мембраной. Внутри ядра расположено ядрышко. Ядро необходимо для процессов обмена веществ, обеспечивающих рост и

размножение дрожжей.

Основой клетки является цитоплазма 3, представляющая собой вязкую, слегка желтоватую жидкость. Она выполняет многие функции так, например, первая стадия дыхания и спиртовое брожение протекают непосредственно в цитоплазме. Здесь же находятся структурные элементы клетки: вакуоль 4, митохондрии 5, рибосомы 6. Митохондрии- это очень мелкие частицы каплеобразной формы, в которых происходят процессы, связанные с окислительным обменом веществ. Рибосома представляет собой пузырек, окруженный мембраной. Рибосомы являются местом, где происходит синтез белков. Вакуоли- полости, наполненные клеточным соком и отделенные от цитоплазмы вакуолярной мембраной. В них находится метахроматин, обусловливающий рост и размножение дрожжевых клеток. В вакуолях протекают окислительно –восстановительные процессы.

Величина дрожжевых клеток зависит от расы, физиологического состояния дрожжей и состава питательной среды. Прессованные дрожжи содержат около 30% сухих веществ и 70% воды. В сухих веществах дрожжей содержится 90-95% органических веществ и 5-10% неорганических веществ. Среди органических веществ имеются белки и азотсодержащие вещества-54-56%, углеводы-24-40%, жиры-2-4% (к массе сухих веществ). основная часть углеводов представлена гликогеном(запасное вещество), сходным по химстроению с амилопектином крахмала. Среди неорганических веществ около половины фосфорной кислоты и 1/3 калия.

В золе дрожжей содержится (в %): Р 2 О 5 –47-53, К 2 О- 28-40; СаО-0,4 –11,3; Мg О-3,0-7,4;SiO 2 -0,28- 0,73; SiO 3 - 0,09-0,74; Сl –0,1-0,65. Кроме того, в небольшом количестве имеются S , Zn , Mn , Cu , Fe .

Фосфорные соединения имеют важное значение в обмене веществ дрожжевых клеток, так как входят в состав промежуточных веществ спиртового брожения, а калий играет первостепенную роль в построении молекул белков и углеводов. Дрожжи богаты витаминами группы В, содержат эргостерин(провитамин D ) и др. В дрожжах содержатся различные ферментные системы, участвующие в процессах гидролиза и синтеза, а также в процессах брожения и дыхания.

Стадия роста дрожжей . Ростом дрожжей называют увеличение числа их клеток, т.е. – размножение. Дрожжевые клетки при нормальных условиях размножаются почкованием. Материнская клетка образует почку, которая вырастает в дочернюю клетку. При недостатке питательных веществ или при других неблагоприятных условиях внутри клетки образуются перегородки, и клетка распадается по этим перегородкам, образуя споры. В среде с хорошими условиями питания споры прорастают и образуют новые дрожжевые клетки. Пивное сусло содержит все необходимые вещества для размножения клеток, поэтому при сбраживании сусла дрожжи размножаются только почкованием, не образуя спор.

После введения дрожжей в сусло наблюдаются их количественные и качественные изменения. Количество дрожжей Увеличивается в несколько раз, однако их концентрация в диспергированном состоянии вначале увеличивается, достигая максимальной величины, а затем снижается. Размножение дрожжей при сбраживании пивного сусла проходит в несколько этапов. На кривой роста можно выделить несколько этапов. (По вертикали- число дрожжевых клеток, по горизонтали – время.)

В начальной фазе, называемой латентной или лаг- фазой (задержка роста), дрожжи приспосабливаются к новой среде и подготавливаются к размножению. Эту фазу условно делят на две части: фазу действительного покоя, когда клетки приспосабливаются к среде,и фазу постепенного начала размножения. Продолжительность латентной фазы для пивных дрожжей 1-1,5 сут. В ней клетки увеличиваются в объеме и удлиняются, растет доля почкующихся клеток.

При следующей фазе, называемой логарифмической, скорость размножения дрожжей максимальная, все клетки активны и находятся в бродящей среде во взвешенном состоянии.

После логарифмической фазы наступает стационарная фаза, когда размножение клеток замедляется, при этом скорость отмирания и размножения уравновешиваются, в результате чего число живых клеток остается без изменения.

Последняя фаза, называемая фазой затухания, характеризуется снижением активности клеток, что обусловлено уменьшением массы питательных веществ и увеличением количества продуктов обмена. Размножение прекращается, клетки отмирают и оседают на дно бродильного аппарата.

В живой дрожжевой клетке жизнедеятельность поддерживается различными биохимическими процессами, а при её отмирании согласованность этих процессов нарушается и начинается автолиз, т.е. распад клетки под действием собственных ферментов. При этом структура клеток нарушается, повышается активность у одних ферментов и ослабевает у других.

Например, гидролитические ферменты активизируются, а ферменты дыхания и брожения погибают. При автолизе дрожжей происходит распад белковых веществ, углеводородов, жиров, органических фосфорных соединений, образуются низкомолекулярные продукты распада, которые диффундируют через стенки клеток в пиво и изменяют его вкус. При незначительном автолизе появляется слабый дрожжевой привкус, а при сильном автолизе - горький посторонний вкус. Выделяемые при автолизе азотистые вещества могут быть коллоидного помутнения пива.

Расы пивных дрожжей. В пивоваренном производстве используют только культурные дрожжи, которые относятся к семейству сахаромецетацеа (Saccharomycetaceae ) и к роду сахаромицес (Saccharomyces ). Различают дрожжи низового брожения сахаромицес карлсбергенсис (Saccharomyces carlsbergensis ) и дрожжи верхового брожения – сахаромицес церевизие (Saccharomyces cerevisiae ).

Первоначально были известны дрожжи верхового брожения, так как брожение проходило только при обычной температуре (как в виноделии, хлебопечении). желая получить напитки, насыщенные углекислым газом, стали проводить брожение при низких температурах. Под влиянием изменившихся внешних условий и были получены дрожжи низового брожения с определенными свойствами.

В пивоварении применяют разновидности дрожжей, отличающихся друг от друга одной или несколькими особенностями. Их получают из одной клетки. такие культуры называют расами (штаммами).

Дрожжи верхового брожения в процессе интенсивного броения всплывают на поверхность сбраживаемой жидкости, накапливаются в виде слоя пены и остаются в таком виде до конца брожения. Затем они оседают, образуя весьма рыхлый слой на дне бродильного аппарата. по своей структуре эти дрожжи относятся к пылевидным дрожжам, не слипающимися между собой в отличие от хлопьевидных низовых дрожжей, оболочки которых клейкие, что приводит к слипанию(агглютинация) и быстрому осаждению клеткок.

Дрожжи низового брожения не переходят в поверхностный слой пива- пену, а быстро оседают на дне бродильного аппарата.

Способность дрожжей к хлопьеобразованию имеет важное значение для технологии сбраживанияпивного сусла, так как способствует ускорению осветления пива и облегчает съём дрожжей из бродильного аппарата после брожения с последующим использованием их в качестве семенных дрожжей. Низкая температура при брожении содействует хлопьеобразованию.

Реакция среды сильно влияет на свойства дрожжей. Например, в кислой среде при рН менее 3 и в щелочной при рН более 8 хлопьевидные дрожжи становятся пылевидными. Хлопьевидные дрожжи по сравнению с пылевидными имеют более крупные клетки, меньше подвержены автолизу, дают большой прирост биомассы, обладают меньшей бродильной активностью, образуют меньше диацетила и высших спиртов в пиве, что положительно сказывается на его качестве.

Дрожжи низового брожения отличаются от дрожжей верхового брожения тем, что они полностью сбраживают раффинозу. Дрожжи низового брожения имеют оптимальную температуру для роста25 - 27С, минимальную 2-3С, а при 60-65С они отмирают. Максимальное развитие низовых дрожжей происходит при рН4,8-5,3. Кислород, растворенный в сусле,способствует размножению дрожжей,в то время как продукты брожения (этиловый спирт, диоксид углерода, высшие спирты, ацетальдегид, кислоты), а также повышенная концентрация сахара угнетают развитие дрожжей.

Пивные дрожжи должны отвечать следующим требованиям: Быстро сбраживать сусло, хорошо образовывать хлопья и осветлять пиво в ходе брожения, придавать пиву чистый вкус и приятный аромат.

Бродильную активность дрожжей определяют по степени сбраживания сусла. Степень сбраживания (V ) –это показатель, выраженный в процентах характеризующий отношение массы сброженного экстракта (Е-е) к массе сухих веществ в начальном сусле (Е):V = ((E -e )100)/ Е,Где е- содержание в пиве экстрактивных веществ, % к массе пива.

