При какой температуре гибнут дрожжевые бактерии
Действие продуктов брожения и других факторов на дрожжи
Действие температуры. Винные дрожжи, производящие брожение вина, особенно хорошо развиваются при температуре от 22 до 30° и весьма слабо при температуре сусла, не достигшей 16°.
Однако, если брожение уже началось при температуре, благоприятной для развития дрожжей (например, выше 20°), понижение температуры бродящего сусла не сказывается на деятельности дрожжей так резко, как во время начала брожения. Так, если брожение получило развитие, например, при 22°, оно может продолжаться и в том случае, если температура сусла понизится до 11-12° и ниже.
Дрожжи переносят действие очень низких температур.
Среди природных винных дрожжей встречаются расы, способные производить брожение при 10° и ниже. Научно-исследовательскими лабораториями винодельческой промышленности выделен ряд таких холодостойких рас, которые в настоящее время с успехом применяются в винодельческом производстве в тех случаях, когда во время виноделия наступает холодная погода и сусло на брожение поступает с низкой температурой. К числу таких рас относятся Пино 14, Прикумская 89, Магарач 7, Массандра 3, Кахури 2 и шампанские 7 и 21.
При температуре выше 35° дрожжи находятся в сильно угнетенном состоянии и при 40° совершенно прекращают работу.
Нагревание дрожжей в жидкости до 40-45° в течение 1-1,5 часа и до 60-65° в течение 10-15 минут убивает дрожжи.
Действие кислотности. Исследования показывают, что алкогольные дрожжи могут жить в нейтральной среде, а также в кислой, какой является виноградное сусло.
Наблюдения показали, что дрожжи сохраняют свою жизнедеятельность при содержании 10-20 г/л свободной винной, яблочной и лимонной кислот. Лучше всего брожение происходит в кислой среде ори титруемой кислотности 8-10 г/л, которая свободно переносится дрожжами и угнетает развитие болезнетворных микроорганизмов. В достаточно кислотном сусле зародыши болезней не развиваются, а дрожжи размножаются вполне нормально. В малокислотном сусле, наоборот, болезнетворные микроорганизмы получают сильное развитие, вследствие чего дрожжи угнетаются.
Действие спирта. Главным продуктом брожения является спирт. Он действует угнетающе на все виды дрожжей. Но не все дрожжи одинаково переносят увеличение содержания спирта в бродящей жидкости. Эллиптические дрожжи переносят действие спирта более стойко, чем другие виды. Заостренные дрожжи (апикулятус) перестают работать уже при 4-5% об. спирта в жидкости. Еще менее шособны сопротивляться угнетающему действию спирта другие микроорганизмы, попадающие в сусло при раздавливании ягод винограда (микодерма, бактерии и другие). Действие спирта крайне благоприятно сказывается на качестве вина, так как прекращает развитие вредных микроорганизмов в бродящем сусле.
Однако не все бактерии в одинаковой степени угнетаются спиртом. В настоящее время известны бактерии молочнокислого брожения, сохраняющие способность к развитию при 26% об. спирта и выше.
Действие углекислоты на дрожжи незначительно, но все же угнетающее.
Действие сернистого ангидрида. Сернистый ангидрид, введенный в виноградное сусло, действует неодинаково на различные виды дрожжей, находящихся в сусле.
Действие различных доз сернистого ангидрида на дрожжи свежеотжатого виноградного сусла характеризуется приближенными данными (табл. 13), основанными на опытах.
| Дозы SО2 в мг/л | Оказываемое действие при температуре 20° |
|---|---|
| 10 | Заметного действия не оказывают |
| 20-30 | Замедляют развитие брожения на 6-10 часов |
| 50 | Замедляют развитие брожения на 18-24 часа |
| 75 | Замедляют развитие брожения на 2-3 суток |
| 100 | Замедляют развитие брожения на 4 суток |
| 180 | Замедляют развитие брожения на 6 суток |
| 200 | Замедляют развитие брожения на 8 суток |
| 350 | Замедляют развитие брожения на 10 суток |
| 460 | Замедляют развитие брожения на 40 суток |
| 750 | Замедляют развитие брожения на 262 суток |
Стерилизующее действие сернистого газа зависит от многих причин. Большое значение имеет то состояние, в котором находятся дрожжи (покоящиеся или в стадии брожения). Не меньшее значение имеет время, в продолжение которого действует сернистый газ.
ГК «Униконс»
Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.
«Антисептики Септоцил»
Септоцил. Бытовая химия, антисептики.
«Петритест»
Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.
«АльтерСтарт»
Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.
5.5. Факторы инактивации дрожжей
Для замедления роста или инактивации и гибели дрожжей используют самые разные физические и химические факторы (и средства). Их эффективность в значительной степени зависит от дозы (концентрации) и длительности воздействия. Кроме того, взаимодействие факторов между собой может определять их эффективность. Все они в настоящее время имеют большое практическое значение.
5.5.1. Нагревание
Высокие температуры инактивируют дрожжевые клетки. При температуре выше 55°С дрожжи обычно погибают в течение нескольких минут. В отличие от бактериальных эндоспор, аскоспоры и базидиоспоры дрожжей лишь ненамного устойчивее к теплу, чем вегетативные клетки. Время десятикратного уменьшения численности (показатель D) при 55°С составляет примерно 5-10 мин, а при 65°С – менее 1 мин. При увеличении температуры на 4-5°С скорость гибели возрастает в десять раз, то есть показатель z равняется 4-5°С (это усредненные значения). Кроме того, на скорость инактивации значительное влияние оказывает состав пищевого продукта. Например, показатели D для Pichia anomala во фруктовых соках составляют около 6 мин при рН 3,95, 3 мин – при рН 3,0 и 2 мин – при рН 2,62. Термостойкость клеток снижается по мере увеличения кислотности и возрастает с уменьшением αω. Следовательно, фруктовые соки (рН около 3,5) можно консервировать путем пастеризации, однако ее температура может оказаться недостаточной для консервирования джемов с таким же pН, но содержащих более 55% сахара.
5.5.2. Замораживание
5.5.3. Обезвоживание
Снижение активности воды ниже значений, допускающих рост дрожжей, может быть достигнуто различными способами. Один из старейших методов консервирования пищевых продуктов – сушка – все еще успешно применяется для ингибирования роста дрожжей во фруктах и овощах (например, изюм, орехи и бобы). Высокие концентрации сахара (50-60%) или соли (5-10%) также приводят к связыванию свободной воды и предотвращают размножение дрожжей (например, в джемах, сиропах, ветчине и соевом соусе). Некоторые ксеротолерантные (осмофильные) дрожжи, например Zygosaccharomyces spp., способны к медленному росту, особенно если влага абсорбируется на поверхности продуктов.
В сухих и концентрированных пищевых продуктах активность воды ниже 0,70, а у огромного числа разных пищевых продуктов, например, у сыров, колбас и хлебобулочных изделий, она находится в интервале от 0,85 до 0,95. Такие продукты называют продуктами умеренной влажности, и для сохранения их качества применяются другие методы консервирования (охлаждение, вакуумная упаковка, упаковка в модифицированной газовой среде, внесение консервантов), а также их сочетание.
5.5.4. Облучение
Различного рода ионизирующее излучение (электронные лучи, рентгеновские лучи, гамма-излучение изотопами 60Со) характеризуется высокой энергией и вызывает интенсивную гибель клеток. Облучение пищевых продуктов давно признано одним из эффективных методов консервирования. Многочисленные исследования и накопленный производственный опыт позволили четко установить его недостатки и преимущества. Следует отметить, что до сих пор наблюдается определенное неприятие потребителем облученных пищевых продуктов, хотя применение этого метода одобрено во многих странах.
Никакая другая технология консервирования не исследовалась так тщательно, как облучение. Существует большое количество научно-технической литературы, посвященной сто применению и биологическим последствиям. Мы приводим лишь немногие из этих данных, относящиеся к дрожжам. Результаты исследования радиационной стойкости некоторых видов дрожжей приведены в табл. 5.8. Радиационная стойкость дрожжей выше, чем у большинства вегетативных бактерий. Значение десятикратного снижения численности дрожжей находится в интервале 0,1-0,5 кГр, а доза облучения около 5 кГр уменьшает их количество на 10 логарифмических циклов. Следует отметить, что кривые выживания часто имеют «плечи», что значительно затрудняет расчет дозы облучения. Пo всей видимости, некоторые дрожжи, например, Trichosporon spp. или, по крайней мере, некоторые штаммы этих видов, обладают еще более высокой радиационной стойкостью.
При промышленном применении гамма-излучение в относительно слабых дозах (1-3 кГр) позволяет значительно снизить дрожжевую контаминацию портящихся фруктов и увеличить срок их хранения. Особенно перспективным является применение облучения для увеличения срока хранения мягких ягод (например, малины и земляники), которые теряют качество и внешний вид при тепловом и холодильном консервировании.
Таблица 5.8. Радиационная стойкость некоторых дрожжей (по данным [4])
| Виды дрожжей* | Облучаемая среда | Доза облучения, кГр** |
| Sporidioholus pararoseus | Питательный бульон | 5 |
| Issatchenkia orientalis | Фосфатный буфер | 5,5 |
| Debaryomyces hansenii | Виноградный сок | 7,5 |
| Cryptococcus albidus | Виноградный сок | 10 |
| Torulaspora delbrueckii | Виноградный сок | 15 |
| Saccharomyces cerevisiae | Виноградный сок | 18 |
| Trichosporon pullulans | Фосфатный буфер | 20 |
* Исходное количество клеток – 106-107/мл.
**Доза, необходимая для предотвращения роста в течение 15 сут.
5.5.5. Консерванты
Мягкие химические консерванты на основе органических кислот (сорбиновой, бензойной, пропионовой и их солей) в концентрациях, разрешенных для применения в пищевых продуктах, подавляют рост дрожжей. Эффективность этих консервантов максимальна при низких значениях рН. Сорбат калия более эффективен для дрожжей, чем бензоат натрия. Некоторые виды дрожжей, особенно Zygosaccharomyces bailii, устойчивы к действию консервантов и способны не только адаптироваться к их высоким концентрациям, но и преодолевать их ингибирующее действие, метаболизируя и разлагая консерванты. Для временной консервации мякоти плодов может использоваться сернистый газ. При брожении вина в виноградное сусло для инактивации диких дрожжей (определенных видов Pichia и Candida) добавляют сульфит, поскольку винные дрожжи S. cerevisiae менее чувствительны к SO2).
5.5.6. Комбинированные системы консервирования
Для более мягкой обработки и сохранения пищевой ценности и органолептического качества пищевых продуктов при обеспечении требуемого уровня безопасности методы и средства консервации могут применяться комбинированно. Одновременное применение нескольких консервирующих факторов многие называют «барьерной технологией» и поясняют это одновременным созданием нескольких «барьеров», которые микроорганизмы преодолеть не способны. Действительно, эта аналогия вполне адекватна, так как в данном случае речь идет об одновременном действии нескольких «барьеров», которые синергично взаимодействуют. На этом подходе основаны разработки новых продуктов и методов консервирования, например, минимальная тепловая и холодильная обработка продуктов, упаковка в модифицированной газовой среде, и создание продуктов умеренной влажности.
При минимальной тепловой обработке пищевые продукты подвергаются более мягкому температурному воздействию, содержат меньше кислот, соли и сахара, а также значительно меньше консервантов (сульфитов, нитритов, сорбиновой и бензойной кислот), однако для таких консервов обычно применяют холодильное хранение [7]. Сочетание консервирующих факторов призвано защитить продукт от роста патогенных бактерий, однако оно не всегда препятствует развитию ДВПП. Типичным примером являются готовые к употреблению фрукты и овощи, обработка которых включает предварительную очистку, удаление кожуры или нарезку на доли, мойку, дезинфекцию и упаковку. При этом для контроля ферментативного потемнения и снижения количества дрожжей, плесеней и бактерии используют бланширование [5].
Пищевые продукты умеренной влажности, как правило, характеризуются αω ниже 0,90, что в сочетании с низким рН, пастеризацией или охлаждением (холодильным хранением) делает их пригодными для продолжительного хранения. Кроме мясных продуктов и сыров примером продуктов умеренной влажности могут служить фруктовые пресервы. Целые фрукты, их половники, ломтики или фруктовое пюре можно консервировать, применяя бланширование и регулирование αω в диапазоне 0,91-0,98 с использованием сахара. Значения рН большинства фруктов находится в интервале 3,1-3,5, и при необходимости они могут быть снижены путем добавления лимонной кислоты. Кроме того, могут быть использованы также сульфиты и сорбаты. В таких условиях потенциальными микроорганизмами, которые могут вызвать порчу, являются дрожжи (особенно осмофильные).
Для сохранения свежих и минимально обработанных продуктов часто применяют упаковку с использованием регулируемой газовой среды (MAP, РГС). В случае мясных продуктов снижение содержания кислорода внутри упаковки достигается применением вакуума, тогда как собственное дыхание свежих фруктов и овощей модифицирует газовую среду внутри упаковки после их помещения в полупроницаемую или термоусадочную пленку. Содержание кислорода при этом снижается до 3-5%, а концентрация СО2 возрастает до 5-10%. В таких условиях рост аэробных бактерий и плесеней значительно снижается, однако отмечается замедленный рост дрожжей и молочнокислых бактерий, даже если продукт упакован с использованием модифицированной газовой среды и хранится в условиях охлаждения.
