1 Характеристика продуктів дослідження

1.1 Опис характеристики дріжджів

У наш час, у зв'язку зі зростанням проблем екології та ростом потреби у відновлюваних джерелах енергії, виробництво етанолу стає важливою сферою. Ключовим елементом цього процесу є використання дріжджів, які відіграють вирішальну роль у бродінні, перетворюючи цукри на етанол та вуглекислоту.

У виробництві етанолу використовуються різні види дріжджів, серед яких найпоширенішими є Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces pastorianus та інші штами цього роду. Ці дріжджі мають різну толерантність до умов виробництва і здатність бродити різні види цукрів, що робить їх важливим інструментом у промисловому виробництві.

Дріжджі роду Saccharomyces cerevisiae належать до гетеротрофних мікроорганізмів, які використовують енергію зв'язку вуглеводневих сполук як джерело енергії для життєдіяльності. Такі сполуки, як глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза та мальтотріоза, є основними джерелами енергії для цих дріжджів. Вони зазвичай містяться в солодовому суслі та мелясі, які використовуються як поживні середовища для дріжджів у сучасних технологіях виробництва.

Характеристика Saccharomyces cerevisiae (Див рис 1.1.) з біологічного погляду:

1 Морфологія, розмір та структура:

Клітини Saccharomyces cerevisiae мають круглу або овальну форму з діаметром приблизно 5-10 мікрон. Вони можуть об'єднуватися у групи, формуючи колонії.

2 Клітинна стінка та оболонка:

Клітинна стінка містить хітин і глюкан, що надають їй стійкість та міцність. Крім того, оболонка дріжджів може містити маннан та інші компоненти.

3 Рух та локомоція:

Saccharomyces cerevisiae зазвичай є нерухомим організмом. Хоча клітини можуть взаємодіяти з оточуючим середовищем, вони в основному не проявляють активного руху.

4 Геном та генетика:

Геном Saccharomyces cerevisiae складається з 16 хромосом та більше 6 тисяч генів. Цей організм став моделлю для генетичних досліджень, що допомагає в розумінні функцій генів та їх взаємодій.

5 Метаболізм та ферментація:

S. cerevisiae є аеробним організмом, але може працювати і в анаеробних умовах. Його основні метаболічні шляхи включають гліколіз, цикл Кребса та алкогольне бродіння, що призводить до утворення етанолу та CO2.

6 Колоніальність:

У відповідних умовах S. cerevisiae може формувати групові та дріжджові колонії. Ця здатність важлива для його використання у промисловості, зокрема у виробництві хліба та алкогольних напоїв. [1] [2]

Рис. 1.1. колонія Saccharomyces cerevisiae

Для успішного функціонування дріжджів у виробництві етанолу необхідні оптимальні умови для їхнього зростання. Температура, рівень pH та наявність необхідних поживних речовин є важливими факторами. Зазвичай стандартні умови лежать у діапазоні від 30 до 35 градусів Цельсія та рН близько 4,0-5,0. Деякі види дріжджів можуть також пристосовуватися до екстремальних умов, що розширює їхнє застосування в різноманітних виробничих умовах.

Одночасно, для більш широкого застосування у бродильних процесах потрібно дослідити вплив концентрації і характеру вуглеводів у поживних середовищах з різною щільністю на біосинтез певних вторинних метаболітів, які впливають на органолептичні властивості готового продукту.

Під час створення комфортних умов для інтенсивного розмноження дріжджів, ми отримуємо максимальну кількість клітин з високою активністю, яка є важливою для далі процесів. Одним із ключових аспектів цього є визначення оптимальної кількості вуглеводів у середовищі, в якому вони культивуються.

Основна мета дріжджів у виробництві етанолу - ефективно перетворювати цукри у спирт. Це досягається завдяки активності ферментів, таких як гексокінази та фосфофруктокінази. Додаткове покращення цих ферментативних процесів може призвести до збільшення продуктивності виробництва.

Впливи зовнішніх факторів:

Зовнішні чинники можуть значно впливати на фенотип Saccharomyces cerevisiae, викликаючи різноманітні зміни у його поведінці та функціонуванні. Розглянемо детально вплив ряду факторів на цей вид:

1. Температура: Зміни температури можуть регулювати швидкість біохімічних процесів у клітинах. Відповідно, підвищення температури може прискорити ферментаційні процеси, тоді як зниження температури може сповільнити ріст та метаболізм.

2. РН середовища: РН середовища впливає на активність ферментів та інші біохімічні процеси. Зміни у рН можуть змінювати функціональність клітин та їхню здатність до росту та розмноження.

3. Кисень та аеробність: Можливість дріжджів функціонувати як аеробних або анаеробних організмів визначає їхні можливості щодо виробництва етанолу та інших продуктів метаболізму.

4. Наявність харчових ресурсів: Забезпечення дріжджів необхідними харчовими компонентами, такими як вуглеводи та азотні сполуки, є ключовим для оптимального росту та метаболічної активності.

5. Освітлення: Хоча дріжджі переважно функціонують у темряві, світловий режим може впливати на деякі фізіологічні процеси та регуляцію метаболізму.

6. Тиск: Зміни у концентрації розчину можуть викликати зміни в осмотичному тиску у клітинах, що може впливати на їхню структуру та функціонування.

7. Токсичні речовини: Присутність токсичних речовин у середовищі може викликати активацію оборонних механізмів у дріжджів та зміни їхнього фенотипу для виживання.

8. Генетичні зміни: Зовнішні фактори можуть впливати на експресію генів у дріжджів, що може відбуватися як відповідь на зміни у середовищі або під впливом стресових умов.

Враховуючи ці фактори, можна зрозуміти, як зовнішні умови можуть модифікувати функціонування та поведінку S. cerevisiae у різних умовах. Через це останнім часом ведеться робота над генетичними модифікаціями дріжджів для підвищення їхньої продуктивності та оптимізації процесу виробництва етанолу. Оскільки генетично модифіковані штами можуть мати покращені характеристики, такі як вища швидкість бродіння або збільшена толерантність до стресових умов виробництва. [3]