Микробиология и биохимия вина. Фазы роста дрожжей
Размножение и рост дрожжей
Типичным способом размножения дрожжей является почкование, и поэтому их еще называют почкующимися грибами. При почковании из материнской клетки образуется маленькая пузырьковая выпуклость, в которую переходит часть цитоплазмы, а также дочернее ядро, образующееся путем деления. У одних некоторых штаммов дрожжей материнская и дочерняя клетки отделяются друг от друга, причем на материнской клетке остается почечный рубец (рис. 1.23). У других штаммов клетки остаются взаимосвязанными и образуют почечные сообщества.
Если микроорганизмы перенести в свежий питательный раствор, как это происходит, например, при засеве сусла дрожжами на пивоваренном заводе, то последние начинают расти. Этот рост характеризуется определенными закономерностями - различают шесть фаз роста, протекающих с различной скоростью (рис. 1.24).
Латентная, или индукционная фаза. В этой фазе, называемой также фазой разбега, происходит активизация обмена веществ. Длительность этой фазы сильно варьирует. Она зависит от вида микроорганизма, возраста культуры и от условий выращивания. Эта фаза, называемая также лаг-фаза (lag-phase), заканчивается с началом деления клеток. («lag» по-английски - отставание, задерживание - Прим. ред.)
Фаза ускорения. В этой фазе, примыкающей к латентной, скорость деления клеток возрастает с ускорением.
Экспоненциальная фаза. В этой фазе экспоненциального или логарифмического размножения, для краткости называемой лог-фазой (log-phase), скорость размножения постоянна и максимальна. Время генерации, то есть отрезок времени, за которое число клеток удваивается, достигает в этой фазе своего минимума. Для дрожжей в типичных для пивоварения условиях размножения он составляет несколько часов.
Фаза замедления. В результате действия различных факторов - например, обеднения субстрата питательными веществами или насыщения тормозящими рост продуктами обмена веществ - лог-фаза ограничена по времени и переходит в фазу замедления с убывающей скоростью размножения.
Стационарная фаза. В заключительной, стационарной фазе число микроорганизмов остается постоянным. Устанавливается равновесие между числом вновь образующихся и отмирающих клеток.
Фаза отмирания. В этой, последней, фазе число погибающих клеток превышает число образующихся путем размножения, и общее число клеток сокращается.
На длительность и интенсивность отдельных фаз роста существенно влияют субстрат, температура и физиологическое состояние дрожжей. Субстрат должен содержать все необходимые для их роста питательные вещества. Так же существенны состав воды, pH и концентрация кислорода в субстрате.
Вода - главная составная часть живой материи и играет в жизнедеятельности микроорганизмов чрезвычайно важную роль. В общем, микроорганизмы могут развиваться только в субстратах, содержащих как минимум 15% воды. Микроорганизмы отличаются друг от друга в отношении оптимального значения pH. Дрожжи предпочитают расти в кислых растворах. О значении снабжения кислородом для роста дрожжей уже было сказано выше. На пивоваренных предприятиях росту дрожжей способствует аэрация сусла перед введением дрожжей.
На рост микроорганизмов решающим образом влияет и температура. Каждый вид микроорганизмов отличается своей оптимальной для развития температурой, при которой латентная фаза и время генерации минимальны. Однако рост дрожжей возможен не только при оптимальной температуре, но может происходить и в более или менее относительно широком диапазоне температур. Для дрожжей рода Saccharomyces она лежит в области температур от 0 до 40°С, а оптимум составляет около 25-30°С.
Физиологическое состояние клеток микроорганизмов, возраст, состояние питательной среды питания - все эти факторы сильно влияют на продолжительность латентной фазы. Очень быстрая активация обмена веществ происходит у тех дрожжевых клеток, которые в экспоненциальной фазе роста были перенесены в свежий субстрат. В условиях пивоваренного предприятия это означает, что быстрое наступление брожения легче всего достичь с теми дрожжами, которые отбираются в стадии главного брожения и без промежуточного хранения вводятся в готовое сусло.
Стадии развития дрожжей. Микробиология и биохимия вина.
Стадии развития дрожжей
Развитие дрожжей проходит в несколько стадий. Первая стадия - размножения - сопровождается значительным увеличением биомассы. В начале этой стадии наблюдается задержка в размножении - это так называемая лаг-фаза, когда почкования не наблюдается и происходит как бы приспособление клеток к окружающей среде. Затем наступает логарифмическая фаза, характеризующаяся значительным увеличением числа клеток и повышением их устойчивости. Начинается брожение. В этой стадии все питательные вещества направляются на новообразование клеток, запасных питательных веществ в клетке не накапливается.
При накоплении 6-8% об. спирта размножение винных дрожжей прекращается и наступает стационарная фаза, или фаза брожения. Спиртовое брожение проходит бурно. Клетки становятся крупнее, в них откладываются запасные питательные вещества в виде капелек жира и гликогена. Эта стадия продолжается до тех пор, пока в среде есть сахар. Как только весь сахар израсходован или в среде накопилось 16% об. спирта (для Saccharomyces vini), спиртовое брожение прекращается и наступает стадия голодания. В этой стадии различают две фазы: самосбраживание и собственно голодание. При самосбраживании дрожжи продолжают свою жизнедеятельность за счет запасного гликогена, который они превращают в сахар, а последний сбраживают. При этом происходит некоторое увеличение содержания спирта в среде. Когда все запасы гликогена израсходованы, наступает собственно голодание. Клетки уменьшаются, их содержимое приобретает зернистое строение.
Стадия покоящихся клеток наблюдается при длительном нахождении дрожжей в осадке при доступе воздуха. Оболочка клетки уплотняется, увеличивается содержание запасных питательных веществ, что позволяет клетке сохранить жизнеспособность.
За голоданием следует стадия отмирания. Мертвые клетки характеризуются тем, что их плазма отделяется от клеточных оболочек, собирается в центре. Клетки становятся еще меньше, начинают свое действие протеолитические ферменты клетки, расщепляющие белки. Этот процесс называется самоперевариванием и приводит к автолизу (распаду) дрожжевых клеток. Установлено, что в присутствии воды автолиз дрожжей идет главным образом за счет распада углеводов, а при наличии 5-7% об. спирта - преимущественно за счет распада белковых веществ. О роли процесса автолиза можно посмотреть на странице о выдержке молодых виноматериалов на осадках дрожжей.
vinobio.narod.ru
Условия для роста дрожжей
Питательные вещества
Дрожжи нуждаются в тех же самых питательных веществах, что и другие живые организмы. Подобно бактериям, они имеют систему внутриклеточных и внеклеточных ферментов, способных осуществлять распад крупных молекул субстратов до молекул с размерами, приемлемыми для метаболических процессов клетки.
Влага
Так же, как и бактерии, дрожжи должны иметь доступ к воде для поддержания жизнедеятельности, но они нуждаются в ней в меньшей степени, чем бактерии. Некоторые виды дрожжей могут развиваться в среде с очень низким содержанием воды, такой как мед или джем, что говорит об их способности выдерживать относительно высокое осмотическое давление.
Кислотность
Дрожжи могут расти в среде, активная кислотность которой составляет pH в пределах 3–7,5, а оптимальная величина pH для них составляет обычно4,5–5,0.
Температура
Дрожжевые клетки обычно не растут при температуре ниже температуры замерзания воды и выше 47°С. Оптимальная температура дрожжей обычно лежит между 20°С и 30°С.
Растущие дрожжевые клетки обычно гибнут от нагревания в течение 5–10 минут при 52–58°С.
Споры (аскоспоры) обладают большей стойкостью, но все же и они погибают за несколько минут при 60–62°С.
Кислород
Дрожжи способны расти как в присутствии, так и в отсутствие атмосферного кислорода, то есть являются факультативными анаэробами. В отсутствие кислорода дрожжи вызывают распад сахара до спирта и воды, в его присутствии – до диоксида углерода и воды. В присутствии кислорода дрожжевые клетки растут быстрее.
Классификация дрожжей
Дрожжи делятся на три класса в соответствии с их способностью к образованию спор (аскоспор и базидиоспор). Спорообразующие штаммы принадлежат к классам аскомицетов и базидиомицетов.
Те разновидности дрожжей, которые не образуют спор, размножаются в основном почкованием, относятся к классу Fungi imperfecti.
Значение дрожжей
Как правило, дрожжи являются нежелательными моментами в молочной промышленности, за редким исключением. Например, для производства кефира, русского кисломолочного продукта, исключается симбиотическая закваска (кефирные грибки), в состав которой входят молочнокислые бактерии, дрожжи и др. В остальных случаях в молочной промышленности стараются исключить попадание клеток дрожжей в продукт на каких-либо этапах его производства. Дрожжи могут вызвать большие проблемы при попадании в кисломолочный продукт, сыр, масло. В других отраслях пищевой промышленности в процессе производства пива, вина, хлеба, спирта дрожжи являются ценными составляющими.
