БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДРОЖЖЕЙ

Скорости и направления биохимических реакций, вызываемых дрожжевыми клетками, подвержены адаптивному регулированию. Изменяя концентрацию растворенных веществ в питательной смеси, можно обеспечить поддержание структуры и функции ферментов с регуляцией их активности.

Взаимосвязь дрожжевых клеток с питательной средой, приспособление к этой среде и изменение ее применительно к своим потребностям создают благоприятные физико-химические условия и предопределяют активность ферментов, дополнительный их синтез, ускоряют и обеспечивают тем самым внутриклеточные биохимические превращения. Эти процессы способствуют также проявлению индуцированного синтеза ферментов.

Поступление в клетку веществ, необходимых для осуществления конструктивного и энергетического обмена, является сложным процессом и важнейшей стороной обмена веществ. При этом клетка способна вовлекать простые исходные ингредиенты питательной среды в процесс метаболизма. Из небольшого числа простых исходных молекул клетка синтезирует разнообразные биомолекулы, из последних — тонкоспецифические макромоле­кулы и надмолекулярные комплексы. Эти молекулы придают дрожжевой клетке уникальные свойства, характерные для живой клетки.

Для дрожжевых клеток характерны два типа адаптации: при­способление макромолекулярных клеток, при котором изменяется количество уже имеющихся типов макромолекул, например фермента a-глюкозидазы, и приспособление на функциональном уровне, когда изменение эффективности макромолекулярных систем, в частности ферментов, не связано с изменением их числа. Адаптация второго типа характеризуется явлением метаболической регуляции — увеличением или уменьшением активности ферментов в связи с процессами перехода от аэробной жизнедеятельности (период культивирования клеток) к состоянию преданабиоза (прессованные и сушеные дрожжи) и затем к анаэробной жизнедеятельности (период брожения в хлебопекарных полуфабрикатах).

Эти регуляторные процессы зависят от состава и концентраций веществ в клетке и вне ее, присутствия ингибиторов и активаторов ферментов.

Факторами, влияющими на рациональный ход технологического процесса и качество продукции, являются исходная биотехнологическая активность дрожжей и способность их адаптироваться к анаэробным условиям жизнедеятельности в полуфабрикатах. От этих факторов зависят их бродильная активность, углеводный и азотный обмен, образование ферментов.

Условия культивирования биомассы Saccharomyces cerevisiae на дрожжевых заводах способствуют образованию в дрожжах активного ферментного зимазного комплекса, а также фермента β-фруктофуранозидазы. Условий для накопления и закрепления в них фермента a-глюкозидазы нет. Ферменты восстановительного действия в клетках находятся в малоактивном состоянии, потому что аэрация культуральной среды и отсутствие в ней ин­дуктора (мальтозы) не стимулируют их синтез. Поэтому встречаются прессованные дрожжи, которые интенсивно сбраживают моносахара и сахарозу после гидролиза ее β-фруктофуранозидазой, но плохо сбраживают мальтозу.

Эти дрожжи обладают хорошей подъемной силой — не более 70 мин, а на 60—90 мин брожения им достаточно собственных сахаров муки. Поэтому в начале процесса брожения дрожжи должны «переключиться» с дыхательного типа жизнедеятельности на бродильный, при этом изменяется, их внутренняя структура, уменьшается потребление кислорода на дыхание и дрожжи начинают расходовать моносахара и сахарозу муки, затем процесс затормаживается вновь, так как дрожжевые клетки плохо сбраживают мальтозу, накапливающуюся при гидролизе крахмала в тесте. Особенно это отражается при расстойке тестовых заготовок.

В связи с этим в хлебопекарных полуфабрикатах, для разрыхления которых используют прессованные хлебопекарные дрожжи Saccharomyces cerevisiae, основная роль принадлежит ферментам восстановительного действия, т. е. бродильного типа. Жизнедеятельность клеток в таких средах резко отличается от жизнедеятельности при накоплении биомассы, поэтому бро­дильная активность в начале процесса брожения проявляется недостаточно.

Для характеристики хлебопекарных свойств дрожжей необходимо контролировать a-глюкозидазную активность дрожжей, которая выражается количеством времени (мин), в течение которого 1 г прессованных дрожжей в 4—5%-м растворе мальтозы образует при 30 °С 20 см³ диоксида углерода. Однако a-глюкозидаза — адаптивный фермент, который живая клетка вырабатывает в благоприятных условиях, т. е. если в культуральной среде присут­ствует мальтоза.

Процесс брожения хлебопекарных полуфабрикатов довольно длителен. После использования собственных сахаров муки дрожжевые клетки испытывают недостаток в сбраживаемых углеводах, так как накопившуюся в тесте мальтозу они не могут усвоить, если отсутствует фермент a-глюкозидаза.

В противоположность β-фруктофуранозидазе фермент a-глюкозидаза локализуется в цитоплазме. Чтобы дрожжевая клетка могла использовать мальтозу, этот углевод должен проникнуть внутрь клетки и там гидролизоваться до глюкозы. Проникновение мальтозы через клеточную мембрану осуществляется под действием фермента мальтозопермеазы. Внутри клеток мальтоза гидролизуется с помощью a-глюкозидазы до двух молекул глю­козы, которые подвергаются сбраживанию.

Мальтазная активность (a-глюкозидазная) хлебопекарных прессованных дрожжей тем выше, чем концентрированнее питательная среда и лучше аэрация. Однако следует отметить, что высокая активность a-глюкозидазы не всегда соответствует высокой суммарной сбраживающей способности дрожжей. Нет также закономерной связи между величиной активности зимазного комплекса и a-глюкозидазы.

Применение прессованных дрожжей с пониженной активностью a-глюкозидазы отрицательно влияет на процесс брожения, особенно при безопарном способе приготовления теста, когда дрожжи должны проявлять свою сбраживающую способность тотчас после замеса теста. Несколько по-иному протекает процесс при опарном способе приготовления теста. При созревании опары в течение нескольких часов происходит адаптация (приспособление клеток к новым условиям жизнедеятельности — составу среды, температуре, рН и др.) дрожжевых клеток к среде, содержащей мальтозу. Дрожжи, индуцируя фермент a-глюкозидазу, приобретают возможность сбраживать этот сахар. В связи с этим при опарном способе интенсивность образования этанола и диоксида углерода в тесте практически не зависит от исходной активности a-глюкозидазы. Однако брожение опары при низкой активности этого фермента протекает менее интенсивно и процесс активизируется только после адаптации дрожжей, в результате продолжительность созревания опары увеличивается. Следовательно, для сокращения периода брожения опары целесообразно применять дрожжи с a-глюкозидазной активностью. (Поэтому перед работниками дрожжевой промышленности стоит задача выработки дрожжей с высокой a-глюкозидазной активностью, а перед работниками хлебопекарной промышленности — разработка технологических мероприятий и получение питательных смесей для повышения биохимической активности дрожжей, устранения периода адаптации.

Для хлебопекарного производства большое значение имеет использование сушеных дрожжей при выработке хлеба. В процессе адаптации и активации дрожжевые клетки должны приобрести свойства, присущие свежевыработанным прессованным дрожжам: высокую активность зимазного и мальтазного комплексов, хорошую подъемную силу, а выделяющийся глутатион не должен оказывать отрицательного влияния на реологические свойства теста.

С целью создания оптимальных параметров для жизнедеятельности дрожжей в анаэробных условиях и обеспечения высокой физиологической активности дрожжи перед внесением их на замес мучного полуфабриката (опары или теста) необходимо предварительно выдерживать в специально приготовленной питательной смеси. Эффект такого приема заключается в повышении энергии брожения за счет перестройки энергетического обмена с дыхательного на бродильный и зависит в основном от наличия питательных веществ в смеси, от их доступности для потребления дрожжевой клеткой и от специфического физического воздействия на нее, а также от рас и штаммов, которые были использованы для получения хлебопекарных прессованных дрожжей.