Поведение дрожжевых клеток под воздействием внешних факторов

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

( образован в 1953 году)

_____________________________________________________

Кафедра технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств

Дистанционное

Обучение

Хлеб.- 16.22.2703. зчн.плн. хлеб. - 16.22.2703. зчн.скр. хлеб.- 16.22.2703. очн.плн. хлеб.- 16.22.2703. вчн.плн.

Цыганова Т.Б. Касаткина Г.Д. ЛюшинскаяИ.И. Энкина Л.С.

Биотехнологические основы

Производства хлеба

Учебно-практическое пособие

для студентов специальности 2703

Всех форм обучения

Www.msta.ru

Москва – 2004

УДК 664.6

Ц 94

© Цыганова Т.Б., Касаткина Г.Д., Люшинская И.И., Энкина Л.С.

Биотехнологические основы производства хлеба.Учебно - практическое пособие. – М., МГУТУ, 2004

В учебно -практическом пособии в кратком и систематическом виде изложенно содержание курса биотехнологических основ приготовления хлеба, рассмотрены разнообразные типы брожения и микроорганизмы, производство и применение заквасок для хлеба из пшеничной, ржаной и смеси пшеничной и ржаной муки. Рассмотрены вопросы применения ферментных препаратов при приготовлении хлебобулочных изделий. После каждой темы даны вопросы и тесты, позволяющие контролировать степень усвоения материала. Имеется словарь основных понятий, литература.

Пособие предназначено для студентов 6 курса полной, 4 курса сокращенной, 5 курса вечерней формы обучения специальности 2703.00 “Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий”, специализации 2703.01

Авторы: Цыганова Татьяна Борисовна

Касаткина Галина Дмитриевна

Люшинская Инесса Ивановна

Энкина Лилия Сауловна

Рецензенты : к.т.н., доцент кафедры технология хлебопекарного и макаронного производств МГУПП Лазарева Л.В.

к.т.н., Генеральный директор ООО “НИВА-ХЛЕБ”

Быстрова А.И.

Редактор: Свешникова Н.И.

©Московский государственный университет технологий и управления, 2004 109004, Москва, Земляной вал, 73

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение………………………………………………………………………….. ..4

1. Микрофлора полуфабрикатов хлебопекарного производства……………….6

1.1.Дрожжи………………………………………………………………………6

1.1.1. Морфология дрожжевой клетки……………………………………..6

1.1.2. Поведение дрожжевых клеток под воздействием внешних фак-

торов……………………………………………………………….…..8

1.1.3. Спиртовое брожение………………………………………………….9

1.1.4. Расы и штаммы дрожжей, применяемые при производстве

хлебобулочных изделий………………………………………….…..13

1.2. Молочнокислые бактерии…………………………………………….….16

1.2.1. Морфология бактериальной клетки…………………………….….16

1.2.2. Молочнокислое брожение…………………………………………. 18

1.2.3. Расы и штаммы молочнокислых бактерий, применяемые

при производстве хлебобулочных изделий………………… …… 19

1.3.Другие типы брожения…………………………………………………….21

Вопросы для самоконтроля по теме1……………………………………………..23

Тесты по теме 1…………………………………………………………………….24

2. Дрожжи хлебопекарные как рецептурный компонент теста……….……….25

2.1. Виды хлебопекарных дрожжей…………………………………….….25

2.2. Показатели качества дрожжей и способы их улучшения……………28

2.3. Жидкие дрожжи…………………………………………………… ….33

Вопросы для самоконтроля по теме 2…………………………………………….40

Тесты по теме 2……………………………………………………………………..41

3. Приготовление и применение заквасок при производстве изделий из

ржаной, смеси ржаной и пшеничной и пшеничной муки………………………41

3.1. Способы приготовления ржаной закваски……………………………43

3.2. Роль дрожжей и молочнокислых бактерий в процессе

приготовления ржаного хлеба………………………………………………..47

3.3. Процессы, протекающие при брожении ржаных полуфабрикатов……………………………………………………………………….50

3.4. Способы приготовления пшеничной закваски ………………………51

3.5. Пшеничные закваски с целенаправленным культивированием

микроорганизмов………………………………………………………..54

Вопросы для самоконтроля по теме 3…………………………………………….59

Тесты по теме 3……………………………………………………………………..59

4. Применение ферментных препаратов микробиологического происхож-

дения при приготовлении хлебобулочных изделий……………………………..60

Вопросы для самоконтроля по теме 4……………………………………………68

Тесты по теме4……………………………………………………………………..69

Тесты по дисциплине………………………………………………………………69

Список рекомендуемой литературы………………………………………………71

Словарь основных понятий………………………………………………………..72

Введение в биотехнологию хлебопекарного производства

Развитие хлебопекарного производства в нашей стране сопровож­далось развитием биохимических исследований исходного сырья и про­цессов, происходящих при приготовлении хлеба.

