Будова та життєдіяльність дріжджів

Згідно з класифікацією дріжджі відносяться до мікроскопічних грибів царства Mycota. Вони є одноклітинні нерухомі мікроорганізми невеликого розміру - 10-15 мкм. Незважаючи на зовнішню схожість дріжджів із великими видами бактерій, до грибів їх відносять завдяки своїй ультраструктурі клітин та методам розмноження.

Мал. 1. Вид дріжджів на чашці Петрі.

Місце проживання дріжджів

Часто в природних умовах дріжджі зустрічаються на субстратах, багатих на вуглеводи і цукри. Тому їх зустрічають на поверхні плодів та листя, ягід та фруктів, на ранових соках, у нектарі квіток, у мертвій рослинній масі. Крім того їх знаходять у ґрунтах (наприклад, у підстилці), воді. Дріжджові організми пологів Candida або Pichia часто виявляють серед кишечника людини і багатьох видів тварин.

Мал. 2. Місце проживання дріжджів.

Склад клітин дріжджів

У всіх дріжджових клітинах міститься близько 75% води, на 50-60% - це пов'язана внутрішньоклітинна, а решта 10 - 30% - звільнена. У сухій речовині клітини в залежності від віку та стану в середньому міститься:

Крім цього, клітини включають ряд важливих компонентів, необхідних для їх метаболізму - ферменти, вітаміни. Ензими дріжджових організмів є каталізаторами різних видів бродіння та дихальних процесів.

Мал. 3. Клітини дріжджових організмів.

Будова клітини дріжджів

Дріжджові клітини мають різну форму: еліпсів, овалів, паличок, куль. Розмірність також буває різною: часто довжина становить 6-12 мкм, а ширина 2-8 мкм. Це залежить від умов їх проживання або культивування, поживних компонентів та факторів довкілля.Найбільш стабільні за властивостями молоді дріжджі, тому характеристику та опис видів проводять саме за ними.

Дріжджові організми мають усі стандартні компоненти, властиві еукаріотичним клітинам. Однак, крім цього, мають унікальні відмітні властивості грибів і поєднують в собі ознаки клітинних структур рослин і тварин:

• стінки ригідні, як у рослин,
• немає хлоропластів і є глікоген, як у тварин.

Мал. 4. Різноманітність видів дріжджів: 1 - пекарські (Saccharomyces cerevisiae); 2 - мечниковія найпрекрасніша (Metschnikowia pulcherrima); 3 - кандида земляна (Candida humicola); 4 - родоторула клейка (Rhodotorula glutinis); 5 - родоторула червона (R. rubra); 6 - родоторула золотиста (R. aurantiaca); 7 - дебаріоміцес Кантареллі (Debaryomyces cantarelli); 8 - криптокок Лавра (Cryptococcus laurentii); 9 - надсонія довгаста (Nadsonia elongata); 10 - спороболоміцес рожевий (Sporobolomyces roseus); 11 - спороболоміцес хольсатікус (S. holsaticus); 12 - родоспорідіум діобоватум (Rhodosporidium diobovatum).

Клітини містять мембрани, цитоплазму, а також такі органоїди, як:

• ядро;
• Гольдж апарат;
• Мітохондрії клітин;
• рибосомний апарат;
• жирові включення, зерна глікогену, і навіть валютин.

Окремі види мають у складі пігменти. У молодих дріжджів цитоплазма є гомогенною. У процесі зростання всередині них з'являються вакуолі (органічні та мінеральні компоненти, що містять). У процесі зростання спостерігається утворення зернистості, відбувається збільшення вакуолей.

Як правило, оболонки включають декілька шарів з включеними полісахаридами, жирами та компонентами, що містять азот.Деякі з видів мають ослизлу оболонку, тому часто клітини склеєні між собою і в рідинах утворюють пластівці.

Мал. 5. Будова клітини дріжджових організмів.

Дихальні процеси дріжджів

Для дихальних процесів дріжджовим клітинам потрібен кисень, але багато їх видів (факультативно-анаеробні) можуть обходитися тимчасово і без нього і отримувати енергію від процесів бродіння (безкисневе дихання), утворюючи при цьому спирти. У цьому полягає одна з головних їх відмінностей від бактерій:

серед дріжджів немає представників, здатних жити абсолютно без кисню.

