Drożdże są jednokomórkowymi grzybami rozmnażającymi się bezpłciowo przez pączkowanie. W celu pozyskania energii zmagazynowanej w wiązaniach chemicznych, przy dostępie do tlenu przeprowadzają proces oddychania tlenowego. Natomiast w warunkach beztlenowych w ich komórkach zachodzi fermentacja alkoholowafermentacja alkoholowafermentacja alkoholowa.

Grzyby te są źródłem wielu enzymów wykorzystywanych nie tylko w przemyśle spożywczym i spirytusowym, ale także farmaceutycznym. Największe znaczenie gospodarcze mają szczepy i odmiany Saccharomyces cerevisiae.

Rt5g42OGdEebl

Na rysunku mikroskopowy obraz pączkujących drożdży. Niewielkie, półprzyzroczyste, owalne komórki tworzą kolejne owalne twory na krawędziach, które w rezultacie oddzielają się i powstają nowe organizmy.

Drożdże, tak jak wszystkie organizmy, potrzebują do życia różnych pierwiastków. Wzbogacenie podłoża hodowlanego w azot, węgiel, fosfor, potas i magnez stymuluje rozwój i wzrost komórek drożdży, a tym samym intensyfikuje proces fermentacji.

Fermentacja alkoholowa jest procesem przeprowadzanym przez drożdże w warunkach beztlenowych. Charakteryzuje się przkeształcaniem cukrów, głównie heksozy, do etanolu i dwutlenku węgla. W wyniku działania stresorów na drożdże podczas fermentacji mogą powstawać również produkty uboczne, z których najczęstszym jest glicerol.

U wielu organizmów zachodzą także inne rodzaje fermentacji, w których powstają: kwasy organiczne, estry, związki karbonylowe (aldehydy, ketony) i alkohole wyższe.

R14IJKZYbHUtS

Schemat przedstawia fermentację alkoholową. W lewym górnym rogu na czerwonym tle napis GLUKOZA. W dół prowadzi strzałka, obok której po prawo widnieje napis GLIKOLIZA, a po lewo napis ADP połączony łukiem z napisem ATP. Na dole w lewym dolnym rogu na czerwonym tle napis 2 x PIROGRONIAN. Od niego prowadzi strzałka w prawo prowadząca do napisu na czerwonym tle 2 x ETANOL. Pod strzałką od litery H indeks górny plus prowadzi półkolista strzałka do napisu 2x CO indeks dolny dwa. Nad wykresem napis 2 x NAD indeks górny plus, od którego prowadzi strzałka do napisu 2 x NADH + 2H indeks górny 2 x NAD indeks górny plus. Od tego prowadzi strzałka do pierwszego napisu 2 x NAD indeks górny plus. Koło zamyka się. Od elementu wykresu 2 x NADH prowadzi dołem kolejna strzałka do napisu 2 x NAD indeks górny plus, przy której widnieje napis REGENERACJA NAD indeks górny plus.

Fermentacja alkoholowa to proces trójetapowy. W pierwszym, obejmującym fosforylację i izomeryzację, z glukozy – pod wpływem ATPATPATP – powstaje fruktozo‑1,6‑difosforan. W drugim etapie rozpada się on na dwie cząsteczki aldehydu 3‑fosfoglicerynowego, które przekształcane są w dwie cząsteczki kwasu pirogronowego. Reakcje tych etapów fermentacji są więc reakcjami procesu glikolizy. W ostatnim etapie pirogronian przekształcany jest w alkohol etylowy i dwutlenek węgla – dochodzi też do utlenienia powstałego podczas glikolizy NADHNADHNADH do NADIndeks górny +⁺NADIndeks górny +⁺NADIndeks górny +⁺.