Изучению биохимических превращений, происходящих на различ­ных этапах технологического процесса приготовления хлебобулочных изделий, посвяще­ны фундаментальные научные труды А. Н. Баха, А. И. Опарина, В. Л. Кретовича, Н. П. Козьминой, Р. Р. Токаревой, К. И. Чижовой, Л. Я. Ауэрмана, Н. И. Проскурякова, Е. Д. Казакова, Р. Д. Поландовой, Л. Н. Казанской, Л. И. Пучковой и других.

При производстве хлебобулочных изделий протекает сложный комплекс коллоидных, биохимических, микробиологических, физико-химических процессов, в результате которых мука и другие рецептурные компоненты превращаются в хлеб - высокока­чественный продукт, обладающий характерными вкусовыми свойства­ми, ароматом, структурой и хорошей усвояемостью.

Технолог управляет этими процессами, ускоряя или замедляя их в зависимости от свойств основного сырья, обеспечивая получение готовых изделий, соответствующих установленным нормативам качества.

Успешное решение технологических задач возможно лишь на ос­нове глубокого изучения закономерностей отдельных этапов приготовления хлеба, выявления возможности воздействия определенными спо­собами на направленность и интенсивность протекающих процессов. Основные биотехнологические процессы протекают на следующих этапах технологической схемы производства хлебобулочных изделий – при замесе теста, при его брожении и при выпечке хлеба.

Замес теста - непродолжительный этап, в значи­тельной степени обусловливающий процессы созревания теста и каче­ство хлеба. На этом этапе происходит образование теста в результате протекания, в основном, коллоидных процессов, гидратации клейковинных белков, перехода в раствор альбуминов, гло­булинов и растворимых углеводов. Путем адгезии набухших белков формируется непрерывная структура теста, образуется белковый каркас, включающий нерастворимые компоненты муки.

Наряду с физико-химическими и коллоидными процессами при за­месе теста одновременно происходят биохимические процессы, вызы­ваемые действием ферментов муки и дрожжей (процессы протеолиза, амилолиза, ферментативное расщепление пентозанов, действие зимазного комплекса дрожжей).

Микробиологические процессы, связанные с жизнедеятельностью дрожжей и кислотообразующих бактерий муки, в процессе замеса теста еще не успевают достичь интенсивности, при которой они могли бы играть практически ощутимую роль.

Брожение теста занимает около 90% всей про­должительности процесса приготовления хлеба по традиционной техно­логии. В течение этого этапа, который может состоять из одной, двух и большего количества фаз, в хлебопекарных полуфабрикатах протекает целый ряд биохимических и микробиологических процессов, интенсив­ность и направленность которых зависит от исходных свойств сырья, наличия определенной микрофлоры, параметров окружающей среды и других факторов. Основные процессы, протекающие при брожении тес­та, связаны с жизнедеятельностью бродильных организмов - дрожже­вых грибов и молочнокислых бактерий.

Выпечка хлеба завершает весь цикл происхо­дящих при замесе и брожении изменений свойств теста. Денатурация белковых веществ под действием высокой температуры пекарной камеры закрепляет пористую структуру тестовой заготовки, а частичная клейстеризация крахмала приводит к формированию упругого мякиша хле­ба. В первый период выпечки наряду с коллоидными процессами в тес­товой заготовке интенсивно протекают процессы ферментативного гид­ролиза углеводов, а также жизнедеятельности бродильной микрофлоры.

Основой современного хлебопекарного производства является биотехнология, базирующаяся на достижениях микробиологии, биохи­мии, химической технологии, молекулярной биологии, генной инжене­рии и генетики.

