ЭСБЕ/Дрожжевое производство
Дрожжевое производство. — Дрожжами называются особые микроорганизмы (грибки), обладающие способностью возбуждать брожение сахаристых жидкостей (см. Брожение); в общежитии так обозначается вообще тот осадок, который получается в результате спиртового брожения, содержащий, кроме дрожжевых грибков, также и некоторые другие, неорганизованные тела, как, напр., свернувшиеся белковые и красящие вещества. Дрожжевые грибки (Saccharomycetes) подразделяются на много видов, из которых наиболее известным и важным в практическом отношении является Saccharomyces Cerevisiae, играющий главную роль при пивоварении и винокурении, а также при хлебопечении. Независимо от деления на виды дрожжи бывают верховые и низовые; первые требуют для своего развития более высокой температуры (optimum = 14—24° Ц.) и представляются в виде многочисленных (5,7 и более индивидуумов) колоний овальных клеток, собирающихся при брожении на поверхность жидкости; низовые же дрожжи собираются внизу бродящей жидкости в виде отдельных, более круглых клеток или небольших (2—3 индивидуума) колоний и проявляют свою деятельность при более низкой температуре (4—12° Ц).

Общая характеристика собственно дрожжевых грибков (Saccharomycetes в строгом смысле) состоит в следующем: все они представляют одноклеточные организмы, размножающиеся почкованием, а при известных условиях — образованием внутренних спор (аскоспор). Содержимое дрожжевых клеток состоит из зернистой протоплазмы, часто заключающей в себе 1, 2 и более так назыв. вакуол (пространство, наполненное прозрачной жидкостью); более старые клетки, или, выражаясь точнее, те клетки, которые более долгое время находились под влиянием неблагоприятных жизненных условий, отличаются тем, что содержимое их гуще, отстает от стенок, а иногда внутри таких клеток замечаются большие вакуолы.

Старые клетки обладают меньшей способностью возбуждать брожение, со смертью же клетки эта способность совершенно утрачивается, так как брожение есть процесс, неразрывно связанный с деятельностью живого дрожжевого организма; старые клетки, будучи поставлены в более благоприятные условия существования, вновь приобретают свой прежний вид и свойства. Для питания дрожжевой клетки необходимы: 1) азотистые вещества (пептоны, аммиачные соединения, также амиды, но не азотнокислые соли или цианистые металлы); 2) углеводы (сахаристые вещества) и 3) минеральные соединения (фосфорнокислые и калиевые соли, менее необходимы соли магния и сера). В случае недостатка в окружающей среде необходимых питательных веществ дрожжевые грибки не сразу умирают, но продолжают жить на счет собственного содержимого (инволюция). Хотя кислород безусловно необходим для поддержания энергии в дрожжевых грибках, а в особенности для их размножения, но дрожжи могут известное время обходиться без него, и, по Пастеру, этим именно и обусловливается брожение (см.). Многие факторы оказывают вредное влияние на развитие и деятельность Д. грибков, что необходимо принимать во внимание при производстве и применении дрожжей. Особенно важными в практическом отношении являются следующие влияния: 1) Слишком высокая или слишком низкая температура. При температурах близких к нулю деятельность грибков сильно замедляется, хотя и не прекращается, при температурах же ниже нуля грибки мало-помалу умирают. Что касается высшего предела температуры, то при 50° Ц. (40° Р.) дрожжи утрачивают способность возбуждать брожение, смерть же их наступает при температуре около 70° Ц. (темп. свертывания белка). 2) Спирт. По новейшим исследованиям, при содержании в окружающей среде 5 весовых процентов спирта, размножение дрожжевых грибков прекращается, способность же возбуждать брожение утрачивается в присутствии 16 весов. процентов алкоголя. 3) Кислоты. В очень незначительных количествах (десятые и сотые доли процента) некоторые кислоты (как, напр., молочная, серная, соляная, фосфорная, плавиковая) не только не влияют вредным образом на дрожжевой грибок, но даже увеличивают его сбраживающую силу, при более же значительном содержании кислот Д. клетки мало-помалу утрачивают свою жизнедеятельность. Здесь следует заметить, что для других микроорганизмов (напр., бактерий) кислоты являются более сильным ядом, чем для Д., что имеет весьма важное практическое значение: применяя некоторые кислоты в очень незначительных дозах, можно, нисколько не повредив Д. грибкам, уничтожить бактерии; обыкновенно для этой цели пользуются молочной кислотой (см. ниже). Углекислота, выделяющаяся при брожении, тоже оказывает вредное влияние на дрожжевой грибок, задерживая его размножение, а потому ей следует дать возможность свободно удаляться. 4) Посторонние микроорганизмы. В воздухе, а также на различных припасах, употребляемых для приготовления искусственных Д. и при получении спиртных жидкостей, всегда имеются зародыши различных микроорганизмов, которые, попадая в бродящую жидкость, оказывают вредное влияние на развитие и деятельность Д. грибка, с одной стороны, отнимая у последнего часть питательного материала, а с другой — развивая различные посторонние брожения, продукты которых вредны для Д. грибка, и, кроме того, развитие посторонних организмов придает неприятный вкус спиртной жидкости и делает ее непрочной (напр., продукты маслянокислого, уксусного брожений). Средство для уничтожения вреднейших из этих микроорганизмов (бактерий) указано в предыдущем пункте; кроме того, весьма важным в практическом отношении антисептическим средством является хмель: благодаря заключающемуся в нем особому смолистому веществу настой хмеля ядовит для бактерий. В недавнее время Ефрон предложил для такой же цели употребление при винокурении плавиковой кислотою и ее солей; эти соединения, подобно молочной кислоте, в очень незначительных количествах (в сотых долях процента) содействуют развитию Д. грибка, но смертельны для бактерий (см.). Способы приготовления дрожжей на пивоваренных и винокуренных заводах имеют свои особенности, точно так же как и получение прессованных дрожжей, а потому рассмотрим эти три главные способа отдельно.

I. Приготовление дрожжей на пивоварениых заводах. На большинстве пивоваренных заводов для возбуждения брожения в сусле употребляют почти исключительно дрожжи, полученные при брожении предшествовавшей вари сусла; при начале же кампании, когда не имеется еще свежих дрожжей собственного производства, их получают с других заводов или пользуются дрожжами, сохраненными от предыдущей кампании. Дрожжи, полученные по окончании брожения пивного сусла в виде осадка — при низовом или счерпанные сверху — при верховом брожении (см. Пивоварение), отмучивают раз или два холодной водой и пропускают через сито. Для убеждения в их качествах может отчасти служить их внешний вид; но гораздо лучше для этой цели пользоваться микроскопом, который дает возможность констатировать признаки вырождения дрожжей, являющегося результатом неправильного питания дрожжевых клеток, также и их нечистоту (присутствие посторонних микроорганизмов); в первом случае их заменяют другими, полученными с заводов, пользующихся известностью; для очищения же дрожжей можно пользоваться различными способами, основанными на действии некоторых соединений на посторонние микроорганизмы (ср. выше), а кроме того, для той же цели употребляют особые приборы — сепараторы, действие которых основано на том, что при вращении прибора более тяжелые (здоровые) клетки отбрасываются к окружности, более же легкие (старые и мертвые клетки и некоторые посторонние микроорганизмы) остаются в центре и отводятся вместе с жидкостью посредством различных приспособлений. Но все эти способы не могут дать вполне чистых дрожжей, состоящих исключительно из клеток Saccharomyces Cerevisiae, а между тем это считается необходимым  для получения возможно прочного пива. Чистые Д. можно получить только при применении чистой их культуры, когда целая колония дрожжевых грибков развивается из одной определенной клетки.

Метод чистой культуры Д. был особенно хорошо разработан Ганзеном, и с тех пор (1883) многие пивоваренные заводы стали его применять. Этот метод в том виде, в котором он наичаще применяется в настоящее время Ганзеном, представляет собою видоизменение и дальнейшее развитие способа Коха — воспитания дрожжевых грибков в питательной среде, приведенной посредством желатины в твердое состояние. Питательная жидкость (напр., пивное сусло) с находящимися в ней дрожжевыми клетками тонким слоем наливается на стеклянную пластинку, где и отвердевает благодаря прибавлению желатины; для поддержания же затвердевшей массы во влажном состоянии пластинку помещают в так назыв. влажную камеру, которую затем ставят на столик микроскопа. Число Д. клеток, заключающихся в желатине, должно быть по возможности незначительно, чтобы они лежали отдельно одна от другой. При соблюдении этих условий является возможным наблюдать за развитием каждой колонии, имеющей родоначальником одну дрожжевую клетку. Избрав какую-нибудь колонию, прикасаются к ней стерилизованной платиновой проволокой и бросают последнюю в стерилизованное сусло, заключенное в небольшой пастеровской колбочке, устройство которой предотвращает возможность проникновения в нее носящихся в воздухе микроорганизмов.

