5.3 Спиртове бродіння

Послідовність реакцій спиртового бродіння така ж, як і послідовність реакцій гліколізу до утворення піровиноградної кислоти. Клітини дріжджів не мають ферменту, аналогічного ЛДГ (лактатдегідрогеназ) молочнокислих бактерій чи м’язової тканини тварин, і тому відновлення пірувату до лактату в них замінено перетворенням пірувату в етанол. Піруват декарбоксилюється під дією піруватдекарбоксилази в ацетальдегід.

Ацетальдегід відновлюється до етанолу. Кофермент піруватдекарбоксилази ‒ тіаміндифосфат. У наступній реакції за рахунок НАДН (каталізує алкогольдегідрогеназа), який утворюється під час окиснення гліцеральдегід-3-фосфату.

С₆Н₁₂О₆ + 2 АДФ + 2 Ф_н → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 2 АТФ + 2 Н₂О

В організмі людини спиртове бродіння відбувається в порожнині кишечника під дією ферментів дріжджоподібних організмів. За добу в кишечнику людини синтезується приблизно 1,5 г етанолу.

5.4 Хімічний склад дріжджової клітини

Хімічний склад дріжджової сухої речовини залежить від умов живлення, від віку і фізіологічного стану клітин. Пресовані пивоварні дріжджі містять від 65 до 85 % води, в середньому 75 %.

Для основних компонентів характерні наступні речовини: вода74 %, білки 12,7 %, жири 2,7 %, клітковина 2,1 %, мінеральні речовини (кальцій, калій, фосфор, магній, алюміній, сірка, залізо), вітаміни В₁, В₂, РР.

Містять в невеликих кількостях різні біологічні ферменти (каталізують процеси обміну, О-В системи, речовини зростання, вітаміни, порфірини). Ферментативний комплекс дріжджової клітки, що каталізує спиртове бродіння ‒ зимаза: два коферменти (кислота 2,3- діфосфогліцеровая і тіамінпірофосфат), двох органічних і неорганічних комплексів. Частину ферментів каталізує дихання. Основну окислювально-відновну систему дріжджових кліток представляють цитохроми.

6 Екологія мікробів роду Saccharomyces

Деякі види дріжджів спиртового бродіння відомі тільки в культурі. Грибки зброджують, в першу чергу, глюкозу та інші моно- і олігосахариди.

Оптимальна температура життєдіяльності різна для різних представників сахароміцетів. У тропічних регіонах з природних джерел виділяються дріжджі, активно бродять при 35 – 40° C, теплолюбиві представники є і серед культурних рас, використовуваних в харчовій промисловості. В помірному кліматі широко поширені види, котрі живуть на весняних витіканнях соків з дерев - дуба, берези, клена (Magnusiomyces magnusii, Endomyces vernalis, «дріжджі Надсона» - рід Nadsonia). Ці види припиняють бродити при температурі вище 25 ° C. Від температурних умов може залежати і характер розмноження грибків, це властивість використовують для перевірки чистоти культурних рас, застосовуваних у виноробстві: зразки культури інкубують при 35° C і при 15 – 20° C, якщо спостерігається утворення сумок при зниженій температурі, це свідчить про забруднення зразка дикими дріжджами.

Види, що постійно мешкають в кишечнику теплокровних тварин характеризуються незвичайними потребами: високе споживання вітамінів і амінокислот, особливі вимоги до кислотності середовища, газового складу. Так, Cyniclomyces guttulatus з кишечника кролика нормально росте тільки в кислому середовищі при pH 2,0 - 5,6, в атмосфері з вмістом кисню 2 %, вуглекислого газу 10 – 15 % і температурі 30 – 40° C. З цієї причини вид тривалий час не піддавався штучному культивування та вивченню.

Одним з найбільш важливих факторів, що впливають на життя дріжджів, є температура. Оптимальна температура для розвитку винних дріжджів – 25 – 30° С, максимальна - 40° С, мінімальна - 4° С.

При температурі понад 30° С процеси розмноження і бродіння прискорюються, однак дріжджі швидко відмирають. Якщо бродіння почалося при сприятливій температурі, то подальше пониження її до 11 – 12° С майже не позначається на бродильной здатності дріжджів.

Згубна температура для дріжджів – 60 – 70° С. Дія високої температури трохи послаблюється присутністю цукрів.

У період розмноження (брунькування) для дріжджів необхідний кисень повітря.

Тиск дріжджі переносять добре. Бродильна здатність дріжджів затримується лише при тиску понад 1 атм, викликаному вуглекислим газом, що утворився при бродінні.

Цукри в суслі в кількості 18-20% легко зброджуються винними дріжджами. Дріжджі здатні збродити 25% цукру, більш висока концентрація уповільнює бродіння. В концентрованих цукрових розчинах (вище 60%) дріжджі гинуть через втрату води. Зігосахароміцети здатні розвиватися в субстратах з високим осмотичним тиском, обумовленим вмістом цукру до 80% і вище.