Плесени
Категория плесеней охватывает достаточно разнообразную группу многоклеточных нитевидных грибов. На первый взгляд эти микроорганизмы имеют большое сходство, но в действительности все они принадлежат к различным группам.
Плесени состоят из нитевидных прядей клеток, называемых гифами. Гифы образуют мицелий, который может быть виден невооруженнымглазом. Гифы могут иметь поперечные стенки между клетками и обычно являются разветвленными, у одноклеточных грибов поперечные перегородки у гифов могут отсутствовать.
Гифы являются вегетативной частью плесени, часто бесцветной, и секретируют ферменты, расщепляющие питательные вещества.
По мере роста плесневых колоний гифы отходят от центра наружу в радиальном направлении.
Размножение плесеней
Плесени размножаются при помощи спор различного типа. У одних и тех же видов плесеней могут наблюдаться как половой, так и бесполовой способы размножения.
Споры обычно имеют толстые стенки и относительно устойчивы к высушиванию и нагреванию. Споровые формы плесени могут сохранять жизнеспособность в течение довольно длительного времени.
Бесполые споры, конидии, обеспечивают вегетативный способ размножения плесени, их количество может достигать нескольких тысяч. Конидии очень малы и легки, могут разноситься ветром.
Метаболизм плесеней
Метаболизм плесневых грибов протекает так же, как и у бактерий и дрожжей. Они обладают широким кругом ферментов, которые производят распад различных органических веществ. С точки зрения молочного дела практический интерес представляет действие плесеней на жиры и белки.
Внешние факторы, влияющие на рост плесеней
Влага
Плесени могут расти на субстратах с очень низким содержанием воды и могут извлекать воду из влажного воздуха.
Активность воды (аw)
Плесени являются более терпимыми к низкой активности воды, чем бактерии. Некоторые плесени выдерживают высококонцентрированные растворы сахара и соли с высоким осмотическим давлением. Примеры: плодово-ягодное варенье и сгущенное молоко с сахаром.
Кислород
Плесени обычно растут в аэробных условиях. При этом кислород необходим для образования конидий и для роста мицелия.
Температура
Температура, оптимальная для роста большинства плесеней, лежит в пределах 20–30°С.
Кислотность
Плесени могут расти в средах, активная кислотность которых составляет pH 3–8,5. Многие виды плесеней, однако, предпочитают кислотный раствор.
Примеры: сыр, йогурт, плоды цитрусовых и плодово-ягодные соки.
Значение плесеней в молочном хозяйстве
Как и дрожжи, плесени не выдерживают обычную пастеризацию, проводимую в течение 10–15 секунд при 72–74°С. Поэтому нежелательное присутствие этих микроорганизмов является свидетельством повторного обсеменения. Существует множество различных семейств плесеней. Некоторые из них, такие как Penicillium и молочная плесень (Geotrichum candidum), являются важными для молочной промышленности.
Penicillium
Род Penicillium является одним из самых распространенных типов плесени. Спорообразующие гифы этого семейства имеют разветвления на кончиках, напоминая чем-то щеточки. К этому семейству относится зеленая плесень, часто встречающаяся в природе. Некоторые виды Penicillium играют важную роль в процессах переработки молока. Их свойства, обеспечивающие активное расщепление белков и жиров, делают их главными агентами созревания голубого сыра, сыра камамбера и других сыров. Плесень голубого сыра называется Penicilllium roqueforti, а плесень сыра камамбера – Penicillium camemberti.
Молочная плесень
Молочная плесень Geotrichum candidum находится на стыке между дрожжами и плесенями. Она размножается так же, как дрожжи – внешняя часть ее гифов подвергается как бы перевязыванию – процессу, напоминающему почкование дрожжевых клеток. Данная плесень встречается на поверхности сквашенного молока в виде тонкой и бархатистой белой пленки и участвует в процессах созревания полумягких и мягких сыров. Она может вызывать прогорклость масла. Плесени на поверхности сыров и масла могут вызывать их обесцвечивание и не свойственный им привкус. Для предотвращения нежелательных воздействий плесеней на молочные продукты в процессе их приготовления необходимо тщательное соблюдение соответствующих санитарных норм. Например, стены и потолки рабочих помещений должны содержатся в чистоте, исключающей появление на них плесеней.
Бактериофаги
В 1915 г. английский ученый Творт (Twort) обнаружил, что клетки некоторых культур стафилококков разрываются и разрушаются. Двумя годами позже канадский исследователь Дэрель (d’Herelle) после наблюдения подобного факта постулировал, что это явление может быть связано с поеданием бактерий невидимыми организмами. Он назвал их “бактериофагами” (последняя часть этого слова по-гречески означает “поедать”). Бактериофаги являются вирусами, то есть паразитами бактерий. Они существуют и сами по себе, но расти и размножаться они могут только внутри бактериальных клеток. Бактериофаги обладают специфичностью, т.е. способны размножаться в определенных видах бактерий.
Структура бактериофагов
Бактериофаги или фаги видны только под электронным микроскопом. Фаги имеют “головку” и “хвост” и обладают величиной 0,03–0,3 мкм.
Размножение фагов
Фаги атакуют только молодые активные бактерии, внутри которых эти фаги могут размножаться. Атакованные бактерии подвергаются дезинтеграции с выделением новых фагов в количестве 10–200 на одну бактериальную клетку, которые атакуют новые бактерии.
Фаг прикрепляется к поверхности хозяина (1) и вводит свою ДНК в бактериальную клетку.
Клеточный “механизм” синтезирует новые фаговые ДНК и белки (2; 3). Новые фаги объединяются внутри бактериальной клетки (4), которая затем подвергается лизису (5) с последующим выделением созревших фагов.
Заключительные замечания
Огромное разнообразие бактерий, дрожжей и плесеней и широкий диапазон их активности чрезвычайно важны для жизни на Земле вообще и для человечества в частности.
Микроорганизмы, находящиеся в почве и воде, напрямую связаны с распадом имеющихся в них источников органических питательных веществ до тех форм, которые могут быть ассимилированы растениями. Этим самым данные микроорганизмы косвенно оказывают услугу всему животному миру, включая человека.
В то же самое время человек непосредственно извлекает большую пользу, используя некоторые виды микроорганизмов. Например, молочнокислые микроорганизмы могут применяться для консервирования силоса корма (силоса) для домашнего скота. Этот же принцип используется и в процессах приготовления некоторых пищевых продуктов, таких как квашеная капуста, зеленые маслины и огурцы.
Микроорганизмы имеют первостепенное значение в производстве многих молочных продуктов, примерами которых являются йогурт, сыр и кислосливочное масло. Подбор правильных типов микроорганизмов в этом случае представляет собой важный фактор повышения качества этих продуктов.
Микроорганизмы, применяемые в производстве молочных продуктов, обычно поставляются компаниями, которые специализируются на селекции микроорганизмов, составлении и производстве заквасок в строго контролируемых санитарных условиях. Используемые в молочной промышленности микроорганизмы называются заквасочными культурами. Они могут включать в себя различные микроорганизмы, образующие молочную кислоту при сбраживании лактозы в молоке. При этом важным является то, чтобы качество заквасочных культур сохранялось после доставки их на молочное предприятие, что обеспечивается поддержанием высоких стандартов санитарии на всех стадиях технологической цепочки.
В рассматриваемом контексте необходимо упомянуть, что молоко может содержать остатки антибиотиков, используемых для лечения коров. Наиболее часто встречающимся из этих антибиотиков является пенициллин. Несмотря на то что различного рода предписания не рекомендуют поставлять на молочные предприятия молоко коров, для лечения которых использовались антибиотики, в сборном молоке можно обнаружить антибиотики в количествах, достаточных для приостановки или замедления роста применяемых заквасочных культур. Еще более серьезным является то, что дети, потребляющие молоко, содержащее антибиотики, могут стать гиперчувствительными к вводимым в случае необходимости антибиотикам. Кроме того, антибиотики способны спровоцировать у детей различные заболевания пищеварительной системы.
Сырое цельное или в большинстве случаев обезжиренное молоко, предназначенное для приготовления закваски, пастеризуют при температуре 90°С в течение 30 мин. Использование ужесточенных режимов пастеризации в данном случае объясняется необходимостью уничтожения бактериофагов, обычно присутствующих в сыром молоке. Что произойдет, если этого не будет сделано или если данное молоко затем будет повторно загрязнено фагами. За определенный промежуток времени одна “неинфицированная” бактерия за две генерации с делением клеток дает четыре новые бактерии, в то время как один бактериофаг образует в общей сложности 22 500 новых фагов. Этот факт легко объясняет то, что кривая роста заквасочной культуры, инфицированной фагом, через некоторое время неожиданно обрывается.
