Общая характеристика

Дрожжи – одноклеточные неподвижные грибы; широко распространены в природе: встречаются в почве, на листьях, стеблях и плодах растений, в разнообразных пищевых субстратах растительного и животного происхождения.

Широкое использование дрожжей в промышленности основано на их способности вызывать спиртовое брожение.

Форма и строение дрожжевой клетки. Форма клеток дрожжей чаще округлая, овально-яйцевидная или эллиптическая, реже цилиндрическая и лимоновидная (рис. 23). Встречаются дрожжи особой формы – серповидные, игловидные, стреловидные, треугольные. Размеры дрожжевых клеток обычно не превышают 10-15 мкм. Форма и размеры дрожжей могут заметно изменяться в зависимости от условий развития, а также возраста клеток.

Рис. 23. Форма и размеры дрожжей

Строение клетки дрожжей (рис. 24) сходно со строением клетки грибов. Дрожжи обладают всеми основными структурами, характерными для эукариотного типа клетки (ядро, отграниченное от цитоплазмы, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, рибосомы, вакуоли). В качестве запасных питательных веществ в клетках обнаруживаются капельки жира, гранулы гликогена, волютина.

Клеточная стенка (оболочка) дрожжей слоиста, в ее состав у большинства дрожжей входят в основном (до 60-70% сухой массы) гемицеллюлозы, в небольших количествах – белки, липиды, хитин. У некоторых дрожжей оболочка может в той или иной степени ослизняться, вследствие чего клетки склеиваются друг с другом и при развитии в жидких средах образуют хлопья, оседающие на дно сосуда. Такие дрожжи называют хлопьевидным, в отличие от пылевидных, клеточные стенки которых не ослизняются; пылевидные дрожжи в жидкости находятся во взвешенном состоянии.

Рис. 24. Схематическое изображение поперечного разреза дрожжевой клетки:

1 – цитоплазматическая мембрана; 2 – цитоплазма; 3-4 – эндоплазматическая сеть; 5 – капли жира; 6 – митохондрия; 7 – ядро; 8 – рубец в том месте, где отпочковалась дочерняя клетка; 9 – ядрышко; 10 – гранулы метахроматина; 11 – рибосомы (2+11 – рибосомы в цитоплазме); 12 – вакуоль; 13 – клеточная стенка Размножение дрожжей. Наиболее характерен для дрожжей вегетативный способ размножения, осуществляемый почкованием, реже делением. Известны четыре типы почкования: мультилатеральное, биополярное, униполярное и равномерное.

Процесс почкования заключается в том, что на клетке появляется бугорок, или почка (иногда их несколько), который постепенно увеличивается. Почкованию предшествует разделение ядра на две части, и одно вместе с частью цитоплазмы и другими клеточными элементами переходит в формирующуюся молодую клетку. По мере роста почки в месте соединения ее с материнской клеткой образуется перетяжка, отграничивающая молодую дочернюю клетку, которая затем либо отделяется (отшнуровывается) от материнской клетки, либо остается при ней. В месте отделения дочерней клетки остается рубец. При благоприятных условиях этот процесс длится около 2 ч.

Почкующиеся клетки обычно образуют не одну, а несколько почек. Вместе с этим может начаться почкование и молодых клеток. Так постепенно образуются скопления из многих объединенных между собой клеток, называемые сростками почкования.

В некоторых случаях, особенно на поверхности жидких сред, такие сростки почкования образуют тонкую пленку, легко разрушающуюся при взбалтывании жидкости. Существуют дрожжи, которые образуют более или менее толстые морщинистые пленки, прочно удерживающиеся при взбалтывании. Такие пленчатые дрожжи нередко вызывают порчу соленых и квашеных овощей, вина, пива.

Помимо почкования, многие дрожжи размножаются с помощью спор. Споры у дрожжей могут образовываться бесполым и половым путями. В первом случае ядро клетки делится на столько частей, сколько образуется спор у данного вида дрожжей, после чего постепенно в клетке (как в сумке) образуются аскоспоры (рис. 23 внизу справа). Образованию спор половым путем предшествует слияние (копуляция) клеток. У некоторых дрожжей копулируют прорастающие споры. Число спор в клетке разных видов дрожжей различно – их может быть две, четыре, а иногда восемь и даже двенадцать.

Споры большинства дрожжей округлые или овальные, но у некоторых – игловидные, шляповидные. На поверхности многих спор имеются различные образования типа выростов, бородавок, ободков.

Споры дрожжей более устойчивы к неблагоприятным воздействиям, чем вегетативные клетки, но менее стойки, чем бактериальные споры.

В благоприятных условиях споры прорастают в клетки.

У многих так называемых культурных дрожжей, т.е. культивируемых человеком для производственно-хозяйственных целей, способность к спорообразованию в значительной степени ослаблена, а иногда полностью утрачена.

Основы систематики дрожжей

Дрожжи, как указывалось выше, относятся к классу сумчатых грибов (Ascomycetes), к подклассу голосумчатых, не образующих мицелия. Разделение голосумчатых грибов на порядки, семейства, роды основано на особенностях их размножения, морфологических, физиологических и биохимических признаках. Однако есть представители, относящиеся к классу базидиомицетов.

