Wielu z nas słyszało o drożdżach głównie w kontekście pieczenia chleba lub produkcji alkoholu. Te mikroskopijne organizmy mają jednak znacznie szersze zastosowanie i odgrywają kluczową rolę w wielu dziedzinach nauki i przemysłu. Ale czym dokładnie są drożdże i jakie mają znaczenie w naszym środowisku?
Drożdże to grupa mikroorganizmów, które skupiają około 1,500 gatunków jednokomórkowych grzybów. Większość z nich należy do typu Ascomycota, choć nieliczne są przedstawicielami Basidiomycota. Można je znaleźć na całym świecie – w glebach, na powierzchni roślin, a szczególnie licznie występują w środowiskach bogatych w cukry, takich jak nektar kwiatowy czy owoce.
Wśród Ascomycota istnieje wiele gatunków drożdży o dużym znaczeniu gospodarczym. Przykładem są szczepy Saccharomyces cerevisiae, które są powszechnie wykorzystywane w produkcji chleba, piwa czy wina. Niemniej ważne są również drożdże patogenne dla ludzi i innych zwierząt. Do najbardziej znanych należą Candida albicans, Histoplasma oraz Blastomyces.
Jako grzyby, drożdże są organizmami eukariotycznymi. Zazwyczaj mają średnicę około 0,075 mm i przyjmują różne formy: od sferycznych przez jajowate po nitkowate. Większość gatunków drożdży rozmnaża się bezpłciowo przez pączkowanie, proces w którym z komórki macierzystej wyrasta mały wyrostek, który z czasem powiększa się, dojrzewa i odłącza się. Niektóre drożdże rozmnażają się przez podział, gdzie komórka rodzicielska dzieli się na dwie równe komórki.
Drożdże, jako jednokomórkowe grzyby, odgrywają kluczową rolę w wielu procesach biologicznych i przemysłowych. Wśród setek znanych gatunków drożdży, wiele z nich ma szczególne zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu spożywczego. W niniejszym tekście postaramy się przybliżyć różnice między gatunkami drożdży piekarskich, piwowarskich, winiarskich i gorzelniczych.
- Saccharomyces cerevisiae – to najczęściej używane drożdże piekarskie. Są one odpowiedzialne za proces fermentacji wypieków, powodując, że ciasto rośnie. Wytwarzają one gaz dwutlenek węgla oraz alkohol.
- Saccharomyces pastorianus (czasem nazywane Saccharomyces carlsbergensis) – to główny gatunek drożdży piwowarskich używanych w produkcji piwa dolnej fermentacji (lagerów).
- Saccharomyces bayanus – gatunek często stosowany w przemyśle winiarskim, zwłaszcza w produkcji win musujących.
- Saccharomyces pombe – choć rzadziej wykorzystywane w produkcji alkoholu, odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych.
- Candida milleri (znane też jako Saccharomyces exiguus) – drożdże wykorzystywane w produkcji chleba na zakwasie.
- Pichia pastoris – drożdże wykorzystywane w biotechnologii do produkcji białek rekombinowanych.
- Schizosaccharomyces pombe – drożdże używane w badaniach naukowych, zwłaszcza w genetyce.
- Kluyveromyces lactis – używane w produkcji pewnych produktów mleczarskich.
- Debaryomyces hansenii – drożdże halofilne, które mogą rosnąć w solankach i są często wykorzystywane w przemyśle spożywczym.
- Brettanomyces – choć nie są to drożdże pożądane w większości procesów fermentacyjnych z powodu wytwarzania specyficznych, często niepożądanych aromatów, odgrywają ważną rolę w produkcji niektórych tradycyjnych stylów piwa i wina.
Drożdże różnią się między sobą zdolnością do fermentacji różnych cukrów, odpornością na różne warunki środowiskowe oraz wytwarzaniem specyficznych związków chemicznych, które wpływają na smak i aromat produktów końcowych. Wybór odpowiedniego gatunku oraz szczepu drożdży jest kluczem do uzyskania pożądanych właściwości sensorycznych produktów spożywczych.
Drożdże, w zależności od gatunku i szczepu, posiadają różne enzymy umożliwiające im fermentację różnych rodzajów cukrów. To, jakie cukry dany gatunek drożdży jest w stanie fermentować, ma kluczowe znaczenie dla procesów przemysłowych, w których są one wykorzystywane, a także wpływa na smak, teksturę i inne właściwości produktów końcowych. Poniżej przedstawiamy sześć przykładów cukrów i zdolności różnych drożdży do ich fermentacji:
- Glukoza (dekstroza) – jest to podstawowy cukier prosty, który jest fermentowany przez większość gatunków drożdży. Saccharomyces cerevisiae, najczęściej używane drożdże piekarskie i piwowarskie, są bardzo efektywne w fermentacji glukozy.
- Fruktoza – cukier występujący w owocach, jest również składnikiem sacharozy. Większość drożdży fermentuje fruktozę równie skutecznie jak glukozę, ale niektóre gatunki mogą preferować jeden z tych cukrów nad drugim.
- Maltoza – dwucukier składający się z dwóch cząsteczek glukozy. Saccharomyces cerevisiae dobrze fermentuje maltozę, co czyni je idealnymi dla procesów piwowarskich, gdzie maltoza jest głównym cukrem wytwarzanym podczas zacierania.
- Laktuloza – jest to cukier, który występuje w mleku. Nie wszystkie drożdże są w stanie fermentować laktozę. Jednakże Kluyveromyces lactis posiada enzymy niezbędne do rozkładu i fermentacji laktozy, co czyni je użytecznymi w przemyśle mleczarskim.
