ВЕЩЕСТВА, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИКРООРГАНИЗМОВ

УГЛЕРОД- И АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ КОМПОНЕНТЫ, ВИТАМИНЫ

В качестве источников углерода в питательных смесях используются глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза, раффиноза и низкомолекулярные декстрины.

Азотсодержащие вещества питательных смесей представлены белками и небелковыми азотистыми компонентами муки — свободными аминокислотами и амидами. Протеиназы муки, гидролизуя белки, снабжают микрофлору заквасок водорастворимыми азотистыми соединениями. Однако, несмотря на такую обеспеченность, введение дополнительных источников азотсодержа­щих веществ значительно улучшает жизнедеятельность молочнокислых бактерий и дрожжевых клеток.

Ржаная обдирная мука обладает максимальной протеолитической активностью при рН 4,0 (0,75 ед/г); при рН 3,5 протеолитическая активность равна 0,6 ед/г; при рН 4,5 и 5,0 — соответственно 0,47 и 0,23 ед/г. Определенное влияние на накопление аминного азота оказывают ферменты муки и кислотность среды.

В жидких ржаных заквасках накопление аминного азота происходит в результате кислотного и ферментативного гидролиза белковых веществ муки, но в большей степени — за счет кислотности среды: при кислотном гидролизе накопление аминного азота за 4 ч увеличивается на 11 %.

Lactobacillus brevis l; Lactobacillus casei 26; Lactobacillus plantarum 30; Lactobacillus fermenti 34 не выделяют экзопротеазы, но синтезируемые ими органические кислоты способствуют накоплению аминного азота в жидких ржаных заквасках.

Наилучшим источником азота для дрожжей, в том числе заквасочных, является аммонийный, хотя дрожжи могут покрывать потребность в азоте за счет аминокислот и низкомолекулярных декстринов.

Дрожжи и молочнокислые бактерии остро нуждаются в витаминах и стимуляторах роста. Выделенные из заквасок штаммы бактерий ауксотрофны по отношению к биотину, витаминам B₆ и В₁₂, пиридоксину, пиридоксалю, пантотеновой и фолиевой кислотам, витаминам В₁ и В₂. Дрожжевые клетки неодинаково реагируют на наличие этих веществ. Установлено, что большинство их нуждается в присутствии в среде инозита, пантотеновой кислоты и биотина, а изредка — в тех же веществах в сочетании с тиамином и пиридоксамином.

Для молочнокислых бактерий, выделенных из закваски, необходимы аргинин, цистин, лейцин, метионин, фенилаланин, триптофан и тирозин. Наличие глицина, изолейцина, лизина, пролина, серина обязательно для некоторых видов. Так, отсутствие в среде пролина резко сказывается на нормальном развитии Lactobacillus brevis.

Стимулирующее действие на дрожжи оказывает глутаминовая кислота, особенно в присутствии в среде сахара. Пиридоксин в составе ферментов катализирует превращение аминокислот. Пантотеновая кислота, являясь частью кофермента А, играет важную роль в освобождении энергии из углеводов, белков и жиров, в синтезе жирных кислот, ацетилхолина. У некоторых бактерий пантотеновая кислота в составе кофермента А способствует синтезу диацетила, что влияет на аромат изделий.

Биотин в качестве кофермента принимает участие в карбокси-лировании пирувата (пировиноградной кислоты) до оксалоацетата (щавелево-уксусной), а также принимает участие в дезаминировании некоторых аминокислот.

В ржаной муке полностью отсутствуют такие вещества, как пантотеновая и аскорбиновая кислоты, холин, недостаточно биотина, не всегда в ней содержатся витамины Е и В₆. Витамин В₆ в незначительных количествах синтезируется дрожжами и несколько покрывает его дефицит в питательной смеси при воспроизводстве заквасок. Отсутствие пантотеновой кислоты и биотина снижает активность микроорганизмов.

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Для обеспечения роста и развития дрожжевые клетки нуждаются в ряде неорганических соединений — фосфоре, магнии, небольшом количестве железа и меди, в микроэлементах — йоде, боре, кобальте, марганце и олове. Для молочнокислых бактерий особенно важны марганец, препятствующий автолизу клеток и обеспечивающий нормальные процессы жирового обмена, медь, железо, натрий, калий, фосфор, йод, сера и магний.

Минеральные соли в клетке необходимы для регулирования осмотического давления, активации ферментных систем, регулирования величины рН и окислительно-восстановительного потенциала.

Характерной особенностью микроэлементов является влияние на биохимические процессы даже небольшого их количества. Это объясняется их способностью вступать в органоминеральные комплексы, в результате чего активность микроэлементов возрастает в сотни, тысячи, а иногда и миллионы раз по сравнению с исходным состоянием. Установлена способность микроэлементов образовывать комплекс с нуклеиновыми кислотами, влиять на физико-химические свойства, структуру рибосом. Комплексы с нуклеиновыми кислотами образуются за счет связи между металлом, фосфатной группой и основанием.

Из макроэлементов наибольшее значение для жизнедеятельности дрожжей имеют фосфор, калий, натрий, магний и кальций. Общее содержание фосфора в сахаромицетах составляет от 3,2 до 4,4 % сухой массы дрожжей, т. е. зола дрожжей наполовину состоит из фосфора. Он входит в состав белков, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, фосфорных эфиров, углеводов, ферментов, липидов и витаминов. Фосфор играет важнейшую роль в энергетических процессах клетки, участвуя в образовании богатых энергией макроэргических связей. Калий — главный катион цитоплазмы, специфически активирует дрожжевую альдолазу. Наряду с ионами магния ион калия необходим для действия пируват-карбоксилазы. В дрожжах содержится 0,3—0,4 % магния. Он стимулирует фосфатазы, нуклеазы и ферменты, участвующие в процессах фосфорилирования.

Минеральный состав ржаной муки достаточно богат, но в ней отсутствуют такие необходимые для жизнедеятельности элементы, как бор, кобальт, сера и олово.

При получении ржаных заквасок и жидких дрожжей основным источником питательных веществ для бродильной и кислотообразующей микрофлоры мучных полуфабрикатов является ржаная мука. В 100 г ржи содержится до 0,3 % глюкозы, до 0,92 % арабинозы, до 0,36% фруктозы, до 0,1 % раффинозы, до 0,57% сахарозы, а также мальтоза в виде следов. Среднее содержание сбраживаемых сахаров составляет 0,7—1,8 % СВ зерна. Микроор­ганизмы используют дополнительно сахара, образующиеся в результате гидролиза крахмала под действием a- и β-амилаз ржаной муки. Однако высокая влажность жидких биологических разрыхлителей создает дефицит указанных веществ, что вызыва­ет конкуренцию между дрожжевыми клетками и молочнокислыми бактериями. В целом содержание усвояемых сахаров, витаминов, биостимуляторов и неорганических соединений в муке не­достаточно для обеспечения активной жизнедеятельности микрофлоры жидких полуфабрикатов.

БИОСТИМУЛЯТОРЫ

Изыскание биологически активных компонентов, позволяющих создать наиболее полноценную питательную смесь для культивирования микроорганизмов и сократить или исключить расход муки на приготовление жидких биологических разрыхлителей, — одна из важных и актуальных задач хлебопекарной отрасли.

Для повышения содержания сбраживаемых сахаров и стимуляции развития дрожжевой микрофлоры в питательную смесь вносят осахаренную неферментированным солодом или ферментными препаратами амилолитического действия заварку. Самоосахаренная заквашенная заварка из пшеничной муки второго сорта влажностью 86 % содержит около 4 % редуцирующих сахаров, а с использованием неферментированного солода или ферментных препаратов — 10—15 %.

При сбраживании заквашенной заварки расходуется всего около 1,5% имеющихся в среде сахаров. В процессе брожения жидкие дрожжи только незначительную долю сахаров расходуют на построение дрожжевых клеток. В то же время в жидких дрожжах содержание редуцирующих сахаров колеблется от 0,2 до 1,5 % к массе жидких дрожжей. Однако при внесении в заварку амилаз, обеспечивающих увеличение в среде сахаров, улучшается качество жидких дрожжей и увеличивается число клеток в них. Это объясняется увеличением в среде доли водорастворимых веществ.

Увеличение содержания сахаров в составе питательной смеси заквасок возможно путем использования ферментативных и кислотных гидролизатов, в том числе из черствого хлеба. Ферментативная обработка черствого хлеба с получением полуфабрикатов двух типов — глюкозных и мальтозных, содержащих 20—60 % сахаров на сухое вещество (ГосНИИХП), длительна. Кроме того, крахмал черствеющего хлеба весьма устойчив к действию амилаз.

Возможно применение кислотного гидролизата муки с содержанием от 60 до 80 % редуцирующих веществ в пересчете на сухое вещество и от 4 до 10 % аминного азота. Муку, предварительно разведенную водой, обрабатывают соляной кислотой и используют при выработке пшеничных сортов хлеба.

Для повышения бродильной активности микроорганизмов применяется свекольный порошок, содержащий до 70 % сахарозы. Его рекомендуется вносить непосредственно при замесе теста вместо сахара, а при выработке заварных сортов — в заварку. Лучшие результаты получены при введении сахарсодержащего свекольного порошка в дрожжевую суспензию для активации дрожжевых клеток. Внесение 4,5—5 % порошка увеличивает мас­совую долю белка в хлебе на 4 %, кальция на 4, фосфора на 3, железа на 13 %, обогащает продукт витаминами: В₁ на 46 %, В₂ на 10 и РР на 11%.

При культивировании чистой культуры Lactobacillus delbriieckii используют растительные биостимуляторы — картофельный сок и кукурузный экстракт. Биопрепарат, полученный лиофильной сушкой молочнокислых бактерий штамма 30-1, вносят при приготовлении жидких дрожжей.

Для обогащения питательной смеси при культивировании бактерий усвояемыми азотистыми веществами вводят выделенный из шрота подсолнечника изолированный белок или соевый белковый продукт с содержанием белка 43,5 % на СВ, томатные выжимки с содержанием белка 35 % на СВ, аммонийные соли, белковые ферментолизаты и изоляты дрожжей.

Соевый белковый продукт вводят в процессе приготовления заварки в количестве 10 и 20% к общей массе муки в заварке, томатные выжимки — 15—25 %. В заквашенной заварке, обогащенной белками, содержание аминного азота повышается и соответственно интенсифицируется размножение дрожжей и улучшаются их биотехнологические свойства.

За рубежом в качестве добавок, содержащих значительное количество белковых веществ, используют высушенную и размолотую люцерну, клевер, сушеные яблочно-грушевые выжимки и др. Однако сведений об их применении для ржаных заквасок нет.

Рост, развитие и размножение дрожжей, как и других микро­организмов, связаны с синтезом белков — одного из наиболее важных компонентов клетки.

При культивировании дрожжей на мучных заквашенных заварках каждые 10 млрд клеток, что соответствует 100 см³ жидких дрожжей, усваивают 20—24 мг аминного азота. В заквашенных заварках из муки второго сорта, приготовленных с активным солодом, содержание аминного азота составляет в среднем 28,5 мг.

Для интенсификации процесса культивирования дрожжевых клеток и улучшения их биотехнологических свойств предусматривают перемешивание или периодическую аэрацию смеси воздухом или кислородом, применение ферментных препаратов амилолитического и глюкоамилазного действия или их композиций.

Кроме того, для обогащения мучных питательных смесей ре­комендуется использовать виноградные и растительные шроты — побочные продукты масложировой промышленности, содержащие ценные белковые и минеральные компоненты. Использование размельченных семян томатов и томатного жмыха для обогащения питательной смеси аминокислотами на стадии приготовления заварки приводит к интенсификации процесса заквашивания заварок, улучшения подъемной силы дрожжей.

Сырье, используемое для получения питательной смеси, должно иметь низкие пенообразующую способность и стойкость пены. При интенсивном пенообразовании нарушается режим дозировки дрожжей на замес теста, что приводит к снижению качества продукции и увеличению металлоемкости дрожжевых цехов.

Наибольшим пенообразованием обладают жидкие дрожжи, приготовленные на питательной смеси из муки второго сорта: применение ржаной обдирной муки снижает пенообразование в 1,4 раза. Жидкие дрожжи хорошего качества получают при использовании кукурузной муки и молекулярного кислорода. Пе­нообразование смеси муки пшеничной второго сорта и кукурузной в соотношении 50: 50 снижается почти в 1,7 раза, а при насыщении этой смеси кислородом — в 2,1. В тесте, приготовленном на таких дрожжах, интенсифицируются образование кислот и процесс брожения (продолжительность созревания опары со­кращается в 1,6 раза, теста — в 2, безопарного теста — в 2 раза). Качество готового хлеба улучшается, вкус и аромат хлеба более выражены.

Для нормального развития молочнокислых бактерий и дрожжевых клеток необходим целый ряд аминокислот, которые в полном составе представлены в белках сои.

Другой культурой, богатой белками, является чечевица. По массовой доле белка в семенах она превосходит горох, фасоль, уступая только сое (табл. 2.3).

Таблица 2.3