Важнейшей особенностью биотехнологических процессов является то, что реакции образования или разрушения осуществляются с помощью жи­вых микроорганизмов, которые потребляют из окружающей среды вещества, растут, размножаются, выделяют продукты метаболизма. В основе биотех­нологии хлебопекарного производства лежат реакции обмена веществ, про­исходящие при жизнедеятельности дрожжевых клеток, молочнокислых бак­терий и других микроорганизмов в анаэробных условиях.

Главным звеном биотехнологического процесса является клетка — миниатюрный химический завод, работающий с колоссальной произво­дительностью, предельной согласованностью и по заданной программе.

Новые разработки клеточной инженерии по созданию высокопро­дуктивных штаммов хлебопекарных дрожжей и молочнокислых бакте­рий способствуют интенсификации производственных процессов.

Согласно современным представлениям биотехнология хлебопе­карного производства объединяет научные достижения в области тех­нической микробиологии, биохимии и технологии хлебопекарного про­изводства.

Биотехнологические процессы в хлебопекарном производстве имеют следующие особенности:

• хлебопекарное производство является многостадийным, основные этапы которого имеют различные оптимальные парамет­ры и факторы, влияющие на направленность биохимических и микробиологических процессов;

• нестабильные состав и свойства основного и дополнительного сы­рья хлебопекарного производства;

• наличие собственной микрофлоры основного сырья - муки, а так­же отсутствие асептических условий в объектах хлебопекарного производства;

• гетерогенность и многофазность полуфабрикатов хле­бопекарного производства;

• сложность и в большинстве случаев неопределенность химическо­го состава муки.

Знание биотехнологических процессов, протекающих при производстве хлеба, умение их контролировать и регулировать, будет способствовать получению готовых изделий, соответствующих установленным нормативам качества.

Тема 1.Микрофлора полуфабрикатов хлебопекарного производства и типы брожения

В основе технологии производства хлеба лежит совокупность сложнейших процессов, обеспечивающих необходимые изменения компонентов теста и получение изделий высокого качества. Основная роль принадлежит процессам, протекающим с участием микроорганизмов. На протяжении многих веков для разрыхления теста применялись закваски, полученные при спонтанном брожении, вызываемом природной микрофлорой муки.

В полуфабрикатах хлебопекарного производства возникают различные типы брожения, возбудителями которых являются микроорганизмы, присутствующие в муке или дополнительном сырье, или специально добавляемые бактериальные культуры в виде жидких дрожжей или заквасок.

Различают семь основных типов брожения:

- спиртовое;

- молочнокислое;

- пропионовокислое;

- бутеленглеколевое;

- ацетоноэтиловое;

- ацетонбутиловое;

- мясляное.

Основные представители микрофлоры пшеничного и ржаного теста – дрожжи и молочнокислые бактерии. Однако в полуфабрикатах проявляют свою жизнедеятельность еще целый ряд бродильных микроорганизмов, что вызывает необходимость осуществлять микробиологический контроль муки и отдельных видов сырья.

1.1. Дрожжи

Дрожжи, применяемые в хлебопекарном производстве, относятся к виду Saccharomyces cerevisiae.

Дрожжи этого вида сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, про­стые декстрины, но не сбраживают лактозу, крахмал, клетчатку. Они ус­ваивают этиловый спирт, молочную и уксусную кислоты, в качестве источников азота используют аминокислоты и аммонийные соли.

Морфология дрожжевой клетки

Дрожжевая клетка состоит из клеточной стенки, цитоплазматической мембраны и цитоплазмы с включенными в нее различными органоидами. Органоиды – это структуры различного строения и функций: митохондрии, рибосомы, ядро, эндоплазматический ретикулум, аппаратГольджи вакуоли, лизосомы (рисунок 1). Размер клетки составляет в среднем 8-10мкм.

Рисунок 1 Строение дрожжевой клетки

1 – цитоплазматическая мембрана, 2 –клеточная стенка,

3 –рибосомы, 4 – протоплазма, 5 – ядро, 6 –митохондрии,

7 – капли жира, 8 – вакуоль,

9 – гранулы метахроматина,10 – почковый рубец,

11 – аппарат Гольджи, 12 – цитоплазма.

Дрожжевые клетки способны вовлекать простые инградиенты системы в процесс метаболизма.Поступление веществ из внешней среды обеспечивают клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, пиноцитоз и эндоплазматическая сеть.

