Drożdże - część teoretyczna.pdf - Procesy fermentacyjne - neomnemonic

ĆWICZENIE NR 1

Drożdże – część teoretyczna

1. Budowa komórki drożdżowej i fizjologia drożdży

Drożdże pod względem systematycznym należą do grupy grzybów . Dzieli się je na dwie

podgrupy: tworzące i nie tworzące zarodniki.

Drożdże to grzyby jednokomórkowe, które czerpią swoją energię:

- w obecności tlenu przez oddychanie (warunki aerobowe)

- w braku tlenu przez fermentację (warunki anaerobowe)

W drugim przypadku, za pomocą kompleksu enzymów, zwanych zymazą , rozkładają one

glukozę, fruktozę, sacharozę i maltozę na alkohol etylowy i dwutlenek węgla , tworząc także

niewielką ilość produktów ubocznych lotnych i nielotnych.

W skład komórki drożdżowej wchodzi:

1. ściana komórkowa

2. błona cytoplazmatyczna

3. cytoplazma

4. jądro

5. jąderko

6. wodniczki

7. rybosomy

8. mitochondria

9. reticulum endoplazmatyczne

10. substancje zapasowe.

Rysunek 1. Komórka drożdżowa

6-10 µm

5-7 µm

Komórka drożdżowa zawiera przeciętnie ok. 75% wody. Skład suchej

substancji w przybliżeniu wygląda następująco:

1. białka 45-60%

2. węglowodany 25-35%

3. tłuszcze 4-7%

4. związki mineralne 6-9%

Związki mineralne tworzą głównie: fosforany, sole potasu, sodu, wapnia, magnezu

i cynku, oraz śladowe ilości żelaza, miedzi i manganu.

Ściana komórkowa – jest szczególnie ważną częścią komórki. Ma budowę warstwową.

Głównymi substancjami budulcowymi ściany są: mannan (znajdujący się po zewnętrznej stronie)

i glukan (po stronie wewnętrznej). Zawiera również białka, tłuszcze i związki nieorganiczne. Zadaniem

błony komórkowej jest m.in. utrzymanie odpowiedniego kształtu komórki.

Błona komórkowa – otacza cytoplazmę, wraz ze wszystkimi organellami. Ważnym elementem

błony komórkowej są fosfolipidy . Mają bardzo typową budowę, istotną dla roli jaką wypełniają. Są to

naturalne glicerydy, których dwie grupy alkoholowe zestryfikowane są kwasami tłuszczowymi, a

trzecia kwasem fosforowym. Cząsteczki fosfolipidów, wchodzące w skład błony komórkowej wykazują

dwie przeciwstawne właściwości: wiązanie z kwasem fosforowym jest hydrofilowe , a łańcuchy kwasów

tłuszczowych są hydrofobowe . W skład błony wchodzą również białka. Wnikają one do warstwy

lipidowej z obu stron, a niektóre przenikają ją całkowicie. Grubość błony komórkowej wynosi około

6nm, czyli 1/1000 średnicy komórki. Powierzchnia jednej komórki wydaje się bardzo mała, bo tylko

150µm 2 , ale powierzchnia zbiorowa 10g drożdży prasowanych, wynosi około 9-10m 2 .

Cytoplazma w młodej komórce drożdżowej ma jednolitą strukturę. Stanowi nieco więcej niż 50%

objętości komórki. W cytoplazmie zachodzi większość przemian enzymatycznych : rozkład substancji,

którymi żywi się komórka oraz synteza związków niezbędnych do jej budowy.

W warunkach obfitości substancji pokarmowych, np. na początku fermentacji, komórki drożdżowe

wzbogacają się w substancje zapasowe , takie jak glikogen – rezerwowy węglowodan, którego

zawartość może osiągnąć do 30% suchej substancji drożdży. Gromadzone są także dwucukier –

trehaloza , fosforany i lipidy.

Wakuole . W miarę procesu starzenia cytoplazma staje się ziarnista, pojawiają się wodniczki

wypełnione sokiem komórkowym (wodny roztwór soli organicznych, białek, cukrowców i innych

związków). Funkcja wakuoli polega na segregacji substancji użytecznych i odpadowych. Nadmiar

zgromadzonych soli może czasem krystlizować. Przez odwracalne tworzenie i rozpuszczanie

kryształów soli, komórka może regulować swoje wewnętrzne ciśnienie (turgor), kiedy na przykład

podwyższona zawartość ekstraktu w środowisku zwiększy ciśnienie osmotyczne.

