CC BY
80
БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ: ФАУНА
УДК 663.252.41; 663.2
ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ДРОЖЖЕЙ-САХАРОМИЦЕТОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРИУРОЧЕННОСТИ К РАСТИТЕЛЬНОМУ СУБСТРАТУ
© 2011 Д. А. Абдуллабекова., Е.С. Магомедова, Г.Г. Магомедов
Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН, г. Махачкала
Поступила в редакцию 14.03.2011
Показано, что физиолого-биохимические особенности дрожжей-сахаромицетов, изолированных с различных видов растений - винограда и плодов абрикоса, могут быть обусловлены первичной адаптацией к растению. Отмечена возможность использования штаммов, независимо от их приуроченности к субстрату обитания, для получения качественных спиртосодержащих напитков из этих видов сырья.
Ключевые слова: дрожжи, плоды, виноград, адаптация, среда культивирования, метаболизм
Современная технология отечественных вин основана на использовании чистых культур дрожжей Saccharomyces cerevisiae с известными свойствами, которые способствуют соблюдению режимов производства и обеспечивают качество продукции. Для получения виноградных и плодово-ягодных вин обычно применяются дрожжи, выделенные с одноименных растительных субстратов. Дифференцированный подход к выбору культур обусловлен особенностями обмена клетки, которые, возможно, являются результатом их адаптации к первоначальному источнику обитания в природе. Исследования физиолого-биохимических признаков сахаромицетов в зависимости от приуроченности к виду растения, дополняя сведения о метаболизме эукариотической клетки, способствуют скринингу ценных для производства штаммов. Изучение жизнедеятельности дрожжей в этом аспекте составило цель наших исследований.
Известно, что специфической средой обитания дрожжей, применяемых в виноделии, являются виноград и плодово-ягодные растения. В работе использовали штаммы, изолированные с ягод винограда и плодов абрикоса, которые собирали и раздавливали с соблюдением необходимых мер стерильности, предусмотренных в
Абдуллабекова Динаханум Абиляевна, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник. Е-mail: [email protected]
Магомедова Елена Селимовна, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник. Е- mail: [email protected]
Магомедов Гаджи Гасайникадиевич, научный сотрудник
микробиологии [1, 2]. Спонтанно забродившее сусло рассеивали на агаризованную среду в чашках Петри, которые инкубировали при температуре 18-200С. Выросшие изолированно колонии после предварительного микроскопиро-вания выделяли в культуры и для идентификации вида проводили диагностическое тестирование по культурально-морфологическим признакам, согласно определителям и пособиям [14]. Выделенные культуры хранили в холодильнике на скошенной агаризованной среде и пересеивали каждые 4-6 месяцев.
О метаболизме дрожжей, культивируемых на абрикосовой и виноградной среде, судили по значению показателей, во многом определяющих эффективность технологического процесса - энергии брожения, количеству образовавшегося этилового спирта, несброженных сахаров, титруемых кислот и компонентов летучего комплекса. В работе использовали двухсуточные дрожжевые разводки, которые вводили из расчёта 3 млн. клеток/см3. При определении скорости разложения сахаров опыты ставили в склянках объёмом 100 см , закрытых пробками с отверстием, куда вставлялась трубка с тонко оттянутым концом в несколько сантиметров для выхода углекислоты и предотвращения испарения бродящего сока. По ежедневной убыли в массе, соответствующей количеству выделившегося углекислого газа, судили о скорости сбраживания сахаров. Температура брожения колебалась в пределах 22-250С. Количество этанола, остаточных сахаров, титруемых кислот, средних эфиров в сброженных средах определяли в соответствии с действующими ГОСТами [5]. Комплекс летучих компонентов исследовали на газовом хроматографе
«Кристалл-200М» с пламенно-ионизационном детектором на капиллярной колонке НР-FFAР (50 м х0,32 мм) с 10%-ным диэтилленгликоль-сукцинатом, газ-носитель азот (1,8-2,7 дм3 /ч).
Результаты изучения скорости сбраживания сахаров, являющейся одной из важных характеристик углеводного обмена дрожжей показали, что при культивировании на родственной среде они проявляли большую активность. На рис. 1 и 2 представлена энергия брожения двух штаммов, на примере которых очевидно преимущество каждого на одноименном субстрате. Так, плодовому штамму для утилизации 90% сахаров, содержащихся в абрикосовом соке, потребовалось 7-8 дней, а виноградному -более 25 (рис. 1). При жизнедеятельности этих культур в виноградном сусле более энергичным оказался виноградный штамм (рис. 2). Результаты данного эксперимента свидетельствуют о влиянии адаптированности дрожжей к определенному растительному субстрату на их энергию брожения. При анаэробной диссимиляции углеводов наряду с образованием основных продуктов жизнедеятельности дрожжей - спирта и диоксида углерода, синтезируются вторичные и побочные продукты брожения, обусловливающие букет и вкус вина.
