Расы пивных дрожжей. Винные дрожжи – какие бывают, как применять. Основные стадии технологического процесса

При изготовлении любого современного вина обязательно используются винные дрожжи. Они в процессе своего развития проходят такие стадии:

1. Лаг-стадия. Она начинается с того момента, когда дрожжевые крупинки попадают в сусло – в питательную среду. Клетки начинают приспосабливаться к субстрату. Они увеличиваются в размерах, но при этом процесса размножения ещё нет;
2. Вторую стадию называют логарифмической. Во время неё увеличивается популяция клеток, и биомасса становится больше. Клетки стойко выносят все отрицательные факторы внешней среды. Начинается брожение спирта;
3. Третью стадию называют стационарной. Дрожжевые клетки прекращают расти, а спиртовое брожение происходит с интенсивной силой;
4. Четвёртая стадия заключается в затухании роста клеток дрожжевой массы. Масса начинает уменьшаться в размерах благодаря интенсивному автолизу и использованию дрожжами резервных веществ.

Пройдя все четыре стадии, дрожжевая масса сделает любое вино вкусным и ароматным.

Всё об винных дрожжах

В природе дрожжи образовываются на поверхности ягод, например, на винограде. Их можно легко заметить, так как они обладают светлым налётом на кожуре ягодок. Налёт образовывается из-за работы дрожжевого грибка.

Пекарские, спиртовые, пивные и винные дрожжевые крупинки относят к производственным дрожжам. Учитывая место происхождения, сорт винограда и местонахождение виноградных плантаций каждому виду дрожжей присваивается своё имя. Дрожжевые расы в свою очередь можно разделить на группы. Вследствие этого расы винных дрожжей бывают:

1. Высоковыбраживающими;
2. Термоустойчивыми или холодостойкими;
3. Спиртоустойчивыми;
4. Хересными.

Спиртоустойчивые расы дрожжей применяются для изготовления шампанского, а хересные для придания винам неповторимого аромата и вкуса.

Вино обычно делают из сока винограда или других видов плодов и ягод.

Если происходит кустарное виноделие, сусло (отжатый сок) начинает бродить без помощи дрожжей, так как начинают интенсивно размножатся дрожжевые грибки, которые имеются на поверхности самих ягод. Одновременно с ними в силу вступают молочнокислые, уксуснокислые бактерии, дрожжеподобные грибы, которые могут привести к порче продукта, ну или получению винного уксуса вместо вина.

По этой причине вовремя промышленного производства вина, чтобы избежать порчи виноматериалов в виноградный сок добавляется активированная смесь винных дрожжей.

Тип вина зависит от того, каким образом происходит брожение. Благодаря винным дрожжам начинает бродить сахар, который входит в состав винограда. Брожение длится до тех пор, пока весь сахар не преобразуется.

При нехватке кислорода благодаря влиянию дрожжей получается спирт. Если кислород постоянно поступает, полностью окисляется сахар и получается вода с углекислым газом.

При первичных этапах развития дрожжей, брожение происходит интенсивно, из-за этого углекислый газ, который выделяется, не даёт проникать атмосферному кислороду к поверхности сусла. Когда брожение закончится, бочку с вином важно хорошо запечатать. Если этого не сделать, уксуснокислые бактерии превратят спирт в уксусную кислоту. Вместо вина вы станете обладателем винного или яблочного уксуса.

В промышленном производстве вин используется виноградный сок с содержанием 25 процентов сахара.

Чтобы получить белые вина, виноград очищается от кожуры и косточек. Для красных вин, кожуру и косточки не удаляют. Дрожжи для вина вместе с сахаром при брожении сок перерабатывают в спирт. Дрожжевые вещества придают вину ароматность и приятный вкус. После брожения для придания напитку запаха большую роль играют молочнокислые бактерии.

Разные разновидности вин имеют свои особенности производства. Например, чтобы получить шампанское, перебродившее вино нужно сбродить повторно. Брожение напитка должно закончиться в закрытой ёмкости, так как должна накопиться внутри углекислота.

Чтобы получить крепкое вино (херес), нужно воспользоваться специальными хересными дрожжами, которые стойкие к высокой концентрации спирта в виноматериале.

Разновидности вин

Вина бывают сухими, сладкими и креплёными. Чтобы получить сухое вино, важно брожение остановить сразу же после окончания запаса сахара в выдавленном виноградном соке.

Сладкие вина получают путём частичного сброжения сахара, когда достигается токсичный уровень спирта для винных дрожжей.

Креплёные вина дополнительно заливаются спиртом.

Из вышеописанного можно сделать вывод, что вид вина напрямую зависит от того, каким способом его производят, а также какой вид винных дрожжей используется для брожения сока.

Какие бывают дрожжи

Существует много различных видов винных дрожжей. Например, дрожжи для вина Lalvin KV-1118, Lalvin EC-1118 и другие. Давайте подробнее рассмотрим инструкцию по применению каждого вида дрожжей.

Первый вид

Винные дрожжи Lalvin KV-1118 являются чистым высокоактивным дрожжевым концентратом, который применятся для изготовления лёгких белых вин, красных вин и шампанского. Также с помощью таких дрожжей можно восстановить брожение.

Дрожжевую массу принято применять при низкой концентрации, низких температурах, низкому содержанию жирных кислот. Они отлично справляются со своей миссией в температурном режиме 10 – 35 градусов. Если в виноматериал добавить подпитку при температуре ниже 16 градусов, начнут вырабатывать сложные эфиры, которые придадут напитку насыщенный аромат. Благодаря выраженному киллер-эффекту, дрожжевые крупинки хорошо подавляют «дикую» микрофлору.

Инструкция по применению такого продукта говорит следующее:

1. Применяются дрожжи со штампом KV для выражения виноградного аромата в белых, розовых и насыщенно красных винах;
2. Учитывая тип и чистоту сырья, условия и длительность ферментации определяется нужная дозировка. Обычно она составляет от 1 до 4 г/дал;
3. В их состав не входят никакие добавки. Они имеют влажность 6 процентов;
4. Винные дрожжи (5 грамм) разводят в воде (50 миллилитров) 34 – 39 градусов. Чтобы они заработали нужным образом важно, чтобы вода была температуры не более 40 градусов. Затем смесь нужно хорошо перемешать, чтобы разбить комочки и выдержать не более двадцати минут. Спустя время снова перемешайте, и медленной струйкой введите в сусло. Медленное введение помогает дрожжам постепенно акклиматизироваться и не погибнуть при соединении с прохладным суслом;
5. Хранить дрожжи для вина можно в тёмном сухом месте до пары лет. Температура хранения должна быть от пяти до пятнадцати градусов. Если вы открыли упаковку, срок годности у неё не больше полугода.

Второй вид

Винная дрожжевая масса Lalvin EC придаёт красным и белым винам освежающий вкус и чистоту. Они хорошо бродят даже при самых низких температурах, образуя осадок в одном месте. Благодаря такому виду сырья можно повторно запустить брожение. Его рекомендуется использовать для , а также из калины, боярышника и вишни. Продукт с пометкой EC обладает низким пенообразованием, хорошо осветляет вино и компактно собирает осадок. Инструкция по применению дрожжей со штампом EC говорит следующее:

1. 300 грамм содержимого пакетика нужно высыпать в пять литров сорокаградусной воды. Тщательно размешайте до однородности;
2. Когда температура смеси станет 35 градусов, аккуратно высыпьте 250 грамм дрожжей на поверхность. Дайте постоять 20 минут и хорошенько перемешайте. Затем полученную массу вылейте в сусло, таким образом, чтобы перепад температур был не выше десяти градусов;
3. Хранить их можно в закрытой упаковке при температуре не больше восьми градусов тепла.

Приготовить вино из винограда не очень трудно. Важно только приобрести правильные дрожжи и внимательно изучить, что говорит инструкция. На ней обычно всё подробно написано.

Теперь вы знаете, что собой представляют дрожжи для вина. Каких они бывают видов. Как можно получить различные виды вин, используя разные виды изготовления. Любители виноделы всегда гордятся своими творениями, особенно если они нравятся окружающим людям.

Спиртовое брожение — фундамент и начало всех напитков содержащих алкоголь, будь то вино, виски или пиво. Основа этого самого фундамента - сырье, вода и дрожжи. В этой статье мы расскажем о различных видах винных дрожжей, используемых в домашнем и промышленном виноделии. Рассмотрим, какие бывают дрожжи - дружественные, помогающие развивать богатство и разнообразие вин, и вражеские для винодела, угнетающие и портящие не только само вино, но и заражающие целые винодельни вместе с оборудованием.