Процеси дихання з киснем енергетично вигідніше для дріжджів, тому при його появі клітини завершують бродіння і переходять на кисневе дихання, виділяючи при цьому вуглекислий газ, що сприяє швидшому зростанню клітин. Такий ефект має назву Пастера. Іноді при великому вмісті глюкози спостерігається ефект Кребтрі, коли навіть якщо є кисень, клітини дріжджів її зброджують.

Мал. 6. Дихання дріжджових організмів.

Чим харчуються дріжджі

Багато дріжджі-хемоорганогетеротрофні, і для того, щоб отримати енергію для живлення та отримання енергії використовують органічні поживні компоненти.

У безкисневих умовах для свого харчування дріжджі вважають за краще використовувати такі вуглеводи, як гексоза та синтезовані з неї олігосахариди. Деякі види можуть засвоювати інші види вуглеводів - пентозу, крохмаль, інулін. При доступі кисню вони здатні до споживання ширшого кола речовин, зокрема жирові, вуглеводневі, спиртові та інші. Такі складні види вуглеводів, як, наприклад, лігніни та целюлози, для засвоєння їм недоступні.Джерелами азоту їм, зазвичай, служать солі амонію і нітрати.

Мал. 7. Дріжджі під мікроскопом.

Що синтезують дріжджі

Найчастіше дріжджі продукують при обміні речовин різні види спиртів - більшу частину складають етилові, пропілові, ізоамілові, бутилові, ізобутилові види. Крім того, виявлено утворення летких жирних кислот, наприклад, виявлено синтез оцтової, пропіонової, олійної, ізомасляної, ізовалеріанової кислот. Крім цього, при життєдіяльності вони в невеликих концентраціях можуть виділяти в довкілля ряд речовин - сивушних олій, ацетоїнів, діацетилів, альдегідів, диметилсульфіду та інших. Саме з такими метаболітами часто пов'язують органолептичні властивості продуктів, що отримуються при їх використанні.

Процеси розмноження дріжджів

Відмінною особливістю дріжджових клітин є їхня можливість вегетативно розмножуватися, при порівнянні з іншими грибами, що відбувається як від брунькування спор або, наприклад, зигот клітин (як, наприклад, пологів Candida або Pichia). Частина дріжджів можуть реалізовувати процеси статевого розмноження, що містять міцеліальні стадії, коли спостерігається утворення зиготи і подальша її трансформація в сумку спорами. Деякі дріжджі, що утворюють міцелій (наприклад, пологів Endomyces або Galactomyces) здатні до розпаду на окремі клітини – артроспори.

Мал. 8. Розмноження дріжджів.

Від чого залежить зростання дріжджів

Процеси зростання дріжджових організмів залежить від різноманітних чинників довкілля – температури, вологості, кислотності, осмотичного тиску. Більшість дріжджів віддають перевагу середній температурі, серед них практично немає видів-екстремофілів, які вважають за краще надто високу або, навпаки, низьку температуру. Відомо існування видів, здатних переносити несприятливі умови довкілля. Придушити зростання та розвиток деяких дріжджових організмів можна, використовуючи антибіотики.

Мал. 9. Виробництво дріжджів.

Чим корисні дріжджі

Часто дріжджі застосовуються у домашньому господарстві чи промисловості. Людина вже давно почала їх використання для своєї життєдіяльності, наприклад, при приготуванні хліба та напоїв. Сьогодні їх біологічні здібності застосовуються при синтезі корисних речовин – полісахаридів, ферментів, вітамінів, органічних кислот, каротиноїдів.

Мал. 10. Bіно - продукт, що отримується за рахунок діяльності дріжджів.

Застосування дріжджів у медицині

Дріжджі використовують у біотехнологічних процесах під час виробництва лікарських речовин — інсулін, інтерферон, гетерологічні білки. Медики часто прописують пивні дріжджі ослабленим людям при алергічних захворюваннях. Застосовують їх у косметологічних цілях для зміцнення волосся, нігтів, поліпшення стану шкіри.

Мал. 11. Дріжджі у косметології.

Крім того, серед дріжджів зустрічаються види (наприклад, Saccharomycesboulardii), здатні підтримувати та відновлювати мікрофлору шлунково-кишкового тракту, а також знімають симптоми та ризик виникнення діарей та знижують скорочення мускулатури у пацієнтів із синдромами подразненого кишечника.

