…ий органических веществ. Такие ферменты носят название трансфераз. Пред­ставителем трансфераз являются переносчики метальных групп (метилтрансферазы), различных ацильных групп (ацилтрансферазы), фосфатных групп (киназы) и др. Особое значение имеют трансаминазы, с помощью которых осуществля­ется превращение различных кетокислот в аминокислоты и об­ратно.

Из других ферментов, катализирующих различные превраще­ния веществ в живом организме, известны лиазы, изомеразы, лигазы. Лиазы отщепляют от субстратов негидролитиче­ским путем ту или иную группу с образованием двойной связи или, наоборот, присоединяют группы к двойной связи. Изомера-зы катализируют превращение органических соединений в их изомеры. Лигазы ускоряют реакции синтеза, идущие за счет рас­щепления веществ, богатых энергией. Они катализируют соеди­нение двух молекул, связанное с расщеплением пирофосфатной связи в АТФ или других нуклеозидтрифосфатах.

Почти все биологически важные реакции катализируются ферментами. И биосинтез ферментов также катализируется ферментами. Как и все в живом мире, ферменты постоянно об­разуются и отмирают, и организм непрерывно обновляет их за­пас.

Все ферменты являются белками. Но они представляют собой либо простые белки (однокомпонентные ферменты), либо слож­ные белки –   протеиды (двух- и многокомпонентные ферменты). В состав двух- и многокомпонентных ферментов наряду с белком входят специфические вещества, присутствие которых необходи­мо для того, чтобы эти ферменты обладали активностью. К та­кого рода веществам относятся сложные органические молеку­лы, ионы металла или комбинация органической молекулы иона металла (железа, меди, цинка, марганца, хрома и т. п.). Небел­ковую часть фермента называют коферментом (кофакто­ром) или простетической   (т. е. активной) группой.

 В технологии бродильных производств используются зерна ячменя, ржи, кукурузы, проса и риса. Все они относятся к се­мейству злаков. Жизненный цикл злаков (от посева до созрева­ния) сопровождается сложными физиологическими и биохими­ческими процессами, которые протекают с участием ферментов.

Ферменты находятся в зерне в свободном и связанном состо­яниях. При прорастании зерна активность ферментов повышает­ся, так как они полностью или большей частью становятся сво­бодными.

У разных зерновых культур активность и содержание неко­торых ферментов различны. Например, для зерен пшеницы, ржи и ячменя характерна высокая активность α- и ß-амилаз. В зер­нах кукурузы, проса, чумизы и сорго в значительном количестве содержится α-амилаза, ß-амилаза в них полностью или почти полностью отсутствует. В зернах овса имеются оба компонента амилазы, но в меньшем количестве, чем у ржи, пшеницы и яч­меня.

Амилаза играет огромную роль в технологии бродильных про­изводств. Источником ее служит проросшее зерно (солод) ячме­ня, ржи, овса и проса.

К важнейшим ферментам зерновых культур относятся гемицеллюлазы (цитазы), амилазы, протеазы и фосфатазы.

 

2 Пространственное строение и действие активных  центров

                                        Рисунок 2 – Схема молекулы фермента

 

Специфичность и каталитическая активность фермента обусловлены его активным центром. Активный центр представляет ту часть молекулы фермента, к которой присоединяется субстрат.

Молекула фермента представляет собой белковое тело сложной пространственной конфигурации. На рисунке 2 схематически изображена  молекула  фермента с размещением его отдельных функциональ­ных центров и районов воз­действия активаторов или ингибиторов.

Деятельность каждого структурного эле­мента молекулы строго спе­циализирована. Некоторые из функциональных групп белка непосредственно уча­ствуют в связывании субст­рата и в осуществлении его превращений. Совокупность таких групп и участков фермента называют активным центром. Причем функционирующая молекула белка свер­нута таким образом, что эти группы оказываются пространст­венно сближенными, создавая исключительно благоприятную для взаимодействия с субстратом комбинацию реакционноспособных центров и групп.

