Файл: Технология гидролизных производств учебник..pdf

физиологическими и структурными признаками. Дрожжи рода Saccharomyces включают 18 видов, например виды Saccharomyces cerevisiae, Sacch. ѵіпі, существующие в условиях бродильных про­ изводств. К роду Schizosaccharomyces отнесено 25 видов. Вид Schizosaccharomyces pombe используется для сбраживания гидролизного сахара на спирт. Виды разделяются на большое число рас и штаммов, отличающихся по ряду свойств, связанных с требованиями того или иного производства и имеющих какиелибо дополнительные отличия.

В. И. Кудрявцев считает, что дрожжевые организмы, не обра­ зующие спор, но имеющие другие общие свойства со спорообра­ зующими дрожжами, должны быть отнесены к классу грибов Fungi, порядку Unicellomycetales и семейству Saccharomycetaceae, так как способностью к спорообразованию не обладал их общий предковый вид. Это свойство возникло у части дрожжей в про­ цессе эволюции и приспособления к неблагоприятным условиям существования. Аспорогенные дрожжи выработали другие сред­ ства защиты.

Типы дрожжей. Дрожжи, постоянно культивируемые человеком в благоприятных условиях для производственно-хозяйственных целей и дающие максимальный эффект при получении того или

в комки, склеиваться, сцепляться в хлопья, быстро оседающие на дно бродильного чана. Поэтому их называют также низовыми. Пылевидные, или верховые, дрожжи остаются почти одиночными, и бражка представляет собой равномерную взвесь. Это деление дрожжей связано с явлением, которое носит название флокуля­ ции. Под флокуляцией понимают образование комков дрожжей из гомогенной взвеси. При этом образование комков происходит на гидролизатах по типу ветвления в разных плоскостях неотде­ ленных дочерних клеток от материнских, а на сульфитных щелоках — по типу склеивания, слипания отдельных клеток.

Флокулирующие хлопьевидные дрожжи характеризуются по­ вышенным содержанием в клетках связанной воды и меньшим содержанием свободной. Связывание воды в клетках обусловлено содержанием в них веществ, богатых гидрофильными группиров­ ками. Такими веществами являются полисахариды клеточных оболочек. Если количество полисахаридов больше половины массы белка дрожжей, то клетки теряют сродство с водной фазой и диф­ фузную водную оболочку, вследствие чего такие клетки не дают равномерной взвеси и благодаря флокуляции переходят в осадок. В среде с аэрацией эти дрожжевые клетки, имеющие лиофобную поверхность, переходят в пену, что имеет место при флотации. Электрический заряд клетки также влияет на образование хлопьев. С уменьшением водной оболочки уменьшается и электрический заряд. Клетки, имеющие пониженный электрический заряд, обладают лиофобной поверхностью, между ними начинают дей­ ствовать силы сцепления, они флокулируют и при взаимодействии

215

с пузырьками воздуха флотируются в пену. Для флокулирующих дрожжей необходимо наличие в среде ионов кальция, железа и магния, а также депрессивных (водоотнимающих) веществ, под влиянием которых уменьшается количество свободной воды и по­ вышается содержание связанной. Способность дрожжей образовы­ вать хлопья изменчива и зависит от физиологического состояния их клетки и от условий культивирования.

Пылевидные дрожжи отличаются от хлопьевидных большим содержанием свободной воды (около половины их массы) и малым количеством связанной воды; полисахаридов содержится меньше половины массы белковых веществ клеток. Клетки пылевидных дрожжей, имеющие лиофильную оболочку, обладают. большим сродством с водной фазой, не флокулируют, не реагируют с пузырьками воздуха при аэрации среды и не флотируются, а на­ ходятся во взвеси в жидкости.

4. б и о х и м и ч е с к а я и ф и з и о л о г и ч е с к а я х а р а к т е р и с т и к а п р о и з в о д с т в е н н ы х КУЛЬТУР ДРОЖЖЕЙ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ

В производстве применяются многочисленные расы спиртообра­ зующих дрожжей. Расовой особенностью тех или иных дрожже­ вых культур считаются ценные и полезные в том или ином произ­

мышленности, относятся к родам Saccharomyces и Schizosaccharo-

На большинстве гидролизных заводов в настоящее время ис­ пользуют шизосахаромицеты или смесь шизосахаромицетов и сахаромицетов (на Ленинградском заводе). С освоением на гидролизных заводах метода непрерывного брожения создались условия, когда шизосахаромицеты стали преобладающими в

