ЭлБиб

НАУКА — ПРОИЗВОДСТВУ

•

2003

ПИВО

НАПИТКИ

У пивоваров к методу включения в

гели небольшой интерес, так как клет

ки дрожжей вымываются из пор, гель не

устойчив к истиранию. Поперечные свя

зи в геле из альгината представляют со

бой препятствие для прохождения сус

ла. В результате в готовом пиве обнару

живали высокие концентрации свобод

ного азота аминокислот и диацетила, что

свидетельствует о замедленном разви

тии клеток дрожжей.

В пивоварении было испытано много

пилотных установок по иммобилизации

клеток с использованием носителей из

альгината кальция

(White

Portno

, 1978;

Nakaniski и др

., 1985;

Masschelein

1986) [6]. Однако потери механической

целостности матрицы, ограничения мас

сопереноса и регенерации требуют ис

пользования другого носителя.

Микрокапсулирование (энкапсули

рование)

— метод, в котором гель аль

гината покрывается поликатионным по

лимером, например поли

лизином или

полиэтиленимином, дающими мембрану

с ионными связями. Затем альгинат мо

жет быть растворен в растворе цитрата.

При этом клетки останутся в суспензии,

но за полимерным барьером, позволяю

щим пройти только веществам с молеку

лярной массой 100 000.

Метод

ковалентного связывания

использованием полимерной подложки

полностью связывает дрожжи в геле, что

исключает вымывание клеток. По срав

нению с ним метод адсорбции имеет пре

имущество в простоте иммобилизации,

доступности, безопасности и дешевизне

носителей.

Для технического применения наибо

лее подходят три способа иммобилиза

ции дрожжей: заключение их в матрицу,

адсорбция на поверхности носителя, за

селение пористых материалов. К техно

логии иммобилизации предъявляют тре

бования: высокая емкость материала с

тем, чтобы можно было иммобилизовать

большее количество дрожжей, и между

суслом и дрожжами не должно быть ба

рьеров.

В носителях реагируют с дрожжевы

ми клетками атомы и функциональные

группы поверхностей, а в дрожжах вза

имодействуют с носителями функцио

нальные группы клеточной стенки, об

ладающие определенным зарядом и по

верхностной активностью. Прочность

связывания дрожжевых клеток с носи

телями характеризуется величиной

энергии связи: для ковалентной она со

ставляет 300–400 кДж/моль, ион

ной —160–460, водородной—8–12, со

левого мостика — 4–6, электростати

ческого взаимодействия—6, гидрофоб

ного — 4–8,5, адсорбции — не более

10 кДж/моль [5].

Способность клетки к иммобилиза

ции определяется температурой, соста

вом среды выращивания. Как правило,

клетки во время лаг фазы и на первой

стадии экспоненциальной фазы роста

адсорбируются плохо. В середине экспо

ненциальной фазы для клеток характер

на максимальная адсорбционная способ

ность, которая в стационарной фазе не

меняется или уменьшается.

Эффективность процесса иммобили

зации зависит от поверхностной энергии

адсорбента. Если она низка, то происхо

дит адсорбция значительного количе

ства клеток, не образующих с адсорбен

том прочных связей. На адсорбенте с

высокой поверхностной энергией фикси

руется сравнительно небольшое количе

ство клеток, зато прочность адсорбции

высокая.

Свободные клетки проявляют актив

ность при рН 5,0–5,2, иммобилизован

ные — при 3,6–7,0, что дает возмож

ность проводить брожение при более

низком рН и снизить инфицированность

процесса. Иммобилизованные клетки

при 7...40 °С имеют б

льшую бродиль

ную активность, чем свободные клетки,

и более эффективно сбраживают кон

центрированное сусло [4].

Физиология дрожжей.

В после

дние годы были разработаны технологии

и аппаратурное оформление по сбражи

ванию или созреванию пива с иммоби

лизованными дрожжами. Это дает воз

можность увеличить и оптимизировать

съем продукции с единицы объема,

уменьшить текущие затраты и автомати

зировать все процессы.

