Одним из главных ингредиентов винокура, пивовара и винодела являются дрожжи. Они выполняют самую важную работу — переработку простых углеводов на спирт, углекислый газ и побочные продукты.

От правильности подбора дрожжевого штамма зависят: сроки брожения, степень сбраживания, будущая органолептика напитка и многие другие факторы.

Типы дрожжей   

Дрожжи, используемые в производстве напитков можно условно разделить на 3 основные группы:

• жидкие дрожжи
• прессованные дрожжи
• cухие дрожжи
  

Представляют собой смесь активных дрожжей с раствором питательных компонентов. Преимуществом использования таких дрожжей является быстрое забраживание сусла и включение в работу. Низкие сроки хранения (до 6 месяцев с даты фасовки) являются одним из главных недостатков жидких дрожжей.

Производятся из жидких дрожжей методом сепарирования и последующим отжимом дрожжевого концентрата через фильтр-пресс. На выходе получаются брикеты прессованных дрожжей с влажностью 75%.

Срок хранения прессованных дрожжей составляет до 12 суток. Малый срок хранения связан с упаковкой, которая не защищает дрожжевые клетки от кислорода. В основном данные дрожжи нашли свое применение в хлебопекарной промышленности.

Производятся из жидких дрожжей с помощью специальных методов распылительной сушки. Дрожжи фасуют в герметичные упаковки. Благодаря низкой влаге (до 8%) и отсутствию кислорода упаковка с сухими дрожжами может хранится более 2 лет.

За счет многообразия штаммов, не сковывающих потребителя в приготовлении различных напитков, высоких сроков хранения и удобства дозирования, наибольшую популярность в домашнем производстве напитков получили именно сухие дрожжи.

Невзирая факт, что дрожжи играют огромную роль в приготовление напитков, многие потребители не до конца понимают их физиологию. Из-за чего возникает множество проблем с дозировкой, брожением и условиями хранения.

Давайте вместе разберемся в технологии производства сухих дрожжей, составе дрожжевых клеток и рассмотрим различные факторы, влияющие на их физиологическое состояние. 

Физиология дрожжевой клетки

Дрожжи – одноклеточные микроорганизмы, относящиеся к царству грибов Mycota. В основном при приготовлении полученных сбраживанием напитков, используется род – Saccharomyces, вид – cerevisiae.

Дрожжи представляют собой округлую клетку, внутри которой располагается большое количество органелл (органов), отвечающих за ее жизнедеятельность.

Органеллы клетки защищены клеточной мембранной и клеточной стенкой, выполняющие защитную функцию.  Транспортная функция в дрожжевой клетке обусловлена перемещением органических веществ из внешней среды вовнутрь клетки и обратно.

На схеме изображено полное строение дрожжевой клетки.

Основными органеллами являются:

1. Ядро – содержит основную информацию клетки, хранит ее гены и контролирует происходящие в дрожжевой клетке химические процессы.

2. Митохондрии – отвечают за образование носителей энергии, которые обеспечивают клетку.

3. Вакуоль – резервное хранилище питательных веществ и ферментов.

4. Эндоплазматическая сеть – необходима для синтеза протеина и увеличения биомассы дрожжей.      

Кроме того, дрожжевая клетка содержит запасные питательные вещества: аминокислоты, жиры, углеводы. Причем при недостатке питания во внешней среде эти внутренние запасы она потребляет.

Получение сухих дрожжей

Для выращивания дрожжей на производстве обычно применяют смесь барды и сахарной мелассы. Данная смесь служит основой будущего сусла.

В зависимости от начального состава мелассы и от вида получаемых дрожжей, смесь дополняют необходимыми питательными компонентами. Самыми важными элементами являются: азот, фосфор и витамины группы В. Они необходимы для нормального развития дрожжевой клетки как на этапе роста, так и на этапах брожения.

