Напитки брожения типа кваса на основе меда

      По  способу Б, аналогично способу А, готовят разводку ЧК дрожжей (20 дм³) и ЧК МКБ (40 дм³), и весь объем чистых культур дрожжей и МКБ передают в сборник предварительно смешанной закваски, в который наливают 540 дм³ стерильного квасного сусла с сахаром. Размножение ведут 24 часа, после чего добавляют разводку дрожжей 20 дм³, которая размножалась 24 часа. Еще через 24 часа совместного размножения 540 дм³ предварительно смешанной закваски направляют в сборник смешанной закваски рабочим объемом 4000 дм³. К оставшимся 60 дм³ предварительно смешанной закваски доливают квасное сусло до объема 600 дм³ и ведут следующий цикл размножения в течение 48ч. Такой объемно-доливной процесс размножения закваски можно вести 7 циклов по 48 часов, после чего разводки ЧК дрожжей и МКБ следует заменить на свежие из лаборатории.

     Основное  условие культивирования предварительно комбинированной закваски – строгий контроль кислотности среды, которая не должна превышать 8...9 см³ раствора щелочи концентрацией 1 моль/дм³ на 100см³ среды. При более высокой титруемой кислотности в закваске будут преобладать МКБ, так как жизнедеятельность дрожжей подавляется.

     Размножение смешанной закваски в производственной стадии проводится в сборнике на 4000 дм³ по разным режимам в зависимости от способа размножения микроорганизмов в отделении чистых культур.

     По  способу А разводку дрожжей 18 дм³ и МКБ – 360 дм³ вносят в производственное квасное сусло с сахарным сиропом, общий объем среды 4000 дм³, смешанную закваску размножают 6 часов. Затем весь объем передают в аппарат для брожения кваса. Расход комбинированной закваски на брожение составляет 4 % к объему квасного сусла.

     По  способу Б предварительно комбинированная закваска готовится 48 часов, поэтому допускается вести объемно-доливной процесс непосредственно в сборнике смешанной закваски. Для этого после 6-ти часового размножения закваски на брожение передают 50 % содержимого сборника, что составляет 2 % к объему квасного сусла. В этом случае бродильный аппарат доливают суслом сначала на 50 % объема, через 8... 10 часов брожения доливают до полного рабочего объема и ведут брожение до нормативных показателей кваса.

     Оставшиеся 50 % смешанной закваски доливают до полного объема и проводят следующий цикл культивирования, по окончании которого на брожение передают все содержимое сборника комбинированной закваски в аппарат для брожения кваса, при этом брожение квасного сусла ведут в полном рабочем объеме.

     При культивировании микроорганизмов по способу А требуется большее количество сборников для размножения, однако этот способ более простой, легче контролировать состав закваски, соотношение дрожжей и МКБ. Кроме того, по способу Б требуется через 14 суток заменять культуры дрожжей и МКБ, начиная с лабораторной стадии [1]. 

3. Скорость  роста и размножения клеток

 

     Если  на единицу объема растущей культуры микроорганизмов приходится в начале процесса х₀ клеток, то после n делений за время t₁-t₀ число клеток достигнет:

                                                                                                                                 (1)

     Для выражения общего числа клеток чаще всего пользуются не абсолютными  числами, так как они достигают  огромных величин, а их логарифмами. Логарифмируя выражение (1), получаем lgx₁ = lgx₀ + nlg2, откуда число генераций (число клеточных делений):

                                                                                        (2)

     Разделив  число генераций n на время t₁-t₀, находим среднее число делений (или почкований) каждой клетки (ν) в единицу времени, характеризующее скорость размножения:

                                                                                                 (3)

     У одноклеточных микроорганизмов  различают рост, выражающийся в увеличении размеров клетки, и рост целой культуры (популяции), под которым подразумевают  увеличение ее суммарной биомассы не только за счет их размножения (путем  деления, почкования и пр.)

     О скорости размножения одноклеточных  микроорганизмов судят по тому, как часто они делятся или почкуются.

     Отрезок времени, в течение которого обособившаяся  молодая клетка вырастает и становится способной к делению (или соответственно к почкованию) называется продолжительностью генерации. Она изменяется в зависимости от видовой принадлежности микроорганизмов, наличия питательных веществ, окружающих условий и фазы роста.

     Если  за время t₁- t₀ сменяется n клеточных поколений, то продолжительность одной генерации (g) в среднем составляет:

                                                                                                                                (4)

     Из  уравнения (3), следует, что n = ν(t₁-t₀). Подставив в знаменатель уравнения (4) вместо n его значение, получим

                                             g = 1/ν, и , наоборот ν = 1/g                                                     (5)

     Скорости  размножения и роста отдельных  клеток не совпадают. К тому же в  популяции микроорганизмов всегда содержится некоторое число дефектных клеток, не способных к делению. Поэтому определяемая продолжительность генерации – средневзвешенная величина для всей культуры.

