книги из ГПНТБ / Логинова Л.Г. Физиология экспериментально полученных термофильных дрожжей

Таблица 29

Брожение мезофильных и термофильных дрожжей (варианта Т2) на солодовом сусле 16° Бал. при начальном содержании сахара 14,11%

40° так же интенсивно, как и обычные дрожжи при температуре

28-30°.

Брожение исходной расы дрожжей при температуре 40° проходило с меньшей интенсивностью по сравнению с броже­ нием адаптированного варианта, и в конце брожения процент клеток, окрашивающихся метиленовой синью, у исходной расы

всегда был больше. Так, в результате трехсуточного броже­ ния, проведенного с термофильный! вариантом дрожжей при температуре 40°, спирта образовалось в среднем 4,84 г в 100 мл среды, у исходной формы — 4,32 г в 100 мл среды.

Несколько иные результаты были получены при изучении энергии брожения термофильных дрожжей, которые в тече­ ние восьми лет культивировались на высококонцентрирован­ ном солодовом сусле. Скорость брожения при температуре 40° адаптированной расы (варианта Т3) в этом случае была заметно больше по сравнению с исходной культурой дрож­ жей (табл. 30).

9 Л. Г. Логинова

Таблица 30

Скорость брожения мезофильных и термофильных дрожжей (варианта Т3) на солодовом сусле при температуре 39—40°

Как видно из таблицы, за 46 час. брожения при темпера­ туре 40° термофильная форма накапливает спирта 5,03 г в 100 мл среды. За тот же период брожения исходная образует

всего лишь 4,27 г спирта в 100 мл среды. Несброженного са­ хара в первом случае оставалось 7,26 г,во втором—8,14 г в 100 мл среды после брожения.

Пониженная активность брожения при температуре 40°

исходной расы дрожжей коррелирует с пониженной скоростью размножения ее в этих условиях.

Исходная раса дрожжей с меньшей скоростью шакапли-

вает спирт также и при оптимальной температуре ее разви­

130

Таким образом, термофильная культура, поддерживаемая в течение восьми лет при высокой температуре на солодовом сусле 15—16° Бал., обладала значительно более высокой бро­ дильной энергией по сравнению с исходной расой.

В дальнейшем представляло интерес изучить скорость бро­

жения термофильного штамма (варианта Т3) на синтетиче­ ской среде с глюкозой. В качестве контроля испытывалась исходная раса при температуре 40 и 30°.

Рис. 16. Интенсивность брожения и размножения мезо­ фильных и термофильных дрожжей на синтетической среде с 10%глюкозы при разных температурах

Количество спирта (г/100 мл), образованного мезофильными (г) и термофильными (2) дрожжами. Число клеток дрожжей (млн/мл),

накопленных мезофильными (з) и термофильными (4) дрожжами

ной культуры дрожжей Sacch. cerevisiae XII расы. Так, спустя двое суток от начала брожения на синтетической среде с 10% глюкозы при температуре 40° термофильные дрожжи образо­ вали спирта 4,85 г, исходная культура дрожжей в этих же условиях — 4,88 г в 100 мл среды. При брожении, проведен­ ном с исходной культурой дрожжей при 28—30°, спирта об­

разовалось значительно меньше: 3,61 г в 100 мл среды.

Таким образом, на синтетической среде с глюкозой и дрож­

жевым автолизатом исходные дрожжи при температуре 40° обладали такой же энергией брожения, как и адаптирован­ ная форма. Однако повышенный процент мертвых клеток не

9* 131

Таблица 32

Брожение мезофильных и термофильных дрожжей (варианта Т3) на синтетической среде с 10% глюкозы

туры дрожжей Sacch. cerevisiae XII расы приведут к ее вырож­

дению.

Полученные данные показывают, что в процессе приуче­ ния дрожжей мы сталкиваемся не только с действием темпе­ ратуры, как фактора, изменяющего жизнедеятельность кле­ ток, но одновременно видим и ускорение ферментативных

реакций, которое подчинено в известной мере правилу ВантГоффа. Так, у адаптированного к повышенной температуре варианта дрожжей оказалась повышенной стойкость клеточ­ ного протопласта к температуре. Скорость брожения была при температуре 40° заметно увеличена по сравнению с исходной

(мезофильной) формой при ее оптимальной температуре 28— 30°. При температуре 40° хотя она и давала довольно высокий процент спирта, тем не менее клетки к концу брожения в боль­ шом количестве отмирали.

132

Скорость брожения термофильных дрожжей при температуре 30°

В этом разделе описываются опыты и полученные резуль­ таты брожения адаптированных дрожжей на той же синтети­ ческой среде, с тем же количеством сахара, но при более низ­ кой температуре (28—30°). Цифровые данные представлены

в табл. 33. Параллельно взято солодовое сусло в качестве естественной питательной среды.

Таблица 33

Активность брожения мезофильных и термофильных дрожжей (варианта Т3) на солодовом сусле и синтетической среде

с глюкозой при температуре 30°

133

Брожение на солодовом сусле, проведенное с термофиль­

ным вариантом, проходит с той же интенсивностью, с какой оно осуществляется исходной культурой при температуре

28—30°. Однако число клеток в конце брожения при 28—30°

у термофильного варианта было в полтора-два раза больше, чем у исходной (мезофильной) культуры.

При брожении термофильных дрожжей на синтетической среде с глюкозой выход продуктов брожения значительно ниже, чем в контроле. Возможно, это объясняется тем, что комплекс ферментов брожения у термофильного варианта имеет более высокий оптимум температурного действия. В ре­ зультате понижение температуры культивирования на 10°

создает менее благоприятные условия для образования спирта.

