Перспективы применения комплексной добавки для улучшения биотехнологических характеристик дрожжей Saccharomyces cerevisiae

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License

Маслов А.В. и др. Вестник ВГУИТ, 2024, Т. 86, №. 3, С. 96-101 Введение

Энергетический обмен в клетках дрожжей S. cerevisiae происходит путем потребления углеводов, которые метаболизируются по пути гликолиза до этанола и диоксида углерода. При использовании дрожжей в хлебопекарном производстве выделяющийся диоксид углерода разрыхляет тесто. Предпочтительным источником углерода для дрожжей S. cerevisiae являются глюкоза и фруктоза, а также сахароза после гидролиза до глюкозы [8, 10]. В пшеничном тесте моно- и дисахариды присутствуют в небольшом количестве. Основным углеводом пшеничного теста является крахмал, который под действием амилолитических ферментов гидролизуется до мальтозы [6]. В пшеничном тесте, приготовленном без добавления сахарозы, ранее существовавшие свободные сахара полностью ферментируются в течение первого часа, и в тесте остается только мальтоза, полученная из крахмала. Поэтому дрожжи, используемые при приготовлении теста, должны обладать высокой способностью усваивать не только глюкозу, фруктозу, но и мальтозу [4].

Активность ферментов дрожжевых клеток, участвующих при усвоении углеводов, зависит от наличия в питательной среде соответствующих сахаридов. В частности, известно, что индукция и подавление генов, задействованных при метаболизме глюкозы, зависит от присутствия или отсутствия глюкозы в среде для культивирования дрожжей [3].

Другие исследования показывают, что дрожжи S. cerevisiae способны реагировать на присутствие широкого спектра питательных веществ в окружающей среды с помощью сенсорных и сигнальных путей, которые идентифицируют питательные вещества, определяют их приблизительные концентрации, а также объединяют информацию из этих нескольких сигналов для регулирования экспрессии генов, роста, размножения и морфологии клеток [9, 11].

Описанные свойства дрожжевых клеток применяются в технологиях хлебопекарного производства в виде предварительной активации, которая проводится с целью улучшения биотехнологических свойств дрожжей [7]. Предварительная активация заключается в выдержке дрожжей в питательной среде, содержащей компоненты, которые способны ускорить синтез ферментов, задействованных в усвоении дрожжевыми клетками углеводов. Предварительная активация приводит к уменьшению себестоимости хлебопекарной продукции за счет сокращения длительности технологического процесса производства [2].

В последние годы наблюдается тенденция увеличения интереса к обогащенным пищевым продуктам. Проводятся исследования для создания хлебобулочных изделий повышенной пищевой ценности с применением растительного сырья [1]. Обзор литературы показал, что недостаточно широко представлены способы предварительной активации дрожжей с применением пищевых комплексных добавок, предназначенных для повышения пищевой ценности хлебобулочных изделий.

Цель работы – исследование влияния предварительной активации прессованных хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae в питательной среде с пищевой комплексной добавкой на их биотехнологические характеристики: подъемную силу и ферментативную активность (зимазная, мальтазная).

Пищевая комплексная добавка включает в себя источники биологически активных веществ природного происхождения: пророщенная спельта, мука пшеничная обойная, порошки семян тыквы, грибов вёшенок и ягод крыжовника.

Материалы и методы

Биотехнологические характеристики дрожжей оценивали путем определения подъемной силы и ферментативной активности (зимазная, мальтазная). Подъемную силу дрожжей определяли по методу всплывания шарика теста. Зимазную и мальтазную активность дрожжей оценивали газометрическим методом [7].

Предварительную активацию дрожжей проводили следующим образом. Готовили питательную среду влажностью 70% путем смешивания пищевой комплексной добавки и водопроводной воды температурой 32 °C. В готовую питательную среду вносили прессованные дрожжи и выдерживали при температуре 32 °C в течение 20, 30 и 40 мин. В качестве контрольных значений использовали результаты измерения подъемной силы и ферментативной активности дрожжей без выдерживания дрожжей в питательной смеси и без внесения пищевой комплексной добавки (Контроль 1), а также без выдерживания дрожжей в питательной смеси, но с внесением пищевой комплексной добавки (Контроль 2).

Результат представляли в виде среднего значения со стандартным отклонением.

Результаты

Исследовано влияние продолжительности предварительной активации дрожжей S. cerevisiae в питательной среде с пищевой комплексной добавкой на подъемную силу. Результаты представлены в таблице 1.

Продолжительность предварительной активации | Pre-activation duration	Подъемная сила, мин Lift force, min
0 мин (Контроль 1) 0 min (Control 1)	14,13 ± 1,03
0 мин (Контроль 2) 0 min (Control 2)	11,18 ± 0,12
20 мин | 20 min	5,94 ± 0,31
30 мин | 30 min	6,98 ± 0,47
40 мин | 40 min	9,23 ± 0,14

Составлено авторами | Compiled by the authors

Таблица 1.

Влияние продолжительности предварительной активации дрожжей S. cerevisiae в питательной среде с пищевой комплексной добавкой на подъемную силу

Table 1.