R1d1xlAO2a68L

Schemat pionowy przedstawia przemiany chemiczne zachodzące podczas fermentacji alkoholowej. Na górze schematu na czerwonym tle napis GLUKOZA C indeks dolny 6. W dół prowadzi strzałka do napisu na czerwonym tle FRUKTOZO‑1, 6‑DIFOSFORAN C indeks dolny 6. Po prawo od strzałki napis 2 ATP połączony łukiem z napisem 2 ADP. Ten fragment wykresu zamyka po lewo klamra z napisem I ETAP. Od napisu FRUKTOZO‑1, 6‑DIFOSFORAN C indeks dolny 6 prowadzi strzałka w dół z napisem ROZCIĘCIE CZASTECZKI do napisu na czerwonym tle 2 ALDEHYD 3‑FOSFOGLICERYNOWY C indeks dolny 3, a od niego strzałka w dół z napisem odwodnienie (dehydrogeneracja) i fosforylacja substratowa do napisu 2 KWAS PIROGRONOWY C indeks dolny 3. Po prawo od strzałki napis 2 x NAD indeks górny plus, od którego prowadzi półkolista strzałka do napisu 2 NADH dodać H indeks górny plus oraz napis 4 ADP połączony półkolistą strzałką z napisem 4 ATP. Fragment schematu zamyka po lewo klamra z napisem II ETAP. Od napisu 2 KWAS PIROGRONOWY C indeks dolny 3 prowadzi w dół rozgałęziająca się strzałka do napisu 2 CO indeks dolny 2, a druga jej gałąź do napisu na czerwonym tle 2 ALKOHOL ETYLOWY C indeks dolny 2. Z prawej strony strzałki znajduje się napis 2 NADH dodać H indeks górny plus, od którego prowadzi półkolista strzałka do napisu 2 NAD indeks górny plus. Ten fragment wykresu zamyka po lewo klamra z napisem III ETAP.

W miarę rozwoju technologii produkcji etanolu opracowano optymalne warunki środowiska życia drożdży sprzyjające maksymalizacji wydajności procesu. Enzymy uczestniczące w procesie fermentacji alkoholowej wykazują najwyższą aktywność w środowisku obojętnym i lekko kwaśnym (4–7,3 pH), a obecność jonów jedno- i dwuwartościowych wpływa stabilizująco na ich strukturę. Enzymy te cechują się aktywnością w szerokim zakresie temperatur (40–85Indeks górny o^oC), jednak optymalna temperatura dla ich działania jest różna dla poszczególnych szczepów drożdży.

W przemyśle spożywczym i gorzelniczym najczęściej wykorzystywane są drożdże Saccharomyces cerevisiae. W zależności od stosowanego surowca poszczególne szczepy tego gatunku produkują różne ilości alkoholu.

W piwowarstwie wykorzystywane są dwa rodzaje fermentacji – górna i dolna. Starszym i szybszym procesem jest fermentacja górna. W jej wyniku powstaje piwo typu ale. Przeprowadzają ją różne szczepy Saccharomyces cerevisiae, które zbierają się na powierzchni brzeczkibrzeczkabrzeczki, półproduktu do przygotowania piwa, zawierającego słód, chmiel i wodę. Drożdże górnej fermentacji preferują temperaturę 15–20Indeks górny o^oC. Dolna fermentacja etanolu zachodzi w niższych temperaturach (4–10Indeks górny o^oC). Przeprowadzana jest przez drożdże z gatunku Saccharomyces pastorianus (calsbergensis), które opadają na dno fermentatora. W wyniku tego procesu powstaje piwo typu lager.

Dzięki drożdżom powstaje jednak nie tylko alkohol. W połowie XVIII w. Joseph Priestley, kaznodzieja i nauczyciel, zainteresował się gazem, który uwalniany jest podczas warzenia piwa w trakcie procesu fermentacji alkoholowej – dwutlenkiem węgla. Priestley wykazał, że można nim nasycać wodę. W ten sposób prawdopodobnie została odkryta woda sodowa.

Rgo3CqqpJSjwE

Ilustracja przedstawia fragment szklanej butelki z wodą gazowaną. Widoczny fragment niebieskiej etykiety i mocno musujące pęcherzyki gazu.

Dwutlenek węgla powstający przy fermentacji alkoholowej wykorzystywany jest także w piekarniach. Gaz ten powoduje spulchnianie ciasta. W tym celu najczęściej wykorzystywane są drożdże gatunku Saccharomyces cerevisiae. W produkcji pieczywa do przeprowadzania procesu fermentacji oprócz drożdży wykorzystywane są także bakterie kwasu mlekowego (tzw. zakwas).

R1ZJfzwBsZH17

Ilustracja przedstawia dwa kawałki ciasta drożdżowego na talerzyku. Ciasto posypane jest cukrem pudrem, w środku nadzienie.

Słowniczek