Чи існують шкідливі дріжджі?

Відомо, що розмноження дріжджів у продуктах харчування здатне викликати їх псування (наприклад, відбуваються процеси спучування, зміни запахів та смаків).Крім того, за даними фахівців-мікологів, серед них бувають патогенні, здатні викликати різні порушення живих організмів, а також низку серйозних хвороб людей, у яких ослаблений імунітет.

Серед хвороб людини виділяють, наприклад, кандидози, викликані дріжджами Candida, і криптококоз, збудником якого служить Cryptococcusneoformans. Показано, що ці патогенні види дріжджів часто бувають нормальними мешканцями мікрофлори людини і активно розмножуються саме при ослабленні, при отриманні різних травм, при виникненні опіків, після хірургічних втручань, при тривалому прийомі антибіотиків, іноді у маленьких або, навпаки, літніх людей.

Що таке дріжджі та чому їх не треба боятися?

Дріжджі випускаються у трьох видах: традиційні пресовані (на фото), рідка суспензія (дріжджове молоко) та сушені. З погляду споживчих властивостей різниці між ними практично немає, але російські хлібозаводи воліють рідкі та пресовані дріжджі, а сушені зручніше у побуті.

Біотехнології — слово новомодне, проте використовувати мікроорганізми у своїх господарських потребах людина навчилася тисячі років тому. Йдеться, звичайно, про дріжджі, без яких ні виноробство, ні пивоваріння, ні хлібопечення було б неможливим. То що таке дріжджі? Як вони були «одомашнені»? Як виробляються промисловим способом? Чи правда, що дріжджовий хліб небезпечний? Спробуємо розібратися.

Візьміть у руку немите сливу чи виноградинку. Бачите білий наліт? Безліч мікроскопічних ласунів знаходяться на поверхні ягід. У певній фазі життєдіяльності вони здатні викликати бродіння: поїдати цукру та виділяти при цьому спирт та вуглекислий газ.Хоча для потреб хлібопечення ми й купуємо спеціально вироблені дріжджі, загалом кажучи, ці мікроорганізми аж ніяк не є якимось рідкісним видом — вони існують довкола нас.

Невпізнане життя

Якби вони не були так поширені, доленосна зустріч людини з дріжджами могла й не статися, і хто знає, як це вплинуло б на розвиток людської цивілізації. А так, завдяки тому, що дріжджі живуть і на злакових культурах, і на шишечках хмелю, пиво стало одним із найдавніших харчових продуктів — його варили, мабуть, ще 10 000 років тому. Пізніше, у II тисячолітті до н. з'явилося дріжджове тісто. Обидва продукти метаболізму дріжджів припали до людства дуже до речі: алкоголь став одним з найдавніших і найпопулярніших у світі наркотиків, а вуглекислий газ насичував пиво бульбашками і відмінно розпушував тісто, надаючи йому пишність і збільшуючи його в обсязі.

Як, напевно, багато хто знає, дріжджі — це гриби, але гриби незвичайні. На відміну від мухоморів та сироїжок, вони не утворюють специфічного вегетативного тіла – міцелію – і існують в одноклітинній формі. Всього дріжджів налічується близько 1500 видів, і вони відносяться до двох великих груп - аскоміцети та базидіоміцети.

Процес розмноження дріжджових клітин складається з кількох лабораторних та промислових етапів. З пробірки ємністю 10 мл, що містить у собі невелику популяцію дріжджових клітин серед стерильної середовища, у результаті виходить кілька десятків тонн дріжджів.

Використовуючи дріжджі тисячоліттями люди до порівняно недавнього за історичними мірками часу навіть не підозрювали, з чим вони, власне, мають справу.Дріжджі зумів розглянути у мікроскоп Антоні ван Левенгук у 1680 році, але так і не зрозумів, що перед ним живі організми. Довести зв'язок спиртового бродіння з життєдіяльністю мікроскопічних грибів зумів лише Луї Пастер у 1857 році.

Все це, однак, не завадило протягом тисячоліть покращувати культури дріжджів шляхом збереження вдалих заквасок. Стихійна селекція змінилася спрямованою (якраз після відкриття Пастера) і сьогодні над удосконаленням штамів дріжджів працюють лабораторії наукових інститутів та харчових компаній.

Гриби у банку

Якщо виноробством і пивоварінням в домашніх умовах займаються лише окремі ентузіасти, то хлібопечення з використанням дріжджів трапляється іноді майже в кожному будинку, тому саме хлібопекарські дріжджі є для нас найбільш цікавим продуктом. Про те, як розробляються та виробляються хлібопекарські дріжджі, а також про деякі пов'язані з ними міфи «ПМ» поговорила з Віталієм Висоцьким — директором Воронезького дріжджового заводу, що входить до групи Lesaffre.

«Селекцією та дослідженнями штамів дріжджових культур займається особливий науковий підрозділ групи Lesaffre, – каже Віталій Висоцький. — Одні культури можуть добре працювати, наприклад, зі здобним тестом, інші з іншими видами тесту. Штами дріжджових клітин відтворюють у чистому вигляді. Це ноу-хау компанії, і їх зразки зберігаються за низьких температур у спеціальному банку-сховищі в місті Марк-ан-Бароль. Саме з цього сховища на підприємства групи надходять пробірки, що містять охолоджене стерильне (тобто очищене від інших мікроорганізмів) середовище та всього кілька грамів дріжджових клітин точно ідентифікованого виду.Виробництво дріжджів у тому, що з кількох етапів розмноження невелика населення дріжджових клітин із пробірки породжує дріжджі у товарних кількостях (сотні тонн)».

Примус до розмноження

Населення грибів зазнає кілька стадій розмноження. Перші дві проводять у стерильних умовах лабораторії. Спочатку з 10 мл виходить 500 мл. Потім з 500 мл - 10 л середовища, що містить дріжджові клітини.

Ці 10 л вже потрапляють на виробничу ділянку. Початковий етап полягає у виробництві чистої культури — так званих материнських дріжджів, збирання яких складає вже кілька сотень кілограмів. Далі в ході першої генерації та товарної генерації дріжджова маса збільшується до кількох десятків тонн.

Цікаво, що процес виробництва дріжджів знаходиться у свого роду протифазі по відношенню до їх практичного застосування.

«Дріжджі мають як аеробний, так і анаеробний способи життєдіяльності, — пояснює Віталій Висоцький. — Відсутність кисню (як, наприклад, у тісті чи рідині) організм дріжджової клітини націлений на виживання, а не на розмноження. Саме в цій фазі клітина виділяє велику кількість алкоголю та вуглекислого газу, так що по-справжньому корисний для нас саме анаеробний спосіб. Однак при виробництві дріжджів треба, щоб клітини активно розмножувалися, а для цього їм потрібні не лише поживні речовини, а й кисень».

Дріжджі, зокрема гриби із сімейства цукроміцетів, які використовуються в хлібопеченні, розмножуються вегетативним чином за допомогою брунькування. Спочатку з'являється виріст на материнській клітині, потім відбувається мітотичний поділ ядра, утворення клітинної стінки та відділення клітин один від одного.На материнській клітині залишається шрам від брунькування, що дозволяє визначити її вік.

Процес виробництва - це створення і контроль сприятливих умов для розмноження дріжджів. Ці умови - наявність достатнього харчування і доступ кисню. клітка мала все необхідне для будівництва нирки.

Отже, для виробництва дріжджів треба підготувати живильне середовище, помістити в неї дріжджі і, у міру того як дріжджі будуть поглинати речовини з живильного середовища, додавати харчування і продувати всю цю масу киснем повітря. - Відокремити дріжджові клітини від середовища. формування кінцевого продукту

Традиційним кінцевим продуктом у нас у Росії, та й взагалі у світі, є пресовані дріжджі. містять у собі 32% дріжджових клітин та 68% води.

Дріжджі випускаються в трьох видах: традиційні пресовані (на обкладинці), рідка суспензія (дрожжеве молоко) і сушені. ті, що стійкіші до фінальної стадії виробництва - сушінню.Сушіння (зневоднення) - це екстремальний вплив на клітину, і не всі культури здатні його витримати. Продукт проходить стадію пресованих дріжджів, які потім видавлюються через екструдер тонкими вермишелінками. Після цього їх дрібно нарізають та відправляють у сушильний апарат. Там за допомогою теплого повітря, що нагнітається, дріжджі зневоднюють. На цьому процес закінчується, продукт готовий до упакування.

Бездрожжева міфологія

Специфіка сучасного інформаційного поля така, що найчастіше як інструмент залучення уваги публіки використовуються звані страшилки. Розрахунок робиться на те, що страх це саме та емоція, яка змусить людину виділити ту чи іншу новину в нескінченному та насиченому інформаційному потоці. Особливо популярні одкровення про шкоду тих чи інших харчових продуктів. Людей лякають генномодифікованими овочами та фруктами, консервантами та смаковими добавками. У цей ряд потрапили і звичайні хлібопекарські дріжджі, які нібито завдають шкоди мікрофлорі кишечника, потрапляючи всередину нашого організму разом із хлібопродуктами.

Один із міфів пов'язаний із так званими термофільними дріжджами, які, мовляв, можуть пережити температуру випічки і потім потрапити до нашої травної системи живцем. Як альтернатива пропонуються різного роду бездрожжеві закваски. Як завжди, джерелом такого роду «гіпотез» виступають не біологи та виробничники, а деякі ентузіасти «здорового харчування» різних професій.

Фахівці групи Lesaffre вважають усі ці міркування непрофесійними та сміховинними. По-перше, жодних «термофільних дріжджів», здатних пережити випічку, не існує у природі.До кінця випічки в центрі м'якуші хлібобулочного виробу температура досягає +96-98°С. При температурі +50° починається пригнічення життєдіяльності дріжджових клітин, а при +55° білок, що знаходиться в них, денатурується, і дріжджові клітини гинуть.

По-друге, уникнути потрапляння живих дріжджів до організму неможливо. Як уже говорилося, дріжджі не лише продаються в магазинах, а й живуть довкола нас. Мікроскопічні гриби обов'язково будуть з'їдені нами разом із фруктами та іншою рослинною їжею. Існує, наприклад, «народна» альтернатива магазинним дріжджам у вигляді звичайної води, що настояна на родзинках. Насправді альтернатива ця уявна, тому що покупні дріжджі замінюються тими ж дріжджами, тільки інших видів, що населяють поверхню сушеного винограду. До речі, якщо просто з'єднати борошно з водою, замістити тісто і поставити його в тепло, через деякий час там все одно почнеться дріжджове бродіння, бо борошно містить безліч мікроорганізмів, у тому числі дріжджових клітин. Інша річ, що культурні штами, що пройшли спрямовану селекцію, дадуть передбачуваний результат, а ось інші види дріжджів, взяті з навколишнього середовища, особливо у поєднанні з іншими мікроорганізмами, можуть надати тесту небажаних смакових та органолептичних якостей.

По-третє, якщо не говорити про суто хімічні розпушувачі тесту, то пропоновані біологічні бездрожжеві закваски такими на 100% не є. Справді, у хлібопеченні, наприклад під час виготовлення житнього хліба, здавна використовувалися закваски з урахуванням кисломолочних бактерій. Але насправді вони є симбіозом бактерій і тих же дріжджових клітин.Кисломолочні бактерії власними силами не можуть забезпечити достатнє газоутворення для швидкого насичення тесту вуглекислим газом.

Сухі чи мокрі?

Останнє питання, яке ми поставили директору Воронезького дріжджового заводу, напевно, не раз ставили собі всі домашні пекарі. У чому відмінність пресованих (вологі) дріжджів від сушених, які виробляються не в брикетах, а в дрібних гранулах?

«З погляду споживчих властивостей різниці немає, і ми випускаємо дріжджі у всіх формах, – каже Віталій Висоцький. — Але ж є технологічна різниця. Для старих хлібопекарських підприємств краще пресовані дріжджі, оскільки саме під них вибудовано технологію їх роботи. Головний недолік пресованих дріжджів - необхідність зберігати їх за низької температури - в діапазоні від 0 до +4°С. При вищих температурах клітини переходять у активну фазу, починаються процеси життєдіяльності, що зумовлює подальшого підвищення температури брикету. Сушені дріжджі мають більший термін зберігання, причому умов їм створювати не потрібно – вони чудово зберігаються за кімнатної температури. До того ж вони зазвичай фасуються в дрібне впакування, що набагато зручніше у побуті».

Текст: Олег Макаров | Джерело: popmech