Пользуясь описанным способом, можно получить чистую культуру любой расы дрожжей, для точного определения которой, по Ганзену, служит исследование условий образования упомянутых выше аскоспор и пленок: дело в том, что образование как тех, так и других находится в зависимости от температуры, и характер этой зависимости служит прекрасным средством для различения отдельных рас дрожжей.

Для приготовления из полученных образцов большого количества дрожжей для завода нужно иметь несколько пастеровских колб (1½ литр.) и сосудов из луженой меди (около 10 литр.), устроенных по тому же принципу, как и пастеровские колбы. После стерилизации тех и других их наполняют стерилизованным суслом, вводят затем в пастеровские колбы образцы чистой культуры из упомянутых выше небольших колбочек и предоставляют брожению при комнатной температуре; через 6—7 дней на дне колб образуется довольно обильный осадок дрожжей, который по удалении находящейся над ним жидкости переводят в медные сосуды; через неделю в этих последних образуется уже достаточное количество дрожжей для возбуждения брожения в гектолитре (8 вед.) сусла.

Этим, собственно, и заканчивается лабораторное разведение чистых дрожжей, и дальнейшая работа происходит уже в общем помещении для брожения, т. е. в бродильном погребе. Переходя, подобно описанному, от меньших сосудов к большим, можно распространить брожение с чистыми дрожжами на все производство, но так как при этом невозможно предотвратить заражения дрожжей посторонними микроорганизмами, то приходится время от времени начинать описанную работу сначала, т. е. с приготовления образцов чистых дрожжей. Для избежания этого Ганзен и Кюле устроили особый аппарат, пользуясь которым, можно непрерывно получать большие количества чистых дрожжей (фиг. 3). Аппарат состоит из трех главных частей: 1) из воздушного насоса А, соединенного с воздушным резервуаром В; 2) сосуда С, где происходит брожение и размножение дрожжей, и 3) сосуда для сусла Д. Воздух, необходимый для развития дрожжей, поступая из насоса, проходит в резервуар Д и проводится затем по металлическим трубкам, по желанию, в цилиндр С или в D, проходя при этом через соответственные фильтры — g или m — с хлопчатой бумагой. Аппарат перед употреблением стерилизуется пропусканием через него пара, после чего кипящее сусло прямо из котла проводится в сосуд 2), в котором охлаждается до желаемой температуры посредством холодной воды, поступающей в кольцеобразную трубу p, снабженную мелкими отверстиями, служащими для стока воды по стенкам сосуда; из цилиндра D охлажденное сусло по трубке k поступает в цилиндр С, снабженный мешалкой d с винтообразными лопастями; после того, как часть сусла поступила в цилиндр, в него вводятся по трубке j чистые дрожжи, полученные указанным выше способом. Перебродившее сусло и Д. выпускаются из цилиндра С через кран е. Пивные и вообще всякие дрожжи лучше всего немедленно пускать в употребление; если же этого нельзя, то их следует сохранять в закрытых сосудах в холодном и чистом помещении. Для сохранения же на продолжительное время дрожжей, полученных чистой культурой, Hansen советует помещать их в особые колбы в роде пастеровских (ср. фиг. 2).