Клеточная стенка (оболочка) представляет собой плотную, прочную и эластичную структуру, способную обеспечивать постоянство формы клетки и вы­держивать значительное осмотическое давление. В ее состав входят в основном (до 60-70%) гемицеллюлозы и в небольших количествах белки, липиды и хитин. Липидные молекулы играют важнеую роль в транспорте водонерастворимых веществ.

Оболочка, обладает избирательной проницаемостью и обеспечивает транспорт питательных веществ и удаление продуктов обмена.

Цитоплазматическая мембрана расположена непосредственно под клеточной стенкой. Толщина ее составляет 7-10нм (1нанометр = 0,001 микрометра). Основная функция мембраны заключается в регулировании проникновения в клетку питательных веществ и выведении наружу продуктов обмена. При нарушении целостности мембраны клетка теряет жизнеспособность. В мембране содержится до 70-90% липидов клетки. Кроме того, в цитоплазматической мембране локализуются некоторые ферменты, и происходит биосинтез ряда веществ, в том числе биосинтез компонентов клеточной стенки.

Цитоплазмаклетки представляет собой полужидкую, вязкую, коллоидную систему, в которой расположены органоиды – структуры различного строения и функций. Это митохондрии, рибо­сомы, ядро, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и ва­куоли (одна, реже две), которые обеспечивают протекание важнейших реакций биосинтеза и хранение генетиче­ской информации. Здесь содержатся ферментные белки, аминокислоты, рибонуклеиновые кислоты, углеводы, минеральные соли, липиды, вода и низкомолекулярные вещества.

Митохондриипредставляют собой сферические или удлиненные внутриклеточные органеллы, содержащие ферментные системы, глав­ным образом, переноса электронов.

В функции митохондрии входят окислительные реакции, являющиеся источником энергии, перенос электронов по цепи реакций синтеза АТФ, синтез части митохондриальных белков.

Рибосомы- ультрамикроскопические гранулы в виде неправиль­ных шариков, состоящих из белка и РНК – рибонуклеиновой кислоты. В рибосомах осуществляется синтез белков и ферментов.

Ядро имеет форму круглого и овального пузырька, окруженного оболочной. Главная функция ядра - хранение и передача генетической информации при делении клетки.

Эндоплазматический ретикулум представляет сложную мембран­ную сеть, образующую множество каналов, по которым различные ве­щества перемещаются от внешней оболочки к центру.

Аппарат Гольджи представляет собой скопление мельчайших сплю­щенных телец, связанных с мембраной системой эндоплазматического ретикулума. Роль аппарата заключается в выводе вредных веществ из клетки, обеспечении защитных функций, транспорте веществ между другими компонентами и участии в образовании новых структурных компонентов.

Вакуоли занимают центральную часть клетки. Они заполнены кле­точным соком, который заключен в липопротеидную оболочку. Вакуо­ли участвуют в осмотическом регулировании и являются местом проте­кания различных окислительно-восстановительных процессов. Вакуоли образуются при старении дрожжевой клетки, в них содержатся пита­тельные вещества, продукты жизнедеятельности и гранулы запасных веществ: валютина, гликогена, трегалозы, жира, полифосфатов, сахаров и минеральных солей.

Дрожжи размножаются почкованием.

Поведение дрожжевых клеток под воздействием внешних факторов

Дрожжевые клетки активно реагируют на совокупность внешних факторов и способны к анабиозу, автолизу, плазмолизу, мутации, адаптации и агглютинации.

Анабиоз – это замедление или прекращение обменных процессов настолько, что отсутствуют все видимые проявления жизни. Анабиоз является биологическим приспособлением организма при резком ухудшении условий существования. При наступлении благоприятных условий происходит восстановление жизненных процессов.

Способность дрожжей впадать в состояние анабиоза позволяет выделять их из питательной среды и хранить в прессованном и сушеном виде.

Автолиз – это распад белков, жиров, углеводов под влиянием собственных гидролитических ферментов, присутствующих в клетке. Способность дрожжей к автолизу ограничивает их стойкость при хранении.

Плазмолиз – обезвоживание клетки в условиях, при которых осмотическое давление внешней среды превышает внутренне осмотическое давление клетки. Цитоплазма отдает воду и отстает от оболочки. Клетка сжимается и погибает. Способность к плазмолизу используется для приготовления автолизатов дрожжей.

