Podstawy Produkcji Napojów Alkoholowych

ĆW. 1

Drożdże – część teoretyczna

Kierunek

Technologia Żywności

Rok III

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

1

1. Charakterystyka ogólna

1.1. Systematyka drożdży

Drożdże nie stanowią homogennej grupy taksonomicznej. Są grzybami, ze

względu na pokrewieństwo filogenetyczne i zdolność do rozmnażania na drodze
generatywnej, zaliczanymi do 3 klas:

Klasa I: Ascomycetes
Rozmnażają się generatywnie przez wytwarzanie zarodników wewnątrz worka

(askospory) oraz wegetatywnie przez pączkowanie wieloboczne. Mogą formować
grzybnię. Z wyjątkiem Schizosaccharomyces nie wytwarzają enzymu ureazy. Ściana
komórkowa jest 3-warstwowa, zbudowana z glukanu i mannanu. Nie wytwarzają
pigmentu. Należą tu drożdże fermentujące i nie fermentujące sacharydów. Rodziny:
Ascoidiaceae, Spermophtoraceae, Endomycetaceae, Schizosaccharomycetaceae,
Saccharonycodaceae, Lipomycetaceae i Saccharomycetaceae.

Klasa II: Basidiomycetes
Wytwarzają zarodniki podstawkowe (bazydiospory), formują dikariotyczną

grzybnię podzieloną septami. Wegetatywnie rozmnażają się przez pączkowanie
biegunowe. Wytwarzają ureazę, nie fermentują sacharydów. Ściana komórkowa ma
budowę włóknistą, czasami ze śluzowatą powierzchnią, zbudowana jest głównie z
chityny i mannanu. Rzadko wytwarzają pigmenty. Rodziny: Filobasiadiaceae,
Teliosporaceae, Sirobasidiaceae i Tremellaceae.

Klasa III: Deuteromycetes (Fungi imperfecti)
Obejmuje gatunki drożdży, u których nie zaobserwowano cyklu rozmnażania

płciowego i nie będące haploidalnymi przedstawicielami gatunków zarodnikujących.
Mogą wykazywać cechy zarówno Ascomycetes, jak i Basidiomycetes. Należą tu
m.in. rodzaje Candida, Brettanomyces, Cryptococcus, Kloeckera, Trichosporon.

Budowa komórki drożdży

W skład komórki drożdżowej wchodzi:

9

ściana komórkowa

9

błona cytoplazmatyczna

9

cytoplazma

9

jądro

9

jąderko

9

wodniczki

9

rybosomy

9

mitochondria

9

reticulum endoplazmatyczne

9

substancje zapasowe.

Podstawy Produkcji Napojów Alkoholowych

ĆW. 1

Drożdże – część teoretyczna

Kierunek

Technologia Żywności

Rok III

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

2

6-10 µm

5-7 µm

Rysunek 1. Komórka drożdżowa

Wielkość i kształt komórek drożdży zależy od gatunku, fazy rozwojowej, stanu

fizjologicznego, warunków środowiska (hodowli) i aktualnej funkcji komórki w
populacji. Na podstawie wyglądu komórek i zarodników drożdże można
zakwalifikować do poszczególnych gatunków (rys. 2.).

Generalnie można wyróżnić 6 podstawowych kształtów, często

charakterystycznych dla poszczególnych rodzajów: kulisty (Torulaspora,
Rhodotorula), elipsoidalny, cytrynkowaty (Saccharomycodes, Nadsonia, Kloeckera,
Hanseniaspora), butelkowaty (Pityrosporum), cylindryczny (Schizosaccharoyces) i
nitkowaty.


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.

Podstawy Produkcji Napojów Alkoholowych

ĆW. 1

Drożdże – część teoretyczna

Kierunek

Technologia Żywności

Rok III

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

3

Rysunek 1. 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


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. W ścianie zakotwiczone są też liczne enzymy, w
tym inwertaza, fosfataza i katalaza, które umożliwiają m.in. przekształcanie już w
ścianie komórkowej złożonych składników pokarmowych na proste: sacharozy do
glukozy i fruktozy, maltozy do glukozy. Zadaniem ściany komórkowej jest m.in.
utrzymanie odpowiedniego kształtu komórki, regulacja procesów wchłaniania
składników odżywczych, wydzielanie produktów przemiany materii oraz utrzymanie
równowagi między ciśnieniem osmotycznym płynu wewnątrzkomórkowego a
otaczającym środowiskiem.

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

Podstawy Produkcji Napojów Alkoholowych

ĆW. 1

Drożdże – część teoretyczna

Kierunek

Technologia Żywności

Rok III

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

4

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 i wypełnia całą
objętość komórki. cytoplazmie zachodzi większość przemian enzymatycznych:
rozkład substancji, którymi żywi się komórka oraz synteza związków niezbędnych do
jej budowy.
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 (może stanowić do 30%
suchej masy),

• tłuszczu — substancji zapasowej występującej w postaci kropli silnie

załamujących światło.

Oprócz tego w drożdżach występuje dwucukier, zwany trehalozą, który wpływa na
zahamowanie spadku siły pędnej drożdży przy przechowywaniu drożdży suszonych.

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.

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 µm. 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.


Drożdże to grzyby jednokomórkowe, które czerpią swoją energię:

- w obecności tlenu przez oddychanie (warunki aerobowe),
- w braku tlenu przez fermentację (warunki anaerobowe).

Podstawy Produkcji Napojów Alkoholowych

ĆW. 1

Drożdże – część teoretyczna

Kierunek

Technologia Żywności

Rok III

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

5

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.

1.3 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 żywotności barwi się przygotowany preparat błękitem metylenowym i
obserwuje pod mikroskopem. Komórki martwe barwią się na niebiesko, a żywe
pozostają bezbarwne.

2. 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 tlenowej 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.

2.1 Drożdże piwowarskie

W warunkach beztlenowych drożdże fermentują cukry według klasycznego równania:

C

6

H

12

O

6

2C

2

H

5

OH + 2CO

2

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.

Podstawy Produkcji Napojów Alkoholowych

ĆW. 1

Drożdże – część teoretyczna

Kierunek

Technologia Żywności

Rok III

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

6

2.2 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

°C powinna

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

Czas podnoszenia ciasta powinien wynosić nie mniej niż 60 minut (I pęd), 35 minut
(II pęd) i 120 minut dla sumy trzech pędów. Trwałość termostatowa w temperaturze
35

°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 dotykunieprzyjemny zapach (przypominający klej lub
rozkładającego się białka)

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

Skład chemiczny drożdży piekarskich

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

Podstawy Produkcji Napojów Alkoholowych

ĆW. 1

Drożdże – część teoretyczna

Kierunek

Technologia Żywności

Rok III

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

7

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

°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

°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.


Słownictwo:

błona komórkowa - cell membrane, plasma membrane
drożdże -

yeast

browarnicze

-

brewers’

yeast

dolnej fermentacji - bottom fermentattion yeast

dzikie

-

wild

yeast

gorzelnicze

-

distillery

yeast

górnej fermentacji - top fermentation yeast

paszowe

-

fodder

yeast

suszone

-

dried

yeast

winiarskie

-

wine

yeast

fermentacja

- fermentation

komórka -

cell

Podstawy Produkcji Napojów Alkoholowych

ĆW. 1

Drożdże – część teoretyczna

Kierunek

Technologia Żywności

Rok III

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

8

oddychanie

- respiration

piekarnicze

- bakers yeast

pączkowanie

- budding

propagacja

-

propagation

sucha masa

- dry matter

szczepienie

- inoculation

ściana komórkowa - cell wall
warunki

tlenowe

- aerobic conditions

beztlenowe - anaerobic conditions

wodniczka

-

vacuole

wzrost drożdży

- yeast growth

żywotność

-

vitality

źródło węgla

- carbon source