Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологии производства дрожжей. Учебное пособие
.pdf
11
тель кандидомикозов Candida albicans. Некоторые дрожжи вызывают болезни растений. Биомасса дрожжей рода Саndida используется в качестве кормовых питательных добавок к рационам
сельскохозяйственных животных.
Дрожжевые клетки имеют шаровидную или овальную
форму и содержат 75 % влаги. Сухое вещество клетки состоит в
основном из белков (44-67 %), минеральных веществ (6-8 %), углеводов (до 30 %). Основные углеводы дрожжей – гликоген и
трегалоза – являются источником энергетических процессов в
клетке. Установлено, что дрожжи с большим количеством запасных углеводов могут длительное время сохранять свое качество.
В дрожжах содержится трипептид, глютатион, активирующий
протеолиз. Дрожжи содержат также разнообразные витамины и
ферменты.
Ферменты, присутствующие в дрожжах, способствуют протеканию всех жизненных функций их, в том числе процессов дыхания, размножения, построения органов клетки. В дрожжах действует ряд ферментативных комплексов, из которых главным является зимазный, или так называемая зимаза. При помощи зимазы дрожжи сбраживают сахар, т. е. превращают его в спирт и углекислый газ. При этом дрожжевые клетки получают энергию,
необходимую для своей жизнедеятельности. При отсутствии кислорода (в анаэробных условиях) ферменты дрожжей вызывают
спиртовое брожение сахара. Это сложный многоступенчатый
процесс, который проходит одиннадцать стадий с участием многочисленных ферментов и фосфорной кислоты. На последней
стадии процесса брожения сахара образуются углекислый газ и
этиловый (винный) спирт.
Жидкая среда для развития дрожжей должна содержать сахар, азотистые соединения, минеральные соединения, витамины.
Хлебопекарные дрожжи усваивают глюкозу, галактозу, сахарозу,
рафинозу, мальтозу. Сложные сахара (сахароза, мальтоза) под
действием ферментов, дрожжей предварительно превращаются в
простые. Из азотистых соединений дрожжи лучше всего усваивают продукты гидролиза белка (аминокислоты, полипептиды), а
также минеральные соли, содержащие азот, например сернокислый аммоний. Реакция среды, в которой находятся дрожжи,
12
должна быть слабокислая. Щелочная среда угнетает дрожжевые
клетки. При высокой щелочности дрожжи погибают. Оптимальное значение рН среды 4,5-5,0.
Большое значение для жизнедеятельности дрожжей имеют
температурные условия. Для размножения дрожжей наиболее
благоприятная температура 25-28 °С. Спиртовое брожение идет
наиболее активно при температуре 30-35 °С. При температуре 4550 °С и выше дрожжевые клетки погибают. Низкая температура
тормозит жизнедеятельность дрожжей, дрожжи впадают в состояние анабиоза ( скрытая жизнедеятельность), в котором могут
сохраняться долго без порчи. Замороженные дрожжи после медленного оттаивания при температуре 6-8 °С сохраняют свои
свойства.
В зависимости от вида дрожжи различаются способностью
образовывать мицелий, аски и почки (рис. 2). Самым распространенным способом размножения дрожжей является почкование, и
лишь немногие дрожжи размножаются делением.
Endomycopsis Saccharomyces Candida Torulopsis
Образование асков Образование асков – –
Образование мицелия – Образование мицелия –
Почкование Почкование Почкование Почкование
Рис. 2. Виды образования у дрожжей мицелия, асков и почек
Дрожжевая клетка через 1,5-2 ч дает потомство. Почкование состоит в следующем: на материнской клетке формируется
маленький бугорок или почка, которая увеличивается в размерах,
на каком-то этапе отделяется от этой клетки или может остаться
на ней. Происходит следующее: ядро делится на две части, одна
из которых вместе с клеточными элементами переходит в дочер -
13
нюю клетку (рис. 3). Почка постепенно увеличивается в размерах, и по мере роста в месте ее соединения с материнской клеткой образуется перетяжка, отграничивающая дочернюю клетку.
Время почкования в среднем составляет 2 ч, часто образуется несколько почек, причем сразу может начаться почкование и молодых клеток. Нередко образуются множества объединенных между собой клеток, которые называют сростками почкования.
Рис. 3. Почкование дрожжей
На поверхности жидких сред клетки дрожжей бывают удлиненной формы и нередко образуют цепочки (псевдомицелий,
легко рассыпаются при механическом воздействии), которые могут образовывать тонкую пленку на поверхности. Некоторые
дрожжи образуют плотные пленки, прочно удерживающиеся на
поверхности, они часто складчатые и толстые нескольких миллиметров). Это пленчатые дрожжи, которые вызывают порчу пива, вина, квашеных овощей и др.
