Pekárske droždie - biológia

Aké horúce je príliš horúce na život hlboko pod dnom oceánu?

Antibiotiká z baktérií

Migrácia buniek: novoobjavená funkcia známeho proteínu

Molekulárny kompas na zarovnanie buniek

Čo robí listy na jeseň starnúcimi

Demokracia perličiek

Prostredie spoločnosti Ekembo: Ľudia tiež žili v otvorenej krajine

| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat

Pšeničná odroda vznikla krížením divých tráv

Aké horúce je príliš horúce na život hlboko pod dnom oceánu?

Pekárske droždie

Pekárske droždie (Saccharomyces cerevisiae). Každá stupnica zodpovedá 1 µm.

Pekárske droždie, tiež Pivovarské kvasnice, (Syn.: Pekárske droždie, Gest); Bavorský: Germ; (lat.-wiss. Saccharomyces cerevisiae) - kol., Krátky droždie, patrí medzi kvasinky (jednobunkové huby) a je začínajúcou kvasinkou (angl. pučiace droždie).

Ako je zrejmé z vedeckého názvu (lat. cerevisiae; „Z piva“), pôvod v vrchne kvasených pivovarských kvasniciach. Cudzia časť názvu Saccharomyces opäť pochádza zo starogréčtiny a znamená „cukrová huba“.

Bunky Saccharomyces cerevisiae sú okrúhle až oválne, s priemerom päť až desať mikrónov a množia sa procesom pučania. S. cerevisiae môžu byť tiež vo forme hýf [1] a vo forme askospór [2] .

príbeh

Najstaršie záznamy o používaní kvasníc na výrobu chleba pochádzajú zo starovekého Egypta. Je možné, že zmes múky a vody vydržala na teplom mieste dlhšie ako zvyčajne a prirodzene sa vyskytujúce kvasinky spôsobili, že cesto pred pečením kyslo. Výsledný chlieb bol ľahší a chutnejší ako predchádzajúce tvrdé ploché koláče. Použitie kvásku na pečenie chleba viedlo k výberu, šľachteniu a ďalšiemu vývoju kmeňov kvasiniek, aj keď bez nášho moderného chápania mikrobiológie. Od 18. storočia pekári dostávajú od pivovarov vrchne kvasiace droždie, čo umožňuje vyrábať sladko kvasené chleby, ako napríklad rožky Kaiser. S kvasinkami ako kypriacim prostriedkom sa dá pripraviť chlieb s jemnejšou chuťou ako s kysnutým cestom, v ktorom sú nielen kvasnice, ale aj mliečne baktérie a podobne. sa podieľajú na fermentácii. V polovici 19. storočia pivovarníci pomaly prešli od kvasníc vrchného a spodného kvasenia, ale tie nie sú rovnako vhodné na výrobu chleba. Výsledkom bolo, že veľký dopyt viedol k priemyselnej výrobe vysoko kvalitných pekárskych kvasníc mimo procesu varenia, prvýkrát v roku 1846 vo „viedenskom procese“.

veda

Eukaryot Saccharomyces cerevisiae je ako prokaryot Escherichia coli modelový organizmus v molekulárnom a bunkovom biologickom výskume. Vzhľadom na jednoduché kultivačné podmienky a vzťah vnútornej bunkovej štruktúry k iným eukaryotickým bunkám vo svete rastlín a živočíchov sa používa napríklad na štúdium bunkového cyklu alebo odbúravania bielkovín. Saccharomyces cerevisiae bol prvým eukaryotickým organizmom, ktorého sekvencia báz nukleových kyselín v genóme bola úplne určená. Genóm sa skladá z 13 miliónov párov báz a 6 275 génov. Homológne gény sa nachádzajú v ľudskom genóme pre viac ako 23% génov v genóme kvasiniek.

Užitočný spôsob, ako to dosiahnuť Saccharomyces cerevisiae Kvasinkový dvojhybridný systém nepôsobí ako modelový organizmus, ale skôr ako nástroj na výskum interakcií proteínov.

O genóme kvasiniek existujú tri hlavné databázy. [3]

metabolizmus

Pekárske droždie sa považuje za fakultatívne anaeróbne. To znamená, že energiu je možné generovať buď aeróbne (s kyslíkom) vo forme bunkového dýchania alebo fermentáciou. Pekárske droždie používa ako východiskový materiál pre svoj energetický metabolizmus takmer výlučne sacharidy (cukor). Produkty vylučovania sú hlavne oxid uhličitý z dýchania a etanol (alkohol) z fermentácie. Pomery produktov závisia od toho, či prostredie, v ktorom kvasinky rastú, obsahujú alebo neobsahujú kyslík, a od koncentrácie cukru v médiu. Anaeróbny metabolizmus je rozhodujúci pri výrobe alkoholu a jeho použití ako kypriaceho prostriedku pri pečení.

Označenie pekárenských kvasníc ako fakultatívne anaeróbne nie je úplne správne, pretože na biosyntézu ergosterolu je potrebné malé množstvo elementárneho kyslíka.

Ak je prítomné väčšie množstvo ľahko použiteľných organických látok (najmä cukru), fermentujú sa napriek aeróbnemu pestovaniu. Tento jav je známy ako Crabtreeov efekt. Crabtreeov efekt znižuje rast kvasiniek, a preto je zvyčajne nežiaduci pri výrobe kvasiniek. To sa dá minimalizovať zodpovedajúcim napájaním substrátu (pozri proces fed-batch).

Ak pekárske droždie už nie je k dispozícii ako cukor, použije sa ako zdroj energie za oxických podmienok oxidácia etanolu vyrobeného samostatne kyslíkom. Týmto spôsobom sa kvasinky môžu množiť, pokiaľ nedôjde k inhibícii z dôvodu nadmernej koncentrácie etanolu alebo k obmedzeniu z dôvodu nedostatku ďalších živín (fosfáty, aminokyseliny).

Najlepšia teplota na kvasenie („výhonok“) kvasiniek je okolo 32 ° C. Optimálne pre množenie kvasiniek je okolo 28 ° C. Pri dobrom prísune živín a kyslíka (aeróbnom) sa kvasinková hmota v pivovarskej kvasinkovej kultúre zdvojnásobí asi za dve hodiny, takže nárast je podstatne pomalší ako pri mnohých druhoch baktérií. V prípade anaeróbnej fermentácie prebieha reprodukcia podstatne pomalšie. Pri teplotách nad 45 ° C začnú pekárske kvasnice odumierať.

Pekárske droždie je citlivé na tlak. Keď tlak vo fermentačnej nádrži stúpne nad 8 barov, droždie prestane kvasiť. Tento efekt sa tiež používa na riadenie fermentačného procesu.

použitie

Kvasinky rodu Saccharomyces sa používajú v mnohých oblastiach. Okrem použitia pri pečení sa tieto kvasinky podieľajú aj na kvasení piva, jablčného vína, vína a octu. Dnes sa tiež používajú pri výrobe etanolového paliva a celulózového etanolu. Pekárske droždie sa tiež používa na biosorpciu ťažkých kovov, ako sú zinok, meď, kadmium a urán, z odpadových vôd. Ťažké kovy sa hromadia vo vnútri aj mimo buniek ako kryštály a môžu sa chemicky oddeliť od kvasiniek. [4]

V medicíne bude Saccharomyces cerevisiae Podobne ako príbuzný druh Saccharomyces boulardii sa používa ako probiotikum na liečbu hnačkových chorôb, na posilnenie celkového stavu a prevenciu vypadávania vlasov.

Výroba

Základom pre výrobu pekárenských kvasníc sú dve veci:

Kmeň kvasiniek (čisté droždie), ktorý sa po stáročia získava selekciou a šľachtením z kvásku alebo z pivovarských kvasníc vrchne kvasených pív. Pekárske kvasinky sa vyznačujú vysokou hnacou silou a nízkou hladinou enzýmov ničiacich lepok. V dôsledku ďalšieho šľachtenia sú pekárske droždie v kysnutom kvásku silnejšie ako divoké droždie, ale na rozdiel od kváskového droždia neznáša mnoho ďalších látok: kyseliny, soli, tuky a ďalšie.
Kultivačné médium s melasou slúži ako hlavná zložka pre množenie kvasiniek.

Zatiaľ čo kmeň kvasiniek je obchodným tajomstvom príslušných výrobcov kvasiniek, technický proces množenia kvasiniek je dobre známy.

