Drożdże, saccharomycetes, mikroskopijne jednokomórkowe organizmy nie zawierające chlorofilu, należące do grzybów.

W 1803 r. Louis Jacques Tenard po raz pierwszy wskazał na drożdże jako prawdziwą przyczynę fermentacji. W 1831 r. niezależnie od siebie ukazały się prace Cognarda de la Tour, Kützinga i Schwanna. Autorzy doszli do wniosku, że drożdże są rośliną, która rozmnaża się przez pączkowanie. Schwann był pierwszym, który zaobserwował tworzenie się zarodników. Meyen wprowadził (1838) nazwę rodzajową Saccharomyces i zaklasyfikował drożdże jako grzyby. Klasyfikacji dokonał po raz pierwszy duński botanik E. Hansen (1904), dzieląc je na sporogeniczne i asporogeniczne, oraz francuski botanik Guillermont (1912), który odkrył proces płciowy u drożdży Willia anomala. Klasyfikacje te były niedoskonałe i ulegały ciągłym zmianom i udoskonaleniom. Wraz z rozwojem badań taksonomicznych i doskonaleniem metod identyfikacji drożdży, wiedza na temat flory drożdżowej moszczu i wina znacznie się poszerzyła. Propagowały to prace wielu naukowców - Stelling-Decker, Kreger van Rij, V. I. Kudryavtsev, J. Lodder. W krajach WNP do klasyfikacji drożdży sporogenicznych stosuje się systematykę V. I. Kudryavtseva, a do drożdży asporogenicznych systematykę J. Loddera. Lodder. Kryteria klasyfikacji drożdży to cechy morfologiczne i fizjologiczne - kształt i wielkość komórek wegetatywnych i przetrwalników, charakter ich tworzenia i wzrostu na różnych podłożach - tworzenie osadu i błon, zdolność do fermentacji cukrów, zdolność do tworzenia alkoholu, szybkość oddychania i fermentacji, zapotrzebowanie na czynniki wzrostowe, odporność na kwasy i siarczyny. Drożdże i organizmy drożdżopodobne dzielą się na 2 duże grupy: zarodnikujące, skupione w jednej klasie grzybów zarodnikowych (Fungi) - Ascomycetes, oraz niezarodnikujące, należące do grupy grzybów niedoskonałych (Fungi imperfecti) - rodzina Cryptococcaceae. Klasa Ascomycetes obejmuje rząd Unicellomycetales, grzyby jednokomórkowe, które nie tworzą grzybni. Drożdże dzielą się na grupy lub rzędy, klasy, rodziny, rodzaje, gatunki, rasy. Ascomycetes według V. I. Kudryavtsev są podzielone w zależności od metody rozmnażania wegetatywnego na 3 rodziny: Saccharomycetaceae - rozmnażają się przez pączkowanie, Schizosaccharo-mycetaceae - rozmnażają się przez podział i Saccharomycodaceae - rozmnażają się przez pączkowanie, zakończone podziałem. Rodzaje w obrębie rodzin są identyfikowane na podstawie osobliwości ich cyklu rozwojowego. Rodzina. Saccharomycetaceae obejmuje 17 rodzajów, z których Saccharomyces, Pichia, Hansenula są ważne dla winiarstwa; 2 ostatnie rozwijają się i powodują mętnienie win. Rodzina. Do Schizosaccharomycetaceae należą 2 rodzaje: Schizosaccharomyces i Octosporomyces; do rodziny Saccharomycodaceae - Pichia i Hansenula. Saccharomycodaceae obejmuje 4 rodzaje: Saccharomycodes, Nadsonia, Saenkia i Hanseniaspora, z których Saccharomycodes i Hanseniaspora są chwastami fermentacyjnymi moszczów i win gronowych oraz owocowo - jagodowych. Saccharomyces obejmuje większość drożdży stosowanych w przemyśle fermentacyjnym. Rozmnażają się przez pączkowanie, w niekorzystnych warunkach wytwarzając zarodniki Drożdże Saccharomyces, występujące w sokach owocowo-jagodowych i izolowane z samodzielnie fermentowanego soku winogronowego, należą do 7 odrębnych gatunków, różniących się w stosunku do cukrów diagnostycznych. Spośród nich, Sacch. vini i Sacch. oviformis. Pozostałe gatunki Sacch. chevalieri, Sacch. cerevisiae, Sacch. uvarum, Sacch. carlsbergensis, Sacch. chodati na winogronach, w soku i winie, są rzadkie, a niektóre z nich nie wykazują dobrej mocy trawiennej. Każdy gatunek drożdży jest podzielony na rasy. Rasy to różne szczepy tego samego gatunku, które są wykorzystywane w produkcji. Drożdże asporogenne klasyfikowane są przez J. Loddera (1970) jako rasy. Lodder (1970) jest podzielony na rodzinę Cryptococcaceae i 5 podrodzin obejmujących 17 rodzajów, z których rodzaje Candida, Brettanomyces, Torulopsis są interesujące dla przemysłu winiarskiego.

Morfologia drożdży

Drożdże mają zróżnicowany kształt: okrągły, eliptyczny, owalny, rzadziej cytrynowaty i cylindryczny, niekiedy silnie wydłużony w postaci strzępek. Kształt i struktura komórek nie jest stała i może ulec zmianie w odpowiedzi na zmieniające się warunki hodowli. Komórka drożdży składa się z błony komórkowej, cytoplazmy, wewnątrz której zlokalizowane są organoidy (jądro, mitochondria, rybosomy, wakuola, aparat Golgiego) oraz inkluzje (substancje spichrzowe) w postaci kropel tłuszczu, ziaren glikogenu i wolemii (ryc. 1).

Rysunek /. Schemat przekroju poprzecznego komórki drożdży: 1 - błona cytoplazmatyczna; 2 - cytoplazma; 3 - aparat Golgiego; 4 - sieć endoplazmatyczna; 5 - kropelki tłuszczu; 6 - mitochondrium; 7 - jądro; 8 - żwacz, w którym pączkuje komórka; 9 - jądro; 10 - ziarnistości volutyny (metachromatyny); 11 - rybosomy; 12 - wakuola; 13 - błona komórkowa.

Młode komórki mają jednorodną cytoplazmę i czasami małą wakuolę. W miarę starzenia się komórki pojawia się ziarnistość i powiększa się wakuola. Wielkość komórek waha się od 5 do 7 μm średnicy i od 8 do 12 μm długości. Przy tak małych rozmiarach komórek, ich powierzchnia w 1 litrze fermentującego moszczu winogronowego może osiągnąć 10 m2. Ta duża powierzchnia decyduje o aktywnej wymianie drożdży z otoczeniem. Względna gęstość komórek wynosi 1,055-1,06. Wraz z nastaniem niekorzystnych warunków pojawiają się bardziej stabilne komórki spoczynkowe - artrospory i torebki zarodnikowe. Artrospory zachowują postać komórek wegetatywnych, ale różnią się od nich gęstszym osoczem, obecnością glikogenu, kropelek tłuszczu i zgrubiałymi osłonkami. Woreczki zarodnikowe zwykle mają kształt i wielkość komórek wegetatywnych. Kształt i rozmiar zarodników różni się w różnych typach drożdży zarodnikowych.

Rozmnażanie drożdży

Drożdże rozmnażają się wegetatywnie (bezpłciowo) i płciowo poprzez tworzenie zarodników na dwa sposoby. Większość gatunków drożdży rozmnaża się wegetatywnie przez pączkowanie, rzadko przez podział (Schizosaccharomyces). Drożdże asporogeniczne rozmnażają się wyłącznie przez pączkowanie. Rozmnażanie płciowe zachodzi w niesprzyjających warunkach, kiedy drożdże przestają pączkować i przekształcają się w woreczki (asci) z zarodnikami - askosporami. Proces płciowy polega na kopulacji (fuzji) 2 komórek wegetatywnych poprzez zbliżenie ich do siebie i utworzenie kanału kopulacyjnego, w którym łączą się części plazmy i jądra komórek, co nazywane jest kariogamią, tworząc diploidalną zygotę reprezentującą 2 komórki połączone kanałem kopulacyjnym. Podział redukcyjny, czyli mejoza, której towarzyszy zmniejszenie o połowę liczby chromosomów, zachodzi natychmiast, bez procesu płciowego, a zygota przekształca się w zalążek z 4 haploidalnymi zarodnikami, zatem pokolenie wegetatywne takich zarodników jest haploidalne. Zarodniki kiełkują bez kopulacji. W ten sposób rozmnażają się drożdże Zygosaccharomyces (Rysunek 2B). U drożdży Saccharomyces proces płciowy zachodzi, gdy zarodniki lub wykiełkowane z nich komórki łączą się, tworząc diploidalną zygotę, która natychmiast zaczyna pączkować, tworząc diploidalne potomstwo (Rysunek 2A). Mejoza ma miejsce bezpośrednio przed powstaniem zarodników.

Rysunek 2. Rozmnażanie płciowe i cykl rozwojowy drożdży: a - askospory; b - zapłodnienie; c - redukcja chromosomów; d - komórki diploidalne przekształcające się w asci i tworzące askospory w liczbie różnej u poszczególnych gatunków. Pokolenie haploidalne jest przedstawione pustymi cyframi, pokolenie diploidalne jest zacienione. A - Saccharomyces; B - Zygosacharomyces; C - Saccharomycodes

Wzrost i rozwój drożdży.

Wzrost drożdży obejmuje 2 różne procesy: zwiększenie liczby komórek i wzrost ich biomasy, co prowadzi do zmiany morfologicznych i fizjologicznych cech komórek drożdży - ich rozwoju. Podczas rozwoju w płynnej pożywce drożdże przechodzą cztery główne fazy wzrostu. Krzywa wzrostu opisuje logarytmiczną zależność liczby komórek od czasu i pozwala na wyróżnienie kilku faz wzrostu zastępujących się wzajemnie w określonej sekwencji (rysunek 3). Faza lag charakteryzuje się intensywną aktywnością metaboliczną, choć liczba komórek drożdży nie wzrasta lub wzrasta tylko nieznacznie. Obejmuje ona fazę utajoną (latentną), w której drożdże przystosowują się do nowych warunków środowiskowych poprzez syntezę RNA i enzymów oraz przygotowują się do szybkiego wzrostu, który powinien nastąpić po fazie lag. Ilość RNA i białka wzrasta 8-12-krotnie, podczas gdy zawartość DNA pozostaje stała. Faza logarytmiczna lub wykładnicza charakteryzuje się maksymalną szybkością wzrostu, przy czym liczba komórek wzrasta wykładniczo. Hodowla składa się z "komórek standardowych". Jednak w wyniku zużycia źródeł pokarmu i akumulacji produktów przemiany materii w podłożu, następuje faza stacjonarna. Liczba komórek pozostaje stała, liczba powstających nowych komórek jest w przybliżeniu równa liczbie komórek martwych. Tutaj osiągana jest maksymalna gęstość zaludnienia. Krzywa jest równoległa do osi odciętych. W fazie obumierania następuje dalsze wyczerpanie pożywki i nagromadzenie szkodliwych produktów przemiany materii. Liczba żywych komórek maleje, a liczba martwych komórek rośnie. Rozpoczyna się proces autolizy martwych komórek. Możliwe jest wydłużenie czasu trwania fazy logarytmicznej poprzez zastosowanie metody fermentacji ciągłej, w której skład pożywki pozostaje stały dzięki ciągłej odnowie. W przemyśle winiarskim, metody ciągłe są szeroko stosowane w fermentacji moszczu winogronowego, w produkcji szampana i sherry. Tempo wzrostu wyrażane jest w wartościach bezwzględnych i względnych: bezwzględny przyrost biomasy (brutto), tempo wzrostu właściwego, czas trwania pokolenia itp. Ważnym wskaźnikiem stanu fizjologicznego hodowli jest współczynnik ekonomiczny, czyli stosunek ilości wyprodukowanej biomasy do ilości zużytego substratu. Przejście drożdży z jednej fazy do drugiej spowodowane jest zmianami w zawartości ważnych fizjologicznie związków - aminokwasów, białek, fosforanów, kwasów nukleinowych itp. Fazy wzrostu w pewnych miejscach krzywej wskazują na etapy rozwoju i stan fizjologiczny drożdży Życie mikroorganizmów opiera się na ciągłej przemianie materii, czyli metabolizmie, składającym się z 2 procesów - dysymilacji i asymilacji. Drożdże są beztlenowcami fakultatywnymi. Procesy fermentacji i oddychania, tlenowy i beztlenowy rozkład węglowodanów odgrywają główną rolę w metabolizmie komórek drożdży (patrz również fermentacja alkoholowa, oddychanie drożdży, energia fermentacji).