15.7.4.4. Производство хлебопекарных дрожжей

Хлебопекарные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae), используемые при производстве хлебобулочных изделий, деградируют углеводы теста до спирта и диоксида углерода, который фиксируется в объеме изделия [2]. Кроме того, они химически и механически модифицируют глютен — основной протеин пшеницы. В производстве витаминов дрожжи используют в качестве источника витаминов группы В и D2. Дрожжи используют также для производства кваса.


Свойства хлебопекарных дрожжей [24]

Основные стадии выращивания дрожжей сопровождаются постоянной аэрацией питательной среды. Затем их переносят в микроаэрофильные условия для брожения в тесте. Эта смена условий для жизнедеятельности обусловливает те разнообразные свойства, которые должны быть присущи хлебопекарным дрожжам.

Прежде всего они должны обладать высокой потенциальной активностью гликолитических ферментов. Она выражается как зимазная и мальтазная активность, определяемая временем, необходимым для выделения 10 мл СО2 при сбраживании 20 мл 5% раствора сахара дрожжами, которые вносятся в количестве 2,5 об. %  от объема среды, в микрогазометре Елецкого. Дрожжи должны иметь также высокую активность инвертазы  и других гидролитических ферментов, обладать способностью расти и синтезировать ферменты и коферменты в достаточно анаэробных условиях, быстро адаптироваться к изменяющимся субстратам. Кроме того, они должны проявлять осмотическую стабильность по отношению к жирам и относительно высокой концентрации сахара в начальной стадии брожения теста, быть солеустойчивыми и стойкими к изменениям рН, содержать небольшое количество глутатиона. И, наконец, дрожжи должны быть устойчивыми к примесям, содержащимся в мелассе, на которой их выращивают, иметь высокую генеративную активность, быть стойкими при хранении.

Для разрыхления теста применяют различные расы S. cerevisiae. В хлебопечении используют прессованные дрожжи, дрожжевое молоко, сушеные и жидкие дрожжи, а также высококислотные закваски.

Прессованные дрожжи. Для получения хлебопекарных дрожжей используют быстрорастущие расы верхового брожения. В отечественной хлебопекарной промышленности применяются расы № 14, Узловские Нр-l и Нр-2, Краснодарская солеустойчивая, Ленинградская 14, Л-441. У полноценных рас дрожжей подъемная сила, т. е. длительность подъема теста на стандартную высоту (70 мм) в стандартной форме должна быть до 45 мин, зимазная активность — до 50 мин, мальтазная активность — до 70 мин, устойчивость к мелассе — 100 %, удельная скорость роста — до 0,2 ч–1. Однако ни одна из используемых рас не сочетает в себе всех необходимых признаков, которые бы отвечали требованиям, предъявляемым к хлебопекарным дрожжам. Поэтому на хлебозаводах часто используют смеси различных рас дрожжей. На некоторых заводах применяется гибрид 196-6 (зимазная активность — 43 мин, мальтазная — 65 мин).

Для повышения бродильной активности прессованных дрожжей, сокращения периода адаптации дрожжевых клеток в тесте проводится их активация. Существует много способов активации дрожжей, основанных на улучшении состава питательной среды путем добавления, например, заварки ячменного солода, соевой муки, ферментных препаратов, минеральных солей. Бродильные свойства и почкование дрожжей можно усилить аэрацией питательной среды, особенно если насыщение дрожжевой суспензии кислородом производится в магнитном поле. Эффективным является двухфазный способ активации прессованных дрожжей. По этому способу суспензию, содержащую воду и дрожжи в соотношении 1 : 20, прогревают 30 мин при 35 °С. Затем  к ней добавляют мучную суспензию, в состав которой входит 10 % всей муки, ферменты — амилоризин П10х (0,24 ед. ОС/100 г муки) и амилосубтилин Г10х (0,015 ед. ОС/100 г муки), и вновь прогревают при тех же условиях. Двукратный прогрев дрожжевой суспензии способствует активации их ферментного комплекса, сокращению периода адаптации, повышению бродильной активности.

На хлебозаводах наряду с прессованными дрожжами, поставляемыми дрожзаводами, применяют и спиртовые дрожжи. Они отличаются высокой зимазной  и низкой мальтазной активностью, лучше, чем дрожжи специализированных заводов, переносят высокую концентрацию сахарозы. Применение спиртовых дрожжей особенно эффективно при ускоренных безопарных способах приготовления теста.