Effect of duration of pre-activation of

S. cerevisiae yeast in nutrient medium with food complex additive on lifting force

Увеличение времени выдерживания дрожжей в питательной среде приводило к увеличению подъемной силы дрожжей. Оптимальная продолжительность предварительной активации дрожжей составляла 20 минут.

В дальнейшем определение влияния предварительной активации дрожжей S. cerevisiae на ферментативную активность проводили при оптимальной продолжительности предварительной активации. Результаты исследования приведены в таблице 2.

Таблица 2. Влияние предварительной активации дрожжей S. cerevisiae в питательной среде с комплексной добавкой на ферментативную активность

Table 2.

Effect of pre-activation of S. cerevisiae yeast in nutrient medium with complex additive on enzymatic activity

Продолжительность предварительной активации, мин Pre-activation duration, min	Ферментативная активность, мин Enzyme activity, min
	Зимазная Zimaznaya	Мальтазная Maltaznaya
0 мин (Контроль 1) 0 min (Control 1)	57,76 ± 1,36	149,52 ± 1,43
0 мин (Контроль 2) 0 min (Control 2)	24,64 ± 0,42	32,23 ± 0,24
20 мин | 20 min	15,36 ± 0,73	27,92 ± 0,32

Составлено авторами | Compiled by the authors

Обсуждение

Исследования показали, что применение пищевой комплексной добавки способствует увеличению подъёмной силы прессованных дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Как видно из таблицы 1, внесение пищевой комплексной добавки способствует увеличению подъёмной силы дрожжей даже без выдерживания дрожжей в питательной среде (Контроль 2). Показатель подъемной силы для данного образца был на 20,8% выше по сравнению с образцом без добавления пищевой комплексной добавки и без выдерживания в питательной среде (Контроль 1). Полученные результаты свидетельствуют о том, что пищевая комплексная добавка содержит компоненты, которые легко усваиваются дрожжами. Максимальный показатель подъемной силы наблюдался при выдержке дрожжей в питательной среде в течение 20 мин. При этом подъёмная сила дрожжей возрастала на 46,9% по сравнению с Контролем 2. Дальнейшее увеличение времени выдержки вело к снижению подъемной силы. Вероятно, это обусловлено многомпонентным составной пищевой комплексной добавки, которая содержит не только сахара, содержащиеся в муке (например, глюкозу), а также другие моно-и дисахариды. В результате предварительной активации ферментный комплекс дрожжевых клеток приспосабливался к составу питательной среды. В первую очередь увеличивалась активность ферментов, субстратом для которых выступали основные компоненты питательной среды. Затем, когда основные источники энергии для дрожжей закончились, интенсифицировалась активность ферментов, отвечающих за усвоение остальных компонентов питательной среды. Сходные данные, демонстрирующие избирательность в усвоении углеводов дрожжами, приведены в исследовании [10].

Показатель подъемной силы является обобщённым показателем. В хлебопекарном производстве используются более специфичные показатели, характеризующие способность дрожжей усваивать конкретные сахара. Например, зимазная и мальтазная активности [5, 7].

Результаты исследования демонстрируют положительное влияние предварительной активации дрожжей S. cerevisiae на зимазную и мальтазную активности (таблица 2). Зимазная активность образца дрожжей с пищевой комплексной добавкой и без активации (Контроль 2) на 57,3% выше по сравнению с образцом дрожжей без добавки и без предварительной активации (Контроль 1). При этом зимазная активность дрожжей S. cerevisiae , прошедших предварительную активацию, на 73,4 и 37,7% выше по сравнению с (Контролем 1) и (Контролем 2), соответственно. Сопоставимые данные получены относительно мальтазной активности. Так, мальтазная активность Контроля 2 на 78,4% выше по сравнению с (Контролем 1). Мальтазная активность предварительно активированных дрожжей S. cerevisiae на 81,3 и 13,4% выше по сравнению с

Маслов А.В. и др. Вестник ВГУИТ, 2024, Т. 86, №. 3, С. 96-101 (Контролем 1) и (Контролем 2), соответственно.

Полученные данные подтверждают данные о положительном влиянии предварительной активации прессованных дрожжей на их биотехнологические показатели, полученные в исследованиях авторов [5, 7].

Заключение

Исследовано влияние предварительной активации хлебопекарных дрожжей S. cerevisiae на подъемную силу, зимазную и мальтазную активности. Установлено, что оптимальная продолжительности предварительной активации составляет 20 минут. Показано, что предварительная активация дрожжей увеличивает подъёмную силу, зимазную и мальтазную активности.

Практическая значимость исследования заклю-ча-ется в оптимизации процесса предварительной активации прессованных хлебопекарных дрожжей Saccharomyces сеrеvisiае с использованием пищевой комплексной добавки. Применение предварительной активации дрожжей на хлебопекарных предприятиях будет способствовать сокращению технологического цикла производства продукции, за счет чего увеличится производительность и снизится себестоимость готовой продукции. Дальнейшие исследования следует направить на совершенствование технологии производства хлебобулочных изделий с использованием предварительной активации дрожжей в питательной среде, содержащей пищевую комплексную добавку.