Дрожжи, молочнокислые бактерии

Дрожжи, молочнокислые бактерии. СВОЙСТВА, РОЛЬ В ПРИГОТОВЛЕНИИ ТЕСТА И ХЛЕБА

Дрожжи и молочнокислые бактерии играют основную роль в формировании теста и хлеба. Без них получить качественный хлеб нельзя. Если в приготовлении хлеба из пшеничной муки регулируемым фактором является спиртовое брожение, вызывае­мое дрожжами, то молочнокислое возникает спонтанно. Для тес­та из ржаной муки главным считается молочнокислое брожение с накоплением значительного количества органических кислот, в том числе молочной.

Дрожжи - одноклеточные микроорганизмы, относящиеся к классу грибов S. cerevisiae обладающих биологически активными веществами и высокой ферментативной активностью. Дрожже­вые клетки имеют шаровидную или овальную форму содержат до 75 % влаги. Сухие вещества клетки состоят из белков 44--67 %, минеральных веществ 6-8 %, углеводов до 30 %. В дрожжах на­ходятся разные витамины и ферменты.

Дрожжи для своей жизнедеятельности должны получать энер­гию за счет разложения Сахаров и целого ряда других, важных водорастворимых веществ (азотистые соединения, минеральные вещества, витамины и др.).

Дрожжевая клетка сложный по строению, живой организм с многогранной функциональной деятельностью. Для активной работы клетки необходимо транспортировать в неё ряд питатель­ных веществ.

Транспорт веществ из внесшей среды обеспечивает клеточная стенка дрожжевой клетки - цитоплазматическая мембрана. В ней сконцентрированы места синтеза ДНК. Вблизи мембраны распо-ножены ферменты окисления жиров, трикарбоновых кислот. На мембранах находятся ферменты гликолиза, протеолиза и эстера-1Ы. Неполярные аминокислоты, витамины, стероиды имеют важ­ное значение в жизнедеятельности клетки. Эта гидрофобная об­меть мембран является местом их аппликации и работы. Транс­порт углеводов зависит от их строения, поглощения Н⁺ и ОН" - групп.

Митохондрии - сферические или удлиненные автономные внутриклеточные органеллы, содержащие ферментные системы.

В их функции входят окислительные реакции, перенос электро­нов по цепи реакций синтеза АТФ и синтез части митохондриальных белков. В результате деятельности митохондрий на каж­дую перенесенную пару электронов образуется три молекулы АТФ. Последние являются универсальным источником энергии для жизненных процессов в клетке.

Рибосомы представляют собой ультрамикроскопические гра­нулы в виде неправильных шариков, состоящих из белка и РНК. Из них осуществляется синтез белков и ферментов. Ядро имеет оболочку, которая обеспечивает обмен между цитоплазмой и ядром. В ней найдены ферментные системы, участвующие в син­тезе ДНК и РНК.

Рекомендуемые материалы

Вакуоли образуются в клетках дрожжей при старении. В них содержатся питательные вещества, продукты жизнедеятельности и гранулы резервных веществ в виде волютина, жира, глюкогена и треголозы. Вакуоли участвуют в осмотической регуляции и яв­ляются местом различных окислительно-восстановительных про­цессов.

Обмен веществ в дрожжевых клетках с участием ферментов реализуется с помощью каталитического центра. Часть фермен­тов представлена сложными белками, содержащими кроме апофермента (белковой части) кофермент (простетичсская группа). Кофермент определяет природу катализируемых реакций и влия­ет на их скорость.

Группа коферментов, влияющая на интенсивность дыхания и брожения, представлена НАД и НАДФ, ионами металлов, вита­минами. Эти коферменты переносят ионы водорода или электро­ны, связаны с окислительно-восстановительными ферментами - оксидоредуктазами, к которым принадлежат дегидрогеназы. К числу активирующих ионов металлов относятся ионы калия, на­трия, магния, марганца, цинка, кальцин и ряд других.

Вторая группа коферментов, участвующая в переносе групп атомов, связана с трансферазами.

К третьей группе коферментов, катализирующие реакций син­теза, распада и изомеризации углеродных связей относятся тиа-минпирофосфат, биотин, производные витамина B_]2 (цианкобаламин).

При росте и размножении основные функции дрожжевых кле­ток S. cerevisiae связаны с метаболизмом при дыхании в аэроб­ных условиях.

Механизм аэробного процесса заключается в полном окисле­нии глюкозы или другого углеродсодержащего вещества до С0₂ и воды. Выделяемая энергия (2872 кДж) используется для синте­за биомассы.

