Влияние продолжительности волновой обработки на развитие дрожжевых популяций

Введение: Научная литература не содержит исследований о влиянии обработки монохроматическим светом на развитие популяций пивных дрожжей низового брожения.

Цель: Исследовать возможность активации развития популяции пивных дрожжей Saccharomyces cerevisiae за счет предварительной обработки светом с длинами волн видимого спектра, обеспечивающей технологическую и экономическую эффективность такого способа воздействия в производственном масштабе.

Материалы и методы: Объектом исследований являлся процесс культивирования популяции пивных дрожжей Saflager S-189 (Fermentis) низового брожения, предметом — влияние на этот процесс предварительной обработки засевных дрожжей монохроматическим светом с длиной волны 980 нм, результативность которого оценивали по убыли веса среды культивирования, приросту общего титра клеток, доле нежизнеспособных и «упитанных» клеток; в качестве источника монохроматического света с длинами волн видимого диапазона использовали фотоэлектроколориметр КФК-2; засев сред и подготовку проб к анализу проводили боксе антибактериальной воздушной среды ­БАВнп-01-«Ламинар-С.»-1,2; бродильную активность дрожжей оценивали по убыли веса питательной среды; общий титр клеток устанавливали подсчетом в камере Горяева; процент нежизнеспособных клеток определяли с использованием красителя метиленовый синий; процент «упитанных» клеток дрожжей устанавливали окрашиванием гликогена раствором йода.

Результаты: Предварительная обработка засевных дрожжей монохроматическим светом (980 нм) позволила повысить бродильную активность пивных дрожжей низового брожения на 10–15 % по сравнению с контролем, что согласуется с результатами других исследовательских групп в отношении популяций микроорганизмов других родов и видов. Величины прочих определяемых показателей — доли «упитанных» и нежизнеспособных клеток, ­общий титр клеток дрожжей — в опытных вариантах были на уровне таковых в контрольных образцах или незначительно уступали им. представлены данные о влиянии продолжительности облучения засевных дрожжей в течение 60, 120 или 180 мин на перечисленные контролируемые показатели, авторами высказано мнение о целесообразности ее проведения в течение 60 мин.

Выводы: Обоснована принципиальная возможность активации развития популяции пивных дрожжей низового брожения с помощью предварительной обработки засевных дрожжей светом с длиной волны 980 нм, что может дать экономический эффект в промышленном масштабе; отмечена необходимость апробации изучаемого технологического приема в условиях, близких к производственным.

1. Бойко, С. С., & Яценко, Е. С. (2018). Изучение влияния ультразвукового воздействия на споро- и неспорообразующие бактерии. Вестник биотехнологии, 14(1), 102-105.

2. Гернет, М. В., Борисенко, О. А., & Грибкова, И. Н. (2019). Комплексный активатор брожения в технологии пива. XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс, 8(3), 134–138.

3. Гернет, М. В., Грибкова, И. Н., & Борисенко О. А. (2020). Исследование возможности активации дрожжей при приготовлении ферментированных напитков. Пищевая промышленность, 8, 56–59.

4. Глущенко, Л. Ф., & Глущенко, Н. А. (2010). К вопросу об управлении жизнедеятельностью микроорганизмов. (с. 27-43) Академия естествознания.

5. Глущенко, Н. А. (2013). О некоторых эффектах влияния электронно-ионной обработки на дрожжевые микроорганизмы. Вестник Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого, 71–2, 36–40.

6. Давыденко, С. Г., Васильева, Л. М., Баташов, Б. Э., & Дедегкаев, А. Т. (2011). Применение методов окраски дрожжей для оценки их физиологического состояния. Пиво и напитки, 5, 8-11.

7. Данилова, А. Н., Пономарева, М. С., Гернет, М. В., & Шабурова, Л. Н. (2017). Влияние лазерного излучения на молочнокислые бактерии. Хранение и переработка сельхозсырья, 12, 12-14.

8. Калужина, О. Ю., Яковлева, К. С., Кашапова, Р. А., Черненков, Е. Н., Черненкова, А. А., & Бодров, А. Ю. (2020). Влияние ультразвука на пивоваренные дрожжи. Вестник ВГУИТ, 82(1), 103–109. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2020-1-103-109

9. Кобелев, А. В., & Багаева, Т. В. (2013). Влияние разного светового спектра на рост дрожжей Saccharomyces cerevsia. Материалы II Междунар. интернет-конференции (c. 147–149). ИП Синяев Д. Н.

10. Кобелев, А. В., Багаева, Т. В., & Галкина, Л. А. (2014). Влияние разного светового спектра на биосинтез вторичных метаболитов микромицета Fuzarium equiseti. Биотехнология. Взгляд в будущее: Материалы III Международной научной Интернет-конференции (с. 99-102). ИП Синяев Д. Н.

11. Мамарасулов, Б. Д., Насирова, О. А., & Мирзарахметова, Д. Т. (2017). Интенсификация процесса сбраживания пивного сусла. Пиво и напитки, 5, 24-27.

12. Мирошников, А. И. (2007). Стимуляция и ингибирование роста клеток при культивировании в питательной среде, модифицированной электрическим полем. Вестник биотехнологии, 3(2), 18-25.

13. Помозова, В. А., Пермякова, Л. В., Сафонова, Е. А., & Артемасов, В. В. (2002). Активация пивных дрожжей. Пиво и напитки, 2, 26-27.

14. Слепян, Л. И., Каухова, И. Е., Солодникова, Е. С., & Красовицкая, И. А. (2014). Влияние ультразвука на рост и метаболизм биологически активных веществ в штаммах Panax ginseng C.A. Mey. и Panax quinquefolius L. (Araliaceae). Вестник биотехнологии, 10(1), 46-51.

15. Супрунюк, А. Ю., & Карпенко, Д. В. (2016). Влияние обработки монохроматическим светом на характеристики пивных дрожжей. Общеуниверситетская научная конференция молодых ученых и специалистов «День науки (часть 2, с. 134-138). МГУПП.

16. Тихонов, С. Л., Тихонова, Н. В., Кирпикова, К. Е., Пестова, И. Г., Московенко, Н. В., & Кольберг, Н. А. (2021). Биосинтез низина с применением фотостимуляции продуцента Lactobacillus lactis и пептидов фабрициевой сумки в составе питательной среды. Современная наука и инновации, 3, 85-95. https://doi.org/10.37493/2307-910X.2021.3.8

17. Тихонов, С. Л., Тихонова, Н. В., Пестова, И. Г., & Тихонова, М. С. (2022). Исследование влияния фотостимуляции на продуктивность культуры Lactobacillus lactis и активность полученного низина. Индустрия питания, 7(1), 63-69. https://doi.org/10.29141/2500-1922-2022-7-1-8

18. Шабурова, Л. Н., Данилова, А. Н., Пономарева, М. С., & Гернет, М. В. (2019). Действие импульсной частоты лазерного излучения на дрожжи верхового брожения. Пиво и напитки, 2, 16-19.

19. Al Daccache, M., Koubaa, M., Salameh, D., Maroun, R. G., Louka, N., & Vorobiev, E. (2020). Ultrasound-assisted fermentation for cider production from Lebanese apples. Ultrasonics Sonochemistry, 63, 104952. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.104952

20. Bredihin, S. A., Andreev, V. N., Martekha, A. N., Schenzle, M. G., & Korotkiy, I. A. (2021). Erosion potential of ultrasonic food processing. Foods and Raw Materials, 9(2), 335–344. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-2-335-344

21. Choi, E. J., Ahn, H., Kim, M., Han, H., Kim, W. J. (2015). Effect of ultrasonication on fermentation kinetics of beer using six-row barley cultivated in Korea. Journal of the Institute of Brewing, 121(4), 510–517. https://doi.org/10.1002/jib.262

22. He, R., Ren, W., Xiang, J., Dabbour, M., & Mintah, B., Li, Y., & Ma, He. (2021). Fermentation of Saccharomyces cerevisiae in a 7.5 liter ultrasound-enhanced fermenter: Effect of sonication conditions on ethanol production, intracellular Ca2+ concentration and key regulating enzyme activity in glycolysis. Ultrasonics Sonochemistry, 76, 105624. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105624

23. Huang, G., Chen, S., Tang, Y., Dai, C., Sun, L., Haile Ma, H., & He, R. (2019). Stimulation of low intensity ultrasound on fermentation of skim milk medium for yield of yoghurt peptides by Lactobacillus paracasei. Ultrasonics Sonochemistry, 51, 315–324. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2018.09.033

24. Ikehata, M., Iwasaka, M., Miyakoshi, J., Ueno, S., & Koana, T. (2003). Effects of intense magnetic fields on sedimentation and gene expression profile in budding yeast. Journal of Applied Physics, 93(10), 6724-6726. https://doi.org/10.1063/1.1556929

25. Iwasaka, M., Ikehata, M., Miyakoshi, J. & Ueno, S. (2005). Strong static magnetic field effects on yeast proliferation and distribution. Bioelectrochemistry, 65(1), 59-68.

26. https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2004.04.002

27. Kajarekar, B., & Gogate, P. (2022). Ultrasound Assisted Intensification of Streptomycin production based on Fermentation. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, 171(2), 108748. https://doi.org/10.1016/j.cep.2021.108748

28. Kalugina, O., Nafikova, A., Chernenkov, E., Leonova, S., Chernenkova, A., Badamshina, E., & Bodrov, A. (2021). Application of ultrasound for enhancing fermentation rates in brewing technology. Acta Scientiarum Polonorum Technologia Alimentaria, 20(3), 301-312. http://dx.doi.org/10.17306/J.AFS.2021.0950

29. Karpenko D. V., Gernet M. V., Krjukova E. V., Gribkova I. N., Nurmukhanbetova D. E., Assembayeva E. K. (2019). Acoustic vibration effect on genus Saccharomyces yeast population development. News of the Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of geology and technical sciences, 4(436), 103-112. https://doi.org/10.32014/2019.2518-170X.103

30. Valadon, L., Osman, M., Mummery, R., Jerebzoff-Quintin, S., & Jerebzoff, S. (2006). The effect of monochromatic radiation in the range 350 to 750 nm on the carotenogenesis in Verticillium agaricinum. Physiologia Plantarum, 56(2), 199 - 203. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1982.tb00325.x

31. Xiang, J., Dabbour, M., Gao, X., Mintah, B. K., Yang, Y., Ren, W., He, R., Dai, C., & Ma, H. (2022). Influence of low-intensity ultrasound on ε-polylysine production: intracellular ATP and key biosynthesis enzymes during Streptomyces albulus fermentation. Foods, 11, 3525. https://doi.org/10.3390/foods11213525

32. Yang, Y., Ren, W., Cheng, L., Dapaah, M., He, R., & Ma, H. (2021). Incorporating transcriptomic-metabolomic analysis reveal the effect of ultrasound on ethanol production in Saccharomyces cerevisiae. Ultrasonics Sonochemistry, 79(4), 105791. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105791

33. Yang, Y., Xiang, J., Zhang, Z., Umego, E. C., Huang, G., He, R., & Ma, H. (2020). Stimulation of in situ low intensity ultrasound on batch fermentation of Saccharomyces cerevisiae to enhance the GSH yield. Journal of Food Process Engineering, 43(10), e13489. https://doi.org/10.1111/jfpe.13489