Условия развития и активности дрожжей - Эффект постоянной аэрации

Для ассимиляции сахара необходим кислород. В условиях брожения в крупных емкостях кислород является фактором, лимитирующим рост дрожжей.
Эффект аэрации был первоначально исследован в пивоваренном производстве и на предприятиях, вырабатывающих прессованные дрожжи. Максимальный выход дрожжей требует значительных количеств кислорода: например, 1,6 г кислорода на 1 л питательной среды в час для ассимиляции 1 г сахара.
В пределах этих максимальных условий, соответствующих максимальному росту, чем выше аэрация среды, тем значительнее рост дрожжей и тем быстрее происходит разложение сахара. Если же проводить брожение в присутствии большого количества воздуха, происходит очень интенсивное размножение дрожжей. Например, для того, чтобы приготовить большое количество дрожжей, применяют большие бродильные емкости с тонким слоем питательной среды, содержащей сахар, или же непрерывно нагнетают воздух. В противоположность этому, если проводить брожение при полном отсутствии воздуха, количество дрожжей, образованное этой же питательной средой, очень незначительно. Это положение иллюстрирует опыт Ферре (1949), результаты которого приведены в табл. 7.2.
По мнению Ферре, данные табл. 7.2 объясняют влияние степени наполнения бочек при изготовлении белого вина. Для получения быстрого и полного брожения важно иметь возможно большее число дрожжей и рекомендуется оставлять в бочке надвинное пространство, которое должно быть тем больше, чем выше сахаристость сусла, и, наоборот, для сохранения некоторого количества сахара нужно уменьшить численность дрожжей, заполняя бочки как можно полнее (под шпунт).

Влияние объема воздуха, находящегося в контакте с дрожжами, на брожение

Скорость брожения вначале тесно связана с условиями аэрации. Забраживание происходит тем быстрее и протекает тем интенсивнее, чем большей аэрации были подвергнуты дрожжи. Точно так же время брожения очень сахаристого сусла зависит от количества воздуха, которым располагают дрожжи. В присутствии воздуха брожение всегда протекает полнее.
Отмечают, что в бутылях, закрытых тампоном из ваты, брожение протекает быстро, с полным сбраживанием сахара (рис. 7.3). С другой стороны, в бутылях, снабженных бродильным затвором, оно происходит медленнее, а если сахаристость сусла достаточно высока, брожение останавливается, оставляя после себя сахаристую жидкость; оно останавливается тем быстрее, чем больше сахара содержит сусло и чем выше его температура.
В конце опыта в каждой бутыли подсчитывают дрожжевые клетки после приведения их во взвешенное состояние. В качестве примера в табл. 7.3 приведены результаты эксперимента, проведенного с очень сахаристым суслом (270 г восстанавливающих сахаров) при температуре 25° С. Число дрожжей обсеменения было незначительным.

Рис. 7.3. Бутыли для брожения, реализующие условия аэробиоза и анаэробиоза:
а — с ватным тампоном; б — с пробкой с заостренной трубкой; в — с пробкой-барботером.

Из табл. 7.3 видно, что при аэрации брожение бывает более быстрым и более полным. Оно обеспечивает получение более высокой спиртуозности, зато без доступа воздуха брожение останавливается задолго до того, как будет преобразован весь сахар. Если бы исходного сахара было меньше, он был бы сброжен в обоих случаях, но с заметной разницей в скорости брожения. Впрочем, если при забраживании сахара было бы еще больше, он в обоих случаях не сбраживался бы полностью, а большее количество превратилось бы в спирт в бутыли, закрытой ватой.
Изменение сбраживаемых сахаров (в г/л) и числа дрожжей (в тыс./мм³) в зависимости от условий обтюрации бродильных емкостей

Такие опыты проводились много раз на полупромышленных и экспериментальных установках; частые случаи остановки процесса брожения, которые наблюдались на практике, подтвердили опасность поддержания строгого анаэробиоза в течение длительного времени.

Демонстрация действия кислорода подсчетом дрожжевых клеток

Эти опыты относятся к воздействию воздуха на уровень активности дрожжей, определяемый сравнительным подсчетом общего числа клеток и живых клеток (Лафуркад, 1954).

Рис. 7.4. Кривые роста общего количества дрожжей и живых клеток при брожении виноградного сусла с доступом и без доступа воздуха:
1 — живые клетки в анаэробиозе; 2 — живые клетки в аэробиозе; 3— общее число живых клеток в анаэробиозе; 4 — общее число живых клеток в аэробиозе.
Брожение сусла проводят в условиях полуаэробиоза, получаемого посредством тампона из уплотненной ваты, и в условиях относительного анаэробиоза. Определяют скорости брожения измерением остаточного сахара и каждый день подсчитывают дрожжевые клетки.
В аэрируемой среде брожение протекает быстро: через 10 дней после обсеменения сбраживается весь сахар.
В условиях анаэробиоза брожение идет медленнее и оставляет в среде 25 г несброженного сахара. Если вычертить кривые, представляющие количество живых клеток и общее число их в зависимости от времени, то приходится констатировать, что они не совпадают (рис. 7.4).
Таким образом, эволюцию количества живых клеток в бродящем виноградном сусле можно выразить кривой в виде колокола. За логарифмическим периодом роста следует замедление, соответствующее вмешательству фактора ограничения роста: израсходование кислорода, одного или многих факторов роста, сахара, подавление образовавшимся при брожении спиртом и др. За этим периодом следует быстрое отмирание клеток.

Понятна заинтересованность виноделов, в том, чтобы точно знать что эта фаза уменьшения количества дрожжей наступает только после преобразования всего количества сахара. Другими словами, на практике только сахар должен быть лимитирующим фактором. Недоброд, т. е. остановка брожения до истечения положенного срока, серьезное дело, так как среда оказывается на какое-то время лишенной дрожжей, способных размножаться и завершить брожение.