Хлібопекарські дріжджі - біологія

Як жарко занадто жарко для життя глибоко під дном океану?

Антибіотики від бактерій

Міграція клітин: нещодавно виявлена функція відомого білка

Молекулярний компас для вирівнювання клітин

Від чого листя старіє восени

Демократичність грифа-цесарки

Середовище Екембо: Люди також жили на відкритих ландшафтах

| Генетика | Сільське, лісове та тваринництво

Сорт пшениці був створений шляхом схрещування дикорослих трав

Як жарко занадто жарко для життя глибоко під дном океану?

Хлібопекарські дріжджі

Хлібопекарські дріжджі (Saccharomyces cerevisiae). Градусні позначки відповідають 1 мкм.

Хлібопекарські дріжджі, також Пивні дріжджі, (Син.: Хлібопекарські дріжджі, Гест); Баварський: Мікроб; (лат.-вісс. Saccharomyces cerevisiae) - зб., короткий дріжджі, належить до дріжджів (одноклітинних грибів) і є початковими дріжджами (англ. окулюючі дріжджі).

Як видно з наукової назви (лат. cerevisiae; "З пива"), їх походження у пивних дріжджах верхнього бродіння. Іноземна частина назви Сахароміцети знову походить з давньогрецької і означає "цукровий гриб".

Клітини Saccharomyces cerevisiae округлі до овальні, діаметром від п’яти до десяти мікрон і розмножуються в процесі бутонізації. S. cerevisiae також можуть бути у формі гіф [1] і утворювати аскоспори [2] .

історія

Найдавніші дані про використання дріжджів для виготовлення хліба походять із Стародавнього Єгипту. Можливо, суміш борошна та води залишали в теплому місці довше, ніж зазвичай, і дріжджі, що трапляються в природі, змушували тісто бродити перед випіканням. Отриманий хліб був легшим і смачнішим, ніж попередні тверді коржі. Використання закваски для випічки хліба в певному сенсі призвело до відбору, розведення та подальшого розвитку штамів дріжджів, хоча і без нашого сучасного розуміння мікробіології. З 18 століття пекарі отримують дріжджі верхнього бродіння з пивоварних заводів, що дозволило виробляти хліб із солодким бродінням, такий як булочки Кайзера. З дріжджами як розпушувачем можна виготовляти хліб з вишуканішим смаком, ніж із закваскою, яка містить не тільки дріжджі, а й молочнокислі бактерії тощо. беруть участь у бродінні. У середині 19 століття пивовари повільно переходили від дріжджів з верхнім бродінням до дрожжів з нижнім бродінням, але вони не підходять для виготовлення хліба однаково. В результаті великий попит призвів до промислового виробництва високоякісних хлібопекарських дріжджів поза процесом пивоваріння, вперше в 1846 р. В рамках "віденського процесу".

наук

Еукаріот Saccharomyces cerevisiae це як прокаріот Кишкова паличка модельний організм у молекулярно-біологічних та клітинно-біологічних дослідженнях. Через прості умови культивування та взаємозв’язок внутрішньої клітинної структури з іншими еукаріотичними клітинами рослинного та тваринного світу його використовують, наприклад, для вивчення клітинного циклу або розпаду білка. Saccharomyces cerevisiae був першим еукаріотичним організмом, послідовність основи нуклеїнової кислоти в геномі була повністю визначена. Геном складається з 13 мільйонів пар основ і 6275 генів. Гомологічні гени можуть бути знайдені в геномі людини для понад 23% генів у геномі дріжджів.

Корисний спосіб зробити це Saccharomyces cerevisiae Двогібридна система дріжджів діє не як модельний організм, а скоріше як інструмент для дослідження взаємодії білків.

Існує три основні бази даних про геном дріжджів. [3]

обмін речовин

Хлібопекарські дріжджі вважаються факультативно анаеробними. Це означає, що енергія може генеруватися або аеробно (з киснем) у формі клітинного дихання, або шляхом бродіння. Хлібопекарські дріжджі використовують майже виключно вуглеводи (цукор) як вихідні речовини для свого енергетичного обміну. Продуктами виділення є головним чином вуглекислий газ при диханні та етанол (спирт) при бродінні. Пропорції продуктів залежать від того, чи містить середовище, в якому ростуть дріжджі, кисень чи ні, а також концентрацію цукру в середовищі. При виробництві алкоголю та використанні його як розпушувача у випічці анаеробний метаболізм має вирішальне значення.

Позначення хлібопекарських дріжджів як факультативно анаеробних є не зовсім правильним, оскільки для біосинтезу ергостеролу необхідна невелика кількість елементарного кисню.

Якщо є більша кількість легкопридатних органічних речовин (особливо цукру), вони ферментуються, незважаючи на аеробне вирощування. Це явище відоме як ефект Крабтрі. Ефект Крабтрі зменшує ріст дріжджів, і тому, як правило, небажаний у виробництві дріжджів. Це можна звести до мінімуму за допомогою відповідної подачі субстрату (див. Процес подачі порцій).

Якщо пекарські дріжджі більше не мають цукру, окислення етанолу, що виробляється самостійно, киснем використовується як джерело енергії в оксидних умовах. Таким чином, дріжджі можуть продовжувати розмножуватися до тих пір, поки не буде інгібування через надмірну концентрацію етанолу або обмеження через брак інших поживних речовин (фосфатів, амінокислот).

Найкраща температура дріжджів для бродіння ("пагона") становить близько 32 ° C. Для розмноження дріжджів оптимальним є близько 28 ° C. За умови достатнього надходження поживних речовин та кисню (аеробного) маса дріжджів у культурі пивних дріжджів подвоюється приблизно за дві години, тому збільшення відбувається значно повільніше, ніж у багатьох видів бактерій. У випадку анаеробного бродіння розмноження відбувається значно повільніше. При температурі вище 45 ° С пекарські дріжджі починають гинути.

Хлібопекарські дріжджі чутливі до тиску. Коли тиск у бродильному резервуарі піднімається вище 8 бар, дріжджі припиняють бродіння. Цей ефект також використовується для контролю процесу бродіння.

використання

Дріжджі роду Сахароміцети використовуються в багатьох областях. Окрім використання у випічці, ці дріжджі також беруть участь у бродінні пива, сидру, вина та оцту. Сьогодні вони також використовуються для виробництва етанолового палива та целюлозного етанолу. Хлібопекарські дріжджі також використовуються для біосорбції важких металів, таких як цинк, мідь, кадмій та уран зі стічних вод. Важкі метали накопичуються всередині та зовні клітин у вигляді кристалів і можуть хімічно відокремлюватися від дріжджів. [4]

У медицині це буде Saccharomyces cerevisiae Подібно до споріднених видів Saccharomyces boulardii, він використовується як пробіотичний препарат для лікування діарейних захворювань, для зміцнення загального стану та запобігання випадіння волосся.

Виробництво

Основою виробництва промислових хлібопекарських дріжджів є дві речі:

Дріжджовий штам (чисті дріжджі), який отримували століттями шляхом відбору та розведення із заквасок або з пивних дріжджів пива верхнього бродіння. Хлібопекарські дріжджі характеризуються високою рушійною силою та низьким рівнем ферментів, що руйнують глютен. В результаті подальшого розведення хлібопекарські дріжджі сильніші за дикі дріжджі у заквасці, але на відміну від закваски дріжджі не переносять багатьох інших речовин: кислот, солей, жирів тощо.
Живильне середовище з патокою служить основним інгредієнтом для розмноження дріжджів.

Хоча штам дріжджів є комерційною таємницею відповідних виробників дріжджів, технічний процес розмноження дріжджів добре відомий.

