Исследование морфологических и физиологических свойств дрожжей рода Sacharomyces, используемых в пивоварении, для определения штамма, обладающего наибольшей эффективностью в осуществлении главного брожения и дображивания

Известно, что в пивоварении огромное влияние на вкус и аромат пива оказывают осуществле­ния главной биотехнологической стадии производства пива — брожения и дображивания.

Дрожжи должны обладать определенными морфологическими и физиологическими свойства­ми, чтобы обеспечить необходимый вкус и аромат пиву.

Для исследования были отобраны пивные дрожжи Sacharomyces cerevisiae штаммы И-1, И-2, И-4, М-И-ХІ, М-И-ХН, Питер 129, Питер 145, Питер 148, 397 и Sacharomyces carlsbergensis штаммы 11, 776, 919 — всего 12 штаммов, предоставленных кафедрой «Биотехнология» МГУПП, кафедрой пищевой биотехнологии С.-П. Университета Холода и Пищевых Технологий и НПО «Элевар».

Для подержания дрожжей использовали плотную среду сусло-агар. При изучении куль ральных и физиологических признаков использовались среды Городковой, Сабуро, пивное сладь сусло и специализированные среды для изучения ассимиляции источников углерода и азота в < ответствии с определителем Лоддер.

Сбраживанию подвергалось 11%-ное охмеленное сусло с Бадаевского пивзавода, сваренное ; рецептуре пива «Жигулевское», имеющее стандартные показатели. Контроль за ходом брожені осуществлялся весовым методом по убыли СО₂ и по накоплению этилового спирта. Физиологиче кое состояние дрожжей при развитии культуры оценивали по концентрации и размерам клето, числу упитанных, почкующихся, мертвых особей, приросту биомассы с использованием методо принятых в микробиологических исследованиях, и рассчитывали константу скорости роста, вр мя генерации.

Результаты исследований являются средними из не менее трех повторностей. Полученные Э1 спериментальные данные анализировали статистическими методами при 5%-ном уровне значі мости.

Морфологический анализ культур проводился при росте в жидкой и на твердой питательны средах. Опытные данные показали, что все культуры являются низовыми и дают достаточн плотный осадок к концу роста в 11 % сусле.

При росте на агаризованном сусле пигментация всех штаммов почти одинакова (от светло-кре мового до бежевого), диаметр образуемых колоний варьируеь от 1 до 5 мм (самые крупные колонні образуют S. cerevisiae штаммы П-145 и М-И-ХП). Профиль колоний чаще выпуклый, некоторьн культуры имеют шероховатую матовую поверхность ( S. carsbergensis 776 и 11) и более густую кон систенцию (S. cerevisiae 397 и И-1), остальные — гладкую блестящую поверхность и более жидкук сметанообразную консистенцию.

Исследуемые дрожжи, несмотря на макроморфологическую схожесть, имеют все же некоторые отличия на микроморфологическом уровне, которые отчасти определяют физиологические и тех­нологические отличия культур. Так, клетки имеют различную форму (от круглых до овально­вытянутых и яйцевидных) и достаточно сильно отличаются по размерам — от 8 мкм (S. cerevisiae штаммы 397; И-2; И-4; П-129; П-145) до 12-20 мкм по большему диаметру (S. cerevisiae М-И-ХІ; М-И-ХП; П-148). Крупные клетки способствуют более быстрому оседанию дрожжей из осадка большей рыхлости, что обеспечивает лучший обмен веществ у дрожжей из-за большей возможнос­ти доставки питательных веществ из среды и удаления секретируемых метаболитов.

Определено, что все изучаемые культуры имеют высокое содержание упитанных клеток (70-90 %), максимальная активность размножения для большинства культур приходится на вторые-третьи сутки роста, высокой удельной скоростью роста отличаются штаммы S.

Анализ экспериментальных данных по ассимиляции изучаемыми дрожжами источников уг­лерода показал, что все расы в большей или меньшей степени усваивают сахарозу, глюкозу, мальтозу, галактозу. S. cerevisiae 397 усваивает все 11 исследуемых сахаров. По отношению к ис­точникам азота наиболее «капризными» оказались расы S. carsbergensis 919, S. cerevisiae И-2 и П-148. Лучше всех других источников азота усваивается (NH4)2SO4. Мочевину дрожжи асси милируют с разной силой, наиболее хорошо она усваивается cerevisiae штаммы 397, И-1, М-И-ХІ, М-И-ХП. Нитрат калия особенно хорошо ассимилируется S. cerevisiae 397, S. carsber gensis 11 и 776.

Изучаемые дрожжи наиболее легко сбраживают такие сахара, как мальтоза, глюкоза, фрукто­за, сахароза, но ни один штамм не сбраживает декстрины, а также лактозу и арабинозу. Мальтот- риоза сбраживается не всеми штаммами и немного медленнее, чем моносахариды, однако, следует отметить, что дрожжи S. cerevisiae штаммы И-2, М-И-ХП, П-145 сбраживают ее интенсивнее по сравнению с другими штаммами. Это имеет важное значение на стадии дображивания, где, в основ­ном, сбраживается этот сахар, а от его содержания зависит и степень сбраживания готового пива.

Такие источники углерода, как рамноза и маннит сбраживаются исследуемыми штаммами из­бирательно и с разной силой (в основном среднее или слабое брожение), в чем также проявляются их отличия.

Благодаря несколько отличающимся ферментативным системам штаммов дрожжей, они спо­собны накапливать при брожении различное количество этилового спирта и вторичных метаболи­тов, таких как высшие спирты, альдегиды, кислоты, эфиры, диацетил, ацетоин, определяющих вкус и аромат готового пива (см.

Установлено, что наибольшее количество этанола образуется в молодом пиве при использова­нии S. cerevisiae М-И-ХП, П-148, И-1 (3,14; 3,12; 3,10 % масс., соответственно). Наименее глубо­кое выбраживание дали штаммы S. cerevisiae И-4 (2,80% масс.) и S. carsbergensis 919 (2,68% масс.). Содержание высших спиртов в молодом пиве варьирует от 6,53 мг/100 мл (S. cere­visiae П-129) до 8,10 мг/100 мл (S. cerevisiae М-И-ХІ). Для светлого молодого пива желаемым уров­нем высших спиртов является примерно 8 мг/100 мл, близкие результаты получены с использова­нием S. cerevisiae М-И-ХП, S. carsbergensis 11, S. cerevisiae И-1 (7,94; 8,00; 8,05 мг/100 мл, соответ­ственно). Такое содержание высших спиртов не вызывает дефекта вкуса и аромата пива.

Концентрация альдегидов для разных образцов молодого пива находится в интервале 1,00 мг/100 мл (штамм П-145) + 1,42 мг/100 мл (штамм И-1).

Особое место в характеристике пива занимает концентрация диацетила, имеющего очень низ­кий вкусовой порог. Экспериментально показано, что относительно низкое содержание диацетила было в образцах молодого пива с применением S. cerevisiae штаммы М-И-ХП (0,69 мг/л), М-И-ХІ (0,72 мг/л), И-1 (0,76 мг/л) и S. carsbergensis 11 (0,79 мг/л). Концентрация ацетоина колеблется от 2,20 мг/л (штамм И-4) до 2,70 мг/л (штамм 397).

Экспериментальные данные по технологическим параметрам сведены в таблицу 2.

Бродильную энергию определяли по учету объема образовавшейся углекислоты при сбраживании 10% -ного раствора мальтозы. Показано, что наиболее активное сбраживание происходит при использовании S. cerevisiae штаммов М-И-ХІ, М-И-ХП, И-2, П-148 (в среднем на 15 — 25% выше, чем аналогичные данные при использовании S. carsbergensis 919, S. cerevisiae П- 129 и И-4).

Флокулирующая способность дрожжей является важным показателем, от которого зависят сте­пень сбраживания, осветление пива, редукция диацетила и т. д. Экспериментально установлено что при оседании дрожжей в стандартном объеме физиологического раствора в течение 12 минут исследуемые расы дают осадок в диапазоне 25 — 36 мм; очень хорошие результаты (не менее 28 мм) дали штаммы 11 (31), И-1 (32 мм), М-И-ХІ (33 мм), М-И-ХИ (36 мм).

При проведении главного брожения 11% охмеленного сусла в течение 7 суток по классической технологии в исследуемых образцах молодого пива достигается видимая степень сбраживания от

Рис. 1. Накопление этилового спирта (% ) дрожжами рода Sacharomyces в процессе главного брожения (сбраживание осуществлялось на 11% охмеленном сусле при 7 "С в течение 6 суток)

Табл. 1. Накопление в идентичных условиях некоторых метаболитов различных штаммов дрожжей в сброженной среде (11%-е охмеленное сусло)

Табл. 2. Технологические показатели процесса сбраживания 11%-ного охмеленного сусла для 12-ти исследуемых штаммов дрожжей

56,0% (штамм И-4) до 59,1 (штамм М-И-ХП). Нормативные показатели молодого пива во всех 12 образцах отвечали требованиям, предъявляемым к нормальному ходу процесса брожения.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что питерские штаммы, являясь, в основ­ном, активно и быстросбраживаюгцими дрожжами, не всегда обеспечивают желательный уровень метаболитов, обслуживающих букет пива. Из классических наиболее активна культура S. carsber­gensis 11, но даже она, несомненно, по ряду показателей уступает штаммам S. cerevisiae М-И-ХИ, М-И-ХІ и И-1. Основываясь на проведенных исследованиях, для светлых сортов наиболее перспек­тивными приняты дрожжи S. cerevisiae М-И-ХП, обеспечивающие хорошую флокуляцию, уме­ренный выход вторичных метаболитов, ответственных за вкус и аромат напитка, а также позволя­ющие получить пиво с более низким уровнем вицинальных дикетонов в сравнении с широкорас­пространенными классическими расами. Особенно этот вывод важно учитывать, если проводится процесс сбраживания пивного сусла повышенными дозами засевных дрожжей в главном брожении и повышенных температурах.

2.