Источники питания

Различают экзогенное и эндогенное питание дрожжей. При экзогенном питании питательные вещества поступают в клетку из внешней среды, при эндогенном дрожжи используют (в основном при голодании) свои резервные вещества: гликоген, трегалозу, липиды, азотистые соединения.

Углеродное питание. Дрожжи (Sacch. cerevisiae) используют углерод из различных органических соединений: глюкозы, маннозы, галактозы, фруктозы (D-формы). Пентозы Sacch. cerevisiae не ассимилирует. В отсутствие гексоз источником углерода могут служить также глицерин, маннит, этиловый и другие спирты, органические кислоты (молочная, уксусная, яблочная, лимонная).

Следует учитывать полиауксию — последовательность потребления различных источников углерода. При периодическом культивировании в первую очередь потребляются глюкоза и фруктоза. Последовательность усвоения жирных кислот зависит от расы при­меняемых дрожжей и состава этих кислот. Например, уксусная кислота препятствует потреблению молочной, а молочная — гликолевой. Уксусная кислота и глюкоза усваиваются одновременно. Как правило, в первую очередь усваивается из смеси тот источник углерода, который обеспечивает большую скорость роста дрожжей.

При непрерывном культивировании дрожжей с увеличением скорости разбавления среды в ней остается больше углеродного компонента, который усваивается последним.

Различные виды дрожжей неодинаково относятся к ассимиляции одних и тех же веществ. Например, дикие дрожжи Cand. natalensis, Cand. parapsilosis хорошо усваивают галактозу, a Cand. clausseni совсем не усваивает ее. Дрожжи Sacch. cerevisiae начинают сбраживать галактозу только со вторых суток.

Дисахариды, из которых спиртовые дрожжи усваивают мальтозу и сахарозу, предварительно подвергаются гидролизу соответст­вующими ферментами дрожжей до моносахаридов. При переход дрожжей от анаэробных условий к аэробным ослабляется их способность сбраживать глюкозу и мальтозу, а сахарозная активность повышается в 2,5 раза. Дрожжи потребляют мальтозу только при отсутствии в среде фруктозы и глюкозы. Мальтоза сбраживается почти полностью в стационарную фазу роста дрожжей.

Органические кислоты имеют важное значение в метаболизме углерода, энергетическом обмене микроорганизмов, синтетически и дисеимиляционных процессах. Использование кислот жирного ряда в качестве источника углерода зависит от вида и расы дрожжей концентрации кислоты, длины ее углеродной цепи и степени электролитической диссоциации. Хорошими субстратами служат кислоты с длиной углеродной цепи от С₂ до С₄ (уксусная, пировиноградная, молочная, масляная и др.) при сравнительно низкой концентрации. Калийные соли кислот, содержащих в молекуле от 2 до 5 атомов углерода, стимулируют рост дрожжей в 1,4—3,3 раза сравнению с соответствующими кислотами.

Жирные кислоты со средней длиной углеродной цепи (от С₆ С₁₀) в меньшей мере потребляются дрожжами и при очень низких концентрациях в среде (0,02—0,05%). Более высокие концентрации их подавляют развитие дрожжей. Жирные кислоты с 12—17 атомами углерода в молекуле потребляются избирательно в зависимости от рода и вида дрожжей.

Любой из промежуточных продуктов цикла Кребса (пировиноградная, лимонная, янтарная, фумаровая, яблочная кислоты) дрожжи могут использовать в качестве единственного источника углерода.

Азотное питание. Дрожжи способны синтезировать все амино­кислоты, входящие в состав их белка, непосредственно из неорга­нических азотистых соединений при использовании в качестве ис­точника углерода органических соединений — промежуточных про­дуктов распада углеводов, которые образуются при осахаривании и брожении.

Дрожжи Sacch. cerevisiae усваивают лишь две формы азота: аммиачный и органических веществ. Они эффективно используют азот сульфата и фосфата аммония, мочевины, аммиачных солей уксусной, молочной, яблочной и янтарной кислот. В присутствии сбраживаемых сахаров аммиачные соли являются для дрожжей источником лишь азота: однако при потреблений его освобожда­ются кислоты, изменяющие рН среды. Аммиачный азот усваива­ется дрожжами лучше, чем азот многих аминокислот.

Аминокислоты являются одновременно источником азота и угле­рода, причем последний усваивается из кетокислот, образующихся в результате отщепления аминогрупп. Возможна и непосредствен­ная ассимиляция аминокислот из питательной среды, содержащей их полный набор и какой-либо сбраживаемый сахар. Вследствие этого снижается расход сахара среды на питание дрожжей и не­сколько увеличивается выход спирта при брожении.

Ассимиляция аминокислот обеспечивает синтез белка, в том числе и ферментов, активирует некоторые уже имеющиеся в клет­ке ферменты, ускоряет процесс почкования дрожжевых клеток.

Для потребления органического азота (аминокислот, амидов) многим дрожжам необходимы витамины (биотин, пантотеновая кислота, тиамин, пиридоксин и др.). Такие азотистые соединения, как белки, бетаин, холин, пурины и амины в виде этиламина, пропил- и бутиламина, дрожжи не усваивают. Пептиды занимают среднее положение между аминокислотами и белками. Потребление пептидов снижается с повышением их сложности. Присутствие не­которого количества пептидов в среде наряду с другими формами азота способствует потреблению аминокислот.

На образование 10 млрд. дрожжевых клеток расход азота в условиях анаэробиоза составляет 66—77 мг, в условиях аэробиоза 37 —53 мг. По содержанию азота в дрожжах судят об условиях их культивирования и физиологическом состоянии. Содержание азота в дрожжах кроме аэрации зависит от состава среды, коли­чества дополнительно вводимых питательных веществ и от расы дрожжей. Общего азота в дрожжах спиртовых заводов содержится 7—10% (иногда до 12%) на сухое вещество.

Фосфорное питание. В анаэробных условиях дрожжи усваивают фосфор главным образом в начальный период брожения, когда потребление его составляет 80—90% от максимального содержа­ния в дрожжах. Молодые, энергично размножающиеся дрожжевые клетки богаче фосфором по сравнению с непочкующимися старыми. Например, после 6 ч брожения дрожжи содержат 2,15% фосфора на сухое вещество, к концу брожения — только 1 %.

В сусле из крахмалистого сырья содержится достаточное ко­личество усваиваемых дрожжами фосфорсодержащих соединений, в мелассном сусле их недостаточно, и приходится добавлять ортофосфорную кислоту.