Материал: Меледина Т.В., Давыденко С.Г. Дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Морфология, химический состав, метаболизм

кроцина. Предполагается, что действие этих химических стимуляторов роста, являющихся активными переносчиками кислорода, обусловлено их участием в окислительно-восстановительных процессах.

Химические и биологические стимуляторы применяются более широко, чем физическое воздействие на клетки.

7.4. ИСТОЧНИКИ СТИМУЛЯТОРОВ РОСТА ДРОЖЖЕЙ

Стимуляторами роста дрожжей, по аналогии со стимуляторами роста растений, можно считать природные или синтетические вещества, стимулирующие либо рост, либо размножение клеток.

Поскольку дрожжи являются ауксотрофами по биотину, пантотеновой кислоте, рассмотрим источники этих витаминов, которые могут быть использованы в дрожжевой промышленности.

Кукурузный экстракт является отходом крахмалопаточной промышленности. Он является источником биотина. В табл. 7.1 приведен его состав.

Гидролизаты дрожжей. Для стимуляции роста пекарских дрожжей подходят гидролизаты дрожжей, полученные на субстратах гидролизно-дрожжевых, спиртовых, пивоваренных. ацетонобутиловых и сульфитно-щелоковых производств. Гидролизаты дрожжей содержат до 5,54 мг биотина/кг и 1,4 г инозита/кг СВ кормовых дрожжей.

Таблица 7.1

Состав кукурузного экстракта

81

Детиобиотин. Биотин является дорогим препаратом, который получают путем микробиологического синтеза. Поэтому в качестве источника биотина используют детиобиотин – предшественник биотина, который при наличии в питательной среде источника серы достраивается до биотина.

Несмотря на кажущийся простым химизм реакции достройки молекулы детиобиотина в биотин, биохимия процесса неизвестна. Пока обнаружено наличие только ферментной системы, катализирующей этот процесс, а также условия, при которых проявляется ее максимальная активность: pH = 8,0 , t = 35 °С, интенсивная аэрация. Кроме того, стимулирующий эффект от детиобиотина зависит от активности препарата, которая уменьшается во время хранения.

В анаэробных условиях активность детиобиотина составляет от 40 до 50 % активности биотина. В условиях интенсивной аэра-

ции – 100 %.

8. ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТАБОЛИЗМ ДРОЖЖЕЙ И СИНТЕЗ КЛЕТОЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ

8.1. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Температура влияет на скорость клеточных реакций, природу метаболизма, пищевые потребности и состав биомассы, на уровень РНК, белка, липидный и углеводный состав клеток, например, при одной и той же скорости роста содержание РНК в дрожжах при снижении температуры увеличивается в несколько раз. В зависимости от температуры также колеблется содержание белка в дрожжах. Эти изменения обусловлены природой лимитирующего субстрата. При повышении температуры снижается содержание ненасыщенных жирных кислот (ННЖК). Поэтому при переходе на новые технологии перед началом процесса главного «теплого» брожения возникла необходимость изменения технологии получения ЧК и аэрирования сусла.

Изменение температуры роста может оказать влияние на условие превращения глюкозы, т.е. на химический состав культуральной

82

жидкости. Отмечалось, что с уменьшением температуры снижается экономический коэффициент, рассчитанный по магнию, калию и фосфатам, что объясняется увеличением содержанием РНК в биомассе. Изменение температуры часто сопровождается изменениями потребности микроорганизмов в факторах роста, которые являются, как правило, активной частью ферментов.

Установлено, что для S.cerevisiae при температуре 38 °С потребность клеток в пантотеновой кислоте значительно превышает потребность дрожжей в этом витамине, чем при температуре 30 °С.

Температура влияет также на синтез вторичных метаболитов, что особенно важно в пивоварении и виноделии, причем этот процесс может отличаться от влияния температуры на рост и размножение дрожжей.