     Подставив в уравнение (5) вместо ν его значение из уравнения (3), получим формулу средней продолжительности генерации:

                                                                                                                 (6)

     В процессе развития клетка значительно  увеличивается в размерах, однако после каждого очередного деления или почкования она возвращается в исходное состояние. В популяциях, где одновременно присутствуют клетки, находящиеся на разных ступенях своего развития, средняя масса одной клетки остается постоянной (но лишь до тех пор, пока не изменится состав окружающей среды). Поэтому суммарная масса m культуры (биомасса) бывает прямо пропорциональна численности клеток:

     m=αx

     где α- средняя масса одной клетки.

     На  этом основании величины x₁ и x₀ в уравнении (6) можно заменить соответственно на m₁ и m₀ (коэффициент α при этом сокращается):

                                                                                                                    (7)

     Подобную  замену можно произвести и в уравнении (3), характеризующем скорость размножения клеток:

                                                                                                           (8)

     Таким образом, для вычисления продолжительности  генерации и скорость размножения  клеток не обязательно определять их число, а можно ограничиться измерением биомассы культуры.

     Увеличение  биомассы культуры в среде с m₀ до m характеризуется абсолютной (валовой) и максимальной относительной (удельной) скоростью роста. Валовая (или общая) скорость роста культуры v характеризуется абсолютным приростом биомассы за единицу времени (обычно за 1 ч). В дифференциальной форме она выражается уравнением

                                                   = dm/dt                                                                             (9)

     где dm- прирост биомассы за бесконечно малый промежуток времени dt.

     Средняя валовая скорость роста v_ср за время t₁-t₀ вычисляется по формуле

                                                                                                                        (10)

     где m₀,m₁- соответственно величины биомассы в начале и в конце указанного отрезка времени.

     Удельная (или относительная) скорость роста μ представляет собой часовой прирост, пересчитанный на единицу растущей биомассы:

                                                                                                                     (11)

     Воспользовавшись  известным дифференциальным уравнением   (d(ln m)/dm)=1/m и сделав соответствующую подстановку в выражение (11), преобразуем его так:

                                               μ=d(ln m)/dt                                                                          (12)

     Средняя удельная скорость роста μ_ср за период времени  t₁-t₀ равна: 

                                                                                (13)

     Таким образом, относительная скорость роста  характеризуется увеличением натуральных  логарифмов биомассы за единицу времени. Этим она отличается от валовой скорости роста, которая измеряется приростом абсолютных величин биомассы.

     В экспоненциальной фазе, т.е. в период наиболее быстрого размножения микроорганизмов, максимального скорость роста (константа  роста):

                                                                                                                             (14)

     Интегрируя  выражение (14), получаем x = x₀е^μt. При t, равном времени удвоения биомассы (t_d), x = 2x₀; следовательно, 2 x₀= x₀е^μt_d, откуда время удвоения бактериальной массы t = (ln2/ μ) (ln2=0,693).

     Сопоставляя уравнение (8) с уравнением средней  удельной скорости (13), находим, что  последняя связана с продолжительностью генерации и скоростью размножения  клеток. Эти уравнения различаются  только числовыми показателями. Разделив одно на другое, получим следующие отношения между скоростью роста v и максимальной скоростью роста μ_мах:

                                ;        ν =1,44μ_мах                                                     (15)

     И, наоборот,

                                  ;    μ_мах = 0,693ν                                                  (16)

     Максимальную  скорость роста μ_мах называют также экспоненциальной скоростью роста, так как она устанавливается в этой фазе роста. Подставив в уравнение (5) значение v из уравнений (15) и (16), получим формулы продолжительности генерации и максимальной скорости роста:

                         g = 1/ν = 0,693/μ_мах        или     μ_мах = 0,693/g                                           (17)

     Следовательно, о максимальной скорости роста микроорганизмов  можно судить по продолжительности  генерации, поскольку эти величины находятся между собой в обратной зависимости.

     На  основании формул (15) и (16) можно сказать, что скорость размножения v только пропорциональна, но не равна максимальной скорости роста μ.

     Найдя время, необходимое для увеличения числа или биомассы клеток в 2 раза, можно по уравнению (16) вычислить  μ_мах и, наоборот, по величине μ_мах, определенной по уравнению (13), рассчитать значение g по уравнению (17).

     Зависимость удельной скорости роста μ от концентрации питательного вещества S (г/л), ограничивающего рост культуры описывается уравнением Моно:

                                                 ,                                                             (18)

где μ_мах – максимально возможная скорость роста (константа роста) в данной  среде;