ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физиология роста дрожжей из "Особенности брожения и производства" Для роста и размножения дрожжей помимо углерода и азота требуются как микроэлементы, содержащие магний, натрий, калий, железо, цинк, медь, марганец, так и другие неорганические вещества — хлориды, сера и фосфаты. Для достижения требуемых показателей роста дрожжам также нужны витамины — биотин, пантотеиновая кислота, инозит, тиамин, пиридоксин и никотиновая кислота [15,29]. Так как процесс брожения спиртных напитков обычно проходит в пивном или виноградном сусле, то дрожжи в процессе размножения обычно не испытывают недостатка вышеперечисленных питательных веществ. Если же питательная среда разбавляется какими-либо добавками, то и концентрация питательных веществ снижается, и в этих случаях может понадобиться введение дополнительных питательных веществ. В анаэробных условиях дрожжам 5. erevisiae для размножения необходимы также стерины и ненасыщенные жирные кислоты (подробнее об этом см. ниже). [c.48] Не являясь основным сахаром в большинстве видов пивного и винного сусла, глюкоза тем не менее играет важную роль, подавляя потребление и утилизацию мальтозы дрожжевыми клетками. Мальтоза и мальтотриоза — важнейшие сбраживаемые углеводы, и способность дрожжей плавно переключаться с потребления глюкозы и фруктозы на потребление мальтозы очень важна для процессов брожения в промышленности. Небольшой перерыв в процессе брожения называют мальтозной паузой , а в некоторых чрезвычайных случаях брожение прекращается полностью. Добавление глюкозы в сусло только усугубляет ситуацию, так как переключение на новый источник сахара лишает клетки информации о дефиците питательных веществ и, следовательно, способности синтезировать белки, необходимые для такого переключения. [c.50] Для пивоваренной и хлебопекарной промышленности особый интерес представляют штаммы дрожжей, способные потреблять мальтозу в присутствии глюкозы. Таким дрожжам не нужна мальтозная пауза, обмен веществ в них происходит быстрее, так как оба сахара усваиваются одновременно. Тем не менее в настоящее время однозначных выводов еще сделать нельзя — необходима промышленная оценка положительных и отрицательных свойств того или иного штамма дрожжей. [c.50] Промышленные дрожжи способны полностью усваивать мальтотриозу — последний потребляемый при брожении сахар. Выявлен транспортер а-глюкозида, кодированный геном AGT, который способен транспортировать мальтозу, сахарозу, трегалозу, а-метилглюкозид и мальтотриозу. Из 30 исследованных штаммов дрожжей в 29 из них содержались гомологи гена АОТ, однако роль и принцип действия различных генов в потреблении клетками мальтотриозы еще нуждаются в уточнении. [c.50] Как уже отмечалось выше, сахароза потребляется не сама по себе, а сначала за пределами клеточной мембраны гидролизуется инвертазой до глюкозы и фруктозы. Инвертаза локализуется в клеточной стенке или в периплазматическом пространстве, в связи с чем сбраживание сахарозы в промышленном масштабе существенно отличается от сбраживания мальтозы. Глюкоза подавляет синтез инвертазы, а также метаболизм мальтозы на ранних стадиях брожения сусла. По мере уменьшения концентрации глюкозы в сусле подавление соответствующих генов прекращается и продуцируются ферментные системы для метаболизма этих дисахаридов (мальтозы и сахарозы). При повторном внесении таких дрожжей в свежее сусло с достаточной для подавления генов концентрацией глюкозы оба набора генов снова отключаются , внутри клетки активно расщепляются транспортер мальтозы и мальтаза, так что метаболизм мальтозы вскоре после внесения дрожжей прекращается. Инвертаза же, поскольку она локализована вне плазматической мембраны, не затрагивается этим регуляторным механизмом клеток, и способность их гидролизовать сахарозу сохраняется. [c.51] Дрожжи 5. erevisiae могут метаболизировать разные азотистые соединения. Они успешно поглощают аммиак и могут отлично размножаться на средах, в которых он является единственным источником азота (помимо нескольких витаминов — например, биотина и никотинамида). Хорошим источником азота является мочевина, которая в дрожжевой клетке преобразуется в аммиак. В качестве источников азота не используются нитраты и нитриты. Дрожжи утилизируют все а-аминокислоты и мелкие цепочки пептидов. Пролин может усваиваться дрожжами только в аэробных условиях, так как его метаболизм включает фазу катализа оксидазы. Органические соединения в качестве единственных источников питания дрожжей обладают разными свойствами, но наилучший рост дрожжей обеспечивается смесью аминокислот. У дрожжей отсутствует внеклеточная активность протеазы, в связи с чем они не могут усваивать крупные цепочки пептидов или белки. В промышленном производстве в питательной среде обычно содержится широкий диапазон аминокислот и аммиак в некоторых случаях добавляют и мочевину, так что в ней не бывает недостатка в азоте. Иногда для поддержания необходимого роста дрожжей количество ассимилируемого дрожжами азота сознательно ограничивают. Считается, что это улучшает эффективность преобразования сахаров в этиловый спирт и Oj, а также улучшает сопро-тив-ляемость конечного продукта бактериальному загрязнению. [c.51] В процессе размножения дрожжей в анаэробных условиях (типичных для сбраживания алкогольных напитков) весь требуемый для роста дрожжей АТФ образуется в процессе гликолиза (рис. 2.1, а). [c.52] Хотя при некоторых реакциях из цикла трикарбоновых кислот могут продуцироваться органические кислоты (рис. 2.1, б), необходимые для биосинтеза клетки, в самой клетке отсутствуют цитохромы, и, следовательно, в ходе окислительного фосфорилирования не может продуцироваться АТФ. Факторы, регулирующие скорость биосинтеза по пути гликолиза, весьма разнообразны, но очевидно, что поступление АДФ в клетку настолько ограничено, что общая скорость гликолиза зависит от скорости утилизации клеткой АТФ в ходе реакций биосинтеза и других энергозатратных реакций, и, следовательно, от скорости регенерации АДФ. При образовании пи-рувата из глюкозы в процессе гликолиза образуются две молекулы Н АДН, а поскольку поступление НАД-н в клетку ограничено, то до тех пор, пока НАД- - не будет регенерирована НАДН путем передачи ее атомов водорода другим молекулам, процесс гидролиза и рост клетки прекратятся. Образование этилового спирта является одним из процессов, при которых происходит регенерация НАД+ путем передачи атомов водорода от НАДН ацетальдегиду, в результате чего и образуется этанол. Дрожжи 5. erevisiae нетипичны в том смысле, что у них эта реакция проходит очень интенсивно. [c.52] Хотя при правильно проводящемся брожении большая часть сахаров преобразуется в этиловый спирт, небольшая их часть обычно превращается в так называемые побочные продукты брожения. К ним относятся глицерин, органические кислоты (например, сукцинат) и летучие соединения, образующиеся при любом спиртовом брожении. Глицерин продуцируется в ходе брожения при расщеплении дигидрокси-ацетонфосфата, и в ходе этой реакции при нехватке ацетальдегида регенерируется НАД . Небольшое количество глицерина вырабатывается при любом виде брожения, но в определенных условиях его количество можно увеличить. Производство глицерина можно стимулировать ростом дрожжей в условиях высокого осмотического давления, в присутствии соединений, вступающих в реакцию с ацетальдегидом (например, бисульфитов), или увеличением щелочности питательной среды. В некоторых случаях, например, при винном брожении, выработка глицерина считается положительным фактором, а при спиртовом брожении — отрицательным (поскольку приводит к напрасному расходу субстрата). При правильном спиртовом брожении содержание глицерина в конечном продукте составляет 5,8% (за вычетом двуокиси углерода), сукцината — 0,9%, клеточного материала (по сухой массе) — 1,2%, а этилового спирта — 92,1% [16]. [c.53] На ранних стадиях спиртового брожения скорость образования спирта возрастает экспоненциально параллельно росту биомассы. По мере уменьшения роста дрожжей скорость образования этилового спирта становится линейной вплоть до исчерпания запасов углерода. Между выработкой этилового спирта и снижением содержания сахаров наблюдается обратно пропорциональная зависимость. На данном этапе происходит накопление в дрожжах резервных углеводов (гликоген) (рис. 2.2), которые преобразуются в этиловый спирт на более поздней стадии брожения, когда его образование происходит очень медленно. [c.54] Было выявлено, что при идеальных условиях и при достаточном количестве углеводов некоторые штаммы дрожжей 5. erevisiae способны синтезировать этиловый спирт в высокой концентрации (около 20%). Это не означает, что спирт не оказывает воздействия на ход брожения — он ингибирует процесс роста и метаболизм дрожжей и даже при низких концентрациях может замедлять скорость брожения. Было показано, что ингибирующее действие этилового спирта в значительной степени обусловлено условиями размножения дрожжей, причем на восприимчивость их к этиловому спирту заметно влияет рост при высоких температурах (свыше 32-33 °С) и низких значениях pH. На воздействие этилового спирта оказывает влияние также содержание жиров в питательной среде и наличие или отсутствие некоторых солей (в частности, магния). На токсичность спирта при брожении влияет присутствие в сусле других высших спиртов, поскольку последние более токсичны, чем этиловый спирт, а их токсичность связана с растворимостью содержащихся в них липидов [20]. [c.55] Вернуться к основной статье