Для отримання маси мікроорганізмів у чистій культурі їх зазвичай виробляють у біотехнологіях у багатоступеневих культуральних процесах. Одноетапний процес, коли великий об’єм живильного середовища інокулюється невеликою кількістю організмів, є дуже невигідним з кількох причин. Якби це було зроблено, розповсюдження системи великого обсягу зайняло б відносно багато часу. Це мало б такі недоліки:

Технічне: Чим більша система, тим складніше запобігти потраплянню сторонніх небажаних мікроорганізмів. Тому фаза розмноження у великій рослині повинна бути якомога коротшою. Це знижує врожайність. Як варіант, ферментацію можна проводити довше з додаванням антибактеріальних допоміжних речовин [5].
Економічний: дорогому великому заводу знадобиться багато часу, щоб розмножити невелику кількість мікроорганізмів, для виробництва яких достатньо менших, дешевих рослин.
Біологічні: Після їх приготування поживні середовища, як правило, не є оптимальними для розмноження мікроорганізмів (серед іншого, занадто високий окисно-відновний потенціал, занадто низька концентрація вуглекислого газу, занадто низька концентрація специфічних стимуляторів росту). Спочатку організми повинні створити більш сприятливе середовище завдяки своєму метаболізму. З невеликою кількістю мікроорганізмів у великому обсязі живильного середовища це займає дуже багато часу, і на початку зростання на початку сильно затримується.

Отже, і у виробництві хлібопекарських дріжджів розмноження здійснюється у кілька етапів, наприклад, з культури пробірки над рідким культуральним середовищем 50 мл, 1 л, 10 л, 40 л, 400 л, 4 м³, 10 м³ та 200 м³. Градації також можуть бути різними.

Як живильне середовище використовують водний розчин 8-10% меляси. Патока містить близько 50% цукру. Розчин доводять до рН близько 4,5 за допомогою кислот, кип’ятять (щоб загинули сторонні мікроорганізми) і фільтрують. Потім додають харчові солі (переважно солі амонію та фосфати) та вітаміни групи В, оскільки вони необхідні для росту дріжджів і відсутні у достатній кількості в патоці. Культури проводяться аеробно, тобто з аерацією, для отримання максимально можливого виходу біомаси.

Перші чотири стадії приблизно до 40 л проводяться в лабораторії, при цьому культивовані приміщення стерилізуються, тобто дріжджі розмножуються в чистій культурі. Це займає близько восьми днів. Наступні два-три етапи до приблизно 10 м3 проводяться в стаціонарній технічній системі, так званій системі чистого культивування, яка також стерилізується (перегріта пара 120 ° C при надлишковому тиску в 1 бар), тривалістю близько двох днів. Через свої розміри (200 м³) на останніх двох стадіях використовуються нестерилізовані системи, проте чужорідні мікроорганізми в основному виключаються. Ці культури тривають лише короткий час (від 10 до 20 годин кожна) і починаються з високою концентрацією дріжджів, так що будь-які чужорідні організми практично не розвиваються. У наведеному прикладі спочатку отримують близько 18 т "дріжджів" на стадії 200 м³. Іноді дріжджі також виробляють у два етапи. У заключній фазі, також на заводі площею 200 м3, дріжджі отримують із регульованих дріжджів приблизно за 10 годин, наприклад, у чотирьох паралельних культурах із 200 м³ середовища кожна приблизно 65–70 т.

Приблизно за одинадцять днів маса дріжджів виробляється майже в десять мільярдів разів із приблизно 8 мг вихідної маси, приблизно в 33 рази.