Скорость химических реакций связана с температурой, что отражено в уравнении Аррениуса, которое после логарифмирования имеет следующий вид:

lnK = lnА – Е/RT,

где K – скорость реакции; R – газовая постоянная; Т – абсолютная температура; А – константа, зависящая от частоты образования активированных комплексов реагирующих соединений; Е – константа, называемая энергией активации.

Ввиду того что скорость протекания реакций в дрожжевой клетке прежде всего отражается на удельной скорости их роста, а величины А, Е и R постоянные, можно считать , что ln µ= f(1/Т). Очень важным является показатель энергии активации, значение которого постоянно в пределах оптимальной температуры роста для каждого вида микроорганизма, но увеличивается при переходе к низким и высоким температурам. Показано, что температурный диапазон роста грибов, к которым относятся и дрожжи, составит около 30 °С.

8.2. ДЕЙСТВИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДОРОДНЫХ ИОНОВ

Как и температура, величина рН оказывает влияние на мета-

болизм дрожжей, что отражается на выходе биомассы, скорости роста клеток и синтезе вторичных метаболитов. Значение рН влияет на

83

природу конечного продукта сбраживания сахаров: при кислых значениях рН образуется этиловый спирт, при щелочных – глицерин и уксусная кислота. При оксидативном метаболизме, так же как и при гликолизе, на среде с сахарозой оптимальным значением рН можно считать то, которое способствует проявлению максимальной активности фруктофуранозидазы 4,6. В солодовом сусле эта величина должна соответствовать значению рН для ферментов пермеаз, осуществляющих перенос мальтозы и мальтотриозы в клетку.

Величина рН влияет на диссоциацию кислот и оснований, следовательно, она оказывает влияние на перенос питательных веществ внутрь клетки, а также на степень токсичности ингибиторов роста. Недиссоциированные вещества, например, органические кислоты, обладают более высокой растворимостью в липидах, чем ионизированные формы, и поэтому снижение рН способствует большему проникновению кислот в клетку. Следовательно, увеличение содержания летучих кислот, которые являются показателем качества мелассы, отрицательно сказывается на интенсивности размножения дрожжей. Величина рН также может воздействовать на конформацию молекул ферментов и изменять как первичный, так и вторичный метаболизм дрожжей.

Показатель концентрации водородных ионов может существенно изменяться в процессе культивирования, что определяется буферностью питательных сред: она максимальна для мелассного сусла стандартного качества, затем идет солодовое сусло, очень сложно поддерживать уровень рН при культивировании на синтетической среде. Снижение рН и увеличение титруемой кислотности наиболее интенсивно происходит при аэробном культивировании дрожжей. Для того чтобы этого избежать, необходимо в процессе культивирования дозировать вещества, которые могут стабилизировать уровень изменения рН в желаемых границах. Обычно для этой цели при производстве хлебопекарных дрожжей используется аммиачная вода (раствор NН+4ОН) и ортофосфорная кислота, а при производстве пива – молочная кислота.

84

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Бекер М.Е., Дамберг Б.Э., Рапопорт А.И. Анабиоз микро-

организмов. – Рига.: Зинатне, 1981. – 253 с.

2.Бирюзова В.И. Ультраструктурная организация дрожжевой клетки. – М.: Наука, 1993. – 224 с.

3.Ленинджер А. Биохимия. Молекулярные основы структуры

ифункций клетки. – М.: Мир, 1976. – 957 с.

4.Котык А., Яначек К. Мембранный транспорт. – М.: Мир, 1980. – 341с.

5.Кретович В.Л. Биохимия растений. – М.: Высш. шк., 1986. –

503 с.

6.Перт С. Дж. Основы культивирования микроорганизмов

иклеток. – М.: Мир, 1978. – 331с.

7.Шлегель Г. Общая микробиология. – М.: Мир, 1987. – 567 с.

8.Reed G., Peppier H. Yeast technology // J.N.C. 1973. Part 5. P. 53 –102.

9.Suomalalnen H., Оura E. Yeast nutrition and solute uptake//Jn: The Yeast. Helsinku. 1971. V. 2. P. 3–74.

85