Спирт затримує бродіння. Більшість дріжджових організмів припиняє свій розвиток при концентрації спирту 6-8% об., а бродіння зупиняється при 14-15% об. Деякі раси дріжджів виду сахароміцес віні зброджують цукор до 16% об. спирту, а дріжджі виду сахароміцес овіформіс - до 18% об. З підвищенням температури зростає отруйна дія спирту на дріжджі.

Кислі середовища сприятливі для розвитку і життєдіяльності дріжджів. Добре переносять яблучну і молочну кислоти, дещо гірше - винну і лимонну. Оптимальна величина рН для розвитку більшості дріжджів 3,5 – 4,5. Бродіння при низьких значеннях рН затримує розвиток хвороботворних бактерій; при рН нижче 2,6 розвиток дріжджів пригнічується.

Сірчиста кислота застосовується у виноробстві як антисептик і антиоксидант. Дріжджі мають великий сталістю до неї. Сульфітація дозами 150 – 200 мг/л загальною SO₂ при температурі 20 – 25° С затримує розмноження винних дріжджів і забезпечує освітлення сусла під час відстоювання. При концентрації SO₂ до 50 мг/л бродіння затримується на 18 – 24 год, при вмісті SO₂ 75 – 100 мг/л – на 2 – 4 діб, а при 200 мг/л – на 6 – 8 діб.

Однак слід зазначити, що основна кількість введеного в вино і сусло сірчистого ангідриду знаходиться у зв'язаному стані (у з'єднанні з цукрами, оцтовим альдегідом, фарбувальними речовинами), а антисептичну дію володіє тільки вільна сірчиста кислота (20 – 30% від введеної кількості). Сусло з різних сортів винограду по-різному пов'язує сірчисту кислоту.

Бродіння сильно засульфітірованних сусел слід вести на дріжджах, привчених до високих доз SO₂.

Види, що постійно мешкають в кишечнику теплокровних тварин характеризуються незвичайними потребами: високий вжиток вітамінів і амінокислот, особливі вимоги до кислотності середовища, газового складу.

Середовище існування Saccharomyces бувають дуже різними: добре відомі представники, що живуть в цукристих рідинах - соках дерев, плодів, деякі здатні розвиватися навіть в меді (рід Zygosaccharomyces). Такі види можуть викликати спиртове бродіння цукрів (анаеробні умови) або окислення вуглеводів (аеробний (дихальний) метаболізм).

Вважається, що галофілів (організми, що мешкають тільки в умовах високої солоності) серед сахароміцетів немає, види, здатні розмножуватися при підвищених концентраціях солі відносять до галотолерантних (солестійких). До них належать дебаріоміцети, або «дріжджі де Барі" (Debaryomyces), деякі з них можуть жити в розсолах, близьких по концентрації до насичених.

Дебаріоміцети утворюють «цвіль» на поверхні сирів, ковбасних виробів, солонини, плівки на поверхні розсолів. Вони висіваються також при мікозах шкіри у людини і тварин, проте патогенність їх не з'ясована. До паразитів рослин відносять групу грибків, яку раніше виділяли в сімейство спермофторових (Spermophthoraceae), вони розвиваються переважно на плодах і викликають пошкодження, так звані «стігматомікозами» (представники родів Eremothecium, Nematospora). Деякі представники роду Мечникова (Metschnikowia), або «дріжджів Мечникова», є паразитами прісноводних і морських безхребетних.

Є сапротрофи, що живуть на поверхні плодів і рослинних залишків, в грунті. Більшість таких видів є слабкозброджуючими або зовсім не здатними до спиртового бродіння, вони мають переважно, або тільки аеробний обмін речовин і окислюють цукор та інші поживні субстрати. Особливе місце в грунтовій мікрофлорі мають ліпоміцети, або жирові дріжджі - рід Lipomyces, що не викликають бродіння, розвиваються в умовах низького вмісту азоту в різних типах ґрунтів і в різноманітних кліматичних умовах. Наявність ліпоміцетів призводить до зміни грунтової структури, а олігосахариди, що виділяються ними залучаються азотфіксуючими бактеріями.

Є види, тісно пов'язані з комахами, так, Dipodascus aggregatus мешкає в личинкових ходах жуків-короїдів, запах цього гриба приваблює жуків, які поширюють липкі аскоспори. Грибки з роду Pichia також відомі в асоціаціях з комахами-ксилофагами, деякими комарами, плодовими мушками (дрозофілами). У дрозофіл дріжджі постійно живуть в кишечнику і при відкладанні яєць потрапляють на поверхню плодів. Личинки живляться грибкової біомасою, яка розростається до моменту виходу їх з яєць. Schwanniomyces cantarellii і Schwanniomyces formicarius (обидва види раніше відносили до роду Debaryomyces) поселяються в мурашниках рудого лісового мурахи (Formica rufa), в мурашиних гніздах ці дріжджі можуть виявлятися в концентрації більше 10 мільйонів клітин на грам субстрату. Комахам дріжджові грибки необхідні для завершення свого життєвого циклу, деякі в стерильних умовах, за відсутності грибка, гинуть.