Автолитические процессы при технологических обработках дрожжевых осадков

Л. А. Оганесянц, академик РАСХН, д-р техн. наук, профессор;
Б. Б. Рейтблант, д-р техн. наук, профессор; Л. В. ДУБИНЧУК, канд. техн. наук; И. А. РОТАРУ Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности Россельхозакадемии
В. М. Драган, В. С. ТАРТУС
ЗАО «Игристые вина»
Ключевые слова: дрожжевые осадки, седиментация, автолиз дрожжей, хроматографический анализ
Key words: yeast deposit, sedimentation, yeast autolysis, chromatographic analysis

При эксплуатации установок непрерывной шампанизации в нижней зоне бродильных аппаратов, как правило, происходит cедиментация дрожжей. Накопление значительного количества дрожжевых осадков может привести к появлению в вине сильных дрожжевых тонов, инфекции и неполному выбраживанию сахара. В связи с этим предприятия вынуждены проводить сброс осадков и их утилизацию. Однако, как показывают микробиологические исследования, дрожжи в осадках не полностью использовали свои функциональные возможности и находятся в различных стадиях метаболической активности. При изучении физиологического состояния осадочных дрожжей установлено, что 20-50 % дрожжевых клеток живые, 20-30 % угнетены и лишь 1020 % мертвые. Таким образом, утилизируемые дрожжевые клетки в осадках не в полной мере исчерпывают свои ресурсы и при соответствующих обработках могут служить полноценным питательным компонентом, достаточно обогащенным азотистыми и другими биологически ценными веществами. В связи с этим предложен технологический прием, при котором дрожжевые осадки не утилизируются, а собираются в автономную емкость, оборудованную рубашкой для термической обработки субстрата и перемешивающим устройством [1]. В этой емкости предусмотрено проведение глубокого автолиза дрожжей физическим, акустическим, ферментативным или комбинированным методами [2]. Затем полученный таким образом лизатный субстрат фильтруют и задают в бродильную смесь, поступающую на вторичное брожение, или в культуральную жидкость при приготовлении дрожжевой разводки.
Мы исследовали прохождения автолитических процессов в дрожжах при воздействии на них различных температур и ферментолиза. Для изучения термического автолиза осадки, отобранные из установок шампанизации на ЗАО «Игристые вина», обрабатывали по трем вариантам: обработка холодом при температуре -3 °С в течение 2 сут, тепловая обработка при 50 °С в течение 2 сут и комбинированная обработка холодом в течение 2 сут при температуре -3 °С, а затем теплом в течение 2 сут при 50 °С. Кроме того, изучали влияние на автолиз дрожжевых клеток ферментного препарата Левюлиз, обладающего β-глю- каназной и пектиназной активностью. Данный препарат вводили в дрожжевой осадок, который не подвергался обработкам, и после термических воздействий. Дрожжевые осадки после проведения технологических операций выдерживали при комнатной температуре и постоянном перемешивании их в течение 16-19 сут. Контролем служил дрожжевой осадок, который выдерживали при 18...25 °С в течение 20 сут при постоянном перемешивании. Исследования интенсивности прохождения автолитических процессов в дрожжевых осадках проводили в 7 вариантах. Общая продолжительность выдержки во всех вариантах, включая термические обработки, составляла 20 сут (табл. 1). В процессе исследований в осадках определяли активную и титруемую кислотность, содержание аминного азота, свободных аминокислот и ароматобразующих веществ.

Таблица 1

Контролем служил дрожжевой осадок, который выдерживали при 18...25 °С в течение 20 сут при постоянном перемешивании. Исследования интенсивности прохождения автолитических процессов в дрожжевых осадках проводили в 7 вариантах. Общая продолжительность выдержки во всех вариантах, включая термические обработки, составляла 20 сут (табл. 1). В процессе исследований в осадках определяли активную и титруемую кислотность, содержание аминного азота, свободных аминокислот и ароматобразующих веществ.
Анализ экспериментальных данных (табл. 2) показал, что в исследуемых осадках активная кислотность варьирует в пределах 3,55-3,62 г/дм³, причем отмечено незначительное снижение величины рН в вар. 2 и 4, где вносили препарат Левюлиз. В этих же вариантах массовая концентрация титруемых кислот была более высокой.

Таблица 2

Таблица 3

Известно, что органические кислоты активно метаболизируются дрожжевыми клетками. Так, в процессе выдержки через дрожжевую мембрану проникают компоненты вина, в частности, органические кислоты, что влечет за собой изменение внутриклеточной величины рН, вследствие чего активизируются протеолитические ферменты, которые, в свою очередь, интенсифицируют распад дрожжевой клетки. В связи с этим в наших исследованиях изменение содержания титруемых и активных кислот в вар. 2 и 4 можно отнести за счет различной степени перехода из дрожжей в субстрат соединений или кислотного, или основного характера.
Согласно экспериментальным исследованиям по определению органических кислот в образцах их количественный и качественный состав неодинаков (табл. 3). Отмечены различия в количестве винной кислоты в вар. 3 и 5 (соответственно (2,491 и 2,977 г/дм³), молочной в вар. 3, 4 (1,111-1,110 г/дм³) и вар. 2 (1,428 г/дм³). Такие колебания в количественном содержании органических кислот можно объяснить метаболическими процессами, которые при различных технологических обработках дрожжевых осадков имеют неодинаковую степень разрушения клеток.
Известно, что продукты автолиза дрожжей и связанные с ними биохимические превращения азотистых веществ, кислот, высших спиртов, эфиров и других соединений оказывают большое влияние на формирование игристых и пенистых свойств игристых вин.
По данным С. П. Авакянца, термическая обработка оказывает определенное влияние на состав соединений, выделяемых дрожжами при автолизе. Автор установил, что при нагревании до 45 °С в среду выделяется больше высококипящих сложных эфиров, положительно влияющих на вкусовую гармонию вина. Причем в отдельные периоды клетки выделяли различный по количественному и качественному составу комплекс букетистых веществ.
В наших исследованиях (табл. 4) в дрожжевых осадках при низкотемпературном автолизе и контроле отмечено более высокое содержание ацетальдегида. Вместе с тем тепловой и комбинированный автолиз, а также внесение ферментного препарата Левюлиз способствовали значительному снижению этого показателя. Весьма важным фактором служит снижение содержания этилацетата, метанола, 1-пропанола, изобутанола, изоамилола, изоамилацетата, которые могут придавать вину неприятный запах. В дрожжевом осадке, обработанном теплом и с добавлением ферментного препарата Левюлиз, изоамилацетат практически отсутствует. В меньшей степени при термообработках дрожжевого осадка изменилось содержание этиллактата, улучшающего вкус и букет вина. Наибольшее его количество накопилось в лизатном субстрате, обработанном теплом.
Незначительные колебания в сторону уменьшения или увеличения отмечены в содержании этилкаприлата, этилкапрата и этилкапроата. Однако следует отметить их более высокое содержание в контроле и при комбинированной термообработке.
Таким образом, в процессе выдержки и при термических обработках дрожжевых осадков снижается количество высших спиртов, которые могут придавать вину неприятный запах. Вместе с тем установлено незначительное обогащение субстрата высококипящими сложными эфирами.
Согласно литературным данным, при тепловой обработке активация гидролитических ферментов сопровождается их последующей инактивацией.
При этом клетки в короткий срок выделяют в среду значительное количество веществ, часть из которых одновременно трансформируется в другие соединения. При этом особую роль играют аминокислоты, которые наряду с витаминами, органическими кислотами, минеральными веществами и микроэлементами относятся к биокатализаторам обмена веществ. В связи с этим основное значение аминокислот в сложении букета и вкуса вина заключается в их участии в химических и биохимических процессах, ведущих к образованию биологически активных веществ (спирты, альдегиды, кислоты, эфиры).

В наших исследованиях в свеже-отобранном дрожжевом осадке содержание аминного азота составляло 160 мг/дм³. В процессе выдержки и технологических обработок его содержание значительно повысилось: наибольшее количество отмечено в контроле, который выдерживали в течение 20 сут при 18..25 °С. По сравнению с исходным дрожжевым осадком при выдержке количество аминного азота увеличилось на 270 мг/дм³. Обработка дрожжевого осадка холодом и последующая выдержка в течение 18 сут повысила его содержание на 242 мг/дм³. При внесении ферментного препарата Левюлиз содержание аминного азота было ниже, чем в вариантах, где этот препарат не вносили.
Результаты экспериментальных данных показали, что лучшими вариантами по накоплению аминного азота.
Известно, что при выдержке дрожжевого осадка и термических обработках глубокое превращение претерпевают резервные внутриклеточные вещества дрожжей, при этом в присутствии ферментов разрушенных дрожжевых клеток интенсифицируются гидролитические реакции. Хроматографический анализ дрожжевых осадков после выдержки и технологических обработок показал наличие в них 18 свободных аминокислот, суммарное содержание которых было более высоким при тепловом автолизе (табл. 5). В этих условиях в субстрате по сравнению с контрольным вариантом накопилось более высокое содержание практически всех аминокислот (кроме глютамина и триптофана).

Таблица 4

Таблица 5

Большинство аминокислот, содержание которых значительно повысилось, хорошо усваиваются дрожжами и служат ценным компонентом питания. К таким аминокислотам относятся аспаргиновая и глютаминовая кислоты, аргинин, валин, тирозин, метионин, изолейцин, фенилаланин, лейцин, которые согласно литературным источникам используются дрожжами на 75-90 %. Наименьшее общее количество свободных аминокислот отмечено в вар. 6, в лизатный субстрат которого после проведения тепловой обработки вводили Левюлиз, и в вар. 7 с комбинированной обработкой лизатного субстрата холодом и теплом.
Следует отметить, что во всех вариантах зафиксировано снижение содержания триптофана. Однако, учитывая, что эта аминокислота не используется дрожжами в качестве источника азота, на питательной ценности субстрата это не отразится.
При низкотемпературном и комбинированном режимах процесса автолиза содержание свободных аминокислот увеличилось значительно меньше, что, очевидно, связано с менее значительными условиями прохождения гидролиза белковых веществ, в результате которых образуются аминокислоты, и более существенной реакцией их дезаминирования.
Изучение количественного состава свободных аминокислот показало, что обогащение субстрата аминокислотами дрожжей было значительнее при тепловом автолизе. Исходя из этого, тепловую обработку дрожжевых осадков можно рекомендовать в качестве технологического приема обогащения лизатного субстрата питательными компонентами.

Выводы.

Проведенные исследования показали целесообразность использования дрожжевых осадков, образующихся в результате седиментации клеток в процессе непрерывной шампанизации. Лизатные материалы, полученные из дрожжевых осадков и обогащенные продуктами метаболизма клеток после проведения технологических обработок, можно использовать на различных стадиях технологических процессов в качестве питательного компонента дрожжей и для обогащения вина поверхностноактивными веществами.

Список литературы

1. Драган В. М. Способ производства шампанского непрерывным методом/В. М. Драган, В. С. Тартус — Патент № 2431658 от 20.10.2011.
2. Оганесянц Л. А. Способ производства игристого вина/Л. А. Оганесянц, В. П. Бакулин, Б. Б. Рейтблат, Л. В. Дубинчук — Патент № 2343191 от 10.01.2009.