SACCHAROMYCES CEREVISIAE JAKO DROŻDŻE O SZEROKIM ZASTOSOWANIU W ŻYCIU CODZIENNYM I PRZEMYŚLE

Transkrypt

1 97 SACCHAROMYCES CEREVISIAE JAKO DROŻDŻE O SZEROKIM ZASTOSOWANIU W ŻYCIU CODZIENNYM I PRZEMYŚLE Autorzy: Katarzyna Świca, Łucja Lepa, Maciej Ząbek, Maciej Grobowiec, Rafał Cichoń,Maciej Kluz Opiekun: mgr Maciej Kluz SKN Technologów Żywności Ferment Sekcja Biotechnologii i Mikrobiologii Uniwersytet Rzeszowski, Wydział Biologiczno-Rolniczy Ul. Ćwiklińskiej 2, Rzeszów kasia8910@vp.pl, julia.1318@wp.pl, z-maciej@o2.pl, masiek@autograf.pl,rapeta@vp.pl Ogólne wiadomości o drożdżach Drożdże jako środek spulchniający ciasto stosowano nieświadomie łącznie z bakteriami kwasu mlekowego w postaci tak zwanego zakwasu piekarskiego od tysięcy lat. Dopiero w XVII wieku zaobserwowano, że zastosowanie gęstwy drożdży piwnych przy wypiekach pieczywa poprawia jego smak i konsystencję. Drożdże prasowane zastosowano po raz pierwszy w produkcji piekarskiej w 1781 roku w Holandii. Były to drożdże piwowarskie zmieszane z mąką ziemniaczaną i odwodnione za pomocą prasy śrubowej. W końcu XVIII wieku zamiast drożdży piwnych zaczęto stosować do wypieku chleba drożdże gorzelnicze. W 1850 roku zbudowano w Wiedniu pierwszą fabrykę, w której z zacieru zbożowego produkowano spirytus i drożdże prasowane. Drożdżownictwo przemysłowe powstało na ziemiach polskich pod koniec XIX wieku, kiedy to w tzw. gorzelniach drożdżowych produkowano z zacierów zbożowych alkohol oraz drożdże piekarskie. W latach dwudziestych ubiegłego stulecia było w Polsce 18 niewielkich drożdżowni o ogólnej zdolności produkcyjnej ok. 25 tys. ton. Stosowano wówczas proces technologiczny wg patentów niemieckich Wöhla [1]. Drożdże z rodziny Saccharomycetaceae Rodzaj organizmów jednokomórkowych, których kształt i wielkość komórek uzależniony jest nie tylko od gatunku, lecz także warunków i wieku hodowli oraz stanu odżywienia. W zależności od wyżej wymienionych czynników komórki drożdżowe mogą mieć kształt okrągły, owalny, elipsoidalny lub cylindryczny. Ich rozmiary są większe aniżeli bakterii i wynoszą przeciętnie 2-8 µm szerokości 3-10 µm długości. Charakteryzują się rozmnażaniem wegetatywnym przez pączkowanie oraz wytworzeniem okrągłych lub owalnych zarodników umieszczonych w workach. Żyją w podłożach zawierających cukry proste, przeprowadzają fermentację alkoholową przeważnie w warunkach beztlenowych. Wykorzystuje się je w przemyśle piwnym, winiarskim, piekarskim i mleczarskim. Istnieją także gatunki szkodliwe z punktu widzenia przemysłu, nazywane drożdżami dzikimi, wywołują wady produktów np. śluzowacenie i gorzknienie. Do rodziny tej zalicza się takie rodzaje drożdży jak: Saccharomyces,, Pichia, Hansenula, Debarymyces [2].

2 98 Rys. 1. Komórki drożdży Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiae znane też jako drożdże piekarnicze, piekarskie, piwne, górnej fermentacji, spożywcze, szlachetne, pączkujące. Nazwa Saccharomyces wywodzi się z greki i oznacza cukrowe grzyby, cerevisiae pochodzi z łaciny i znaczy piwne. Polskie nazwy tego gatunku są związane z najpopularniejszymi sposobami zastosowania drożdży. Jest to gatunek o największym znaczeniu dla człowieka. Znane są od starożytności w piekarnictwie, gorzelnictwie czy browarnictwie. Komórki przybierają kształty owalne lub kuliste występujące w podłożach płynnych pojedynczo lub podwójnie. Fermentują i asymilują większość cukrów, mogą wykorzystywać etanol jako jedyne źródło węgla. Drożdże należące do tego gatunku są używane w przemyśle a także do produkcji drożdży paszowych i spożywczych w zależności od wykazywanych właściwości [1]. Tab. 1. Skład chemiczny drożdży w % Wyszczególnienie Drożdże gorzelnicze Drożdże piwne Drożdże paszowe min. max. min. max. min. max. Azot ogólny 7,0 7,4 8,2 9,3 8,2 7,3 Białko (Nx6,24) 44,0 46,0 51,0 58,0 51,0 55,0 Tłuszcz 1,5 2,5 2,0 3,0 1,7 2,7 Węglowodany 13,0 15,0 9,02 11,5 13,7 16,5 Popiół 6,9 10,0 8,1 9,1 8,1 11,5 Bezazotowce wyciągowe 30,0 40,0 25,0 30,0 22,0 33,0

3 99 Zastosowanie w piekarnictwie Do produkcji drożdży piekarniczych stosuje się szczepy z gatunku Saccharomyces cerevisiae charakteryzujące się krótkim czasem generacji, zdolnością do szybkiej adaptacji w różnych substratach i dużą aktywnością enzymów hydrolizujących cukry. Poza tym powinny one odznaczać się dużą trwałością w czasie przechowywania i wysoką aktywnością fermentacyjną. Podstawowe znaczenie dla prawidłowej fermentacji ciasta mają następujące właściwości drożdży: wysoka aktywności glikolityczna, wysoka aktywność inwertazy, zdolność fermentacji maltozy, zdolność do wzrostu i syntetyzowania enzymów i koenzymów w warunkach beztlenowych. Drożdże wydzielają w procesie oddychania i fermentacji dwutlenek węgla, przekształcając ciasto w gąbczastą i porowatą masę. Po wypieku spulchnionego ciasta uzyskuje się chleb lub bułkę z łatwo rozpływającym się w ustach miękiszu. Drożdże poza spulchnianiem ciasta, spełniają jeszcze jedną bardzo ważną rolę. Podczas fermentacji powstaje nie tylko alkohol etylowy i dwutlenek węgla, ale wiele innych związków, które biorą udział w tworzeniu chlebowego aromatu i dobrego smaku pieczywa. Komórki drożdżowe, aby zapewnić sobie odpowiednią ilość energii do wszystkich procesów życiowych, rozkładają cukry. W obecności tlenu, po długim procesie przekształcają glukozę w dwutlenek węgla i wodę, zaś w warunkach beztlenowych w dwutlenek węgla i alkohol etylowy. W procesie oddychania komórki drożdżowe są w stanie zgromadzić 18 razy więcej energii niż podczas fermentacji, dlatego drożdże w obecności tlenu intensywnie rozmnażają się. Zarówno podczas oddychania jak i fermentacji powstające substancje wykazują podwyższona energię, co znajduje odzwierciedlenie we wzroście temperatury ciasta o kilka stopni. Drożdże w pierwszej kolejności zużywają cukry rodzime lub te które zostały dodane przez piekarza do dzieży; są to: sacharoza, glukoza i fruktoza, a następnie dwucukier maltozę powstającą ze skrobi pod działaniem enzymów amylaz zawartych w mące i /lub dodanych przez piekarza poprzez dodatek polepszacza enzymatycznego. Drożdże piekarskie powinny wykazywać wysoka siłę pędną. Zależy ona w głównej mierze od zawartych w komórce drożdżowej różnego rodzaju enzymów biokatalizatorów tysiąckrotnie i więcej przyspieszających reakcje biochemiczne [3]. W zakładach produkujących drożdże siłę pędną drożdży mierzy się czasem podnoszenia ciasta na określoną wysokość. Z nie przefermentowanego ciasta, sporządzonego tylko z maki, wody i soli, da się zrobić jedynie placki (podpłomyki, mace itp.), natomiast nie można wyprodukować chleba, batonów, bułek, bułeczek, bagietek, pieczywa cukierniczego i wielu wyrobów ciastkarskich. W ostatnich latach drożdże piekarnicze znalazły nowe zastosowanie lecznicze, jako nowy suplement wzmacniający układ immunologiczny. Preparat ten jest otrzymywany ze ścian komórkowych drożdży i zawiera β-glukan, który odpowiednio rozdrobniony wykazuje właściwości bioaktywne miedzy innymi wzmacnia odporność

4 organizmu aktywując makrofagi. Działa także jako przeciwutleniacz chroniący organizm przed nadmiarem wolnych rodników, obniża poziom cholesterolu we krwi [3]. 100 Zastosowanie w gorzelnictwie, browarnictwie i winiarstwie Gorzelnictwo melasowe stosuje szereg szczepów drożdży Saccharomyces cerevisiae otrzymywanych z instytutów naukowych, izolowanych w różnych gorzelniach i przystosowanych do celów przemysłowych. Główną ich cechą jest zdolność do szybkiej i dynamicznej fermentacji alkoholowej, odporność na % stężenia alkoholu oraz wysokie ciśnienie osmotyczne, spowodowane obecnością cukru i substancji nieorganicznych melasy. Drożdże najwydatniej fermentują w temperaturze C przy stosunkowo niskim ph. Gorzelnie chętnie stosują kultury mieszane, z których poszczególne szczepy posiadają różne cechy: zdolność do pewnej fermentacji rafinozy, niewrażliwość na niskie ph, zdolność do wysokiego stopnia odfermentowania cukru, zdolność do szybkich fermentacji, zdolność do wykorzystywania niskiej jakości melasy. Drożdże gorzelnicze fermentują glukozę, fruktozę, maltozę, sacharozę, a niektóre rasy fermentują częściowo mannozę, laktozę i rafinozę. Są one odporne na działanie takich kwasów organicznych, jak winowy, jabłkowy, cytrynowy, lewoskrętny mlekowy, i innych kwasów nielotnych. Natomiast kwasy lotne, jak octowy, a zwłaszcza mrówkowy, są dla drożdży toksyczne. W browarnictwie Saccharomyces cerevisiae używane są w produkcji piwa, przy czym wyróżniamy drożdże górnej fermentacji (Saccharomyces cerevisiae var. cerevisiae) oraz dolnej fermentacji (Saccharomyces cerevisiae spp. uvarum var. carslbergensis). Istotne różnice między tymi to: zdolność fermentacji rafinozy drożdże dolnej wykorzystują 100 % rafinozy, podczas gdy drożdże górnej fermentacji tylko ok. 33 %, temperatura fermentacji: drożdże górnej fermentacji mają optimum wzrostu w o C, drożdże dolnej fermentacji natomiast w 8-15 o C. S. cerevisiae to najbardziej popularny typ drożdży używanych w winiarstwie. Posiada szeroką tolerancję temperaturową - zależności od odmiany: 8-15 C, C, C. Odmiany tych drożdży selekcjonowane są pod względem różnych cech: łagodnej lub szybkiej fermentacji, niepienienia nastawu, szybkiego namnażania i kolonizowania nastawu, do win czerwonych lub białych. Szczepy drożdży Saccharomyces cerevisiae takie jak: RC 212 Bourgovin, ICV D-47, 71B -1122, ICV K1W 1116, są uważane przez wielu winiarzy, za najlepsze na świecie [1]. Zastosowanie paszowe Drożdże paszowe wytwarzane są z technicznie czystych kultur drożdży, wyhodowanych na różnych pożywkach spirytusowych i siarczynowo-ługowych produkcji przemysłu celulozowo-papierniczego. Drożdże te stosuje się przy produkcji mieszanki paszowej, a także w charakterze dodatku do porcji paszowych dla bydła i drobiu, oraz zwierząt futerkowych. Jako

5 101 źródło substancji biologicznie aktywnych pochodzenia mikrobiologicznego są wykorzystane drożdże Saccharomyces cerevisiae, które są hodowane na bazie substratu zbożowego. Drożdże Saccharomyces cerevisiae przechodzą specjalną obróbkę, która umożliwia łatwiejsze przyswajanie przez organizmy zwierząt i ptaków zawartych w nich protein, aminokwasów i witamin z grupy B. Oprócz tego, odbywa się uaktywnienie mannanoligosacharydów, obecnych w drożdżach, które są adsorbentami i mają zdolność usuwania z organizmów zwierząt i ptaków patogenne mikroorganizmy i toksyny [2]. Literatura 1. Lipińska E. Technologia produkcji biomasy drożdżowej i ocena drożdży piekarniczych. Wybrane zagadnienia z technologii żywności. Wyd. SGGW, Warszawa. 2. Piesiewicz H. Zieliński M Piekarstwo krok po kroku. Drożdże dlaczego niezbędne? Przegląd piekarski i cukierniczy, 11: Przegląd piekarski i cukierniczy SACCHAROMYCES CEREVISIAE AS YEAST WHICH HAS A HUGE USE IN EVERY DAY LIFE AND IN INDUSTRY Summary Saccharomyces cerevisiae has been already known thousands years ago, which can testify about its timeless. This kind of yeast has huge use in human s life. We mainly use it in bakery, alcohol, and feeding stuff industry. It s so ingrained in these industries that it is hard to imagine that it doesn t exist. Therefore, yeast from Saccharomyces cerevisiae s family could be named universal yeast.