Wanda Duszkiewicz-Reinhard, Ma gorzata Gniewosz, Stanis aw B a ejak, Adam Ba kowski

Transkrypt

1 SCIENTIARUM POLONORUMACTA Technologia Alimentaria 1(1) 2002, BADANIA ZDOLNO CI WI ZANIA MAGNEZU PRZEZ DRO D E PIEKARSKIE SACCHAROMYCES CEREVISIAE W HODOWLI STACJONARNEJ Wanda Duszkiewicz-Reinhard, Ma gorzata Gniewosz, Stanis aw B a ejak, Adam Ba kowski Streszczenie: Badano zdolno wi zania magnezu przez przemys owy szczep dro d y piekarskich podczas hodowli stacjonarnej na pod o u YPD, wzbogaconym w jony magnezu w ilo ci 0,25, 0,5 i 1,25 Mg 2+ /dm 3. Jony magnezu pochodzi y z dwóch soli: MgSO 4 x 7H 2 O lub MgCl 2 x 6H 2 O. Sole magnezu dodawano do pod o y do wiadczalnych na pocz tku hodowli lub pod koniec logarytmicznej fazy wzrostu dro d y. Równolegle prowadzono hodowl na pod o u kontrolnym (YPD bez dodatku jonów Mg 2+ ). Zawarto magnezu oznaczano metod ASA w biomasie nie p ukanej oraz w biomasie dwukrotnie p ukanej wod dejonizowan. We wszystkich wariantach hodowli prowadzonych na pod o- ach do wiadczalnych uzyskano istotnie wy sz zawarto magnezu w biomasie komórkowej ni w dro d ach hodowanych na pod o u kontrolnym. Zaobserwowano, e rosn ce st enia jonów magnezu w pod o ach do wiadczalnych (niezale nie od ród a), powodowa y zwi kszanie zawarto ci tego pierwiastka w nie p ukanej biomasie komórkowej, chocia stwierdzane ró nice nie zawsze nale a y do statystycznie istotnych. Dodatek magnezu do pod o y pod koniec logarytmicznej fazy wzrostu nie spowodowa podwy szenia zawarto ci magnezu w biomasie badanej po 24 i 48 h hodowli w stosunku do pod o y wzbogaconych w magnez na pocz tku hodowli. Wi ksza cz magnezu by a lu no zwi zana z komórkami dro d y, co stwierdzono porównuj c zawarto ci magnezu w biomasie p ukanej z zawarto ci tego pierwiastka w biomasie nie p ukanej. Zarówno rodzaj ród a magnezu, jak równie jego st enie w pod o u nie mia o istotnego wp ywu na przyrost biomasy komórkowej dro d y. S owa kluczowe: Saccharomyces cerevisiae, magnez, biopierwiastki, dro d e WST P Magnez spe nia wiele wa nych funkcji w ka dym ywym organizmie. W komórkach dro d y bierze udzia w przebiegu oko o po owy wszystkich procesów i szlaków metabolicznych przemiany bia ek, t uszczów i cukrów. Uczestniczy w aktywacji ponad 300 enzymów, w tym wszystkich syntetaz, fosfataz i kinaz [Walker 1994, Rees i Ste-

2 18 W. Duszkiewicz-Reinhard... wart 1997]. W komórce wyst puje przewa nie w formie uwodnionej, jako stabilny hydrat Mg(H 2 0) St enie wolnego Mg 2+ w cytosolu komórkowym wynosi od 0,2 do 1,0 mm. W mitochondriach jon magnezowy zlokalizowany jest g ównie w matriks (41%), natomiast 50% znajduje si w przestrzeni mi dzyb onowej. St enie wolnego Mg 2+ w matriks mitochondrialnym jest wy sze ni w cytosolu komórkowym, co jest zwi zane z udzia em magnezu w syntezie wi za wysokoenergetycznych przy wytwarzaniu i magazynowaniu energii w formie ATP [Pasternak 1999]. Du a ilo magnezu wewn trzkomórkowego zwi zana jest z bia kami oraz ujemnie na adowanymi cz steczkami. Poza tym znaczne ilo ci tego pierwiastka znajduj si w j drze i retikulum endoplazmatycznym [Pasternak i Floria czyk 1995]. Obecno magnezu zwi zana jest z prawid owym dzia aniem takich struktur komórkowych, jak b ony komórkowe, j dro komórkowe, mitochondria, rybosomy i lizosomy [Walker 1994]. Mi dzy innymi w b onie komórkowej tworzy zwi zki kompleksowe z fosfolipidami, dzi ki którym zmniejszona jest p ynno i przepuszczalno b on komórkowych, utrzymuje integralno spirali DNA, w a ciw struktur chromosomów w j drze komórkowym, a tak e stan sprz enia mitochondriów. Magnez ma wp yw na prawid ow przepuszczalno b on mitochondrialnych, umo liwia agregacj rybosomów w polisomy oraz stabilizuje b on lizosomów [Pasternak 1999]. Magnez w istotny sposób oddzia uje na wzrost i cechy technologiczne dro d y S. cerevisiae [Brady i Duncan 1994, Walker i in. 1996, Pasternakiewicz i Tuszy ski 1997, Walker i Maynard 1997]. Wi ksza dost pno magnezu w pod o ach fermentacyjnych przyczynia si do skrócenia fazy wzrostu dro d y, a tak e podwy sza ko cow wydajno etanolu [Dombek i Ingram 1986]. Walker [1998] opisa magnez jako czynnik zapobiegaj cy stresowi komórek dro d y. Podczas fermentacji komórki nara one s na szereg stresów pochodz cych z otaczaj cego rodowiska (fizyczne, chemiczne i biologiczne), których skutki mog by niwelowane zwi kszon obecno ci jonów magnezu w pod o u. Jony Mg 2+ chroni komórki dro d y zw aszcza przed stresem spowodowanym wysok temperatur, toksycznym dzia aniem etanolu i wysokim ci nieniem osmotycznym [Dombek i Ingram 1986, D'Amore i in. 1988, Dasani i in. 1990]. W tych ekstremalnych warunkach zapobiegaj obumieraniu komórek i przed u aj ich ywotno poprzez zachowanie strukturalnej i funkcjonalnej integracji b ony cytoplazmatycznej [Walker 1998]. W niniejszej pracy postanowiono sprawdzi zdolno wi zania magnezu przez dro d e piekarskie S. cerevisiae, przy znacznym zwi kszeniu ilo ci tego pierwiastka w pod o u hodowlanym. Postanowiono tak e wyja ni, czy zdolno wi zania magnezu przez komórki jest zale na od rodzaju soli wprowadzanej do pod o a. Podj to równie prób oceny trwa o ci zwi zania jonów Mg 2+ z komórkami dro d y. MATERIA Y I METODY Przedmiotem bada by y przemys owe dro d e piekarskie Saccharomyces cerevisiae (szczep Nr 102), pochodz ce z Muzeum Czystych Kultur Zak adu Biotechnologii i Mikrobiologii ywno ci SGGW w Warszawie. Szczep przechowywano na skosach brzeczkowych w temp. +4 C. Inoculum przygotowywano na pod o u p ynnym YPD [Suizu i in. 1996] i namna- ano przez 24 h w temp. 28 C na wstrz sarce laboratoryjnej (ROSI 1000, Thermolyne, Acta Sci. Pol.

3 Badania zdolno ci wi zania magnezu USA) o 200 rpm do uzyskania g sto ci optycznej OD 600 = 2,1, co odpowiada o liczbie komórek 1,3 x 10 7 jtk/cm 3. Pod o em kontrolnym by o pod o e YPD, natomiast pod o ami do wiadczalnymi pod o e YPD wzbogacone w jony magnezu pochodz ce z dwóch zwi zków: MgSO 4 x 7H 2 O lub MgCl 2 x 6H 2 O. Przyj to trzy poziomy dodatku soli magnezu tak, aby zawarto magnezu w pod o ach wynosi a 0,25g Mg 2+ /dm 3, 0,5g Mg 2+ /dm 3 i 1,25g Mg 2+ /dm 3 (w przeliczeniu na czysty pierwiastek). Wodne roztwory soli magnezu dodawano do pod o a hodowlanego na pocz tku hodowli lub pod koniec (sprawdzonej eksperymentalnie materia y w asne) logarytmicznej fazy wzrostu, tj. w 18 godzinie hodowli. Pod o e kontrolne i pod o a do wiadczalne szczepiono inoculum 10% (v/v). Hodowle dro d y prowadzono metod stacjonarn w temp. 28 C przez 48 h. Zawarto magnezu w biomasie komórkowej dro d y badano metod absorpcyjnej spektrofotometrii atomowej (ASA). Zawarto magnezu w biomasie komórkowej dro d y oznaczano po 6, 24 i 48 godzinach prowadzenia hodowli na pod o ach kontrolnych i do wiadczalnych. Odwirowan, wysuszon i zwa on biomas dro d ow z poszczególnych hodowli mineralizowano, spalaj c w mieszaninie kwasów azotowego i nadchlorowego. W tak przygotowanych próbkach okre lano zawarto magnezu metod ASA (spektrofotometr Schimazu, AA660, Japonia) [Bry ka i in. 1995]. Absorbancj mierzono przy d ugo ci fali równej 285,2 nm. Otrzymane wyniki wyra ano w miligramach Mg 2+ na gram suchej biomasy dro d y. Zawarto biomasy komórkowej dro d y badano po odwirowaniu jej przy 3500 rpm przez 10 minut (MPW 365, Mechanika Precyzyjna, Polska). Otrzyman mokr biomas suszono najpierw w temperaturze 60 C przez 2 godziny, a nast pnie w 105 C, a do ustalenia sta ej masy. Badania prowadzono w trzech powtórzeniach. Oznaczenia zawarto ci magnezu w biomasie komórkowej oraz plon biomasy kontrolowano w 6, 24 i 48 godzinie hodowli (gdy magnez dodawano na pocz tku hodowli) oraz w 18 godzinie (10 minut po dodaniu soli magnezu), 24 i 48 godzinie (gdy magnez dodawano pod koniec logarytmicznej fazy wzrostu dro d y). Wyniki bada poddano analizie statystycznej testem Duncana w programie Statgraphics Plus, wersja 2.1. Przeprowadzono dwuczynnikow analiz wariancji z powtórzeniami. WYNIKI I DYSKUSJA Badanie zawarto ci magnezu w biomasie komórkowej dro d y hodowanych na pod o u kontrolnym i pod o ach do wiadczalnych W tabeli 1 i 2 przedstawiono zawarto magnezu w biomasie komórkowej dro d y hodowanych na pod o u kontrolnym (YPD) i pod o ach do wiadczalnych z trzema ró nymi dawkami jonów Mg 2+ pochodz cych z MgCl 2 x 6H 2 O lub MgSO 4 x 7H 2 O, wprowadzanymi na pocz tku hodowli. Zawarto magnezu badano w biomasie nie p ukanej (tj. odwirowanej od supernatantu) oraz w biomasie p ukanej (tj. po odwirowaniu dwukrotnie p ukanej wod dejonizowan ). Technologia Alimentaria 1(1) 2002

4 20 W. Duszkiewicz-Reinhard... Z danych literaturowych wynika, e wi zanie magnezu przebiega w dwóch fazach [Walker 1994]. W pierwszej fazie nast puje szybkie przy czenie jonów Mg 2+ do powierzchni zewn trznej komórki, co jest niezale ne od ich metabolizmu. Druga faza jest wolniejsza i wymaga dostarczenia energii. Polega ona na transporcie metali do wn trza komórki, g ównie do kompleksów polifosforanowych wewn trz wakuoli. W wychwytywaniu metali pomocne s niskocz steczkowe bia ka, tzw. metalotioneiny lub fitochelatyny [Brady i Duncan 1994]. Tak wi c w biomasie nie p ukanej oznaczano zawarto magnezu, który w wi kszej cz ci by zlokalizowany na zewn trz komórki, na skutek przyci gania jonów Mg 2+ do obszarów o adunku ujemnym, którymi prawdopodobnie by y kompleksy bia kowo-w glowodanowe ciany komórkowej. Potencjalne punkty tych przy cze zawieraj grupy fosforanowe, hydroksylowe, karboksylowe i inne [Brady i Duncan 1994]. Z kolei w biomasie p ukanej wod dejonizowan oznaczano zawarto magnezu trwale zwi zanego ze strukturami komórkowymi. Wewn trz komórki magnez tworzy trwa e po czenia z kwasami nukleinowymi, fosfolipidami i polifosforanami w obecno ci jonów ortofosforanowych, a w cianie komórkowej z mannoproteinami [Mochaba i in. 1996]. Dro d e piekarskie Nr 102 hodowane na pod o u kontrolnym YPD wi za y najwi cej magnezu w 6 h hodowli (3,10 mg Mg/g s.s. tab. 1 i 2). W kolejnych dwóch dobach (tj. po 24 h i 48 h) zawarto magnezu w biomasie komórkowej dro d y utrzymywa a si na nieco ni szym poziomie (2,40-2,57 mg Mg/g s.s.), lecz obserwowane ró nice nie by y statystycznie istotne. Rose i Harrison [1969] podaj, e dro d e zawieraj przeci tnie 0-3 mg magnezu w gramie suchej substancji (dro d e piekarskie rednio 2-3 mg Mg/g s.s.), a wi c badany szczep dro d y przemys owych charakteryzowa si stosunkowo du pocz tkow zawarto ci tego pierwiastka. Tabela 1. Zawarto magnezu w biomasie komórkowej dro d y hodowanych na pod o ach kontrolnym i do wiadczalnych (MgCl 2 x 6H 2 O dodawany na pocz tku hodowli) Table 1. Content of magnesium in the yeast biomasses cultivated in control and experimental conditions (magnesium as MgCl 2 x 6H 2 O added at the beginning of cultivation) w biomasie nie p ukanej non-washed biomasses mg Mg/g s.s. w biomasie p ukanej washed biomasses YPD (kontrolne) 3,10 ab 2,57 a 2,46 a 2,61 AB 2,41 A 2,40 A YPD (do wiadczalne) dodatek MgCl 2 x 6H 2 O addition of MgCl 2 x 6H 2 O YPD + 0,25 g Mg 2+ /dm 3 4,81 c 3,74 b 3,60 b 3,34 DE 2,86 BC 2,92 BCD YPD + 0,50 g Mg 2+ /dm 3 6,46 d 4,74 c 4,74 c 3,72 E 3,18 CD 3,13 CD YPD + 1,25 g Mg 2+ /dm 3 9,55 f 8,83 ef 8,35 e 3,67 E 3,33 DE 3,20 CD a, b, c... te same litery oznaczaj brak statystycznie istotnej ró nicy. A, B, C... te same litery oznaczaj brak statystycznie istotnej ró nicy. a, b, c... means with the same superscripts letters are not significantly different. A, B, C... means with the same superscripts letters are not significantly different. Acta Sci. Pol.