По степени сбраживания дрожжи делятся на сильно-, или высокосбраживающие (степень сбраживания 90-100%), среднесбраживающие (80-90%), слабо, или низкосбраживающие (менее 80%).

К сильносбраживающим относятся дрожжи рас: 11, F (получена в Чехии), штамм 8а(М). Дрожжи расы 11 нетребовательны к качаеству сырья, хорошо оседают, пиво характеризуется полным вкусом. Дрожжи расы F хорошо осветляют пиво, рпидают ему приятный аромат, устойчивы к инфекции. Дрожжи штамма 8а (М) имеют высокую бродильную активность, повышенный коэффициент размножения, хорошо оседают.Использование этих дрожжей дает возможность сократить длительность главного брожения с 7 до 5 сут и получить пиво с хорошим вкусом.

К среднесбраживающим относятся дрожжи рас 776, 41, 44, S (львовская), Р (Чехия),

А (рижская). Дрожжи расы 776 неприхотливы к сырью, их можно использовать для приготовления пива с применением несоложеных материалов. Готовое пиво имеет удовлетворительный вкус резкую хмелевую горечь. Дрожжи рас 41, 44, S , Робладают хорошей способностью оседания, вкус пива чистый мягкий, Дрожжи расы 44 дают возможность получать хорошее пиво при применении воды повышенной жесткости. Дрожжи рас F , A хорошо осветляют пиво, устойчивы к инфекции.

Для темных и специальных сортов пива применяют дрожжи верхового брожения.

Требования, предъявляемые к качеству дрожжей, не всегда удовлетворяются одной расой, поэтому в производстве применяют смесь рас или ведут брожение сусла отдельно на разных расах, а затем смешивают молодое пиво.

Разведение дрожжей чистой культуры .

Под разведением понимают увеличение массы дрожжей в количестве от массы в одной пробирке до массы маточных, необходимой для внесения в бродильный аппарат.

Весь процесс разведения состоит из двух стадий: лабораторной (разведение дрожжей в лаборатории) и цеховой (разведение дрожжей в отделении чистой культуры).

Лабораторная стадия состоит из нескольких последовательных пересевов. Вначале чистую культуру из пробирки пересевают в колбочки на стерильное сусло, затем проводят пересев дрожжей со стерильным сброженным суслом на новое стерильное сусло, объем которого от пересева к пересеву увеличивается в несколько раз. Лабораторная стадия заканчивается сбраживанием 6 л сусла в медной колбе Карлсберга в течении 5-6 сут при 7-8 о С.

Цеховая стадия- это разведение дрожжей на стерильном охмеленном сусле в специальных аппаратах.

На рисунке показана установка Грейнера для разведения чистой культуры дрожжей в цехе (трубопроводы не показаны). Установка состоит из стерилизатора 4 , двух бродильных цилиндров 3,число которых изменяется в зависимости от количества используемых дрожжей, резервуара для предварительного брожения 1 и посуда 2 для посевных дрожжей.

Стерилизатор и резервуар предварительного брожения оборудованы змеевиками для нагревания или охлаждения сусла, воздушными фильтрами и контрольно- измерительной аппаратурой.

Бродильные цилиндры имеют сосуды для посевных дрожжей вместимостью 10 л.

Стерилизатор предназначен для кипячения сусла (стерилизация) и последующего его охлаждения, Бродильный цилиндр- для первой стадии размножения, резервуар предварительного брожения- для стерилизации и охлаждения сусла, а также проведения второй стадии размножения чистой культуры. Температура воздуха в отделении чистой культуры 8-9 о С.

Разведение чистой культуры происходит следующим образом. В стерилизатор 4 из сусловарочного котла набирают горячее охмеленное сусло, кипятят его в течении 1 ч, затем охлаждают до8-12 о С. С помощью сжатого стерильного воздуха сусло подают в цилиндр 3, куда через специальный краниз медной колбы Карлсберга вводят чистую культуру, затем сбраживают в течении 3 сут.При этом дрожжи размножаются и увеличиваются в массе. к концу третьих суток резервуар предварительного брожения заполняют суслом, которое также нагревают до кипения, а затем охлаждают. Часть чистой культуры из бродильного цилиндра 3 отбирают на хранение в сосуд 2 для посевных дрожжей, где она хранится до до следующей разводки, а основную часть его перекачивают в резервуар 1,где осуществляют предварительное брожение при 9 о С в течение 3 сут.

В следующих циклах разведения дрожжи для посева в стерильное сусло, находящееся в бродильном цилиндре 3 берут из сосуда 2. Процесс разведения чистой культуры в установке Грейнера повторяют многократно до обнаружения в дрожжах посторонней микрофлоры.

Сбраживаемую массу из резервуара 1 перекачивают в специальный аппарат для предварительного брожения вместимостью 1000 дал, но наполненный на 1/3 суслом температурой 5-7 о С.Через 12 ч брожения в этот аппарат доливают еще 400 дал свежего охмеленного сусла и продолжают брожение еще 36 ч, поддерживая температуру 5-7С. Затем сбраживаемое сусло перекачивают в аппарат для главного брожения с 700 дал сусла, а через 1 сут заполняют его суслом до полной вместимости и ведут брожение обычным способом, контролируя температуру, концентрацию сусла и осветление. Осевшие при брожении дрожжи смывают, промывают холодной водой и используют в производстве как первую генерацию.

Дрожжерастительные аппараты перед началом работы стерилизуют паром в течение 45 мин под давлением 0,15- 0,17 МПа. Воздух, поступающий в стерилизатор, должен проходить через воздушные фильтры.

Для сбраживания пивного сусла употребляются дрожжи верхового и низового брожения, размножающиеся почкованием. Эти дрожжи относятся к семейству сумчатых грибков - эндомицетов и входят в группу сахаромицетов.

Сбраживание сусла дрожжами верхового брожения имеет весьма характерные внешние признаки. Верховые дрожжи во время брожения поднимаются кверху и образуют шапку пены. К концу брожения часть дрожжей садится на дно чана.

Бродильная способность верховых дрожжей отличается тем, что большинство их совершенно не сбраживает раффинозу и лишь некоторые виды могут сбраживать раффинозу только на одну треть.

Низовые дрожжи во время брожения всегда садятся на дно и не образуют шапки на поверхности бродящего сусла. Но своей бродильной способности они отличаются от верховых дрожжей тем. что полностью сбраживают раффинозу.

В пивоварении наиболее широко применяются дрожжи низового брожения. Дрожжи верхового брожения употребляют значительно реже, главным образом для темных или специальных сортов пива.

Для специальных сортов пива, например английского портера, применяются также дрожжевые грибки, относящиеся к семейству торул (из рода слабобродящих бретаномицетов). Эти группы торул придают пиву особый своеобразный аромат. Они вводятся в пиво не в начале брожения, а в конце, перед выдержкой пива в лагерных подвалах.

Низовые дрожжи, применяемые в пивоварении, подразделяются на расы, отличающиеся по характеру роста на питательных средах (колонии), размеру и форме клеток, степени сбраживания сахаров, образованию ароматических веществ и т. д.

Все низовые дрожжи сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, раффинозу, не сбраживают инулин, лактозу и декстрины. Верховые дрожжи легко образуют споры, низовые же значительно труднее, а у некоторых рас пивных дрожжей вовсе не удается получить спорообразования.

Дрожжевые клетки низовых и верховых дрожжей имеют в большинстве случаев овальную форму. Форма клеток довольно изменчива; изменчив также в широких пределах и размер клетки. Поэтому в одной и той же чистой культуре дрожжей можно встретить то более круглые, то более вытянутые клетки.

Размеры клеток в разных культурах дрожжей колеблются от 6-8 до 12 мк по большему и меньшему диаметру клетки.

В клетках пивных дрожжей, как и всех других, различаются отчетливо выраженные оболочка, протоплазма с различными органическими включениями, больших или меньших размеров вакуоли и ядро.

Ядро в дрожжевой клетке обычно видно при специальных методах окрашивания. Оно имеет изменчивую форму, при почковании делится, и отделившаяся половина переходит в почку, из которой формуется новая, дочерняя дрожжевая клетка. При спорообразовании ядро клетки делится на столько частей, сколько спор образуется в клетке.

