Природные дрожжи перспективный ресурс для традиционных технологий

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Биология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 663. 252. 41- 663. 2
ПРИРОДНЫЕ ДРОЖЖИ — ПЕРСПЕКТИВНЫЙ РЕСУРС ДЛЯ ТРАДИЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
© 2009 Д. А. Абдуллабекова, Е.С. Магомедова
Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН
Поступила в редакцию 18. 11. 2009
Изучены функциональные свойства дрожжей ВассЬагошусе8 сеге^ае, изолированных из биоценоза виноградника. Показана встречаемость штаммов, физиолого-биохимический статус которых обусловливает их перспективность при производстве специальных вин из высокосахаристого винограда. Ключевые слова: дрожжи, виноград, адаптация, среда культивирования, метаболизм
Традиционным остается интерес исследователей к изучению дрожжей 8ассИагошусе8 сегеу181ае, свойства которых во многом определяют эффективность процессов, в которых они участвуют. Специфической отраслью производства, где к дрожжам предъявляется комплекс требований, является виноделие. Дифференцированный подбор чистых культур во многом обеспечивает оптимальное проведение брожения и, в конечном итоге, оказывает существенное влияние на вкус и аромат напитков. Выделение дрожжей-сахаромицетов из естественных местообитаний с целью отбора ценных для практического виноделия форм, улучшение и создание на их основе промышленных штаммов являются важной задачей. Известная приуроченность сахаромицетов к виноградному растению, способному произрастать в многообразном диапазоне природных условий, позволяет вести их изучение в эко-биотехнологическом аспекте. Такой подход вносит определенный вклад в теорию познания адаптивных механизмов эукариотов, расширяет сведения по экологической стратегии, позволяет понять механизмы формирования биопотенциала, а также решать задачи прикладного характера — проводить селекцию и отбор перспективных штаммов.
Цель работы: исследование потенциала дрожжей 8ассИагошусе8 сегеу181ае, выделенных из биоценоза виноградников, расположенных в самом оригинальном по теплообеспеченности микрорайоне Дагестана, почвенно-климатичес-кие условия которого, сформированные под
Абдуллабекова Динаханум Абиляевна, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник. Е-mail: dina2407@ mail. ru
Магомедова Елена Селимовна, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник. Е-mail: milena2760 @rambler. ru
влиянием песчаного массива Сарыкум, сложенного из кварцевого песка, позволяют накапливать винограду высокое количество сахаров, отмечаемое в различные годы на уровне 26,1−30,6 г/100 см3 [1, 2].
Дрожжи выделяли по методикам, принятым в микробиологии и идентифицировали по морфологическим, культуральным и физиоло-го-биохимическим признакам, руководствуясь определителями и пособиями [3−5]. Определение углеводов, этанола, летучих кислот проводили в соответствии с ГОСТами [6]. Летучие соединения определяли на газовом хроматографе «Кристалл-200М» (Россия) с пламенно-ионизационным детектором на капиллярной колонке НР-ББАР (50 м х 0,32 мм) с 10%-ным диэтиленгликольсукцинатом (США), газ-носитель — азот (1,8−2,7 дм3/ч).
Известно, что углеводный метаболизм, являющийся одним из центральных путей обмена дрожжей-сахаромицетов, зависит от многих факторов — индивидуальных особенностей штаммов, состава среды, условий культивирования. Интенсивность и направленность биохимических процессов, количественное и качественное соотношение продуктов обмена отражает потенциальные возможности клетки как ресурса биотехнологии. Накопление углеводов в виноградной ягоде, направляемой на переработку, в практике виноделия может колебаться в широком интервале 14,0−32,0 г/100 см3. Возрастание их концентрации более 20,022,0 г/100 см3 способно оказать ингибирующее действие на жизнедеятельность клетки.
В качестве основного критерия оценки биопотенциала дрожжей была принята их способность к сбраживанию высокосахаристых сред. Первоначальный отбор штаммов проводили на основе исследования их способности к наиболее полному усвоению углеводов
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 11, № 5(2), 2009
виноградного сусла сахаристостью 22,0−31,6 г/100 см3. Согласно полученным результатам 35 исследованных изолятов полностью сбраживали сахара в количествах 22,0 и 24,0 г/100 см3. Быстрое сбраживание и глубокая утилизация 28,0% и 31,6% углеводов была отмечена у 30 и 13 штаммов, соответственно. По ряду элементов технологического порядка с учетом сенсорной оценки сброженных образцов были определены потенциально-перспективные штаммы, исследования которых проводили в соответствии с требованиями, предъявляемым к чистым культурам дрожжей. Одним из важнейших критериев, по которому они оцениваются, является бродильная способность, т. е. скорость и полнота сбраживания сахаров в виноградном сусле сахаристостью 18,0−20,0 г/ 100 см³, о которой судят по количеству диоксида углерода, выделяемого при брожении в анаэробных условиях [2].
