Авторы:
Шигина Е.С., аспирант
Закрепина Е.Н., к.вет.н., доц., Вологодская ГМХА, г. Вологда, с. Молочное
С.Ю. Толмачёв, к.т.н., доцент, член-корр РАЕН, Международный Институт
Ноосферных Технологий г. Москва
научн. рук. Полянская И.С.,к.т.н., доц., Вологодская ГМХА, г. Вологда, с. Молочное
Дыхание дрожжей — сложный процесс биологического окисления. По типу дыхания дрожжи относятся к факультативным анаэробам. Процесс дыхания дрожжей состоит из ряда последовательных окислительно-восстановительных реакций между водородом, отщепляющимся от карбоновых кислот в цикле трикарбоновых кислот, и молекулярным кислородом. В процессе аэробного дыхания дрожжи, окисляя один моль глюкозы, получают энергию, равную 2817 кДж, из которой только 10—25% используют для своих нужд; остальная энергия выделяется в окружающую среду в виде тепла. Поэтому температуpa сусла на этой стадии выше температуры окружающей среды [1].
В анаэробных условиях дрожжи получают энергию за счет бескислородного дыхания, т. е. брожения. Брожение спиртовое — один из путей анаэробного превращения углеводов; при этом глюкоза практически полностью расщепляется дрожжами до этилового спирта и СO2 с одновременным накоплением высших спиртов и др. продуктов обмена и выделением незначительной части энергии. С энергетической точки зрения более выгодным является процесс аэробного окисления углеводов, т.е. дыхание, поскольку при брожении выделяется почти в 28 раз меньше энергии. У дрожжей анаэробное превращение глюкозы есть обязательная первая стадия, за которой может следовать аэробная фаза — дыхание, интенсивность которой находится в прямой зависимости от условий культивирования [1].
Задачей представленного исследования служило изучение влияния устройства «Акватор» (фото 1,2) на процессы дыхания и брожения Saccharomyces cerevisiae и Saccharomyces boulardii (консорциум из 4 мезофильных рас кормовых пробиотических дрожжей).
Обоснованность применения устройства «Акватор» для управления процессом дыхания дрожжей вытекает из его функциональных возможностей. Устройство относится к классу репринтеров и является инструментальным средством, позволяющим дистантно переносить некоторые свойства биологически активных веществ на воду и водные растворы. Таким образом, используя известные вещества — стимуляторы или ингибиторы «Акватор» программирует среду на изменения показателей изучаемого явления, в частности на ускорение или замедление процесса развития в ней дрожжей.
В литературе имеются сведения об эффективном использовании указанной технологии в сельском хозяйстве и при переработке сельскохозяйственного сырья в следующих практических аспектах применения [2]:
- стимулятор роста растений;
- стимулятор развития дрожжей в виноделии;
- экологически чистое средство борьбы с сельскохозяйственными вредителями и микроорганизмами порчи сельскохозяйственной продукции.
Технологии работают на предприятиях сельского хозяйства ЮАР, Венгрии, Македонии. Объемная работа по изучению применимости технологии на объектах сельского хозяйства проведена в Кубанском государственном аграрном университете.
Представляет практический эффект экономически целесообразной активации накопления кормовых пробиотических дрожжей для сельскохозяйственных животных на дешёвом вторичном сырье, в частности творожной сыворотке. В странах с высокоразвитой молочной промышленностью до 90% молочной сыворотки используется для производства продукции и кормовых средств. В России её использование составляет примерно 50% . Одно из направлений, расширяющих сферу использования молочной, в частности творожной, сыворотки – ее ферментация различными видами пробиотических микроорганизмов. При культивировании пробиотиков в сыворотке как питательной среде её исходный состав в значительной степени обогащается ценными продуктами метаболизма, такими, как ферменты, иммунные тела, витамины, органические кислоты, минеральные вещества в органической форме и др. [3]. В частности на основе сыворотки актуальна организация производства кормовых добавок. Творожная сыворотка, как среда для питания дрожжей содержит практически все необходимые вещества. В частности, известно, что кальций играет роль активатора в микробной клетке, является кофактором транскетолазы дрожжей.
Повышенное содержание солей кальция угнетает размножение дрожжей, снижает накопление в них гликогена и повышает содержание стеринов. Так, при содержании Са2+ до 40 мг на 1 л среды стимулируется размножение дрожжей, при большем оно угнетается. Ионы кальция натуральной сыворотки полностью покрывают питательные потребности дрожжей. Магний ускоряет потребление дрожжами сахаров. Питательные среды должны содержать не менее 0,02% ионов магния для лучшего развития дрожжей, что обеспечивается магнием, содержащимся в сыворотке примерно на 40%.
По предварительным исследованиям испытываемой матрицы на дрожжи в лаборатории Международного Института Ноосферных Технологий, г. Москва (С.Ю. Толмачёв) подтвердились ее стимулирующие свойства на зимазную активность бродильных термофильных дрожжей. Результат: контроль/тест — 65/76 ед.
Дальнейший эксперимент проводился в лабораториях кафедры технологии молока и молочных продуктов, а также кафедры эпизоотологии и микробиологии Вологодской молочнохозяйственной академии. О ходе процесса дыхания судили по изменению активной кислотности среды рН (+0,05 ед рН) и приращению биомассы дрожжей (+ 0,5 108 КОЕ).
Условия проведения представленного однофакторного исследования: Обогащённую кислородом питательную среду на основе творожной сыворотки, содержащую обогащающую дозу ионов магния [4] инокулировали 0,5 % закваски дрожжей, помещённую в водяную баню на 20 ᵒС (контроль), которую дополнительно установили на устройство «Акватор» с матрицей из лиофилизированного концентрата «БифиЛак».
На фото внешний и внутренний вид промышленного устройства «Акватор»
Таблица 1 — Исследование влияние устройства «Акватор» активную кислотность при наращивании биомассы дрожжей, ед рН
Матрица представляет собой физический носитель, на который предварительно записана информация о свойствах указанного биологически активного вещества. Устройство «Акватор» работало в первых течение 4,5 часов эксперимента. По рекомендации разработчика «Акватора» в творожную сыворотку на этой стадии эксперимента было внесено 10% сахарозы (опыт и контроль делились из единой объединённой пробы). Биомасса дрожжей составила к 6 часам культивирования в опытном образце 4,2 ۰108, тогда как в контрольном 2,2 ۰108 КОЕ/см3.
Таким образом, исходя из поставленной задачи исследования и выбранных условий эксперимента можно сделать следующий вывод: матрица «БифиЛак», несколько стимулирует процесс дыхания, и, по-видимому, не работает на стимуляции процесса брожения.
Необходимы дополнительные исследования по подбору оптимального времени воздействия устройства «Акватор» и других факторов эффективности его практического промышленного применения.
Литература и примечания:
[1] Нудель Л. Ш., Короткевич А. В. Микробиология и биохимия вина. — Москва, 2000.
[2] Воробьёв Н.И., Матузок Н.В., Толмачёв С.Ю., Чабан А.И. Технология Активатор – экологически чистая технология нового поколения // Теплицы России. 2014. № 2. С. 57-61.
[3] Храмцов А.Г., Евдокимов И.А., Нестеренко П.Г., Рябцева С.А. Сокровище найдено: что с ним делать? // Молочная промышленность. 2013. — №6. — С. 30-32.
[4] Полянская И.С., Закрепина Е.Н. Оптимизация состава питательной среды для пробиотиков на основе сыворотки // Электронный научный журнал. — 2016. — № 2 (5). — С. 32-36.
© Е.С. Шигина Е.Н. Закрепина, С.Ю. Толмачёв, 2018