Морфологическое строение клетки зависит от ее физиологического состояния. Голодающие клетки, находящиеся в осадках, имеют зернистое строение протоплазмы и кажутся съежившимися. В мертвых клетках протоплазма отстает от оболочки, сами клетки кажутся сморщенными и имеют явно неправильное очертание оболочки. Такие клетки легко и интенсивно окрашиваются красками, например метиленовой синью. Молодые, только что отпочковавшиеся клетки имеют более нежную, тонкую протоплазму, в некоторых местах которой видны более темные, сильно преломляющие свет включения - жировые капельки, волютин и другие включения запасных питательных веществ. По мере старения клеток в них появляются больше включений и более выраженная зернистость протоплазмы, вакуоль также становится более заметной и большего размера.

Различное морфологическое строение клеток в зависимости от физиологического состояния дрожжей является одним из показателей, по которым можно при известном навыке судить ѳ благоприятных или неблагоприятных условиях брожения сусла.

Наиболее распространенной расой низовых дрожжей в пивоваренном производстве СССР была раса 776.

За последние годы широкое распространение получили также расы 11 и 47, выведенные Центральной научно-исследовательской лабораторией бродильной промышленности РСФСР.

Низовые пивные дрожжи обладают свойством во время брожения, и особенно в конце его, образовывать хлопья, состоящие из массы отдельных клеток, как бы склеенных между собой. Эта способность дрожжей (хлопьевидность) имеет весьма важное практическое значение. Благодаря хлопьевидности пивных дрожжей достигается быстрое осветление пива и создается полная возможность собирать дрожжи из бродильных чанов, не прибегая к сепарированию, и вновь использовать их для последующих циклов брожения.

Хлопьевидность дрожжей зависит от свойств оболочек дрожжей и также, по-видимому, от электрического заряда клеток. Она легко нарушается при изменении концентрации водородных ионов. В слабощелочной среде хлопьевидные дрожжи становятся пылевидными, но особенно сильно изменяется хлопьевидности дрожжей в кислой среде.

Наибольшая хлопьевидное™ дрожжей наблюдается в среде при pH 4,0-4,4. При большем подкислении среды дрожжи становятся пылевидными.

На характер хлопьеобразования дрожжей большое влияние оказывает температура брожения. При более высокой температуре хлопьеобразование менее выражено, чем при низких температурах.

На скорость оседания дрожжей известное влияние оказывает также упитанность дрожжей и их плотность. В этом отношении низовые дрожжи также выгодно отличаются от верховых, более легких дрожжей.

Оптимальная температура для роста низовых дрожжей около 25-27°С, минимальная - около 2-3°С. Низовые дрожжи хорошо переносят низкую температуру при хранении; при длительном хранении в этих условиях они приспосабливаются и значительно повышают бродильную энергию.

Дрожжи низового брожения при температуре 60-65ºC отмирают. Это имеет важное значение при пастеризации пива. Оптимальной температурой брожения в производстве обычно считается от 8 до 10ºC, хотя при более высокой температуре (10-14°С) может быть достигнута наибольшая интенсивность брожения.

На низовые дрожжи оказывает сильное угнетающее действие ряд веществ. При содержании этилового спирта в среде выше 1,5% замедляется размножение дрожжей, а при содержании спирта выше 3% заметно ослабевает их бродильная способность. Кислоты действуют угнетающе в значительно меньших концентрациях, причем минеральные кислоты действуют сильнее органических. Серная кислота в концентрации 0,5% убивает дрожжи в течение 1-2 ч. Из органических кислот молочная кислота в концентрации до I % легко переносится дрожжами. Сильное действие на дрожжи оказывает уксусная кислота. В концентрации 0,5% она резко угнетает, а в концентрации 1% убивает дрожжи в короткий срок.

Самая слабая органическая угольная кислота (Н2СО3) также угнетает развитие дрожжей. Это угнетающее влияние углекислоты при концентрации ее в среде до 0,2% сказывается главным образом на замедлении почкования дрожжей. Более высокая концентрация угнетает и бродильную способность дрожжей. Концентрация углекислоты 1,5%, достигаемая при избыточном давлении CO2 9-10 атм, останавливает брожение, но не убивает дрожжей.

Угнетающее действие угольной кислоты связано с торможением реакции расщепления пировиноградной кислоты на ацетальдегид и углекислоту (см. приведенную выше схему брожения).

Ацетальдегид, как и формалин, оказывает на дрожжевые клетки сильное угнетающее действие при относительно низких концентрациях, но более высоких, чем это встречается в нормальных условиях брожения.

Высшие спирты, в том числе и образуемые дрожжами при брожении, входящие в состав сивушного масла, ядовиты для дрожжевых клеток. Но в тех концентрациях, которые встречаются в бродящем пиве, заметного влияния на бродильную энергию не оказывают. Однако если искусственно создать такую концентрацию высшего спирта в среде до начала брожения, то может затормозиться или полностью остановиться процесс размножения и почкования дрожжей.

Ультрафиолетовые лучи обладают сильным действием и довольно быстро убивают дрожжи.

От свойства дрожжей зависят осветление пива во время брожения, степень сбраживания и скорость процесса брожения, а также аромат и вкус пива.

По способности обусловливать аромат и вкус пива дрожжи довольно резко отличаются друг от друга, хотя и не удалось еще химико-аналитическими методами установить различие, вызываемое ими в составе пива. Известно сейчас только одно, что эти различия зависят от продуктов обмена веществ у дрожжей, которые не удается определить химически, по всей вероятности, из-за крайне малых количеств этих продуктов.

Для производства пива наиболее ценны такие дрожжи, которые глубоко и быстро сбраживают экстракт сусла, дают сильное II полное осветление, образуют ярко выраженный аромат и мягкий вкус пива.

Однако такие качества дрожжей не совмещаются в какой- либо одной расе. Поэтому в производстве начинают широко применять смешанные расы дрожжей или ведут брожение на разных расах с последующим смешиванием пива после главного брожения. Для смешанных рас подбирают дрожжи с одинаковой скоростью размножения: одни с более выраженной бродильной способностью, а другие - дающие более тонкий аромат. Но при всех условиях смешиваемые расы дрожжей должны обладать примерно одинаково выраженной хлопьевидностью.

Все сказанное относится к культурным дрожжам. Кроме них, в производстве, как спутники и вредители, встречаются так называемые дикие дрожжи. Они могут относиться к тому же семейству зндомицетов и входить в группу сахаромицетов, как и культурные пивные дрожжи. Нередко на производстве встречаются дикие дрожжи, относящиеся и к другим семействам.

Из сахаромицетов встречаются дрожжи Saccharomyces еllі рsoideus, Saccharomyces pasteurianus, Saccharomyces apiculatus и др. Они обладают очень слабой энергией брожения, образуют не более 1% спирта. Многие из них бывают причиной постороннего запаха (затхлый, запах сельдерея) и вкуса пива.

К вредителям производства относятся также дикие пленчатые дрожжи (Mycoderma). Они преимущественно развиваются на поверхности сусла и пива в виде пленки, образуют вещества, придающие пиву неприятный вкус и запах, спирт окисляют до уксусной и угольной кислоты.

Большинство диких дрожжей нуждается в кислороде и довольно плохо развивается при температуре ниже 10°С. Поэтому предупредительные меры, предохраняющие производство от развития диких дрожжей, сводятся к соблюдению чистоты, ведению брожения при низкой температуре, уменьшению поверхности соприкосновения сусла и бродящего пива с воздухом.

При изготовлении любого современного вина обязательно используются винные дрожжи. Они в процессе своего развития проходят такие стадии:

1. Лаг-стадия. Она начинается с того момента, когда дрожжевые крупинки попадают в сусло – в питательную среду. Клетки начинают приспосабливаться к субстрату. Они увеличиваются в размерах, но при этом процесса размножения ещё нет;
2. Вторую стадию называют логарифмической. Во время неё увеличивается популяция клеток, и биомасса становится больше. Клетки стойко выносят все отрицательные факторы внешней среды. Начинается брожение спирта;
3. Третью стадию называют стационарной. Дрожжевые клетки прекращают расти, а спиртовое брожение происходит с интенсивной силой;
4. Четвёртая стадия заключается в затухании роста клеток дрожжевой массы. Масса начинает уменьшаться в размерах благодаря интенсивному автолизу и использованию дрожжами резервных веществ.

Пройдя все четыре стадии, дрожжевая масса сделает любое вино вкусным и ароматным.

Всё об винных дрожжах

В природе дрожжи образовываются на поверхности ягод, например, на винограде. Их можно легко заметить, так как они обладают светлым налётом на кожуре ягодок. Налёт образовывается из-за работы дрожжевого грибка.

Пекарские, спиртовые, пивные и винные дрожжевые крупинки относят к производственным дрожжам. Учитывая место происхождения, сорт винограда и местонахождение виноградных плантаций каждому виду дрожжей присваивается своё имя. Дрожжевые расы в свою очередь можно разделить на группы. Вследствие этого расы винных дрожжей бывают:

1. Высоковыбраживающими;
2. Термоустойчивыми или холодостойкими;
3. Спиртоустойчивыми;
4. Хересными.