5 Badania zdolno ci wi zania magnezu Tabela 2. Zawarto magnezu w biomasie komórkowej dro d y hodowanych na pod o ach kontrolnym i do wiadczalnych (MgSO 4 x 7H 2 O dodawany na pocz tku hodowli) Table 2. Content of magnesium in the yeast biomasses cultivated in control and experimental conditions (magnesium as MgCl 2 x 7H 2 O added at the beginning of cultivation) w biomasie nie p ukanej non-washed biomasses mg Mg/g s.s. w biomasie p ukanej washed biomasses YPD (kontrolne) 3,10 ab 2,57 a 2,46 a 2,61 AB 2,41 A 2,40 A YPD (do wiadczalne) dodatek MgSO 4 x 7H 2 O addition of MgSO 4 x 7H 2 O YPD + 0,25 g Mg 2+ /dm 3 4,16 bc 4,31 bc 4,11 bc 3,70 DE 3,36 BCD 3,53 CD YPD + 0,50 g Mg 2+ /dm 3 4,85 c 6,16 d 6,25 d 3,71 DE 3,23 BC 3,62 CD YPD + 1,25 g Mg 2+ /dm 3 8,72 e 8,24 e 7,50 e 4,13 E 3,07 BCD 3,95 E a, b, c... te same litery oznaczaj brak statystycznie istotnej ró nicy. A, B, C... te same litery oznaczaj brak statystycznie istotnej ró nicy. a, b, c... means with the same superscripts letters are not significantly different. A, B, C... means with the same superscripts letters are not significantly different. We wszystkich wariantach hodowli prowadzonych na pod o ach do wiadczalnych uzyskano istotnie wy sz (3,13-9,55 mg/g s.s.) zawarto magnezu w biomasie komórkowej ni w dro d ach hodowanych na pod o u kontrolnym. Zaobserwowano tak e (tab. 1 i 2), e rosn ce st enia jonów magnezu w pod o ach do wiadczalnych (niezale nie od ród a) powodowa y zwi kszanie zawarto ci tego pierwiastka w nie p ukanej biomasie komórkowej, chocia stwierdzane ró nice nie zawsze nale a y do statystycznie istotnych. W hodowlach na pod o u z dodatkiem MgCl 2 x 6H 2 O (tab. 1) najwi ksz ilo magnezu (bez wzgl du na wielko zastosowanej dawki) obserwowano w biomasie komórkowej po 6 godzinach hodowli, tj. na pocz tku logarytmicznej fazy wzrostu dro d y. Zawarto Mg 2+ jaka zosta a zwi zana przez dro d e wynosi a 9,55 mg/g s.s. (po dawce 1,25 g Mg 2+ /dm 3 pod o a) i by a ponad trzykrotnie wy sza ni w biomasie hodowanej na pod o u kontrolnym. Po 24 h i 48 h hodowli dro d e uwalnia y cz jonów Mg 2+ do pod o a, dlatego zawarto tego pierwiastka w biomasie komórkowej by a istotnie mniejsza. W hodowlach na pod o ach do wiadczalnych z dodatkiem MgSO 4 x 7H 2 O (tab. 2) zauwa ono nieco inne tendencje. W poszczególnych przedzia ach czasowych nie stwierdzono istotnych ró nic w zawarto ci magnezu w biomasie komórkowej dro d y po dodaniu Mg 2+ na poziomie 0,25 i 1,25 g/dm 3. Wyj tek stanowi hodowla z zastosowaniem 0,5 g Mg 2+ /dm 3, w wyniku której dro d e po 24 i 48 godzinach zawiera y istotnie wi cej tego pierwiastka ni po 6 godzinach. Nale y jednak podkre li, e dodatek do pod o y 0,25 i 0,5 g Mg 2+ /dm 3 z soli siarczanowej powodowa, e zawarto magnezu w nie p ukanej biomasie by a wi ksza ni przy zastosowaniu soli chlorkowej. Mo e to by zwi zane z lepsz adaptacj przemys owych szczepów dro d y piekarskich do tego rodzaju soli magnezu, które s stosowane w procesach przemys owych przebiegaj cych z ich udzia em. Technologia Alimentaria 1(1) 2002