216

бродящей бражке, а на многих заводах полностью вытеснили сахаромицеты, с которыми гидролизные заводы работали в тече­ ние ряда лет. Шизосахаромицеты являются активными спиртообразователями, полнее сбраживают сахара глюкозу, сахарозу, галактозу, мальтозу, рафинозу, вызывают брожение декстринов сусла и дают выход спирта на 7—9% больше, чем сахаромицеты. Температура брожения их 35—36° С, развиваются они при более низких значениях pH (до 3,9). Однако они не стойки при хране­ нии и нарушении технологического режима, размножаются медленно и не способны синтезировать витамины (биотин, инозит, никотиновую кислоту и др.), необходимые для роста клеток и по­ строения ферментных систем. Эти витамины они ассимилируют в готовом виде. На гидролизатах лучше развиваются сахароми­ цеты, которые, активно размножаясь, синтезируют витамины и обогащают ими среду. Такая бражка пригодна для жизнедея­ тельности шизосахаромицетов. Поэтому для условий спиртового брожения гидролизатов целесообразен симбиоз шизосахаромице­ тов и сахаромицетов. Клетки шизосахаромицетов на обычном гидролизате не накапливают запасного энергетического вещества гликогена, поэтому они плохо переносят перебои в работе и консервацию при остановках завода. На гидролизате, облагоро­

и в клетках шизосахаромицетов накапливается гликоген, благодаря чему они становятся устойчивыми к неблагопрятным условиям и лучше сохраняются.

На некоторых заводах преобладают ветвистые дрожжи сахаро­ мицеты. Встречается небольшая примесь (1—2%) пылевидных дрожжей.

Под влиянием различных условий гидролизной среды однокле­ точные пылевидные дрожжи из рода Saccharomyces изменили свои морфологические свойства. На многих гидролизных заводах появились ветвистые формы дрожжей. Они сбраживают глюкозу и сахарозу, менее активно галактозу, не все дрожжи усваивают

характеристика некоторых производственных дрожжей спиртового брожения, применяемых на гидролизных заводах. Наиболее активными расами гидролизных дрожжей, производящими энергичное брожение, в настоящее время являются культуры ветвистых дрожжей-сахаромицетов: тавдинская (Т-С-1) и архангельская (А-С-1). Шизосахаромицеты канские (К-С-1), косьвинские (Кос-С-1), хорские (Хор-С-1) полнее сбраживают галактозу, составляющую 10% гексозного сахара. Они образуют большие количества спирта, чем сахаромицеты, при равных усло­ виях культивирования, так как делящиеся дрожжи обладают способностью более активно синтезировать индуцированный фер­ мент галактокиназу, по новой номенклатуре — АТФ: D-галактоза- 1-фосфотрансфераза (2. 7. 1. 6).

217

218

Методом селекции описанные расы выделены как наиболее эф­ фективные и высокопродуктивные, из микрофлоры гидролизных заводов. Культуры дрожжей, приспособленные к условиям дан­ ного производства, применяемые длительное время и дающие в этих условиях хороший выход необходимых продуктов, называ­ ются местными расами дрожжей. На большинстве сульфитно­ спиртовых заводов применяются культуры сорбирующихся дрож­ жей, т. е. прикрепленных к волокнам целлюлозы. К сорбирую­ щимся дрожжам (рис. 49, 2) относятся представители различных родов и видов семейства сахаромицетов. В основном они пред­ ставлены родами: Saccharomyces, Fabospora, Zygofabospora. Краткая биохимическая и физиологическая характеристика неко­ торых сорбирующихся дрожжей приведена в табл. 19.

Указанные местные культуры спиртообразующих дрожжей являются наиболее активными при сбраживании щелоков. В основном они являются флокулирующими дрожжами, которые хорошо сорбируются волокнами целлюлозы. Сорбирующиеся культуры дрожжей наряду с другими сахарами хорошо сбражи­ вают галактозу. Это так называемые галактозные дрожжи, содер­ жащие фермент галактокиназу.

На выход спирта, скорость его образования и физиологическое состояние дрожжей большое влияние оказывает концентрация дрожжей в бражке. Она должна соответствовать количеству пита­ тельных веществ в среде, которые обеспечили бы и прирост молодых клеток и стойкость зрелых. Оптимальной концентрацией является 15—20 г дрожжей в 1 л бражки. Это количество дрож­ жей быстро сбраживает сахар, обычно в течение 6—7 ч, и выход спирта достигает 57—59 л из 100 кг сбраживаемых сахаров. Указанная концентрация обеспечивает и необходимый прирост дрожжей, так как при низкой концентрации дрожжи активно размножаются, часть сахара используется на этот процесс, следо­ вательно, выход спирта понижается, а при высокой концентрации дрожжи медленно размножаются, постепенно отмирают, и броже­ ние замедляется. На скорость -брожения влияют также природа и концентрация сахара. Наиболее интенсивно сбраживаются глюкоза и фруктоза, медленнее манноза и труднее других галак­ тоза. Гидролизное сусло сбраживается с максимальной скоростью при концентрации сбраживаемого сахара 1,5—4%; при концен­

обмена веществ в дрожжах. Кроме того, высокая концентрация спирта отрицательно влияет на каталитическое действие фермен­ тов. Однако существуют осмофилыіые дрожжи, которые выносят высокое осмотическое давление, а потому могут сбраживать растворы, содержащие большие концентрации сахара. Для полу­ чения высоких и устойчивых выходов спирта необходимо закреплять и усиливать полезные свойства дрожжей, создавая им оптимальные условия развития, соответствующие их потреб­ ностям.

219