Спиртовое брожение (оно же “ферментация”) - биохимический процесс, осуществляемый дрожжами, идеальным результатом которого является преобразование сахаридов (в основном, сахарозы, глюкозы и фруктозы) в этиловый спирт (основной продукт), углекислый газ и множество химических микроэлементов (нужных и не нужных, вредных и полезных побочных продуктов).

Дрожжи - микроскопические одноклеточные грибки. Cовременная микробиология разделяет их на более, чем полторы тысячи видов и еще тысячи подвидов, а уже они в свою очередь могут воспроизводить множество вариаций - в зависимости от результатов контролируемых и не контролируемых мутаций и перерождений (вы наверняка с этим сталкивались сами, если использовали одни и те же дрожжи по несколько раз, размножая их самостоятельно).

Человек еще с древних времен взял на вооружение спиртовое брожение, но пищевая промышленность и наука до сих пор открывают все новые и новые возможности и особенности использования дрожжей для производства этилового спирта. Множество усилий сконцентрировано именно в развитии рынка виноделия и микробиологии связанной с ним, это целая отрасль - энология. Энология занимается изучением и выведением бактерий, разработкой ферментов, исследованием и воспроизводством дрожжей обладающих нужными для виноделов качествами, позволяющие производить множество вин и винных напитков, открывая все новые грани и вкусы, а также сохраняя старые и редкие, ставшие историческим достоянием человечества.

Основные виды дрожжей (сахаромицетов - именно они друзья всех алковаров — виноделов, пивоваров и самогонщиков), используемых в производстве алкогольных напитков (в том числе в домашних условиях).

Таблица для наглядности. Здесь представлены некоторые расы дрожжей, вариации которых (разные штаммы одного и того же вида), популярны в промышленном (а некоторые и в домашнем) виноделии. Обратите внимание, что выбор конкретной расы обусловлен в том числе и условиями брожения. Некоторые рекомендуемые для виноделия расы винных дрожжей приведены в таблице (некоторые их иностранные аналоги доступны к покупке в нашем магазине).

«Saccharomyces cerevisiae» (Сахаромицес церевизия) — наиболее распространенный, разнообразный и "прирученный" вид дрожжей на данный момент в мире. Именно различные расы этого типа сахаромицета являются лидерами в сфере хлебопекарных, винных, пивных и спиртовых дрожжей. Они настолько разнообразны, а сферы их применения широки, что заслуживают отдельной статьи. К сожалению, не всегда в диком виноделии попадаются именно они, а учитывая что среди сахаромицетов церевизия существуют сотни подвидов негативно (в той или иной степени) влияющих на вино, то вероятность "удачного заражения" становится еще ниже, но не отсутствует;

«Saccharomyces vini» (Сахаромицес вини) - преимущественно они обитают на спелых (а особенно на поврежденных) ягодах винограда и в соках (незакрытых от внешнего воздействия). Нередко их можно обнаружить и в почве, в пищеварительной системе насекомых (особенно дрозофил, ос и пчёл), а также внутри винодельческого производства (в том числе и домашних виноделен) - на стенах, посуде и оборудовании. Однако, в домашнем виноделии они используются очень ограниченно, могут давать много нежелательных эффектов - например, помутнения вина и образования взвеси;

«Saccharomyces oviformis» (Сахаромицес овиформис) - чаще всего использование этой расы в виноделии может приносить пользу. Их используют для сбраживания сусла с высоким содержанием сахара, они хорошо подходят для производства сухих вин. Современные представители этой расы дрожжей имеют популярность в производстве шампанских вин.

Есть и отечественные расы: “Ленинградская”, “Киевская”. К недостаткам использования этих штаммов могут относиться - возобновление брожения в готовом вине (чаще всего полусладкого, но не только), а также помутнение и образование позднего осадка. Наиболее продуктивно использовать данные штаммы для производства Хереса - крепленого вина. Заточенные для этого представители (разновидность под названием “Oviformis Cheresiensis ”) - “Херес 96-К” и “Херес-20-С” - однако, они очень стремительно генерируют пленку на крепком вине (16-17% об.).

«Saccharomyces bayanus (uvarum)» (Сахаромицес баянус уварум) - чаще всего их можно встретить в плодовых винах и соках. Это очень неторопливые дрожжи - развиваются медленно, мутацию сложно контролировать из-за сложно-отличимых для современного уровня контроля микробиологических процессов в домашнем виноделии. Они не являются дрожжами с высокой степенью аттенюации (спиртообразования), однако имеют редкую особенность - повышенную устойчивость и сопротивление холоду. Что касается продуктов брожения - они почти идентичны тому, что набраживает вышеупомянутый штамм дрожжей S. Vini . Особенности - многие (но не все) расы этой разновидности способны образовывать плотнейший (не поддается взмучиванию) дрожжевой осадок, пена почти полностью отсутствует, дают повышенное содержание глицерина. Из наиболее популярных рас - “Новоцимлянская 3”, пока она почти недоступна для домашнего виноделия, но отлично себя зарекомендовала для производства полусладких вин.

Но далеко не все дрожжи одинаково полезны. Далее рассмотрим несколько опасных и подлых врагов виноделов - дрожжей, обладающих совсем недружелюбными свойствами.

«Pichia»/«Hansenula»/«Candida» и другие пленчатые — серьезные враги, вредители и виновники неудавшихся вин (особенно при использовании диких дрожжей). Главная их особенность - образование пленки на поверхности вина, особенно при аэробных условиях (гидрозатвор (водяной затвор) в помощь). Клетки этих зловредных дрожжей имеют нестабильную форму - встречаются эллиптические, овальные, колбасо- и булаво-видные формы и непропорционально удлиненные. Некоторые из них (Pichia и Hansenula) образуют споры, другие же - размножаются почкованием. Эти расы способны с высокой скоростью сбраживать винное сусло, окисляя его. Некоторые из них не могут набраживать достаточное для современного вина спирта, например, Hansenula - дает всего до 5% этанола.

В правильно подготовленном сусле они как правило не представляют опасности, т.к. содержатся в небольшом количестве. Если вы соблюдаете технологические условия подготовки и хранения виноматериалов (герметичность, стерильность материала и окружающей атмосферы), из которых будет сделано вино - опасаться нечего. Но вот при плохой подготовке (начинающие/незнающие виноделы любят не мыть виноград (не зная его микрофлору), использовать не подготовленную воду и тару) - штамм быстро начинает размножаться на поверхности. Это приводит к созданию уже на 2-3 сутки (иногда позже) глянцевой, а потом и складчатой (пупырчатой) пленки, которая может быть в широком цветовом диапазоне - от белого и мутно-прозрачного до серого цветов.

Если вино вдруг заразилось, то пленка это не самое худшее. Образование пленки означает новый этап сбраживания - сбраживание с окислением сахара. В процессе, обязательно образуются не только этиловые, а амиловые и бутиловые спирты, а также уксусные, масляные, янтарные кислоты и разнообразные эфирные соединения этих кислот. В результате чего, сусло получает характерный очень неприятный запах. Особенно велика вероятность, если вы используете мезгу - тогда для рас типа Pichia/Hansenula наступают наиболее благоприятные условия (поэтому мы рекомендуем для производства чачи использовать не винные, а более сильные фруктово-спиртовые дрожжи, которые способны нивелировать этот процесс).

Некоторые пленчатые дрожжи (часто встречающиеся в диком брожении - могут быть наоборот, очень спиртоустойчивыми (а еще и сульфито-устойчивыми), что поначалу нравится некоторым незадачливым виноделам. Они могут комфортно себя чувствовать даже при содержании спирта в 14% об. и 400-500 мг/л SO2. По этой же причине, в столовых винах (к которым есть доступ кислорода) они будут чувствовать себя очень комфортно, постепенно образовывая различные примеси которые приводят к порче вина (особенно домашнего и недопитого вина без консерванта). Они очень стремительно восстанавливают сульфаты и сульфиты, генерируя при этом большое содержание сероводорода и различных серных соединений, это является причиной неприятного тухлого запаха.

Цвель - одна из самых частых болезней вина дающих неприятный внешний вид (осадки, взвесь, островки, помутнение) и неприятный запах, зачастую появляется благодаря наличию в сусле активных дрожжей вышеупомянутых рас и пород. К тому же, они являются злейшими врагами производства сухих вин, шампанского и хереса - будьте осторожны!

Развитие и размножение злокачественных дрожжей в вине можно предотвратить ограничив доступ кислорода к нему (опять же, гидрозатвор) и установив правильные условия для хранения виноматериала - низкие температуры, а сами емкости должны быть заполнены полностью - не оставляя большого количества свободного пространства. Иногда может потребоваться своевременный долив - не стоит этим пренебрегать.

«Zygosaccharomyces» - еще один представитель зловредной (для винодела) микрофлоры. Эта раса дрожжей очень осмофильна - они прекрасно себя чувствуют в чрезвы чайно сладком сусле, развиваются даже при содержании сахара в 60 и даже 80 грамм на 100 мл. (вакуумное брожение сусла, различные домашние заготовки - мед, джемы, варенье). Они вызывают процесс ферментации в таких экстремальных условиях (представьте, какой это гидромодуль невероятный) и тем самым кардинально портят продукт. Что парадоксально, этот штамм не очень-то и спиртоустойчивый - образовывают в среднем не более 10-11% спирта, при этом бродят крайне долго, но за это время успевают полностью испортить некогда пригодный материал/продукт. Однако, современная наука нашла и им применение, правда ограниченное - “Расы Виерул, Май-копская, Краснодарская 40” - могут использоваться для снижения кислотности в очень кислом сусле, т.к. перерабатывают материал в основном путем брожения, а не окисления (как остальные зловредные).

«Saccharomycodes» - очередные вредители древнего и современного виноделия. Это сложные дрожжи, которые обладают крупной формой и неустойчивым типом размножения - могут и делиться и почковаться. Они обладаются спиртоустойчивостью до 12% (а по некоторым сообщениям и до 14%), а само сусло обогащают уксусно-этиловым эфиром, что губительно сказывается на выживаемости чистых культур дрожжей и могут вызывать различные побочные явления (например, внезапное возобновление брожения).

«Saccharomycodes ludwigii» - могут вызывать возобновление брожения даже высокосульфитированного сусла (не все консерванты являются панацеей). Также выдерживают очень высокое содержание SO2 в готовом вине и сусле.

«Hanseniaspora» (апикулятус) - чрезвычайно распространенные дрожжи, которые могут быть представлены как в виде спорогенов (Hanseniaspora apiculata) и аспорогенных грибов (Klocker apiculata). Если плод поврежден - очень вероятно, что они уже там, не брезгуют соками и крупными фруктами (да и мелкими тоже, просто чуть реже). Интересный факт: когда виноград созревает, они могут достигать до 99% всех дрожжей, которые там находятся (еще один повод в пользу чистоты - мойте виноград и весь виноматериал!). Сбраживающая способность низкая - всего около 4-7% об. спирта, однако очень много набраживают летучие соединения, уксусно-этиловый эфир, масляные, пропионовые и другие кислоты. Нередко являются причиной того, что сусло или вино (в особенности домашнее) недобродило. Они имеют взрывной рост и очень быстро размножаются в сусле, в несколько раз опережая рост других дрожжей - особенно благородных. Придают вину горечь, массу посторонних и при этом сильных запахов, а также уксусные оттенки. Делали домашнее шампанское или херес и попались “липнувшие" остатки? Это тоже их рук дело. Помочь может сульфитация (иногда повышенная) и длительное отстаивание.

«Torulopsis» - распространенная вредная для виноделия раса, особенно если речь идет о винограде. Они активно выделяются в уже забродившем виноградном соке, которое началось с диких дрожжей (т.н. благородной гнили). Их можно разделить на два основных вида (T. bacillaris и T. Candida). В последние годы встречалась информация о том, что они образуют споры, но в данный момент принято считать, что они размножаются почкованием. Они не часто появляются в вине, зато частый гость в виноградном соке. Способны сбраживать сусло до 12.5% оборотов этилового спирта. В плане биохимии они не так вредны и губительные как остальные дрожжи проявляющие себя при диком брожении, они образуют гораздо меньше зловредных химических элементов, но образуют - слизь. Согласитесь, мало кому будет приятно пить вино, в котором местами попадаются островки напоминающие кисель или что-то еще более склизкое. Они тоже являются осмофилами (им хорошо даже если содержание сахара 60-80 грамм на 100 мл) и любят высокую температуру, а повышение SO2 для них и вовсе не заметно.

«Rhodotorula» - это так называемые “розовые дрожжи”, их так называют из-за характерной окраски. Они не сбраживают сахара, а окисляют их, создавая при этом плотную розовую пленку. Способствуют окислению соков, образованию мути и выпадению в осадок десертных и полусладких (ну и сладких) вин. Интересная особенность - могут питаться парами спирта в воздухе, по этой причине часто оказываются “пойманными с поличным” на стенках виноделен и даже подвалов в виде розовой слизи.

Вместо вывода:

В произ-водственных условиях спонтанное брожение может вызвать нежелательные послед-ствия. Чтобы этого избежать и получить вино хорошего качества, брожение проводят на чистых культурах специально отселекционированных рас дрожжей, вводя их в сусло для направленного протекания процесса. В современном виноделии все же достаточно часто можно наткнуться на нейтральные и подходящие для виноделия дрожжи, они могут не быть истинными (идеальными, как чистые культуры дрожжей), но и не испортят вино. По этой причине нельзя однозначно считать, что спонтанное брожение обязательно приведет к порче вина, однако эта возможность существует всегда и порой эта вероятность может категорически возрастать. Например, если на одной кисти винограда оказываются зловредные киллер-дрожжи, при брожении они способны с огромной скоростью уничтожать чувствительных (1 клетка киллера может погубить в среднем 20 клеток благородных). К тому же, существует зловердно нейтральные (не участвующие во внутривидовой борьбе) расы, которые могут насытить вино лишними химическими соединениями, как правило плохо пахнущими.

Использование диких дрожжей часто чревато недобродом - внезапно сусло перестает "бурлить" или начинается "другое брожение" (пленчатое). Поэтому, если вы категорически используете дикие дрожжи - добавляйте диоксид серы , благородные штаммы как правило устойчивы к сульфитации, а вредные дрожжи - как правило нет (но, к сожалению, не все)

Вкусных всем вин!

Упоминающиеся товары в нашем .

Расы дожей. В данный момент в пивоваренной промышленности пользуются такими расами, как: 11,776,41, S и P (львовская раса), а также штаммы 8а (М) и Ф-2.

Штамм 8а (М) выведен методом селекции из пивных дрожжей расы S (львовская) и предназначен для использования при низовом брожении. Эти дрожжи имеют следующие показатели: взрослые клетки односуточной культуры, выращенной на жидком охмелённом сусле с массовой долей сухих веществ 11%, имеют размеры 6,5-7,1 мкм; бродильная активность 2,04 г. СО2 на 100 мл. сусла за 7 суток при температуре 7°C; флокуляционная способность хорошая; вкус и аромат приятные.

В лабораторных условиях штамм хранят на скошенном сусло - агаре при температуре 6-7°C. Пересев производят один раз в 2-3 месяца вначале на охмелённое сусло,а затем на сусло - агар. Длительность пользования дрожжей не более 5-8 генераций. При их использовании интенсифируется процесс брожения и улучшается качество пива.

Штамм Ф-2 получён гибридизацией пивных дрожжей расы 44 и отличается от существующих штаммов пивных дрожжей способностью сбраживать углеводы сусла, состоящие из четырёх остатков моносахаров. Эти дрожжи предназначенные для проведения низового брожения, имеют размер клеток 10*4,5-6,5 мкм, бродильная активность 2,40 г. CO2 на 100 мл. сусла за 7 суток при температуре 7°C. При использовании этого штамма получают глубоковыброженное пиво с повышенной стойкостью.

Так же существуют и новые расы дрожжей.

Пивоваренные дрожжи "Saccharomyces cerevisiae" как верховые, так и низовые широко используются для сбраживания солодового сусла и получения пива.

В производственных условиях штаммы дрожжей "Saccharomyces cerevisiae" культивируются при температуре 25-30oС и оптимальном значении pН 4,6-5,5, по своим физико-биохимическим особенностям сбраживают глюкозу, сахарозу, мальтозу, рафинозу, и слабо галактозу, при выращивании усваивают следующие источники углерода: глюкозу, галактозу, сахарозу, мальтозу, рафинозу, мелицитозу, этанол, молочную кислоту и слабо трегалозу и а-метил-д-глюкозид. Нитраты не ассимилирует. Способ, условия и состав среды для хранения и размножения используется стандартный, тоесть разбавленное пивное сусло, температура 25-30oС и pН 4,5-5,5.

Хранение на твердом сусло-агаре, размножение на жидком разбавленном сусле, пересевы при хранении 1-2 раза в год при условии хранения культуры в холодильнике.

Известны различные штаммы дрожжей "Saccharomyces cerevisiae", в которых наблюдается индивидуальная изменчивость внутри вида, что приводит к получению пива с различными оттенками вкуса.

Известны, например, дрожжи "Saccharomyces cerevisiae" расы Пильзенская, расы 776 типа Фроберга, способные сбраживать охмеленное пивное сусло с получением пива светлых сортов.

Дрожжи расы 776 считаются особенно пригодными для сбраживания сусла, приготовленного с добавкой несоложеных материалов или из солода, полученного проращиванием ячменя с невысокой степенью прорастаемости.

Культура дрожжей расы 776 обладает конечной степенью сбраживания сусла 75-77%, время главного брожения 6-8 сут.

Известно применение низовых дрожжей "Saccharomyces cerevisiae" расы 308 для получения пива светлых сортов хороших вкусовых качеств. Процесс главного брожения составляет 7-10 суток. При брожении дрожжи собираются хлопьями и оседают на дно бродильного чана, образуя плотный осадок. Конечная степень сбраживания сусла составляет 82-83%.

Штамм "Saccharomyces cerevisiae" Д-202 депонирован во Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной микробиологии Российской академии сельскохозяйственных наук под номером 11, хранится в коллекции культур микроорганизмов.

Штамм характеризуется следующими культурально-морфологическими признаками. Односуточная культура дрожжей на жидком сусле представляет собой одиночные округло-овальные и вытянутые клетки с почками размерами (5,0-7,0), (7,5-10,0) мкм. На дне пробирки образуется плотный осадок. На сусло-агаре образует гладкие выпуклые конусовидные колонии беловато-кремового цвета пастообразной консистенции с ровным краем. На ацетатной среде на четвертый день образует сумки со спорами.

Рост на безвитаминной среде отсутствует. Штамм Д-202 является ауксотрофом по биотину.

Штамм сохраняется методом пересевов на слегка скошенном солодовом сусле - агаре с 7% сухих веществ (pН 5,0-5,5), разлитом высоким слоем (по 10 мл) в пробирки. Пересевы на свежие среды проводят один раз в 2-3 мес. Пробирки с посевами помещают на два дня в термостат при 25-30oС. После этого пробирки закрывают пергаментными колпачками и ставят в холодильник при 5oС с пересевами 1-2 раза в год.

Клетки штамма сбраживают солодовое охмеленное сусло с массовой долей сухих веществ от 10 до 20% при pН 4,4 при 14-18oС. Коэффициент размножения дрожжей 1:5.

Конечная степень сбраживания сусла 88,5%. Время главного брожения 3-8 сут (в зависимости от плотности сусла).

Способность к оседанию хорошая. Качество получаемого пива соответствует требованиям технических условий.

Для сбраживания пивного сусла употребляются дрожжи верхового и низового брожения, размножающиеся почкованием. Эти дрожжи относятся к семейству сумчатых грибков - эндомицетов и входят в группу сахаромицетов.

Сбраживание сусла дрожжами верхового брожения имеет весьма характерные внешние признаки. Верховые дрожжи во время брожения поднимаются кверху и образуют шапку пены. К концу брожения часть дрожжей садится на дно чана.

Бродильная способность верховых дрожжей отличается тем, что большинство их совершенно не сбраживает раффинозу и лишь некоторые виды могут сбраживать раффинозу только на одну треть.

Низовые дрожжи во время брожения всегда садятся на дно и не образуют шапки на поверхности бродящего сусла. Но своей бродильной способности они отличаются от верховых дрожжей тем. что полностью сбраживают раффинозу.

В пивоварении наиболее широко применяются дрожжи низового брожения. Дрожжи верхового брожения употребляют значительно реже, главным образом для темных или специальных сортов пива.

Для специальных сортов пива, например английского портера, применяются также дрожжевые грибки, относящиеся к семейству торул (из рода слабобродящих бретаномицетов). Эти группы торул придают пиву особый своеобразный аромат. Они вводятся в пиво не в начале брожения, а в конце, перед выдержкой пива в лагерных подвалах.

Низовые дрожжи, применяемые в пивоварении, подразделяются на расы, отличающиеся по характеру роста на питательных средах (колонии), размеру и форме клеток, степени сбраживания сахаров, образованию ароматических веществ и т. д.

Все низовые дрожжи сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, раффинозу, не сбраживают инулин, лактозу и декстрины. Верховые дрожжи легко образуют споры, низовые же значительно труднее, а у некоторых рас пивных дрожжей вовсе не удается получить спорообразования.

Дрожжевые клетки низовых и верховых дрожжей имеют в большинстве случаев овальную форму. Форма клеток довольно изменчива; изменчив также в широких пределах и размер клетки. Поэтому в одной и той же чистой культуре дрожжей можно встретить то более круглые, то более вытянутые клетки.

Размеры клеток в разных культурах дрожжей колеблются от 6-8 до 12 мк по большему и меньшему диаметру клетки.

В клетках пивных дрожжей, как и всех других, различаются отчетливо выраженные оболочка, протоплазма с различными органическими включениями, больших или меньших размеров вакуоли и ядро.

Ядро в дрожжевой клетке обычно видно при специальных методах окрашивания. Оно имеет изменчивую форму, при почковании делится, и отделившаяся половина переходит в почку, из которой формуется новая, дочерняя дрожжевая клетка. При спорообразовании ядро клетки делится на столько частей, сколько спор образуется в клетке.

Морфологическое строение клетки зависит от ее физиологического состояния. Голодающие клетки, находящиеся в осадках, имеют зернистое строение протоплазмы и кажутся съежившимися. В мертвых клетках протоплазма отстает от оболочки, сами клетки кажутся сморщенными и имеют явно неправильное очертание оболочки. Такие клетки легко и интенсивно окрашиваются красками, например метиленовой синью. Молодые, только что отпочковавшиеся клетки имеют более нежную, тонкую протоплазму, в некоторых местах которой видны более темные, сильно преломляющие свет включения - жировые капельки, волютин и другие включения запасных питательных веществ. По мере старения клеток в них появляются больше включений и более выраженная зернистость протоплазмы, вакуоль также становится более заметной и большего размера.

Различное морфологическое строение клеток в зависимости от физиологического состояния дрожжей является одним из показателей, по которым можно при известном навыке судить ѳ благоприятных или неблагоприятных условиях брожения сусла.

Наиболее распространенной расой низовых дрожжей в пивоваренном производстве СССР была раса 776.

За последние годы широкое распространение получили также расы 11 и 47, выведенные Центральной научно-исследовательской лабораторией бродильной промышленности РСФСР.

Низовые пивные дрожжи обладают свойством во время брожения, и особенно в конце его, образовывать хлопья, состоящие из массы отдельных клеток, как бы склеенных между собой. Эта способность дрожжей (хлопьевидность) имеет весьма важное практическое значение. Благодаря хлопьевидности пивных дрожжей достигается быстрое осветление пива и создается полная возможность собирать дрожжи из бродильных чанов, не прибегая к сепарированию, и вновь использовать их для последующих циклов брожения.

Хлопьевидность дрожжей зависит от свойств оболочек дрожжей и также, по-видимому, от электрического заряда клеток. Она легко нарушается при изменении концентрации водородных ионов. В слабощелочной среде хлопьевидные дрожжи становятся пылевидными, но особенно сильно изменяется хлопьевидности дрожжей в кислой среде.

Наибольшая хлопьевидное™ дрожжей наблюдается в среде при pH 4,0-4,4. При большем подкислении среды дрожжи становятся пылевидными.

На характер хлопьеобразования дрожжей большое влияние оказывает температура брожения. При более высокой температуре хлопьеобразование менее выражено, чем при низких температурах.

На скорость оседания дрожжей известное влияние оказывает также упитанность дрожжей и их плотность. В этом отношении низовые дрожжи также выгодно отличаются от верховых, более легких дрожжей.

Оптимальная температура для роста низовых дрожжей около 25-27°С, минимальная - около 2-3°С. Низовые дрожжи хорошо переносят низкую температуру при хранении; при длительном хранении в этих условиях они приспосабливаются и значительно повышают бродильную энергию.

Дрожжи низового брожения при температуре 60-65ºC отмирают. Это имеет важное значение при пастеризации пива. Оптимальной температурой брожения в производстве обычно считается от 8 до 10ºC, хотя при более высокой температуре (10-14°С) может быть достигнута наибольшая интенсивность брожения.

На низовые дрожжи оказывает сильное угнетающее действие ряд веществ. При содержании этилового спирта в среде выше 1,5% замедляется размножение дрожжей, а при содержании спирта выше 3% заметно ослабевает их бродильная способность. Кислоты действуют угнетающе в значительно меньших концентрациях, причем минеральные кислоты действуют сильнее органических. Серная кислота в концентрации 0,5% убивает дрожжи в течение 1-2 ч. Из органических кислот молочная кислота в концентрации до I % легко переносится дрожжами. Сильное действие на дрожжи оказывает уксусная кислота. В концентрации 0,5% она резко угнетает, а в концентрации 1% убивает дрожжи в короткий срок.