Jądro komórkowe ma kształt owalny i średnicę około 2,5 µ m. Charakteryzuje się gruzełkowatą

strukturą. Jest najważniejszą częścią komórki, zawierającą materiał genetyczny, tj. chromosomy, DNA

i RNA. Chromatyna – podstawowy składnik chromosomów – składa się z ułożonych podjednostek

DNA, które są materiałem genetycznym komórki sterującym całym procesem przemiany materii, oraz

strukturą białek w niej wytwarzanych.

Ilość informacji zawarta w tym materiale, czyli w genach, odpowiada w przybliżeniu 10 9 -10 10 bitów

(125MB-1GB). Informacje te sterują rozwojem komórki, jej rozmnażaniem, wzrostem i

metabolizmem.

Substancje zapasowe są odkładane w cytoplazmie dojrzałych komórek drożdżowych w postaci:

wolutyny — substancji o charakterze białkowym,

glikogenu — węglowodanu, który gromadzi się w komórkach drożdży hodowanych na

podłożach zawierających cukry, a jego obecność świadczy o dobrym odżywieniu komórek.

tłuszczu — substancji zapasowej występującej w postaci kropli silnie załamujących światło.

Obecność substancji zapasowych wykrywa się za pomocą barwienia:

• tłuszczu — czerwone zabarwienie z Sudanem III,

• wolutyny — niebieskie zabarwienie z błękitem metylenowym,

• glikogenu — brunatne zabarwienie komórek z płynem Lugola.

2. Rozmnażanie drożdży

W zależności od rasy drożdże rozmnażają się przez:

• pączkowanie — wegetatywnie,

• podział poprzeczny komórki (rozszczepianie) — wegetatywnie,

• zarodnikowanie — wegetatywnie (płciowo),

• kopulację — płciowo.

Na podstawie wyglądu zewnętrznego komórki i zarodników drożdże można zakwalifikować do

poszczególnych gatunków.

Rysunek 2. Morfologia ważniejszych gatunków: A — Saccharomyces cerevisiae , A1 —

komórka pączkująca, A2 — worki z zarodnikami, B — Candida utilis , C — Kluyveromyces

fragilis , C1 — worki z zarodnikami, C2 — zarodniki, D — Schizosaccharomyces pombe ,

D1 — worki z zarodnikami

3. Zastosowanie drożdży

Drożdże są organizmami mało wymagającymi, gdyż posiadają zdolność wykorzystywania

podłóż o ubogim składzie. Po odpowiedniej obróbce są one dobrze przyswajane przez

zwierzęta, stanowią cenną paszę dostarczającą duże ilości białka i witamin, szczególnie z

grupy B. Jednak głównie są użytkowane w przemysłach: piekarniczym, browarniczym,

gorzelniczym i winiarskim.

Pod względem wykorzystania w przemyśle drożdże dzieli się na:

• gorzelnicze

• browarnicze

• piekarskie

• winiarskie

• paszowe.

Teoria Finka dotycząca hodowli drożdży mówi, że 2/3 wprowadzonej do podłoża glukozy

powinno przejść w biomasę. Pozostała część cukrów wykorzystywana jest przez komórki do

syntezy produktów ubocznych oraz na potrzeby życiowe.

4. Żywotność drożdży

Żywotność drożdży dobrej jakości powinna wynosić nie mniej niż 95%. Oznacza to, że na

każde 100 komórek drożdży tylko 5 może być martwych. W celu wykonania oceny barwi się

przygotowany preparat błękitem metylenowym i obserwuje pod mikroskopem. Komórki

martwe barwią się na niebiesko, a żywe pozostają bezbarwne.

5. Drożdże piwowarskie

Według sposobu fermentacji brzeczki piwnej wyróżniamy:

- drożdże górnej fermentacji: które w warunkach przemysłowych fermentują w wyższych

temperaturach (>20˚C), a po zakończeniu procesu fermentacji zbierają się na

powierzchni piwa;

- drożdże dolnej fermentacji: produkują piwo w temperaturach niższych (<10˚C) a po

zakończeniu fermentacji opadają na dno naczynia;

6. Drożdże piekarskie

Drożdże piekarskie (nazywane też piekarniczymi) należą do gatunku Saccharomyces

cerevisiae , ale nie zawsze pochodzą od czystej kultury jednej rasy. Może to być mieszanka

trzech lub czterech ras.

Drożdże hodowane są na melasie , a ich barwa zależy od sposobu produkcji i powinna być jak

najjaśniejsza, dopuszczalny jest odcień szary oraz zbrunatnienie krawędzi cegiełek

drożdżowych wskutek ich wysychania. Smak i zapach powinien być swoisty bez posmaku

gorzkiego i obcych zapachów. Dobre drożdże są w dotyku lekko ziarniste.