- Cellobioza – dwucukier składający się z dwóch cząsteczek glukozy połączonych wiązaniem β. Większość drożdży nie jest w stanie fermentować cellobiozy, ale niektóre gatunki, takie jak Candida milleri, mogą to robić, co ma znaczenie w fermentacji biomasy lignocelulozowej.
- Galaktoza – cukier prosty, który jest częścią laktozy. Choć nie jest on łatwo fermentowany przez wiele gatunków drożdży, niektóre gatunki, takie jak Saccharomyces fragilis, są zdolne do fermentacji galaktozy.
Drożdże, podobnie jak inne mikroorganizmy, są narażone na różnorodne warunki środowiskowe, które mogą wpływać na ich rozwój, funkcjonowanie i zdolność do przeprowadzania fermentacji. Odporność na te warunki jest kluczowym aspektem w doborze drożdży do konkretnych procesów przemysłowych. Oto sześć przykładów warunków środowiskowych i jak drożdże radzą sobie z nimi:
- Temperatura: Odpowiedni zakres temperaturowy jest kluczowy dla funkcjonowania drożdży. Na przykład, Saccharomyces cerevisiae rozwija się optymalnie w temperaturze od 25°C do 30°C. Natomiast drożdże Saccharomyces pastorianus, wykorzystywane do fermentacji dolnej, preferują niższe temperatury, rzędu 6°C do 12°C.
- Zasolenie: Niektóre gatunki drożdży, jak Debaryomyces hansenii, są halotolerancyjne, co oznacza, że potrafią rosnąć w wysokich stężeniach soli. Te właściwości są wykorzystywane w produkcji niektórych serów i kiszonych produktów rybnych.
- Stężenie alkoholu: W trakcie fermentacji alkoholowej drożdże wytwarzają etanol, który może hamować ich własny wzrost. Różne gatunki i szczepy drożdży mają różne progi tolerancji na alkohol. Na przykład, wiele szczepów Saccharomyces cerevisiae stosowanych w winiarstwie jest zdolnych do przetrwania w stężeniach alkoholu powyżej 15%.
- pH: Drożdże są wrażliwe na zmiany pH środowiska. Niektóre gatunki, takie jak Saccharomyces bayanus, są zdolne do fermentacji w niższych pH, co jest korzystne w produkcji pewnych win.
- Stężenie tlenu: Choć drożdże są zdolne do przeprowadzania tlenowej fermentacji (respiracji), wiele procesów przemysłowych opiera się na beztlenowej fermentacji alkoholowej. Nadmierne stężenie tlenu może prowadzić do niepożądanych reakcji utleniania.
- Obecność innych substancji: Drożdże mogą być hamowane lub stymulowane przez obecność różnych substancji w środowisku. Na przykład, siarczany dodawane do wina jako konserwanty mogą hamować wzrost niektórych gatunków drożdży, podczas gdy pewne aminokwasy mogą działać stymulująco.
Drożdże, w procesie fermentacji, produkują nie tylko alkohol i dwutlenek węgla, ale również szereg innych związków chemicznych, które mają znaczący wpływ na organoleptyczne cechy produktów, takich jak smak, aromat czy tekstura. Poniżej przedstawiamy osiem przykładów takich związków:
- Estry: Są to związki powstające w wyniku reakcji między kwasami a alkoholami. Estry, takie jak octan etylu (owocowy aromat jabłek) czy octan izoamylu (aromat banana), są odpowiedzialne za owocowe nuty w wielu winach i piwach.
- Aldehydy: Są to związki często kojarzone z określonymi nutami aromatycznymi. Na przykład aldehyd masłowy (diacetyl) daje charakterystyczny aromat masła, który może być pożądany w pewnych stylach piwa, ale niechciany w innych.
- Kwasy wyższe: Powstają podczas fermentacji i mogą wpłynąć na smak i aromat produktu. Kwas izowalerianowy może dawać aromat starych skarpetek lub serów.
- Siarkowodór: Jest to związek siarkowy o charakterystycznym zapachu jajek gnijących. Może powstawać w wyniku metabolizmu siarki przez niektóre drożdże, a jego nadmiar jest często postrzegany jako wada w winie czy piwie.
- Tiole: Są to związki siarkowe, które mogą dawać różnorodne nuty aromatyczne, od aromatów owoców tropikalnych (jak w niektórych winach białych) do aromatów skunksa w zepsutym piwie.
- Fenole: Są to związki, które w zależności od struktury mogą dawać różne aromaty. Na przykład 4-winylogwajakol daje aromat goździków, który jest charakterystyczny dla piwa typu „weizen”.
- Fuzle: To wyższe alkohole (inaczej niż etanol), takie jak propanol, butanol czy izoamylol, które mogą wpłynąć na „ciepły” smak alkoholu i wprowadzić nuty przypominające rozpuszczalnik.
- Trikarbonyl diizobutylowy (Diacetyl): Jest to związek chemiczny dający charakterystyczny masłowy smak i aromat, który może być pożądany w niektórych stylach piwa, ale niechciany w innych.
Drożdże, w zależności od szczepu i warunków fermentacji, mogą wytwarzać różne ilości i proporcje tych związków. Ostateczny profil smakowy i aromatyczny produktu jest wynikiem złożonej interakcji między wieloma czynnikami, w tym rodzajem drożdży, surowcami i warunkami fermentacji. Dlatego też dobór odpowiedniego szczepu drożdży jest kluczowy dla osiągnięcia pożądanych cech sensorycznych w produktach końcowych.
Literatura:
https://www.britannica.com/science/yeast-fungus
