Закономерности роста и размножения хлебопекарных дрожжей на бесприточных стадиях технологического процесса накопления биомассы

Процесс накопления биомассы при производстве хлебопекарных дрожжей включает ряд бесприточных стадий, когда все питательные компоненты вносят единовременно в начале процесса культивирования. При этом исходная концентрация сбраживаемых Сахаров настолько велика, что преобладает спиртовое брожение. В данных условиях с точки зрения регулирования процесса культивирования хлебопекарных дрожжей необходимо выяснить:
. влияние величины засева на физиологическую активность дрожжей, и прежде всего на удельную скорость их роста;
. взаимосвязь между начальной концентрацией дрожжей в аппарате и выходом биомассы;
. влияние концентрации сбраживаемых Сахаров на выход биомассы при использовании различных штаммов хлебопекарных дрожжей.
В работе использовали дрожжи Saccharomyces cerevisiae, штаммы JI-128 , JIB-7, JIK-14 и JI-2. Эти штаммы хорошо изучены и нашли широкое применение в хлебопекарной промышленности.
Для культивирования дрожжей использовали мелассу, физико-химические показатели которой приведены в табл. 1.
Для определения содержания белка в клетках использовали модифицированный метод Лоури, согласно которому цвет измеряется на фотоэлектрокалориметре при 656 нм в кювете толщиной 5 мм. Стандартный график построен с использованием раствора чистого препарата сывороточного альбумина человека от Reanal.
Содержание РНК определяли спектрофотометри-чески по методу A.C. Спирина. Для этого к 1 мл дрожжевой суспензии, содержащей не более 20 мг (по сырой массе) биомассы, добавили 0,25 мл охлажденной 1 н. НСЮ4 и после 20 мин выдержки при 0 *С на ледяной бане пробу центрифугировали, осадок дважды промывали 2 мл охлажденной 0,2 н. НСЮ4. К осадку добавляли 1 мл 1 н. КОН, пробу помещали в термостат при 37 *С на 18 ч или кипятили на водяной бане в течение 5 мин. Су-пернатант сливали в мерную пробирку. Осадок дважды промывали 2 мл 1 н. НСЮ4, после чего в нем спектрометрическим методом определяли содержание РНК.
Для того чтобы проследить за размножением дрожжей, пробы отбирали через различные в зависимости от поставленной задачи промежутки времени (А/ = 0,5...4 ч) и рассчитывали удельную скорость роста дрожжей по формуле
где Л^ (Д0) — количество дрожжей в момент засева, кг/м3 (кг);
X (Д) — количество дрожжей через время т, кг/м3 (кг).
Глубину истощения субстрата оценивали по количеству израсходованного сахара. Эффективность использования сахара определялась величиной экономического коэффициента. Экономический коэффициент, или выход биомассы, рассчитывали путем деления выхода клеток, содержащих 25% сухого вещества, на количество потребленного субстрата (сахар или патока с содержанием сахара 47%) и выражали в%.
Влияние величины засева на репродуктивную активность хлебопекарных дрожжей
На практике, по идеям Рихардса, размер посевного материала можно уменьшить до ничтожных размеров, вплоть до одной клетки, но необходимо создать оптимальные условия для его развития

. Однако сложность будет заключаться в том, что при уменьшении дозы посевного материала время культивирования может увеличиваться на неопределенно долгое время.
Сведения, приведенные в литературе, не позволяют установить зависимости выхода биомассы клеток сахаромицетов и их физиологической активности от расхода посевного материала.
В опытах варьировали расход посевного материала в пределах 0,05 — 5 % в расчете на мелассу с содержанием 46 % сахара, или 0,11 — 11,0 % в расчете на сахар. Выбор интервала изменения расхода посевного материала диктуется практикой накопления посевного материала пивных и хлебопекарных дрожжей. Мелассная среда содержала 5,75 % сбраживаемых Сахаров, 1,06 кг/м3 сульфата аммония, 0,88 кг/м3 диаммонийфосфата (соли азота и фосфора давали из расчета содержания в дрожжах азота 4 %, Р205 — 2,0 %), биотина - 10 мкг/л.
Из результатов, представленных в таблице. 2 видно, что размер посевного материала при выращивании дрожжей на среде с мелассой не влияет на выход биомассы, а удельная скорость роста и продолжительность процесса, естественно, сильно зависят от этого параметра.
Принято считать, что величина удельной скорости роста отражает физиологическое состояние клеток и их репродуктивную активность. В связи с этим проследили за кинетикой изменения удельной скорости роста (рис.1) и за биосинтетической активностью дрожжей (табл. 3 и 4) в ходе культивирования при разной величине инокулята. В одном случае начальная концентрация дрожжей (Д25) в ферментере составляла 0,07 кг/м3, или 0,11 % от сахара; во втором — 2,8 кг/м3, или 4,4 % от сахара (табл.2).
Для изучения кинетики изменения удельной скорости роста необходимо, прежде всего, выбрать интервал между двумя измерениями концентрации биомассы. Это связано с тем, что удельная скорость роста (ч-1) - это отношение общего увеличения размера популяции в единицу времени к размеру популяции в данный момент времени:
\х=с1Х/ШХ. (1)
Однако на практике рассчитывают не мгновенные значения удельной скорости роста, а некоторую среднюю конечную величину:
\х = АХ/А(Х. (2)
Васильев с соавт. предлагает при выборе этого интервала (ч) пользоваться следующим правилом:
Д/=0,2/ц. (3)
Исходя из этого, в первом случае отборы проб необходимо делать каждые 0,6 ч, во втором — 0,8 ч. Для удобства был взят один интервал времени 0,5 ч. В результате проведения экспериментов установлено, что изменение экономического коэффициента (рис