е _
I I 5
о -,-,-,-,-,-
О 5 10 15 20 25 30
сутки
- тшс&о&ый
---6ЮЮГр0ДнЬ(К
Рис.1. Энергия брожения штаммов на абрикосовом соке
Научный и практический интерес вызывало исследование влияния приуроченности дрожжей к определенному субстрату, на способность к продуцированию этих соединений при их культивировании в средах, полученных из различных видов растительного сырья. В качестве объекта изучения были выбраны штаммы (1-А; 2-А), изолированные с абрикосов, которые инокулировали в абрикосовый (варианты 1, 2) и виноградный (варианты 3, 4) соки, сахаристостью, г/100 см3 - 13,7; 20,6 и титруемой кислотностью, г/дм3 - 3,6; 8,0, соответственно. Дрожжи вводили в количестве 3 млн. кле-ток/см3, брожение проводили до его естественной остановки.
О 10 20 30 40
Сутки
- ППС^ОАЫИ
---зггногрэдный
Рис. 2. Энергия брожения штаммов на виноградном соке
Согласно полученным данным, приведенным в таблице, при культивировании плодовых дрожжей на обеих средах состав сброженных субстратов колебался в зависимости от индивидуальных особенностей штамма. Жизнедеятельность плодовых культур в вариантах 1, 2 сопровождалась полным выбраживанием сахаров, в отличие от вариантов 3, 4, где питательной средой служил виноградный сок. В последних отмечали значительно большее количество остаточных сахаров, что может быть связано с тем, что дрожжи при культивировании на виноградном соке отличались меньшей интенсивностью брожения, чем в абрикосовом. Во всех вариантах наблюдали повышение уровня титруемых кислот.
Способность к образованию компонентов летучего комплекса - летучих кислот, ацеталь-дегида, эфиров, высших спиртов (ВС), количество которых колебалось в пределах - 0,2-1,1 г/дм3, 12,9-63,5 мг/дм3, 39,4-99,9 мг/дм3, 169,2232,4 мг/дм3, соответственно, зависела от особенностей штамма и среды культивирования. При этом жизнедеятельность плодовых культур на виноградном соке сопровождалась меньшим продуцированием ацетальдегида и высших спиртов, в том числе изобутанола, изоамилола и усилением синтеза пропанола-1, бутанола-1, гексанола, фенилалэтанола, а также летучих кислот. Одинаковая направленность в количественном изменении вышеперечисленных соединений при инокулировании штаммов с различными индивидуальными свойствами в инородную среду, по-видимому, является проявлением метаболических особенностей, характерных для всех дрожжевых клеток, возникающих в результате приуроченности их к определённому растительному субстрату, и не зависит от штаммовой принадлежности. В связи с отмеченными тенденциями, о специфичности метаболизма плодовых дрожжей в этой среде, на
Биологические ресурсы: фауна
наш взгляд, можно судить, сравнивая данные субстрате, сброженном на штаммах, выделенных об уровне образования летучих кислот, аце- с винограда и результаты вариантов 3, 4, при-тальдегида и высших спиртов в виноградном ведённых в таблице.
Таблица. Поведение штаммов в различных субстратах
Показатели штаммы
абрикосовые виноградные
штамм/вариант ва] риант
1-А/1 2-А/2 1-А/3 2-А/4 5 6
спирт, %об. 8,1 7,8 10,7 11,2 11,5 12,3
остаточные сахара, г/100 см3 0,2 0,3 2,5 0,7 0,2 0,3
титруемые кислоты, г/дм 3 4,3 4,1 8,6 8,5 7,3 9,0
летучие кислоты, г/дм 3 0,2 0,2 1,1 0,6 0,3 0,5
ацетальдегид, мг/дм3 62,0 63,5 12,9 25,4 22,4 45,6
средние эфиры, мг/дм3 99,9 54,1 39,4 94,2 54,1 71,5
высшие спирты, мг/дм3:
пропанол-1 10,9 15,2 21,5 22,9 9,7 15,5
изобутанол 31,9 27,3 14,9 19,7 20,1 38,1
бутанол-1 0,6 0,6 4,4 3,9 0,8 2,2
изоамилол 166,3 120,3 137,2 101,2 152,4 172,3
гексанол 0,2 - 0,6 0,7 0,7 1,7
фенилэтанол 22,5 18,7 28,7 20,8 32,3 48,8
Сумма ВС 232,4 182,1 207,3 169,2 211,0 277,9
Для получения сведений о способности дрожжей, изолированных с винограда, к синтезу этих летучих соединений, поставили серию опытов, где использовали виноградный сок из различных микрорайонов с сахаристостью, г/100 см3 - 20,1; 21,0 и титруемой кислотностью, г/дм3 - 5,8; 7,7, который сбраживали на трёх природных и двух коллекционных штаммах по методике, изложенной выше. Согласно экспериментальным данным, во всех опытах, независимо от состава питательной среды и свойств штамма, отмечали полное выбражива-ние сахаров и возрастание количества титруемых кислот, которое как и продуцирование дрожжами этанола и соединений летучего комплекса - летучих кислот, ацетальдегида и высших спиртов варьировало в зависимости от штамма. Минимальная и максимальная концентрация этих компонентов, полученная в наших исследованиях, приведена в таблице - варианты 5 и 6, соответственно.