Спиртоустойчивые расы дрожжей применяются для изготовления шампанского, а хересные для придания винам неповторимого аромата и вкуса.

Вино обычно делают из сока винограда или других видов плодов и ягод.

Если происходит кустарное виноделие, сусло (отжатый сок) начинает бродить без помощи дрожжей, так как начинают интенсивно размножатся дрожжевые грибки, которые имеются на поверхности самих ягод. Одновременно с ними в силу вступают молочнокислые, уксуснокислые бактерии, дрожжеподобные грибы, которые могут привести к порче продукта, ну или получению винного уксуса вместо вина.

По этой причине вовремя промышленного производства вина, чтобы избежать порчи виноматериалов в виноградный сок добавляется активированная смесь винных дрожжей.

Тип вина зависит от того, каким образом происходит брожение. Благодаря винным дрожжам начинает бродить сахар, который входит в состав винограда. Брожение длится до тех пор, пока весь сахар не преобразуется.

При нехватке кислорода благодаря влиянию дрожжей получается спирт. Если кислород постоянно поступает, полностью окисляется сахар и получается вода с углекислым газом.

При первичных этапах развития дрожжей, брожение происходит интенсивно, из-за этого углекислый газ, который выделяется, не даёт проникать атмосферному кислороду к поверхности сусла. Когда брожение закончится, бочку с вином важно хорошо запечатать. Если этого не сделать, уксуснокислые бактерии превратят спирт в уксусную кислоту. Вместо вина вы станете обладателем винного или яблочного уксуса.

В промышленном производстве вин используется виноградный сок с содержанием 25 процентов сахара.

Чтобы получить белые вина, виноград очищается от кожуры и косточек. Для красных вин, кожуру и косточки не удаляют. Дрожжи для вина вместе с сахаром при брожении сок перерабатывают в спирт. Дрожжевые вещества придают вину ароматность и приятный вкус. После брожения для придания напитку запаха большую роль играют молочнокислые бактерии.

Разные разновидности вин имеют свои особенности производства. Например, чтобы получить шампанское, перебродившее вино нужно сбродить повторно. Брожение напитка должно закончиться в закрытой ёмкости, так как должна накопиться внутри углекислота.

Чтобы получить крепкое вино (херес), нужно воспользоваться специальными хересными дрожжами, которые стойкие к высокой концентрации спирта в виноматериале.

Разновидности вин

Вина бывают сухими, сладкими и креплёными. Чтобы получить сухое вино, важно брожение остановить сразу же после окончания запаса сахара в выдавленном виноградном соке.

Сладкие вина получают путём частичного сброжения сахара, когда достигается токсичный уровень спирта для винных дрожжей.

Креплёные вина дополнительно заливаются спиртом.

Из вышеописанного можно сделать вывод, что вид вина напрямую зависит от того, каким способом его производят, а также какой вид винных дрожжей используется для брожения сока.

Какие бывают дрожжи

Существует много различных видов винных дрожжей. Например, дрожжи для вина Lalvin KV-1118, Lalvin EC-1118 и другие. Давайте подробнее рассмотрим инструкцию по применению каждого вида дрожжей.

Первый вид

Винные дрожжи Lalvin KV-1118 являются чистым высокоактивным дрожжевым концентратом, который применятся для изготовления лёгких белых вин, красных вин и шампанского. Также с помощью таких дрожжей можно восстановить брожение.

Дрожжевую массу принято применять при низкой концентрации, низких температурах, низкому содержанию жирных кислот. Они отлично справляются со своей миссией в температурном режиме 10 – 35 градусов. Если в виноматериал добавить подпитку при температуре ниже 16 градусов, начнут вырабатывать сложные эфиры, которые придадут напитку насыщенный аромат. Благодаря выраженному киллер-эффекту, дрожжевые крупинки хорошо подавляют «дикую» микрофлору.

Инструкция по применению такого продукта говорит следующее:

1. Применяются дрожжи со штампом KV для выражения виноградного аромата в белых, розовых и насыщенно красных винах;
2. Учитывая тип и чистоту сырья, условия и длительность ферментации определяется нужная дозировка. Обычно она составляет от 1 до 4 г/дал;
3. В их состав не входят никакие добавки. Они имеют влажность 6 процентов;
4. Винные дрожжи (5 грамм) разводят в воде (50 миллилитров) 34 – 39 градусов. Чтобы они заработали нужным образом важно, чтобы вода была температуры не более 40 градусов. Затем смесь нужно хорошо перемешать, чтобы разбить комочки и выдержать не более двадцати минут. Спустя время снова перемешайте, и медленной струйкой введите в сусло. Медленное введение помогает дрожжам постепенно акклиматизироваться и не погибнуть при соединении с прохладным суслом;
5. Хранить дрожжи для вина можно в тёмном сухом месте до пары лет. Температура хранения должна быть от пяти до пятнадцати градусов. Если вы открыли упаковку, срок годности у неё не больше полугода.

Второй вид

Винная дрожжевая масса Lalvin EC придаёт красным и белым винам освежающий вкус и чистоту. Они хорошо бродят даже при самых низких температурах, образуя осадок в одном месте. Благодаря такому виду сырья можно повторно запустить брожение. Его рекомендуется использовать для , а также из калины, боярышника и вишни. Продукт с пометкой EC обладает низким пенообразованием, хорошо осветляет вино и компактно собирает осадок. Инструкция по применению дрожжей со штампом EC говорит следующее:

1. 300 грамм содержимого пакетика нужно высыпать в пять литров сорокаградусной воды. Тщательно размешайте до однородности;
2. Когда температура смеси станет 35 градусов, аккуратно высыпьте 250 грамм дрожжей на поверхность. Дайте постоять 20 минут и хорошенько перемешайте. Затем полученную массу вылейте в сусло, таким образом, чтобы перепад температур был не выше десяти градусов;
3. Хранить их можно в закрытой упаковке при температуре не больше восьми градусов тепла.

Приготовить вино из винограда не очень трудно. Важно только приобрести правильные дрожжи и внимательно изучить, что говорит инструкция. На ней обычно всё подробно написано.

Теперь вы знаете, что собой представляют дрожжи для вина. Каких они бывают видов. Как можно получить различные виды вин, используя разные виды изготовления. Любители виноделы всегда гордятся своими творениями, особенно если они нравятся окружающим людям.

Для получения вкусного и расслабляющего напитка необходим основной ингредиент – пивные дрожжи . Именно они осуществляют процесс превращения сахаров сусла в спирт и углекислый газ. Поговорим о классификации пивоваренных дрожжей в этой статье.

Дрожжи – это одноклеточные грибки, которые размножаются путем отпочковывания дочерних клеток. Дрожжи применяются при выпечке хлеба, в виноделии и пивоварении, с их помощью производят крепкие алкогольные напитки и молочнокислые продукты. Пивные дрожжи являются основным компонентом рецептуры приготовления пива, который преобразует сахара сусла в спирты.

Пивные дрожжи – это природное белково-витаминное средство, которое применяют для лечения и профилактики различных заболеваний. Сухие пивные дрожжи содержат 50% белка, 25-40% углеводов и до 3% жира.

Белок пивных дрожжей характеризуется сбалансированностью аминокислот, близкой к животному белку, за исключением содержания аминокислоты метионина, которого в 2-3 раза меньше, чем в белке мяса и других животных продуктов. Он легко усваивается организмом человека.

Пивоваренные дрожжи насыщены витаминами группы В (B1, B2, РР, пантотеновой кислоты, B6), витаминами группы D.

Пивовары различают верховые дрожжи (прежде их относили к S. cerevisiae) и низовые дрожжи (относившиеся прежде к S. carlsbergensis и S. uvarum).

Дрожжи верхового брожения , используемые для производства эля, бродят при относительно высоких температурах (18-25 °С) и в конце брожения собираются на поверхности сброженного сусла.

Дрожжи низового брожения применяют для варки лагерного пива методом низового брожения. Температура брожения у них гораздо ниже (8-12 °С). В конце процесса брожения дрожжи оседают на дно бродильной емкости. Низовые дрожжи биохимически отличаются от верховых по утилизации мелибиозы и раффинозы. Относительно недавно были описаны и другие фенотипические различия между ними - в частности, модель смешанного сбраживания углеводов, транспорт углеводов и чувствительность к катионам. Сопоставление геномов некоторых штаммов низовых и верховых дрожжей показало, что у штаммов дрожжей верхового брожения наблюдается сильная изменчивость, то штаммы дрожжей низового брожения происходят, как правило, от одного-единственного штамма, полученного, скорее всего, гибридизацией S. cerevisiae верхового брожения и S. monacensis низового брожения. Некоторые особые типы пива получают из смесей дрожжевых культур, в которые могут входить дрожжи других родов, - в частности, Brettanomyces (например, в пиве Гёз (Gueuze) или даже молочнокислые бактерии (в пиве Gueuze, Berliner Weisse, в бельгийских кислых элях).

Расы пивных дрожжей.

Издавна были известны дрожжи верхового брожения , потому как брожение осуществлялось при обычной температуре (как в виноделии, хлебопечении). Желая получить напитки, насыщенные углекислым газом, стали проводить брожение при низких температурах. Под влиянием изменившихся внешних условий и были получены дрожжи низового брожения с иными свойствами.

В пивоварении применяют разновидности дрожжей, отличающихся друг от друга одной или несколькими признаками. Их получают из одной клетки. Такие культуры называют расами (штаммами).

Дрожжи верхового брожения в процессе интенсивного брожения всплывают на поверхность сбраживаемой жидкости, накапливаются в виде слоя пены и остаются в таком виде до конца брожения. Затем они опускаются на дно, образуя весьма рыхлый слой на дне бродильного аппарата. По своей структуре эти дрожжи относятся к пылевидным дрожжам, не слипающимися между собой в отличие от хлопьевидных низовых дрожжей, которые достаточно быстро слипаются и соответственно быстро осаждаются на дно.

Дрожжи низового брожения не переходят в поверхностный слой пива — пену, а быстро оседают на дне .

Способность дрожжей к хлопьеобразованию имеет определенное значение для технологии сбраживания пивного сусла , так как ускоряет осветление пива и облегчает съём дрожжей из бродильного аппарата после брожения с последующим использованием их в качестве семенных дрожжей. Низкая температура при брожении способствует хлопьеобразованию.

Кислотность среды сильно влияет на свойства дрожжей. Например, в кислой среде при рН менее 3 и в щелочной при рН более 8 хлопьевидные дрожжи становятся пылевидными. Хлопьевидные дрожжи по сравнению с пылевидными имеют более крупные клетки, меньше подвержены автолизу, дают большой прирост биомассы, обладают меньшей бродильной активностью, образуют меньше диацетила и высших спиртов в пиве, что положительно сказывается на его качестве.

Дрожжи низового брожения отличаются от дрожжей верхового брожения тем, что они полностью сбраживают раффинозу. Дрожжи низового брожения имеют оптимальную температуру для роста 25 — 27С, минимальную 2-3С, а при 60-65С они отмирают. Максимальное развитие низовых дрожжей происходит при рН 4,8-5,3. Кислород, растворенный в сусле, способствует размножению дрожжей, в то время как продукты брожения (этиловый спирт, диоксид углерода, высшие спирты, ацетальдегид, кислоты), а также повышенная концентрация сахара угнетают развитие низовых дрожжей.

Качественные пивоваренные дрожжи должны отвечать следующим требованиям:

— быстро сбраживать сусло,

— хорошо образовывать хлопья,

— осветлять пиво в ходе брожения,

— придавать пиву чистый вкус и приятный аромат.

К сильносбраживающим и легко дающим хлопья относятся пивные дрожжи низового брожения Фроберг (Saccharomyces cerevisiae Froberg), дрожжи рас V и 776.

На пивоваренных заводах большое распространение получили дрожжи расы 776, которая была выведена в начале XX в. Эти дрожжи считаются пригодными особенно для сбраживания сусла, сваренного с добавкой несоложеных материалов или из солода, полученного солодованием ячменей с невысокой степенью прорастаемости.

Пивные дрожжи верхового брожения находят широкое применение в Британии при приготовлении Портера. Они используются для приготовления Берлинского светлого пива и других напитков. Для приготовления Бархатного пива применяют штамм 191 К, интенсивно сбраживающий моносахариды и мальтозу, но не сбраживающий сахарозу, рафинозу и лактозу.

Итак, дрожжи для приготовления пива подбираются с учетом многих факторов, но самое важное — нужно использовать только качественный материал, у проверенных поставщиков и только тогда превосходное пиво Вам гарантированно!

В пивоварении используют дрожжи низового брожения, приспособленные к сравнительно низким температурам. Пивные дрожжи должны быть микробиологиче-ски чистые, а также обладать способностью к хлопьеобразованию, быстро оседать на дно бродильного аппарата и давать прозрачный напиток с определенными вкусом и ароматом. К сильносбраживающим и легко дающим хлопья относятся пив-ные дрожжи низового брожения Фроберг (Saccharomyces cere-visiae Froberg), дрожжи рас V и 776.

На пивоваренных заводах большое распространение получили дрожжи расы 776, которая была выведена в начале XX в. Эти дрожжи считаются пригод-ными особенно для сбраживания сусла, приготовленного с добав-кой несоложеных материалов или из солода, полученного солодованием ячменей с невысокой степенью прорастаемости. Дрожжи расы 776 –среднесбраживающие, за период главного брожения на сусле концентрацией 11% образуют примерно 2,7% СО 2 . Клетки яйцевидной формы, длиной 8-10 мкм и ши-риной 5-6 мкм. Прирост дрожжевой массы 1: 5,4. Способность к осветлению удовлетворительная.

Из других дрожжей на пивоваренных заводах применяются расы 11, 41, 44, S-Львовская и др, различающиеся по бродиль-ной энергии, способности к осаждению и энергии роста.

Дрожжи расы 11 – сильносбраживающие, с хорошей способ-ностью к осветлению. Пиво, полученное с применением дрожжей расы 11, имеет хороший вкус. Эта раса получила широкое рас-пространение на пивоваренных заводах.

Дрожжи расы 41 – среднесбраживающие, с хорошей способ-ностью к осаждению. При сбраживании сусла расой 41 получа-ется мягкое пиво с чистым вкусом.

Дрожжи расы 44 – среднесбраживающие. Способность к осаждению хорошая. Сообщают пиву полноту вкуса и дают хорошие результаты при применении в производстве воды с по-вышенной жесткостью.

Дрожжи расы S – среднесбраживающие. Способность к осаждению хорошая. Дают пиво с мягким чистым вкусом.

Дрожжи расы Р – среднесбра-живающие, хорошо осветляют пиво и обусловливают приятный чистый вкус.

Дрожжи расы F характеризуются хо-рошей способностью к осветлению и сообщают пиву приятный аромат. Раса устойчива к действию посторонних микроорга-низмов.

Дрожжи расы А (выделены на рижском пивоваренном заво-де «Алдарис») сбраживают сусло за 7-8 суток, хорошо осветля-ют пиво и устойчивы к инфекции.

Путем разных способов селекции во ВНИИ пивобезалко-гольной промышленности получен ряд сильносбраживающих штаммов дрожжей (28, 48, 102), обладающих значительно боль-шей бродильной энергией, чем дрожжи исходной расы 11.

Пивные дрожжи верхового брожения находят широкое при-менение в Англии при приготовлении Портера. Они применяют-ся также для приготовления Берлинского светлого пива и дру-гих напитков. Для приготовления Бархатного пива применяют штамм 191 К, интенсивно сбраживающий моносахариды и маль-тозу, но не сбраживающий сахарозу, рафинозу и лактозу.

^ Расы винных дрожжей

В виноделии ценятся дрожжи, быст-ро размножающиеся, обладающие свойством подавлять другие виды дрожжей и микроорганизмы и придавать вину соответст-вующий букет. Дрожжи, применяемые в виноделии, относятся к своеобразному виду Saccharomyces ellipsoideus. Клетки их имеют продолговато-овальную форму. Дрожжи энергично сбра-живают глюкозу, фруктозу, сахарозу и мальтозу. В различных местностях и из различных молодых вин выделено несколько отличающихся одна от другой разновидностей или рас этого вида. В виноделии почти все производственные культуры дрож-жей – своего, местного происхождения. К их числу относятся расы Магарач 7, Массандра 3, Пино 14, Кахури и многие другие. Наряду с этими расами применяются и некоторые иностранные, например раса Штейнберг, выделенная в Германии в 1892 и 1893 гг., и раса Шампань-Аи.

Большая часть винных дрожжей относится к дрожжам низо-вого брожения.

Для приготовления белых столовых вин применяются расы Пино 14, Феодосия 1/19, Алиготе, Рислинг Анапский.