Периферийные участки полипептидной цепи фермента ответственны за поддержание его специфической пространственной конфигурации и, следовательно, за формиро­вание активного центра.

В самом активном центре функции и назначения отдельных групп строго специализированы. В нем существуют определен­ные участки, которые непосредственно вовлечены в связывание субстрата и играют роль своеобразной «посадочной площадки». Эту область называют контактной, или якорной, пло­щадкой фермента.

Специфичность взаимодействия фермента с данным субстра­том определяется, в значительной мере тем, что по своим пространственным очертаниям контактная площадка очень напо­минает молекулу субстрата или соответственна ей. К тому же образованию фермент-субстратного комплекса способствует индуцированный контакт между субстратом и ферментом, кото­рые в процессе взаимодействия способны несколько видоизме­нять свои пространственные конфигурации, как бы приноравли­ваясь друг к другу, обеспечивая большую эффективность взаи­модействия. Эффект направленного сближения фермента и суб­страта равносилен увеличению концентрации реагирующих ве­ществ и, следовательно, приводит к резкому ускорению превра­щения.

Размеры активных центров значительно меньше, чем размер остальной белковой части молекулы фермента. Следовательно, в непосредственном контакте с молекулой субстрата находится относительно небольшой участок молекулы фермента. Остальная часть белковой молекулы фермента играет определенную роль в стабилизации макроструктуры фермента, в формировании фер­мента в процессе синтеза.

Первый акт ферментативной реакции – это связывание суб­страта, его «удобное» размещение на молекуле фермента. Сле­дующий акт – сама реакция. В активном центре фермента име­ются реакционноспособные группы, которые атакуют связанный субстрат и осуществляют с ним то или иное химическое превра­щение. Совокупность таких реакционноспособных групп называ­ют каталитически активным центром молекулы фермента. Воздействие таких групп на субстрат всегда являет­ся строго согласованным, синхронным и точно ориентированным в пространстве, и такая слаженная атака обеспечивает исклю­чительную скорость и полноту химических превращений суб­страта.

Одним из факторов, влияющих на действие ферментов, яв­ляется наличие в реакционной среде активаторов или ингиби­торов. Активаторы – вещества, способствующие активации фер­ментативных реакций. Молекула активатора может вызвать та­кие изменения в конформации (внутренней структуре) белковой молекулы фермента, которые будут способствовать связыванию фермента с субстратом, т.е. произойдет активирование фермен­та. Наиболее распространенным активатором многих фермен­тов является восстановленный глютатион, который активирует фермент, восстанавливая дисульфидные группы в сульфгидрильные. При действии активаторов образуется структура, способ­ствующая соединению субстрата с ферментом.

Ингибиторы –  вещества, присутствие которых исключает или тормозит ферментативную реакцию. Если ингибитор по своим пространственным очертаниям напоминает субстрат, то он мо­жет занять на ферменте контактную площадку. В таком случае ферментативный акт оказывается невозможным, так как суб­страт уже не может разместиться на занятом месте.

Одни ингибиторы обладают небольшой агрессивностью – они лишь конкурируют с субстратом за место на контактной площадке, причем удерживаются на этой площадке не очень прочно. Если в окружении фермента находится много молекул таких ингибиторов, то контактная площадка практически все время будет занята ингибитором, и ферментативная реакция исключается. И наоборот, если число молекул субстрата и ин­гибитора, окружающих фермент, оказывается соизмеримым, то субстрату удается значительно чаще попадать на контактную площадку. В этом случае реакция ферментативного превраще­ния не прекращается, а лишь замедляется, и ее скорость будет зависеть от количества ингибитора. Такого рода ингибиторы, не вступающие с ферментом в очень прочное взаимодействие и спо­собные лишь временно занимать его контактную площадку, но­сят название конкурентных ингибиторов.

