Влияние сахарозы и мальтозы на размножение дрожжей saccharomycescerevisiae

DOI: –1202–2016–1–215–220

На протяжении многих лет в бродильной промышленности для производства хлебопекарных дрожжей, приготовления пива, вина, спирта, получения различных напитков брожения используют дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae [1, 2].

Согласно принятой на данный момент систематике, основанной на генетических исследованиях, дрожжи, используемые в бродильной промышленности [3] и рассматриваемые ранее в качестве самостоятельных видов – S. еllipsoideus, S. uvarum, S. carlsbergensis, S. ovi-formis, S. Vini, отнесены к одному виду – Saccharomyces cerevisiae [4–6].

Дрожжи рода Saccharomyces являются гетеротрофными микроорганизмами, которые в качестве источника энергии для своей жизнедеятельности используют только энергию связи органических соединений углерода – необходимых для биосинтеза компонентов. К таким соединениям относятся различные углеводы (сахароза, мальтоза, глюкоза, а также фруктоза, мальтотриоза и в меньшей степени некоторые другие сахара), содержащиеся в солодовом сусле и свекловичной мелассе, которые в основном и используются в современных бродильных производствах в качестве питательных сред для дрожжей [4].

Технология бродильных производств включает в себя получение чистой культуры дрожжей (ЧКД), которую затем используют для приготовления целевого продукта. Качество готового продукта и эффективность технологического процесса во многом зависят от технологии выращивания и физиологического состояния ЧКД [5, 6].

Получение максимального количества ЧКД с высокой физиологической активностью возможно при обеспечении благоприятных условий для их интенсивного размножения. Одним из таких условий является оптимальная концентрация углеводов в среде культивирования.

Цель данной работы заключалась в изучении влияния концентрации сахарозы в мелас-сном сусле и мальтозы в солодовом сусле на размножение дрожжей, используемых в различных бродильных производствах.

Объекты и методы исследования.

Объектами исследования являлись в наибольшей степени известные и используемые в соответствующих отраслях бродильной промышленности штаммы дрожжей: ЛВ7 – хлебопекарные; W34/70 – пивные (Weihenstefphan); Ethanol Red – спиртовые (Fermentis Lesaffre); LittoLevure CHA – винные.

В качестве питательных сред использовали свекловичную мелассу (ГОСТ Р 52304 – 2005), основным углеводом которой является сахароза, и солодовое сусло, содержащее в большей степени мальтозу. Помимо углеводов, данные среды содержат необходимые для размножения дрожжей ростовые вещества. В раствор мелассы дополнительно вносили сахарозу для получения ее концентрации в питательной среде – 9, 12, 16 и 20 %. Аналогично готовили растворы солодового сусла с мальтозой. Начальная концентрация дрожжей во всех вариантах составляла 1,5 ·106 ± 0,2 клеток в 1 см3.

Дрожжи культивировали 24 часа при температуре 25±1 ºС в условиях простой периодической культуры.

Каждые 4 часа производили отбор проб культуральной жидкости и подсчёт дрожжевых клеток с помощью камеры Горяева.

Удельную скорость деления дрожжей рассчитывали по формуле.

Результаты и обсуждение.

При культивировании в питательной среде с концентрацией сахарозы 9 % дрожжи всех исследованных штаммов размножались практически с одинаковой скоростью, конечная концентрация клеток дрожжей всех штаммов составила около 40 млн/см3 (рисунок 1). В сусле с такой же концентрацией мальтозы динамика размножения винных и пивных дрожжей была на таком же уровне, как и в среде с сахарозой, однако спиртовые и хлебопекарные размножались с большей активностью, и в конце культивирования их концентрация достигала 50 млн/см3 (рисунок 2). Лаг-фаза у дрожжей всех штаммов при культивировании в обеих средах практически отсутствовала.

Дипельносп. куп, титрования. ч

Рисунок 1. Размножение дрожжей в питательной среде с содержанием сахарозы в количестве 9%

Рисунок 2. Размножение дрожжей в питательной среде с содержанием мальтозы в количестве 9%

Увеличение концентрации сахарозы до 12 % не повлияло на размножение хлебопекарных и винных дрожжей, но привело к снижению скорости размножения спиртовых и в особенности пивных дрожжей. Конечная концентрация спиртовых дрожжей снизилась до 30 млн/см3 , а пивных – до 25 млн/см3. Кроме того, при размножении пивных дрожжей продолжительность лаг-фазы составила около 4-х часов

(рисунок 3). В таких же условиях, но в среде с мальтозой лаг-фаза при размножении пивных и спиртовых дрожжей составила 1 час, у остальных дрожжей отсутствовала. Повышение концентрации мальтозы в питательной среде до 12 % повлияло на активность размножения всех исследуемых штаммов дрожжей в меньшей степени, чем сахароза (рисунок 4).

Рисунок 3. Размножение дрожжей в питательной среде с содержанием сахарозы в количестве 12%

Рисунок 4. Размножение дрожжей в питательной среде с содержанием мальтозы в количестве 12%

Увеличение концентрации сахарозы в среде культивирования до 16 % привело к задержке размножения всех исследованных штаммов дрожжей, при этом лаг-фаза составила: 4; 8;

12; 16 час для хлебопекарных, винных, спиртовых и пивных соответственно. Конечная концентрация клеток дрожжей снизилась соответственно до: 20; 10 и 5 млн/см3 (рисунок 5).

Рисунок 5. Размножение дрожжей в питательной среде с содержанием сахарозы в количестве 16%

Повышение количества мальтозы в питательной среде также вызвало снижение активности размножения дрожжей всех штаммов, однако, в меньшей степени (рисунок 6).

Рисунок 6. Размножение дрожжей в питательной среде с содержанием мальтозы в количестве 16%

В питательном растворе с концентрацией сахарозы 20 %, пивные и спиртовые дрожжи практически не размножались. Винные дрожжи размножились всего лишь до 5, а хлебопекарные до 15 млн клеток в см3 (рисунок 7). Мальтоза в этой же концентрации оказывала менее ингибирующее воздействие на дрожжи всех штаммов, продолжительность лаг-фазы составляла от 2-х до 4-х часов (рисунок 8).

Результаты исследования свидетельствуют о том, что эффект Кребтри, обусловленный повышением концентрации углеводов в среде культивирования, в большей степени проявляется при размножении дрожжей в среде с сахарозой. Наиболее адаптированными к повышенным концентрациям сахарозы являются винные и хлебопекарные дрожжи, мальтозы – хлебопекарные и спиртовые.

Рисунок 7. Размножение дрожжей в питательной среде с содержанием сахарозы в количестве 20%

Рисунок 8. Размножение дрожжей в питательной среде с содержанием сахарозы в количестве 20%

Приведенные результаты также подтверждаются данными по изменению удельной скорости деления клеток исследованных штаммов дрожжей при культивировании в питательных средах с различной концентрацией сахарозы и мальтозы (рисунки 9 и 10).

Рисунок 9. Влияние концентрации сахарозы в среде культивирования на удельную скорость деления клеток различных штаммов дрожжей

Рисунок 10. Влияние концентрации мальтозы в среде культивирования на удельную скорость деления клеток различных штаммов дрожжей

Проведенные исследования показали, что для выращивания чистой культуры дрожжей на любом производстве по выпуску напитков бро- жения и хлебопекарных дрожжей более целесообразно использовать питательную среду, содержащую мальтозу в концентрации не более 12 %.