9.2. Влияние внешних условий на жизнедеятельность дрожжей

В результате реакции получаются этиловый спирт и диоксид углерода. Обмен веществ по аэробной схеме называют дыханием дрожжей, а по анаэробной схеме – брожением.

Влияние температуры. Оптимальной для жизнедеятельности дрожжей является температура 22...30°С. С повышением температуры до 30°С интенсивность дыхания возрастает, а при 40°С – заметно уменьшается.

Оптимум интенсивности брожения происходит при температуре 35°С, т.е. несколько больше, чем при дыхании, а при 40°С интенсивность брожения снижается на 15%. Имеются термофильные расы дрожжей, способные сбраживать сусло при несколько более высокой температуре. Нагрев сусла в течение 15 мин при температуре 60°С приводит к пастеризации среды, а активное брожение сусла при объемном содержании спирта 10% прекращается при 45°С. При этом все клетки утрачивают способность размножаться и погибают.

Влияние рН среды. Большинство дрожжей хорошо развивается при рН 3,7...3,8. Дрожжевые клетки с понижением рН несколько уменьшаются в размере, округляются, и в них увеличивается содержание жира. Снижение рН среды на 0,1 от нижнего оптимального значения приводит к депрессивным изменениям плазмы и отмиранию клеток.

Влияние состава среды. На развитие дрожжей большое влияние оказывает содержание сахара в культурной среде. Оптимальной является массовая доля сахара 13...20%. Повышение содержания сахаров в среде замедляет брожение, а при содержании 30% – уменьшается, кроме того, и выход спирта.

9.3. Характеристика отдельных видов дрожжей и других промышленных микроорганизмов

Содержание спирта в среде на все виды дрожжей действует угнетающе. Наибольшей устойчивостью к спирту обладают винные дрожжи (до объемной доли 16%), и хересные дрожжи (19%).

Винные дрожжи применяют в виноделии. Форма их клеток эллипсовидная, иногда овальная или круглая. Длина клеток 5...12 мкм, ширина  3...8 мкм. Помимо почкования винные дрожжи размножаются путем образования круглых гладких спор. Винные дрожжи обитают в плодовоягодных соках. Хорошо сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу и 1/3 раффинозы. Они устойчивы к собственным продуктам обмена и вытесняют все другие микроорганизмы из обсемененного виноградного сусла.

Спиртовые дрожжи, как и другие факультативные анаэробы, при исключении доступа кислорода воздуха способны сбраживать углеводы с образованием этилового спирта и диоксида углерода. Наиболее распространенные расы дрожжей активно сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, манозу и на 1/3 раффинозу, но не сбраживают лактозу, декстрины, пентозы. Форма клеток округлая или яйцевидная, размер клеток: диаметр 5...6,2 мкм, длина 5...8 мкм.

Пивные дрожжи различают низового брожения с температурным оптимумом 6...8°С, хорошо оседающие на дно, обладающие способностью усваивать моносахара сусла на 60%, и дрожжи верхового брожения меньших размеров с температурным оптимумом 12...16°С, которые хуже оседают на дно, сбраживают моносахара на 30%. Оба вида дрожжей усваивают глюкозу, сахарозу и мальтозу солодового сусла, могут усваивать этиловый спирт и глицерин, трансформировать уксусную и молочную кислоты.

В нормальных условиях почкуются до 70% клеток. В неблагоприятных условиях клетки отмирают, не образуя спор, что ведет к остановке производства. Зрелые дрожжевые клетки имеют диаметр 5...8 мкм и длину 9...11 мкм.

Пивные дрожжи характеризуются следующими показателями: степенью флокуляции (оседания), скоростью размножения, активностью брожения, способностью накапливания этилового спирта, диоксида углерода и побочного продукта – сивушного масла. Состав побочных продуктов определяет вкус и букет пива.

Хлебопекарные дрожжи имеют клетки яйцевидной, овальной, иногда округлой формы, которая изменяется в зависимости от условий культивирования. Средние размеры клеток: диаметр 4...6 мкм, длина 8...10 мкм.

Для хлебопечения пригодны только расы дрожжей, которые хорошо сбраживают сахара субстрата (глюкозу, сахарозу, галактозу, мальтозу). Хлебопекарные дрожжи должны иметь высокую активность ферментов (зимазная активность 45...65 мин, мальтазная – 80...195 мин). Производственные расы хлебопекарных дрожжей способны к накоплению в них до 48% белка, до 8% сахаров от массы сухих веществ. Для сушки применяют дрожжи с более высоким содержанием сухих веществ в клетках (до 33%), в том числе до 45% белка и до 12% сахаров с часовым приростом биомассы 11%.

Продуцент лимонной кислоты – микроскопические грибы asper-gillus niger в настоящее время используют для получения лимонной кислоты. Aspergillus niger относится к классу сумчатых грибов семейства аспергиллов. Тело гриба состоит из бесцветных, сильно разветвленных и переплетенных между собой нитей – гиф, образующих мицелий (грибницу). Гифы септированы (разделены поперечными перегородками на клетки). Диаметр гиф составляет 3...6 мкм.

Для аспергиллов характерен стелящийся рост, однако при достаточной аэрации они могут размножаться и в толще твердой, и глубине жидкой сред.

При поверхностном росте над мицелием возвышаются органы плодоношения – конидиеносцы, которые отходят от особых опорных клеток мицелия. Конидиеносцы представляют собой утолщенные неветвящиеся несептированные гифы длиной до 2000 мкм. На концах конидиеносцев появляется “пузырек” будущей головки, который увеличивается и округляется. Его диаметр достигает до 400 мкм. На поверхности “пузырька” вырастают радиально расположенные продолговатые клетки – стеригмы, на свободном конце которых вырастают цепочки более мелких клеток – конидий. Зрелые конидии очень легко отделяются от головок потоком воздуха или струей воды. Попав в жидкую питательную среду, они сначала набухают, а затем прорастают, образуя одновременно один или два проростка – гифа. Гифа растет на свободном конце, удлиняясь, дает боковые отростки, которые, в свою очередь, также удлиняясь, ветвятся, переплетаются между собой, образуя колонии, видимые невооруженным глазом. Через 16...20 ч в центральной гифе вновь начинают появляться обособленные клетки, из которых вырастают конидиеносцы. Образование зрелых конидий заканчивается через 3...4 сут.

По типу питания аспергиллы относятся к гетерофильным организмам, усваивающим углерод из органических соединений. Поступление в клетку растворенных в воде веществ происходит через всю поверхность тела и регулируется цитоплазматической мембраной. Таким образом организм отбирает из окружающей среды необходимое питание.

Аспергилл – облигатный (строгий) аэроб, который не может существовать без кислорода, получаемого из атмосферного воздуха. Оптимальной для роста и размножения является температура 35...37°С, а для синтеза лимонной кислоты – 31...32°С.

Продуцент молочной кислоты – бактерии Laktobacillus delbrьkii –термофильная зерносусловая бактерия, положительно окрашенная по грамму, неподвижная, факультативный анаэроб, палочки крупные, длиной 7...8 мкм, диаметром 0,5...0,8 мкм, образующие, как правило, короткие цепочки из 2...4 клеток.

Особенностью метаболизма (обмена веществ) является слабая биосинтетическая особенность и, как следствие, сильная зависимость роста от наличия в питательной среде готовых органических веществ (аминокислот, витаминов группы В, компонентов нуклеиновых кислот). Это свидетельствует о примитивности их конструктивного метаболизма и появлении этих бактерий на ранних стадиях развития жизни на Земле.

Культивировать молочнокислые бактерии на синтетических средах не удается. Это типичная сусловая культура. Поэтому в питательную сахаросодержащую среду необходимо добавлять сухие ростки ячменного солода, солодовый экстракт или другие вещества.