Микробиология дрожжей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Морфологические признаки и систематика дрожжей

Морфология дрожжей

Макроморфологические признаки очень изменчивы и сильно зависят от состава среды и условий культивирования, поэтому они имеют весьма ограниченное значение в систематике дрожжей. Дрожжевые культуры, растущие на плотных средах, по консистенции бывают чаще всего пастообразными, а также слизистыми, иногда полностью стекающими на дно пробирки, вязкими, клейкими, кожистыми или крошащимися. Слизистый рост характерен для многих анаморфных базидиомицетовых дрожжей родов Cryptococcus, Rhodotorula, Sporobolomyces, образующих большое количество внеклеточных полисахаридов, а также для аскомицетовых почвенных дрожжей рода Lipomyces. У большинства аскомицетовых дрожжей колонии пастообразные, сухие, культура при росте на скошенном агаре не стекает на дно пробирки. Для дрожжеподобных грибов, образующих как одиночные клетки, так и мицелий, характерны колонии с ворсинчатым краем, который хорошо просматривается при просвечивании. У большинства дрожжей колонии белые, часто приобретающие при старении кремовый или слегка коричневатый оттенок. У некоторых аскоспоровых дрожжей, например из рода Lipomyces, старые колонии при обильном спорообразовании темнеют и становятся бурыми или шоколадными. Многие дрожжи образуют пигменты, окрашивающие их колонии в различные цвета. Наличие каротиноидных пигментов, придающих колониям красную, розовую, оранжевую или желтую окраску, характерно для базидиомицетовых дрожжей родов Rhodotorula, Sporobolomyces и др. Аскомицетовые дрожжи Metschnikowia pulcherrima образуют диффундирующий в среду красно-вишневый пигмент пульхерримин. Так называемые «черные дрожжи», формируют темно бурые или черные колонии за счет накопления меланоидных пигментов. Микроморфология дрожжей включает признаки, характеризующие отдельные клетки (форма, размеры), а также способы вегетативного и бесполого размножения и образуемые при этом структуры. Морфогенез дрожжевой клетки тесно связан со способом вегетативного размножения. Различают два принципиально различных способа образования вегетативных клеток у дрожжей - артрический (талломный) и бластический (зародышевый). При артрическом способе мицелий дрожжеподобных грибов одновременно распадается на отдельные одноклеточные элементы - артроспоры. Они образуются за счет расчленения гифы по поперечным септам после разрушения первичной стенки гифы в местах сочленения. Такой способ вегетативного размножения характерен для дрожжеподобных грибов Endomyces, Galactomyces, Arxula, Trichosporon, причем у двух последних родов образование артроспор сопряжено с их последующим почкованием. Бластический тип вегетативного размножения - это образование почек, что наиболее характерно для дрожжей. Почка представляет собой вырост на материнской клетке, который по мере увеличения в размерах отшнуровывается от нее. На материнской клетке при этом остается шрам почкования, а на отделившейся почке - шрам рождения. Шрамы почкования, или почечные рубцы, сохраняются на материнской клетке весь период ее жизни, а шрамы рождения со временем становятся малозаметными. Форма дрожжевых клеток довольно разнообразна и этот признак тесно связан со способом почкования. У видов, размножающихся многосторонним почкованием, клетки имеют сферическую, округлую, овальную или яйцевидную форму. При биполярном почковании клетки приобретают апикулятную (лимоновидную) или грушевидную форму. У делящихся дрожжей клетки более или менее цилиндрические. Специфическую угловатую форму имеют клетки дрожжей рода Trigonopsis, серповидную - Metschnikowia lunata. Клетки дрожжей, образующие почки на стеригмах, зачастую приобретают форму, делающую их похожими на простекобактерии. У многих видов дрожжей в определенных условиях роста материнские и дочерние клетки после почкования не разъединяются, а продолжают почковаться. В результате возникают структуры, имитирующие мицелий. Такой мицелий называют ложным, или псевдомицелием. В отличие от истинного (септированного) мицелия, в нитях псевдомицелия между клетками обычно хорошо заметны перетяжки, а апикальные (концевые) клетки всегда короче предшествующих. Псевдомицелий, состоящий только из клеток одного типа, сходных по форме и размерам, называют примитивным (рудиментарным). Сложный псевдомицелий состоит из клеток более чем одного типа, обычно в нем резко различаются длинные клетки, составляющие псевдогифы, и расположенные на них одиночные или собранные гроздьями круглые, овальные или клиновидные почки, которые в этом случае называются бластоспорами. Образование псевдомицелия характерно для многих аскомицетовых дрожжей, например из родов Candida, Pichia.