6 22 W. Duszkiewicz-Reinhard... W biomasie p ukanej zawarto magnezu by a mniejsza ni w biomasie nie p ukanej (tab. 1 i 2). Wi cej jonów Mg 2+ zosta o wyp ukanych z biomasy hodowanej w pod o u z dodatkiem MgCl 2 x 6H 2 O ni z dodatkiem MgSO 4 x 7H 2 O zw aszcza wówczas, gdy sole tego pierwiastka by y dodawane na pocz tku hodowli. Wprowadzenie magnezu do hodowli 18-godzinnych (tab. 3 i 4) spowodowa o, e dro d e przez pierwsze 18 h zu ywa y magnez znajduj cy si w pod o u YPD, a nast pnie wi za y mniejsze jego ilo ci ni wówczas, gdy dodawany by na pocz tku hodowli. Stwierdzono tak e, e w tych warunkach zawarto magnezu w biomasie nie p ukanej wzrasta a proporcjonalnie do zastosowanej dawki jonów Mg 2+. Najwi ksz ilo magnezu, wynosz c 7,90 mg/g s.s. stwierdzono w biomasie nie p ukanej po zastosowaniu dawki wynosz cej 1,25 g Mg 2+ /dm 3, pochodz cej z soli chlorkowej. W tej hodowli zanotowano blisko trzykrotnie wi ksz ilo zwi zanego magnezu (w porównaniu z biomas z pod o y kontrolnych), a w hodowli o tym samym st eniu jonów Mg 2+ w postaci MgSO 4 x 7H 2 O zawarto tego pierwiastka w biomasie by a oko o dwukrotnie wi ksza. W kolejnych godzinach zauwa ono niewielk tendencj spadkow ilo ci wi zanego magnezu, chocia stwierdzone ró nice nie by y statystycznie istotne. Proces p ukania biomasy spowodowa, e zawarto tego pierwiastka w komórkach by a po zastosowaniu soli siarczanowej na tym samym poziomie co w dro d ach otrzymanych z pod o y kontrolnych (tab. 4). Dro d e akumuluj niewielkie ilo ci jonów magnezu, wapnia i manganu. Wi zanie magnezu przez komórki dro d y mo na poprawi przez dodanie niektórych pierwiastków. Du y wp yw na pobieranie magnezu maj jony Co 2+ i Zn 2+ [Tuszy ski i Pasternakiewicz 2000]. Podobne wnioski wysun li Soral- mietana i in. [1993], którzy po wzbogaceniu brzeczki piwnej o 0,1% czystego magnezu oraz identyczne st enie jonów cynku znacznie zwi kszyli przyswajalno jonów Mg 2+ przez komórki dro d y w stosunku do hodowli kontrolnych. Tabela 3. Zawarto magnezu w biomasie komórkowej dro d y hodowanych na pod o ach kon- conditions (magnesium as MgCl 2 x 6H 2 O added at the end of lag trolnym i do wiadczalnych (MgCl 2 x 6H 2 O dodawany pod koniec logarytmicznej fazy wzrostu) Table 3. Content of magnesium in the yeast biomasses cultivated in control and experimental phase) w biomasie nie p ukanej non-washed biomasses mg Mg/g s.s. w biomasie p ukanej washed biomasses YPD (kontrolne) 2,94 ab 2,57 ab 2,46 a 2,50 AB 2,41 A 2,40 A YPD (do wiadczalne) dodatek MgCl 2 x 6H 2 O a ddition of MgCl 2 x 6H 2 O YPD + 0,25 g Mg 2+ /dm 3 3,74 abcd 3,40 abc 3,08 ab 3,30 E 3,10 CBD 3,07 CDE YPD + 0,50 g Mg 2+ /dm 3 5,20 e 4,96 de 4,57 cde 2,90 CD 2,82 BCD 2,80 BC YPD + 1,25 g Mg 2+ /dm 3 7,90 f 7,65 f 7,53 f 3,37 E 3,26 E 3,16 DE a, b, c... te same litery oznaczaj brak statystycznie istotnej ró nicy. A, B, C... te same litery oznaczaj brak statystycznie istotnej ró nicy. a, b, c... means with the same superscripts letters are not significantly different. A, B, C... means with the same superscripts letters are not significantly different. Acta Sci. Pol.