Дріжджі концентруються за допомогою сепараторів (утворюється так зване «дріжджове молоко» або «дріжджовий крем») і піддаються подальшій обробці залежно від бажаного результату:

Стиснуті дріжджі Дріжджове молоко концентрують до вмісту сухої речовини близько 30% за допомогою фільтр-пресів або вакуумних ротаційних фільтрів. Потім масу формують і упаковують за допомогою екструзійного преса. Один грам пресованих дріжджів містить близько 10 10 (10 мільярдів) дріжджових клітин. Активні сухі дріжджі Стиснуті дріжджі формуються у екструдері у невеликі циліндри, які потім сушать у псевдозрідженому шарі. Сухі дріжджі Залишкове дріжджове молоко сушать у барабанній сушарці або в системі розпилювальної сублімаційної сушки, завдяки чому ферментативна активність повністю втрачається, так що ці дріжджі в основному використовуються як кормова добавка або для дієтичних та кулінарних цілей (так звані Поживні дріжджі) використовується або продається у вигляді мішка 7 г. Рідкі дріжджі У рідкому вигляді дріжджове молоко пристосовується до рушійної сили, необхідної замовнику, а потім підбирається автоцистерною.

В цілому при виробництві меляси утворюється більша кількість органічних та хімічних речовин, а також дріжджової води, що містить мікроорганізми, які все ще становлять проблему утилізації.

Майбутні перспективи В даний час розробляється спроба використовувати генну інженерію для спонукання дріжджів до утворення ароматів (наприклад, ванілі).

Дозування хлібопекарських дріжджів

Хлібопекарські дріжджі додають до дріжджового тіста приблизно на 3-6%, залежно від кількості борошна. Важкість, d. H. Перш за все, тісто з високим вмістом жиру потребує менше рідини через пов'язану з цим нижчу рідину - дріжджі, серед іншого, потребують метаболізму. Вода - дозування до 8%. При надзвичайно тривалих тестах або попередньому тісті вміст дріжджів становить близько 1-2%. Запечений солод використовується як оптимальна поживна основа.

Комерційні форми хлібопекарських дріжджів та термін їх зберігання

Дріжджі пропонуються як пресовані свіжі дріжджі (дріжджі блоку), як сухі дріжджі (термін зберігання близько 1 року) або рідкі дріжджі. Для отримання сухих дріжджів більшість води поступово видаляється з дріжджів, які були очищені від затору. Зазвичай додають емульгатор цитрем (складний ефір лимонної кислоти з моногліцеридами). Це робиться для запобігання занадто сильному висиханню дріжджових клітин, щоб клітини лише ставали неактивними, але не гинули. Інактивовані таким чином дріжджі можуть тривалий час зберігатися при кімнатній температурі. Тим не менше, термін придатності, надрукований на упаковці, слід сприймати серйозно, оскільки здатність клітин дріжджів до реактивації втрачається з часом. Типовий 7-г пакет сухих дріжджів, що продається в роздрібних магазинах, має приблизно таку ж силу бродіння, як половина куба свіжих дріжджів 42,5 г.

Звичайні свіжі дріжджі зберігають повний потенціал протягом десяти-дванадцяти днів при температурі зберігання від 2 до 8 ° С. Постійний розпад запасів вуглеводів і білка зберігає життєво важливі функції дріжджів. Чим більше старих або мертвих клітин у шматку дріжджів, тим гіршою стає рушійна сила. Одночасно з клітиною витікають такі речовини, як глутатіон. Це призводить до розм’якшення клею (клейковинно-зернового білка) в тісті. Тому старі дріжджі практично не придатні для використання навіть у більших дозах.

Свіжі хлібопекарські дріжджі можна впізнати за світлим, переважно жовтуватим кольором. Він має приємний запах, солодкий, інтенсивний смак і твердий, схожий на шкаралупу розрив. Старі дріжджі буро-сірі, потріскані, розсипчасті, мають дедалі гіркіший смак і неприємний запах.

Альтернативою використанню хлібопекарських дріжджів є випічка бродіння.

Спеціальні види хлібопекарських дріжджів

Спеціальні породи використовуються для особливих завдань, таких як осмотолерантні дріжджі, які - з дуже солодким тістом - менш чутливі до осмотичного тиску. Органічні дріжджі (квасні дріжджі), які вирощують на зерновому культуральному середовищі, особливо підходять для людей з алергією на дріжджі, яка зазвичай трапляється лише на промислові дріжджі (через залишки в мелясному субстраті виробництва дріжджів).