Главная | Обратная связь

Цель 1. Изучить морфологические признаки и систематику дрожжей

4.1. Морфология дрожжейДрожжи относятся к голосумчатым грибам (Protascales). Они плодовых тел не имеют, и сумки образуются прямо из зиготы.

Дрожжевые грибы представляют собой одноклеточные неподвижные организмы овальной или удлиненной формы гораздо больших размеров (8-10 мк), чем бактерии (1-3 мк). Истинного мицелия обычно не образуют. Ядро дифференцировано, размер его до 2 мк, оно окружено тонкой оболочкой, имеет более плотную кариосому. В составе ядра имеется типичная дезоксирибонуклеиновая кислота. Ядро делится митозом, реже амитозом. В дрожжевой клетке есть также особые в виде зерен или удлиненные тельца - митохондрии, имеющие прямое отношение к энергетическому обмену клетки. В вакуолях клетки накапливается повышенное количество различных солей и органических веществ, здесь происходят энергичные окислительно-восстановительные процессы. При обильном питании в клетках откладывается в большом количестве волютин.

Вегетативное размножение дрожжей происходит главным образом почкованием, реже у некоторых видов делением. При почковании на каком-либо месте клетки появляются выросты - почки, которые дают начало новой клетке со всеми составными ее частями. Процесс почкования длится около двух часов. При делении в середине клетки развивается перегородка, которая делит ее пополам.

Спорообразование наступает после многократного размножения почкованием или делением. Оно легче осуществляется при резком переходе от обильного питания к скудному, но при достаточном доступе кислорода. В большинстве случаев споры образуются без оплодотворения (партеногенетически). При этом в одной клетке образуется четное число спор (чаще 4-8). Споры в лаборатории получают на специальных гипсовых блоках или на среде Городковой, содержащей 0,25 г глюкозы.

Предварительный половой процесс наблюдается не у многих видов (Saccharomyces Ludwigii и др.). Две смежные клетки образуют выросты, которые сближаются друг с другом. На месте соединения выступов оболочка растворяется, содержимое клеток сливается, и образуется зигота. Происходит редукционное деление, затем еще 2-3 деления, в результате чего получается 8 или 4 аскоспоры. Клетка, образовавшаяся в процессе слияния двух дрожжевых клеток, и является сумкой. После некоторого периода покоя споры прорастают и вновь размножаются почкованием или делением См. рис.1).

Систематика дрожжей основана на ряде морфологических и физиологических признаков. Различают 2 семейства:

1. Saccharomycetaceae. Размножение происходит почкованием, образованием сумок со спорами и у немногих родов делением. В этом семействе наиболее важное значение имеет род Saccharomyces, к которому относятся представители дрожжей, широко используемых в промышленности - винокурении, хлебопечении, пивоварении, производстве глицерина и др.

2. Non Saccharomycetaceae. Размножение только почкованием, без спорообразования. Сюда относится род Torula, некоторые виды которого используются для приготовления кефира, кумыса, "кормовых дрожжей".

Рисунок 1. Дрожжи: 1-5 - Saccharomyces cerevisiae, 1 - цепочка почкующихся дрожжей, 2 - отдельная клетка, 3, 4, 5 - почкующиеся клетки, 6-10 - Saccharomyces octosporus; 6, 7, 8 - половой процесс, 9 - деление копуляционного ядра; 10 - сумка с 8 аскоспорами

Дрожжи имеют разнообразную форму: круглую, эллиптическую, овальную, реже лимонообразную и цилиндрическую, иногда сильно вытянутую в виде гиф(см. рис.2).

Рисунок 2. Форма и структура дрожжевых леток

Форма и строение дрожжевых клеток непостоянна, она может изменяться в связи с изменением условий культивирования. Дрожжевая клетка состоит из клеточной мембраны, цитоплазмы, внутри которой расположены органоиды (ядро, митохондрии, рибосомы, вакуоль, Гольджи аппарат) и включения (запасные вещества) в виде капелек жира, зерен гликогена и волютииа (рис. 3).

Рисунок 3. Строение дрожжевой клетки.

Молодые клетки имеют гомогенную цитоплазму, иногда небольшую вакуоль. С возрастом клетки появляется зернистость, вакуоль увеличивается. Размер клеток варьирует от 5 до 7 мкм в диаметре и от 8 до 12 мкм в длину. При таких небольших размерах клеток поверхность их в 1 л бродящего виноградного сусла может достигать 10 м². Такая большая поверхность определяет активный обмен дрожжей с окружающей средой. Относит, плотность клеток составляет 1,055-1.06. С наступлением неблагоприятных условий возникают более устойчивые покоящиеся клетки - артроспоры и сумки со спорами. Артроспоры сохраняют форму вегетативных клеток, но отличаются от них более плотной плазмой, наличием гликогена, капель жира и утолщенными оболочками. Сумки со спорами обычно повторяют форму и размер вегетативных клеток. Форма и размер спор у различного рода спорегенных дрожжей отличаются.

Систематика дрожжей.Систематика дрожжей основана на различии их способов размножения и физиологических признаков. Дрожжи подразде­ляются на два семейства: сахаромицеты и несахаромицеты.

Сахаромицеты. Они объединяют истинные дрожжи, к числу которых относятся культурные дрожжи, используемые в про­мышленности (пекарские, винные, винокуренные и др.).

Большое значение имеют следующие виды культурных дрожжей: сахаромицес церевизи и сахаромицес эллипсоидес.

Дрожжи сахаромицес церевизи имеют шаровидную или яйцевидную форму, используют их для получения винного спирта, в пивоварении, квасоварении и хлебопечении. Суще­ствует несколько разновидностей этих дрожжей, называемых расами. Каждая раса имеет свои особенности и потому исполь­зуется в промышленности с определенной целью. Раса, обла­дающая способностью быстро и полно сбраживать сахар при температуре около 30°С и устойчивая к спирту, применяется для получения спирта. Другая раса, способная вызывать медлен­ное брожение при температуре 4-10°С, используется в пивова­рении.

Дрожжи, обладающие высокой энергией брожения и подъемной силой и способные быстро размножаться, приме­няются в хлебопечении.

Дрожжи сахаромицес эллипсоидесимеют эллипсоидную форму и применяются в виноделии. Различные расы этих дрожжей обладают способностью придавать винам специфиче­ские вкусовые и ароматические оттенки, т.е. создавать так на­зываемый букет.

Несахаромицеты. Эти микроорганизмы включают в себя ложные дрожжи. Многие из них являются вредителями различ­ных производств. Среди этих дрожжей наиболее важны дрожжи родов торула и микодерма.

Дрожжи рода торула имеют шаровидную форму и способны вызывать слабое спиртовое брожение. Торула кефир применяется для приготовления молочнокислых продуктов, содержащих спирт (кефира и кумыса), а торула утилис - для получения пищевых и кормовых дрожжей.

Дрожжи рода микодерма представляют собой удлиненные клетки. Они не способны вызывать спиртовое брожение, но мо­гут окислять спирт, а также органические кислоты в углекис­лый газ и воду. Развиваясь на поверхности алкогольных напитков, мико­дерма образует морщинистые пленки и придает напиткам неприятный вкус и запах. Микодерма вызывает порчу молочно­кислых продуктов, квашеных овощей, наносит вред в производ­стве уксуса и пекарских дрожжей.

4.2.Морфология дрожжей торула, микроорганизмов вызывающих спиртовое брожение

Суммарное уравнение спиртового брожения идрожжи их вызывающие. Спиртовое брожение –это процесс превращения в анаэробных условиях сахара в диоксид углерода и этиловый спирт.. Грибы в анаэробных условиях накапливают спирт. Уравнение спиртового брожения в общем виде выглядит следующим образом:

С₆ Н₁₂ О₆ 2 СО₂ + 2С ₂Н₅ОН

Расчет, основанный на учете молекулярных весов сахара и, спирта, показывает, что из каждой весовой единицы углевода теоретически возможно образование лишь около половины спирта: Суммарное уравнение спиртового брожения не раскрывает всей сложности процессов превращения сахара в спирт и углекислый газ, а также того, что, кроме главных продуктов брожения, обычно еще образуются в некотором количестве побочные продукты - янтарная и уксусная кислоты, глицерин, уксусный альдегид, сивушные масла (смесь изомеров высших спиртов - амилового, изобутилового, бутилового и прочих), а также ряд веществ, от присутствия которых даже в ничтожных количествах зависят специфические вкус и аромат вина, пива и других продуктов.

На промежуточных этапах брожения появляются такие соединения, как трифосфороглицериновый альдегид СН₂О(Н₂РО₃) и пировиноградная кислота СН₃СОСООН, которая в последующей стадии спиртового брожения декарбоксилируется под влиянием фермента пируватдекарбоксилазы и превращается в уксусный альдегид и углекислый газ:

Уксусный альдегид с помощью восстановленной формы фермента алкогольдегидрогеназы восстанавливается в этиловый спирт:

Эта реакция иллюстрирует завершающий этап спиртового брожения. Постоянное присутствие среди продуктов брожения глицерина объясняется восстановлением части трифосфоглицеринового альдегида еще на промежуточных этапах в соответствующий спирт - глицерин по схеме, аналогичной восстановлению уксусного альдегида. Химизм спиртового брожения несколько меняется под действием различных факторов. В щелочной среде, кроме спирта, образуется уксусная кислота. Прибавление бисульфита натрия к бродящей жидкости приводит к образованию, кроме спирта, значительных количеств глицерина и уксусного альдегида.

.Дрожжи сбраживают не все сахара. Обычно они хорошо усваивают гексозы. Пентозы могут ассимилировать лишь весьма ограниченное число видов. Неплохо используют дрожжи дисахариды, но каждый вид микроорганизма способен усваивать лишь строго определенный их набор. Перед сбраживанием более сложные сахара под влиянием ферментов дрожжевой клетки распадаются на моносахариды.

Отдельные виды могут усваивать простые декстрины. Крахмал становится пригодным для спиртового брожения лишь после предварительного осахаривания при помощи солода (или другими способами). На многих заводах для спиртового брожения используют целлюлозу, предварительно подвергая ее кислотному гидролизу. В аэробных условиях дрожжи способны окислять органические кислоты и другие соединения.

Источником азотного питания для дрожжей служат небольшие пептиды, аминокислоты, а также аммонийные соли, реже нитраты и нитриты. Дрожжевая клетка вырабатывает многие витамины, а присутствие отдельных ростовых веществ в среде усиливает рост дрожжей. Большинство дрожжей растет в границах рН 3-8 при оптимуме рН 3,5-6,5. Обычно они развиваются в относительно широком температурном диапазоне от 0 (или -7°С) до 50°С. Оптимальная температура для роста большинства видов 28-30°С.

Штаммы Saccharomyces cerevisiae подразделяют на расы верхового и низового брожения. Первые используют для брожения, протекающего при температуре 14-25°С. В таких условиях обильно выделяется диоксид углерода, наблюдается пенообразование. Клетки микроорганизмов поднимаются на поверхность бродящей жидкости. Верховые расы используют в спиртовой промышленности, хлебопечении и т.д., но при некоторых условиях употребляют и другие дрожжи.

Дрожжи низового брожения применяют в производстве при температуре 6-10°С и ниже (до 0°С). При этом брожение совершается спокойно и масса дрожжевых клеток остается на дне сосуда. Низовые расы обычно используют в пивоварении и виноделии, где применяют расы Saccharomyces cerevisiae, адаптированные, однако, к жизнедеятельности при пониженной температуре. В виноделии важную роль играют также дрожжи Saccharomyces vini, S. cerevisiae var. ellipsoides. Как указывалось выше, дрожжи могут расти при нейтральной реакции среды, но активнее процессы идут при некотором подкислении. На практике для предупреждения развития посторонней бактериальной микрофлоры при размножении дрожжей создают кислую среду.

На условия спиртового брожения в присутствии дрожжей влияют многие факторы: химии еский состав сбраживаемой среды, т.е. полноценность, концентрация и кислотность среды, содержание спирта, температура,, наличие посторонних микроорганизмов. Этиловый спирт , образующийся в процессе брожения , неблагоприятно влияет на дрожжи. Накопление дрожжами спирта в концентрации 2-5% в зависимости от вида и расы дрожжей действует на них уже угнетающе. В большинстве случаев брожение прекращается при накаоплении дрожжами 12… 14% (объемных) спирта.

Использование спиртового брожения лежит в основе производства этилового спирта, пива, вина и пекарских дрожжей.

Пекарские дрожжи (расы Sacch.cerevisiae) прессованные и сухие для производства хлебобулочных изделий получают на специализированных дрожжевых заводах. При получении пекарских дрожжей в качестве питательной среды используют очищенную и разбавленную водой свекловичную мелассу – отход от свеклосахарного производства. К свекловичной мелассе, содержащей все необходимое для дрожжей, дополнительно добавляют азот- и фосфорсодержащие соли. Дрожжи, размножающиеся при температуре около 30^О С, рН 4,5…5,5, при непрерывной аэрации.. Дрожжи дышат и активно размножаются, а не бродят. Большая часть сахара используется ими для синтеза веществ клетки. Выросшую массу дрожжей отделяют от среды, промывают водой, сушат и прессуют до содержания влаги 73…75%. Полученную дрожжевую массу формуют в виде брикетов с содержанием дрожжевых клеток от 8 до млрд. в 1 г. Брикеты упаковывают в бумагу и охлаждают до температуры 4^о С, Сухие дрожжи выпускают влажностью 8-10 . Сохранять прессованные дрожжи следует на холоде.