Сравнение результатов по продуцированию плодовыми и виноградными дрожжами летучих соединений показало, что максимальное количество летучих кислот, бутанола-1 и пропанола-1, было в вариантах 3, 4, а ацеталь-дегида, гексанола, фенилэтанола приближалось к значениям, характерным для виноградных дрожжей. Образование изоамилола, как известно обладающего неприятным сивушным оттенком и являющегося наиболее токсичным из спиртов, у плодовых штаммов отмечали в меньших количествах, чем у последних. В целом,
биосинтезирующая способность плодовых культур в виноградном сусле сравнима со штаммами, приуроченными к винограду, что, по-видимому, обусловлено влиянием состава этой питательной среды на метаболизм дрожжей-сахаромицетов.
В литературе имеются сведения об эффективном использовании штаммов, изолированных с определённых растительных субстратов, в средах, не характерных для их жизнедеятельности. Так, например, показана способность дрожжей, выделенных с ягод черной смородины, к активному сбраживанию не только чёрно-смородинового, но и яблочного сусла. Большинство из них на родственном соке образуют больше углекислого газа, этанола, биомассы, меньше вторичных метаболитов, в том числе ацетальдегида [6]. Известно, что ацетальдегид, являющийся важным продуктом обмена клетки, имеет большое технологическое значение, так как участвуя в синтезе многих соединений, влияет на формирование качества виномате-риалов. В связи с этим полученные нами сведения о продуцировании природными дрожжами уксусного альдегида в разных плодово-ягодных соках, могут быть полезны при подборе штаммов. Дегустация опытных виноградных и абрикосовых напитков показала, что независимо от приуроченности использованного штамма к растительному субстрату, их цвет, вкус и аромат соответствовали требованиям, предъявляемым при производстве натуральных спиртосодержащих напитков из этого сырья.
Выводы: проявление отдельных физио-лого-биохимических признаков природных штаммов, изолированных с винограда и плодов абрикоса, может быть обусловлено их первичной адаптацией к растительным субстратам. Метаболические особенности, отмечаемые при культивировании этих дрожжей на инородных средах, не исключают возможности использования их для приготовления из последних качественных спиртосодержащих напитков. Получение сведений о характере связи между приуроченностью дрожжей-сахаромицетов к субстрату обитания и их жизнедеятельностью на плодово-ягодных соках различного вида, сделает поиск штаммов в интересах биотехнологии более целенаправленным.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Бабьева, И.П. Методы выделения и идентификации дрожжей / И.П. Бабьева, В.И. Голубев. - М.: Пищевая пром-сть, 1979. 116 с.
2. Бурьян, Н.И. Микробиология виноделия. 2-е изд. доп. - Симферополь: Таврия, 2002. 403 с.
3. Кудрявцев, В.И. Систематика дрожжей - М.: Изд-во АН СССР, 1954. 427 с.
4. Риберо-Гайон, Ж. Теория и практика виноделия / Ж. Риберо-Гайон, Э. Пейно, П. Риберо-Гайон, П. Сюдро. - М.: Пищевая пром-сть, 1980. Т. 2. 352 с.
5. Государственный контроль качества винодельческой продукции. - М.: Издательство стандартов, 2003. 872 с.
6. Колесник, И.М. Новые штаммы для плодово-ягодного виноделия / И.М. Колесник, М.М. Жо-лудев, Н.Н. Мартыненко, И.М. Грачева // Виноделие и виноградарство. 2004. №3. С. 15-17.
STUDYING OF PHYSILOGICAL AND BIOCHEMICAL PROPERTIES OF TRUE YEASTS DEPENDING ON CONFINEDNESS TO VEGETATIVE SUBSTRATUM
© 2011 DA. Abdullabekova., E.S. Magomedova, G.G. Magomedov Pri-Caspian Institute of Biological Resources DSC RAS, Makhachkala
It is shown that physiological and biochemical features of true yeasts, isolated from various kinds of plants - grapes and apricot fruits, can be caused by primary adaptation to a plant. The possibility of using strains is marked, irrespective of their confinedness to the habitation substratum, for reception qualitative alcohol-containing drinks from these kinds of raw materials.
Key words: yeast, fruits, grapes, adaptation, cultivation environment, metabolism
Dinahanum Ablullabekova, Candidate of Technical Sciences, Leading Research Fellow. Е-mail: [email protected] Elena Magomedova, Candidate of Biology, Leading Research Fellow. Е-mail: [email protected] Gadji Magomedov, Research Fellow