II. Приготовление дрожжей на винокуренных заводах. Прежде при винокурении пользовались обыкновенно дрожжами с пивоваренных заводов, в настоящее же время на винокуренных заводах употребляют большею частью дрожжи собственного производства, для чего приготовляют специальный дрожжевой затор, который после описанной ниже обработки служит питательной средой для развития и размножения задаваемых ему затем дрожжей. Сообразно с этим приготовление дрожжей можно разделить на две главные части: 1) приготовление Д. затора, состоящее из: а) затирания материалов, употребляемых для затора, и осахаривания последнего, b) закисания и с) охлаждения и 2) возбуждение брожения затора, имеющее целью развитие и размножение Д. клеток; сюда относятся: а) задавание дрожжей затору, b) снимание головки и с) подмолаживание дрожжей. Материалом для затора чаще всего служит ячменный или ржаной солод (зеленый, или сухой) или смесь солода с мукой. Затирание производится при температуре не менее 50° Р. и состоит в том, что солод или вообще материал для затора тщательно перемешивают с горячей водой и доводят смесь до желаемой температуры. При большом производстве для затирания лучше всего употреблять специальные аппараты, снабженные приспособлениями для размельчения солода (ср. Винокурение). Высокая температура необходима для получения из крахмала, содержащегося в солоде, клейстера и для перехода части азотистых веществ в растворимое состояние; кроме того, она препятствует развитию посторонних микроорганизмов и наиболее благоприятна для сахарификации крахмала, но не должна превышать известного предела, так как диастаз (см.) уже при 60° Р. утрачивает свою способность действовать сахарифицирующим образом на крахмал. Прикрыв заторный чан или аппарат крышкой, затор оставляют на 1—2 часа для осахаривания, после чего, сняв крышку, дают ему охладиться до 40° Р., причем, если затирание производилось в особом аппарате, спускают осахарившийся затор в Д. чан. Концентрация Д. затора, измеряемая сахарометром, бывает различна (обыкновенно 16—18 % Бал.), наиболее же благоприятной для развития дрожжевых грибков следует считать концентрацию в 14 % cax. Следующая затем операция — закисание — имеет целью развитие молочной кислоты, которая, как указано выше, служит предохранительным средством против бактерий. Так как в воздухе, в особенности на винокуренных заводах, всегда содержится достаточное количество молочных бактерий, для развития которых 40° Р. является наиболее благоприятной температурой, то нет надобности в особом прибавлении названных бактерий; только в начале кампании, когда в воздухе сравнительно немного молочных бактерий, для ускорения закисания прибегают к искусственному развитию молочной кислоты, напр., в виде прибавления скисшего молока. Продолжительность закисания бывает весьма различна (8—20 час.) в зависимости от разных условий: от рода взятых для затора материалов, степени кислотности, которую желают получить, и т. п,: последняя, по Меркеру, должна быть обратно пропорциональна концентрации затора, обыкновенно же 20 куб. стм. кислого, процеженного затора соответствуют 1,2—2 куб. стм. нормального раствора едкого натра. Температура не должна быть ниже 40°Р., так как в противном случае развиваются различные посторонние микроорганизмы, как, напр., бациллы маслянокислого брожения. По окончании закисания быстро охлаждают затор до температуры 12—15°Р., и питательная среда для размножения дрожжевых клеток готова. Для охлаждения, которое должно производиться очень быстро, чтобы скорее миновать температуры, благоприятствующие развитию посторонних микроорганизмов, пользуются различными приборами, как, напр., поплавками с льдом или змеевиками, по которым циркулирует холодная вода и которые бывают иногда приспособлены к размешиванию затора. По охлаждении последнего ему задают так называемый маточные (семенные) дрожжи, или головку, которая представляет собою готовые дрожжи, снятые с предыдущей Д. бражки (см. ниже); в первый же Д. затор за отсутстием маточных дрожжей задают прессованные или пивные дрожжи или же головку, сохраненную от предыдущей кампании. Вскоре после задавания головки начинается брожение, продолжительность которого бывает весьма различна, обыкновенно 10—12 час. Так как при приготовлении дрожжей не преследуется цель получения больших выходов спирта и самое брожение является только необходимым следствием развития дрожжей (последнее даже прекращается при сильном брожении), то количество полученного спирта не должно превышать того его предела, который действует вредным образом на Д. грибок; этот предел, по наблюдениям Haydock’a, составляет содержание около 5 объемных процентов алкоголя, что приблизительно соответствует сбраживанию около 10 % сахара. Сообразно с этим требованием следует вести и брожение затора.

Для точного определения зрелости дрожжей, т. е. того предела, за которым прекращается размножение дрожжевых клеток, не существует вполне выработанных приемов, и только опытный глаз по разным внешним признакам (падение пены, ее вид и т. п.) может верно определить степень зрелости дрожжей, что в высшей степени важно, так как слишком молодые дрожжи не обладают еще достаточной энергией, а у слишком старых она ослабевает; во всяком случае, Haydock считает немного перезрелые дрожжи все же лучше недозрелых. За несколько времени до поступления вполне зрелых дрожжей в главный затор, т. е. в бродильный чан, от них отбирают 1/10—1/6 часть по объему, которая и называется головкой, или маточными дрожжами, и служит, как указано выше, для заправки следуюшего Д. затора. Кроме того, перед поступлением в бродильный чан дрожжи подвергаются еще подмолаживанию, состоящему в том, что к Д. бражке прибавляют часть уже обсахаренного главного затора, охлажденного до 30—35°Р. Операция эта имеет целью доставить Д. новый питательный материал, благодаря чему они усиленно размножаются и сбраживающая сила их увеличивается. Если полученный описанным способом дрожжи не могут быть немедленно пущены в употребление, то подобно тому, как это было указано для пивных дрожжей, их помещают в холодное место в закрытых сосудах. Для более же продолжительного сохранения дрожжей (напр., до начала следующей кампании или для пересылки в отдаленные места) их можно или высушивать (в чистом виде или в смеси с гипсом, костяным углем, торфом), или применять различные консервирующие средства, как, напр., сахарный сироп, глицерин, спирт…, но все эти способы, общие для только что описанных, а также для пивных дрожжей, не имеют большого практического значения, так как их можно избежать, применяя прессованные дрожжи, легко сохраняемые в течение долгого времени.

III. Приготовление прессованных дрожжей. Хотя дрожжи, полученные тем или другим из описанных способов, могут быть подвергнуты прессованию, но для специальной фабрикации прессованных дрожжей служат особые заводы. При производстве прессованных дрожжей следует различать: 1) приготовление Д. затора и брожение его, имеющее следствием первоначальное размножение дрожжей; 2) приготовление главного затора, в котором затем путем брожения происходит дальнейшее размножение дрожжей, взятых из Д. затора, и 3) снимание с главного затора пены, содержащей дрожжи, и последующую обработку снятых таким образом дрожжей. Приготовление Д. затора и брожение его сходны с тем, что мы видели при приготовлении дрожжей на винокуренных заводах, но имеют и свои особенности, так как в данном случае к дрожжам предъявляются несколько иные требования, чем в винокуренном производстве. Для целей последнего требуется иметь дрожжи, способные вызвать в главном заторе образование возможно большего количества спирта; при производстве же прессованных дрожжей главный затор служит не для получения больших выходов спирта, а для быстрого и энергичного размножения Д. клеток, а потому поступающие в него дрожжи должны по преимуществу обладать способностью к дальнейшему размножению. С этой целью при производстве прессованных дрожжей приготовляют более густой Д. затор (20—24 % сахара) и брожение его ведут при более высокой температуре (около 20°Р.). Что касается главного затора, то приготовление его в принципе сходно с приготовлением Д. затора, в частностях же представляет некоторые отличия. Материалом для главного затора обыкновенно служит смесь солода с различными зерновыми хлебами: рожью, ячменем, маисом, гречей, а также с картофелем. Затирание производится таким образом, что предварительно затирается солод, а затем к нему прибавляют хлеб и все вмсте затирают; исключение составляют маис и греча, которые должны быть затерты ранее солода, так как для превращения всего содержащегося в них крахмала в клейстер требуется очень высокая температура (65°Р. и более). Температура затертой массы первоначально не должна превышать 36—38°Р., так как в противном случае часть солода может осахариться, вследствие чего количество диастаза (см.), необходимого для сахарификации содержащегося в хлебе крахмала, уменьшится. Так как по указанным выше причинам температура около 50° Р. является наиболее благоприятной для питания и размножения дрожжей, а также для сахарификации крахмала, то затор постепенно нагревают посредством горячей воды или пара и доводят температуру до 50° Р. По окончании сахарификации, продолжающейся обыкновенно 1—1½ часа, затор охлаждают до той температуры, при которой задаются дрожжи (17—20° Р.), для чего чаще всего пользуются охладительными тарелками, подобными тем, которые употребляются при пивоварении (см.); кроме того, охлаждению способствует также прибавление барды (см.), основанное главным образом на том, что барда содержит молочную кислоту, о пользе которой при Д. производстве было указано выше. Вместо барды для сообщения затору кислой реакции употребляют иногда серную кислоту. За охлаждением затора следует задавание дрожжей из приготовленного заранее Д. затора, вследствие чего главный затор приходит в брожение, сопровождающееся выделением углекислоты, которая увлекает на поверхность наиболее легкие частицы (шелуху, гущу), образующие таким образом как бы крышку на поверхности затора. Часа через 3—4 выделение углекислоты настолько усиливается, что последняя прорывает крышку и образует пену, содержащую в большом количестве Д. клетки; эта пена постепенно увеличивается в объеме, пока не достигнет, так сказать, зрелости, после чего начинает опадать. Для определения зрелости пены не существует точных указаний, но лучше всего для этой цели пользоваться наблюдением за ее опадением, а также за помутнением составляющих ее пузырьков, происходящим вследствие того, что Д. клетки увеличиваются в объеме.

Зрелость пены наступает приблизительно через 18—20 часов после начала брожения; вслед за тем ее снимают посредством особых ложек, просеивают через сита или в специальных приборах для отделения посторонних частиц и для той же цели отмучивают водой. Последняя операция, производимая большею частью после просеивания, состоит в том, что дрожжи помещают в плоские деревянные чаны или в особые бассейны, которые затем наполняют холодной водой в количестве, соответствующем приблизительно полуторному объему дрожжей, при чем следует заметить, что высота чанов должна быть по возможности мала (напр., при емкости 3000 литр. — ½—¾ м.), чем достигается более быстрое оседание Д.; кроме того, температура смеси не должна превышать 10° Р. для предотвращения возможности вторичного брожения, препятствующего равномерному осаждению дрожжей. При описанной операции дрожжи, как более тяжелые частицы, оседают на дно, шелуха же, слизь и т. п. остаются в воде во взвешенном состоянии и отводятся вместе с последней через отверстия в стенках чанов или, если отмучивание производилось в бассейне, — посредством особо устроенных отводных труб.

По окончании отмучивания к дрожжам прибавляют крахмал в количестве от 10 до 60 % по весу, и полученную смесь прессуют в обыкновенных винтовых прессах, или в различных фильтр-прессах (см. соотв. ст. и здесь фиг. 4).

Прессованные дрожжи пускаются в продажу в двояком виде: в холстяных мешках или в плитках определенного веса (в России 1 фн. и ¼ фн.), обернутых в пергаментную бумагу. Первый способ более рационален, так как дает возможность свободному доступу свежего воздуха, содействующего высыханию дрожжей. Что касается до хранения прессованных дрожжей, то лучше всего для этой цели помещать их в холодное и сухое место. К сказанному о приготовлении прессованных дрожжей следует прибавить, что спирт, образующийся при брожении главного затора, может быть отогнан после снятия с последнего пены теми же способами, какие практикуются вообще при винокурении (см.). В России выделкою прессованных дрожжей занимаются: 1) Д.-винокуренные заводы, которые, кроме приготовления дрожжей, выкуривают спирт; 2) Д. заведения без винокурения и 3) заведения для приготовления пивных прессованных дрожжей, точно так же, как и предыдущие, не имеющие прав выкуривать спирт. О развитии производства прессованных дрожжей со времени установления на них налога (в размере 10 коп. с фунта) дают понятие нижеследующие цифры, показывающие, между прочим, что, хотя общее число заведений, приготовляющих прессованные дрожжи, за последние шесть лет, из года в год уменьшалось, но, несмотря на это, главным образом благодаря увеличению производительности Д.-винокуренных заводов общее количество выделываемых дрожжей постоянно увеличивалось, за исключением последнего периода, давшего меньшее сравнительно с предшествовавшим количество дрожжей, что преимущественно должно быть отнесено на счет уменьшения числа и производительности дрожжевых заведений без винокурения.

Средний выход прессованных дрожжей на Д.-винокуренных заводах составляет около 5 фн. с пуда затертых припасов, а в Д. заведениях без винокурения около 6 фн.; что касается до пивных прессованных дрожжей, то на ведро жидких пивных дрожжей получается в среднем около 61/2 фн. прессованых.

.

Примечания 

ЭСБЕ:Производство