Наибольший интерес представляет род Saccharomyces (сахаромицес), который объединяет как природные виды, так и культурные, применяемые в промышленности. Отдельные их виды различаются способностью сбраживать те или иные сахара, интенсивностью брожения, количеством образуемого спирта, оптимальными температурами почкования и образования спор и т.д.

В промышленности наиболее широко используют дрожжи сахаромицес церевизия. В настоящее время в различных странах мира их вырабатывают более 2 блн. т. Коммерческими продуктами являются прессованные и высушенные различными способами дрожжи, а также пищевые дрожжи, характеризующиеся полностью инактивированными ферментными системами. Пищевые дрожжи используют как добавки к продуктам питания, а не как биологические катализаторы.

Sacch. cerevisiae (сахаромицес церевизия) – дрожжи округлой или овальной формы. Применяют их в производстве этилового спирта, пивоварении, квасоварении и хлебопечении. Каждое производство применяет свои специфические расы (разновидности) данного вида дрожжей.

Saccharomyces. vini (сахаромицес вини) – дрожжи эллиптической формы. Их используют преимущественно в виноделии. Этот вид дрожжей также представлен многими расами.

Эти и некоторые другие виды рода Saccharomyces при спонтанном (самопроизвольном) развитии в содержащих сахар пищевых продуктах вызывают их порчу – забраживание, прокисание.

Помимо спорообразующих существуют дрожжи, не образующие спор, – аспорогенные. Нередко их называют дрожжеподобными или несовершенными дрожжевыми организмами и относят к несовершенным грибам.

Из аспорогенных дрожжей наибольшее значение имеют роды Candida (кандида) и Torulopsis (торулопсис). Многочисленные представители их широко распространены в природе, большинство не способно к спиртовому брожению, многие вызывают порчу пищевых продуктов.

Торулопсис имеют клетки округлой или овальной формы. Многие из них способны вызывать лишь слабое спиртовое брожение. Отдельные виды используют в производстве кумыса и кефира.

Кандида – дрожжи, клетки которых имеют вытянутую форму, способны к образованию псевдомицелия. Многие из них не способны к спиртовому брожению. Некоторые виды (например, Candida mycoderma), окисляющие сахар и этиловый спирт в органические кислоты или в углекислый газ и воду, являются вредителями в производствах вин, пива, пекарских дрожжей, вызывая порчу квашеных овощей, безалкогольных напитков и многих других продуктов.

Некоторые виды вызывают заболевания у людей – кандидозы, при которых поражаются слизистые оболочки рта и других органов.

Среди аспорогенных дрожжей имеются окрашенные в желтый, розовый, красный цвета, что обусловлено наличием в клетках пигментов – каротиноидов. В настоящее время некоторые из этих дрожжей (виды рода Rhodotorula – родоторула) используют для получения кормовых белково-каротиноидных препаратов, которые служат источником витамина А для животных.

В последнее время дрожжи широко применяют для получения белка, аминокислот, витаминов и ферментов. Например, Candida utilus синтезирует белок при выращивании ее на отходах бумажной промышленности, a Saccharomycopsis lipolitica – на алканах нефти; Saccharomyces cerevisiae используют для получения фермента инвертазы.

В МИНХе им. Г.В. Плеханова (сейчас – РЭУ им. Г.В. Плеханова) академиком, профессором, доктором биологических и медицинских наук А.А. Кудряшевой совместно с группой сотрудников получены натуральные биокорректоры «Александрина» и «Элита», предназначенные для использования в лечебно-профилактических целях. Они представляют собой полностью растворяющуюся в воде смесь аминокислот, витаминов и минеральных элементов. В пищевой промышленности они могут применяться в качестве высокоэффективной и полифункциональной натуральной пищевой добавки, не оказывающей негативного влияния на органолептические свойства продуктов питания. Добавление этих биокорректоров к пищевым продуктам способствует повышению их физиологической и биологической ценности, появлению новых положительных признаков и свойств или усилению им присущих (повышение качества, усиление пеностойкости напитков и желеобразующей способности кондитерских изделий, замедление черствения хлебобулочных изделий, сохранение формы мучных изделий при варке, снижение калорийности сахаристых изделий и др.). Отходы, образующиеся при производстве этих препаратов, могут использоваться как в пищевой промышленности, так и в области животноводства, растениеводства, при выращивании лабораторных и промышленных микроорганизмов, пушных зверей, рыбы, шляпочных грибов, цветов и др.

Новые натуральные биокорректоры позволяют получать экологически безопасные продукты питания, эффективные корма для животных и питательные среды для микроорганизмов, новые медицинские препараты и парфюмерно-косметические изделия высокой биологической активности.

Разрешение на промышленное производство и реализацию для населения натуральных биокорректоров «Александрина» и «Элита» получены в Минздраве России и Госстандарте, кроме того продукция защищена авторскими свидетельствами и зарубежными патентами