CC BY
155
663.252.41
ПРИМЕНЕНИЕ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ КЛЕТОК ДРОЖЖЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СПИРТОСОДЕРЖАЩИХ НАПИТКОВ
Н.А. СТЕПАНОВ, Н.Н. МАРТЫНЕНКО, И.М. ГРАЧЕВА,
Е.Н. ЕФРЕМЕНКО
Московский государственный университет пищевых производств Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
В настоящее время ведется активный поиск новых методов и технологических подходов для повышения эффективности процессов приготовления спиртосодержащих напитков. Одним из путей является использование иммобилизованных дрожжей, что позволяет повысить производительность технологических процессов, решить вопросы быстрого и полного отделения сброженного субстрата от клеток микроорганизмов, достичь увеличения резистентности дрожжей к повышенной концентрации этилового спирта и высокой кислотности субстрата, обеспечить реализацию непрерывных технологий [1-2].
В настоящее время существует достаточно большое количество данных и предложений по использованию иммобилизованных дрожжей при производстве различных спиртосодержащих напитков. Наибольшее распространение получили методы включения дрожжей в матрицы гелевых носителей [3-4]. При этом чаще всего в качестве носителей используются гели природных полимеров Са-альгината и К-каррагинана. Однако, наряду с подверженностью указанных носителей механической деформации, существенным недостатком всех гранул на основе гелей природных полимеров является подверженность самой матрицы носителя микробной биодеградации, что требует обязательного использования и хранения таких биокатализаторов в строго стерильных условиях [5]. В связи с этим для иммобилизации дрожжей более перспективно использование синтетических носителей, инертных по отношению к продуктам метаболизма дрожжей, к воздействию гидролитических ферментов различных микроорганизмов и характеризующихся большей механической прочностью.
Для получения иммобилизованных клеток, предназначенных для приготовления спиртосодержащих напитков, в данной работе использовали криогель поливинилового спирта (ПВС).
Формирование гелевого носителя происходит при замораживании и последующем оттаивании раствора полимерного гелеобразователя. Отсутствие в среде формирования носителя каких-либо реагентов, токсичных для клеток, позитивно отличает криогель ПВС от других синтетических полимеров, в частности от полиакриламидного геля. Высокая химическая и микробиологическая стабильность криогеля ПВС, высокая пористость его структуры, обеспечивающая благоприятные условия для массообменных процессов внутри гранул, являются важнейшими характеристи-
ками, позволяющими отдать предпочтение именно этому носителю [6].
В [7] было показано, что иммобилизованные клетки, включенные в криогель ПВС, обладают высокой бродильной активностью, могут многократно использоваться в процессах брожения. В данной работе продемонстрирована возможность применения клеток, иммобилизованных в криогель ПВС, для приготовления различных спиртосодержащих напитков на примере получения красных вин и устранения недобродов.
В качестве контроля в экспериментах использовали свободные клетки дрожжей. Условия сбраживания виноградного сока, приготовленного из одной партии винограда сортов Каберне Совиньон и Саперави, выращенного на южном берегу Крыма, были одинаковыми для свободных и иммобилизованных клеток. Штаммы дрожжей Saccharomyces vini 47-K, Каберне-5 и Мас-сандра-3 культивировали строго до конца логарифмической фазы роста в течение 17 ч при 26°С на солодовом сусле с концентрацией сухих веществ 10%. Полученную после отделения от культуральной жидкости биомассу иммобилизовали согласно заявленному способу [8]. Начальная концентрация клеток в виноградном сусле составляла 4 млн клеток/мл для всех образцов. При проведении сбраживания виноградного сока с концентрацией сахара 270 г/л в течение 20 сут при 25°С определяли концентрацию накапливающегося спирта и остаточную концентрацию сахарозы. Зависимость этих показателей от времени брожения представлена на рис. 1.
Во всех образцах молодого вина, приготовленного с помощью иммобилизованных дрожжей, были отмечены чуть большая концентрация спирта и чуть мень-
7 10 15
Время брожения, сут
47-К
47-К (иммобилизованные клетки) Массандра-3
Массандра-3 (иммобилизованные клетки) Каберне-5
Каберне-5 (иммобилизованные клетки)
Рис. 1
шая концентрация остаточного сахара, которые в среднем составляли 16,5 об. % и 0,6 вес. % соответственно. Эти результаты свидетельствуют о высокой метаболической активности иммобилизованных клеток.
Основными ароматическими веществами, образующимися во время брожения, являются спирты, эфиры и кислоты. Именно их содержание во многом определяет вкус, аромат и качество вина. Наличие этих веществ исследовано в конце брожения в пробах вина, приготовленного с использованием свободных и иммобилизованных клеток дрожжей (таблица).
Алифатические одноатомные спирты (АОС) или сивушные масла - пропиловый, бутиловый, изобути-ловый, амиловый, изоамиловый - являются продуктами метаболизма дрожжей. Обычно содержание АОС в красных винах составляет 300-600 мг/л [9]. В небольших количествах они формируют аромат вин, а в больших ухудшают их органолептические свойства.
Во всех образцах полученного вина концентрация бутанола и пропанола не превышала 50 мг/л, но их концентрация в образцах вина, приготовленных с использованием иммобилизованных дрожжей, была несколько меньшей. Наибольшее содержание изоамилового спирта установлено в образцах, приготовленных со свободными клетками Каберне и Массандра - 329 и 289 мг/л соответственно. Во всех остальных образцах его концентрация была практически одинаковой -140-170 мг/л.
Метанол спонтанно образуется в процессе энзиматических преобразований пектинов. Его содержание в красных винах обычно колеблется от 80 до 350 мг/л [9]. Во всех представленных образцах молодого вина содержание метанола не превышало 70 мг/л. Наименьшие его концентрации отмечены в образцах со свободными клетками штамма 47-К и иммобилизованными клетками штамма Каберне-5.
Концентрация многоатомных спиртов, смягчающих вкус и придающих вину бархатистость - бути-ленгликоля и глицерина, - была практически одинаковой во всех исследованных образцах вина.
Основными ароматическими компонентами вина являются эфиры, большинство из которых обладает приятным фруктовым запахом, за исключением эфиров уксусной, масляной и валериановой кислот, которые ухудшают органолептические свойства вина. Поскольку этилацетат придает вину запах, свойственный растворителям, то его концентрация также была проанализирована в полученных винах. Во всех образцах концентрация этилацетата была практически одинаковой и не превышала 30 мг/л.
Уксусная кислота, являющаяся побочным продуктом спиртового брожения, также оказывает значительное влияние на органолептические свойства вина. Наименьшее ее количество установлено в вине, приготовленном с использованием иммобилизованных дрожжей - не более 105 мг/л, тогда как в вине со свободными клетками ее концентрация была от 125 до 315 мг/л.
По окончании брожения проведена дегустация вина, определяющая его внешний вид, букет, вкус и соответствие типу, в результате которой тестируемым винам выставлялась дегустационная оценка с максимумом 8 баллов.
Вино, сброженное иммобилизованными дрожжами, было хорошего качества с развитым, характерным для красных столовых вин богатым букетом и слаженным гармоничным вкусом. Во всех образцах отмечено отсутствие дрожжевого тона, присущего винам, приготовленным свободными клетками дрожжей.
Таким образом, применение клеток дрожжей, иммобилизованных в криогель ПВС, для производства красных вин обеспечивает получение продукта, сравнимого, а иногда и превосходящего по всем основным физико-химическим и органолептическим характеристикам вина, полученные с использованием свободных клеток дрожжей.
Проблема у странения недобродов и возобновления остановившегося брожения - одна из наиболее важных в винодельческой промышленности, тем более, что не-доброженный виноматериал является нерозливостойким. Добродить его очень сложно, так как в таких ви-
Таблица
Вещество Содержание в образцах, мг/л, приготовленных со штаммами
47-К Каберне- 5 Массандра-3
Уксусный альдегид 11,8/14,8 23,4/13,5 19,7/16,0
Этилацетат 18,3/18,2 24,8/13,0 18,9/18,1
Метанол 24,0/39,6 62,4/27,0 46,8/48,6
Пропанол 37,9/34,6 31,3/9,7 38,9/37,7
Изобутанол 37,6/32,1 37,0/6,8 37,1/34,3
Изоамиловый спирт 166,0/146,5 329,3/158,7 289,8/166,9
Уксусная кислота 125,0/91,0 315,0/104,0 216,0/100,0
Бутиленгликоль-1 150,8/166,3 208,6/139,3 161,0/175,9
Бутиленгликоль-2 41,3/49,2 47,8/41,3 45,2/49,5
Фенилэтиловый спирт 31,1/33,2 43,2/31,1 41,0/32,4
Глице рин 11,0/9,5 10,7/10,2 11,2/10,7
Изоамилацетат 2,34/2,85 2,44/2,25 2,72/1,67
Дегустационная оценка, балл 7,8/7,9 7,7/7,8 7,6/7,75
Примечание: числитель - свободные клетки, знаменатель - иммобилизованные.
Время брожения, сут А Свободные дрожжи
Иммобилизованные дрожжи
Рис. 2
нах уже накапливается довольно большое количество спирта, являющегося ингибитором роста дрожжей [10].
Учитывая, что иммобилизованные дрожжи значительно устойчивее к ингибирующим веществам, чем свободные клетки, было предложено использовать их для устранения недобродов. Зависимость концентрации этанола от времени брожения для различных образцов представлена на рис. 2.
При дображивании в течение 20 сут виноматериала с исходным содержанием спирта 10,5 об. %, полученного при сбраживании виноградного сока с высоким содержанием сахара свободными клетками, в емкости для брожения с иммобилизованными клетками накапливалось дополнительно 23 г/л спирта, и его суммарная концентрация составляла 13,4 об. %, тогда как при использовании свободных дрожжей 12,5 об. %.
При дображивании в течение 20 сут с использованием иммобилизованных клеток виноматериала, со-
держащего 13,5 об. % спирта, концентрация этанола увеличилась до 14,3 об. %, тогда как при использовании свободных клеток осталась практически неизменной и составляла 13,52 об. %.
Таким образом, целесообразно применение клеток дрожжей, иммобилизованных в криогель ПВС, для сбраживания различного спектра сред, в том числе для устранения недобродов с высоким содержанием этанола.
ЛИТЕРАТУРА
1. Саришвили Н., Рейтблат Б. Микробиологические основы технологии шампанизации вина. - М.: Пищевая пром-сть, 2000. - 364 с.
2. Kourkoutas Y., Bekatorou A., Banat I., Koutinas A //
Food Microbiol. - 2004. -21. - P. 377-397.
3. Silva S., Ramon-Portugal F., Silva P. Texeira M.F., Strehaiano P. Use of encapsulated yeast for the treatment of stuck and sluggish fermentations // J. Int. Sci. Vigne Vin. - 2002. -36. -P. 161-168.
4. Feiraro L., Fatichenti F., Ciani M. Pilot scale vinification
process using immobilized Candida stellata cells and Saccharomyces cerevisiae // Process Biochem. - 2000. -35. - P. 1125-1129.
5. Trioli G., Fumi M.D., Dallavalle L. Trattamente del lievito immobilizato in alginato per la produzione dello spumante classico //Industrie delle Bevande. - 1990. - 19. - P. 478^80.
6. Lozinsky V.I., Plieva F.M. Poly(vinyl alcohol) cryogels employed as matrices for cell immobilization. 3. Overview of recent research and developments // Enzyme Microb. Tech - 1998. - 23. -P. 227-242.
7. Efremenko E., Stepanov N., Martinenko N., Gracheva I.
Cultivation condition preferable for yeast cells to be immobilized into poly(vinyl alcohol) and used in bottled sparkling wine production // CI&CEQ. - 2006. - 12. - P. 18-23.
8. Заявка на пат. РФ № 2006113768. Способ получения им -мобилизованного биокатализатора и биокатализатор для производ -ства спиртосодержащих напитков / Е.Н. Ефременко, Н.А. Степанов, Н.Н. Мартыненко, И. М. Грачева. - 2006.
9. Нужный В.П. Вино в жизни и жизнь в вине. - М.: Син -тег, 2001. - 396 с.
10. Reed G., Peppler H.J. Yeast technology. - Wesport: AVI, 1973. - 464 p.
Кафедра биотехнологии
Поступила 07.08.06 г.
668.813.066.1
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОСВЕТЛЕНИЯ СОКОВ И ВИНОМА ТЕРИАЛОВ В НЕПРЕРЫВНОМ ПОТОКЕ
Н.С. ПОДШИВАЛЕНКО
Кубанский государственный технологический университет
Известный способ производства осветленных соков и виноматериалов включает смешивание их с сорбентом для адсорбции на нем окислительных ферментов и белков, обработку смеси ультразвуком в отстойной камере для коагуляции и седиментации взвеси, отделение осадка, раздельный вывод сока и осадка с последующей стерилизацией сока.
Недостатками этого способа являются периодичность проведения технологического цикла, ведущая к потере производительности, низкая эффективность из-за затухания ультразвука при озвучивании отстойной емкости источниками, установленными на ее стенке, и связанная с этим энергоемкость.
Более производителен способ осветления соков и виноматериалов в непрерывном потоке, но он сохраняет низкую эффективность из-за затухания ультразвуковых волн при их внешнем подводе к потоку и высокую энергоемкость, связанную с расходом электро-