Нельзя не упомянуть о патогенных микроорганизмах – одних из наиболее жестоких врагов человечества. Несмотря на то что патогенные микроорганизмы составляют лишь малую часть от общей численности микробов, наносимый ими вред является более чем очевидным. Практически во всем мире правительствами приняты постановления, требующие проведения пастеризации молока, поступающего в реализацию. Типичный режим пастеризации – выдержка 15–20 сек. при температуре 72°С – позволяет уничтожить в молоке все патогенные микроорганизмы. Необходимым условием является также и то, чтобы работники, непосредственно участвующие в производственном процессе, не являлись носителями каких-либо заболеваний, в противном случае возможен перенос инфекции в уже пастеризованное молоко перед его упаковыванием.
Сбор и приемка молока
Молоко с фермы или низового завода поступает на молочный завод для переработки. Во всем мире использовались и продолжают использоваться самые различные виды контейнеров для молока – от бутылок и крынок емкостью 2–3 литра до современных промышленных резервуаров-холодильников на тысячи литров молока.
Раньше, когда молочные заводы были небольшими, сбор молока осуществлялся с близлежащих ферм.
Содержание микроорганизмов в молоке можно было контролировать посредством минимального охлаждения, поскольку расстояния были короткими, а молоко собиралось ежедневно.
В настоящее время сохраняется тенденция к созданию все более крупных молочных заводов. Существует потребность в расширении производства без снижения качества конечной продукции. Необходимо перевозить молоко на дальние расстояния, а это означает, что не может быть и речи о ежедневном сборе молока. Сегодня сбор молока производится через день, но эти интервалы могут составлять три, а иногда даже четыре дня.
stydopedia.ru
Физиология роста дрожжей - Справочник химика 21
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
chem21.info
Размножение и рост дрожжей
Типичным способом размножения дрожжей является почкование, и поэтому их еще назы-
________________________________ 91©
вают почкующимися грибами. При почковании из материнской клетки образуется маленькая пузырьковая выпуклость, в которую переходит часть цитоплазмы, а также дочернее ядро, образующееся путем деления. У одних некоторых штаммов дрожжей материнская и дочерняя клетки отделяются друг от друга, причем на материнской клетке остается почечный рубец (рис. 1.23). У других штаммов клетки остаются взаимосвязанными и образуют почечные сообщества.
Если микроорганизмы перенести в свежий питательный раствор, как это происходит, например, при засеве сусла дрожжами на пивоваренном заводе, то последние начинают расти. Этот рост характеризуется определенными закономерностями — различают шесть фаз роста, протекающих с различной скоростью (рис. 1.24).
Латентная,или индукционная фаза.В этой фазе, называемой также фазой разбега, происходит активизация обмена веществ. Длительность этой фазы сильно варьирует. Она зависит от вида микроорганизма, возраста культуры и от условий выращивания. Эта фаза, называемая также лаг-фаза (lag-phase), заканчивается с началом деления клеток, («lag» по-английски — отставание, задерживание - Прим. ред.)
Фаза ускорения.В этой фазе, примыкающей к латентной, скорость деления клеток возрастает с ускорением.
| Рис. 1.23. Почкующаяся дрожжевая клетка. Хорошо заметны почечные рубцы. Фото: д-р Inge Russel, Labatt Brewing Co |
Экспоненциальнаяфаза. В этой фазе экспоненциального или логарифмического
Рис. 1.24.Фазы размножения дрожжей:
1 — латентная фаза; 2 — фаза ускорения; 3 — экспоненциальная фаза; 4 — фаза замедления; 5 — стационарная фаза; 6 — фаза отмирания
размножения, для краткости называемой лог-фазой (log-phase), скорость размножения постоянна и максимальна. Время генерации, то есть отрезок времени, за которое число клеток удваивается, достигает в этой фазе своего минимума. Для дрожжей в типичных для пивоварения условиях размножения он составляет несколько часов.
Фаза замедления. В результате действия различных факторов — например, обеднения субстрата питательными веществами или насыщения тормозящими рост продуктами обмена веществ — лог-фаза ограничена по времени и переходит в фазу замедления с убыва-. ющей скоростью размножения.
Стационарная фаза. В заключительной, стационарной фазе число микроорганизмов остается постоянным. Устанавливается равновесие между числом вновь образующихся и отмирающих клеток.
Фаза отмирания. В этой, последней, фазе число погибающих клеток превышает число образующихся путем размножения, и общее число клеток сокращается.
На длительность и интенсивность отдельных фаз роста существенно влияют субстрат, температура и физиологическое состояние дрожжей. Субстрат должен содержать все необходимые для их роста питательные вещества. Так же существенны состав воды, рН и концентрация кислорода в субстрате.
Вода — главная составная часть живой материи и играет в жизнедеятельности микроорганизмов чрезвычайно важную роль. В общем, микроорганизмы могут развиваться только в субстратах, содержащих как минимум 15% воды. Микроорганизмы отличаются друг от друга в отношении оптимально-
го значения рН. Дрожжи предпочитают расти в кислых растворах. О значении снабжения кислородом для роста дрожжей уже было сказано выше. На пивоваренных предприятиях росту дрожжей способствует аэрация сусла перед введением дрожжей.
На рост микроорганизмов решающим образом влияет и температура. Каждый вид микроорганизмов отличается своей оптимальной для развития температурой, при которой латентная фаза и время генерации минимальны. Однако рост дрожжей возможен не только при оптимальной температуре, но может происходить и в более или менее относительно широком диапазоне температур. Для дрожжей рода Saccharomyces она лежит в области температур от 0 до 40 °С, а оптимум составляет около 25-30 °С.
Физиологическое состояние клеток микроорганизмов, возраст, состояние питательной среды питания — все эти факторы сильно влияют на продолжительность латентной фазы. Очень быстрая активация обмена веществ происходит у тех дрожжевых клеток, которые в экспоненциальной фазе роста были перенесены в свежий субстрат. В условиях пивоваренного предприятия это означает, что быстрое наступление брожения легче всего достичь с теми дрожжами, которые отбираются в стадии главного брожения и без промежуточного хранения вводятся в готовое сусло.
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 134 | Нарушение авторских прав
Читайте в этой же книге: Круговорот воды | Забор подземных вод | Забор поверхностных вод | Требования к питьевой воде | Химически неактивные ионы и химически активные ионы. | Способы удаления взвешенных частиц | Декарбонизация | С помощью хлорирования | Способы деаэрации воды | Строение и состав дрожжевой клетки |mybiblioteka.su - 2015-2018 год. (0.054 сек.)mybiblioteka.su
Стадии жизнидеятельности дрожжей
Стадии роста дрожжей
|
1. После 9 часов ферментации
в колбе 1 наблюдается забел в опытных образцах
брожение перешло в стадию низких завитков.
2. После 24 часов ферментации в контрольных образцах наблюдалось равномерное брожение на стадии низких завитков, но в опытных образцах наблюдалась кипящее брожение была стадия высоких завитков 3. После 50 часов ферментации видно, что в опытных колбах пены почти не наблюдалось – формирование деки 4. После 82 часов ферментации . По внешнему виду было видно, что в опытных образцах главное брожение уже прошло, - пиво было прозрачным, а на дне был плотный осадок дрожжей и... В контрольных образцах напротив брожение еще продолжалось, пиво было мутным на поверхности была еще пена. |
Saccharomyces cerevisiae -штаммы дрожжей верхового и низового брожения хотя и относятся согласно современной классификации к одному роду и виду Saccharomyces cerevisiae, имеют существенные различия по морфологическим, физиологическим и ряду производственно важных признаках. Далее... |
| СолодОсновное сырье для производства пива — светлый солод, используемый для получения практически всех типов пива: от светлого типа Пилзнер (Pilsner) до темного, почти черного пива типа Стаут (Stout). Далее... | |
| Водаосновным компонентом пива, содержание которого превышает 90% его массы, - вода и поэтому ее следует отнести к основному виду технологического сырья. При этом необходимо иметь в виду, что вода, используемая в производстве пива, не является чистым химическим веществом; она характеризуется определенными органолептическими и физико-химическими свойствами, которые существенно Далее... | |
| ХмельИспользование хмеля в пивоварении связано главным образом с тем, что он придает пиву специфический горький вкус (за счет того, что альфа-кислоты во время кипячения сусла с хмелем изомеризуются в растворимые изо-альфа-кислоты) и аромат, который сообщают пиву эфирные масла хмеля. Хмель участвует в коагуляции белков при кипячении сусла и обладает бактериостатическими свойствами, Далее... Продажа велосипедов в Санкт-Петербурге.Велосипеды Stels на velikspb.ru Stels Navigator велосипеды |
Чрезмерное употребление пива может повредить вашему здоровью
neobeer.narod.ru
 |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
 Пример видео 3 |  Пример видео 2 |  Пример видео 6 |  Пример видео 1 |  Пример видео 5 |  Пример видео 4 |
Администрация муниципального образования «Городское поселение – г.Осташков»