Na produkciu hmôt mikroorganizmov v čistej kultúre sa zvyčajne vyrábajú v biotechnológiách vo viacstupňových kultivačných procesoch. Jednostupňový proces, pri ktorom sa naočkuje veľké množstvo kultivačného média malým množstvom organizmov, je veľmi nevýhodný z niekoľkých dôvodov. Ak by sa to stalo, šírenie veľkého systému by trvalo pomerne dlho. To by malo nasledujúce nevýhody:

Technické: Čím je systém väčší, tým je ťažšie zabrániť vstupu cudzích nežiaducich mikroorganizmov. Fáza rozmnožovania vo veľkej rastline sa preto musí udržiavať čo najkratšia. Tým sa zníži výťažok. Alternatívne je možné fermentáciu uskutočniť dlhšie pridaním antibakteriálnych pomocných látok [5].
Ekonomické: Nákladné a veľké zariadenie by namnožilo malé množstvo mikroorganizmov, ktorých výroba postačuje na menšie a lacnejšie rastliny, by stačilo.
Biologické: Po ich príprave nie sú kultivačné médiá zvyčajne optimálne na reprodukciu mikroorganizmov (okrem iného príliš vysoký redoxný potenciál, príliš nízka koncentrácia oxidu uhličitého, príliš nízka koncentrácia špecifických stimulátorov rastu). Organizmy musia najskôr vytvoriť priaznivejšie prostredie prostredníctvom metabolizmu. Pri malom množstve mikroorganizmov vo veľkom objeme kultivačného média to trvá veľmi dlho a na začiatku by sa rast výrazne spomalil.

Aj pri výrobe pekárskych kvasníc sa preto množenie uskutočňuje v niekoľkých stupňoch, napríklad z kultivácie v skúmavkách na kvapalnom kultivačnom médiu s objemom 50 ml, 1 l, 10 l, 40 l, 400 l, 4 m3, 10 m3 a 200 m3. Gradácie môžu byť tiež rôzne.

Ako kultivačné médium sa použije vodný roztok 8-10% melasy. Melasa obsahuje okolo 50% cukru. Roztok sa pomocou kyselín upraví na pH asi 4,5, varí sa (aby sa usmrtili cudzie mikroorganizmy) a prefiltruje sa. Potom sa pridajú výživné soli (hlavne amónne soli a fosfáty) a vitamíny skupiny B, pretože sú potrebné pre rast kvasiniek a nie sú v melase obsiahnuté v dostatočnom množstve. Kultúry sú aeróbne, to znamená prevzdušňovaním, aby sa dosiahol čo najvyšší výťažok biomasy.

Prvé štyri stupne až do asi 40 litrov sa uskutočňujú v laboratóriu, pričom sa kultivačné zariadenia sterilizujú, t. J. Kvasinky sa množia v čistej kultúre. To trvá asi osem dní. Ďalšie dva až tri stupne do asi 10 m³ sa uskutočňujú v stacionárnom technickom systéme, takzvanom čistom kultivačnom systéme, ktorý sa tiež sterilizuje (prehriata para 120 ° C pri pretlaku 1 bar), trvajúci asi dva dni. Vzhľadom na svoju veľkosť (200 m³) sa v posledných dvoch stupňoch používajú nesterilizované systémy, ale cudzie mikroorganizmy sú z veľkej časti vylúčené. Tieto kultúry trvajú iba krátko (každá 10 až 20 hodín) a začína sa s vysokou koncentráciou kvasiniek, takže sa prakticky nevyvinú cudzie organizmy. V uvedenom príklade sa pôvodne v štádiu 200 m³ získa asi 18 t „droždia“. Niekedy sa kvasnice vyrábajú aj v dvoch fázach. V záverečnej fáze, tiež v rastline s objemom 200 m the, sa kvasinky vyrobia z nastaviteľného droždia za približne 10 hodín, napríklad v štyroch paralelných kultúrach s médiom s objemom 200 m³, každá s hmotnosťou asi 65-70 t.

Asi za jedenásť dní sa z asi 8 mg východiskovej hmoty s asi 33 dvojnásobkami vyrobí takmer desať miliárdkrát kvasnicová hmota.