Помимо почкования, дрожжи могут размножаться с помощью спор, образование спор у дрожжей происходит и бесполым,
и половым путем, и бесполом размножении ядро дрожжевой
клетки делится на несколько шей, в которых образуются аскоспоры. При образовании спор половым путем сначала происходит
слияние клеток и затем образуются споры. Чаще всего споры
круглые или овальные, но могут быть интересной игловидной и
шляповидной формы, с различными выростами. Споры дрожжей,
как и других грибов, устойчивее вегетативных клеток к неблагоприятным воздействиям окружающей среды, однако не такие
14
стойкие, как споры бактерий. Попав в благоприятные условия,
споры дрожжей прорастают в вегетативные клетки.
У культурных дрожжей (т.е. специально выведенных и
культивируемых) способность к спорообразованию ослаблена, а
иногда они вообще «не умеют» образовывать споры.
1.2. Строение дрожжевой клетки
Дрожжевая клетка состоит из оболочки, цитоплазматической мембраны и цитоплазмы. Размер клетки составляет в среднем 8-10 мкм (рис. 4).
Рис. 4. Строение дрожжевой клетки:
1 – цитоплазматическая мембрана: 2 – оболочка; 3 – рибосомы;
4 – протоплазма; 5 – ядре; 6 – митохондрия; 7 – капля жира;
8 – вакуоль; 9 – гранулы метахроматина; 10 – рубец (место, где
отпочковалась дочерняя клетка)
Оболочка представляет собой плотную, прочную и эластичную структуру, способную обеспечивать постоянство формы
клетки и выдерживать значительное осмотическое давление
(до 2 МПа). Оболочка, обладающая избирательной проницаемо-
15
стью, обеспечивает транспорт питательных веществ в клетку и
удаление из неё продуктов обмена. Клеточная оболочка состоит
из двух молекулярных слоев. Полисахариды образуют самый наружный молекулярный слой. Внутренний слой оболочки, прилегающий к цитоплазме, состоит из белковых молекул. Оболочка
пронизана мельчайшими отверстиями, через которые проходят
вода, сахар и все другие водорастворимые питательные вещества,
необходимые для жизни клетки. Оболочка защищает клетку от
внешних воздействий и в известной мере регулирует поступление
питательных веществ и выделение наружу продуктов обмена.
Изнутри клеточную оболочку выстилает тончайшая цитоплазматическая мембрана. Ее толщина около 80 А (ангстрем
А = 10-4 мкм). Этот тонкий слой состоит из липоидно-белкового
комплекса рибонуклеопротеидов и соединений кальция. Основная функция цитоплазматической мембраны заключается в регулировании проникновения в клетку питательных веществ.
Здесь локализуются некоторые ферменты и происходит
биосинтез ряда веществ и компонентов клеточной стенки.
Цитоплазма – сложная по составу коллоидная система.
В цитоплазме протекают важнейшие процессы биосинтеза и хранится генетическая информация. В ней расположены органоиды
(митохондрии, рибосомы, ядро, эндоплазматический ретикулум
и аппарат Гольджи) и вакуоли.
Митохондрии представляют собой сферические или удлиненные внутриклеточные органеллы, содержащие ферментные
системы, главным образом переноса электронов. В функции митохондрий входят окислительные реакции, являющиеся источником энергии, перенос электронов по цепи реакций синтеза АТФ,
синтез части митохондриальных белков.
Рибосомы - ультрамикроскопические гранулы в виде неправильных шариков, состоящих из белка и РНК. В рибосомах
осуществляется синтез белков и ферментов.
Ядро имеет форму круглого и овального пузырька, окруженного оболочкой. Функция ядра - хранение и передача генетической информации при делении клетки. Ядро заполнено прозрачной нуклеоплазмой, в которую погружены длинные тонкие
нити - хромосомы 6, состоящие из белка и ДНК (дезоксирибо-
16
нуклеиновые кислоты). Кроме белка и ДНК, ядро содержит также
РНК (рибонуклеиновые кислоты) и ферменты. Ядро играет важную роль в процессе роста и размножения клетки. Процесс почкования сопровождается делением ядра на две части; при спорообразовании ядро делится на несколько частей (по числу образующихся спор).
Эндоплазматический ретикулум представляет сложную
мембранную сеть, образующую множество каналов, по которым
различные вещества перемещаются от внешней оболочки к центру. Шероховатая эндоплазматическая сеть служит для синтеза
протеина, а гладкая эндоплазматическая сеть синтезирует липиды
и отвечает за процессы освобождения от ядовитых веществ. Образующийся протеин блокируется и перемещается в предусмотренное место в везикулах, снабженных оболочкой. Эту задачу
берет на себя комплекс Гольджи, представляющий собой своего
рода «сортировочную станцию». Секреторная везикула с ядовитым веществом (например, со спиртом) транспортируется к клеточной мембране и выносится наружу.
Аппарат Гольджи – скопление мельчайших сплющенных
телец, связанных с мембранной системой эндоплазматического
ретикулума. Роль аппарата Гольджи, предположительно, заключается в создании новых мембран. Кроме того он выполняет и
защитную функцию - консервирование и удаление продуктов
секреции клетки.
Вакуоли занимают центральную часть клетки. Они заполнены клеточным соком, который заключен в липопротеидную
оболочку. Вакуоли участвуют в осмотическом регулировании и
являются местом протекания различных окислительно – восстановительных процессов. Вакуоли образуются при старении
дрожжевой клетки в них содержатся питательные вещества, продукты жизнедеятельности и гранулы запасных веществ: валютина, гликогена, трегалозы, жира. Здесь откладываются определенные протеины и избыточные соли. С помощью обратимой мобилизации кристаллов солей клетка может регулировать ее внутреннее давление (тургор), если, например, осмотическое давление
снаружи увеличится благодаря повышенному содержанию экстракта или спирта. Зрелые дрожжевые клетки содержат большую
17
вакуоль. Считают, что при образовании почки вакуоль дробится
на мелкие вакуоли, которые распределяются между материнской
клеткой и почкой. В дальнейшем эти мелкие вакуоли снова сливаются, образуя по одной вакуоли в материнской и дочерней
клетках. Функция вакуоли точно не установлена. В ней содержатся гидролитические ферменты, полифосфаты, липиды, ионы
металлов и др. Вакуоль, возможно, выполняет функции резервуара для хранения питательных веществ и гидролитических
ферментов.
1.3. Химический состав дрожжей
Состав дрожжей зависит от условий культивирования
дрожжей, состава питательной среды и физиологического состояния клетки. В прессованных дрожжахсодержится 67-75 %
воды и 25-33 % сухого вещества. При этом часть воды находится
в межклеточных пространствах и называется внеклеточной; остальная вода, находящаяся в цитоплазме дрожжей, называется
внутриклеточной. Соотношение клеточной и внутриклеточной
влаги в дрожжах может изменяться в зависимости от применяемой расы дрожжей, технологического режима их выращивания и
способа ведения технологического процесса. Так, при выращивании дрожжей в концентрированной среде или с добавлением
осмотически активных веществ, например хлористого натрия,
общее количество влаги в дрожжах снижается в результате
уменьшения внутриклеточной воды, а при обработке дрожжей
хлористым натрием (при выделении) общее количество влаги в
дрожжах снижается вследствие внеклеточной воды.
Состав сухого вещества хлебопекарных дрожжей по элементам следующий, %: углерод 45-49; водород – 50-70; кислород
30-35; азот 7,1-10,8; фосфор 1,9-5,5; калий 1,4-4,3; магний 0,1-0,7;
алюминий 0,002-0,020; сера 0,01-0,05; хлор 0,004-0,100; железо
0,005-0,012; кремний 0,02-0,20. Кроме того, в сухом веществе
дрожжей содержатся (в %): белки и другие азотистые вещества –
50; жиры – 1,6; углеводы – 40,8; зола – 7,6. Однако этот состав
непостоянен и может колебаться в широких пределах.
18
Фосфор входит в состав молекул нуклеиновых кислот,
фосфолипидов и коферментов типа аденозинфосфата и тиамина.
В виде различных соединений фосфор принимает важное участие
в энергетических процессах клетки.
Сера входит в состав аминокислот (цистеин, цистин, метионин и глютатион) и витаминов (биотин, аневрин). В состав
ферментов сера входит в виде сульфидных и тиоловых групп.
Содержание серы в пекарских дрожжах составляет 0,17-0,20 %.
Калия в золе значительно больше, чем натрия, кальция и
марганца (1,5-1,6 % на сухие вещества). Калий необходим дрожжевой клетке не только как питательный элемент, но и как стимулятор ее размножения.
Кальция в пекарских дрожжах 0,01-0,15 %.
Железо в дрожжевой клетке входит в состав цитохромов,
цитохромоксидазы, перокидазы, каталазы и других ферментов,
участвующих в процессе дыхания. В дрожжах 0,01-0,036 % железа на сухое вещество.
Магний, содержащийся в дрожжах, активирует действие
многих фосфатаз и энолазы. Ионы магния влияют на сохранение
активности ферментов при нагревании. Магний и марганец ускоряют потребление дрожжами глюкозы, причем влияние магния
тем активнее, чем ниже концентрация глюкозы в среде. Процессы
брожения и гликолиза регулируются изменением концентрации
ионов магния в результате присоединения его к органическим
веществам. Питательные среды должны содержать 0,02-0,05 %
магния в виде MgSO4.
