9.1. Строение дрожжевой клетки

Дрожжи – наиболее распространенные микроорганизмы, используемые в пищевых производствах. Они применяются в хлебопечении, виноделии, производстве спирта, пива и др. Правда, во всех этих производствах используются разные виды, расы и штаммы дрожжей. Однако строение их клеток одинаково. Кроме того, все виды микроорганизмов имеют подобное строение за исключением их формы и размеров.

Дрожжи представляют собой одноклеточные микроорганизмы растительного происхождения. В отличие от ряда бактерий и микроскопических грибов дрожжи размножаются почкованием, а при неблагоприятных условиях – путем спорообразования.

Дрожжи могут иметь овальную, яйцевидную, округлую, реже цилиндрическую форму клетки. Размеры у различных видов 2…10 мкм в поперечнике и 2...20 мкм в длину.

Клетка состоит из клеточной стенки (цитоплазматической мембраны), цитоплазмы, ядра, вакуолей, содержащих включения гранул полифосфатов. В цитоплазме имеются жировые капли, митохондрии, рибосомы и другие элементы.

Клеточная стенка состоит из сложных углеводов, полисахаридов в комплексе с липидами и азотистыми соединениями. Оболочка имеет наружный и внутренний слой. Наружный слой является местом расположения эндоферментов и ферментов – переносчиков, обеспечивающих перенос питательных веществ против градиента концентрации. Внутренний слой – полупроницаемая мембрана.

Цитоплазма – вязкая коллоидная масса, состоящая из воды, белков, липидов и углеводов. От клеточной стенки она отделена цитоплазматической мембраной. Перемещение различных веществ в клетку и продуктов метаболизма (жизнедеятельности клетки) наружу осуществляется через эту мембрану. Вязкость цитоплазмы изменяется в зависимости от условий внешней среды.

Каждая клетка имеет ядро, которое содержит хромосомы, состоящие из генов, несущих наследственное начало. Ядро содержит дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и нуклеопротеиды, которые несут наследственную информацию клетки.

Рибосомы (микросомы) состоят из липидов и белков, а также из рибонуклеиновой кислоты (РНК), ответственной за синтез белковых молекул, в том числе ферментов.

Митохондрии – разрозненные округлые или несколько удлиненные тельца, состоящие из липидов, структурированного белка и ферментов. Они ответственны за обмен веществ в клетке.

Вакуоли – полости, образующиеся в цитоплазме при старении клеток. Они заполнены жидкостью и ограничены слоем белков и липидов.

Кроме того, в клетках имеются различные включения, играющие роль запасных веществ.

При культивировании дрожжей в производственных условиях наблюдают 4 фазы их развития.

1. Лаг-фаза характеризуется накоплением до 10% биомассы. При этом дрожжами усваивается сравнительно большое количество фосфорных и азотистых соединений. Продолжительность лагфазы 3...4 ч.

2. Логарифмическая фаза, при которой накапливается наибольшее количество клеток: они мелкие, так как почкование клеток опережает их рост, но большая удельная поверхность клеток обеспечивает высокую скорость биохимических процессов, в частности, образование спирта.

3. Стационарная фаза характеризуется медленным накоплением биомассы, отложением запасных питательных веществ в клетках, осуществлением биохимических процессов превращения углеводов в спирт и диоксид углерода.

4. Фаза затухания, при которой заканчиваются гидролитические и синтетические процессы, уменьшается биомасса дрожжей.

Различают молодые, зрелые и старые дрожжи. Молодые клетки имеют тонкую оболочку, однородную цитоплазму, происходит их энергичное почкование. У зрелых дрожжей цитоплазма зернистая, появляются вакуоли и другие включения. Число почкующихся клеток достигает 15%. Старые дрожжи почти не почкуются, имеют неоднородную цитоплазму, утолщенную оболочку, много мертвых клеток.

Дрожжи являются факультативным анаэробом, т.е. они проявляют жизненные функции в присутствии кислорода воздуха (аэробный процесс) и в его отсутствии (анаэробный процесс). В первом случае энергия получается в результате полного окисления органических веществ

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O + 2870 кДж.

Энергия расходуется клетками на синтез биомассы, т.е. на рост и размножение.

При отсутствии воздуха клетки для осуществления своих жизненных функций используют кислород, заключенный в органических веществах,

C₆H₁₂O₆ = 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 234 кДж.