Особое внимание уделяется рН среды. Дрожжевая клетка может существовать в широком диапазоне значений рН от 2.5 до 8.0. Но есть оптимум работы, при которой наблюдается максимальный прирост биомассы и максимальное усвоение питательных компонентов. Он находится в пределах 3.8-4.2. Важно не путать рН оптимальный для прироста биомассы с рН оптимальный для брожения, он равен 4.8-4.9.

Температура выращивания зависит от выбранного штамма дрожжей и может варьироваться от 30 до 38 °С.

Выращивание дрожжевых клеток всегда начинается в микробиологической лаборатории с небольшого количества клеток, постепенно увеличивая биомассу дрожжей. Для этого дрожжи помещают в стерильное сусло со всеми необходимыми ростовыми компонентами и по мере набора необходимой массы дрожжи переносят в следующую емкость большего объема и так до тех пор, пока количества дрожжевых клеток не хватит для засева в стерильные бродильные танки. 

Дрожжи по своей жизнедеятельности являются факультативными анаэробами. Это значит, что они могут существовать как при наличии, так и при отсутствии кислорода. Отличие в этом существовании заключается в следующем: при наличии кислорода дрожжи потребляют питательные вещества в сусле и расходуют их на рост биомассы (размножение). При отсутствии кислорода начинается спиртовое брожение. В данный момент потребляемые вещества в основном идут на образование спирта и побочных продуктов, и только частично на размножение. На этапе выращивания дрожжей важно следить за концентрацией кислорода и питательных веществ в сусле, чтобы активно шло почкование клеток. Поэтому при выращивании дрожжевых клеток среду непрерывно аэрируют.

Обычно на последнем этапе выращивания объем исчисляется тоннами. По достижению заданного количества дрожжей их отправляют на промывные аппараты для отделения от остатков питательных веществ и всевозможных примесей. После чего сепарируют для получения густой дрожжевой субстанции. Полученная субстанция, фасованная в соответствующую тару, будет является жидкими дрожжами.  

Если же густую дрожжевую массу пустить на специальный фильтр-пресс, то будет удалена значительная часть влаги и получатся прессованные дрожжи.

Сухие дрожжи изготовливают из этой же густой массы методом быстрой сушки с минимальным повреждением клеточной мембраны. Для этого в процессе размножения дрожжей создают дополнительные условия для накопления в клетках гликогена (сложный углевод) в большом количестве. Он защищает клетку в процессе сушки, а также является запасным питательным веществом и позволяет клетке длительное время сохранять свою активность.  В итоге влажность составляет до 8%.

Сухие дрожжи упаковывают в вакуум или фасуют с использованием бескислородной смеси.

Так как в данном случае дрожжевая клетка содержит минимум влаги и фасовка происходит без доступа кислорода, то дрожжевая клетка может находится в спящем состоянии очень длительный период. 

Сроки и условия хранения сухих дрожжей 

Что подразумевают под сроком годности дрожжей? Безусловно это гарантированное наличие необходимого количества активных дрожжевых клеток для забраживания заданного объема браги. Иными словами, в упаковке должно содержаться нужное количество живых дрожжевых клеток.

По мере хранения количество живых клеток дрожжей сокращается и в определенный момент их концентрация снизится до уровня, при котором внесение в брагу не обеспечит необходимой интенсивности брожения.

Обычно рекомендуемый производителем срок хранения указывается на упаковке, причем он всегда существенно занижен. Делает это производитель для перестраховки.

При соблюдении условий хранения активность сухих дрожжевых клеток может сохранятся и спустя несколько лет после окончания срока годности, указанного на упаковке. Чаще всего на этикетке указывают срок хранения “1 год с момента изготовления дрожжей”.

При хранении дрожжей важны следующие параметры:

1. Температура

Оптимум для хранения является диапазон от +5 до +10 °С. При температурах ниже 0°С из-за кристаллизации остаточной влаги в дрожжевой клетке есть риск травмирования клеточной мембраны.

Так же все мы знаем, что бытовые морозилки в большинстве случаев не обладают плавной заморозкой.



Поэтому дрожжи могут испытать температурный шок. Все это в значительно мере снижает количество активных дрожжевых клеток.

Применяемая выше +25 °С температура приводит к более интенсивному потреблению запасных питательных компонентов клеток и к более быстрой инактивации дрожжей. Значение температуры выше +45 °С при хранении является критической и приводит к гибели дрожжевых клеток.

2. Прямые солнечные лучи

Не зря дрожжи упаковывают в тару, не пропускающую свет. Связано это с невосприимчивостью дрожжами ультрафиолетовых лучей солнца, что является результатом гибели дрожжевых клеток. Именно по этой же причине не рекомендуется проводить брожение в емкостях, пропускающих свет.

3. Влажность

При хранении дрожжей важно максимально защитить их от попадания влаги. Если дрожжевая клетка обводнится, то все метаболические процессы в ней пойдут в десятки раз быстрее, что вызовет скорую гибель клеток.

4. Кислород

Cохранение герметичности упаковки важно не только для защиты дрожжей от влаги, но и для защиты их от кислорода, который усиливает внутренние метаболизмы и тем самым ускоряет гибель.

Срок хранения уже вскрытой упаковки существенно снижается, так как обеспечить защиту дрожжей от кислорода и влаги подручными инструментами довольно проблематично.

На практике невскрытая упаковка дрожжей может хранится очень длительный период с минимальным снижением физиологической активности. Один из крупнейших производителей сухих дрожжей, компания Fermentis, это подтвердила в своем эксперименте.

Компания провела очень длительный, но наглядный эксперимент на тему условий и сроков хранения. Данные взяты с закрытой встречи партнеров, проходящей на территории их основного предприятия.

Суть эксперимента заключалась в следующем:

3 упаковки сухих дрожжей хранили в течение 3 лет и 8 месяцев при разных условиях, после чего проводили тесты на активность дрожжей. Все дрожжи были одного штамма и из одной партии в закрытой заводской упаковке.

Все три пачки хранились при разных температурах: -20, +5 и +25 °С соответственно. Снижение до температуры -20 °С вели плавно, без резких перепадов.

В результате по истечении 3 лет и 8 месяцев дрожжи внесли в сусло и засекли скорость сбраживания сахаров + общее время брожения. Полученные результаты сравнили с дрожжами из свежей партии — они выступали эталоном.

Из графика видно, что свежие дрожжи (fresh), как эталон, быстрее забраживают сусло и степень сбраживания на 1 сутки брожения (After 1 day) у них самая высокая. Однако общий срок брожения (Days of fermentation) во всех случаях равен 9 суткам.

Исключением являются дрожжи, хранившиеся при +25 °С. Здесь степень брожения составила 12 суток.

Объяснить данный график можно тем, что дрожжи — живые микроорганизмы. При создании благоприятных условий (наличии кислорода, необходимых питательных элементах) довольно быстро почкуются и увеличивают свою биомассу.

По вкусоароматке пива, полученного с использованием данных дрожжей, компания Fermentis выявила несущественное различие. 

Важно, при использовании дрожжей избегать резких перепадов температур. Это является одним из сильнейших стрессов, приводящих к гибели дрожжевых клеток. 

Работа с сухими дрожжами

Внешне сухая дрожжевая клетка напоминает «шестеренку». Ее мембрана неравномерная, содержит впадины и вогнутости. Для восстановления структуры клетке необходимо набрать влагу, потерянную при сушке. Поэтому сухие дрожжи перед использованием следует обводнить (регидратировать). От правильности проведения данной операции будет зависеть дальнейшее качество брожения и конечного продукта.

Если дрожжи хранятся при низких температурах, то перед обводнением дрожжам нужно дойти до комнатной температуры. Из-за резких перепадов возможен температурный шок и гибель дрожжевых клеток.

