Активация дрожжей в питательной смеси без муки

Интенсификация энергетических процессов переключения дрожжевых клеток с дыхательного на бродильный тип жизнедеятельности (прессованные дрожжи и дрожжевое молоко), а также выведение их из состояния преданабиоза для эффективной регенерации и ориентации на бродильный тип жизнедеятельности (сушеные дрожжи), перестройка их ферментного комплекса для катализа брожения, повышение реакционной способности к вос­становительным процессам и брожению, повышение эффективности и экономичности процесса активации обусловлены следующим.

Гидролизат из дробленого зерна ячменя, кукурузы, а также смеси ячменя и кукурузы представлен широким спектром аминокислот. Наличие аминокислот, важнейшими из которых являются аспарагиновая и глутаминовая, стимулирует жизнедеятельность дрожжей. Наличие сахаров (глюкозы, фруктозы, мальтозы, сахарозы) усиливает влияние аминокислот.

Гидролизаты из дробленого зерна кроме указанных компонентов содержат аминный азот, витамины (никотиновую, пантотеновую и фолиевую кислоты, биотин, рибофлавин, пиридоксин, тиамин) и микроэлементы (медь, кальций, магний, кобальт, железо) в количествах, интенсифицирующих биохимические процессы.

Электрохимическая обработка, разрушая конгломераты дрожжевых клеток и улучшая проницаемость мембран, приводит к увеличению скорости поступления питательных веществ смеси в дрожжевую клетку. Подводимая энергия затрачивается не только на осуществление химических реакций, но и на увеличение потенциальной энергии. Молекулы воды, ассоциации клеток, гидратированные ионы и микрочастицы совершают колебательные движения. При их резонансе возникают кванты энергии, способные деформировать связи, изменять структурную характеристику системы, разрушать конгломераты. При микроскопировании суспензии сушеных дрожжей установлено, что электрохимическая обработка в течение 2,5—3,5 мин при плотности тока 6,6 мА/м² позволяет практически полностью разрушить конгломераты дрожжевых клеток. При снижении плотности тока до 4,7 мА/м² их число уменьшается вдвое, а при 2,4 мА/м² разрушение конгломератов не наблюдается. Увеличение плотности тока до 9,4 мА/м² вызывает гибель дрожжевых клеток до 20 % общего количества.

Следует отметить, что эффект активации наблюдается при электрохимической обработке, если в среде имеются питательные и биологически активные вещества, обеспечивающие жизнедеятельность дрожжевых клеток.

В процессе окислительно-восстановительных реакций, которые ускоряются за счет электрохимической обработки, происходят высвобождение энергии и образование химически активных метаболитов. Последние вызывают энергичную перестройку дрожжевой клетки на бродильный тип жизнедеятельности. Питательные вещества среды представлены электролитами и неэлектролитами. Наиболее важными из группы неэлектролитов являются сахар и аминокислоты, из электролитов — катионы металлов и анионы. Распределение неорганических веществ внутри клетки и вне ее обусловливает электрические свойства живой клетки.

Электрохимическая обработка обеспечивает более эффективную диссоциацию молекул солей в среде, тем самым благоприятствует их большей проницаемости как в клетку через мембрану, так и из клетки в среду. При этом обеспечивается равновесие между клеткой и питательной средой: поток ионов из клетки равен потоку их в клетку.

Эффект активации заключается в улучшении подъемной силы дрожжей в 2,8 раза. Так, при исходной подъемной силе по шарику от 14 до 16 мин последняя после обработки составляет от 5 до 6 мин. В живом организме дрожжевой клетки находятся чрезвычайно тонкие и чувствительные элементы — сложные белки (ферменты), которые в естественных условиях способствуют протеканию биохимических реакций. Электроактивация, по-видимому, повышает производительность мембран и способствует более интенсивному действию ферментов. Она влияет на энергетическое состояние компонентов биохимических реакций без изменения их химического состава и окружающей среды. Этот эффект обусловлен транс-мембранным потенциалом, который возникает при электрохимической активации. Энергия активирующего воздействия оказывает влияние на скорость и направление процессов, протекающих с преодолением энергетического барьера, а именно на реакции переноса заряда через биологические мембраны.

Ферментативная активность дрожжей, определенная на приборе Елецкого, характеризуется временем (мин) накопления водного раствора хлорида натрия плотностью 1200 кг/м³ в объеме 40 см³ при сбраживании клетками 10%-го раствора сахара.

Необработанные дрожжи имеют низкую a-глюкозидазную активность — 190 мин (рис. 3.8). Обработка дрожжей позволяет улучшить эту основную биотехнологическую характеристику в 2,2 раза. Зимазная активность неактивированных дрожжей составляет 65 мин, а активированных при сбраживании: сахарозы — 37—43 мин; глюкозы — 36—40; фруктозы — 31—30 мин.

Рис. 3.8. Ферментативная активность дрожжей (мин) при сбраживании углеводов:

1 — дрожжи без активации; 2, 3 и 4 — дрожжи, активированные в питательных смесях соответственно с ячменным, ячменно-кукурузным и кукурузным гидролизатом с электрохимической обработкой

Подъемная сила дрожжей после обработки и выдержки улучшается в 2—3 раза. Создание рН среды в интервале 4,8—5,2 за счет электрохимической активации способствует повышению биотехнологических показателей дрожжевых клеток.

Уменьшение дозы гидролизата и воды до 1,75 и 4,0 % или увеличение соответственно до 2,75 и 6 % снижает эффективность обработки дрожжевых клеток, что выражается в незначительном улучшении подъемной силы дрожжей — на 4—5 мин. Снижение или увеличение содержания сухих веществ в смеси снижает ее биологические свойства, уменьшает контакт микроорганизмов с питательными веществами из-за сдвига рН электроактивированной смеси от 5,0 в кислую зону до 4,4 или щелочную — соответственно до 5,8.

Практическое значение процесса состоит в том, что при пред­варительной обработке дрожжевых клеток исключается расход ценного пищевого сырья и сухих веществ питательной смеси, так как выдержка их в ней не превышает 15 мин (при традиционной обработке затраты сухих веществ составляют 0,8—1,0 %). Продолжительность процесса активации сокращается более чем в 2 раза. Подъемная сила дрожжевых клеток независимо от их предактивированного состояния улучшается и не превышает 6 мин.

Использование активированных дрожжей способствует ин­тенсификации процесса брожения и накопления кислот. Так, за 90 мин брожения теста, замешенного на активированных дрожжах, выделяется 150 см³ СО₂, при этом кислотность его составляет 3 град; для достижения этой же кислотности в тесте, приготовленном на дрожжах без активации, период брожения увеличивается на 40 %. При использовании активированных дрожжей технологический цикл приготовления теста сокращается, снижаются затраты на брожение с 3,0 до 1,6 %, при этом интенсифицируется процесс брожения и накопления кислот, сокращается продолжительность цикла на 40 % и повышается экономич­ность процесса.

Аналогичный эффект достигается при предварительной обработке дрожжевого молока и сушеных дрожжей.

Использование комплексного воздействия ингредиентов питательной смеси и электрохимической обработки для улучшения биотехнологических показателей дрожжевых клеток позволяет значительно улучшить качественные характеристики хлебобулочных изделий: объем на 10 %, пористость на 9 % и удельный объем на 5 %. Следовательно, комплексное воздействие электрохимической активации и компонентов питательной смеси, состоящей из гидролизатов дробленого зерна — ячменя, смеси ячменя и кукурузы, кукурузы и воды, интенсифицирует энергетические процессы в дрожжевой клетке, выводит ее из состояния преданабиоза. Происходят эффективная регенерация и ориентация дрожжей на бродильный тип метаболизма, перестраивается ферментный комплекс, повышается реакционная способность к восстановительным процессам и брожению.

Гидролизаты сохраняют свои свойства при 20 °С в течение года. Для хранения используют установки и оборудование, которые применяют для патоки.

Активация дрожжей проходит при обработке их водной суспензии в процессе перемещения ее в электромагнитном поле со скоростью 1,0—3,0 м/мин с одновременным насыщением кисло­родом до содержания его в суспензии 16—20 мг/дм³.

Содержание О₂в суспензии до 17 мг/дм³ приводит к возрастанию a-глюкозидазной активности на 20 %, а зимазной — на 13,6%. Подъемная сила дрожжей и бродильная их активность улучшаются соответственно на 100 и 23 %.

Многообразие способов, различный состав питательных смесей и параметров процесса активации, физические и электрохимические методы обработки дрожжевой суспензии позволяют специалистам хлебопекарной отрасли выбрать наиболее приемлемый вариант для конкретного производства.

Эти способы малооперационны, обладают технологической гибкостью, эффективны, экономически целесообразны и практически исключают затраты основного сырья. Перспективными являются питательные смеси для активации хлебопекарных дрожжей, содержащие вторичные продукты пищевой и перерабатывающей промышленности.

Контрольные вопросы и задания

1.        Что представляют собой хлебопекарные дрожжи? Охарактеризуйте их тип жизнедеятельности при размножении и брожении.

2. Какие ферменты входят в зимазный и мальтазный комплексы хлебопекарных дрожжей?

3. Какие два типа адаптивных механизмов характерны для дрожжевых клеток?

4. Что понимают под a-глюкозидазной активностью дрожжей?

5. Перечислите производственные штаммы и расы дрожжей. Каковы их достоинства и недостатки?

6. Дайте сравнительную характеристику биотехнологических свойств хлебопекарных прессованных дрожжей, выпускаемых дрожжевыми и спиртовыми заводами.

7. Какие из перечисленных свойств (анабиоз, автолиз, плазмолиз, мутация, адаптация и агглютинация) дрожжевых клеток используются в производстве хлебо­пекарных дрожжей, а какие — в технологии хлеба?

8. Какие способы активации прессованных дрожжей вы знаете и какие вы предпочли бы внедрить на юге России?

9. Почему гидролиз декстринированного крахмала различными глюкоамилазами не всегда протекает полностью?

10. Какие технологические операции необходимо осуществить при получении высокоосахаренных ферментативных гидролизатов? Перечислите продукты гидролиза, накапливающиеся при действии глюкоамилазных ферментных препаратов глюкаваморин Г10х и глюкделемарин П10х. Почему глюкделемарин П10х гидролизует крахмал на 98 %, а глюкаваморин Г10х — на 88 %?

11. Охарактеризуйте способность дрожжевых клеток к сбраживанию сахарозы, глюкозы и фруктозы.

12. Что понимают под электрохимической активацией? Какое влияние она оказывает на метаболизм дрожжевой клетки и почему?

13. Перечислите достоинства многокомпонентной питательной смеси, применяемой для активации сушеных дрожжей. Какова роль каждого составляющего компонента?

14. Какова роль кислорода или воздуха в процессе регенерации дрожжевых клеток при активации?

15. Какой, на ваш взгляд, из перечисленных способов наиболее эффективный и экономичный и почему?