Мутация – это способность клетки к изменению физиологических свойств под влиянием условий внешней среды. Эти изменения могуть стать наследственными признаками. Мутация широко используется для получения новых рас дрожжей.

Адаптация – это приспособление культуры к заданным условиям (температуре, рН, составу среды и др.)

Агглютинация –это способность микроорганизмов склеиваться и выпадать в осадок под воздействием неблагоприятных условий внешней среды. Благодаря этой способности дрожжи теряют свойственную им пылевидность.

1.1.3. Спиртовое брожение

Дрожжевые клетки са­харомицетов получают необходимую для жизнедеятельности энергию за счет окисления углеводов.

Хлебопекарные дрожжи могут проявлять различные типы жизнедеятельности в зависимости от условий питательной среды:

- спиртовое брожение в отсутствии кислорода воздуха (анаэробное потребление углеводов);

- дыхание в присутствии кислорода воздуха (аэробное потребление углеводов);

- размножение.

Подавление процесса спиртового брожения в присутствии кислорода получило название «эффекта Пастера» и выражается количественно сравнением величины сбраживания гексозы в анаэробных и аэробных условиях.

При доступе кислорода спиртовое брожение вытесняется полным окислением углеводов до диоксида углерода и воды с выделением значительного количества энергии:

С₆Н₁₂О₆ + 3О₂ ® 6Н₂О + 6СО₂ + 2830,8 кДж

глюкоза кислород вода диоксид углерода

Суммарное уравнение спиртового брожения описывается уравне­нием Гей - Люссака следующим образом:

С₆Н₁₂О₆ ® 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 117,6 кдж

глюкоза этиловый диоксид

спирт углерода

Энергетический эффект анаэробного использования углеводов дрожжевой клеткой невелик, поэтому для получения необходимого количества энергии дрожжи должны сбраживать значительное количество сахаров.

Наряду с основными продуктами брожения обычного дрожжевого теста, имеющего слабокислую среду (рН 6,0), обнаруживаются в небольшом количестве еще ряд продуктов: глицерин, масляная, уксусная, муравьиная, молочная, янтарная кислоты и др.

Процесс сбраживания углеводов в отсутствии кислорода с образо­ванием конечных продуктов - этанола и диоксида углерода - осуществ­ляется через целый ряд промежуточных реакций с участием много­численных ферментов в соответствии с циклом Кребса.

1. Происходит фосфорилирование глю­козы с участием аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), катализи­руемое ферментом глюкокиназой с образованием глюкозо-6-фосфат.

2. Глюкозо-6-фосфат подвергается изомеризации, превращаясь при участии фермента глюкозофосфатизомеразы во фруктозо-6-фосфат.

3. Фруктозо-6-фосфат подвергается дальнейшему фосфорилированию за счет аденозинтрифосфорной кислоты с участием фермента фос-фофруктокиназы, в результате чего образуется фруктоза-1,6-дифосфат. Этой реакцией заканчивается подготовительная стадия анаэробно­го и аэробного расщепления сахаров.

4. Фруктозо-1,6-дифосфат при участии фермента альдолазы распадается на две молекулы фосфотриоз-фосфоглицериновый альдегид ифосфодиоксиацетон.

5. Фосфотриозы при участии фермента триозофосфатизомеразы изомеризуются.

6. Фосфоглицериновый альдегид окисляется в 1,3-дифос-фоглицериновую кислоту при участии фермента дегидрогеназыфосфоглицеринового альдегида.

7. 1,3-дифосфоглицериновая кислота при участии фермента фосфаттрансферазы превращается в 3-фосфоглицериновую кислоту.

8. 3-фосфоглицириновая кислота превращается в 2-фосфоглицириновую при участии фермента фосфоглицеромутазы.

9. 2-фосфоглицириновая превращается в фосфоэнолпировиноградную при участии фермента фосфопируватгидратазы.

10. Фосфоэнолпировиноградная кислота превращается в пировиноградную при участии фермента фосфлтрансферазы

11. Пировиноградная кислота при участии фермента пируватдекар-боксилазы превращается в углекислый газ и уксусный альдегид.

12. Уксусный альдегид вступает во взаимодействие с коферментом дегидрогеназы НАДН (никотинамидадениннуклеотид) с образованием этилового спирта.

При оптимальных условиях брожения (температуре 30°С и опре­деленном составе синтетической среды) 1 г прессованных дрожжей сбраживает 1 г сахарозы за 1 час.