После того, как дрожжи нагреются до комнатной температуры, их можно начинать активировать в заранее подготовленной жидкости. Оптимальная температура жидкости для обводнения 25-29 °С. Соотношение дрожжей к жидкости 1 к 10 — на 1 г дрожжей 10 мл воды.

Какую жидкость выбрать для обводнения дрожжей?

Чаще всего регидратируют дрожжи в заранее подготовленном объеме стерильного сусла. Но на самом деле оптимальной средой для обводнения дрожжевых клеток является стерильная питьевая вода. В данном случае дрожжевые клетки быстрее поглощают необходимую им влагу. К тому же из-за разницы плотностей (плотность воды ниже плотности сусла) на дрожжевую клетку оказывается меньше давление.

Почему нельзя использовать дистиллированную воду для регидратации клеток?

Благодаря практически полному отсутствию сухих компонентов в дистиллированной воде у дрожжевых клеток наблюдается гипоосмотический стресс. В этот период в клетку поступает чрезмерное количество влаги, что губительно для нее.

Какой срок хранения у регидратированных дрожжей?

После обводнения дрожжи в жидкости можно хранить недлительный промежуток времени. Связано это с повышенным риском заражения, т.к. являются идеальной питательной средой для развития посторонней микрофлоры.

При температуре 4 °С – срок хранения 18 часов.

При температуре 20 °С – срок хранения 6 часов.

При температуре 25 °С – срок хранения 4 часа. 

Норма внесения дрожжей в брагу

Нормой внесения считается количество дрожжевых клеток, которые необходимо задать в сусло для быстрой и активной ферментации. Причем активное брожение должно начаться не позднее 24 часов.

Если внесенных клеток будет недостаточно, существует риск вялого брожения и опасность заражения сусла посторонней микрофлорой. Все это приводит к скисанию.

Избыток внесения дрожжей вызывает прирост биомассы в процессе развития дрожжей, и как следствие, дает большее количество побочных продуктов в результате их автолиза (разрушения). Разрушение клеток может происходить как из-за недостатка питательных компонентов, так в присутствии высоких температур при последующей дистилляции. 

Ответственный производитель всегда указывает количество дрожжевых клеток, содержащихся в 1 грамме сухих дрожжей. Данное значение колеблется в зависимости от партии и дрожжевого штамма. Стандартные нормы внесения дрожжей находятся в пределах от 5 до 15 млн клеток на мл сусла. Под стандартными нормами подразумевается невысокая плотность сусла (до 20%) и температура брожения в пределах 15-25 °С. При данных условиях дрожжи чувствуют себя максимально комфортно и практически не испытывают стресс.

На практике норму внесения корректируют, учитывая:

• степень аэрации сусла
  

• наличие питательных компонентов, необходимых для нормального развития

• плотность сусла

• температуру брожения

Если изначально понятно, что условия для дрожжевых клеток будут тяжелые или близкие к тяжелым, то концентрацию дрожжей следует увеличить и наоборот. Например, при температуре брожения ниже 15 °С дозировка дрожжей увеличивается вдвое.

Стрессы для дрожжевой клетки

Данный стресс вызывает давление, создаваемое плотностью среды на дрожжевую клетку.

Осмотическое давление возникает из-за стремления воды перейти в сторону с более концентрированным раствором (из дрожжевой клетки в раствор или наоборот из раствора в дрожжевую клетку). 

При переходе воды из дрожжевой клетки в раствор наблюдается гиперосмотический стресс. Это происходит при использовании дрожжей в плотных растворах, например, в сахарном сусле с начальной плотностью 30%. В результате дрожжевая клетка приобретает морщинистую форму, что приводит к снижению ее активности и гибели. Для адаптации клеток к таким высокоплотным средам клеткам требуется определенное время, которое будет завесить от штаммовых особенностей дрожжей. Побочным продуктом в данном случае будет глицерин, который накаливается в клетке из-за длительного периода ассимиляции клетки.