7 Badania zdolno ci wi zania magnezu Tabela 4. Zawarto magnezu w biomasie komórkowej dro d y hodowanych na pod o ach kontrolnym i do wiadczalnych (MgSO 4 x 7H 2 O dodawany pod koniec logarytmicznej fazy wzrostu) Table 4. Content of magnesium in the yeast biomasses cultivated in control and experimental conditions (magnesium as MgCl 2 x 7H 2 O added at the end of lag phase) w biomasie nie p ukanej non-washed biomasses mg Mg/g s.s. w biomasie p ukanej washed biomasses YPD (kontrolne) 2,94 ab 2,57 ab 2,46 a 2,50 A 2,41 A 2, 40 A YPD (do wiadczalne) dodatek MgSO 4 x 7H 2 O addition of MgSO 4 x 7H 2 O YPD + 0,25 g Mg 2+ /dm 3 3,40 abc 2,93 ab 3,37abc 2,60 A 2,59 A 2,50 A YPD + 0,50 g Mg 2+ 3 /dm 4,74 cd 4,50 cd 4,02 cd 2,06 A 2,62 A 2,48 A YPD + 1,25 g Mg 2+ /dm 6,26 ef 6,80 f 6,04 ef 2,54 A 2,69 A 2,61 A a,b,c... te same litery oznaczaj brak statystycznie ist otnej ró nicy. A, B, C... te same litery o znaczaj brak statystycznie istotnej ró nicy. a, b, c... means with the same superscripts letters are not significantly different. A, B, C... means with the same superscripts letters are not significantly different. Badanie plonu biomasy komórkowej dro d y na pod o ach: kontrolnym i do wiadczalnych Celem ustalenia wp ywu zastosowanych dawek soli magnezu na tempo wzrostu dro d y oznaczono plon biomasy komórkowej otrzymanej na pod o ach kontrolnym i do wiadczalnym. Na podstawie przeprowadzonej analizy statystycznej stwierdzono, e w hodowli stacjonarnej rodzaj i dawka soli magnezu wyst puj cych w pod o ach do wiadczalnych nie mia y istotnego wp ywu na uzyskane plony biomasy dro d owej. Chocia obserwowane ró nice nie by y statystycznie istotne nale y zauwa y, e wprowadzenie MgCl 2 x 6H 2 O spowodowa o uzyskanie plonu biomasy komórkowej po 3 48 h hodowli w obu wariantach czasowych najwi kszego (3,33-3,75 g s.s./dm pod o a) (tab. 5 i 6). W pod o ach do wiadczalnych zawieraj cych MgSO 4 x 7H 2 O najwy szy plon biomasy stwierdzono po 24 h hodowli, gdy omawiany zwi zek wprowadzono na pocz tku do wiadczenia (3,99 g s.s./dm 3 ), za po 48 h, gdy dodano go pod koniec fazy logarytmicznej wzrostu dro d y (3,60 g s.s./dm 3 ). Wydaje si, e zaznaczony zosta stymuluj cy wp yw tej soli na wzrost badanego szczepu dro d y. Dodatek jonów Mg 2+ w ilo ci 1,25 g/dm 3 (zarówno w postaci chlorku, jak i siarczanu magnezu), który by zdecydowanie wi kszy od optymalnych ilo ci tego pierwiastka w pod o u, nie spowodowa ani znacznego przyrostu ani obni enia plonu biomasy. Rees i Stewart [1997] ustalili, e ca kowite zahamowanie wzrostu dro d y nast puje dopiero po dodani 25 g magnezu na 1 dm 3 pod o a. Technologia Alimentaria 1(1) 2002

8 24 W. Duszkiewicz-Reinhard... Tabela 5. Plon biomasy dro d y hodowanych na pod o ach: kontrolnym i do wiadczalnych ( ród o magnezu: A) MgCl 2 x 6H 2 0 dodawane na pocz tku hodowli i B) pod koniec logarytmicznej fazy wzrostu) Table 5. Yield of yeast biomass cultivated in control and experimental conditions (magnesium as MgCl 2 x 6H 2 O added: (A) at the beginning (B) at the end of lag phase) A g dm -3 YPD (kontrolne) 2, 74 A 3, 15 A 3, 47 A 2, 79 A 3, 15 A 3, 49 A YPD (do wiadczalne) dodatek MgCl 2 x 6H 2 O addition of MgCl 2 x 6H 2 O 2+ 3 YPD + 0,25 g Mg /dm 2,16 A 3,48 A 3,66 A 2,88 A 3,29 A 3,49 A YPD + 0,5 g Mg 2+ /dm 3 2,23 A 3,68 A 3,75 A 2,89 A 3,35 A 3,45 A 2+ 3 YPD + 1,25 g Mg /dm 2,59 A 3,41 A 3,60 A 2,71 A 3,25 A 3,33 A A litera oznacza brak statystycznie isto tnej ró nicy. A means with the same superscripts letter are not sig nificantly different. Tabela 6. Plon biomasy dro d y hodowanych na pod o ach: kontrolnym i do wiadczalnych ( ród o magnezu: A) MgSO 4 x 