5.5.7. Повреждение и восстановление дрожжевых клеток
Важным аспектом применения комбинированных методов консервирования является возможность выживания микроорганизмов. Сублетальная температура не всегда приводит к гибели дрожжевых клеток, а только нарушает их клеточную структуру и/или метаболизм. При такой обработке возможно повреждение клеточных мембран, что вызывает потери компонентов клеток и нарушение механизма транспорта различных веществ. Могут быть нарушены ферментативная активность, синтез ферментов и регуляция их метаболизма, а также репликация и транскрипция нуклеиновых кислот. Поврежденные клетки становятся чрезмерно чувствительными к факторам внешней среды и могут быть инактивированы при последующей обработке. Тем не менее со временем и в благоприятных условиях часть клеток после частичных повреждений может восстанавливаться и становиться способными к размножению.
Эти явления на практике могут использоваться по-разному. В первую очередь они составляют основу комбинированных технологий консервирования, то есть совместного применения щадящих способов и средств консервирования в дозировках, которые по отдельности были бы неэффективными. При приготовлении партий промышленно используемых микроорганизмов (например, сухих пекарских дрожжей или дрожжей для замораживаемого теста) также необходимы методы, не повреждающие клетки. Следует отметить, что если условия культивирования не допускают роста поврежденных клеток, то при оценке и контроле микробиологического качества пищевых продуктов существует риск получения ошибочных результатов (см. главу 13).
ГК «Униконс»
Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.
«Антисептики Септоцил»
Септоцил. Бытовая химия, антисептики.
«Петритест»
Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.
«АльтерСтарт»
Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.
5.3. Факторы роста и выживания дрожжей
К основным факторам роста и выживания дрожжей в пищевых продуктах относятся свойства продуктов (внутренние факторы), условия окружающей среды (внешние факторы), физиологические характеристики дрожжей и биологические взаимодействия между дрожжами, а также между дрожжами и другими микроорганизмами (неявные факторы).
5.3.1. Метаболическая активность дрожжей
Подобно грибам дрожжи являются аэробными организмами и необходимые питательные вещества получают посредством дыхания. Вопреки распространенному мнению только около половины видов дрожжей способны сбраживать сахара. Такие дрожжи являются факультативными анаэробами, а спиртовое брожение – наиболее замечательное свойство ряда дрожжей. Наиболее энергично сбраживают сахар дрожжи рода Saccharomyces – они выдерживают высокие концентрации этанола (до 15% об.). Этанол (этиловый спирт) является ценным компонентом различных пищевых продуктов, а другой основной конечный продукт деятельности дрожжей, диоксид углерода, может способствовать их порче.
В анаэробных условиях дрожжи могут утилизировать самые простые пищевые вещества – моно- и дисахариды, органические кислоты, спирты и аминокислоты, и лишь ограниченное число сахаров (главным образом гексозы и некоторые дисахариды) могут использоваться ими в качестве субстратов брожения. Далеко не все дрожжи способны гидролизовывать макромолекулы. В частности, только немногие виды дрожжей обладают амилолитическими ферментами, необходимыми для гидролиза крахмала. К частичному гидролизу крахмала способна особая разновидность Saccharomyces cerevisiaе (часто рассматриваемая как отдельный вид) – Saccharomyces diastaticus. Наиболее активные амилолитические дрожжи Debaryomyces occidentalis и Saccharomycopsis fibuligera могут вызывать порчу хлеба и других хлебопекарных изделий (с появлением дефекта, называемого «меловом хлебом»). В дрожжевых клетках зачастую присутствуют липолитические и протеолитические ферменты, но их активность редко бывает достаточной для интенсивного гидролиза. Причиной липолитической и протеолитической порчи мясных и молочных продуктов могут являться дрожжи Yarrowia lipolytica, а также некоторые виды Candida и Rhodotorula.
5.3.2. Условия роста дрожжей
Популяции дрожжей, которые размножаются почкованием или делением, имеют типичную, такую же как и у бактерий, кривую роста, которая в зависимости от скорости размножения может быть разделена на лаг-фазу (фазу задержки), экспоненциальную и стационарную фазы, фазу замедления и отмирания. Продолжительность этих фаз в значительной степени зависит от внутренних и внешних факторов, при этом скорость роста максимальна в экспоненциальной фазе. В целом скорость роста у дрожжей ниже, чем у бактерий, но выше, чем при нитевидном росте плесеней. Это дает бактериям конкурентное преимущество над дрожжами в большинстве естественных мест обитания и в пищевых продуктах. Тем не менее в случае благоприятных условии рост дрожжей может легко опередить рост бактерии. При оптимальных условиях время генерации дрожжей составляет примерно от 1 до 2 ч, что соответствует скорости роста 0,70-0,35 ч-1. Отдельные дрожжи (например, Zygosaccharomyces и Galactomyces) растут медленнее, и их время генерации может составлять 4-8 ч и более (табл. 5.3). При неблагоприятных условиях скорость роста снижается и увеличивается продолжительность лаг-фазы.
