Условия развития и активности дрожжей - Измерение окислительно-восстановительного потенциала

В предшествующих разделах говорилось об аэробиозе, полуаэробиозе, анаэробиозе, аэрированной среде, которая имеет доступ воздуха или кратковременный, или постоянный, о бутылях открытых или закрытых. Эти термины недостаточно точно определяют условия брожения, даже если и делаются ссылки на количества растворенного кислорода, так как состояние «аэрации» среды зависит не только от процентного содержания в ней свободного кислорода, но также от присутствия веществ, способных к окислению или к восстановлению.
Кроме того, кислород эффективен при уровнях концентрации, которые трудно измерить точно, потому что дрожжи используют его очень быстро. После насыщения воздухом процентное содержание кислорода резко уменьшается, однако его эффект сохраняется в течение длительного времени. Дыхательные ферменты захватывают кислород, чтобы принять свою окисленную форму; они восстанавливаются только в меру потребностей клетки.
В конечном счете, чтобы дать более полное определение среды в отношении аэрации, представляется необходимым прибегнуть к измерению окислительно-восстановительного потенциала (ОВ-потенциала), который зависит одновременно как от внесения кислорода, так и от наличия в составе среды окисляющихся веществ (примерно таким же образом, как при определении кислотности среды, нужно прибегать к рН).
Авторы проследили в лабораториях и в условиях производства в ходе большого числа брожений в течение многих лет эволюцию окислительно-восстановительного процесса, используя потенциометр, дающий прямые показания потенциала в милливольтах. Для обеспечения точности измерений платиновый электрод должен быть уравновешен со средой. Это достигается погружением электрода в среду на все время брожения. Достаточно подключить электрод к измеряющему аппарату и ввести соединительный мостик, содержащий каломельный электрод, до контакта с жидкостью, чтобы произвести измерения без каких-либо манипуляций с суслом.
Этот метод, использованный также и другими авторами, был подвергнут критике (Танкус, 1965; Дейбнер    и Мург, 1967) из-за потери чувствительности постоянно установленных платиновых электродов вследствие изменения состояния их поверхности; однако расхождения в измерениях не превосходят десятка милливольт.
Изменения окислительно- восстановительного потенциала при брожении с доступом воздуха и без доступа
Такие изменения представлены на рис. 7.6. В течение латентной фазы брожения окислительно-восстановительный потенциал остается без изменений. Он достигает своего минимума в аэрированной среде порядка 95— 100 мВ на 4-й день после быстрого понижения. В это время дрожжи находятся в экспоненциальной фазе и половина сахара подвергается превращению. Затем ОВ-потенциал постепенно повышается вследствие непрерывного поступления воздуха.
В условиях анаэробиоза падение ОВ-потенциала происходит медленнее. С 4-го по 9-й день ОВ-потенциал изменяется от 175 до 95 мВ. В этот период популяция живых дрожжей находится уже в состоянии угнетения и около 80% сахара сброжено. После ОВ-потенциала отмечается и после аэрации, проводимой тогда, когда уже трансформирован весь сахар.

Рис. 7.6. Изменение ОВ-потенциала во время брожения виноградного сусла (рН 3,5) с доступом и без доступа воздуха.

Похоже, что потенциал изменяется в соответствии с развитием дрожжей. Но если в присутствии воздуха предельное значение потенциала достигается в тот момент, когда популяция является максимальной, то в условиях анаэробиоза она достигается позднее, в момент, когда число живых клеток уже намного уменьшилось, следовательно, потенцитенциал снова несколько повышается, но на этот раз без доступа воздуха.

Рис. 7.7. Изменение потенциала в виноградном сусле после проведения аэрации.
1 — без доступа воздуха; 2 — с доступом воздуха.

В обоих случаях минимальные значения ОВ-потенциала примерно одинаковы.
Изменения окислительно- восстановительного потенциала при кратковременной аэрации во время брожения
Эти изменения иллюстрируются кривыми на рис. 7.7. На 2-й день брожения анаэробная среда имеет потенциал 260 мВ. Аэрация, проводимая в этот момент, вызывает быстрое повышение потенциала до 400 мВ. Затем потенциал понижается, быстро в первые часы, потом более медленно и через 24 ч уменьшается до минимального значения от 100 до 110 мВ.
Более поздняя аэрация вызывает совершенно аналогичные изменения потенциала: быстрый подъем от 175 до приблизительно 350 мВ, сопровождаемый на следующий день понижением до 100—110 мВ. Во всех трех случаях минимум потенциала идентичен. То же ал может убывать без того, чтобы на это указывало размножение дрожжей. По Хьюиту (1950) ОВ-потенциал — это «состояние динамического равновесия культуры между активностью ферментов клетки и компонентами среды».
Данные, полученные авторами, показывают, что ОВ-потенциал связан не только с размножением дрожжей и скоростью брожения, но и с другими факторами.