Самая слабая органическая угольная кислота (Н2СО3) также угнетает развитие дрожжей. Это угнетающее влияние углекислоты при концентрации ее в среде до 0,2% сказывается главным образом на замедлении почкования дрожжей. Более высокая концентрация угнетает и бродильную способность дрожжей. Концентрация углекислоты 1,5%, достигаемая при избыточном давлении CO2 9-10 атм, останавливает брожение, но не убивает дрожжей.

Угнетающее действие угольной кислоты связано с торможением реакции расщепления пировиноградной кислоты на ацетальдегид и углекислоту (см. приведенную выше схему брожения).

Ацетальдегид, как и формалин, оказывает на дрожжевые клетки сильное угнетающее действие при относительно низких концентрациях, но более высоких, чем это встречается в нормальных условиях брожения.

Высшие спирты, в том числе и образуемые дрожжами при брожении, входящие в состав сивушного масла, ядовиты для дрожжевых клеток. Но в тех концентрациях, которые встречаются в бродящем пиве, заметного влияния на бродильную энергию не оказывают. Однако если искусственно создать такую концентрацию высшего спирта в среде до начала брожения, то может затормозиться или полностью остановиться процесс размножения и почкования дрожжей.

Ультрафиолетовые лучи обладают сильным действием и довольно быстро убивают дрожжи.

От свойства дрожжей зависят осветление пива во время брожения, степень сбраживания и скорость процесса брожения, а также аромат и вкус пива.

По способности обусловливать аромат и вкус пива дрожжи довольно резко отличаются друг от друга, хотя и не удалось еще химико-аналитическими методами установить различие, вызываемое ими в составе пива. Известно сейчас только одно, что эти различия зависят от продуктов обмена веществ у дрожжей, которые не удается определить химически, по всей вероятности, из-за крайне малых количеств этих продуктов.

Для производства пива наиболее ценны такие дрожжи, которые глубоко и быстро сбраживают экстракт сусла, дают сильное II полное осветление, образуют ярко выраженный аромат и мягкий вкус пива.

Однако такие качества дрожжей не совмещаются в какой- либо одной расе. Поэтому в производстве начинают широко применять смешанные расы дрожжей или ведут брожение на разных расах с последующим смешиванием пива после главного брожения. Для смешанных рас подбирают дрожжи с одинаковой скоростью размножения: одни с более выраженной бродильной способностью, а другие - дающие более тонкий аромат. Но при всех условиях смешиваемые расы дрожжей должны обладать примерно одинаково выраженной хлопьевидностью.

Все сказанное относится к культурным дрожжам. Кроме них, в производстве, как спутники и вредители, встречаются так называемые дикие дрожжи. Они могут относиться к тому же семейству зндомицетов и входить в группу сахаромицетов, как и культурные пивные дрожжи. Нередко на производстве встречаются дикие дрожжи, относящиеся и к другим семействам.

Из сахаромицетов встречаются дрожжи Saccharomyces еllі рsoideus, Saccharomyces pasteurianus, Saccharomyces apiculatus и др. Они обладают очень слабой энергией брожения, образуют не более 1% спирта. Многие из них бывают причиной постороннего запаха (затхлый, запах сельдерея) и вкуса пива.

К вредителям производства относятся также дикие пленчатые дрожжи (Mycoderma). Они преимущественно развиваются на поверхности сусла и пива в виде пленки, образуют вещества, придающие пиву неприятный вкус и запах, спирт окисляют до уксусной и угольной кислоты.

Большинство диких дрожжей нуждается в кислороде и довольно плохо развивается при температуре ниже 10°С. Поэтому предупредительные меры, предохраняющие производство от развития диких дрожжей, сводятся к соблюдению чистоты, ведению брожения при низкой температуре, уменьшению поверхности соприкосновения сусла и бродящего пива с воздухом.

В пивоварении используют дрожжи низового брожения, приспособленные к сравнительно низким температурам. Пивные дрожжи должны быть микробиологиче-ски чистые, а также обладать способностью к хлопьеобразованию, быстро оседать на дно бродильного аппарата и давать прозрачный напиток с определенными вкусом и ароматом. К сильносбраживающим и легко дающим хлопья относятся пив-ные дрожжи низового брожения Фроберг (Saccharomyces cere-visiae Froberg), дрожжи рас V и 776.

На пивоваренных заводах большое распространение получили дрожжи расы 776, которая была выведена в начале XX в. Эти дрожжи считаются пригод-ными особенно для сбраживания сусла, приготовленного с добав-кой несоложеных материалов или из солода, полученного солодованием ячменей с невысокой степенью прорастаемости. Дрожжи расы 776 –среднесбраживающие, за период главного брожения на сусле концентрацией 11% образуют примерно 2,7% СО 2 . Клетки яйцевидной формы, длиной 8-10 мкм и ши-риной 5-6 мкм. Прирост дрожжевой массы 1: 5,4. Способность к осветлению удовлетворительная.

Из других дрожжей на пивоваренных заводах применяются расы 11, 41, 44, S-Львовская и др, различающиеся по бродиль-ной энергии, способности к осаждению и энергии роста.

Дрожжи расы 11 – сильносбраживающие, с хорошей способ-ностью к осветлению. Пиво, полученное с применением дрожжей расы 11, имеет хороший вкус. Эта раса получила широкое рас-пространение на пивоваренных заводах.

Дрожжи расы 41 – среднесбраживающие, с хорошей способ-ностью к осаждению. При сбраживании сусла расой 41 получа-ется мягкое пиво с чистым вкусом.

Дрожжи расы 44 – среднесбраживающие. Способность к осаждению хорошая. Сообщают пиву полноту вкуса и дают хорошие результаты при применении в производстве воды с по-вышенной жесткостью.

Дрожжи расы S – среднесбраживающие. Способность к осаждению хорошая. Дают пиво с мягким чистым вкусом.

Дрожжи расы Р – среднесбра-живающие, хорошо осветляют пиво и обусловливают приятный чистый вкус.

Дрожжи расы F характеризуются хо-рошей способностью к осветлению и сообщают пиву приятный аромат. Раса устойчива к действию посторонних микроорга-низмов.

Дрожжи расы А (выделены на рижском пивоваренном заво-де «Алдарис») сбраживают сусло за 7-8 суток, хорошо осветля-ют пиво и устойчивы к инфекции.

Путем разных способов селекции во ВНИИ пивобезалко-гольной промышленности получен ряд сильносбраживающих штаммов дрожжей (28, 48, 102), обладающих значительно боль-шей бродильной энергией, чем дрожжи исходной расы 11.

Пивные дрожжи верхового брожения находят широкое при-менение в Англии при приготовлении Портера. Они применяют-ся также для приготовления Берлинского светлого пива и дру-гих напитков. Для приготовления Бархатного пива применяют штамм 191 К, интенсивно сбраживающий моносахариды и маль-тозу, но не сбраживающий сахарозу, рафинозу и лактозу.

^ Расы винных дрожжей

В виноделии ценятся дрожжи, быст-ро размножающиеся, обладающие свойством подавлять другие виды дрожжей и микроорганизмы и придавать вину соответст-вующий букет. Дрожжи, применяемые в виноделии, относятся к своеобразному виду Saccharomyces ellipsoideus. Клетки их имеют продолговато-овальную форму. Дрожжи энергично сбра-живают глюкозу, фруктозу, сахарозу и мальтозу. В различных местностях и из различных молодых вин выделено несколько отличающихся одна от другой разновидностей или рас этого вида. В виноделии почти все производственные культуры дрож-жей – своего, местного происхождения. К их числу относятся расы Магарач 7, Массандра 3, Пино 14, Кахури и многие другие. Наряду с этими расами применяются и некоторые иностранные, например раса Штейнберг, выделенная в Германии в 1892 и 1893 гг., и раса Шампань-Аи.

Большая часть винных дрожжей относится к дрожжам низо-вого брожения.

Для приготовления белых столовых вин применяются расы Пино 14, Феодосия 1/19, Алиготе, Рислинг Анапский.

Раса Пино 14 имеет клетки яйцевидной формы, хорошо сбра-живает виноградное сусло сахаристостью 20 % с образованием 11,57%об спирта; оптимальная температура развития и бро-жения 18: -25°С. Эта раса является холодостойкой и кислото-стойкой; оптимальная величина рН 2,9-3,9.

Раса Феодосия 1/19 – крупноклеточная, пылевидная, очень энергичная, быстро сбраживает виноградное сусло и хорошо дображивает его; имеет широкий температурный диапазон бро-жения (от 9 до 35°С) и может применяться как холодостойкая и как термостойкая.

Дрожжей Алиготе имеется несколько рас, и все они сильные, с высокой энергией брожения. К энергично сбраживающим от-носятся и дрожжи Рислинг Анапский.

Для приготовления крепких вин применяется раса Массанд-ра 3 с яйцевидной формой клеток, пылевидная; оптимальная величина рН 3,7-4,05; оптимальная температура брожения 18-20°С. Виноградное сусло с содержанием сахара 20% сбраживается полностью; при сбраживании концентрированного виноградного сусла (30% сахара) образует 11,8%об спирта и оставляет несброженным 8,7% сахара.

Раса Магарач 125, названная в ознаменование 125-летнего юбилея первых посадок винограда в институте «Магарач», при-меняется для получения крепких и десертных вин. Эта раса хо-рошо сбраживает высококонцентрированные виноградные сусла с содержанием сахара 27-30%, холодостойкая.

Раса Кахури 2 широко применяется для приготовления шам-панских виноматериалов и вин. Виноградное сусло с содержанием сахара 20% она сбраживает с образованием 11,4%об спирта, оста-ется несброженным 0,28% сахара. Эта раса довольно холодо-стойкая (при температуре 14-15°С сусло забраживает на 2-й день) и сбраживает хорошо; оптимальная величина рН 3,4-3,6.

Раса Шампанская 7, применяемая для шампанизации вина в бутылках, выделена из расы Кахури 5 и характеризуется об-разованием трудно взмучивающегося осадка; интенсивно сбра-живает при температуре 4-9°С, хотя сусло и забраживает только на 5-6-й день.

Из винных дрожжей наиболее холодостойкой считается раса Ленинградская, а наиболее термостойкой – раса Ашхабадская 3.

В производстве хереса применяются специальные расы дрож-жей, которые являются разновидностью вида Saccharomyces oviformis. Хересные дрожжи образуют на поверхности вина в неполных бочках пленку, благодаря развитию которой вино приобретает особые букет и вкус.

Путем тщательного отбора по наиболее важным производст-венным признакам выделено несколько рас хересных дрожжей (13, 15 и 20) с высокой пленкообразующей способностью. В дальнейшем из производства, применявшего расу Херес 20, была отселекционирована более эффективная раса Херес 20-С, которая нашла широкое применение на многих заводах по про-изводству хереса.

В плодово-ягодном виноделии применяются селекционирован-ные расы дрожжей, выделенные из различных плодово-ягодных соков. Плодово-ягодные соки богаты дрожжами, обладающими всеми необходимыми для производства качествами и биологи-чески приспособленными к условиям развития в исходных пло-дово-ягодных соках. Поэтому штаммы дрожжей, выделенных из земляничных соков, применяются для сбраживания земляничных соков, а штаммы дрожжей, выделенных из вишневых соков, при-меняются для сбраживания вишневых соков и т. д.

В плодово-ягодном виноделии получили распространение следующие штаммы: яблочные 46, 58, клюквенный 17, смородиновый 16, брусничные 3, 7, 10, малино-вые 7/5, 25, 28, 28/10, вишневые 3, 6, земляничные 7, 4, 9.

Назван-ные штаммы дрожжей обеспечивают нормальный ход брожения, полноту сбраживания, быструю осветляемость и хорошие вкусо-вые качества вина; они сбраживают глюкозу, фруктозу, сахаро-зу, мальтозу, галактозу и не сбраживают лактозу и маннит.

Успешно применяются в плодово-ягодном виноделии расы дрожжей Москва 30, Яблочная 7, Вишневая 33, Черносмородиновая 7, Малиновая 10 и Сливовая 21. Чистая культура дрожжей Москва 30 рекомендуется для сбраживания клюквенного сусла; Яблочная 7 и Вишневая 33 – для сбраживания яблочного сус-ла; Черносмородиновая 7 и Вишневая 33 – для сбраживания черносмородинового и вишневого сусла.

^ 4 Химизм спиртового брожения. Вторичные и побочные продукты спиртового брожения
Спиртовое брожение представляет собой цепь ферментатив-ных процессов, конечным результатом которых является распад гексозы с образованием спирта и СО 2 и доставка дрожжевой клетке той энергии, которая необходима для образования новых веществ, используемых для процессов жизнедеятельности, в том числе для роста и размножения. По химическому характеру спир-товое брожение – каталитический процесс, происходящий под действием биологических катализаторов – ферментов.

Современная теория спиртового брожения является резуль-татом работ многих ученых различных стран мира.

Для выяснения процессов брожения большое значение имели работы выдающихся отечественных ученых: Лебедева, Костычева, Фаворского, Иванова, Энгельгардта.

По современным представлениям, спиртвое брожение – это сложный непрерывный процесс распада сахара, катализируемый разными ферментами с образованием 12 промежуточных продуктов.

1 Начальной стадией превращения глюкозы является ре-акция фосфорилирования ее при участии фермента глюкозиназы. К молекуле глюкозы присоединяется фосфатный остаток от молекулы АТФ, которая находится в клетках дрож-жей, и образуется глюкозо-6-фосфат, а АТФ превращается в АДФ:

С 6 Н 12 О 6 + АТФ → СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 4 СНО+АДФ

Глюкоза Глюкозо-6-фосфат

В результате присоединения фосфатного остатка от молеку-лы АТФ к глюкозе реакционная способность последней возра-стает.
2 Глюкозо-6-фосфат путем изомеризации под действием фермента глюкозофосфатизомеразы переходит обрати-мо в форму фруктозы:

СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 4 СНО → СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 ОН

Глюкозо-6-фосфат Фруктозо-6-фосфат
3 Далее под действием фермента фосфофруктокиназы со второй молекулы АТФ переносится еще один фос-форный остаток на фруктозо-6-фосфат и образуется фруктозо-1,6-дифосфат и новая молекула АДФ:

СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН)3СОСН 2 ОН + АТФ →

Фруктозо-6-фосфат

→ СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 О(Н 2 РО) + АДФ

Фруктозо-1,6-дифосфат

Эфиры глюкозо-6-фосфат и фруктозо-6-фосфат образуют равновесную смесь, получившую название эфира Эмдена и со-стоящую на 70-75% из эфира Робисона (глюкозы) и на 25% из эфира Нейберга (фруктозы).

Образованием фруктозо-1,6-дифосфата заканчивается подготовительная стадия спиртового брожения с переносом макроэргических фосфатных связей и с преобразованием гексозы в лабильную оксиформу, легко подвергающуюся дальнейшим фер-ментативным превращениям.

4 Следующим важнейшим этапом является десмолиз – разрыв углеродной цепи фруктозодифосфата с образованием двух
молекул фосфотриоз. Симметричное расположение остатков фосфорной кислоты по концам молекулы фруктозы облегчает разрыв ее углеродной цепи как раз в середине. Фруктозодифосфат распадается при этом на две триозы: фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон. Реакция катализируется фер-ментом альдолазой и обратима:

СН 2 О(Н 2 РО 3)(СНОН) 3 СОСН 2 О(Н 2 РО) → CH 2 О(Н 2 Р0 3)СОСН 2 ОН +

Фруктозо-1,6-дифосфат Фосфодиоксиацетон

СН 2 0 (Н 2 РОз) СНОНСНО (4)

З-фосфоглицериновый альдегид

Главная роль в дальнейших превращениях при спиртовом брожении принадлежит 3-фосфоглицериновому альдегиду, но в сбраживаемой жидкости он обнаруживается лишь в незначи-тельном количестве. Это объясняется взаимным переходом ке-тозного изомера в альдозный и обратно под действием фермента триозофосфатизомеразы (5.3.1.1)

СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СОСН 2 ОН;£ СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСНО

Фосфодиоксиацетон З-фосфоглицериновый альдегид

По мере дальнейшего превращения фосфоглицеринового аль-дегида новые количества его образуются в процессе изомериза-ции фосфодиоксиацетона.

5. Последующим этапом является окисление двух молекул З^фосфоглицеринового альдегида. Эта реакция катализируется триозофосфатдегидрогеназой (1.2.1.12), коферментом которой яв-ляется НАД (никотинамид-аденин-динуклеотид). В окислении участвует фосфорная кислота среды. Реакция протекает по сле-дующему уравнению: 2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСНО + 2Н 3 Р0 4 + 2НАД Триозофосфатдегидрогеназа ->

З-фосфоглицериновый альдегид

->- 2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСОО w (H 2 P0 3) + 2НАД Н 2 (5)

1,3-дифосфоглицериновая йислота

Молекула 3-фосфоглицеринового альдегида присоединяет фосфат, а водород переносится на кофермент НАД, который восстанавливается. Энергия, освобождающаяся в результате окисления 3-фосфоглицеринового альдегида, аккумулируется в макроэргической связи образующейся 1,3-дифосфоглицериновой

Кислоты.

6. Далее фосфатный остаток 1,3-дифосфоглицериновой кисло-
ты, содержащий макроэргическую связь, при участии фермента
фосфоглицераткиназы (2.7.2.3) переносится на молекулу АДФ.
Образуется 3-фосфоглицериновая кислота, а АДФ, приобретая
дополнительную макроэргическую связь, превращается в АТФ:
2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) СНОНСОО со (Н 2 Р0 3) + 2АДФ->2СН 2 0 (Н 2 Р0 3) CHOHCOOH+

1,3-дифосфоглицериновая кислота 3-фосфоглицериновая кислота

7. Затем под действием фермента фосфоглицеромутазы
(2.7.5.3) остаток фосфорной кислоты перемещается от третьего
углерода ко второму, и в результате 3-фосфоглицериновая кис-
лота превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту:

2СН 2 (Н 2 Р0 3) CHOHCOOH ^t 2CH 2 0HCH0 (Н 2 Р0 3) СООН. (7)

3-фосфоглицериновая кислота 2-фосфоглицериновая кислота

8. Следующей стадией является дефосфорилирование 2-фос-
фоглицериновой кислоты. При этом 2-фосфоглицериновая кис-
лота под действием фермента энолазы (4.2.1.11) путем дегидра-
тирования (потери воды) превращается в фосфоэнолпировино-
градную кислоту:

2СН 2 ОНСНО (Н 2 Р0 3) СООН qt 2СН 3: СО со (Н 2 Р0 3) СООН + 2Н 2 0. (8)

2-фосфоглицериновая кислота Сосфоэнолпировиноградная кислота

При этом превращении происходит перераспределение внут-римолекулярной энергии и большая ее часть аккумулируется в макроэргической фосфатной связи.

9. Весьма нестойкая фосфоэнолпировиноградная кислота
легко дефосфорилируется, при этом остаток фосфорной кислоты
под действием фермента пируваткиназы (2.7.1.40) передается
вместе с макроэргической связью молекуле АДФ. В результате
образуется более устойчивая кетоформа пировиноградной кисло-
ты, а АДФ превращается в АТФ:

2СН 2: СО сю (Н 2 Р0 3) СООН + 2АДФ -* 2СН 3 ^ СОСООН + 2АТФ. (3)

Фосфоэнолпировиноградная Пировиноградная

Кислота кислота

10. Пировиноградная кислота под действием фермента пи-
руватдекарбоксилазы (4.1.1.1) декарбоксилируется с отщепле-
нием С0 2 и образованием уксусного альдегида:

2CH 3 ^ COCOOH -*2С0 2 + 2СН 3 СНО. (10)

Пировиноградная Уксусный альдегид

11. Уксусный альдегид при участии фермента алкогольдегид-
рогеназы (1.1.1.1) взаимодействует с НАД-Н 2 , образовавшимся
ранее при окислении фосфоглицеринового альдегида в фосфо-
глицериновую кислоту [см. уравнение (5)]. В результате уксус-
ный альдегид восстанавливается в этиловый спирт, а кофермент
НАД-Н 2 вновь регенерируется (окисляется в НАД):

2СН 3 СНО + 2НАД Н 2 Z 2СН 3 СН 2 ОН + 2НАД. (11)

Итак, завершающим этапом брожения является реакция восстановления уксусного альдегида в этиловый спирт.

Из рассмотренного цикла реакций спиртового брожения вид-но, что из каждой молекулы глюкозы образуется 2 молекулы спирта и 2 молекулы С0 2 .

В процессе спиртового брожения образуется четыре молеку-лы АТФ [см. уравнения (6) и (9)], но две из них затрачиваются на фосфорилирование гексоз [см. уравнения (1) и (3)]. Таким образом, запасается всего 2 г-моль АТФ.

Ранее указывалось, что на образование каждой грамм-моле-кулы АТФ из АДФ затрачивается 41,9 кДж, а в энергию двух молекул АТФ переходит соответственно 83,8 кДж. Следователь-но, при сбраживании 1 г-моль глюкозы дрожжи получают энер-гии около 84 кДж. В этом и заключается биологический смысл брожения. При полном расщеплении глюкозы на С0 2 и воду выделяет-ся 2874 кДж, а при окислении 1 г-моль глюкозы до С0 2 и Н 2 0 в процессе аэробного дыхания аккумулируется 2508 кДж, так как образующийся этиловый спирт еще сохраняет в себе потен-циальную энергию. Таким образом, с энергетической точки зре-ния брожение - процесс малоэкономичный.

Сбраживание отдельных Сахаров происходит в определенной последовательности, обусловленной скоростью их диффузии в дрожжевую клетку. Быстрее всех сбраживаются дрожжами глюкоза и фруктоза. Однако сахароза как таковая исчезает в сусле (инвертируется) еще в начале брожения. Она гидролизу-ется р-фруктофуранозидазой (3.2.1.26) оболочки дрожжевых клеток с образованием гексоз (глюкозы и фруктозы), которые легко используются клеткой. Когда в сусле почти не остается фруктозы и глюкозы, дрожжи начинают потреблять мальтозу.

§ 5. ВТОРИЧНЫЕ И ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ

Все вещества, получающиеся в результате сбраживания са-хара дрожжами, за исключением спирта и С0 2 , относятся к вто-ричным продуктам спиртового брожения. Кроме них, имеются побочные продукты спиртового брожения, которые образуются не из сахара, а из других веществ, находящихся в сбраживае-мом субстрате. К ним относятся амиловый, изоамиловый, изо-бутиловый и другие спирты, известные под названием сивушного масла.

Из вторичных продуктов спиртового брожения известны глицерин, уксусный альдегид, пировиноградная, уксусная, ян-тарная, лимонная и молочная кислоты, ацетоин (ацетилметил-карбинол), 2,3-бутиленгликоль и диацетил. В аэробных условиях пировиноградная кислота является также исходным веществом для цикла трикарбоновых кислот (цикла Кребса), по которому из нее образуются уксусная, лимонная, яблочная и янтарная кислоты. Высшие спирты образуются тоже из пировиноградной кислоты путем аминирования ее до аланина, который в свою очередь переаминируется в соответствующую кетокислоту. В ус-ловиях спиртового брожения кетокислоты, восстанавливаясь, образуют высшие спирты. Поэтому вторичные и побочные про-дукты спиртового брожения строго разграничить нельзя.

Уксусный альдегид может испытывать дисмутацию с обра-зованием уксусной кислоты и этилового спирта (реакция Кан-ниццаро):

СН 3 СОН + СН 3 СОН + Н 2 0 = СНзСООН + СН 3 СН 2 ОН.

Одна из молекул альдегида окисляется в кислоту, а другая восстанавливается в спирт. В щелочной среде одна молекула

Уксусного альдегида вступает в окислительно-восстановитель-ную реакцию со второй молекулой уксусного альдегида; при этом образуются этиловый спирт, уксусная кислота и одновре-менно с ними глицерин, что выражается таким суммарным урав-нением:

2C 6 Hi 2 0 6 + Н 2 0 = 2СН 2 ОНСНОНСН 2 ОН + СН 3 СН 2 ОН + СН 3 СООН + 2С0 2 .

Глицерин образуется в небольшом количестве при спиртовом брожении. При изменении условий брожения его производство можно осуществить в промышленном масштабе.

Глицерин и уксусный альдегид являются промежуточными продуктами спиртового брожения. На последнем этапе нормаль-но протекающего процесса брожения происходит восстановле-ние значительной части уксусного альдегида в этанол. Но если уксусный альдегид связать сульфитом натрия, то направление спиртового брожения изменится в сторону образования больших количеств глицерина.

Удаление уксусного альдегида из сбраживаемой среды суль-фитом натрия представляется в следующем виде:

СН 3 СНО + Na 2 S0 3 + H 2 OW CH 3 CHONaHS0 2 + NaOH.

Уксусный альдегид, образовавшийся при декарбоксилирова-нии пировиноградной кислоты, в результате связывания суль-фитом не может служить акцептором водорода. Место уксусно-го альдегида занимает фосфодиоксиацетон, который получает водород от восстановленного НАД-Н 2 , образуя а-глицерофос-фат. Эта реакция катализируется ферментом глицерофосфатде-гидрогеназой. Под действием фосфатазы «-глицерофосфат де-фэсфорилируется, превращаясь в глицерин. Таким образом, в присутствии Na 2 S03 протекает глицерино-альдегидное броже-ние:

С 6 Н 12 0 6 = CH3CHO + СН 2 ОНСНОНСН 2 ОН + С0 2 .

Сахар Ацетальдегид Глицерин

С увеличением количества сульфита натрия, вводимого в сбраживаемую среду, соответственно увеличивается количество связанного альдегида и ослабляется образование этанола и С0 2 .

Образование кислот и ацетоина. Янтарная кислота образует-ся дегидрированием и конденсацией двух молекул уксусной кис-лоты с одной молекулой уксусного альдегида (гипотеза В. 3. Гва-ладзе и Женавуа):

2СН 3 С00Н + СН 3 СНО -* С00НСН 2 СН 2 С00Н + СН 3 СН 2 ОН.

В процессе спиртового брожения янтарная кислота образует-ся также дезаминированием глютаминовой кислоты. Акцепто-ром водорода в этой реакции является триозоглицериновый аль- Дегид, поэтому реакция дезаминированйя сопровождается одно-временным накоплением глицерина:

C 6 Hi 2 0 6 + COOHCH2CH2CHNH2COOH + 2Н 2 0 = СО0НСН 2 СН 2 С0ОН -Ь

Глюкоза Глютаминовая кислота Янтарная кислота

2СН 2 ОНСНОНСН 2 ОН 3 + NH 3 + С0 2 .

Глицерин

Амми>ак потребляется дрожжами на синтез белка, а глице-рин и янтарная кислота при этом выделяются в среду.

Образование лимонной кислоты, по Лафону, происходит из. девяти молекул уксусного альдегида:

9СН 3 СОН + 4Н 2 0 = (СН 2 СООН) 2 С (ОН) СООН + 6СН 3 СН 2 ОН.

Лимонная кислота

Образование молочной кислоты объясняют восстановлением пировиноградной кислоты:

СНзСОСООН + Н 2 -> СН 3 СН (ОН) СООН.

Пировиноградная Молочная кислота

Однако полагают более вероятным ее образование в резуль-тате гидролиза промежуточного продукта спиртового броже-ния - фосфоглицеринового альдегида:

СНОСНОНСН 2 ОР0 3 Н 2 + Н 2 0 -* СН 3 СН (ОН) СООН + Н 3 Р0 4 .

Фосфоглицериновьш Молочная кислота

Альдегид

Конденсацией уксусной кислоты с ацетальдегидом объясня-ют образование ацетоина:

1) СНзСООН + СН 3 СНО->-СНзСОСОСНз + Н 2 0;

Диацетил

2) СН3СОСОСН3 + СНзСНО -4 СН3СОСНОНСН3 + СНзСООН.

Сначала образуется диацетил; затем путем дисмутации со-пряженного окисления-восстановления за счет воды диацетила с ацетальдегидом образуется ацетоин.

При восстановлении ацетоина образуется 2,3-бутиленгли-коль:

СН 3 СОСНОНСНз + НАД ■ Н 2 *± СН 3 СНОНСНОНСН 3 + НАД.

Механизм образования некоторых вторичных продуктов спиртового брожения еще не совсем ясен, однако не подлежит сомнению, что уксусный альдегид является основным исходным веществом для синтеза вторичных продуктов брожения.

Среди вторичных продуктов преобладают уксусная и янтар-ная кислоты, а также 2,3-бутиленгликоль и уксусный альдегид-В весьма малых количествах находятся ацетоин и лимонная кис-лота.

^ Образование высших спиртов. Своеобразным побочным про-дуктом спиртового брожения являются высшие спирты. Иссле-дованиями И. Я- Веселова установлено, что высшие спирты при брожении возникают главным образом в период размножения

Дрожжей. В этот период интенсивность обмена веществ связана с образованием кетокислот из продуктов превращения углево-дов с переаминированием их. Переаминирование заключается в обмене радикалами CH(NH) 2 и СО между аминокислотой и ке-токислотой. Так, образование аланина из лейцина и пировино-градной кислоты представляется в таком виде:

(CH 3)2CHCH 2 CHNH 2 COOH -f CH3COCOOH -> СН 3 СНСН 3 СН 2 СОСООН +

Лейцин Пировиноград- Изонронилвиноградная

Ная кислота кислота

CH 3 CHNH 2 COOH.

Изопропилвиноградная кислота, подвергаясь (аналогично

Пировиноградной кислоте в схеме спиртового брожения) декар-

Боксилированию, превращается в изовалериановый альдегид,

Который восстанавливается до изоамилового спирта:

СН 3 СНСН 3 СН 2 СОСООН -> (СН 3) 2 СНСН 2 СНО -*- СН 3 СНСН 3 СН 2 СОН.

Изопропилвиноградная Изовалериановый Изоамиловый

Кислота альдегид спирт

Аналогичным путем из изолейцина образуется амиловый, из валина изобутиловый спирты.

Таким образом, синтез новых аминокислот происходит с уча-стием пировиноградной кислоты, которая играет роль главного моста между углеводным и азотистым обменом в дрожжевой клетке.

На образование высших спиртов влияет ряд факторов. По мере увеличения или уменьшения нормальной температуры бро-жения количество высших спиртов сокращается. При примене-нии рН сбраживаемой среды от 3 до 5 накопление высших спиртов увеличивается, а при дальнейшем увеличении рН - уменьшается. Аэрация среды благоприятствует синтезу высших спиртов: в аэрируемой среде содержание изобутилового и изо-амилового спиртов увеличивается. Введение аминокислот в сбраживаемую среду, содержащую сахарозу, также стимулиру-ет накопление высших спиртов. Образование сивушного масла в культуральной среде возрастает с накоплением биомассы дрожжей. Содержание высших спиртов в сбраживаемой среде можно уменьшить путем торможения размножения дрожжей.

^ Образование эфиров. При участии эстераз дрожжей протека-ют реакции этерификации, в которых участвуют спирт и кисло-ты. В общем виде реакция этерификации представляется так: RCH 2 OH + RiCOOH -> RCOOCH 2 R! + Н 2 0.

Так, при взаимодействии этанола с уксусной кислотой обра-зуется уксусноэтиловый эфир (этилацетат):

С 2 Н 5 ОН + СН3СООН 5s CH 3 C0 2 C 2 H s + Н 2 0.

Образование эфиров протекает легче, когда компонен тами этой реакции являются альдегиды. Альдегиды легко подверга- ются окислительно-восстановительным превращениям и дают на-чало образованию кислот, спиртов, эфиров. При этом все пре-вращения альдегидов могут осуществляться как самостоятель-ные реакции без затраты энергии.

Так, образование эфиров может происходить за счет альде-гидов:

RCHO + HOCRi ->- RCOOCHjRj.

Альдегиды могут претерпевать альдольную конденсацию: СН 3 СНО + С"НзСНО = СН 3 СНОНСН 2 СНО.

Образующееся вещество содержит одновременно альдегид-ную и гидроксильную (алкогольную) группы.

При взаимодействии со спиртом уксусный альдегид превра-щается в диэтилацеталь:

СН 3 СНО + 2С 2 Н 5 ОН -* СНзСН (ОС,Н 5) 2 + Н 2 0.

В результате сбраживания Сахаров и всех сопутствующих, процессов сусло в пивоварении и виноделии превращается в го-товый продукт (пиво, вино). Все находящиеся в нем вещества обусловливают его аромат и вкус. Так, высшие спирты (пропи-ловый, амиловый, изоамиловый, тирозол, триптофол) обладают характерным запахом и дают сложные эфиры, которые уже имеют более приятные, смягченные запахи. 2,3-Бутиленгликоль. и глицерин обладают сладким вкусом.

В спиртовом производстве сброженную среду называют зре-лой бражкой, из которой путем отгонки на брагоректификацион-ных аппаратах получают спирт. Образующиеся в ходе брожения этиловый спирт и СОг выходят из клеток наружу в сбраживае-мую среду. Спирт хорошо растворяется в сбраживаемом сусле, в любых соотношениях и равномерно распределяется в нем. СОг! же сначала растворяется в сусле, а по мере насыщения его вы-деляется в виде газовых пузырьков. На поверхности газовых пузырьков появляется адсорбционный слой из поверхностно-ак-тивных веществ (белки, пектин). При слипании отдельных пу-зырьков получаются ячейки пены. Постепенно поверхность-сбраживаемого сусла покрывается пеной.д