Другие ингибиторы, заняв контактную площадку, вступают в химическое взаимодействие с отдельными функциональными группами каталитически активного центра, прочно связываются с ферментом и блокируют его. Фермент оказывается выведен­ным из строя. Такие ингибиторы носят название неконку­рентных или необратимых.

Различают еще аллостерическое (структурно-несвязанное) ингибирование. Существуют определенные вещества, которые косвенно влияют на ферментативный акт. Молекула такого ве­щества может специфически связываться с каким-то участком белка фермента, удаленным от того центра, где происходит ка­талитический акт (например, с другой субъединицей белка). Однако такое воздействие приводит к изменению всей простран­ственной конфигурации белковой молекулы и в том числе к из­менению расположения функциональных групп непосредственно в активном центре. В результате характер ферментативного процесса изменяется –  ускоряется или замедляется. Такого рода вещества называют                                        аллостерическими регуляторами (активаторами или ингибиторами). Они играют очень важ­ную роль во многих ферментативных превращениях живого ор­ганизма.

 

3 Каталитическая активность ферментов. Основные факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций

Критерием для определения концентрации ферментов служит их активность. Установить же концентрацию активного фермен­та посредством химического определения невозможно, так как химический состав ферментов не отличается от состава неактив­ных белков. Наличие фермента в реакционной среде определяют по той реакции, какую он катализирует, а количество его – по скорости этой реакции. Поэтому концентрацию фермента обыч­но выражают в единицах фермента, которые условно относят к скорости катализируемой им реакции.

За действием ферментов, проявляющимся либо в исчезнове­нии веществ, на которые фермент действует (субстрат), либо в появлении продуктов реакции, наблюдают при помощи качест­венных или количественных реакций.

Активность и специфичность действия ферментов зависят от различных факторов, в первую очередь от концентрации суб­страта, рН среды, температуры и пр. Это учтено Комиссией по ферментам Международного биохимического союза, которая предложила следующее определение стандартной единицы фер­мента. За единицу любого фермента принимается такое его ко­личество Е, которое катализирует превращение одного микро-моля (мкМ) субстрата в 1 минуту при стандартных условиях. Про­изводными единицами являются килоЕ (1000 Е) и миллиЕ (0,001Е). Под стандартными условиями понимают проведение определения при температуре 25°С и оптимальных для ферментативной ак­тивности величинах рН и концентрации субстрата.

Фермент может быть получен в чистом виде или в виде не­очищенного препарата. При установлении степени очистки фер­ментного препарата необходимо рассчитать удельную активность фермента, характеризующую содержание фермента в исследу­емом материале. Под удельной активностью чистого фермента понимают число единиц его активности на 1 мг фер­ментного белка. Удельная активность ферментного препарата также выражается числом единиц активности фермента на 1 мг белка в неочищенном препарате.

Удельная активность какого-либо ферментного препарата позволяет рассчитать степень его чистоты, если известна удель­ная активность чистого фермента.

Например, удельная активность препарата чистой грибной α-амилазы состав­ляет 5000 амилазных единиц на 1 мг. Промышленный препарат                      α-амилазы хорошего качества имеет около 5 единиц а-амилазы на 1 мг. Следовательно, чистота такого препарата равна примерно 0,1%.

Если известна молекулярная масса фермента, его активность может быть выражена как молекулярная активность, которая определяется числом единиц активности на микромоль фермента при оптимальной концентрации субстрата, т.е. числом подвергшихся превращениям в минуту молекул субстрата под действием молекулы фермента. Для ферментов, содержащих не­сколько каталитических центров в молекуле, принята величина активности каталитического центра, выражаю­щаяся числом молекул субстрата, подвергающегося превращени­ям на одном каталитическом центре в 1 минуту.

Молекулярная активность является индивидуальным свойст­вом ферментов и не отражает чистоты ферментного препарата. Ее можно определять лишь для достаточно чистых ферментных препаратов.