7H 2 0 dodawane na pocz tku hodowli i B) pod koniec logarytmicznej fazy wzrostu) Table 6. Yield of yeast biomass cultivated in control and experimental conditions (magnesium as MgCl 2 x 7H 2 O added: (A) at the beginning (B) at the end of lag phase) A g dm YPD (kontrolne) 2, 74 A 3, 15 A 3, 47 A 2, 79 A 3, 15 A 3, 49 A YPD (do wiadczalne) dodatek MgSO 4 x 7H 2 O addition of MgSO 4 x 7H 2 O 2+ 3 YPD + 0,25 g Mg /dm 2,88 A 3,98 A 3,29 A 3,10 A 3,40 A 3,44 A YPD + 0,5 g Mg 2+ /dm 3 3,20 A 3,31 A 3,45 A 2,84 A 3,48 A 3,60 A 2+ 3 YPD + 1,25 g Mg /dm 2,53 A 3,99 A 3,29 A 3,00 A 3,33 A 3,58 A A litera oznacza brak statystycznie isto tnej ró nicy. A means with the same superscripts letter are not sig nificantly different. Sole magnezu pod koniec logarytmicznej fazy wzrostu dro d y, tj. w 18 godzinie hodowli nie spowodowa y dalszego, istotnego przyrostu biomasy. We wszystkich tych hodowlach uzyskiwano podobne plony biomasy dro d y, niezale nie od dawki magnezu w pod o u, rodzaju i czasu hodowli. Zbie ne wyniki otrzymali Tuszy ski i Pasternakiewicz [1994], którzy stwierdzili najwi kszy przyrost biomasy w brzeczkach z dodatkiem magnezu powy ej 0,5 g/dm 3. B B Acta Sci. Pol.

9 Badania zdolno ci wi zania magnezu PODSUMOWANIE 1. Badany szczep przemys owych dro d y piekarskich Nr 102 mia zdolno wi zania jonów Mg 2+ z pod o y do wiadczalnych zawieraj cych 0,25, 0,5 lub 1,25 g Mg 2+ /dm 3 pod o a w formie chlorku lub siarczanu. 2. W zastosowanych warunkach do wiadczenia najwi cej magnezu zwi zanego z nie p ukan biomas dro d y uzyskano po 6 h hodowli w pod o u z dodatkiem 1,25 g Mg 2+ /dm 3 w postaci soli chlorkowej. Przypuszczalnie w tych warunkach wi ksza cz jonów Mg 2+ zwi zana by a lu no ze cian komórkow dro d y. 3. Zawarto magnezu w p ukanej biomasie komórkowej dro d y by a wi ksza wówczas, gdy jony magnezu (niezale nie od rodzaju soli) dodawano na pocz tku hodowli. Na podstawie uzyskanych wyników wydaje si, e trwa e wi zanie tego pierwiastka przez komórki dro d y dokonuje si w pocz tkowej fazie wzrostu. 4. Dodanie magnezu w postaci soli chlorkowej w logarytmicznej fazie wzrostu powodowa o, e zawarto tego pierwiastka w p ukanej biomasie komórkowej by a wi ksza ni po zastosowaniu soli siarczanowej. 5. Wzbogacenie pod o a hodowlanego w sole magnezu (niezale nie od ród a i dawki) nie wp yn o w sposób istotny na uzyskany plon biomasy dro d owej. 6. Uzyskane wst pne wyniki bada wskazuj na mo liwo hodowli dro d y piekarskich wzbogaconych w magnez przy zachowaniu porównywalnego plonu biomasy. PI MIENNICTWO Brady D., Duncan J., Bioaccumulation of metals cations by Saccharomyces cerevisiae. Appl. Microbiol. Biotechnol., 41, Bry ka J., Wi ckowska E., Lewandowski W., St pniak S., Bortnowska-Bare a B., Eksperymentalna chemia fizyczna. Wydawnictwo SGGW Warszawa. D'A more T., Panchal C.J., Russell I., Stewart G.G., Osmotic pressure effects and intracellular accumulation of ethanol in yeast during fermentation. J. Ind. Microbiol., 2, Dasani G., Worth M.A., Connor M.A., Pamment N.B., Reasons for the apparent difference in the effects of produced and added ethanol on culture viability during rapid fermentations by Saccharomyces cerevisiae. Biotechnol. Bioeng., 35, Dombek K.M., Ingram L.O., Magnesium limitation and its role in apparent toxicity of ethanol during yeast fermentation. Appl. Environ. Microbiol., 52, Mochaba F., O'Connor-Cox E.S.C., Axcell B.C., Effect of yeast quality on the accumulation and release of metal causing beer instability. J. Am. Soc. Brew. Chem., 54 (3), Pasternak K., Magnez w fizjologii cz owieka. Biul. Magnezol. 