Научная статья на тему 'Изучение физиолого-биохимических свойств дрожжей-сахаромицетов в зависимости от приуроченности к растительному субстрату'

Изучение физиолого-биохимических свойств дрожжей-сахаромицетов в зависимости от приуроченности к растительному субстрату Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
498
79
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДРОЖЖИ / ПЛОДЫ / ВИНОГРАД / АДАПТАЦИЯ / СРЕДА КУЛЬТИВИРОВАНИЯ / МЕТАБОЛИЗМ / YEAST / FRUITS / GRAPES / ADAPTATION / CULTIVATION ENVIRONMENT / METABOLISM

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Абдуллабекова Д. А., Магомедова Е. С., Магомедов Г. Г.

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Абдуллабекова Д. А., Магомедова Е. С., Магомедов Г. Г.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STUDYING OF PHYSILOGICAL AND BIOCHEMICAL PROPERTIES OF TRUE YEASTS DEPENDING ON CONFINEDNESS TO VEGETATIVE SUBSTRATUM

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.

Текст научной работы на тему «Изучение физиолого-биохимических свойств дрожжей-сахаромицетов в зависимости от приуроченности к растительному субстрату»

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

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.