Закономерности размножения дрожжей

24.10.2014

В культуральной среде, содержащей все необходимые для синтеза белковых веществ и для аэробного дыхания вещества, происходит увеличение количества клеток и биомассы дрожжей. При оптимальных условиях этой среды в отношении кислотности, аэрации и наличия биостимуляторов в процессе роста дрожжей можно отметить несколько фаз:
1) лаг-фаза, во время которой размножение клеток еще не наблюдается; в этой фазе различается два периода — период адаптации и период восстановления;
2) фаза экспоненциального роста;
3) фаза стационарная — рост клеток замедляется и наконец приостанавливается;
4) фаза падения — количество живых клеток в культуре уменьшается и размножение клеток не покрывает их дефицит.
Выявление закономерностей, характеризующих как размножение дрожжевых клеток, так и интенсивность их обмена веществ в зависимости от условий среды имеет очень большое не только теоретическое, но и практическое значение для технологии бродильных производств и, в частности, для хлебопечения. В этом направлении в настоящее время проводятся обстоятельные исследования, которые дали интересные для технологии хлебопечения результаты.
Недавно были проведены исследования о влиянии активной кислотности среды и концентрации дрожжевых клеток на кинетику размножения и синтеза этилового спирта культурой сахаромицетов в постоянном объеме культуральной среды; при этом состав среды полностью обеспечивал как необходимыми пластическими материалами для увеличения биомассы клеток, так и исходными продуктами для спиртового брожения. Нa рис. 23 изображена кривая повышения содержания этилового спирта и веса дрожжей в течение 9-часового опыта при 30° С. Следует отметить, что количество образовавшегося спирта определялось методом газовой хроматографии; это позволило проследить за кинетикой накопления спирта, используя для каждого анализа 1 микролитр культуральной жидкости. Весовое количество дрожжевых клеток, так же как и содержание этилового спирта, за время опыта возрастает. Если, однако, рассчитать скорость роста, выражая ее как прирост массы дрожжевых клеток за один час (рис. 24), то видно, что к восьмому часу культивирования она резко падает, достигая за короткое время минимальной величины.

Закономерности размножения дрожжей

То же наблюдается и при исследовании кинетики синтеза дрожжами этилового спирта, хотя в данном случае кривая снижается не так резко. Дальнейшие опыты показали большое влияние активной кислотности как на скорость роста, так и на скорость сбраживания глюкозы. При этом удельная скорость рассчитывается делением скорости в данный момент опыта на концентрацию дрожжевых клеток в тот же момент.
Закономерности размножения дрожжей

Кривая отражает три периода — первый, соответствующий лаг-фазе, длящийся примерно 3 ч, когда удельная скорость повышается до максимальной точки; затем следует фаза логарифмического экспоненциального роста, когда скорость размножения держится на достигнутом максимальном уровне, продолжительность этой фазы колеблется от 2 до 4 ч и зависит от pH культуральной среды; далее следует фаза резкого снижения удельной скорости размножения продолжительностью около 2 ч. Максимальная удельная скорость роста отмечается при активной кислотности, выражаемой pH 6,0; она минимальна при pH 3,0. Удельная скорость синтеза этилового спирта имеет максимум при pH 5,0 и минимум при pH 6,8. В этом случае также можно различить лаг-фазу, фазу логарифмического повышения удельной скорости синтеза этилового спирта и фазу резкого ее падения; эта последняя фаза начинается примерно через полчаса после начала падения скорости размножения клеток.
Представляет интерес сопоставление удельной скорости роста и синтеза этилового спирта в зависимости от концентрации дрожжей в культуральной среде. В обоих случаях наблюдается общая тенденция снижения интенсивности размножения или выделения этанола при превышении определенной концентрации дрожжевых клеток — 2—3 мг/мл культуральной среды; большое значение при этом имеет также активная кислотность. При оптимальной кислотности удельная скорость размножения клеток снижается при более высокой концентрации, чем при ином значении pH.
Проведенные исследования показывают математическую зависимость между удельными величинами размножения клеток и синтезом этанола, а также между этими величинами и исходной концентрацией клеток. Существенным является и то обстоятельство, что размножение дрожжевых клеток и синтез ими этилового спирта в очень сильной степени зависит также от величины концентрации водородных ионов. Следует отметить, что кислотные оптимумы обоих процессов далеко не совпадают: в первом случае оптимум лежит при pH 6,0, а во втором при pH 5,0. Эти данные позволили авторам предложить два уравнения, выражающих математическую зависимость между рассматриваемыми процессами
Закономерности размножения дрожжей

где dp/dt — скорость образования продукта (этилового спирта);
dm/dt — скорость роста.
Если в этой формуле применить удельные скорости, то она примет вид
Закономерности размножения дрожжей

причем k, α и β — константы.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: