Влияние внешних условий на жизнедеятельность дрожжей

Какие факторы оказывают влияние на жизнедеятельность хлебопекарных дрожжей, и какие приемы можно использовать для того, чтобы  изменить активность дрожжевых клеток?

 Жизнедеятельность дрожжей

В хлебопекарном и спиртовом производстве используются дрожжи сахаромицеты или сахарные грибы. Они впервые были выведены в виде чистых культур из верховых дрожжей пивоваренного производства в 80-х годах XIX века. Дрожжи получили название Saccharomyces cerevisiae, что означает сахаромицет пивной.

В наше время название Saccharomyces cerevisiae используется для обозначения различных видов культурных форм дрожжей: хлебопекарных, пивных, винных и спиртовых дрожжей.

Сахаромицеты присутствуют в любых натуральных заквасках. Неразлучными спутниками сахаромицетов являются молочнокислые бактерии (лактобактерии).  Именно эти микроорганизмы составляют основу нормальной бродильной микрофлоры. Между сахаромицетами и лактобактериями в натуральных заквасках устанавливаются сложные *симбиотические и **синергетические связи и отношения.

Главной особенностью сахаромицетов является их способность вызывать брожение продуктов, содержащих простые сахара. Под влиянием дрожжей из сбраживаемых моно (глюкозы, фруктозы, галактозы и мальтозы)  и полисахаридов (сахарозы, и некоторых других) получаются этиловый спирт (этанол) и углекислый газ. Сахаромицеты не сбраживают и не усваивают лактозу (молочный сахар), крахмал, клетчатку.

Побочными продуктами дрожжевого брожения являются изоамиловый, изобутиловый и бутиловый спирты, уксусный альдегид, разнообразные органические кислоты (молочная, янтарная, винная, щавелевая) и другие вещества, принимающие участие в формировании характерного вкуса и аромата готового изделия.

Кроме простых сахаров для нормального развития дрожжей необходима подкормка: витамины, минеральные соли, содержащие калий, фосфор, кальций, магний, серу и др., а также доступные для усвоения соединения азота.

Влияние кислорода на жизнедеятельность дрожжей

Дрожжи сахаромицеты способны жить как в присутствии кислорода, так и без кислорода.

В присутствии достаточного количества кислорода (аэробные условия) дрожжи окисляют сахара до углекислого газа и воды (процесс дыхания).

В условиях недостатка кислорода (анаэробные условия) дрожжи получают энергию за счет сбраживания сахаров с выделением этилового спирта и углекислого газа (процесс брожения).

В хлебопекарном производстве дрожжи применяют для создания пористой структуры теста. Для этого дрожжи в процессе своей жизнедеятельности используют содержащиеся в муке питательные вещества и кислород и выделяют углекислый газ и другие продукты обмена, разрыхляющие тесто. Важно обеспечить такие условия, при которых дрожжи «съедят» муки меньше, а углекислого газа выделят больше. Поэтому основной задачей в хлебопекарном производстве является создание необходимых условий для активного выделения дрожжами углекислого газа.

При аэробном окислении глюкозы (реакция дыхания) выделяется гораздо больше энергии, чем в процессе брожения, поэтому в условиях достаточного доступа кислорода дрожжевые клетки активно растут и размножаются. В результате химических реакций, сопровождающих процесс дыхания, образуется большое количество разнообразных промежуточных соединений, благодаря которым в клетках дрожжей синтезируются белки, жиры, витамины и другие, необходимые для их нормального существования вещества.

Условия хорошего доступа кислорода создаются в относительно жидких опарах, поэтому количество дрожжевых клеток в опарах быстро увеличивается. В более вязком тесте снабжение дрожжей кислородом ухудшается, дрожжевые клетки переключаются на анаэробный процесс брожения, что значительно сдерживает их размножение.

В присутствии кислорода (дыхание) при окислении 100 г сахаров выделяется около 100 л углекислого газа.

В спиртовом производстве (брожение) основной задачей является получение этилового спирта. Максимальная выработка спирта обеспечивается  при отсутствии кислорода. При этом, при сбраживании 100 г сахаров выделяется около 35 л углекислого газа и около 51 г этилового спирта.

Следовательно, чтобы обеспечить алкогольное брожение необходимо максимально ограничить доступ кислорода к бродящему продукту, а при изготовлении теста необходимо максимально насытить  тесто кислородом. Для этого муку просеивают, а тесто переминают.

Влияние температуры на жизнедеятельность дрожжей.

Температура среды оказывает существенное влияние на жизнедеятельность дрожжей.

При температуре ниже +4^оС процессы жизнедеятельности дрожжей резко замедляются. Дрожжевые клетки впадают в состояние анабиоза (сна). Температурный интервал от 0 до +4 ^оС является оптимальным для хранения свежих прессованных дрожжей.

При замораживании жизнеспособность дрожжей сохраняется на протяжении нескольких месяцев. После медленного оттаивания (при температуре +4 — +6^оС) дрожжи можно использовать, однако следует учитывать, что бродильная активность замороженных дрожжей в процессе хранения постепенно снижается. Размороженные дрожжи хранению и повторному замораживанию не подлежат.

При температуре выше +4^оС дрожжи выходят из анабиоза и начинают усваивать сахара. Чем выше температура, тем активнее становятся дрожжевые клетки. Наибольшая активность дрожжей наблюдается при температурах от 22 до 35^оС. Оптимальная температура для размножения дрожжей составляет +25^оС.

Наилучшая подъемная сила дрожжей для теста наблюдается при температурах близких к 30^оС.

При температуре +35^оС происходит наиболее интенсивное спиртовое брожение. Повышение температуры от +35^оС до +40^оС сопровождается быстрым нарастанием кислотности, в связи с тем, что данный интервал температур способствует развитию кислотообразующих бактерий. Жизнедеятельность дрожжей в указанном температурном интервале еще высокая.

Температуры близкие +40^оС действуют на жизнедеятельность дрожжей угнетающе.

При повышении температуры до 45-50^оС начинается массовая гибель дрожжей.

При 60^оС жизнедеятельность дрожжей останавливается. В данных неблагоприятных условиях дрожжи образовывают споры, однако при достижении 70^оС погибают и споры.

Дрожжевое тесто обычно готовят в интервале температур от 26 до 30^оС. В этом интервале фермент амилаза интенсивно расщепляет крахмал (являющийся основой зерна) до сахаров, а дрожжи энергично сбраживают сахара с выделением углекислого газа. Повышение температуры до 35-40^оС ускоряет процесс газообразования, но при повышенных температурах заметно ухудшаются свойства теста.

Температура 30^оС является компромиссной между скоростью процесса брожения и качеством теста. При 25^оС качество теста улучшается, однако скорость процесса брожения замедляется, при 35^оС скорость брожения увеличивается, однако качество теста (и готовой продукции) становится хуже. Повышенные температуры вызывают ослабление клейковины, тесто при этом сильнее разжижается, упругость теста снижается, формоустойчивость ухудшается. Поэтому более высокие температуры подходят для переработки муки с крепкой клейковиной, а более низкие — со слабой клейковиной.

Влияние влажности на жизнедеятельность дрожжей

Каждый пекарь или спиртодел должен знать, что отдельные рецептурные компоненты могут оказывать угнетающее или активизирующее воздействие на жизнедеятельность дрожжей.

Добавка сахара активизирует дрожжи, но повышение содержания сахара до 15% и выше угнетает их жизнедеятельность.

Активирующее влияние на жизнедеятельность дрожжей оказывает включение в рецептуру солода, некоторых минеральных добавок (разрешенных для применения в качестве пищевых добавок солей аммония, фосфора, кальция, калия, магния и др.).

Угнетает деятельность дрожжей поваренная соль (в концентрации более 1-1,5%),  этиловый спирт (в концентрации более 2-5%), яичный белок и желток, рафинированное растительное масло (в концентрации более 2,5%), сливочное масло, консерванты и некоторые другие ингредиенты.

Дрожжи являются влаголюбивыми организмами (гидрофитами). В ситуации резкого ограничения доступа воды, дрожжи снижают свою активность, а в состоянии той или иной степени обезвоживания впадают в анабиоз. Приемы различной степени обезвоживания используются в производстве товарных дрожжей длительного срока хранения.

Чем выше влажность питательной среды, тем активнее развивается дрожжевая микрофлора и интенсивнее происходит брожение.

*Симбиоз — форма взаимоотношений, при которой оба партнёра или один из них извлекает пользу из другого.

**Синергия — суммирующий эффект взаимодействия двух или более факторов, характеризующийся тем, что их действие существенно превосходит эффект каждого отдельного компонента в виде их простой суммы^.