Микроэлементы также имеют важное значение для размножения и жизнедеятельности дрожжей. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов и других соединений, участвующих в их синтезе. Они влияют на скорость и характер различных биохимических процессов. Например, кобальт стимулирует размножение дрожжей, повышает содержание в клетках азотистых веществ небелковой природы, прежде всего, РНК, ДНК и
свободных аминокислот. Присутствие в среде кобальта стимулирует синтез витаминов – рибофлавина, аскорбиновой кислоты,
нитратредуктазы и др.
19
Белки состоят из полипептидов и аминокислот – простых
соединений, имеющих с одной стороны своей молекулы аминогруппу NH, а с другой – кислотную группу СООН. Самая простая
аминокислота – глицин, – имеет следующую формулу: NH- СН3СООН. Соединяясь между собой, аминокислоты образуют молекулы простых белков или протеинов. К ним относятся альбумины, глобулины, гистоны и др. При присоединении к простому
белку небелковой группы образуются сложные белки, или протеиды. Если небелковая группа состоит из нуклеиновых кислот,
от образовавшийся сложный белок называют нуклеопротеидом, а
если к простому белку присоединяются жиры, то сложный белок
называют липопротеидом. Протеиды осуществляют в клетке ряд
сложнейших реакций, которые называют обменом веществ, –
размножение, питание, дыхание, передачу наследственных признаков, регулируют поступление питательных веществ внутрь
клетки и выделение продуктов обмена во внешнюю среду. Белки
весьма чувствительны к воздействию факторов внешней среды.
Например, при воздействии либо очень высокой, либо очень низкой температуры происходит свертывание белка или его денатурация, в результате чего клетка отмирает. Такое же явление наблюдается при действии кислот, щелочей, солей тяжелых металлов, излучения и др.
Углеводы состоят из углерода, кислорода и водорода. Их
делят на высшие и низшие. К высшим углеводам относят полисахариды (крахмал; гликоген, клетчатка), а также дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза, галактоза). К низшим углеводам относят моносахариды (глюкоза, фруктоза, арабиноза, ксилоза и др.).
При разложении полисахаридов, например крахмала, сначала образуются декстрины, затем дисахариды и моносахариды, а начало
синтеза полисахаридов начинается с моносахаров. Гликоген, или
животный крахмал, является запасным веществом в животном
организме и дрожжах, как крахмал в растениях. Из углеводов
клетка получает энергию.
Жиры – запасные вещества клетки. Они являются сложными эфирами трехатомного спирта (глицерина и органических кислот). Жировые вещества дрожжей являются важной частью протоплазмы клеток. Молекулы жировых веществ соединяются в
20
крупные частицы (жировые мицеллы) палочковидной формы,
распределяющиеся между мицеллами протеинов. Иногда они образуют с последними сложные соединения (липопротеиды) и
представляют собой основной структурный материал клетки.
Жиры превращаются клеткой по мере необходимости в углеводы
и используются затем для получения энергии. Помимо связанных жировых веществ в протоплазме некоторых дрожжевых грибов имеются и свободные жировые вещества, обособленные в
виде капель, хорошо окрашивающихся специальными красками.
Зола дрожжей составляет около 6,5-12,0 % общей массы
сухого вещества дрожжей. Состав золы колеблется в зависимости
от условий их культивирования. Зола дрожжей состоит примерно
наполовину из фосфора: большая часть фосфорной кислоты связана в дрожжах с органическими соединениями. В золе значительно больше калия, чем натрия, кальция и магния. Содержание
серы в хлебопекарных дрожжах составляет 0,17-0,20 %. Минеральные вещества золы дрожжей, растворяясь в межмицеллярной
воде, играют большую роль в обмене веществ клетки. Наиболее
важное значение имеют катионы натрия, калия, кальция, магния,
железа, анионы хлора, фосфора.
Витамины. В дрожжах содержится целый ряд витаминов и
витаминоподобных веществ. Обмен веществ у животных и человека, осуществляемый ферментами, протекает при непременном
участии витаминов, тесно связанных с ферментными системами
клетки. Так, витамин B1(тиамин) содержится в хлебопекарных
дрожжах в количестве около 20 мкг на 1 г СВ. Витамин B1 регулирует деятельность нервной системы человеческого организма,
участвует в обмене белковых веществ и в синтезе жиров, излечивает полиневриты и различные очень тяжелые нервные заболевания, возникающие при длительном употреблении пищи, лишенной должного количества этого витамина.
Витамин В2 (рибофлавин) содержится в хлебопекарных
дрожжах в количестве около 25-30 мкг на 1 г СВ. Отсутствие рибофлавина в пище человека приводит к различным поражениям
кожного покрова, к расстройствам зрения.
Витамины B1 и В2 достаточно устойчивы к высоким температурам, особенно витамин В2, который может быть отделен
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]