B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

P

RODUKCJA

B

IOMASY

–

CZĘŚĆ

I

C

ZĘŚĆ

T

EORETYCZNA

W

STĘP

W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat obserwuje się na całym świecie nasilający się

deficyt żywności, w szczególności białka zwierzęcego. Zapewnienie pokarmu dla stale
zwiększającej się liczby mieszkańców naszej planety, a także pasz dla zwierząt hodowlanych,
zaczyna stanowić coraz poważniejszy problem. Samo powiększenie areału upraw, czy
wydajności rolnictwa nie wystarczy. Dużą rolę odgrywają tu liczne ograniczenia klimatyczne,
techniczne, czy po prostu brak dalszych terenów, które mogłyby być przeznaczone pod
pastwiska i uprawy rolne. Stąd od pewnego czasu przemysł spożywczy zaczyna poszukiwać
nowych źródeł pokarmu. Jednym z nich są drobnoustroje, które odpowiednio prowadzone
mogą stać się kopalnią wielu cennych składników pokarmowych. Wśród szczególnie silnie
rozwijających się ostatnio dziedzin nauki jest mikrobiologia, a w szczególności jej obszary
zajmujące się produkcją biomasy drobnoustrojowej przeznaczonej na paszę dla zwierząt, a
także jako pokarm dla ludzi.
Drożdże paszowe zawierają:

48-52% białka
13-16% cukrowców
2-3% tłuszczów
22-40% substancji bezazotowych
6-10% składników popiołowych.

Skład aminokwasowy drożdży jest zbliżony do białka zwierzęcego. Ponadto drożdże są
bogate w witaminy z grupy B, makro- i mikroelementy (fosfor, wapń, potas, magnez, żelazo,
siarkę, miedź mangan, kobalt).

Oprócz drożdży cennym źródłem składników pokarmowych są bakterie i glony, do

pasz dodaje się masę z hodowli bakterii Azotobacter, wykorzystuje się także glony
fotosyntezujące Chlorella i Scenedesmus. W krajach dalekiego wschodu opracowano metody
biosyntezy niektórych aminokwasów przez bakterie, np. kwas glutaminowy, lizynę i
L-leucynę otrzymuje się z hodowli Micrococcus glutamicus. Prowadzone są także badania
nad przetwarzaniem żywności przez grzyby pleśniowe, dzięki czemu z produktów zbożowych
bogatych w węglowodany można otrzymać produkty o wysokiej zawartości białka i witamin.

1. Drożdże

1.1. S

YSTEMATYKA DROŻDŻY

Drożdże nie stanowią homogennej grupy taksonomicznej. Są grzybami, ze względu na

pokrewieństwo filogenetyczne i zdolność do rozmnażania na drodze generatywnej,
zaliczanymi do 2, a wg niektórych do 3 klas.

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

1

B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

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: 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.

Niektórzy badacze zaliczają do drożdży także grzyby z Klasy III: 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: Filobasidiaceae, Teliosporaceae, Sirobasidiaceae i
Tremellaceae.

1.2. M

ORFOLOGIA I OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA DROŻDŻY

Obowiązują wiadomości na temat budowy komórki drożdżowej (morfologia komórki
drożdżowej i ważniejszych gatunków, wielkość, skład chemiczny, struktury komórkowe,
substancje zapasowe, typy drożdży, rozmnażanie) z wcześniejszych ćwiczeń.

2. Metabolizm drożdży

Do produkcji drożdży piekarskich używa się drożdży fermentujących Saccharomyces

cerevisiae. Komórki S. cerevisiae mogą – w zależności od warunków środowiska (tj. dostępu
do źródła węgla w postaci sacharydów oraz obecności tlenu) – prowadzić zarówno
metabolizm tlenowy, jak i beztlenowy. Ścisłe oddzielenie w czasie przemian beztlenowych
i tlenowych nie jest możliwe, gdyż fermentacja sacharydów prowadzona jest również w
trakcie wzrostu komórek, przy ograniczonym dostępie tlenu.

2.1. B

EZTLENOWY METABOLIZM SACHARYDÓW

-

FERMENTACJA

Fermentacja etanolowa (alkoholowa) stanowi szereg reakcji enzymatycznych

polegających na przekształceniu sacharydów do etanolu, dwutlenku węgla oraz wytwarzaniu
energii niezbędnej do procesów życiowych komórki drożdży. Przemiany składające się na
fermentację tworzą szlak amfiboliczny (powstające metabolity pośrednie są wykorzystywane
jako substraty do produkcji biomasy oraz donory i akceptory atomów wodoru i elektronów).
Większość drożdży fermentujących może wykorzystywać glukozę, fruktozę, mannozę
i galaktozę.

Głównym szlakiem fermentacji jest ciąg przemian cukrów zwany szlakiem

Embdena-Meyerhofa-Parnasa (EMP) (rys. 1.). Fermentowany cukier po wniknięciu do
komórki drożdży jest przekształcany do D-glukozy, która ulega fosforylacji do glukozo-6-

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

2

B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

fosforanu, a następnie w wyniku kolejnych przemian enzymatycznych szlaku EMP do 2
cząsteczek pirogronianu. Po ich dekarboksylacji (do aldehydu octowego i CO

2

) aldehyd

octowy jest redukowany, przy udziale dehydrogenazy alkoholowej, do etanolu. Wytworzona
energia zostaje zmagazynowana w postaci 2 cząsteczek ATP.

C

6

H

12

O

6

2CO

2

+ 2CH

3

CH

2

OH + 118,43 kJ/mol

Zaledwie 26% energii wytworzonej z 1 mola glukozy jest magazynowane w postaci ATP.
74% energii zostaje uwolnione w postaci ciepła. Ponieważ podczas fermentacji temperatura
powinna być stale kontrolowana i utrzymywana na poziomie 24-28ºC, konieczne jest
chłodzenie kadzi z brzeczką fermentacyjną.

W rzeczywistości około 95% glukozy jest fermentowane na drodze EMP, a oprócz

głównych produktów fermentacji powstają niewielkie ilości glicerolu, kwasów organicznych,
alkoholi fuzlowych i mieszaniny wyższych alkoholi, głównie pentanolu, butanolu i propanolu.
W warunkach limitowanego dostępu azotu, do etanolu i CO2 przekształcane jest jedynie 70%
glukozy, natomiast jej pozostała część jest magazynowana w postaci glikogenu.

Glikoliza jest procesem amfibolicznym, gdyż wiele metabolitów pośrednich tego

szlaku jest wykorzystywane do biosyntezy składników komórkowych: glukozo-6-fosforan w
syntezie glukanu (sacharyd ściany komórkowej), triozofosforany w syntezie lipidów,
pirogronian jako prekursor aminokwasów.
Jednak rosnące komórki drożdży wymagają do procesów biosyntezy znacznie więcej
związków niż szlak EMP jest w stanie dostarczyć. Są one tworzone w obecności tlenu, w
cyklu Krebsa oraz na drodze tlenowych przemian glukozo-6-fosforanu w obecności NADP

+

w szlaku heksozomonofosforanowym (HMP), nazywanym też szlakiem pentozowym. W
warunkach beztlenowych – poziom enzymów cyklu Krebsa (gł. dehydrogenazy

2-oksoglutaranu) oraz szlaku pentozowego (dehydrogenazy glukozo-6-fosforanu) jest bardzo
niski.

2.2. T

LENOWY METABOLIZM WĘGLOWODANÓW

Drożdże fermentujące w obecności tlenu przekształcają sacharydy, wykorzystując tlen

cząsteczkowy jako akceptor protonów. Drożdże niefermentujące metabolizują węglowodany
tylko na drodze tlenowej.

Podstawowymi szlakami metabolizmu tlenowego są cykl Krebsa (zwany też cyklem

kwasów trójkarboksylowych lub cyklem TCA) oraz cykl glioksalowy (rys. 2.), natomiast
zmagazynowanie energii w postaci ATP zachodzi w cytochromach zlokalizowanych w
mitochondriach.

Powstały w procesie glikolizy pirogronian, na drodze dekarboksylacji oksydatywnej,

przy udziale koenzymu A i w obecności dehydrogenazy pirogronianowej zostaje
przekształcony do acetylokoenzymu A. Zaktywowany acetyl zostaje całkowicie utleniony do
dwutlenku węgla w szeregu cyklu kwasów trójkarboksylowych. Cykl Krebsa jest szlakiem
amfibolicznym, dostarczającym wielu substratów wykorzystywanych w procesach biosyntezy
w komórce, np. w syntezie aminokwasów.

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

3

B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

Rysunek 1. Cykl Embdena-Meyerhofa-Parnasa

W przypadku wyczerpania zasobów cukru w pożywce hodowlanej, cykl Krebsa zostaje
zahamowany na poziomie izocytrynianu, a metabolizm sacharydów jest prowadzony na
drodze cyklu glioksalowego. Wówczas, jako źródło węgla komórki wykorzystują inne
metabolity np. aldehyd octowy, etanol, glicerol, które są przekształcane w acetylo-CoA. Dalej
w szlaku TCA do izotiocytrynianu, kwasu glioksalowego i jabłczanu.
Końcowymi etapami metabolizmu tlenowego drożdży są reakcje zachodzące w łańcuchu
oddechowym, polegające na przenoszeniu elektronów i protonów. Końcowym akceptorem
elektronów jest tlen cząsteczkowy.
W procesie utleniania biologicznego wytwarzana energia magazynowana jest w postaci ATP
– podczas oddychania tlenowego cząsteczka glukozy utleniana jest do dwutlenku węgla
i wody z wytworzeniem 38 cząsteczek ATP.

C

6

H

12

O

6

+ 6O

2

6CO

2

+ 2H

2

O + 2824 kJ/mol

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

4

B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

Rysunek 2. Cykl Krebsa i cykl glioksalowy

2.3. O

DDYCHANIE I FERMENTACJA

–

EFEKTY REGULACYJNE

Procesy oddychania tlenowego i beztlenowego są w komórkach drożdży

nierozerwalne. Rodzaj prowadzonego metabolizmu zależy nie tylko od dostępu tlenu, ale
również wielu czynników. U niektórych gatunków drożdży oddychanie i fermentacja
przebiegają prawie w tych samych proporcjach, u innych obserwuje się przewagę jednego z
tych procesów. Browarnicze drożdże dolnej fermentacji Saccharomyces uvarum
charakteryzują się najmniejszym udziałem oddychania w procesach metabolicznych,
natomiast drożdże browarnicze górnej fermentacji Saccharomyces cerevisiae wykazują
metabolizm tlenowy na poziomie zbliżonym do ras drożdży piekarskich S. cerevisiae.
Na podstawie aktywności oddechowej drożdże mogą być podzielone na 3 grupy:

- wykazujące metabolizm tlenowy – drożdże niefermentujące, u których zachodzi

jedynie oddychanie

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

5

B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

- prowadzące procesy tlenowe i beztlenowe w proporcjach równowagowych –

oddychanie stanowi 40-50% przemian metabolicznych, np. drożdże browarnicze
górnej fermentacji, piekarskie, większość drożdży patogennych

- wykazujące głównie metabolizm beztlenowy – (udział oddychania nie przekracza

10-15%), np. drożdże gorzelnicze, winiarskie oraz drożdże browarnicze dolnej
fermentacji

U niektórych gatunków drożdży można prawie całkowicie stłumić fermentację przez

silne napowietrzanie, jak to ma miejsce w drożdżownictwie, gdzie chodzi o możliwie
największe nagromadzenie ich masy komórkowej. Są też przypadki, gdy drożdże w
warunkach beztlenowych prawie wcale się nie rozwijają, gdyż nie mają zdolności
fermentacyjnych, co wykorzystuje się w produkcji drożdży paszowych. Drożdże dzikie (w
przemyśle piekarskim Candida, Torulopsis, Mycoderma) to typowe tlenowce. Szlachetne
szczepy, jak S. cerevisiae, mają zdolność fermentacji lub oddychania tlenowego w zależności
od warunków, co wykorzystuje się do oceny ich jakości – określania biologicznej aktywności,
czyli zdolności wytwarzania CO

2

spulchniającego ciasto w czasie fermentacji.

Zmiana warunków hodowli z beztlenowych na tlenowe u S. cerevisiae prowadzi do 5-

do 10-krotnego zwiększenia wydajności biomasy, przy czym tlen musi być rozpuszczony w
pożywce.

Wzrost stężenia tlenu w pożywce:

- nieznacznie hamuje aktywność glikolizy poprzez inhibicję aktywności

fosfofruktokinazy

- zwiększa aktywność liazy cytrynianowej i dehydrogenazy jabłczanowej – wzrost

intensywności cyklu Krebsa

- uruchamia proces fosforylacji oksydatywnej w mitochondriach
- hamuje transport aktywny glukozy przez błony plazmatyczne
- intensyfikuje cykl glioksalowy – wykorzystanie etanolu, wyprodukowanego w czasie

fermentacji

Hamowanie fermentacji w komórkach drożdży w obecności tlenu nosi nazwę efektu
Pasteura. Obserwowany jest u wszystkich drożdży z wyjątkiem browarniczych, u których
wystąpiło zjawisko adaptacji do anaerobiozy i różnica pomiędzy fermentacją w warunkach
beztlenowych a metabolizmem tlenowym jest nieznaczna. Również u wielu ras drożdży
winiarskich tlen tylko nieznacznie hamuje fermentację.

Wysokie stężenie glukozy lub innych fermentowanych cukrów powoduje zahamowanie
syntezy mitochondriów i reprodukcji komórek drożdży w populacji, w której następuje
zmiana metabolizmu tlenowego na fermentacyjny. Hamowanie oddychania na zasadzie
katabolicznej represji glukozowej nosi nazwę negatywnego efektu Pasteura i efektu
Crabtree. Oba te efekty regulacyjne są ze sobą powiązane, wywołując fermentację w
obecności tlenu cząsteczkowego. Istota negatywnego efektu Pasteura polega na
hamowaniu biosyntezy enzymów oddechowych, podczas gdy mianem efektu Crabtree
określa się hamowanie ich aktywności. W obecności wysokich stężeń glukozy następuje
obniżenie stężenia cytochromów, spadek ilości syntetyzowanych enzymów cyklu Krebsa,
zahamowanie aktywności dehydrogenaz i ATP-azy. Katabolicznej represji glukozowej
podlega także synteza podstawowych składników, takich jak: ubichinon, fosfolipidy i kwas
palmitynowy.

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

6

B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

Najniższe stężenie glukozy które hamuje syntezę enzymów oddechowych u drożdży

S. cerevisiae wynosi 6 mM. Stężenie 12 mM hamuje syntezę oksydazy cytochromu c
i dehydrogenazy jabłczanowej, a stężenie 30 mM glukozy hamuje syntezę oksydoreduktazy
NADPH-cytochromu c.

3. Drożdże piekarskie

3.1 C

ECHY CHARAKTERYSTYCZNE

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. 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.

Jako drożdże piekarskie stosuje się wybrane rasy Saccharomyces cerevisiae o dużej zdolności
fermentowania cukrów, a zatem i zdolności spulchniania ciasta. Dobre drożdże piekarskie
powinny charakteryzować się:

wysoką właściwą szybkością wzrostu,
wysoką aktywnością w procesie glikolizy,
zdolnością adaptacji do szybko zmieniających się substratów w pożywce hodowlanej,
wysoką aktywnością

β-fruktofuranozydazy, α-glukozydazy oraz innych enzymów

przeprowadzających hydrolizę węglowodanów,

zdolnością wzrostu i syntezy eznzymów zarówno w warunkach tlenowych jak również

beztlenowych,

wysoką zdolnością wykorzystania soli amonowych i fosforowych (jako źródła azotu i

fosforu),

wysoką możliwością wykorzystania związków organicznych w tym cukrów,

aminokwasów, kwasów organicznych oraz alkoholu i gliceryny do budowy masy
komórkowej,

wysoką zawartością trehalozy, a także odpornością na zwiększone ciśnienie

osmotyczne.

Wszystkie wymienione powyżej cechy drożdży piekarskich decydują o ich

przydatności w technologii piekarskiej. Jakość handlowych drożdży piekarskich jest
określana przez wiele parametrów, m.in. trwałość przechowywania, osmotolerancyjność,
odporność na niskie temperatury. Najważniejsza jest jednak aktywność fermentacyjna (siła
pędna), czyli ilość dwutlenku węgla wytworzonego i zatrzymanego w cieście.

3.2 T

RWAŁOŚĆ I AKTYWNOŚĆ DROŻDŻY PIEKARSKICH

Drożdże mają niewielką zawartość suchej masy, w związku z czym podatne na

autolizę, są szczególnie w wysokiej temperaturze. Dlatego też powinny być przechowywane
w temperaturze od +2 do +8ºC (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.

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

7

B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

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 dotyku

• nieprzyjemny zapach (przypominający klej lub rozkładające się białka)

Trwałość drożdży prasowanych, czyli handlowych, w temperaturze 20ºC powinna

wynosić co najmniej 10 dni, a pożądana jest trwałość 14–dniowa. W temperaturze 4

°C

drożdże można przechowywać do 4 tygodni, po tym czasie dochodzi do zbyt dużego
obniżenia ich siły pędnej. Trwałość termostatowa w temperaturze 35ºC nie może wynosić
więcej niż 96 godzin.

Czas podnoszenia ciasta powinien wynosić nie więcej niż 60 minut (I pęd), 35 minut

(II pęd) i 120 minut dla sumy trzech pędów (w dniu wyprodukowania). Wykazano, że na siłę
pędną wpływa wiele czynników, w tym skład chemiczny drożdży.

Wraz ze wzrostem zawartości substancji azotowych w komórkach drożdży wzrasta

siłą pędna, czyli zdolność wytwarzania dwutlenku węgla ze znajdujących się w cieście
cukrów (zarówno rodzimych, jak i tych, które powstają w wyniku enzymatycznej hydrolizy
skrobi i w czasie fermentacji ciasta), maleje natomiast ich trwałość. Wysoki poziom
glikogenu wyraźnie zwiększa trwałość, a podwyższona zawartość trehalozy (15-20%) ma
stabilizujący wpływ na aktywność biologiczna drożdży.
Obserwowane skrócenie czasu podnoszenia ciasta wraz ze wzrostem zawartości białka w
biomasie jest cechą korzystną, ale może doprowadzić do sytuacji, że trwałość drożdży będzie
tak niska, że nie będą się nadawać do handlu. Taka sytuacja ma miejsce podczas produkcji
drożdży zarodowych, wyhodowanych w obecności dużej ilości związków azotowych i niskim
natlenieniu podłoża. Uzyskane w ten sposób komórki mają do 60% białka (w s.m.), ale nie
nadają się do dłuższego przechowywania. Przyjmuje się, że zawartość białka powinna
oscylować w granicach 38 do 42%.

Trwałość i aktywność fermentacyjna drożdży są ze sobą ściśle powiązane. Istnieje związek
między przyrostem azotu aminowego podczas przechowywania a ich trwałością i siłą pędną.
W pierwszych 7 dniach przechowywania (w 4

°C) następuje nieznaczny spadek zawartości

wolnych aminokwasów, drożdże zużywają je na własne potrzeby metaboliczne. Następnie,
podczas dalszego przechowywania (7 do 28 dni) obserwuje się wzrost ilości wolnych
aminokwasów, wywołany działalnością wewnątrzkomórkowych enzymów proteolitycznych.
Zbyt długie przechowywanie prowadzi do obniżenia siły pędnej i ich trwałości.

Na trwałość i aktywność biomasy komórkowej drożdży wpływają też cechy genetyczne rasy
użytego szczepu S. cerevisiae, szczególnie wzajemne stosunki enzymów
wewnątrzkomórkowych. Teoretycznie regulacja aktywności fermentacyjnej odbywać się
może na drodze:

- pobierania cukrów do komórki,
- rozkładu cukrów w procesie glikolizy i fermentacji alkoholowej,
- regeneracji ADP z ATP podczas glikolizy.

Szczególnie wysoką aktywnością powinny charakteryzować się enzymy biorące udział w
katabolizmie węglowodanów. Duże znaczenie mają

β-fruktofuranozydaza i α-glukozydaza

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

8

B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

oraz enzymy występujące w mące, np.

α-amylaza i β-amylaza (rys. 3). Mąka zawiera bardzo

małą ilość cukrów prostych mogących uczestniczyć w procesie glikolizy. Powyższe enzymy
są kluczowymi biokatalizatorami, decydującymi o przebiegu procesu glikolizy podczas
fermentacji ciasta. Im wyższa aktywność wymienionych enzymów, tym większą siłą pędną
będą charakteryzowały się drożdże piekarskie.

α

-amylaza

DEKSTRYNY

AMYLOPEKTYNA

β

-amylaza

SKROBIA

Rysunek 3. Udział enzymów w fermentacji ciasta

Na trwałość znaczny wpływ ma również czystość mikrobiologiczna (stopień skażenia

drożdży obcą mikroflorą, w tym pleśniami i drożdżami dzikimi). Szczególnie groźne są
zakażenia drożdżami obcymi, gdyż są trudne do zwalczenia, a te komórki rozmnażają się
szybciej od drożdży piekarskich i lepiej wykorzystują składniki pokarmowe z podłoża,
opanowując środowisko. Zakażenia obcymi drożdżami powodują słabą aktywność i małą
przydatność do wypieku chleba. Zakażenia bakteryjne (np. z wody użytej w procesie
produkcji) mogą prowadzić do obniżenia jakości gotowego produktu lub naruszyć normalny
proces hodowli. W efekcie Bakterie gnilne, które rozkładają komórki powodują, że biomasa
zakażonych drożdży ulega rozmiękczeniu i upłynnieniu, inne bakterie prowadzą do hydrolizy
białka, wytworzenia kwasów lub wydzielają duże ilości śluzów, które zlepiają masę
komórkową drożdży. Natomiast zakażenia pleśniami stanowią najmniejsze zagrożenie
procesów technologicznych, ze względu na kilkukrotnie dłuższy czas generacji niż u drożdży.

3.3 W

YMAGANIA SENSORYCZNE DLA DROŻDŻY PIEKARSKICH

Drożdże oprócz wymienionych powyżej cech muszą spełniać także wymagania

sensoryczne i fizykochemiczne, narzucone przez odpowiednie normy. W chwili obecnej
obowiązują następujące akty:

AMYLOZA

inwertaza

SACHAROZA

β

-amylaza

MALTOZA

α

-glukozydaza

α-D-GLUKOZA

enzymy glikolizy

CO

2

+ C

2

H

5

OH

enzymy glikolizy

β-D-FRUKTOZA + α-D-GLUKOZA

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

9

B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

PN-A-79002:1998 Drożdże piekarskie prasowane i drożdże piekarskie suszone.
Określono wymagania jakościowe dotyczące drożdży piekarskich prasowanych oraz drożdży
piekarskich suszonych gatunku Saccharomyces cerevisiae, przeznaczonych do produkcji
piekarskiej i będących przedmiotem obrotu handlowego. Podano definicje drożdży
piekarskich prasowanych oraz drożdży piekarskich suszonych

PN-A-79004:1998 Drożdże. Pobieranie próbek
Podano postanowienia dotyczące pobierania próbek drożdży piekarskich prasowanych,
piekarskich suszonych i paszowych suszonych, określono metody pobierania i
przygotowywania próbek oraz warunki których zachowanie jest konieczne, aby próbka mogła
być uznana za reprezentatywną. Podano siedem terminów oraz ich definicje.

Drożdże prasowane powinny zawierać nie mniej, niż 26% suchej masy (najczęściej

27%

co oznaczamy symbolem D

27

). Dla porównania, drożdże suszone zawierają około

92% 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 mineralne.

Aby zachować siłę pędną drożdży piekarskich, suszenie po produkcji musi odbywać

się w stosunkowo niskich temperaturach, nie przekraczających 40ºC. Drożdże przeznaczone
do suszenia powinny charakteryzować się wysoką zawartością trehalozy (dwucukier
odpowiedzialny m.in. za trwałość termiczną 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
barwi się przygotowany preparat błękitem metylenowym i obserwuje pod mikroskopem.
Komórki martwe barwią się na niebiesko, a żywe pozostają bezbarwne.

Drożdże hodowane są na melasie, a ich barwa zależy od sposobu produkcji i powinna

być jak najjaśniejsza, kremowa, dopuszczalny jest odcień szary oraz zbrunatnienie krawędzi
cegiełek drożdżowych wskutek ich wysychania.

Smak i zapach powinien być swoisty bez posmaku gorzkiego i obcych zapachów (gł.

pleśni). Dobre drożdże są w dotyku lekko ziarniste.

Konsystencja powinna być ścisła, dopuszcza się zamarznięcie oraz zewnętrzną

mazistość, jeżeli nie jest połączona z przykrym zapachem rozkładającego się białka.

3.4 F

ORMY HANDLOWE DROŻDŻY PIEKARSKICH

Drożdże piekarskie na potrzeby handlu produkowane są w formie świeżej lub

suszonej. Prasowane drożdże piekarskie w formie świeżej biomasy komórkowej
charakteryzują się wysoką aktywnością i łatwością użycia. Wadą ich jest stosunkowo szybka
utrata trwałości, która nie pozwala na dłuższe magazynowanie zarówno w drożdżowni, jak i
sklepach. Stąd tak znaczny rozwój technologii produkcji drożdży suszonych, które

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

10

B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

umożliwiają suszenie nadwyżek drożdży w okresie zmniejszonego popytu i magazynowanie
ich w chłodniach w celu uzupełnienia braków na rynku w odpowiednim momencie. Suszenie
drożdży prowadzi się w suszarkach różnego typu, np. tunelowych, bębnowych,
fluidyzacyjnych. W wyniku suszenia otrzymujemy materiał biologicznie aktywny o
zawartości 8% wody. Dalsze usuwanie wody ma już niekorzystny wpływ na aktywność
drożdży gdyż jest związane z inaktywacją enzymów komórkowych.
Drożdże suszone w stosunku do prasowanych charakteryzują się wieloma zaletami:

nieporównywalnie większa trwałość,
ułatwiona dystrybucja ze względu na ich mniejszą masę o około 65% i objętość o 20-

50%

łatwość pakowania, przechowywania i transportu
Posiadają jednak również wady:
konieczność prowadzenia rehydratacji (uwodnienia) wysuszonych drożdży, które

dodaje się do fermentacji ciasta

obniżona aktywność w stosunku do drożdży prasowanych, wynikająca najczęściej z

uszkodzenia ich systemu enzymatycznego w trakcie suszenia

wyższa zawartość komórek martwych.

Najnowsze osiągnięcia w procesie suszenia polegają na dobraniu nie tylko optymalnych
warunków samego procesu suszenia, ale także na zastosowaniu termostabilnych szczepów
(bogatych w trehalozę), dodatku stabilizatorów oraz dobraniu najkorzystniejszych
parametrów hodowli drożdży i składu biomasy komórkowej. Drożdże suszone produkowane
najnowszymi technologiami w krajach Europy Zachodniej spełniają wymagania PN przez
okres nawet 5 lat. Polskie produkty mają trwałość znacznie krótszą (rzędu 6 miesięcy).

4. Drożdże paszowe

Drożdże paszowe powinny zawierać co najmniej 50% białka w s.m., szybko się

rozmnażać, odznaczać się małą wrażliwością na zawartość substancji toksycznych w
środowisku, maksymalnie wykorzystywać wszystkie składniki pokarmowe znajdujące się w
substracie i nie mogą ulegać degeneracji w procesie ciągłym.
Produkcja drożdży paszowych z melasy jest deficytowa, ale bezwartościowe surowce
odpadkowe z różnych gałęzi przemysłu jak hydrolizaty surowców celulozowych, ługi
posiarczynowe, wywar pospirytusowy, mogą być z powodzeniem wykorzystane. Wiele z tych
surowców stanowi uciążliwe odpady zawierające substancje toksyczne i zatruwające wody
powierzchniowe. Ponieważ surowce do produkcji drożdży paszowych zawierają substancje
bakteriobójcze (SO

2

) lub zostały wysterylizowane (wywar), a także dzięki zwiększeniu

odporności ras drożdży dzikich na zakażenie, stosuje się z zasady ciągła metodę produkcji.
Rozmnaża się je w dużych kadziach wolno stojących i stosuje automatykę sterującą niemal
wszystkimi procesami technologicznymi.

Najczęściej stosuje się drożdże z rodzajów: Torula i Torulopsis. W zależności od

podłoża są to zwykle: Candida utilis, Torula utilis, Candida tropicalis, Candida arborea,
Candida crusei, Candida humicola, Candida robusta, Monilia murmanica, Torulopsis
Cremonie, Endomycopsis bistora, Trichosporon cutaneum i inne.

Wymienione gatunki i szczepy drożdży mają zdolność przyswajania substancji nie

dostępnych dla drożdży gorzelniczych, a mianowicie: gliceryny, kwasów organicznych,
pentoz, resztek niedofermentowanych lub nie ulegających fermentacji cukrów, alkoholu, a
nawet części azotu białkowego. Wszystkie te składniki są przetwarzane na biomasę drożdży.

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

11

B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

P

RODUKCJA

B

IOMASY

–

CZĘŚĆ

I

C

ZĘŚĆ

P

RAKTYCZNA

C

EL ĆWICZENIA

Poznanie metod badań drożdży piekarskich prasowanych i suszonych. Ocena
jakościowa i porównanie różnych drożdży dostępnych w obrocie handlowym.


W

YKONANIE

1. Sprawdzanie masy drożdży piekarskich
Zawartość opakowania zważyć z dokładnością do 0,1g i porównać z wagą kostki na
opakowaniu deklarowaną przez producenta.

2. Określenie barwy
Barwę próbki należy określić wzrokowo przy świetle dziennym rozproszonym.

3. Określenie zapachu
Określenie zapachu należy przeprowadzić w pomieszczeniu pozbawionym obcych zapachów.
Zapach drożdży określić bezpośrednio po skrojeniu wierzchniej warstwy cegiełki, a zapach
drożdży suszonych – natychmiast po otwarciu opakowania.

4. Określenie smaku
Smak drożdży piekarskich należy określić biorąc do ust ok. 1g badanej próbki.

5. Określenie konsystencji
Cegiełkę drożdży lekko nagnieść palcem w środku bocznej powierzchni. Konsystencja
powinna być ścisła; dopuszcza się zewnętrzną mazistość, jeżeli nie jest połączona z przykrym
zapachem rozkładającego się białka.

6. Oznaczanie zawiesiny wodnej
Do probówki szklanej wrzucić grudkę drożdży (około 1 g na 20 cm

3

) pobraną z wnętrza

cegiełki, dodawać porcjami wodę do około połowy pojemności probówki i każdorazowo
wstrząsnąć probówkę zamknąwszy ją korkiem. Obserwować zawiesinę po całkowitym
wymieszaniu - zawiesina powinna być jednorodna, w ciągu 5 min nie powinna wykazywać
grudek ani kłaczków na dnie probówki.

7. Oznaczanie zawartości suchej masy
Oznaczenie polega na wysuszeniu próbki drożdży do stałej masy

a) metoda wagowa
W zważonym naczyńku wagowym (wraz z przykrywką), wysuszonym w temperaturze 105

°C

do stałej masy, odważyć około 1g drożdży z dokładnością 0,001g. Przed odważeniem
końcowym drożdże dokładnie rozetrzeć na dnie i dolnej części bocznej ścianki naczyńka. Po
dokładnym zważeniu i zanotowaniu wagi, naczyńko otwarte wraz z przykrywką umieścić w
suszarce na 1,5 – 2h w temp. 55 – 60

°C. Następnie naczyńko zamknąć pokrywką, wstawić do

eksykatora, po ochłodzeniu zważyć, po czym otwarte naczyńko ponownie umieścić w

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

12

B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

suszarce w temp. 105

°C na 1h. Oznaczenie uważa się za zakończone, jeśli różnica masy po

kolejnym dosuszaniu nie przekracza 0,001g. Zawartość suchej masy obliczyć w procentach
wg wzoru

100

×

−

−

=

a

b

a

c

X

c – masa naczyńka z przykrywką i drożdżami po wysuszeniu [g]
a – masa naczyńka z przykrywką [g]
b – masa naczyńka z przykrywką i drożdżami przed wysuszeniem [g]

b) oznaczenie zawartości suchej masy za pomocą wagosuszarki
Na wysuszonej do stałej masy płytce Petriego odważyć ok. 4 g biomasy drożdży z
dokładnością do 0,01g. Umieścić płytkę w wagosuszarce i suszyć do stałej masy. Wynik
odczytać w procentach wagowych.

8. Oznaczanie czasu podnoszenia ciasta
Zasada oznaczenia polega na pomiarze okresów czasu potrzebnego do trzykrotnego
wyrośnięcia ciasta

5g drożdży odważyć w zlewce, na wadze technicznej z dokładnością do 0,01 g. Sporządzić
160 cm

3

roztworu soli kuchennej o stężeniu 2,5%. Przenieść ilościowo odważone drożdże za

pomocą przygotowanego roztworu (ogrzanego do temp. 35

°C) do 280 g mąki ogrzanej w

cieplarce do temp. 35

°C, uprzednio wsypanej do miesiarki. Drożdże należy zawieszać w

roztworze NaCl porcjami, tak by zlewka była dokładnie wypłukana. Zanotować czas dodania
pierwszej porcji zawiesiny drożdży do ciasta. Następnie miesić ciasto przez 5 minut po czym
przenieść do foremki ogrzanej do temp. 35

°C, wysmarowanej wewnątrz olejem jadalnym.

Ciasto rozłożyć równomiernie w foremce, zawiesić poprzeczkę i natychmiast wstawić
foremkę do cieplarki. Pozostawić w cieplarce do chwili, gdy rosnąc ciasto dotknie poprzeczki
(I pęd). Następnie wyjąć foremkę z cieplarki i w ciągu 1 minuty ugniatać ciasto w miesiarce
lub ręcznie i ponownie umieścić w foremce. Zawiesić poprzeczkę i wstawić całość do
cieplarki. Gdy ciasto dotknie poprzeczki, zanotować czas (II pęd) i powtórzyć wykonane
czynności (III pęd). Jako wynik oznaczania czasu podnoszenia ciasta należy podać
poszczególne pędy oraz ich sumę, np. 60 + 40 + 30 = 130 min.


9. Oznaczanie aktywności sacharolitycznej i maltatycznej drożdży

a) Sacharaza (

β-fruktofuranozydaza, inwertaza) zawarta w drożdżach hydrolizuje

sacharozę do fruktozy i glukozy. W wyniku dalszych przemian powstaje alkohol i
CO

2

. Wydzielona ilość cm

3

CO

2

przez biomasę drożdży w określonym czasie jest

miarą aktywności sacharolitycznej

.

0,5 g drożdży prasowanych, w przeliczeniu na suchą masę rozprowadzić w 10 cm

3

wody

wodociągowej o temp. 35

°C. Do otrzymanej zawiesiny dodać 10 cm

3

10% roztworu

sacharozy ogrzanego do temp. 35

°C. Naczynie zamknąć szczelnie korkiem zaopatrzonym w

rurkę fermentacyjną. Kolby zważyć, masę kolb zanotować i wstawić próbki do termostatu
(35

°C) na 1h. Znając różnicę mas przed i po fermentacji obliczyć ilość wydzielonego CO

2

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

13

B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

[cm

3

]. Aktywność sacharolityczną podać jako ilość cm

3

CO

2

wydzielonych przez 0,1 g s.s.

drożdży w ciągu 1 godziny (1 mol CO

2

= 44,0 g odpowiada objętości 22,4 dm

3

).

b) Maltaza (

α-glukozydaza) drożdżowa hydrolizuje maltozę na dwie cząsteczki glukozy,

które w dalszym etapie ulegają fermentacji na alkohol etylowy i CO

2

. Wydzielona

ilość

cm

3

CO

2

przez biomasę drożdży w określonym czasie jest miarą aktywności

maltatycznej

.

Aktywność maltatyczną oznacza się w sposób analogiczny jak aktywność sacharolityczną z tą
różnicą, że do zawiesiny drożdży dodaje się 10 cm

3

10% roztworu maltozy. Aktywność

maltatyczną podać jako ilość cm

3

CO

2

wydzielonych przez 0,1 g s.s. drożdży w ciągu 1

godziny (1 mol CO

2

= 44,0 g odpowiada objętości 22,4 dm

3

).

10. Opracowanie wyników
Przedstawić poczynione obserwacje, uzyskane wyniki oraz ich interpretację (wnioski).

Uzyskane wyniki należy przedstawić w postaci zbiorczej tabeli opisującej organoleptyczne i
technologiczne cechy drożdży piekarskich prasowanych i/lub suszonych pochodzących z
różnych wytwórni.
L.p. Cechy

Wymagania

Próba I

Próba II

Próba III

1 Barwa

Kremowa,

dopuszczalny

odcień szary

2

Smak

Swoisty bez posmaku
gorzkiego i pleśni

3

Zapach

Swoisty, bez obcych
zapachów

4 Konsystencja

Ścisła, dopuszcza się
zewnętrzną mazistość, jeśli
nie jest połączona z przykrym
zapachem rozkładającego się
białka

5 Zawiesina

wodna

Jednolita, bez grudek i
kłaczków

6 Zawartość

suchej
masy [%]

Nie mniej
niż 27 (prasowane)

7 Czas

podnoszenia
ciasta [min]
- I pęd
- II pęd
- Suma trzech
pędów

nie więcej niż


60
35

120

8 Aktywność

sacharolityczna

9 Aktywność

maltatyczna

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

14

B

IOTECHNOLOGIA

–

STUDIA DZIENNE

Prowadzący: dr Aleksandra Duda-Chodak

_________________________________________________________________________

L

ITERATURA

:

1. Bednarski W., Reps A.: Biotechnologia żywności, WNT, W-wa 2003.
2. Chmiel A.: Biotechnologia, PWN, W-wa 1991.
3. Duszkiewicz-Reinhard W., Grzybowski R., Sobczak E.: Teoria i ćwiczenia z

mikrobiologii ogólnej i technicznej, Wydawnictwo SGGW, Warszawa 1993.

4. Libudzisz Z., Kowal K.: Mikrobiologia techniczna (tom I i II), PŁ, Łódź, 2000.
5. Polska Norma: Drożdże piekarskie prasowane i drożdże suszone, PN-A-79002:1998

6.

Praca zbiorowa pod redakcją Grabińskiej – Łoniewskiej A.: Ćwiczenia laboratoryjne z
mikrobiologii ogólnej, Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1999.

__________________________________________________________________________________________

K

ATEDRA

T

ECHNOLOGII

F

ERMENTACJI I

M

IKROBIOLOGII

T

ECHNICZNEJ

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

15