В связи с тем, что некоторые рецептуры пива содержат высокоэкстрактивное несоложеное сырье (рис, мальтозный сироп, сахарный сироп и т. п.), в сусле уменьшается содержание жизненно важных для дрожжевой клетки соединений: витаминов, аминного азота, макро- и микроэлементов. Дефицит этих веществ может возникнуть также при использовании недорастворенного солода. В результате снижается интенсивность размножения дрожжей, падает скорость брожения, увеличивается его длительность, снижается конечная степень сбраживания сусла. Это в свою очередь ведет к изменению вкусового профиля пива и уменьшению съема семенных дрожжей.
Для предотвращения снижения интенсивности размножения и бродильной активности дрожжей в сусло необходимо вносить недостающие питательные вещества (аминокислоты или соли аммония, минеральные соли) и витамины. При выборе препаратов, в состав которых входят питательные вещества для дрожжей, а также для определения их дозировки, необходимо учитывать потребность дрожжей в факторах роста и минеральных компонентах. Кроме того, для осуществления интенсивного брожения в среде должны содержаться вещества, стимулирующие процесс брожения.
7.5.1. Факторы роста
Дрожжи отличаются по отношению к факторам роста, т. е. к тем веществам, которые входят в состав клеток, но не могут при этом ими синтезироваться. Факторами роста для всех штаммов дрожжей являются биотин (витамин В7), пантотеновая кислота (витамин В3). Некоторые штаммы дрожжей низового брожения испытывают потребность также и в пиридоксине (витамине В6). Кроме этих витаминов следует обратить внимание на тиамин (витамин В1), который является активатором брожения и мезоинозит (витамин В8), влияющий на размножение дрожжей. Содержание этих витаминов в клетках и их роль в обмене (метаболизме) веществ у дрожжей приведены в табл. 7.12.
Таблица 7.12
Содержание витаминов в пивных дрожжах и их роль в метаболизме дрожжей
Витамин | Содержание витамина, мг/100 г СВ | Роль в обмене дрожжей |
Тиамин | 8-15 | Стимулирует спиртовое брожение в аэробных условиях, участвует в синтезе биомассы |
Пантотеновая кислота | 2-20 | Участвует в синтезе непредельных жирных кислот, стероидов, т. е. веществ, связанных с ростом и размножением клеток |
Биотин | 0,1-1,0 | Регулирует углеводный, азотный и жировой обмен дрожжей |
Инозит | 200-500 | В синтезе липидов мембран, росте и размножении клеток |
7.5.2. Минеральное питание дрожжей
К основным минеральным компонентам, необходимым для роста и размножения дрожжей, относятся азот, фосфор, калий, сера и магний (табл. 7.13), которые составляют основную массу золы. Больше всего клетки содержат азотистых веществ (60% от СВ), в основном это белки, свободные аминокислоты, нуклеиновые кислоты. Для их синтеза дрожжи предпочтительно используют аминокислоты, которые находятся в сусле. Они также могут ассимилировать (потреблять) неорганический азот (NH4+), который превращается клетками в аминокислоты. Для нормального обмена в сусле должно содержаться не менее 140 мг аминного азота в 1 л сусла. При этом надо помнить, что дрожжи не утилизируют нитраты, нитриты, аминокислоты белков.
Таблица 7.13
Содержание минеральных компонентов в дрожжах (% от СВ)
Компонент | Количество |
Азот | 4,8-10,0 |
Фосфор (в пересчете на Р2О5) | 1,9-5,5 |
Калий (в пересчете на К2О) | 1,4-4,3 |
Магний (в пересчете на MgO) | 0,1-0,7 |
Сера (в пересчете на SO3) | 0,01-0,05 |
С азотным обменом тесно связан обмен фосфора, калия и магния. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, фосфолипидов, полимеров клеточной стенки, он может накапливаться в клетке в виде полифосфатов. Для физиологических потребностей дрожжей расходуется около 10-13 мг фосфора на прирост 10 млрд клеток. Калий содержится в дрожжах в значительных количествах: до 4,3% от СВ. Это сопоставимо лишь с содержанием азота (до 10% от СВ) и фосфора (до 5,5% от СВ), что свидетельствует о его важной роли в обмене дрожжей. В отличие от многих ионов, калий выполняет роль не только кофермента, но также входит в некоторые структуры клетки. Кроме того, он участвует в регуляции транспорта ионов через клеточную стенку и через митохондриальную мембрану. Калий активирует около 40 различных ферментов. Магний имеет большое значение в энергетическом обмене дрожжей, связанном с ростом и размножением клеток. Экономический коэффициент в расчете на ионы потребленного магния варьирует от 300 до 900 г сухой биомассы на 1 г магния; для дрожжей эта величина обычно составляет 540 г/г магния. Экономический коэффициент показывает, сколько г (кг) АСБ биомассы может быть синтезировано из 1 г элемента при условии отсутствия лимита по остальным питательным компонентам.
Для нормального размножения дрожжей необходима сера, которая участвует в синтезе таких аминокислот, как цистеин и метионин. Небольшое количество серы требуется для образования сульфогрупп в некоторых коферментах, таких как биотин, кофермент А, липоевая кислота, тиамин и пиридоксин. Для дрожжей было установлено, что при недостатке серы в среде наблюдается снижение дыхательной активности клеток, как и при ингибировании роста дрожжей железом.
Экономический коэффициент в расчете на ионы SO4-2 для дрожжей составляет 100 г сухой биомассы на 1 г серы.
Микроэлементы. К микроэлементам, которые необходимы для роста дрожжей относятся: Са, Мg, Fе, Со, Сu, Zn. Элементы, редко требуемые для роста: В, Nа, Аl, Si, Сl, V, Сr, Ni, Аs, Sе, Мо, Sn, I.
Приближенная оценка экономического коэффициента, т. е. количество выросшей биомассы (г) в расчете на 1 г потребленного микроэлемента, дана в табл. 7.14.
Потребность в микроэлементах может увеличиваться в несколько раз, когда культура испытывает стресс, например, при увеличении температуры выше оптимальной.
Таблица 7.14
Экономический коэффициент выхода биомассы (кг) в расчете на 1 г элемента
Источник информации | Элемент | ||||||
Са | Fе | Мn | Zn | С | Со | Мо | |
[Перт, 1978] | 1,0 | 6,7 | 20,0 | 20,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
[Аннемюллер, 2000] | 0,54 | 10,8 | 54,0 | 5,4 | 135,0 | - | - |