Энергия дыхания клеток термофильных дрожжей

Изучение процесса аэробного дыхания у термофильных дрожжей имеет важное значение для понимания сущности этого явления. Известно, например, что мутанты дрожжей,

полученные в результате воздействия на исходную форму высокой температурой (Sherman, 1956; Yeas, 1956), лучистой энергией (Гаузе и соавт., 1957),химическими веществами (Eph-

новки опытов обычная, но количество дрожжей, считая на отпрессованные, было взято большее: 1%. Использовалась

двухсуточная культура дрожжей, размноженных на солодо­

вом сусле 15—16° Бал. Способ подготовки культуры и по­

становка опытов описаны в методической части работы (стр.65). Большое число проведенных опытов показало принципи­ альные различия в основном обмене термофильных и мезо­ фильных дрожжёй. Интенсивность аэробного дыхания у тер­

мофилов была значительно снижена.

В опытах по дыханию,при температуре 40°,у термофильного варианта коэффициент дыхания примерно в 3,5 раза ниже, чем у мезофильной расы дрожжей. При температуре 30° эти различия тоже выявляются, но в менее резкой степени.

При помощи спектрального анализа было выяснено, что у термофильного варианта слабо выражена полоса поглоще­ ния цитохрома с—548-550 шц.У мезофильной исходной расы

134

Таблица 34

Энергия дыхания мезофильных и термофильных дрожжей (варианта Т3) при температуре 30 и 40°

Поглощено О2 в мм’/2 мл опытной суспензии за

мм’/мг сухого вещества дрожжей за единицу времени (1 час).

дрожжей эта полоса поглощения четко выявляется и, кроме

того, в слабой степени выражена еще полоса поглощения

цитохрома d—520-530 шц.

Сравнительные данные по энергии дыхания и активности цитохрома свидетельствуют о существенной перестройке фер­

Резкое снижение дыхания и ослабление цитохромной си­ стемы у термофильных дрожжей явились, возможно, резуль­ татом более ограниченного растворения кислорода в среде при повышенной температуре.

По-видимому, ослабление аэробного дыхания сказалось на морфологических особенностях — значительном уменьшении размеров клеток и гигантских колоний термофильного вари­ анта.

Энергия брожения клеток термофильных дрожжей

Проведенные длительные опыты брожения при высокой температуре (40°) как на естественной среде (солодовом сусле), так и на синтетической среде с 10% глюкозы дали возможность установить! прямую зависимость энергии брожения термофиль­

ных дрожжей от скорости их размножения.

135

Поэтому было важно выяснить: наблюдаемое ускорение брожения при повышенной температуре происходит за счет более интенсивного размножения клеток или является резуль­ татом более активной деятельности ферментов клетки. С этой целью проведены опыты кратковременного брожения, в кото­ рых исключалось размножение клеток.

Кратковременные опыты брожения проводились в приборе Одинцовой для исследования процессов брожения (см. описа­ ние постановки этих опытов в разделе «Методика работы»), В одних вариантах использовался буферный раствор с 4 % маль­ тозы, в других — солодовое сусло 7° Бал. В нескольких опы­ тах к фосфатному раствору с мальтозой был добавлен автоли­

зат дрожжей. Брожение, как и дыхание, длилось 2 часа вне

+4 % мальтозы

Те р м о ф и л ь н ы е д Р О ж ж И

лице цифровой материал — средние”данные по 9 опытам. Q02 — см. в табл. 34.

Как мы видим, на фосфатном буферном растворе с мальто­ зой и на естественном субстрате при температуре 30° энергия брожения совершенно одинакова у исходной и у эксперимен­ тально полученной расы.

При более высокой температуре брожения (40°) интен­ сивность брожения заметно выше у расы, адаптированной к вы­ сокой температуре. Так, например, при брожении,проведенном

136

с вариантом, адаптированным к повышенной температуре, за тот же промежуток времени выделилось 24,63 мл углекислоты. Более интенсивное выделение углекислоты свидетельствовало о более высокой сбраживающей способности термофильных

дрожжей.

При повышении температуры до 45—55° энергия брожения снижалась как у исходной, так и у экспериментально получен­ ной культуры. Общее количество выделившейся углекислоты

было тем не менее заметно больше у термофильной формы (табл. 36). Эти данные показывают,что более устойчивым к высокой температуре ферментным комплексом обладает раса, получен­

ная экспериментально.

Опыты, проведенные в микробродильном приборе, давали возможность судить об интенсивности брожения по количеству выделившейся углекислоты. Однако одновременно с этим было интересно также знать и количество спирта, образованного в этот

период.

Для количественного определения спирта и остаточного са­

137

Цифровые данные приведены в табл. 37 и на рис. 18, а, б.

Мы видим, что дрожжи, адаптированные к высокой темпе­ ратуре, сбраживают сахар при температуре 40° в первые 4 ча­ са значительно интенсивнее, чем исходная культура (табл. 37,

Рис. 17. Энергия брожения (9СОг)клеток мезофильных

(7)и термофильных(2) дрожжей при разных температурах

а—буферный фосфатный раствори- 4% мальтозы; б—солодовое сусло 7° Бал.

рис. 18, а). Однако к шестому часу брожения эта разница умень­

ях брожения—при температуре 30°. Более высокая температура (43—44°) снижает биохимическую активность как опытной, так и контрольной культур дрожжей (табл. 37, рис. 18,6). Однако количество образованного спирта у адаптированного к повышен-

138