Дрожжевые клетки обладают способностью производить пере­стройку внутриклеточной ферментной системы и метаболических путей при изменении состава питательной среды и условий жиз­недеятельности.

При анаэробной диссимиляции углеводов протекает спиртовое брожение. Анаэробный распад углеводов проходит 2 основные стадии, которые осуществляются с помощью 12 ферментов.

Промежуточным продуктом является пировиноградная кисло­та, которая под действием пируватдекарбоксилазы превращается в С0₂ и уксусный альдегид. Последний под действием алкоголь-дегидрогеназы преобразуется в этиловый спирт при регенерации молекулы НАД.

Энергетический эффект анаэробного использования углеводов дрожжевой клеткой невелик (113 кДж), поэтому для получения необходимой энергии дрожжи должны потреблять значительное количество гексозы.

В химизме дыхания и брожения имеются глубокие различия. Переход с одного типа жизнедеятельности (аэробного) на другой (анаэробный) связан с АТФ. Процесс спиртового брожения со­провождается образованием АТФ, АДФ, и фосфата, при этом из одной молекулы Д - глюкозы образуется две молекулы АТФ. Кроме того, от глицеральдегидфосфата к пировиноградной кислоте переносятся четыре электрона в форме 2 НАДН + 2Н⁺.

Наиболее важные ферментные системы брожения сконцентри­рованы в растворной фракции цитоплазмы дрожжей.

Изучение различных физических свойств биомассы клеток (парциональное давление паров воды, теплота испарения, диэлектрические постоянные и др.) показало, что при влажности биомассы дрожжевых клеток свыше 20 % объем клеток заполнен во­дой и клетка функционирует как непрерывная среда. Если биомасса содержит 10-20% влаги, то это в основном связанная вода.

Клеточные коллоиды в данном случае переходят в гели, протека­ние всех ферментативных процессов затрудняется. При влажно­сти биомассы 5-10 % ее физические свойства резко изменяются, однако возможен обмен между молекулами воды и некоторыми веществами на близлежащих участках. Если влажность биомассы менее 5 %, вода в клетке локализуется в пределах определенных структурных элементов. При таком обезвоживании биомассы микробной культуры часть клеток повреждается и инактивируется.

В лекции "1 Введение" также много полезной информации.

Дрожжевые клетки активно реагируют на совокупность внеш­них факторов и способны к анабиозу, автолизу, плазмолизу, му­тации, адаптации и агглютанизации.

В производстве хлебопекарных дрожжей широко используется анабиоз, а в хлебопечении - адаптация. Способность дрожжевых клеток впадать в состояние анабиоза используется для их выде­ления из питательной среды и хранения в прессованном или су­шеном виде.

При хранении сушеных дрожжей выделяется С0₂ и уменьша­ется количество сухой массы. Так, при хранении сушеных дрож­жей влажностью 10-12 % в герметических сосудах при 30 °С уже через 2 недели количество С0₂ в сосудах увеличивается почти в 10 раз, т.е. до 2,5-3 %, а количество 0₂ уменьшается до 18-19 %.

При хранении прессованных дрожжей происходит изменение их химического состава, снижается влажность и содержание су­хих веществ. Превышение сроков хранения приводиn к тому, что дрожжевые клетки начинают потреблять запасные углеводы (трегалозу и гликоген), качественные показатели дрожжей снижают­ся.

Среди полипептидов дрожжевых клеток, имеющих особое зна­чение для технологии хлебопечения, следует выделить глютатион. Этот трипептид - глютаминил - цистеинил - глицин сущест­вует в двух формах - окисленной (содержит дисульфидную груп­пу) и восстановительной (содержит группу SH) - и принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях в дрожже­вой клетке. Восстановительные свойства глютатиона могут ока­зывать отрицательное влияние на белковый комплекс и реологи­ческие свойства теста.

При симбиотическом развитии дрожжевые клетки и молочно-кислые бактерии обогащают друг друга продуктами жизнедеятельности. В процессе размножения дрожжевых клеток при производстве жидких дрожжей в среде накапливается ряд экстрацеллюлярных продуктов метаболизма, что делает ее более благоприятной для развития молочнокислых бактерий. Так, потребности Lactobacillus bulgaricus пантотеновой кислоте и рибофлавине компенсируются метаболитами Candida parapsilosus. В присутст­вии дрожжей молочнокислые бактерии могут развиваться в средах, в которых они самостоятельно не размножаются. Это на­блюдается в питательных смесях, лишенных ряда витаминов, аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований. Опреде­ленные виды дрожжей способны ассимилировать органические кислоты - продукты метаболизма молочнокислых бактерий в процессе брожения.