Дрожжи имеют разнообразную форму: круглую, эллиптическую, овальную, реже лимонообразную и цилиндрическую, иногда сильно вытянутую в виде гиф. Форма и структура клеток непостоянна, она может изменяться в связи с изменением условий культивирования. Дрожжевая клетка состоит из клеточной мембраны, цитоплазмы, внутри которой расположены органоиды (ядро, митохондрии, рибосомы, вакуоль, Гольджи аппарат) и включения (запасные вещества) в виде капелек жира, зерен гликогена и волютииа (рис. 1).

Рис. /. Схема поперечного разреза дрожжевой клетки: 1 - цитоплазматическая мембрана; 2 - цитоплазма; 3 - аппарат Гольджи; 4 - эндоплазматическая сеть; 5 - жировые капельки; 6 - митохондрия; 7 - ядро; 8 - рубец, где отпочковалась клетка; 9 - ядрышко; 10 - гранулы волютина (метахроматина); 11 - рибосомы; 12 - вакуоль; 13 - клеточная оболочка

Молодые клетки имеют гомогенную цитоплазму, иногда небольшую вакуоль. С возрастом клетки появляется зернистость, вакуоль увеличивается. Размер клеток варьирует от 5 до 7 мкм в диаметре и от 8 до 12 мкм в длину. При таких небольших размерах клеток поверхность их в 1 л бродящего виноградного сусла может достигать 10 м². Такая большая поверхность определяет активный обмен дрожжей с окружающей средой. Относит, плотность клеток составляет 1,055-1.06. С наступлением неблагоприятных условий возникают более устойчивые покоящиеся клетки - артроспоры и сумки со спорами. Артроспоры сохраняют форму вегетативных клеток, но отличаются от них более плотной плазмой, наличием гликогена, капель жира и утолщенными оболочками. Сумки со спорами обычно повторяют форму и размер вегетативных клеток. Форма и размер спор у различного рода спорегенных дрожжей отличаются.

Систематика дрожжей

Систематика дрожжей основана на различии их способов размножения и физиологических признаков. Дрожжи подразде­ляются на два семейства: сахаромицеты и несахаромицеты.

Сахаромицеты. Они объединяют истинные дрожжи, к числу которых относятся культурные дрожжи, используемые в про­мышленности (пекарские, винные, винокуренные и др.).

Большое значение имеют следующие виды культурных дрожжей: сахаромицес церевизи и сахаромицес эллипсоидес.

Дрожжи сахаромицес церевизи имеют шаровидную или яйцевидную форму, используют их для получения винного спирта, в пивоварении, квасоварении и хлебопечении. Суще­ствует несколько разновидностей этих дрожжей, называемых расами. Каждая раса имеет свои особенности и потому исполь­зуется в промышленности с определенной целью. Раса, обла­дающая способностью быстро и полно сбраживать сахар при температуре около 30°С и устойчивая к спирту, применяется для получения спирта. Другая раса, способная вызывать медлен­ное брожение при температуре 4-10°С, используется в пивова­рении. Дрожжи, обладающие высокой энергией брожения и подъемной силой и способные быстро размножаться, приме­няются в хлебопечении.

Дрожжи сахаромицес эллипсоидес имеют эллипсоидную форму и применяются в виноделии. Различные расы этих дрожжей обладают способностью придавать винам специфиче­ские вкусовые и ароматические оттенки, т.е. создавать так на­зываемый букет.

Несахаромицеты. Эти микроорганизмы включают в себя ложные дрожжи. Многие из них являются вредителями различ­ных производств. Среди этих дрожжей наиболее важны дрожжи родов торула и микодерма.

Дрожжи рода торула имеют шаровидную форму и способны вызывать слабое спиртовое брожение.

Торула кефир применяется для приготовления молочнокислых продуктов, содержащих спирт (кефира и кумыса), а торула утилис - для получения пищевых и кормовых дрожжей.

Дрожжи рода микодерма представляют собой удлиненные клетки. Они не способны вызывать спиртовое брожение, но мо­гут окислять спирт, а также органические кислоты в углекис­лый газ и воду.

Развиваясь на поверхности алкогольных напитков, мико­дерма образует морщинистые пленки и придает напиткам неприятный вкус и запах. Микодерма вызывает порчу молочно­кислых продуктов, квашеных овощей, наносит вред в производ­стве уксуса и пекарских дрожжей.