Раса Пино 14 имеет клетки яйцевидной формы, хорошо сбра-живает виноградное сусло сахаристостью 20 % с образованием 11,57%об спирта; оптимальная температура развития и бро-жения 18: -25°С. Эта раса является холодостойкой и кислото-стойкой; оптимальная величина рН 2,9-3,9.

Раса Феодосия 1/19 – крупноклеточная, пылевидная, очень энергичная, быстро сбраживает виноградное сусло и хорошо дображивает его; имеет широкий температурный диапазон бро-жения (от 9 до 35°С) и может применяться как холодостойкая и как термостойкая.

Дрожжей Алиготе имеется несколько рас, и все они сильные, с высокой энергией брожения. К энергично сбраживающим от-носятся и дрожжи Рислинг Анапский.

Для приготовления крепких вин применяется раса Массанд-ра 3 с яйцевидной формой клеток, пылевидная; оптимальная величина рН 3,7-4,05; оптимальная температура брожения 18-20°С. Виноградное сусло с содержанием сахара 20% сбраживается полностью; при сбраживании концентрированного виноградного сусла (30% сахара) образует 11,8%об спирта и оставляет несброженным 8,7% сахара.

Раса Магарач 125, названная в ознаменование 125-летнего юбилея первых посадок винограда в институте «Магарач», при-меняется для получения крепких и десертных вин. Эта раса хо-рошо сбраживает высококонцентрированные виноградные сусла с содержанием сахара 27-30%, холодостойкая.

Раса Кахури 2 широко применяется для приготовления шам-панских виноматериалов и вин. Виноградное сусло с содержанием сахара 20% она сбраживает с образованием 11,4%об спирта, оста-ется несброженным 0,28% сахара. Эта раса довольно холодо-стойкая (при температуре 14-15°С сусло забраживает на 2-й день) и сбраживает хорошо; оптимальная величина рН 3,4-3,6.

Раса Шампанская 7, применяемая для шампанизации вина в бутылках, выделена из расы Кахури 5 и характеризуется об-разованием трудно взмучивающегося осадка; интенсивно сбра-живает при температуре 4-9°С, хотя сусло и забраживает только на 5-6-й день.

Из винных дрожжей наиболее холодостойкой считается раса Ленинградская, а наиболее термостойкой – раса Ашхабадская 3.

В производстве хереса применяются специальные расы дрож-жей, которые являются разновидностью вида Saccharomyces oviformis. Хересные дрожжи образуют на поверхности вина в неполных бочках пленку, благодаря развитию которой вино приобретает особые букет и вкус.

Путем тщательного отбора по наиболее важным производст-венным признакам выделено несколько рас хересных дрожжей (13, 15 и 20) с высокой пленкообразующей способностью. В дальнейшем из производства, применявшего расу Херес 20, была отселекционирована более эффективная раса Херес 20-С, которая нашла широкое применение на многих заводах по про-изводству хереса.

В плодово-ягодном виноделии применяются селекционирован-ные расы дрожжей, выделенные из различных плодово-ягодных соков. Плодово-ягодные соки богаты дрожжами, обладающими всеми необходимыми для производства качествами и биологи-чески приспособленными к условиям развития в исходных пло-дово-ягодных соках. Поэтому штаммы дрожжей, выделенных из земляничных соков, применяются для сбраживания земляничных соков, а штаммы дрожжей, выделенных из вишневых соков, при-меняются для сбраживания вишневых соков и т. д.

В плодово-ягодном виноделии получили распространение следующие штаммы: яблочные 46, 58, клюквенный 17, смородиновый 16, брусничные 3, 7, 10, малино-вые 7/5, 25, 28, 28/10, вишневые 3, 6, земляничные 7, 4, 9.

Назван-ные штаммы дрожжей обеспечивают нормальный ход брожения, полноту сбраживания, быструю осветляемость и хорошие вкусо-вые качества вина; они сбраживают глюкозу, фруктозу, сахаро-зу, мальтозу, галактозу и не сбраживают лактозу и маннит.

Успешно применяются в плодово-ягодном виноделии расы дрожжей Москва 30, Яблочная 7, Вишневая 33, Черносмородиновая 7, Малиновая 10 и Сливовая 21. Чистая культура дрожжей Москва 30 рекомендуется для сбраживания клюквенного сусла; Яблочная 7 и Вишневая 33 – для сбраживания яблочного сус-ла; Черносмородиновая 7 и Вишневая 33 – для сбраживания черносмородинового и вишневого сусла.

^ 4 Химизм спиртового брожения. Вторичные и побочные продукты спиртового брожения
Спиртовое брожение представляет собой цепь ферментатив-ных процессов, конечным результатом которых является распад гексозы с образованием спирта и СО 2 и доставка дрожжевой клетке той энергии, которая необходима для образования новых веществ, используемых для процессов жизнедеятельности, в том числе для роста и размножения. По химическому характеру спир-товое брожение – каталитический процесс, происходящий под действием биологических катализаторов – ферментов.

Современная теория спиртового брожения является резуль-татом работ многих ученых различных стран мира.

Для выяснения процессов брожения большое значение имели работы выдающихся отечественных ученых: Лебедева, Костычева, Фаворского, Иванова, Энгельгардта.

По современным представлениям, спиртвое брожение – это сложный непрерывный процесс распада сахара, катализируемый разными ферментами с образованием 12 промежуточных продуктов.

1 Начальной стадией превращения глюкозы является ре-акция фосфорилирования ее при участии фермента глюкозиназы. К молекуле глюкозы присоединяется фосфатный остаток от молекулы АТФ, которая находится в клетках дрож-жей, и образуется глюкозо-6-фосфат, а АТФ превращается в АДФ:

С 6 Н 12 О 6 + АТФ → СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 4 СНО+АДФ

Глюкоза Глюкозо-6-фосфат

В результате присоединения фосфатного остатка от молеку-лы АТФ к глюкозе реакционная способность последней возра-стает.
2 Глюкозо-6-фосфат путем изомеризации под действием фермента глюкозофосфатизомеразы переходит обрати-мо в форму фруктозы:

СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 4 СНО → СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 ОН

Глюкозо-6-фосфат Фруктозо-6-фосфат
3 Далее под действием фермента фосфофруктокиназы со второй молекулы АТФ переносится еще один фос-форный остаток на фруктозо-6-фосфат и образуется фруктозо-1,6-дифосфат и новая молекула АДФ:

СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН)3СОСН 2 ОН + АТФ →

Фруктозо-6-фосфат

→ СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 О(Н 2 РО) + АДФ

Фруктозо-1,6-дифосфат

Эфиры глюкозо-6-фосфат и фруктозо-6-фосфат образуют равновесную смесь, получившую название эфира Эмдена и со-стоящую на 70-75% из эфира Робисона (глюкозы) и на 25% из эфира Нейберга (фруктозы).

Образованием фруктозо-1,6-дифосфата заканчивается подготовительная стадия спиртового брожения с переносом макроэргических фосфатных связей и с преобразованием гексозы в лабильную оксиформу, легко подвергающуюся дальнейшим фер-ментативным превращениям.

4 Следующим важнейшим этапом является десмолиз – разрыв углеродной цепи фруктозодифосфата с образованием двух
молекул фосфотриоз. Симметричное расположение остатков фосфорной кислоты по концам молекулы фруктозы облегчает разрыв ее углеродной цепи как раз в середине. Фруктозодифосфат распадается при этом на две триозы: фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон. Реакция катализируется фер-ментом альдолазой и обратима:

СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 О(Н 2 РО) → CH 2 О(Н 2 Р0 3)СОСН 2 ОН +

Фруктозо-1,6-дифосфат Фосфодиоксиацетон

СН 2 0 (Н 2 РОз) СНОНСНО (4)

З-фосфоглицериновый альдегид

Главная роль в дальнейших превращениях при спиртовом брожении принадлежит 3-фосфоглицериновому альдегиду, но в сбраживаемой жидкости он обнаруживается лишь в незначи-тельном количестве. Это объясняется взаимным переходом ке-тозного изомера в альдозный и обратно под действием фермента триозофосфатизомеразы (5.3.1.1)

СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СОСН 2 ОН;£ СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСНО

Фосфодиоксиацетон З-фосфоглицериновый альдегид

По мере дальнейшего превращения фосфоглицеринового аль-дегида новые количества его образуются в процессе изомериза-ции фосфодиоксиацетона.

5. Последующим этапом является окисление двух молекул З^фосфоглицеринового альдегида. Эта реакция катализируется триозофосфатдегидрогеназой (1.2.1.12), коферментом которой яв-ляется НАД (никотинамид-аденин-динуклеотид). В окислении участвует фосфорная кислота среды. Реакция протекает по сле-дующему уравнению: 2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСНО + 2Н 3 Р0 4 + 2НАД Триозофосфатдегидрогеназа ->

З-фосфоглицериновый альдегид

->- 2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСОО w (H 2 P0 3) + 2НАД Н 2 (5)

1,3-дифосфоглицериновая йислота

Молекула 3-фосфоглицеринового альдегида присоединяет фосфат, а водород переносится на кофермент НАД, который восстанавливается. Энергия, освобождающаяся в результате окисления 3-фосфоглицеринового альдегида, аккумулируется в макроэргической связи образующейся 1,3-дифосфоглицериновой

Кислоты.

6. Далее фосфатный остаток 1,3-дифосфоглицериновой кисло-
ты, содержащий макроэргическую связь, при участии фермента
фосфоглицераткиназы (2.7.2.3) переносится на молекулу АДФ.
Образуется 3-фосфоглицериновая кислота, а АДФ, приобретая
дополнительную макроэргическую связь, превращается в АТФ:
2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСОО со (Н 2 Р0 3) + 2АДФ->2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) CHOHCOOH+

1,3-дифосфоглицериновая кислота 3-фосфоглицериновая кислота

7. Затем под действием фермента фосфоглицеромутазы
(2.7.5.3) остаток фосфорной кислоты перемещается от третьего
углерода ко второму, и в результате 3-фосфоглицериновая кис-
лота превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту:

2СН 2 (Н 2 Р0 3) CHOHCOOH ^t 2CH 2 0HCH0 (Н 2 Р0 3) СООН. (7)

3-фосфоглицериновая кислота 2-фосфоглицериновая кислота

8. Следующей стадией является дефосфорилирование 2-фос-
фоглицериновой кислоты. При этом 2-фосфоглицериновая кис-
лота под действием фермента энолазы (4.2.1.11) путем дегидра-
тирования (потери воды) превращается в фосфоэнолпировино-
градную кислоту:

2СН 2 ОНСНО (Н 2 Р0 3) СООН qt 2СН 3: СО со (Н 2 Р0 3) СООН + 2Н 2 0. (8)

2-фосфоглицериновая кислота Сосфоэнолпировиноградная кислота

При этом превращении происходит перераспределение внут-римолекулярной энергии и большая ее часть аккумулируется в макроэргической фосфатной связи.

9. Весьма нестойкая фосфоэнолпировиноградная кислота
легко дефосфорилируется, при этом остаток фосфорной кислоты
под действием фермента пируваткиназы (2.7.1.40) передается
вместе с макроэргической связью молекуле АДФ. В результате
образуется более устойчивая кетоформа пировиноградной кисло-
ты, а АДФ превращается в АТФ:

2СН 2: СО сю (Н 2 Р0 3) СООН + 2АДФ -* 2СН 3 ^ СОСООН + 2АТФ. (3)

Фосфоэнолпировиноградная Пировиноградная

Кислота кислота

10. Пировиноградная кислота под действием фермента пи-
руватдекарбоксилазы (4.1.1.1) декарбоксилируется с отщепле-
нием С0 2 и образованием уксусного альдегида:

2CH 3 ^ COCOOH -*2С0 2 + 2СН 3 СНО. (10)

Пировиноградная Уксусный альдегид

11. Уксусный альдегид при участии фермента алкогольдегид-
рогеназы (1.1.1.1) взаимодействует с НАД-Н 2 , образовавшимся
ранее при окислении фосфоглицеринового альдегида в фосфо-
глицериновую кислоту [см. уравнение (5)]. В результате уксус-
ный альдегид восстанавливается в этиловый спирт, а кофермент
НАД-Н 2 вновь регенерируется (окисляется в НАД):

2СН 3 СНО + 2НАД Н 2 Z 2СН 3 СН 2 ОН + 2НАД. (11)

Итак, завершающим этапом брожения является реакция восстановления уксусного альдегида в этиловый спирт.

Из рассмотренного цикла реакций спиртового брожения вид-но, что из каждой молекулы глюкозы образуется 2 молекулы спирта и 2 молекулы С0 2 .

В процессе спиртового брожения образуется четыре молеку-лы АТФ [см. уравнения (6) и (9)], но две из них затрачиваются на фосфорилирование гексоз [см. уравнения (1) и (3)]. Таким образом, запасается всего 2 г-моль АТФ.

Ранее указывалось, что на образование каждой грамм-моле-кулы АТФ из АДФ затрачивается 41,9 кДж, а в энергию двух молекул АТФ переходит соответственно 83,8 кДж. Следователь-но, при сбраживании 1 г-моль глюкозы дрожжи получают энер-гии около 84 кДж. В этом и заключается биологический смысл брожения. При полном расщеплении глюкозы на С0 2 и воду выделяет-ся 2874 кДж, а при окислении 1 г-моль глюкозы до С0 2 и Н 2 0 в процессе аэробного дыхания аккумулируется 2508 кДж, так как образующийся этиловый спирт еще сохраняет в себе потен-циальную энергию. Таким образом, с энергетической точки зре-ния брожение - процесс малоэкономичный.

Сбраживание отдельных Сахаров происходит в определенной последовательности, обусловленной скоростью их диффузии в дрожжевую клетку. Быстрее всех сбраживаются дрожжами глюкоза и фруктоза. Однако сахароза как таковая исчезает в сусле (инвертируется) еще в начале брожения. Она гидролизу-ется р-фруктофуранозидазой (3.2.1.26) оболочки дрожжевых клеток с образованием гексоз (глюкозы и фруктозы), которые легко используются клеткой. Когда в сусле почти не остается фруктозы и глюкозы, дрожжи начинают потреблять мальтозу.

§ 5. ВТОРИЧНЫЕ И ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ

Все вещества, получающиеся в результате сбраживания са-хара дрожжами, за исключением спирта и С0 2 , относятся к вто-ричным продуктам спиртового брожения. Кроме них, имеются побочные продукты спиртового брожения, которые образуются не из сахара, а из других веществ, находящихся в сбраживае-мом субстрате. К ним относятся амиловый, изоамиловый, изо-бутиловый и другие спирты, известные под названием сивушного масла.

Из вторичных продуктов спиртового брожения известны глицерин, уксусный альдегид, пировиноградная, уксусная, ян-тарная, лимонная и молочная кислоты, ацетоин (ацетилметил-карбинол), 2,3-бутиленгликоль и диацетил. В аэробных условиях пировиноградная кислота является также исходным веществом для цикла трикарбоновых кислот (цикла Кребса), по которому из нее образуются уксусная, лимонная, яблочная и янтарная кислоты. Высшие спирты образуются тоже из пировиноградной кислоты путем аминирования ее до аланина, который в свою очередь переаминируется в соответствующую кетокислоту. В ус-ловиях спиртового брожения кетокислоты, восстанавливаясь, образуют высшие спирты. Поэтому вторичные и побочные про-дукты спиртового брожения строго разграничить нельзя.

Уксусный альдегид может испытывать дисмутацию с обра-зованием уксусной кислоты и этилового спирта (реакция Кан-ниццаро):

СН 3 СОН + СН 3 СОН + Н 2 0 = СНзСООН + СН 3 СН 2 ОН.

Одна из молекул альдегида окисляется в кислоту, а другая восстанавливается в спирт. В щелочной среде одна молекула

Уксусного альдегида вступает в окислительно-восстановитель-ную реакцию со второй молекулой уксусного альдегида; при этом образуются этиловый спирт, уксусная кислота и одновре-менно с ними глицерин, что выражается таким суммарным урав-нением:

2C 6 Hi 2 0 6 + Н 2 0 = 2СН 2 ОНСНОНСН 2 ОН + СН 3 СН 2 ОН + СН 3 СООН + 2С0 2 .

Глицерин образуется в небольшом количестве при спиртовом брожении. При изменении условий брожения его производство можно осуществить в промышленном масштабе.

Глицерин и уксусный альдегид являются промежуточными продуктами спиртового брожения. На последнем этапе нормаль-но протекающего процесса брожения происходит восстановле-ние значительной части уксусного альдегида в этанол. Но если уксусный альдегид связать сульфитом натрия, то направление спиртового брожения изменится в сторону образования больших количеств глицерина.

Удаление уксусного альдегида из сбраживаемой среды суль-фитом натрия представляется в следующем виде:

СН 3 СНО + Na 2 S0 3 + H 2 OW CH 3 CHONaHS0 2 + NaOH.

Уксусный альдегид, образовавшийся при декарбоксилирова-нии пировиноградной кислоты, в результате связывания суль-фитом не может служить акцептором водорода. Место уксусно-го альдегида занимает фосфодиоксиацетон, который получает водород от восстановленного НАД-Н 2 , образуя а-глицерофос-фат. Эта реакция катализируется ферментом глицерофосфатде-гидрогеназой. Под действием фосфатазы «-глицерофосфат де-фэсфорилируется, превращаясь в глицерин. Таким образом, в присутствии Na 2 S03 протекает глицерино-альдегидное броже-ние:

С 6 Н 12 0 6 = CH3CHO + СН 2 ОНСНОНСН 2 ОН + С0 2 .

Сахар Ацетальдегид Глицерин

С увеличением количества сульфита натрия, вводимого в сбраживаемую среду, соответственно увеличивается количество связанного альдегида и ослабляется образование этанола и С0 2 .

Образование кислот и ацетоина. Янтарная кислота образует-ся дегидрированием и конденсацией двух молекул уксусной кис-лоты с одной молекулой уксусного альдегида (гипотеза В. 3. Гва-ладзе и Женавуа):

2СН 3 С00Н + СН 3 СНО -* С00НСН 2 СН 2 С00Н + СН 3 СН 2 ОН.

В процессе спиртового брожения янтарная кислота образует-ся также дезаминированием глютаминовой кислоты. Акцепто-ром водорода в этой реакции является триозоглицериновый аль- Дегид, поэтому реакция дезаминированйя сопровождается одно-временным накоплением глицерина:

C 6 Hi 2 0 6 + COOHCH2CH2CHNH2COOH + 2Н 2 0 = СО0НСН 2 СН 2 С0ОН -Ь

Глюкоза Глютаминовая кислота Янтарная кислота

2СН 2 ОНСНОНСН 2 ОН 3 + NH 3 + С0 2 .

Глицерин

Амми>ак потребляется дрожжами на синтез белка, а глице-рин и янтарная кислота при этом выделяются в среду.

Образование лимонной кислоты, по Лафону, происходит из. девяти молекул уксусного альдегида:

9СН 3 СОН + 4Н 2 0 = (СН 2 СООН) 2 С (ОН) СООН + 6СН 3 СН 2 ОН.

Лимонная кислота

Образование молочной кислоты объясняют восстановлением пировиноградной кислоты:

СНзСОСООН + Н 2 -> СН 3 СН (ОН) СООН.

Пировиноградная Молочная кислота

Однако полагают более вероятным ее образование в резуль-тате гидролиза промежуточного продукта спиртового броже-ния - фосфоглицеринового альдегида:

СНОСНОНСН 2 ОР0 3 Н 2 + Н 2 0 -* СН 3 СН (ОН) СООН + Н 3 Р0 4 .

Фосфоглицериновьш Молочная кислота

Альдегид

Конденсацией уксусной кислоты с ацетальдегидом объясня-ют образование ацетоина:

1) СНзСООН + СН 3 СНО->-СНзСОСОСНз + Н 2 0;

Диацетил

2) СН3СОСОСН3 + СНзСНО -4 СН3СОСНОНСН3 + СНзСООН.

Сначала образуется диацетил; затем путем дисмутации со-пряженного окисления-восстановления за счет воды диацетила с ацетальдегидом образуется ацетоин.

При восстановлении ацетоина образуется 2,3-бутиленгли-коль:

СН 3 СОСНОНСНз + НАД ■ Н 2 *± СН 3 СНОНСНОНСН 3 + НАД.

Механизм образования некоторых вторичных продуктов спиртового брожения еще не совсем ясен, однако не подлежит сомнению, что уксусный альдегид является основным исходным веществом для синтеза вторичных продуктов брожения.

Среди вторичных продуктов преобладают уксусная и янтар-ная кислоты, а также 2,3-бутиленгликоль и уксусный альдегид-В весьма малых количествах находятся ацетоин и лимонная кис-лота.

^ Образование высших спиртов. Своеобразным побочным про-дуктом спиртового брожения являются высшие спирты. Иссле-дованиями И. Я- Веселова установлено, что высшие спирты при брожении возникают главным образом в период размножения

Дрожжей. В этот период интенсивность обмена веществ связана с образованием кетокислот из продуктов превращения углево-дов с переаминированием их. Переаминирование заключается в обмене радикалами CH(NH) 2 и СО между аминокислотой и ке-токислотой. Так, образование аланина из лейцина и пировино-градной кислоты представляется в таком виде:

(CH 3)2CHCH 2 CHNH 2 COOH -f CH3COCOOH -> СН 3 СНСН 3 СН 2 СОСООН +

Лейцин Пировиноград- Изонронилвиноградная

Ная кислота кислота

CH 3 CHNH 2 COOH.

Изопропилвиноградная кислота, подвергаясь (аналогично

Пировиноградной кислоте в схеме спиртового брожения) декар-

Боксилированию, превращается в изовалериановый альдегид,

Который восстанавливается до изоамилового спирта:

СН 3 СНСН 3 СН 2 СОСООН -> (СН 3) 2 СНСН 2 СНО -*- СН 3 СНСН 3 СН 2 СОН.

Изопропилвиноградная Изовалериановый Изоамиловый

Кислота альдегид спирт

Аналогичным путем из изолейцина образуется амиловый, из валина изобутиловый спирты.

Таким образом, синтез новых аминокислот происходит с уча-стием пировиноградной кислоты, которая играет роль главного моста между углеводным и азотистым обменом в дрожжевой клетке.

На образование высших спиртов влияет ряд факторов. По мере увеличения или уменьшения нормальной температуры бро-жения количество высших спиртов сокращается. При примене-нии рН сбраживаемой среды от 3 до 5 накопление высших спиртов увеличивается, а при дальнейшем увеличении рН - уменьшается. Аэрация среды благоприятствует синтезу высших спиртов: в аэрируемой среде содержание изобутилового и изо-амилового спиртов увеличивается. Введение аминокислот в сбраживаемую среду, содержащую сахарозу, также стимулиру-ет накопление высших спиртов. Образование сивушного масла в культуральной среде возрастает с накоплением биомассы дрожжей. Содержание высших спиртов в сбраживаемой среде можно уменьшить путем торможения размножения дрожжей.

^ Образование эфиров. При участии эстераз дрожжей протека-ют реакции этерификации, в которых участвуют спирт и кисло-ты. В общем виде реакция этерификации представляется так: RCH 2 OH + RiCOOH -> RCOOCH 2 R! + Н 2 0.

Так, при взаимодействии этанола с уксусной кислотой обра-зуется уксусноэтиловый эфир (этилацетат):

С 2 Н 5 ОН + СН3СООН 5s CH 3 C0 2 C 2 H s + Н 2 0.

Образование эфиров протекает легче, когда компонен тами этой реакции являются альдегиды. Альдегиды легко подверга- ются окислительно-восстановительным превращениям и дают на-чало образованию кислот, спиртов, эфиров. При этом все пре-вращения альдегидов могут осуществляться как самостоятель-ные реакции без затраты энергии.

Так, образование эфиров может происходить за счет альде-гидов:

RCHO + HOCRi ->- RCOOCHjRj.

Альдегиды могут претерпевать альдольную конденсацию: СН 3 СНО + С"НзСНО = СН 3 СНОНСН 2 СНО.

Образующееся вещество содержит одновременно альдегид-ную и гидроксильную (алкогольную) группы.

При взаимодействии со спиртом уксусный альдегид превра-щается в диэтилацеталь:

СН 3 СНО + 2С 2 Н 5 ОН -* СНзСН (ОС,Н 5) 2 + Н 2 0.

В результате сбраживания Сахаров и всех сопутствующих, процессов сусло в пивоварении и виноделии превращается в го-товый продукт (пиво, вино). Все находящиеся в нем вещества обусловливают его аромат и вкус. Так, высшие спирты (пропи-ловый, амиловый, изоамиловый, тирозол, триптофол) обладают характерным запахом и дают сложные эфиры, которые уже имеют более приятные, смягченные запахи. 2,3-Бутиленгликоль. и глицерин обладают сладким вкусом.

В спиртовом производстве сброженную среду называют зре-лой бражкой, из которой путем отгонки на брагоректификацион-ных аппаратах получают спирт. Образующиеся в ходе брожения этиловый спирт и СОг выходят из клеток наружу в сбраживае-мую среду. Спирт хорошо растворяется в сбраживаемом сусле, в любых соотношениях и равномерно распределяется в нем. СОг! же сначала растворяется в сусле, а по мере насыщения его вы-деляется в виде газовых пузырьков. На поверхности газовых пузырьков появляется адсорбционный слой из поверхностно-ак-тивных веществ (белки, пектин). При слипании отдельных пу-зырьков получаются ячейки пены. Постепенно поверхность-сбраживаемого сусла покрывается пеной.д