Молекулярная активность может быть вычислена, если изве­стны максимальная скорость реакции и молярная концентрация фермента (каталитических центров).

Принципиальное отличие ферментов от неферментных ката­лизаторов связано с уникальностью их селективного действия. Значительная часть ферментов проявляет абсолютную субстрат­ную специфичность, т. е. они способны осуществлять превраще­ние только одного субстрата или одной пары (для бимолекуляр­ных процессов) субстратов   в соответствующие   продукты.  Это объясняется тем, что в ферментах кроме каталитических центров имеются еще ад­сорбционные центры, обеспечивающие доступ к центру катализа только избран­ных молекул немногих субстратов.

Ферменты обладают свойством термо­лабильности, т. е. характерной чувстви­тельностью к повышению температуры. По достижении определенной температу­ры они необратимо денатурируют, теряя активность. Поэтому скорость фермента­тивных реакций с повышением темпера­туры вначале увеличивается, а затем, пройдя через так называемый мнимый температурный оптимум, резко падает (рисунок 3). Повышение температуры от 0^оС до 40-50°С увеличивает их активность; дальнейшее нагревание от температуры 50^оС до 70°С приводит к частичной по­тере активности ферментов.

 

Рисунок 3 – Зависимость скорости ферментативной реакции ν от температуры t

 

Температурный оптимум для ферментов животного проис­хождения находится в интервале 40-50°С, а для растительных ферментов – 50-60°С. Нагревание до температуры 80°С сопровождается полной потерей ферментами их каталитической активности. Од­нако существуют и исключения. Для одних ферментов тепловая инактивация становится заметной при температуре выше 45°С, Другие более устойчивы к нагреванию. Амилазы солода более термостабильны, чем амилазы грибов, а амилазы бактерий более стабильны, чем α-амилазы грибов и проросшего зерна. Так, α-амилаза из Вас. Stearothermophilus сохраняет 71% своей активно­сти после нагревания в течение 20 часов при температуре 85°С. Самый термоста­бильный фермент в растениях – пероксидаза. Нагревание пероксидазы хрена в течение 60 секунд до температуры 150°С не полностью разрушает фермент. Имеется ряд ферментов, которые обладают оптималь­ной активностью при низких температурах (например, каталаза имеет оптимум активности при температуре 0^:-10°С).

На ферментативную активность в значительной степени вли­яет рН среды. При определенных оптимальных для каждого фер­мента значениях рН катализируемые ими реакции идут с макси­мальной скоростью. Изменение ферментативной активности в зависимости от величины рН связано с изменением ионизации фер­мента, субстрата или фермент-субстратного комплекса. Фер­менты содержат большое число групп, способных к ионизации (α-карбоксильная, α-аминогруппа, карбоксильные и аминогруп­пы в дикарбоновых и диаминокислотах, сульфгидрильная группа цистеина, фенольный гидроксил тирозина,  гуанидиновая группа аргинина и т.д.).

Изменение рН среды влияет на состояние ионизации этих групп и, следователь­но, на заряд молекулы фермента. Наибольшее значение для это­го имеет характер ионизации групп активного центра и близле­жащих функциональных групп.

Ферменты активны в ограниченных пределах величин рН. И поскольку их активность наблюдается в относительно узкой области рН, вероятно, только одна из ионных форм фермента (его активного центра) обладает каталитической активностью, и эта форма преобладает при оптимальном рН.

 

 

 

 

 

 

Лекция 5

кинетика ферментативных реакций

1  Ферментативный гидролиз крахмала.

2  Ферментативный гидролиз белков.

3  Ферментативный гидролиз гемицеллюлоз и гумми-веществ.

 

1        Ферментативный гидролиз крахмала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 6

спиртовое брожение

 

1    Строение и химический состав дрожжевой клетки.

2 Общая характеристика и расы дрожжей, применяемых в бродильных производствах.

3   Химизм спиртового брожения. Вторичные и побочные продукты спиртового брожения.

 

1         Строение и химический состав дрожжевой клетки

1 Строение и химический состав дрожжевой клетки

Дрожжи представляют собой мельчайшие одноклеточные растительные организмы. Величина клеток колеблется от 9 до 11 мкм в длину и от 6 до 8 мкм в ширину, но встречаются и более крупные клетки – размером 15,2-14,4 мкм. Форма дрожжевых клеток разнообразна – яйцевидная, эллипсоидная, вытянутая и т.д. Вид, форма и величина дрожжевых клеток зависят от развития и существования.

Дрожжевая клетка имеет сложное строение (рисунок 5).

1 – волютин, 2 – цитоплазма, 3 – мембрана, 4 - оболочка, 5 – ядро, 6 – ядерная оболочка,

7 – хромосомы, 8 – митохондрии, 9 – рибосомы, 10 - вакуоли

Рисунок 5 – Строение дрожжевой клетки

 

Различают оболочку и содержимое клетки – ядро и плазму с различными постоянными составными частями – органоидами. Плазма ядра называется нуклеоплазмой; плазма, находя­щаяся вне ядра – цитоплазмой; вся клеточная плазма, включая и плазму ядра – протоплазмой.

Оболочка 4 представляет со­бой тонкую, механически проч­ную, эластичную клеточную стенку. Она состоит главным образом из полисахаридов ти­па гемицеллюлоз, в основном из глюкана и маннана. Кроме того, в клеточной стенке обна­ружено небольшое количество липидов, белка, зольных ве­ществ и хитина.

Клеточная оболочка состо­ит из трех молекулярных сло­ев. Наружный слой представ­ляет собой липопротеидную гладкую мембрану толщиной                  10-30 нм. Залегающий под ней гомогенный слой состоит из маннано-протеинового комп­лекса толщиной до 100 нм.  Третий слой почти полностью состоит из глюкана, содержащего 94% глюкозы и 6% гексозамина.

Клеточная оболочка дрожжей прежде всего выполняет за­щитную функцию, предохраняя клетку от внешних воздействий, и в известной мере регулирует поступление питательных веществ и выделение наружу продуктов обмена. В ней обнаружены две зоны избирательной проницаемости для веществ различной хи­мической природы. Клеточная оболочка пронизана мельчайшими порами диаметром до 3,6 нм, через которые проходят вода, сахар и все другие питательные вещества, необходимые для жизни клетки.

Ферменты, выделяемые из клетки, концентрируются в маннано-глюкановых слоях. Здесь они расщепляют молекулы саха­ров (в частности, сахарозу), которые не могут целиком проник­нуть в клетку, способствуя таким образом их усвоению.

Изнутри клеточную оболочку выстилает тончайшая цитоплазматическая мембрана 3 толщиной около 8 нм. Эта мембрана трехслойная и состоит из липоидно-белкового комплекса рибону-клеопротеидов и соединений кальция. Основная функция цитоплазматической мембраны заключается в регулировании пере­носа в клетку питательных веществ. Она является полупроницаемой, т.е. способна пропускать одни вещества и задерживать другие. Все питательные вещества, поступающие в клетку, и все отходы или продукты секреции, выходящие из клетки, должны пройти через эту мембрану. Цитоплазма 2 – полужидкая коллоидная система, у которой в зависимости от возраста и других физиологических факторов изменяется вязкость. В молодых клетках вязкость цитоплазмы более низкая, что обеспечивает более интенсивный транспорт продуктов обмена от органоида к органоиду. В ней содержатся структурные и не связанные с органоидами ферментные белки, аминокислоты, рибонуклеиновые кислоты, углеводы, липиды и различные низкомолекулярные вещества.

Ядро 5, окруженное ядерной мембраной 6, заполнено про­зрачной нуклеоплазмой, в которую погружены длинные тонкие нити – хромосомы 7, состоящие из белка и ДНК. Кроме белка и ДНК ядро содержит также РНК и ферменты. Оно играет глав­ную роль в дрожжевой клетке, осуществляя генетическую и ме­таболические функции, контролируя дифференцирование клет­ки, синтез белка, липопротеидов и другие обменные процессы, а также размножение. Процесс почкования сопровождается деле­нием ядра на две части, при спорообразовании ядро делится на несколько частей (по числу образующихся спор).

Дрожжевое ядро округлой формы, диаметром 1-2 мкм. Оно отграничено от цитоплазмы двумя трехслойными мембранами. Эти мембраны связаны между собой около пор, диаметр кото­рых колеблется от 30 до 100 нм. Через ядерные поры осущест­вляется непосредственная связь нуклеоплазмы    с цитоплазмой.

Протоплазма содержит органоиды – постоянные, непремен­ные составные части клетки, активно участвующие в обмене ве­ществ. Среди них особый интерес представляют митохондрии 8 и рибосомы 9.

Митохондрии – цитоплазматические мелкие частицы, напо­минающие нити, зернышки или палочки одинаковой ширины, но различной длины. Размеры их 0,4-1,0 мкм в длину и 0,2-0,5 мкм в ширину. Митохондрии состоят из белков, РНК и соединений фосфора; они содержат также ферменты, которые расщепляют белки, жиры и углеводы. Основной функцией мито­хондрий является сопряжение синтеза АТФ и АДФ и неоргани­ческого фосфата. Митохондрии сжигают органические вещества и образуют АТФ. Синтез АТФ в процессе дыхания называют окислительным фосфорилированием. Образно говоря, митохондрии – «электростанции» клетки.

Переход дрожжевых клеток от дыхания к спиртовому бро­жению сопровождается их морфологической и функциональной перестройкой. В бродящих клетках уменьшается количество ми­тохондрий.

Рибосомы представляют собой включения цитоплазмы в ви­де субмикроскопических зернышек, состоящих из липоидов, бел­ков и рибонуклеиновой кислоты. Это самые маленькие из всех клеточных образований. В них содержится основная часть кле­точной РНК и сложный комплекс ферментов, обеспечивающий синтез важнейших клеточных соединений и в первую очередь белков. Рибосомы, обеспечивая процессы внутриклеточного син­теза белка, являются своеобразной «фабрикой белка» клетки.

Вакуоль 10 – крупная полость, наполненная клеточным со­ком. По мере созревания и старения клетки в ней образуется одна, две или несколько крупных вакуолей. В вакуолях времен­но собираются промежуточные продукты обмена веществ, ко­торые затем снова уходят в протоплазму, где подвергаются дальнейшим превращениям. Когда обмен веществ затухает, ва­куоли увеличиваются в размерах и в них накапливается много веществ, оставшихся непереработанными. Например, вакуоли покоящихся клеток дрожжей содержат в изобилии волютин – комплекс, состоящий из липопротеида, РНК, полифосфатов, Mg+. Волютин обусловливает процессы, связанные с почкова­нием или спорообразованием клеток. Вакуоли отграничены от цитоплазмы липопротеидной мембраной.

Все органоиды цитоплазмы расположены в определенных местах, потому что внутри клетки имеются многочисленные пе­регородки – системы мембран и канальцев. Благодаря этому все химические процессы в клетке строго упорядочены.

Химический состав дрожжей зависит от расы, питательной среды и физиологического состояния дрожжевых клеток. Он подвержен значительным колебаниям. Свежие отпрессованные хлебопекарные дрожжи содержат в среднем 25% сухого веще­ства и 75% воды. В состав сухого вещества дрожжей входят (в %): азотистые вещества 35-65, безазотистые экстрактивные вещества 20-63, жиры 2-5, минеральные вещества 5-11.

Основными составными частями сухого вещества дрожжей являются гликоген, гумми- и азотистые вещества, жир и мине­ральные вещества.

Гликоген является запасным питательным веще­ством дрожжевой клетки. По строению он сходен с амилопектином, но отличается от него большей молекулярной массой и большей «компактностью» молекулы. Вследствие этого гликоген не проходит через поры клеточной мембраны и оболочки, а сле­довательно, не ассимилируется вне клетки. Содержание гликоге­на в дрожжах подвержено значительным колебаниям (от 0 до 40%) и зависит прежде всего от их питания. Особенно в большом количестве он накапливается в клетках, выращиваемых на средах, содержащих избыток сахаров, а также при брожении. В период брожения, когда содержание сахара в сусле высокое, дрожжи богаты гликогеном. Если дрожжи находятся в среде, бедной питательными веществами, то они потребляют гликоген. Под действием фермента α-амилазы гликоген превращается в мальтозу и гликогенные декстрины. При анаэробном культиви­ровании гликоген встречается в клетках чаще.

Гумми-вещества в дрожжах при гидролизе распадаются на глюкозу и маннозу. Содержание их подвержено значительным колебаниям, что обусловлено физиологическим состоянием дрожжевых клеток.

Дрожжи богаты белками (в среднем около 45% сухого вещества). Наиболее известными белками дрожжей являются фосфопротеид зимоказеин и типичный альбумин – церевезин. В ядре клетки содержится дезоксирибонуклеопротеид. Простетическая группа нуклеопротеидов –  нуклеиновые кислоты. При гидролизе нуклеиновые кислоты дают пуриновые основания, пиримидиновые основания, сахар (рибозу или дезоксирибозу) и фос­форную кислоту.

Из низкомолекулярных азотсодержащих веществ в дрожжах находятся аминокислоты – лейцин, тирозин, гуанин, ксантин, а также такие соединения, как холин, гистамин и никотиновая кислота.

В значительном количестве в дрожжах содержится трипептид глютатион – физиологически активное соединение. Он со­стоит из остатков глицина, цистеина и глютаминовой кислоты и может существовать в двух формах – восстановленной и окисленной. Обе формы легко переходят одна в другую. Важная роль глютатиона в обмене веществ состоит в том, что он является сильным восстановителем и очень легко подвергается окислению. При этом окисляется сульфгидрильная группа –SH (отнимается водород) и две молекулы восстановленного SH-глютатиона соединяются дисульфидной связью – S-S, образуя молекулы окисленного –S-S-глютатиона. Взаимное превращение окисленной и восстановленной форм катализируется ферментом дегидроаскорбатом.

В пивных дрожжах глютатиона содержится 0,86-0,89% на сухое вещество, а в хлебопекарных –  0,65%.

Жир является запасным веществом дрожжей и находится главным образом в цитоплазме. Содержание жира в дрожжах нормально составляет от 2 до 5% сухого вещества, но в старых упитанных дрожжах оно достигает                      10-20%. Из жироподобных веществ в дрожжах находятся лецитин и стерины. Из стеринов важное значение имеет эргостерин, который при облучении ультрафиолетовыми лучами превращается в витамин D₂. В пив­ных дрожжах эргостерина содержится 1,2-1,4%, а в хлебопе­карных –  0,3-0,8%.

Содержание минеральных веществ в дрожжах нормально со­ставляет около 8% и колеблется от 4 до 10%. В состав золы пивных дрожжей низового брожения входят (в %): Р₂О₅ – 47-73; СаО – 0,4-11,3; MgO – 3,0-7,4; К₂О –             28-40; SiО₂ – 0,28-0,73; SО₃ – 0,09-0,74; О₂ – 0,10-0,65. Состав зольных веществ хлебопе­карных дрожжей будет несколько иной. Но главной составной частью золы как пивных, так и хлебопекарных дрожжей явля­ется фосфор, находящийся в дрожжах в виде органических соединений. Фосфор входит в состав фосфатидов (сложных эфиров глицерина и жирных кислот), являющихся непременной составной частью протоплазмы, а также в состав нуклеопротеи­дов, содержащихся в большом количестве в клеточных ядрах и играющих первостепенную роль в жизнедеятельности организ­ма, в частности в явлениях наследственности. В нуклеопротеидах белок связан с нуклеиновой кислотой.

Фосфорные соединения играют важную роль в процессе бро­жения. Сахар только в том случае подвергается брожению, если он предварительно будет связан эфирной связью с фосфорной кислотой. И первым этапом превращения сахара (глюкозы) в процессе брожения является реакция фосфорилирования его при участии фермента глюкокиназы. К молекуле глюкозы при­соединяется фосфатный остаток от молекулы АТФ, которая на­ходится в клетках дрожжей, образуется глюкозо-6-фосфат, а АТФ превращается в АДФ. Фосфор входит в состав промежу­точных продуктов спиртового брожения.

В дрожжевой золе находятся также калий, кальций, магний, железо, сера и кремневая кислота. Калий играет большую роль в построении протоплазмы. Сера входит в состав белков, в кото­рых она находится в виде сульфгидрильной –SH или дисуль­фидной –S-S–группы, причем SH–группа белка может окисляться до –S-S–группы и вновь восстанавливаться. Про­цесс восстановления дисульфидных групп белка, катализируе­мый специальными ферментными системами, весьма важен для механизма клеточного деления –  почкования. Железо, так же как и сера, участвует в реакциях окисления и восстановления. Оно наряду с другими неорганическими соединениями (Zn, Mn, Сu, Mg) является обязательной составной частью ряда окисли­тельных ферментов (оксидазы, каталазы, пероксидазы), обеспе­чивая их каталитическое действие. Магний, так же как сера и фосфор, участвует в построении белков. Кроме того, он необхо­дим для активации ферментов фосфатаз, катализирующих гид­ролитическое расщепление фосфатных эфиров в процессе спир­тового брожения. Кальций способствует удалению ядовитых про­дуктов, образующихся при брожении. Медь способствует синте­зу белков, усиливает окислительные процессы и содействует образованию некоторых витаминов. Железо и медь входят в со­став фермента дыхательной цепи –  цитохромоксидазы.

Минеральные элементы, содержание которых в растительных организмах не превышает тысячных и даже миллионных долей, называют микроэлементами. К микроэлементам, прини­мающим участие в процессах жизнедеятельности дрожжей, от­носятся фосфор, калий, кальций, магний, железо, медь и цинк.

2 Общая характеристика и расы дрожжей, применяемых в бродильных производствах

 

Культурные дрожжи относятся к семейству сахаромицетов и называются Saccharomyces cerevisiae.

Температурный оптимум для размножения дрожжей находится в пределах 25-30°С, а минимальная температура около 2-3°С. При температуре 40°С рост пре­кращается и дрожжи отмирают, но низкие температуры дрожжи переносят хорошо, хотя размножение их приостанавливается. Дрожжи не погибают даже при температуре –180°С (жидкий воздух). При высокой концентрации сахара в среде жизнедеятельность дрожжей прекращается, так как при этом увеличивается осмо­тическое давление, при определенном значении которого насту­пает плазмолиз дрожжевых клеток. Плазмолизом называ­ется сжатие клетки с последующим отслоением протоплазмы от клеточной оболочки вследствие обезвоживания клетки и связан­ного с этим резкого падения давления клеточного сока. Вели­чина предельной концентрации сахара для различных рас дрож­жей неодинакова.

Различают дрожжи верхового и низового брожения. В каж­дой из этих групп имеется несколько отдельных рас.

Дрожжи верхового брожения в стадии интенсив… Продолжение »