Дрожжи способны расти при определенных условиях внешней среды (температура, влажность, рН и др.). Вне определенного диапазона для каждого из этих параметров их рост останавливается, однако при этом они способны выживать. Дрожжи значительно различаются по своей устойчивости к неблагоприятным факторам, изучение которых представляется особенно важным, поскольку создает основу для разработки методов защиты пищевых продуктов от возможной дрожжевой порчи.
Температурный диапазон роста дрожжей в целом охватывает интервал от нескольких градусов ниже 0°С и до нескольких градусов выше 40°С. Большинство дрожжей являются мезофильными и лучше растут при температуре 25-30°С, тогда как у психротрофных дрожжей оптимальная температура роста ниже 20°С. Некоторые дрожжи могут расти только при температурах до 45–47°С, по даже их нельзя считать истинными термофилами (табл. 5.4). В случае отклонения от оптимальной температуры (табл. 5.5) скорость роста падает. Большинство дрожжей более толерантно к пониженной активности воды (αω), чем бактерии, и для большинства ДВПП минимальное значение αω, необходимое для их роста, находится в интервале 0,90-0.95. Некоторые виды дрожжей, например Zygosaccharomyces rouxii, могут расти при αω ниже 0,70 и при высокой концентрации сахара или соли. Их обычно относят к осмофильным дрожжам, но точнее их называть ксеротолерантными (табл. 5.6).
Таблица 5.3. Характеристики роста некоторых ДВПП*
| Виды | Лаг-фаза, ч | Время генерации, ч |
| Debaryomyces hansenii | 3 | 0,8 |
| Hanseniaspora uvarum | 3 | 0,9 |
| Zygosaccharomyces bailii | 4 | 1,4 |
| Schizosaccharomyces pombe | 4 | 2,4 |
| Galactomyces geotrichum | 10 | 3,6 |
* Аэрируемые культуры в питательной среде при рН 4 и 30°С
Таблица 5.4. Пороговые значения максимальных температур роста некоторых пищевых дрожжей*
| Виды | Температура, °С |
| Kluyveromyces marxianus | 46 |
| Pichia guillermondii | 41 |
| Metschnikowia pulcherrima | 38 |
| Candida zeylanoides | 33 |
| Leucosporidium sottii | 23 |
* Средние значения по 7-16 штаммам, измеренные в искусственной среде.
Таблица 5.5. Влияние температуры на рост винных дрожжей (по [2])
| Виды дрожжей | Время удвоения, ч, при температуре | ||
| 10 °C | 15° С | 25 °С | |
| Saccharomyces cerevisiae | 17,3 | 8,7 | 4,1 |
| Hanseniaspora uvarum | 11,6 | 5,8 | 3,3 |
| Candida stellata | 17,3 | 5,8 | 5,3 |
| Torulaspora delbrueckii | 23,1 | 9,9 | 4,3 |
| Issatchenkia orientalis | 69,3 | 23,1 | 8,7 |
Таблица 5.6. Пороговые значения активности воды для некоторых пищевых дрожжей*
| Виды | Минимальное значение αω в растворе: | |
| Глюкозы | NaCl | |
| Candida versatilis | 0,79 | 0,84 |
| Debaryomyces hansenii | 0,84 | 0,84 |
| Hanseniaspora uvarum | 0,90 | 0,95 |
| Torulaspora delbrueckii | 0,86 | 0,90 |
| Zygosaccharomyces rouxii | 0,79 | 0,86 |
* Получены на бульонных культурах, выращиваемых при комнатной температуре до 120 сут.
Влияние экологических факторов на рост дрожжей зависит от их сочетания: например, при низких значениях αω минимальная температура роста возрастает, а в случае низких Температур для роста дрожжей требуются одновременно более высокие минимальные значения рН и αω. Этот факт служит основой для разработки различных комбинированных методов консервирования. В этом отношении важную роль играет взаимодействие дрожжей с другими микроорганизмами, хотя практическое значение биологического взаимодействия все еще изучено недостаточно. Дрожжи и молочнокислые бактерии одновременно встречаются как во многих естественных местах обитания, так и в пищевых системах, поскольку у них общие экологические детерминанты.