2. Суммарное уравнение спиртового брожения. Микроорганизмы его вызывающие

дрожи культивирование микроорганизм брожение

Уравнение спиртового брожения в общем виде выглядит следующим образом:

Расчет, основанный на учете молекулярных весов сахара и, спирта, показывает, что из каждой весовой единицы углевода теоретически возможно образование лишь около половины спирта:

Суммарное уравнение спиртового брожения не раскрывает всей сложности процессов превращения сахара в спирт и углекислый газ, а также того, что, кроме главных продуктов брожения, обычно еще образуются в некотором количестве побочные продукты - янтарная и уксусная кислоты, глицерин, уксусный альдегид, сивушные масла (смесь изомеров высших спиртов - амилового, изобутилового, бутилового и прочих), а также ряд веществ, от присутствия которых даже в ничтожных количествах зависят специфические вкус и аромат вина, пива и других продуктов.

На промежуточных этапах брожения появляются такие соединения, как трифосфороглицериновый альдегид СН₂О(Н₂РО₃) и пировиноградная кислота СН₃СОСООН, которая в последующей стадии спиртового брожения декарбоксилируется под влиянием фермента пируватдекарбоксилазы и превращается в уксусный альдегид и углекислый газ:

Уксусный альдегид с помощью восстановленной формы фермента алкогольдегидрогеназы восстанавливается в этиловый спирт:

Эта реакция иллюстрирует завершающий этап спиртового брожения. Постоянное присутствие среди продуктов брожения глицерина объясняется восстановлением части трифосфоглицеринового альдегида еще на промежуточных этапах в соответствующий спирт - глицерин по схеме, аналогичной восстановлению уксусного альдегида.

Химизм спиртового брожения несколько меняется под действием различных факторов. В щелочной среде, кроме спирта, образуется уксусная кислота. Прибавление бисульфита натрия к бродящей жидкости приводит к образованию, кроме спирта, значительных количеств глицерина и уксусного альдегида.

Микроорганизмы вызывающие спиртовое брожение

Дрожжи сбраживают не все сахара. Обычно они хорошо усваивают гексозы. Пентозы могут ассимилировать лишь весьма ограниченное число видов. Неплохо используют дрожжи дисахариды, но каждый вид микроорганизма способен усваивать лишь строго определенный их набор. Перед сбраживанием более сложные сахара под влиянием ферментов дрожжевой клетки распадаются на моносахариды.

Отдельные виды могут усваивать простые декстрины. Крахмал становится пригодным для спиртового брожения лишь после предварительного осахаривания при помощи солода (или другими способами). На многих заводах для спиртового брожения используют целлюлозу, предварительно подвергая ее кислотному гидролизу. В аэробных условиях дрожжи способны окислять органические кислоты и другие соединения.

Источником азотного питания для дрожжей служат небольшие пептиды, аминокислоты, а также аммонийные соли, реже нитраты и нитриты. Дрожжевая клетка вырабатывает многие витамины, а присутствие отдельных ростовых веществ в среде усиливает рост дрожжей. Большинство дрожжей растет в границах рН 3-8 при оптимуме рН 3,5-6,5. Обычно они развиваются в относительно широком температурном диапазоне от 0 (или -7°С) до 50°С. Оптимальная температура для роста большинства видов 28-30°С.

Штаммы Saccharomyces cerevisiae подразделяют на расы верхового и низового брожения. Первые используют для брожения, протекающего при температуре 14-25°С. В таких условиях обильно выделяется диоксид углерода, наблюдается пенообразование. Клетки микроорганизмов поднимаются на поверхность бродящей жидкости. Верховые расы используют в спиртовой промышленности, хлебопечении и т.д., но при некоторых условиях употребляют и другие дрожжи.

Дрожжи низового брожения применяют в производстве при температуре 6-10°С и ниже (до 0°С). При этом брожение совершается спокойно и масса дрожжевых клеток остается на дне сосуда. Низовые расы обычно используют в пивоварении и виноделии, где применяют расы Saccharomyces cerevisiae, адаптированные, однако, к жизнедеятельности при пониженной температуре. В виноделии важную роль играют также дрожжи Saccharomyces vini, S. cerevisiae var. ellipsoides.

Как указывалось выше, дрожжи могут расти при нейтральной реакции среды, но активнее процессы идут при некотором подкислении. На практике для предупреждения развития посторонней бактериальной микрофлоры при размножении дрожжей создают кислую среду.

Список использованной литературы

1. Бабьева И.П., Чернов И.Ю. Биология дрожжей. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2004

2. Л.Б. Борисов Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. - МИА, 2005.

3. Г.Г. Онищенко Санитарно-эпидемиологические правила СП 1.3.2322-08. - ПОСТАНОВЛЕНИЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, 2008.

4. Словарь Микробиологии: http://dic.academic.ru/contents.nsf/dic_microbiology/

Размещено на Allbest.ru