Trwałość drożdży prasowanych, czyli handlowych, w temperaturze 20 0 C powinna wynosić co

najmniej 10 dni, a pożądana jest trwałość 14–dniowa.

5.1. Czas podnoszenia ciasta

Czas podnoszenia ciasta powinien wynosić nie mniej niż 80 minut (I pęd), 45 minut (II pęd) i

150 minut dla sumy trzech pędów. Trwałość termostatowa w temperaturze 35 O C nie może

wynosić więcej niż 96 godzin. Drożdże miękkie w dotyku, wskazują na zaawansowane

procesy autolityczne. Nieprzyjemny zapach zepsutych drożdży udziela się pieczywu.

Oznaką zepsucia drożdży są:

• szarożółta barwa

• plamy niebieskie (pochodzenia bakteryjnego)

• tłustość w dotyku

• nieprzyjemny zapach (przypominający klej lub rozkładającego się białka)

5.2. Sucha masa drożdży

Drożdże prasowane powinny zawierać nie mniej, niż 26% suchej masy. W ich skład wchodzi

40 pierwiastków chemicznych. Najważniejszymi są: węgiel, tlen, wodór, azot, fosfor, potas i

magnez. Stanowią one 98% suchej masy drożdży. Te właśnie pierwiastki w postaci

przyswajalnej dla drożdży stanowią ich pożywienie. Głównym źródłem węgla są cukry zawarte

w melasie buraczanej. Jest ona nie tylko źródłem przyswajalnego węgla organicznego, ale

częściowo również związków azotowych, substancji wzrostowych i soli mineralnych. Na

produkcję drożdży powinna być przeznaczona melasa najlepszej jakości i możliwie jednolita.

Melasa gorszej jakości wymaga takich zabiegów, jak sterylizacja, klarowanie brzeczki

melasowej, usuwanie szkodliwych składników i wzbogacanie w niezbędne dla drożdży sole

mineralne.

5.3. Skład chemiczny drożdży piekarskich

Tabela 1

Składnik

% w suchej masie

Białko ogółem

40–50

Glikogen

10–30

Kwasy nukleinowe

4–10

Tłuszcze

1–6

Mannan

do 4

Celuloza

do 5

Związki mineralne

6–8

W tym:

P 2 O 5 44–59

K 2 O 22–39

MgO 4–6

CaO 1–7

SO 3 0,5–6,0

Fe 2 O 3 0,06–0,7

SiO 2 0,9–2,0

Źródłem tlenu dla drożdży jest powietrze doprowadzane do brzeczki drożdżowej. W warunkach

tlenowych drożdże utleniają substancje organiczne, zwykle cukry, tworząc CO 2 i zużytkowując

energię zawartą w tych surowcach zgodnie z równaniem

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6CO 2 + 6H 2 O + 2824 kJ

Najważniejszym kryterium jest wydajność drożdży prasowanych zawierających przeciętnie 27%

suchej masy, co oznacza się symbolem D 27 . Wydajność oznacza ilość procentową D 27 z melasy

o średniej zawartości 50% sacharozy, co oznaczamy skrótem M 50 .

Aby zachować siłę pędną drożdży piekarskich, suszenie po produkcji musi odbywać się w stosunkowo

niskich temperaturach, nie przekraczających 40 0 C. Drożdże przeznaczone do suszenia powinny

charakteryzować się wysoką zawartością trehalozy (dwucukier odpowiedzialny za trwałość termiczną

drożdży).

Dodatek drożdży do ciasta, wynoszący 2–5% w stosunku do użytej mąki, powoduje nie tylko

spulchnianie ciasta. Chleb produkowany na drożdżach ma większą wartość odżywczą niż chleb

pieczony na zakwasie, gdyż drożdże zawierają 50% łatwo przyswajalnego białka, kilka procent

tłuszczu, a przede wszystkim witaminy: B 1 , B 2 , B 6 , B 12 , PP, witaminę D oraz kwas pantotenowy, które

rozkładają się tylko częściowo w procesie pieczenia.

Drożdże powinny być przechowywane w temperaturze od +2 do +8 0 C (jest to dla nich optymalna

temperatura). Jej podwyższenie powoduje wzrost zakażenia lub lizę komórek, a ujemne temperatury

przechowywania prowadzą do wymrożenia wody w wakuolach i w konsekwencji zniszczenie komórek.

Drożdże - część teoretyczna.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: