Применение дрожжей рода Saccharomyces в пищевой и фармацевтической промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Тульский Государственный университет

Кафедра Биотехнологии

Применение дрожжей рода Saccharomyces в пищевой и фармацевтической промышленности

Выполнил:

Ст. гр. 430801

Киреева Н.Н.

Проверил:

Преподаватель

Чепурнова М.А.

Тула, 2013

История

Виноделие, пивоварение и хлебопечение существуют уже несколько тысячелетий. Естественно, что за это время были отселекционированы сотни видов заквасок, которые используются для приготовления самых различных сортов вина и пива. Однако лишь в начале XIX в. были высказаны предположения, что за спиртовое брожение, вызываемое этими заквасками, ответственны присутствующие в них дрожжи, увиденные впервые в 1680 г. Антони ван Левенгуком. Эти дрожжи были описаны в 1837 г. Мейеном, который дал им название Saccharomyces. К концу ХIХ в. стало известно, что сахаромицеты, выделенные из различных заквасок и различных сортов вина и пива, различаются по физиологическим свойствам, например, по способности к сбраживанию различных сахаров. В дальнейшем на основании таких физиологических различий в роде Saccharomyces было описано несколько десятков видов. Однако в последние годы методами молекулярной и генетической таксономии было показано, что большинство этих «видов» на самом деле представляют собой различные физиологические расы нескольких близких биологических видов, главным образом Saccharomyces cerevisiae. Это такие «виды», как, например, Saccharomyces vini, Saccharomyces ellipsoides, Saccharomyces oviformis, Saccharomyces cheresiensis, Saccharomyces chevalieri и десятки других, которые сейчас переведены в разряд синонимов Saccharomyces cerevisiae. Большинство этих «видов» - это отселекционированные веками расы - такой же продукт человеческой деятельности, как сорта культурных растений. В природе их найти иногда просто невозможно. Однако, недавно Г.И.Наумов обнаружил, что дикие популяции Saccharomyces cerevisiae распространены на Дальнем Востоке в сокотечениях дуба. Он предположил, что Дальний Восток - центр видообразования этих дрожжей. Кроме вина и пива, ставшими наиболее популярными, в мире производится множество разнообразных традиционных алкогольных напитков: сакэ на Востоке, текила в Южной Америке, помбе в Африке и т.д. Они различаются по типу исходного сырья, способами осахаривания полисахаридов, видами добавок. В некоторых случаях для сбраживания используются виды дрожжей, отличные от Saccharomyces cerevisiae.

Новый этап в развитии бродильных процессов начался после работ Пастера, Коха и других корифеев микробиологии, которые ввели в практику метод чистых культур. Тем не менее, до конца ХIХ в. дрожжи применялись лишь в виноделии, пивоварении и хлебопечении. Двадцатый век с его безудержным развитием промышленности резко расширил и области применения дрожжей. Они стали выращиваться в больших масштабах в качестве источника белка и витаминов для сельскохозяйственных животных. Дрожжи - основной источник технического этанола. С помощью дрожжей сейчас получают большой спектр соединений, использующихся в разных областях человеческой деятельности. К ним относятся витамины, различные полисахариды, липиды, которые могут служить заменителями растительных масел, разнообразные ферменты, используемые в пищевой промышленности. Развитие генетической инженерии позволило использовать легко культивируемые дрожжи для получения многих полезных веществ животной и растительной природы, например инсулина.

Дрожжи в пивоварении

брожение дрожжи хлебопечение пивоварение

Пивоваренные дрожжи, как и все дрожжи, - это одноклеточные организмы без хлорофилла, по морфологическим признакам их относят к классу Ascomycetes, семейству Saccharomycetaceae.

Пиво является продуктом биохимической деятельности дрожжей. Наряду с составом сусла и технологическими условиями дрожжи играют ответственную роль в ходе процессов на всех стадиях производства пива и влияют на качество получаемого продукта. Важное значение для производства пива имеют физиологическое состояние дрожжей и условий их деятельности.

Пивоваренные дрожжи, сбраживающие моносахара и мальтозу, делят на две группы: верхового и низового брожения.

Дрожжи Saccharomyces cerevisiae являются дрожжами верхового брожения и в пивоварении используются редко, в основном для темных и специальных сортов пива.

Дрожжи Saccharomyces carlsbergensis относятся к дрожжам низового брожения. Они нашли широкое применение в пивоваренном производстве и используются для приготовления стандартного и сортового пива.

Верховые дрожжи сбраживают раффинозу на одну треть и образуют на поверхности сбраживающейся жидкости неосаждающуюся суспензию, имеющую вид плотной пены. Поэтому дрожжи этой группы получили название верховых, а пиво, для производства которого их применяют, называют пивом верхового брожения. Однако при использовании современных технологий при получении пива верхового брожения этот признак отсутствует: дрожжи в конце брожения оседают на дно аппарата. Процесс брожения верховыми дрожжами ведут при температуре 10--25 °С, при температуре ниже 10 °С он прекращается, после чего дрожжи оседают на дно.

Низовые дрожжи сбраживают раффинозу полностью. После сбраживания дрожжи агрегатируются в виде хлопьев и оседают на дно бродильного аппарата. Поэтому их называют низовыми дрожжами, а получаемое пиво - пивом низового брожения. Сбраживание низовыми дрожжами протекает при температуре 6-8 °С и прекращается при О °С. Отличия физиологии поведения дрожжей обеих групп заключаются в следующем. Предполагают, что клетки верховых дрожжей и пузырьки углекислого газа несут противоположные электрические заряды, поэтому взаимно притягиваются. У низовых дрожжей с пузырьками углекислого газа предполагается одинаковый заряд, так что они взаимно отталкиваются.

Основной отличительной особенностью разных групп дрожжей является их способность сбраживать раффинозу. Из ферментов, гидролизующих раффинозу, в ферментной системе низовых дрожжей находятся инвертаза и мелибиаза, а у верховых -  только инвертаза. В связи с этим верховые дрожжи сбраживают раффинозу только на треть. Инвертаза гидролизует трисахарид раффинозы до моносахарида фруктозы и дисахарида мелибиозы, который далее может быть расщеплен только мелибиазой, содержащейся в низовых дрожжах, до глюкозы и галактозы. Кроме того, у низовых дрожжей в отличие от верховых нет фермента сукцинат-дегидрогеназы (янтарной дегидрогеназы), который функционально связан с цитохромом с и дыхательным ферментом Варбурга. Этим объясняется меньшая способность к размножению у низовых дрожжей, чем у верховых.

Клетки пивоваренных дрожжей размерами 5...10х5...13 мкм имеют круглую или овальную форму, размножаются почкованием. Разница в форме отдельных клеток зависит от изменения состава среды, питания, наличия вредных примесей, в частности тяжелых металлов, изменения температуры и т. п. Значительные изменения формы дрожжевых клеток являются признаком дегенерации дрожжей. Здоровые дрожжи всегда наряду с крупными клетками имеют часть мелких, которые в период интенсивного роста не смогли еще достичь размеров взрослых клеток. При попадании дрожжей в неблагоприятные условия возникают сумки со ссорами, при этом вегетативные клетки превращаются в сумки со спорами. В одной сумке образуется 1-4, реже 8 спор.

Споры шаровидные или овальные с гладкими оболочками. В благоприятных условиях споры снова превращаются в почкующиеся клетки: перед этим происходит разбухание и копуляция прорастающих спор или их почек. На сусло-агаре обычно формируются гладкие, тускло-блестящие, белые с желтоватым оттенком колонии. Для Saccharomyces cerevisiae характерен бродильный тип усвоения сахаров; при сбраживании сахаров  образуется большое количество спирта, что определяет практическое значение дрожжей.

Суммарная реакции спиртового брожения:

C₆H₁₂O₆ = 2 C₂H₅OH + 2 CO₂ + 28 ккал

Требования, предъявляемые к пивным дрожжам:

Должны обладать высокой бродильной активностью. Бродильная активность определяется степенью сбраживания сусла, т.е. отношением массы сброженного экстракта к массе сухих веществ (СВ) в начальном сусле;

Должны обладать флокуляционной способностью, т.е. способностью медленно и полно оседать на дно бродильных аппаратов в конце главного брожения;

Должны иметь умеренную способность к размножению. Очень активное размножение дрожжей нежелательно, т.к. при этом расходуются экстрактивные вещества сусла и образуется большое количество побочных продуктов. В среднем в процессе брожения биомасса дрожжей увеличивается в 3…4 раза;

Должны быть стойкими к неблагоприятным условиям и инфицированию;

Должны обладать стойкостью морфологических и физиологических свойств;

Должны придавать пиву характерный вкус и аромат.

Дрожжи в хлебопечении

Роль дрожжей в хлебопекарном производстве заключается в разрыхлении теста. Дрожжи сбраживают сахара муки и мальтозу, образующуюся из крахмала с выделением спирта и углекислого газа. При этом образуются побочные продукты (уксусный альдегид, бутиловый, изобутиловый, изоамиловый спирты, органические кислоты, ароматические вещества - диацетил и ацетоин, эфиры и др.), которые создают вкус и аромат хлеба.

При производстве пшеничного хлеба применяют дрожжи Saccharomyces cerevisiae, а при производстве ржаного хлеба - дрожжи двух видов Saccharomyces cerevisiae и Saccharomyces minor, причем преобладают дрожжи второго вида. Дрожжи Saccharomyces minor отличаются более высокой кислотоустойчивостью, чем дрожжи первого вида, менее требовательны к источникам витаминного и азотного питания, более спиртоустойчивы.

Разновидности дрожжей:

Жидкие дрожжи. Используются на больших предприятиях по производству хлеба (хлебозаводах);

Прессованные дрожжи. Представляют собой спрессованные свежие дрожжи. Перед применением их следует растворить в тёплой жидкости. Одной чайной ложке сухих дрожжей соответствует 12 грамм прессованных;

Сухие активные дрожжи. В виде круглых гранул. Перед использованием их необходимо активировать, то есть растворить в тёплой жидкости, дать постоять некоторое время для размягчения и перемешать.

Сухие активные дрожжи появились впервые в Голландии в 1945 году и представляли собой сферические гранулы около 1мм в диаметре, фото 02. Для получения этого продукта дрожжевая масса высушивалась в течение от 10 до 20 часов в горизонтальном сушильном аппарате до влажности 7-8%. С появлением этого вида дрожжей исчезла острота проблемы хранения. Легкость и дешевизна транспортировки, нетребовательность к условиям хранения и стабильность качества - основные достоинства сухих активных дрожжей. Главный недостаток сухих активных дрожжей выражен в потере значительной части активности в процессе сушки. Причиной этого является неблагоприятный для дрожжевых клеток режим сушки, в ходе которого происходит разрушение значительного количества дрожжевых клеток;

Сухие быстрорастворимые дрожжи (инстантные, от англ. instant -- немедленный). В виде цилиндрических гранул. Не требуют предварительной активации, сразу добавляются в муку.

В 1972 году появилось второе поколение сухих дрожжей - инстантные дрожжи. Технология инстантных дрожжей заключалась в использовании специального метода быстрой сушки без повреждения клеточной мембраны и консервации дрожжей вакуумом. Сушка дрожжевой культуры осуществляется в горячем воздушном потоке, конечная влажность продукта составляет 4%. Время сушки сократилось до 20 минут;

Сухие дрожжи для ускоренной выпечки с увеличенной подъёмной силой.

Третье поколением сухих дрожжей возникло на стыке микробиологии и энзимологии. С давних времен люди знали о полезных свойствах ферментов в хлебопечении. Только совсем недавно стало возможным объединить достоинства инстантных дрожжей с полезными свойствами хлебопекарных ферментов. В середине 90-х удалось удачно объединить достижения в одном продукте. Суть разработки заключается в объединении достоинств современных инстантных дрожжей и высококонцентрированного комплекса специальных хлебопекарных ферментов (улучшителя) в одном продукте. Новое поколение дрожжей, активно помогает пекарю, улучшая качество изделий, стабилизируя и облегчая производственный процесс.

Требования, предъявляемые к хлебопекарным дрожжам:

Должны быть устойчивы к высоким концентрациям соли (до 3 - 4 %) и сахара в тесте;

Должны хорошо размножаться при оптимальных значениях рН 4,5…5,0 и температуре 26…28 ⁰С;

Должны обладать высокой бродильной энергией (мальтазной и зимазной активностью). Мальтазная активность - это время (в мин), необходимое для выделения 10 см³ СО₂ при сбраживании 10…20 см³ мальтозы при 30 ⁰С дрожжами, взятыми в количестве 2,5 % к объему среды. Мальтазная активность характеризует способность дрожжей гидролизовать мальтозу муки и зависит от активности содержащегося в дрожжах фермента мальтазы. Мальтазная активность дрожжей хорошего качества должна быть не более 100 мин. Зимазная активность - это время (в мин), необходимое для выделения 10 см³ СО₂ при сбраживании 10…20 см³ глюкозы при 30 ⁰С дрожжами, взятыми в количестве 2,5 % к объему среды. Зимазная активность дрожжей хорошего качества должна быть не более 60 мин. О бродильной активности хлебопекарных дрожжей можно также судить по их подъемной силе - периоду времени (в мин), в течение которого тесто, замешанное на испытуемых дрожжах, поднимается до определенного уровня в формочке. Все эти показатели относятся к технологическим показателям качества хлебопекарных дрожжей;

Должны быть стойкими к инфицированию при хранении в прессованном виде и в высушенном состоянии.