Kvasinky sa koncentrujú pomocou separátorov (výsledkom je takzvané „kvasnicové mlieko“ alebo „kvasnicový krém“) a ďalej sa spracúvajú v závislosti od požadovaného výsledku:

Stlačené droždie Kvasinkové mlieko sa koncentruje na obsah sušiny okolo 30% pomocou kalolisov alebo vákuových rotačných filtrov. Potom sa hmota tvaruje a balí pomocou extrúzneho lisu. Jeden gram stlačeného droždia obsahuje asi 10 10 (10 miliárd) kvasinkových buniek. Aktívne suché droždie Stlačené droždie sa formuje do malých valcov v extrudéri, ktoré sa potom sušia vo fluidnom lôžku. Suché droždie Zvyšné kvasničné mlieko sa suší v bubnovej sušičke alebo v systéme sušenia mrazom rozprašovaním, čím sa úplne stratí enzymatická aktivita, takže sa tento kvas používa hlavne ako prísada do krmiva alebo na dietetické a kulinárske účely (tzv. Nutričné kvasnice) sa používa alebo predáva ako vrecko 7 g. Kvapalné droždie Kvapalné kvasničné mlieko sa upravuje na hnaciu silu požadovanú zákazníkom a potom sa vyzdvihuje cisternovým vozidlom.

Celkovo sa pri výrobe melasy vyrába väčšie množstvo organických a chemických látok, ako aj kvasnicová voda obsahujúca mikroorganizmy, čo stále predstavuje problém pri zneškodňovaní.

Budúce vyhliadky V súčasnosti sa vyvíja pokus o použitie genetického inžinierstva na indukciu kvasiniek k tvorbe aróm (napr. Vanilky).

Dávkovanie pekárskeho droždia

Pekárske droždie sa pridáva do kvasnicového cesta asi na 3 až 6%, vzhľadom na množstvo múky. Ťažkosť, d. H. Cesto s vysokým obsahom tukov vyžaduje predovšetkým menej tekutín kvôli súvisiacej nižšej tekutine - droždie okrem iného potrebuje pre svoj metabolizmus. Voda - dávka až 8%. Pri extrémne dlhých formách cesta alebo predpečení je obsah kvasníc okolo 1–2%. Pečený slad sa používa ako optimálny výživový základ.

Obchodné formy pekárenských kvasníc a ich trvanlivosť

Kvasinky sa ponúkajú ako lisované čerstvé droždie (blokované), ako suché droždie (trvanlivosť asi 1 rok) alebo tekuté droždie. Na výrobu suchých kvasiniek sa väčšina vody postupne odstráni z kvasiniek, ktoré sa vyčistili zo záparu. Zvyčajne sa pridá emulgátor citrem (ester kyseliny citrónovej s monoglyceridmi). To má zabrániť prílišnému vysychaniu kvasinkových buniek, takže sa bunky stanú neaktívnymi, ale nezomrú. Takto deaktivované droždie je možné dlhodobo skladovať pri izbovej teplote. Napriek tomu je potrebné dátum expirácie vytlačený na obale brať vážne, pretože schopnosť kvasinkových buniek sa reaktivovať sa časom stráca. Typické 7-gramové balenie suchého droždia, ktoré sa predáva v maloobchodných predajniach, má približne rovnakú fermentačnú silu ako polovica 42,5 g kocky čerstvého droždia.

Bežné čerstvé droždie si zachováva svoj plný potenciál desať až dvanásť dní pri skladovacej teplote 2 až 8 ° C. Trvalý rozklad zásob sacharidov a bielkovín zachováva vitálne funkcie kvasiniek. Čím viac starých alebo mŕtvych buniek je v kúsku droždia, tým horšia je hnacia sila. Z bunky zároveň unikajú látky ako glutatión. To vedie k mäknutiu lepidla (bielkoviny lepku-zrna) v ceste. Staré droždie je preto aj pri vyšších dávkach prakticky nepoužiteľné.

Čerstvé pekárske droždie spoznáte podľa ľahkej, väčšinou žltkastej farby. Má príjemnú vôňu, sladkú, intenzívnu chuť a pevnú mušľovitú vôňu. Staré droždie je hnedosivé, popraskané, drobivé, má čoraz horkejšiu chuť a nepríjemný zápach.

Alternatívou k použitiu pekárskych kvasníc je kypriaci prášok.

Špeciálne druhy pekárenských kvasníc

Na špeciálne úlohy sa používajú špeciálne plemená, napríklad osmotolerantné kvasinky, ktoré sú - s veľmi sladkými cestami - menej citlivé na osmotický tlak. Organické droždie (kvasinkové kvasnice), ktoré sa pestujú na obilnom kultivačnom médiu, sú vhodné najmä pre ľudí s alergiou na kvasinky, ktorá sa zvyčajne vyskytuje iba pri priemyselných kvasniciach (kvôli zvyškom v melasovom substráte pri výrobe kvasníc).