Дрожжевое молоко. На многих хлебопекарных предприятиях, расположенных вблизи дрожзаводов, вместо прессованных дрожжей применяют дрожжевое молоко, в 1 л которого содержится 400–450 г дрожжей. Качество дрожжевого молока контролируется по трем основным показателям: содержанию дрожжей в 1 л молока, кислотности и подъемной силе. При использовании дрожжевого молока интенсифицируется брожение полуфабрикатов на всех стадиях технологического процесса, что обеспечивает получение хлеба с большим удельным объемом и лучшей пористостью, чем в случае применения прессованных дрожжей. Более высокая бродильная активность дрожжевого молока по сравнению с эквивалентным количеством прессованных дрожжей обусловлена тем, что дрожжевые клетки  в молоке разъединены, а это обеспечивает большую поверхность их контакта с субстратом и, следовательно, способствует интенсификации биохимических процессов. Однако дрожжевое молоко из-за высокой влажности менее устойчиво при хранении — до 10 сут. при 4–6 °С и до 24 ч — при 20 °С.

Сушеные дрожжи. Сушеные хлебопекарные дрожжи получают из прессованных дрожжей. Для их производства применяют специальные расы и режимы выращивания, обеспечивающие устойчивость к сушке.  В Швеции используют расу НР-2, в Италии —  АДУ-166. Направляемые на сушку дрожжи должны содержать значительно больше СВ (32–34 %) и собственных углеводов (в частности, трегалозы до 11–12 %) по сравнению с обычными дрожжами для прессования (соответственно 30–31 и 7–8 %). Используемые расы должны иметь подъемную силу не выше 45 мин, мальтазную активность — не более 70 мин, осмоустойчивость — не более 10,5 мин и выживаемость более 70 % клеток в готовом продукте. Влажность сушеных дрожжей — 8–10 %.

Для стабилизации биологически активных сухих дрожжей в процессе сушки их обрабатывают специальными пластификаторами (смеси растительных масел с жирными кислотами, моноэфирами) или антиоксидантами, которые эмульгируют с растительным маслом.

Важное значение имеет не только длительное сохранение ферментативной активности сушеных дрожжей, но и ее восстановление после регидратации дрожжей. Для восстановления применяют различные вещества: глюкозу, аскорбиновую кислоту, бромат калия, фосфаты, хлориды, сульфат аммония, эфиры глицерина и насыщенных жирных кислот и другие, которые добавляют в воду в разной последовательности.

Жидкие дрожжи. Жидкие дрожжи, приготовляемые непосредственно на хлебопекарных предприятиях, различаются по применяемым расам дрожжей и молочнокислых бактерий, по способу приготовления, влажности и бродильной активности.

Рациональная схема приготовления жидких дрожжей включает заквашивание осахаренной и охлажденной до 50 °С мучной заварки (рН = 3,7÷3,9) термофильными бактериями Lactobacillus delbrueckii до 10–14 °Н {1 °Н (Неймана) соответствует 1 мл 1 н. щелочи  в 100 мл среды}, приготовление дополнительного питательного раствора для дрожжей (хорошими средствами активации роста дрожжей являются двузамещенный фосфорнокислый калий, кукурузный экстракт, продукты крахмалопаточного производства, молочная сыворотка), смешивание его с закисшим затором и культивирование на этой среде дрожжей при 28 °С. Высокая кислотность затора предотвращает развитие в нем посторонней микрофлоры и позволяет длительное время работать без обновления культуры. Для интенсификации процесса приготовления жидких дрожжей рекомендуется также интенсивное перемешивание питательной среды.

Для получения жидких дрожжей преимущественно используют штамм Московский-23, который отличается высокой подъемной силой, энергией размножения, активной газообразующей способностью.

Для приготовления кислого ржаного и пшеничного хлеба непосредственно на хлебозаводах готовят высококислотные закваски с влажностью 45–50, 65–70 или 70–80 %.

Качество хлебопекарных дрожжей. Для рыхления теста применяют дрожжи хлебопекарные прессованные (ГОСТ 171–81), дрожжевое молоко (ОСТ 18-369–84), сушеные дрожжи (ОСТ 18-193–74). Требования  к качеству дрожжей приведены в табл. 15.7.52.


Технология производства хлебопекарных дрожжей [61]

В качестве сырья для производства дрожжей используется меласса, а также мелассная бражка. Главными легкоусвояемыми источниками азота для дрожжей служат минеральные соли аммония и мочевина. Кроме того, дрожжи усваивают свободные аминокислоты питательного субстрата.

Теоретический выход биомассы дрожжей с содержанием влаги 75 % находится в пределах 96,6–116,8 масс. % от массы мелассы, содержащей 46 масс. % сахара. В заводских условиях выход дрожжей составляет 68–92 %.

Основными стадиями производства хлебопекарных дрожжей являются: приготовление питательной среды; многоступенчатое размножение (выращивание) посевных дрожжей; выращивание товарных дрожжей; выделение из жидкой среды, формование, упаковка и охлаждение или сушка прессованных дрожжей.

Приготовление питательной среды. Мелассу, для использования ее в качестве питательной среды, очищают от нежелательных веществ (осветляют) и добавляют необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов компоненты. Осветление мелассы может быть холодным и горячим.

При холодном режиме осветления мелассу растворяют в воде в соотношении от 1 : 1 до 1 : 3. Для подавления микрофлоры добавляют хлорную известь (0,6–0,9 кг активного хлора на 1 т мелассы), перемешивают и выдерживают 0,5 ч, после чего в раствор добавляют серную кислоту до рН = 4,4÷5,0, и раствор сепарируют.

Горячее осветление проводят в случае сильного инфицирования мелассы и при подготовке сусла для начальных стадий размножения дрожжей, требующих повышенной стерильности. Мелассу растворяют в горячей воде (1 : 1), раствор нагревают до 105–108 °С, выдерживают 15–60 с, охлаждают до температуры 80–85 °С и сепарируют. При очистке раствора центрифугированием из него удаляют вещества, ухудшающие цвет и качество дрожжей.

Азот- и фосфорсодержащие соли целесообразно добавлять в питательную среду непосредственно при выращивании дрожжей, отдельно от мелассного сусла. Растворы солей (10–12%) готовят в отдельном для каждой соли сборнике.

В качестве ростостимулирующего вещества в питательную среду добавляют кукурузный экстракт (6 масс. % от массы мелассы), который предварительно стерилизуют, нагревая после разбавления водой (1 : 1) до кипения. После охлаждения к нему добавляют  5–10 масс. % от массы экстракта биомицина.

Выращивание посевных дрожжей. В связи с большим объемом производства выращивание культуры производят многоступенчато. Первые три стадии размножения дрожжей производят в лаборатории, затем три стадии размножения производят в цехе чистой культуры. При выращивании посевных дрожжей необходима высокая стерильность.


Таблица 15.7.52

Показатели качества дрожжей и дрожжевого молока [62]

Показатель Дрожжи  прессованные Дрожжевое молоко Дрожжи сушеные
высший сорт первый сорт
Консистенция Плотная, дрожжи должны легко ломаться, не мазаться Жидкая суспензия В виде вермишели, гранул, мелких зерен, кусочков или крупы, порошкообразных частиц не более 25 %
Цвет Сероватый с желтоватым оттенком Сероватый с желтым оттенком Светло-желтый или светло-коричневый
Запах и вкус Свойственные дрожжам, без запаха плесени и других посторонних запахов
Влажность, %, не более 75 75*1 8,0 10,0
Кислотность, мг уксусной кислоты, не более:        
в день выработки 120 120*1
на 12 сутки 300 360*2
Подъем теста до 70 мм, мин, не более 70 75*1 70 90
Стойкость для дрожжей заводов, ч, не менее:        
дрожжевых 60
спиртовых 48
Сохранность со дня выработки, мес., не менее 12 5
Концентрация дрожжей  в 1 л в пересчете на дрожжи с влажностью 75 %, г, не менее 450
Мальтазная активность, мин:        
хорошая <90 <90
удовлетворительная 90–100 90–100
неудовлетворительная >100 >100

Высев производят в пробирки, содержащие 100 мл субстрата (солодовое сусло с 12–14 % СВ, витаминизированное томатным или морковным соком), и размножение ведут в течение 18–34 ч (26–30 °С). Вторую стадию размножения в тех же условиях ведут в колбе, содержащей 700 мл того же субстрата. Третью стадию, проводимую в таком же режиме, осуществляют в бутыли, содержащей 6 л субстрата, получая 0,3 кг дрожжей из расчета на прессованную массу влажностью  до 75 %.

В цехе чистой культуры (ЧК) на стадии ЧК-1 размножение ведут при рН = 4,5 в течение 15–17 ч (33 °С) в дрожжерастильном аппарате вместимостью 3,5 м3, используя в качестве питательной среды мелассное сусло (12 % СВ) с добавлением питательных солей. Питательную среду непрерывно аэрируют. В результате получают 100 кг дрожжей (в расчете на 75 % влажность). На стадии ЧК-2 размножение проводят в аппарате вместимостью 15 м3. В аппарат вводят 3 % мелассного раствора от его общего объема и стерильную воду до доведения концентрации сахара 3,0–3,5 %, добавляют 10 % потребляемого количества растворов солей и начинают аэрацию из расчета 30–40 м3/ч на 1 м3 среды. После этого вводят полученные на стадии ЧК-1 дрожжи. По мере потребления сахара производят добавление мелассного раствора, растворов солей, увеличивают скорость подачи воздуха. Продолжительность процесса составляет 9 ч (33 °С), в результате получается 580 кг дрожжей (влажность — 75 %). На стадии ЧК-3 размножение ведут в аппарате вместимостью 56 м3 так же, как и на стадии ЧК-2, получая в результате 4800 кг дрожжей (влажность — 75 %). Дрожжи отделяют от субстрата на сепараторах, промывают водой. Концентрат хранят при температуре 6 °С, а прессованные дрожжи — при 2–4 °С. Культуру ЧК-3 готовят периодически, один раз в 3–4 недели.

Выращивание товарных дрожжей. Выращивание товарных дрожжей в производственных условиях осуществляют в две стадии: сначала выращивают засевную культуру, затем товарные дрожжи.

Засевную культуру дрожжей производят в дрожжерастильных аппаратах вместимостью 44 м3. Выращивание ведут с использованием 16,5 % дрожжей, полученных на стадии ЧК-3, на разбавленной мелассе (1 : 17)  с концентрацией СВ, равной 2–2,5 %, вводя раствор солей при 30 °С и рН = 4,5÷5,0 в течение 11 ч. Выход дрожжей составляет 65 масс. % от массы мелассы; в конце выращивания образуется 2500 кг дрожжей (50 кг/м3). Полученные дрожжи расходуют для засева  в аппаратах рабочей вместимостью 120 м3. Выращивание товарных дрожжей разделяют на два периода: накопительный и отборочный. Накопительный период длится примерно 7 ч, до заполнения рабочего объема. Затем начинается непрерывный отбор (отток) из аппарата некоторой части его содержимого в отборочный аппарат, одновременно в дрожжерастильный аппарат подают сусло, воду, растворы солей. Общая продолжительность цикла может быть 12–20 ч и более. Выращивание ведут при температуре 30 °С, рН = 4,5 и разбавлении мелассы 1 : 17. Выход дрожжей составляет 75 масс. % от массы мелассы сахаристостью 46 %.

Выделение дрожжей из жидкой среды. По окончании высаживания и дозревания дрожжи, для сохранения ферментативной активности, необходимо как можно быстрее выделить из культуральной среды. Выделение дрожжей осуществляют в три ступени на сепараторах.

Дрожжевое молоко хорошо фильтруется на барабанных вакуум-фильтрах (остаточное давление 12 кПа). Полученную пастообразную дрожжевую массу формируют в виде прямоугольных брикетов массой 50, 100, 500 или 1000 г, упаковывыают в специальную бумагу  и сразу направляют в холодильную камеру, где хранят при температуре 0–4 °С и относительной влажности 62–96 %. Срок хранения — не более 4 дней, сушеных дрожжей (влажность — 8–10 %) — не более 5 мес.

Сушка дрожжей. Сушеные дрожжи пользуются большом спросом благодаря тому, что они сохраняются в таком состоянии в течение длительного времени. Для сохранения жизнеспособности дрожжей их температура при сушке не должна превышать 30 °С. Хорошее качество дрожжей сохраняется при высушивании дрожжей во взвешенном состоянии при температуре теплоносителя не выше 70 °С, снижающейся по мере уменьшения содержания влаги. После сушки в течение 3–4 ч влажность дрожжей составляет 7–8 %. Сушеные дрожжи хранят при температуре 15 °С.


Получение дрожжей на мелассно-спиртовых заводах [30]

Хлебопекарные дрожжи получают в качестве отходов производства при сепарации зрелой спиртовой бражки (разд. 15.7.11), в 1 м3 которой содержится  18–35 кг дрожжей (в расчете на 75% влажность). Выход прессованных дрожжей составляет до 3,5 кг/1 дал спирта.

Получение дрожжей из спиртовой бражки состоит из следующих стадий: выделение дрожжей из бражки, промывание и концентрирование дрожжевой суспензии, дозревание дрожжей, окончательное промывание  и концентрирование, прессование, формование и упаковывание дрожжей.

При двухпродуктовой схеме расход азотного и фосфорного питания для дрожжей следует увеличить на 50 % по сравнению с однопродуктовой схемой.

Особенность получения дрожжей на спиртовых заводах заключается в том, что бражка содержит спирт, поэтому оттоки после сепараторов первой и второй ступеней направляют на перегонку для извлечения спирта. Дрожжи промывают в пять или семь ступеней. После сепараторов четвертой ступени дрожжи дозревают при аэрации суспензии. Охлажденную суспензию, содержащую до 450–500 г/л дрожжей, направляют на фильтр-пресс. Затем дрожжи формуют и фасуют так же, как на специализированных заводах.