Иммобилизованные клетки можно

использовать как периодически, так и

непрерывно. Но как для периодическо

го, так и для непрерывного сбраживания

необходимо провести дальнейшие иссле

дования по физиологии иммобилизован

ной клетки, массопереносу, системе им

мобилизации и конструкции реактора.

Полученная информация позволит соче

тать высокие продуктивность и качество

пива.

В системе с иммобилизованными

дрожжами бoльшая часть биомассы

дрожжей удерживается.

Установлено, что иммобилизация

клеток позволяет хорошо использовать

внутриклеточные ферменты [3]. Актив

ность некоторых ферментов иммобили

зованных клеток выше, чем у интактных

клеток. При этом все фазы развития

дрожжей протекают одновременно. При

иммобилизации микроорганизмов воз

можны изменения проницаемости кле

ток, более равномерное распределение

питательных веществ по всему объему

биореактора, что также положительно

влияет на жизнедеятельность микроор

ганизмов. Установлено, что иммобили

зованные дрожжи синтезируют повы

шенные концентрации эфиров.

Иммобилизованные дрожжи могут

быть использованы для периодического

или для непрерывного процесса, при

этом как для осуществления главного

брожения, так и для дображивания и со

зревания пива.

Особый интерес иммобилизованные

дрожжи представляют с точки зрения

перехода к непрерывному брожению с

интенсивным протоком сусла через ап

парат. При этом, изменяя параметры

процесса, такие, как скорость потока,

температура, засев дрожжей и скорость

разбавления, может быть достигнут ре

жим устойчивого процесса. Кроме того,

непрерывное брожение иммобилизован

ными дрожжами предоставит новые воз

можности генной инженерии пивоварен

ных дрожжей.

Кроме того, иммобилизованные

дрожжи можно использовать в биоре

акторах для получения безалкогольно

го пива, для сбраживания сусла с высо

кой концентрацией сухих веществ. При

этом создание защитного слоя вокруг

клеток способствует улучшению

свойств дрожжей. Этот слой снижает

этанольный стресс в микросреде, так

как полимеры, использующиеся при им

мобилизации клеток, помогают транс

портировке этанола внутрь клетки и

обратно.

Значительный прогресс в брожении

был достигнут использованием иммоби

лизованных систем в пивоварении. При

менение иммобилизованных дрожжей

позволяет переходить к непрерывным

схемам, упрощать операции по разделе

нию дрожжей и пива, длительно эксплу

атировать метаболические способности

клеток, повышать продуктивность про

цесса, получать новые сорта пива. Ос

новной критерий пригодности новой тех

нологии — конечное качество готового

пива: метод может быть применен толь

ко в том случае, если качество пиво не

изменяется или его изменения незначи

тельны.

ЛИТЕРАТУРА

Грачева И.М., Кривова А.Ю.

Технология фер

ментных препаратов. — М.: Элевар, 2000.

С. 512.

. Колпакчи А.П.

Влияние закрепления пивова

ренных дрожжей на носителе на процесс сбра

живания пивного сусла/Научно технический

реферативный сборник. — М.: ЦНИИТЭИпи

щепром, 1979.

. Калунянц К.А.

Химия солода и пива. —М.: Аг

ропромиздат, 1990. С. 176.

Саришвили Н.Г., Рейтблат Б.Б.

Микробио

логические основы технологии шампанизации

вина. — М.: Пищевая промышленность, 2000.

С. 364.

Хорунжина С.И.

Биохимические и физико хи

мические основы технологии солда и пива. —

М.: Колос, 1999. С. 312.

Bardi E.P., Koutinas A.A., Soupioni M.J,

Kandellaki M.E.

Immobilization of yeast on

delignified cellulosic material for low temperature

brewing. — J.Agric.Chem. 1996.

Эл ктронная Науч ая СельскоХозяйственная Библиотека