Дрожжи, изолированные из природы, обычно не обладают высокой бродильной активностью, поэтому часто проводится направленная селекция с целью её повышения за счёт снижения аэробного дыхания. Изучение бродильной способности у выделенных дрожжей при культивировании на низкосахаристом сусле показало их высокую биохимическую активность. Согласно полученным данным, динамика разложения углеводов, исследованная на 5 штаммах, носила одинаковый характер. Во всех вариантах брожение наблюдалось на вторые сутки после инокуляции разводки в количестве 3 млн/ см3, высокая бродильная активность, отмечаемая в течение 72 часов, сменялась медленным дображиванием. Количество сахаров, ассимилированных в период активного брожения, составляло 61−68% от исходного. Штаммы отличались индивидуальностью по скорости и полноте сбраживания сахаров. Брожение завершалось на 15−18 сутки, количество остаточных сахаров по вариантам колебалось в пределах 0,2−0,3 г/100 см3.
Бродильную способность у этих культур исследовали также при сбраживании сусла с высокой концентрацией сахаров, создающих высокое осмотическое давление, угнетающее брожение. Дополнительным ингибитором процесса является продуцируемый спирт. Изучение проводили по методике, принятой в микробиологии виноделия, но в качестве среды культивирования использовали сусло с повышенной сахаристостью — 27,7 г/100 см3 [2]. Для увеличения концентрации углеводов низкосахаристое виноградное сусло, используемое в предыдущих опытах, обогащали глюкозой. Согласно полученным данным, брожение в этом эксперименте на всех штаммах также отмечалось на вторые сутки, однако в этом случае
из среды в течение 72 часов было утилизировано в 1,5−1,9 раз меньше сахаров, чем из низкосахаристого сусла. Далее разница в количестве сброженных сахаров в обеих средах была не столь значительной, а на 15−18 сутки их уровень практически совпадал. Для штаммов при культивировании на высокосахаристом сусле был характерен длительный период дображи-вания. Так, из всего количества ассимилированных сахаров 76,5−82,5% было сброжено за 9, а остальные за 30 суток. Концентрация остаточных сахаров по вариантам колебалась в пределах 3,9−5,4 г/100 см3.
Результаты дрожжей выявили встречаемость в природе форм с достаточно высокой бродильной активностью, о чём свидетельствуют скорость, характер, период и полнота сбраживания углеводов на низкосахаристом виноградном сусле. Биохимическая активность штаммов при культивировании на средах с повышенной концентрацией углеводов закономерно снижалась, однако их метаболический статус в условиях, ингибирующе действующих на жизнедеятельность, оставался на достаточно высоком уровне. Способность к быстрому за-браживанию, время, в течение которого ассимилируется значительная доля углеводов и количество сброженных сахаров, возможно, обусловлено быстрой адаптацией дрожжей к осмотическому давлению и спирту в культивируемой среде — факторам, угнетающим брожение. Способность дрожжей к продуцированию спирта — основного продукта их углеводного обмена, является важным свойством, по которому ведётся отбор культур, так как они способны завершить брожение с различным накоплением этанола.
Спиртообразующую способность проверяли у 10 штаммов, при культивировании на сусле с сахаристостью 27,7 г/100 см3 в условиях свободного доступа кислорода. Согласно полученным данным, количество этанола, синтезируемого культурами, варьировало в пределах 13,4−15,3% об. По-видимому, преимущество в процессе образования спирта у дрожжей связано с более энергичным фосфорилирова-нием углеводов и более полным превращением побочных продуктов брожения в этанол и диоксид углерода. Вопрос о разной величине выхода этанола имеет большое значение при производстве специальных вин с незаконченным процессом брожения, что связано с его расходом на доспиртовывание. Штаммы, выделенные из природы, продуцировали 0,5405−0,5950 мл. спирта из 1 грамма сахаров с учётом их не-сброженного количества. Наряду с синтезом этанола в процессе брожения образуются комплекс летучих соединений, относящихся к альдегидам, кетонам, сложным эфирам, высшим
Биологические науки
спиртам, кислотам, играющим важную роль, как в обмене веществ дрожжевой клетки, так и в создании ароматообразующего комплекса вин. Количественное содержание этих компонентов при метаболизме скрининговых штаммов на высокосахаристых средах находилось в пределах, мг/дм3: ацетальдегид 13,5−24,2- ацетон 0,3−1,2- метилацетат 1,2−2,1- этилацетат 17,2−23,5- высшие спирты 202,4−236,9- летучие кислоты 0,3−0,9 г/дм3, что сравнимо с уровнем их накопления при жизнедеятельности дрожжей на виноградном сусле с сахаристостью, не препятствующей их нормальному развитию.
Известно, что температура окружающей среды — важный природный фактор, способный оказать селекционирующее влияние на популяцию дрожжей, эволюционно сложившихся как мезофилы, большинство из которых способно развиваться при 0−50С, с наибольшей скоростью растёт при 20−300С и имеет максимальную температуру, при которой рост прекращается, между 30−400С. Исследование температурного интервала роста клеток, адаптированных к условиям повышенной теплообеспе-ченности позволило выявить, что границы их устойчивости к температуре находятся в интервале 3−430С. Кроме того, штаммы тестировали на устойчивость к повышенной температуре 370С, находящейся вне оптимума, отмечаемого как для брожения, так и роста дрожжевых клеток. Исследование показало, что при этой температуре бродильная активность и рост клеток по сравнению с 270С снижались, оставаясь на достаточно высоком уровне. Так, рост клеток через 48 часов при 270С и 370С в наших опытах составил, млн. кл. /см3 -193,7 и 127,3 соответственно, а по литературным данным за такой период при 370С количество клеток было в 5−7 раз меньше, чем при 270С, то есть наблюдалось явное торможение функции размножения при повышенной температуре [7].
Наблюдаемые метаболические особенности культур в зависимости от температурного фактора, возможно, обусловлены их акклиматизацией к условиям повышенной теплообеспечен-ности среды обитания.
Выводы: при культивировании природных дрожжей-сахаромицетов в условиях, инги-бирующих их деятельность как агентов брожения, у отдельных штаммов отмечено активное проявление функциональных свойств, возможно возникшее как результат взаимодействия генотипа с естественной средой обитания. Выделены штаммы, биохимический статус которых позволяет отнести их к перспективным ресурсам для производства специальных вин и направленной селекции. Показано, что поиск дрожжей, способных к оптимизации определенных биотехнологических процессов, целесообразен при их изучении в экобиотехнологи-ческом аспекте.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Крылатов, А. К. Климатические зоны винограда в Дагестане // Виноградарство и виноделие СССР. -1960. — № 2. — С. 38−43.
2. Абрамов, Ш. А. Сарыкум — уникальный микрорайон виноделия Дагестана / Ш. А. Абрамов, О. К. Власова, Д. А. Абдуллабекова // Виноград и вино России. -1998. — № 1. — С. 11−12.
3. Бурьян, Н. И. Микробиология виноделия. 2-е изд. доп. — Симферополь: «Таврия», 2002.- 403 с.
4. Бабьева, И. П. Методы выделения и идентификации дрожжей / И. П. Бабьева, В. И. Голубев. — М.: Пищевая пром-сть., 1979.- 116 с.
5. Кудрявцев, В. И. Систематика дрожжей. — М.: Изд-во АН СССР, 1954. — 427 с.
6. Государственный контроль качества винодельческой продукции. — М.: Издательство стандартов, 2003. — 872 с.
7. Кишковская, С. А. Термотолерантные варианты винных дрожжей / С. А. Кишковская, Н. И. Бурьян // Микробиология. -1980. — Том XLIX, № 1. — С. 156−159.
NATURAL YEAST — THE PERSPECTIVE RESOURCE FOR TRADITIONAL TECHNOLOGIES
© 2009 DA. Abdullabekova, E.S. Magomedova
Pri-Caspian Institute of Biological Resources of Dagestan Scienctific Centre RAS
Functional properties of Saccharomyces cerevisiae yeast, isolated from biocenosis of vineyard are studied. Strains occurence, which physiological-biochemical status causes their perspectivity by effecting special wines from high-sugar grapes is shown.
Key words: yeast, grapes, acclimatization, medium of cultivation, metabolism
Dinahanum Abdullabekova, Candidate of Technical Sciences, Leading Research Fellow. Е-mail: dina2407@ mail. ru Elena Magomedova, Candidate of Biology, Leading Research Fellow. Е-mail: milena2760@rambler. ru

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой