Что из себя представляют дрожжи
Дрожжи — сборная группа одноклеточных грибов, утративших типичное для большинства грибов мицелиальное строение. Они существуют в виде отдельных клеток разнообразной формы размером от 1,5 до 12 мкм (отдельные удлинённые клетки могут достигать 20–40 мкм).
Известно более тысячи видов дрожжей, относящихся к двум основным классам, аскомицетам и базидиомицетам. В природе они обитают там, где есть сахаристые вещества: на плодах и ягодах, в нектаре цветков, сокоистечениях деревьев, в воде, донных осадках водоёмов и в почве.
Ключевая особенность дрожжей заключается в их способности к вегетативному размножению в одноклеточном состоянии. Чаще всего они размножаются почкованием: на материнской клетке образуется бугорок (почка), который растёт и затем отделяется, начиная самостоятельную жизнь. Некоторые виды могут размножаться и бинарным делением.
В клетках дрожжей происходит спиртовое брожение: они преобразуют сахара в спирт и углекислый газ. Именно эта способность делает их незаменимыми в пищевой промышленности, поэтому на их основе работают процессы хлебопечения, пивоварения, виноделия, производства спирта и других бродильных напитков.
Метаболизм дрожжей может происходить как в присутствии кислорода, так и в анаэробных условиях. При доступе кислорода дрожжи активнее растут и дышат, но при высоком содержании сахара даже в кислородной среде могут переключаться на брожение.
Дрожжевое путешествие во времени
Древний мир: случайные открытия
Древние люди не знали о существовании микроорганизмов, но вовсю пользовались их «услугами». Первое пиво и вино появились в Месопотамии и Древнем Египте около 7 тысяч лет назад благодаря диким дрожжам, присутствовавшим на кожице винограда или в воздухе. Примерно тогда же египтяне открыли и хлеб на закваске. Оставленное на воздухе тесто поглощало споры диких дрожжей и молочнокислых бактерий, начинало бродить, и получался первый кисловатый, но невероятно пышный по тем временам хлеб.
Средневековье и эпоха Пивоварен
В Средние века пивоварение стало ремеслом, а дрожжи, оседавшие на стенах пивоварен, стали ценным товаром. Пивные дрожжи часто использовали и для выпечки хлеба, что давало ему особый, слегка горьковатый привкус.
XIX век: научный прорыв
До середины XIX века брожение считалось чисто химическим процессом. Все изменил великий французский ученый Луи Пастер. В 1857 году в серии блестящих экспериментов он доказал, что брожение вызывают живые микроорганизмы, получившие название дрожжи. Это открытие положило начало не только микробиологии, но и целенаправленному контролю над процессом брожения. Пастер также разработал пастеризацию — метод уничтожения нежелательных микроорганизмов, в том числе и «диких» дрожжей, которые могли испортить вкус вина и пива.
XX век: чистая культура на службе у человечества
В 1883 году датский ученый Эмиль Хансен, работавший в лаборатории пивоваренной компании Carlsberg, выделил первую чистую культуру дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Это позволило производить пиво и хлеб с предсказуемым и стабильным вкусом. С этого момента начинается эра промышленного производства дрожжей.
Какие бывают дрожжи и зачем они нужны
Свежие прессованные. Представляют собой влажные брикеты с высоким содержанием воды (около 70 %). Отличаются насыщенным вкусом, но требуют хранения в холодильнике и не дольше двух недель. Идеальны для хлеба, багетов, пирогов: обеспечивают активное брожение и пористость теста.
Сухие активные. Высушенные дрожжи, сохраняющие жизнеспособность. Перед использованием их нужно активировать в тёплой воде (29–33 °C). Удобны для хранения (долгий срок годности), подходят для несладкой выпечки и пирожков.
Быстродействующие (инстантные). Проходят дополнительную обработку, поэтому их можно сразу добавлять в муку без предварительной активации. Ускоряют подъём теста, но могут давать менее выраженный аромат. Подходят для «быстрого» дрожжевого теста без долгой расстойки.
Пищевые (неактивные). Термически обработанные дрожжи в виде хлопьев, гранул или порошка. Не вызывают брожения, используются как приправа с орехово‑сырным вкусом. Богаты белком и витаминами группы B, популярны в веганской кухне.
Пивные. Специальные штаммы для разных стилей пива. Верховые работают при 15–24 °C (для элей, стаутов), низовые при 6–12 °C (для лагеров, пилснеров). Влияют на вкус и аромат напитка.
Винные сохраняют аромат фруктово‑ягодного сырья. Используются для вин, медовухи, сидра, фруктовых дистиллятов. Требуют длительной ферментации при 15–20 °C.
Спиртовые устойчивы к высоким концентрациям алкоголя (до 18–20 %). Применяются в самогоноварении для получения крепкого алкоголя.
Турбо‑дрожжи. Они ускоряют брожение. Подходят для фруктовых браг и крепких напитков (ром, виски, коньяк).
Как сегодня получают дрожжи
Технологи отбирают перспективные штаммы микроорганизмов и поэтапно выращивают их в питательной среде, постепенно увеличивая объемы.
Основное сырье для питания дрожжей — меласса, или свекловичная патока. Процесс проходит в огромных стерильных емкостях, где постоянно поддерживаются оптимальная температура, уровень кислорода и кислотности.
После наращивания биомассы дрожжи отделяют от жидкости. В зависимости от дальнейшей обработки получают:
Прессованные дрожжи: их обезвоживают и формуют в бруски;
Сухие дрожжи: массу высушивают особым способом до состояния гранул.
Такой подход позволяет производить дрожжи с заданными свойствами не только для пищевой промышленности, но и для фармацевтики, производства биотоплива и кормовых добавок, об этом подробнее в продолжении текста.
За пределами кухни: где еще работают дрожжи
Медицина: дрожжи-фармацевты. Генетически модифицированные штаммы дрожжей Saccharomyces cerevisiae сегодня работают как живые биофабрики по производству жизненно важных лекарств.
Человеческий инсулин. Это самый известный пример. Гены, ответственные за выработку инсулина у человека, встроили в дрожжи. В результате они начали синтезировать человеческий инсулин, который теперь используется диабетиками по всему миру. Этот метод безопаснее и эффективнее получения инсулина из поджелудочных желез животных.
Вакцины. На дрожжевых платформах производят вакцины против гепатита В и вируса папилломы человека (ВПЧ). Дрожжи синтезируют вирусоподобные частицы, которые идеально подходят для безопасной и эффективной иммунизации.
Ферменты и гормоны. Дрожжи используются для производства ферментов для лечения наследственных заболеваний (например, болезни Гоше), а также человеческого гормона роста.
Промышленность и энергетика: дрожжи-инженеры
Биотопливо. Дрожжи сбраживают сахара, полученные из растительной биомассы (кукурузы, сахарного тростника, древесных отходов), производя биоэтанол — возобновляемую альтернативу бензину.
Биопластик. Ученые активно работают над созданием дрожжевых штаммов, способных производить биополимеры, которые могут разлагаться в природе, в отличие от традиционного пластика.
Наука и космос
Модельный организм. Дрожжи очень любят генетики и молекулярные биологи. На них изучают фундаментальные процессы: механизмы старения, деления клеток, работы генов и даже такие болезни, как рак и нейродегенеративные заболевания (Альцгеймер, Паркинсон).
Космические миссии. Дрожжи побывали в космосе, где ученые исследуют влияние радиации и невесомости на живые организмы. Их рассматривают как идеальный компонент для замкнутых систем жизнеобеспечения в длительных полетах, так как они эффективно перерабатывают отходы, производя пищу и кислород.
Экология и сельское хозяйство: дрожжи-экологи
Биоремедиация. Некоторые виды дрожжей способны поглощать и разлагать токсичные загрязнители, такие как тяжелые металлы и пестициды, помогая очищать почву и воду.
Кормовые добавки. Дрожжи являются ценным источником белка, аминокислот и витаминов группы B, которые добавляют в корм для скота и птицы, улучшая их здоровье и продуктивность.
Интересные факты про дрожжи
1. Генетически дрожжи Saccharomyces cerevisiae гораздо ближе к человеку, чем к бактериям. Это делает их незаменимым модельным организмом в генетике и медицине. На них изучают механизмы старения, рака и нейродегенеративных заболеваний.
2. Небольшое количество живых дрожжей с поверхности изюма или винограда может стать началом вашей собственной, уникальной хлебной закваски.
3. У дрожжей, как и у человека, есть внутренние биологические часы, которые влияют на их метаболизм.
4. Ученые рассматривают дрожжи как идеальный организм для создания замкнутых систем жизнеобеспечения в будущих колониях на других планетах, так как они эффективно преобразуют отходы в пищу и кислород.