Переход воды из раствора в дрожжевую клетку в избыточном количестве называется гипоосмотический стрессом. Наблюдается при разбраживании дрожжевых клеток в дистиллированной воде. В результате количество воды в клетке может достичь критического значения => разрыв мембраны клетки и ее гибель.

Вызывает этанол, образующийся в процессе брожения.

Основное негативное воздействие этанола заключается в увеличении проницаемости клеточной мембраны (растворение мембраны дрожжевой клетки). Вследствие чего наблюдается проблема в транспортировке питательных компонентов, дефицит свободной воды и т.д. Все это приводит к угнетению роста дрожжей. При концентрации спирта выше 8% рост дрожжевых клеток прекращается полностью. Соответственно, образующийся в процессе брожения этанол угнетает как развитие дрожжевых клеток, так и процесс брожения.

Температура оказывает существенное влияние на обменные процессы в клетке. Следовательно, влияет на скорость роста и продуцируемые вещества. Оптимум для развития дрожжевой клетки считается температура 15-20 °С. В данном диапазоне наблюдается достаточная скорость роста и продолжительность генерации.

При повышении температуры (>20°С) скорость роста увеличивается. Вместе с тем увеличивается количество побочных продуктов брожения, а также снижается продолжительность жизни дрожжевой клетки. При температурах выше 37 °С наблюдается автолиз дрожжевых клеток. При понижении температуры (15°С) скорость роста дрожжевых клеток падает. При этом количество побочных продуктов резко снижается и продолжительность жизни дрожжевых клеток увеличивается. При понижении температуры ниже 5 °С рост дрожжевых клеток прекращается и брожение практически останавливается. При дальнейшем снижении температуры наблюдается интенсивное осаждение дрожжевых клеток.

рН сусла влияет на работу ферментов, вырабатываемых дрожжевой клеткой.

При колебаниях рН снижается активность ферментов. Сами ферменты сказываются на потребление питательных компонентов и общем состоянии дрожжей.

Оптимальный рН для брожения 4.8-4.9. В данном диапазоне наблюдается пик активности ферментов и развития дрожжей.

При более низких значениях ускоряется потребление аминокислот и pH начинает быстро снижаться, что приводит к уменьшению зарядов клетки => их слипанию и осаждению на дно бродильной емкости. Результатом являются недоброды.

При более высоких значениях снижается активность ферментов и как следствие уменьшается активность дрожжей. Отсюда в связи со слабой активностью дрожжевых клеток возникает более длительный процесс брожения или закисание браги.

Происходит за счет действия касательных напряжений. Они возникают в процессе перемешивания браги мешалками с высокими скоростями или при использовании насосов. В результате мембранный слой дрожжевой клетки нарушается и снижается активность. Получаются недоброды и образуется большое количество побочных продуктов.

В заключение статьи хочется подвести итоги и дать конечные рекомендации по использованию сухих дрожжей:

• Помните, что при соблюдении условий хранения реальный срок службы сухих дрожжей значительно выше срока, указанного на упаковке.
  
• Не храните вскрытую с дрожжами упаковку длительное время.
  
• Соблюдайте правила при дегидратации дрожжей, так как их нарушение может привести к гибели или существенному ослаблению клеток. Все это существенно скажется на этапе брожения.
  
• Учитывайте и корректируйте параметры браги для создания оптимальной среды роста и развития дрожжей. В зависимости от созданных условий принимайте во внимание нормы дозировки дрожжей. 
  
• Приобретайте дрожжи только у проверенных компаний. Фабрика Доктор Губер проверяет физиологическое состояние дрожжей каждой партии.

Последнее изменение: 12.07.2020

Предыдущая история:
Детская присыпка для чего можно использовать: Детская присыпка – незаменимая в хозяйстве вещь

Следующая история:
Печь для сжигания: виды готовых и самодельных конструкций

Об авторе: alexxlab