4 (2), Pasternak K., Floria czyk B., Metale ycia. PWN Warszawa. Pasternakiewicz A., Tuszy ski T., Effect of calcium, magnesium, cobalt (II), and zinc cations on the Saccharomyces cerevisiae growth. Pol. J. Food Nutr. Sci., 6/47 (4), Rees M.R, Stewart G., The effects of increased magnesium and calcium concentrations on yeast fermentation performance in high gravity worts. J. Inst. Brew., 103, Ros e H.A., Harrison J.S., Getting started with yeast. In: Methods in enzymology. T. 3. Academic Press London. Soral- mietana M., Wronkowska M., Swigo A., K bukowska L., Biopierwiastki mo liwo ci tworzenia kompleksów z polimerami organicznymi. Biul. Magnezol., 4 (2), Suizu T., Tsutsumi H., Kawado A., Murata K., Suginami K., Imayasu S., Methods for sporulation of industrially used sake yeasts. J. Fermentat. Bioengin., 81 (2), Technologia Alimentaria 1(1) 2002

10 26 W. Duszkiewicz-Reinhard... Tuszy ski T., Pasternakiewicz A., Wp yw jonów metali na wzrost dro d y piekarskich rasy Maunter i hybrydy XT x 411 5p. Zesz. Nauk. AR Krak., 1994, 24. Tuszy ski T., Pasternakiewicz A., Bioaccumulation of metal ions by yeast cells of Saccharomyces cerevisiae. Pol. J. Food Nutr. Sci., 9/50 (4), Walker G.M., The roles of magnesium in biotechnology. Crit. Rev. Biotechnol., 14 (4), Walker G.M., Magnesium-limited growth of Saccharomyces cerevisiae. J. Am. Soc. Brew. Chem., 56 (3), Walker G.M., Birch R.M., Chandrasena G., Maynard A.I., Magnesium, calcium, and fermentative metabolism in industrial yeasts. J. Am. Soc. Brew. Chem., 54, Walker G.M., Maynard I.A., Accumulation of magnesium ions during fermentative metabolism in Saccharomyces cerevisiae. J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 18, 1-3. THE STUDY OF SACCHAROMYCES CEREVISIAE BAKERY YEAST STRAIN CAPACITY OF BINDING WITH MAGNESIUM DURING CULTIVATION IN STATIONARY CONDITIONS Abstract: Capacities of binding magnesium ions by the Saccharomyces cerevisiae bakery yeast during cultivation in stationary conditions on the and YPD (experi- mental) media enriched in 0.25., 0.5 and 1.25 g Mg 2+ /dm 3 from two salts: MgSO 4 x 7H 2 O or MgCl 2 x 6H 2 O were the subject of the study. The salts were added to the experimental media at the beginning of the cultivation or at the end of the logarithmic phase of yeast growth. Magnesium content was evaluated with ASA method in the centrifuged yeast biomass that had and had not been washed with deionized water. Magnesium content in the yeast cultivated in the experimental media was significantly higher than in the yeast cultivated in the control medium. It was stated that increased concentration of magnesium ions (from all sources used)in the experimental media caused higher amount of magnesium content in non-washed biomass cell although the differences were not always significant. The addition of magnesium ions at the end of logarithmic phase of growth did not influence the magnesium contents in cell biomass after 24 and 48 hours of cultivation in comparison with the media enriched at the beginning of cultivation (Tab. 1 and 2, Tab. 3 and 4.). The major part of magnesium was loosely bound with yeast cells what was proved by comparison of magnesium content in yeast biomass that had and had not been washed with deionized water. The type of magnesium salts as well as their concentration did not have a significant influence on the yeast cell biomass yield (Tab. 5 and 6). Key words: Saccharomyces cerevisiae, magnesium, bio-elements, yeast W. Duszkiewicz-Reinhard, Zak ad Biotechnologii i Mikrobiologii ywno ci, Szko a G ówna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, ul. Nowoursynowska 159 C, Warszawa reinchard@delta.sggw waw.pl Acta Sci. Pol.