Дрожжи в виноделии

Дрожжи в естественных условиях присутствуют на поверхности плодов винограда, часто они заметны как светлый налёт на ягодах, образованный преимущественно Hanseniaspora uvarum. «Настоящими» винными дрожжами принято считать вид Saccharomyces cerevisiae, который в природе встречается лишь на 1 ягоде винограда из 1000. Однако эта раса дрожжей отличается значительно более высокой этанолоустойчивостью по сравнению с другими. Что в большинстве случаев приводит к тому, что именно она и выигрывает конкуренцию и подавляет остальные виды в процессе брожения вина.

Собранный виноград давят, получая сок (муст, виноградное сусло) с 10--25 % сахара. Для получения белых вин от него отделяют смесь косточек и кожуры (мезга), в мусте для красных вин она остаётся. Затем в результате брожения сахарам превращаются в этанол. Вторичные метаболиты дрожжей, а также соединения, полученные из них при созревании вина, определяют его аромат и вкус, также большое значение в дозревании уже перебродившего вина и придании ему аромата имеют молочнокислые бактерии, например Oenococcus oeni. Для получения ряда вин (например, шампанского) вторично сбраживают уже перебродившее вино.

Прекращение брожения связано либо с исчерпанием запасов сахаров (сухое вино), либо с достижением порога токсичности этанола для дрожжей. Хересные дрожжи Saccharomyces beticus, в отличие от обычных дрожжей (которые погибают, когда концентрации спирта в растворе достигает 12 %), более устойчивы. Первоначально хересные дрожжи были известны только на юге Испании (в Андалусии), где благодаря их свойствам получали крепкое вино -- херес (до 24 % при длительной выдержке). Со временем хересные дрожжи были также обнаружены в Армении, Грузии, Крыму и др. Хересные дрожжи также используют при производстве некоторых крепких сортов пива.

Дрожжи в фармацевтике

В фармацевтике препараты дрожжей применяются как витаминные и другие биологически активные добавки, главным образом благодаря высокому содержанию в них витаминов группы B. Препараты дрожжей используют обычно в виде сухих или жидких экстрактов. Суточная норма витаминов группы B содержится в 25 граммах сухих дрожжей.

Применение дрожжей как источников витаминов началось в 1930-е годы. Одним из первых промышленных процессов получения витаминов было выделение эргостерина из Saccharomyces cerevisiae с последующим облучением ультрафиолетом для перевода в витамин D. Затем у дрожжей была открыта способность к сверхсинтезу некоторых витаминов группы В, в частности рибофлавина. Некоторые красные дрожжи используются для получения каротиноидов, в частности в-каротина, служащего предшественником витамина A, астаксантина, используемого в качестве кормовой добавки в рыбоводстве. Кроме производства индивидуальных витаминов уже много лет в мире практикуется получение автолизатов и гидролизатов дрожжей, питьевых дрожжей, которые используются как источник витаминов и как вкусовые добавки.

Пивные дрожжи являются важнейшим источником витамина D. Содержание его в дрожжах достигает от 0,6 до 2% сухого остатка. Поэтому дрожжи широко используются витаминной промышленностью Для производства препарата витамина D.

В состав жира дрожжей входят пальмитиновая (75%) и стеариновая (25%) кислоты. Назначаются же пивные дрожжи внутрь при различных инфекционных заболеваниях, фурункулезе, сахарном диабете, болезнях кожи, желудочно-кишечных заболеваниях.

Установлено, что жидкие пивные дрожжи являются сильным возбудителем секреции желез желудка; улучшают поджелудочную секрецию и секрецию кишечных желез; улучшается всасывательная способность тонкого кишечника.

Применение дрожжей показано при лечении больных, которые нуждаются в повышенном введении полноценного белка и витаминов группы В, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта (язвенная болезнь, гастрит, колит, энтероколит), понижении тонуса органов желудочно-кишечного тракта и угнетении секреции пищеварительных желез.

Улучшают моторную функцию желудочно-кишечного тракта. Также дрожжи могут быть полезны обладательницам жирной, проблемной кожи и кожи с акне: они способствуют снижению количества кожного сала. Могут быть показаны и тем, у кого выпадают или плохо растут волосы.

Список использованной литературы

Бабьева И.П., Голубев В.И. Методы выделения и идентификации дрожжей. М.: Пищевая промышленность, 1979

Берри Д. Биология дрожжей. Москва: Мир, 1985

Квасников Е.И., Щелокова И.Ф. Дрожжи. Биология. Пути использования. Киев: Наукова Думка, 1991

Кудрявцев В.И. Систематика дрожжей. Москва: Изд_во АН СССР, 1954

Бабьева И.П., Чернов И.Ю. «Биология дрожжей» Москва:, 2004.

Размещено на Allbest.ru