Сушеные дрожжи обнаруживают дополнительный тип броже­ния, при котором глюкоза превращается в пировиноградную кислоту и глицерин:

С₆Н₁₂О₆ ® СН₃СОСООН + СН₂ОНСНОНСН₂ОН

гюкоза пировиноградная глицирин

кислота

Эффективность процесса спиртового брожения зависит не только от активности ферментов, катализирующих реакции цикла Кребса, но и от активности других ферментов дрожжевой клетки, осуществляющих необходимые превращения веществ: a-глюкозидазы, мальтопермеазы, фруктоизомеразы, b-фруктофуранозидазы, карбоксилазы, протеиназы, пептидазы и др.

Ферменты, входящие в состав дрожжевой клетки, делятся на экзоферменты и эндоферменты.

Экзоферментывыделяются клеткой для гидролиза сложных веществ среды на простые, которые затем проника­ют через клеточную стенку дрожжей внутрь. Экзоферменты катализируют химические реакции, лежащие в основе дыхания, брожения, а таже построения протоплазмы.

Эндоферментыпереводят нерастворимые и трудно диффундирующие питательные вещества в легко усваиваемую дрожжевой клеткой форму. К таким ферментам относится мальтаза. Она имеет наибольшее значение, расщепляя мальтозу, образующуюся из крахмала в процессе созревания теста. Протеазы дрожжей оказывают влияние на белковые вещества муки.

Различают три способа поступления питательных веществ внутрь клетки:пассивный, сопря­женный и активный.

Первый способ – это пассивная диффузия. Она представляет собой транспорт веществ через мембрану из области с высокой концентрацией веществ в область с низкой кон­центрацией. Скорость диффузии пропорциональна разности концентра­ций по обе стороны мембраны и зависит от размера транспортируемого вещества.

Основой плазматических мем­бран является, главным образом, липидный слой. Промежуточные метаболиты превращения сахаров в диоксид угле­рода большей частью представляют собой ионизированные соединения. Они удерживаются внутри дрожжевой клетки, так как полярные и ионизированные вещества имеют очень низкую рас­творимость в липофильных растворах.

Второй способ – это сопряженный транспорт. Некоторые полярные вещества легко проникают через клеточную мембрану благодаря ме­ханизму сопряженного транспорта. Согласно этому механизму субстрат на наружной поверхности мембраны образует комплекс с молекулой перенос­чика, который «диффундирует» к внутренней по­верхности мембраны, выделяя перенесенную моле­кулу во внутренний объем клетки. Функции молекул-переносчиков выпол­няют ферменты пермеазы.

Третий способ – это активный транспорт. Для этого способа транспорта характерно движение вещества против градиента концентрации (из области с низкой в область с высокой кон­центрацией вещества). Для осуществления активного транспорта затра­чивается метаболитическая энергия клетки. Скорость переноса глюкозы и аминокислот через клеточную мембрану при активном транспорте значительно выше, чем при пассивной диффузии.

Таким образом, для обеспечения эффективности спиртового брожения в хлебопекарных полуфабрикатах необходимо создание благоприятных условий среды для синтеза определенных ферментов дрожжевой клетки, осуществляющих транспорт питательных веществ из среды в клетку.

Промышленное производство хлебопекарных дрожжей осуществ­ляется, как правило, на мелассной среде, в состав которой входит в основном сахароза. В связи с этим дрожжевая клетка активно индуцирует экзофермент b-фруктофуранозидазу, легко выде­ляющуюся в окружающую среду. Фермент b-фруктофуранозидаза все­гда присутствует в клетке и сосредоточен с внешней стороны клеточной мембраны. В связи с этим гидролиз сахарозы происходит прежде, чем она проникает в дрожжевую клетку, и начинается с первых минут брожения полуфабрикатов.

Питательная смесь, в которой выращивают дрожжи, не содержит мальтозы. Поэтому индукция фермента a–глюкозидазы происходит медленно.

При наличии мальтозы в среде дрожжевая клетка секретирует фермент мальтопермеазу, который осуществляет транспорт мальтозы внутрь клетки, и фермент a-глюкозидазу (мальтазу), расщепляющий мальтозу на две молекулы глюкозы. Затем глюкоза непосредственно сбраживается при участии зимазного комплекса ферментов дрожжевой клетки с образованием диоксида углерода и этанола. Ферменты, учатствующие в сбраживании мальтозы (мальтопермеаза и a-глюкозидаза), проявляют свою активность только после того, как дрожжевые клетки оказываются в среде, содержащей этот дисахарид. Они являются индуцируемыми (адаптивными) ферментами.

Способность хлебопекарных дрожжей разрыхлять тесто зависит не только от активности зимазного комплекса ферментов клеток, но и от количества сбраживаемых сахаров. В полуфабрикатах хлебопекарного производст­ва содержатся следующие сахара:

- мальтоза, сахароза, глюкоза и фруктоза, содержащиеся в муке (1 – 1,5%);

- мальтоза и глюкоза, образующиеся из крахмала под действием амилолитических ферментов муки (4-5%);

- сахара, добавляемые в полуфабрикаты по рецептуре изделия (1-30%).

Известно, что для получения продукции высокого качества в тесте за весь период его приготовления и выпечки должно содержаться 5-6% сбраживаемых сахаров. В связи с этим при производстве изделий, в рецептуре которых отсутствует сахар или предусмотрено его небольшое количество, основным источником сбраживаемого сахара является крахмал.

При созревании полуфабрикатов сахара сбраживаются последовательно. Сначала дрожжевые клетки сбраживают глюкозу, фруктозу и мальтозу через час и два часа соответственно.

Глюкоза сбраживается непосредственно, а фруктоза после изомеризации ее в глюкозу фруктоизомеразой дрожжей.

Переключение процесса брожения с глюкозы на фруктозу и мальтозу требует определенного периода, связанного с индукцией ферментов, поэтому скорость газообразования в полуфабрикатах в этот период незначительно снижается. После адаптации клетки к сбраживанию мальтозы скорость газообразования в тесте опять возрастает до тех пор, пока не наступает недостаток мальтозы в среде.

Скорость инверсии сахарозы дрожжами превышает скорость сбраживания ее компонентов - глюкозы и фруктозы. Если в бродящем тесте содержится сахар -песок, добавляемый по рецептуре, то процесс образования мальтозы из крахмала не будет являться лимитирующим фактором для спиртового брожения.

Способность дрожжей эффективно разрыхлять тесто зависит также и от интенсивности других биохимических превращений, в результате которых образуются вещества, необходимые для их жизнедеятельности. Происходит гидролиз белков с накоплением аминокислот, а также гидролиз липидов с образованием жирных кислот.

Кроме того, в полуфабрикатах должны присутствовать в необходимом количестве микро- и макроэлементов (витамины, минеральные вещества).

1.1.3.Расы и штаммы дрожжей, применяемые при производстве хлебобулочных изделий

Расой или штаммом называют отдельные разновидности микроорганизмов в пределах одного и того же вида, различающиеся между собой второстепенными признаками. При этом расы имеют стойкие второстепенные признаки, а штаммы нестойки и могут быть утрачены при росте на новой среде. Производственные культуры дрожжей должны обладать высокой удельной скоростью роста и высокой активностью ферментов, что особенно важно при многофазных техно­логических режимах приготовления хлеба, предусматривающих длитель­ное приготовление полуфабрикатов. Однако используемые расы и штаммы дрожжей отвечают этим требованиям в неодинаковой степени.

Показателями активности ферментов хлебопекарных дрожжей является зимазная и мальтазная активность. Методика определения ферментной активности дрожжей основана на учете времени, в течение которого суспензия дрожжей выделит заданное количество диоксида углерода из соответствующего раствора сахара – глюкозы или мальтозы. Количественным критерием активности мальтазы, или зимазного комплекса, служит время в минутах.

Зимазная и мальтазная активность дрожжей (мин) колеблется в широких пределах:

зимазная активность мальтазная активность качество дрожжей

30 – 40 50 – 80 хорошее

41 – 60 90 – 120 удовлетворительное

61 и более 121 и более неудовлетворительное

Суммарная сбраживающая способность дрожжей определяется их подъемной силой.

Штаммы дрожжей, применяе­мых в хлебопекарном производстве:

- раса Томская 7 ха­рактеризуется устойчивостью к составу мелассных сред, требовательно­стью к ростовым веществам, в частности к витаминам. Прессованные дрожжи, полученные на этой расе, обладают стойкостью при хранении, вы­сокой b- фруктофуранозидазной активностью, но слабой a -глюкозидазной активностью (мальтазная активность более 160 мин};

- раса Одесская характеризуется высокой генеративной активностью. Дрожжи, устойчивы к высушиванию, в прессованном виде стойки при хранении. Мальтазная активность составляет 95 мин, зимазная - 45 мин. Культура требова­тельна к составу питательных сред, особенно к ростовым веществам. Благодаря высокой урожайности и ферментативной активности она нашла широкое распространение в промышленности и служит основой для селекции новых штаммов;

- штамм Л-441 ха­рактеризуется высокой продуктивностью, сбраживает раффинозу, устой­чив к вредным примесям и патогенным микроорганизмам, имеет высокую удельную скорость роста и обеспечивает получение товарных хле­бопекарных дрожжей с высокими показателями качества: подъемная сила - 44-45 мин, мальтазная активность - 92-95 мин, стойкость при температуре 35°С - свыше 96 ч;

- штамм Я-1 обладает высокой генеративной активностью и устойчивостью к повышенной температуре выращивания (37-38° С), что очень важно для заводов, находящихся в южных районах страны. Зимазная активность - 32-44 мин;

- раса Киевская не требовательна к ростовым веществам, хорошо переносит высушивание, обладает хорошей зимазной (60 мин) и мальтазной (100 мин) активностью.

На базе высокопродуктивных рас и штаммов выведены новые виды, которые характеризуются более высокими показателями качества:

- гибридные расы 176, 196-6 и 262 отвечают основным требованиям, предъявляем к производственным дрожжам (мальтазная активность - 65-75 мин, зи­мазная - 42-57 мин, высокая скорость роста), и рекомендованы для ис­пользования в промышленности. Раса 262 рекомендована для получения сушеных дрожжей;

- новые штаммы 739, 743, 608, 616, 722 отли­чаются высокой активностью ферментов. Выведен штамм ЛВ-7, ис­пользуемый для производства прессованных и сушеных дрожжей. Штамм характеризуется повышенной устойчивостью к примесям мелассы и мик­рофлоре, инфицирующей дрожжевое производство, отличается повы­шенной продуктивностью концентрацией трегалозы.

Штамм дрожжей 616 используется для производства сушеных дрожжей, характеризуется высокой активностью ферментных систем дрожжей. Мальтазная активность дрожжей составляет 67 мин, зимаз­ная - 55 мин.

Штамм 722 отличается хорошей мальтазной (54 мин), зимазной (43 мин) активностью, подъемной силой (46 мин) и осмочувствительностью (5-10 мин).

Штамм 739 характеризуется высокой продуктивностью, повышен­ной ферментной активностью. Дрожжи полностью сбраживают глюко­зу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, раффинозу, галактозу. Зимазная, мальтазная активности и подъемная сила дрожжей составляют соответ­ственно 54, 61 и 56 мин;

- штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae 39/15 обладает хорошей бродильной активностью, его применение позволяет сократить продол­жительность брожения теста на 35 мин;

- для производства сушеных дрожжей используется штамм Saccharomyces cerevisiae 93, обладающий высокой продуктивностью, активным комплексом ферментов. Зимазная активность составляет 45 мин, мальтазная - 53 мин,

- гибридный штамм 512 получен скрещиванием расы XII и штамма Saccharomyces diastaticus, является триплоидом и характеризуется повы­шенным синтезом витаминов Д (эргостерина) - 2,8; В₁ - 34; В₂ - 20;В₆ - 46, РР - 36 (мкг/клетка). Показатели зимазной, мальтазной активно­сти и осмочувствительности составляют 70, 200 и 14 мин соответственно;

- штамм 5 получен в результате скрещивания клеток штамма дрож­жей «Яблочный-3», применяемого для сбраживания яблочного сока, и штамма 722, используемого в производстве сушеных хлебопекарных дрожжей. Отличительной особенностью штамма является высокая бро­дильная активность. Показатели зимазной, мальтазной активности и осмочувствительности составляют 85, 95 и 15 мин соответственно;

- штамм 69 получен в процессе скрещивания расы дрожжей «Джамбульская-60» и штамма 10, выделенного из сушеных дрожжей француз­ского производства. Он обладает высокой скорость роста, зимаз­ной и мальтазной активностью соответственно 45 мин и 80 мин, а также устойчивостью к повышенной температуре (40-45°С).