Zagadnienia na kolokwium z laboratoriów nr 2 by G.K., Mikrobiologia przemysłowa

Mikrobiologia przemysłowa: kolokwium II

Systematyka drożdży:

Ascomycotina [zarodnikujące]	Saccharomyces	Anamorpic fungi (dawne Deuteromycotina) [niezarodnikujące]	Rhodotorula
			Pichia	Candida
			Hansenula	Torulopsis
			Debaromyces	Kloeckera
			Schizosaccharomyces	Cryptococcus

Cechy fizjologiczne:

Optymalne pH 5-6 (3-7,5);
Temperatura 25-28°C (2˚C-46˚C) / 48 h;
Środowisko wilgotne (co najmniej 30% wody) - w suchym powstają formy przetrwalnikowe):
-Niedobór wody powoduje precypitację cytoplazmy i uszkodzenie struktur komórkowych.
Odżywianie heterotroficzne (chemoorganotroficzne):
-Źródła węgla:
-sacharydy: glukoza, fruktoza,mannoza galaktoza, sacharoza, laktoza, rafinoza
-alkohole: etanol, metanol, etanodiol, glicerol,
-Źródła azotu i potasu (peptony, ekstrakt drożdżowy, brzeczka):
-fosforan amonu, fosforan potasu,
-azotany (NO₃^- i NO₂^-) - asymilowane przez Saccharomyces, Debaryomyces, Torulaspora, Pichia,
-fosforany (KH₂PO₄ jako bufor, K₂HPO₄ obniżający pH).
-Źródła magnezu i wapnia (woda wodociągowa).
-Źródła witamin (kwas pantotenowy, biotyna, tiamina, ryboflawina).

Oddychanie względnie beztlenowe.

Ocena cech fizjologicznych:

Wykrywanie substancji zapasowych:

-płyn Lugola (glikogen, węglowodany) - jasnobrązowe ziarnistości,
-błękit metylenowy (wolutyn, białka) - niebieskie ziarnistości,
-sudan III (lipidy) - łososiowe ziarnistości.

Badanie żywotności (świeżości drożdży):
-błękit metylenowy - komórki martwe barwią się na niebiesko.

Podział drożdży przemysłowych:

Drożdże fermentacji górnej i dolnej:

	Górna	Dolna
Warunki fermentacji	10-21 °C (tlenowe)	5-10°C / 10-14 dni (beztlenowe)
Optimum wzrostu	25°C	28°C
Zróżnicowanie genetyczne	Duże	Małe
Wygląd	Pyliste (piana na powierzchni)	Kłaczkujące (osad na dnie)
Gatunki	S. cerevisiae	S. uvarum, S. carlsbergiensis
Ilość etanolu	12%
Rodzaj piwa	Ciemne (Guiness)	Jasne (Heineken)
Fermentacja rafinozy (fruktoza-glukoza-galakatoza)	33% (α-glukozydaza, rozerwanie wiązania fru-glu)	100% (α-glukozydaza i α-galaktozydaza, rozerwanie wiązania glu-gal)
Optimum działania katalazy	15°C / pH 6,5 - 6,8	24°C / pH 6,2 - 6,4
Zatrzymanie wzrostu	10°C	0°C

Drożdże kłaczkujące - zdolne do łączenia się w aglomeraty, spowodowane obecnością na powierzchni komórek śluzowatej masy białkowej składającej się z białka, fosforanu wapniowego, oraz przyswojonego z brzeczki kwasu krzemowego.
Drożdże pyliste - niezdolne do tworzenia kłaczków, w znacznej części pozostają zawieszone w piwie, powodując jego zmętnienie, komórki otoczone warstewką śluzu (proteazy, rozpuszczające śluz, dlatego nie zlepiają się i nie opadają na dno).
Drożdże szlachetne - posiadają wysokie zdolności fermentacyjne (produkcja etanolu), np. S. cerevisiae.
Drożdże dzikie - posiadają niskie zdolności fermentacyjne dzikie (produkcja CO₂, H₂O, kwasu mlekowego).

Drożdże w przemyśle:

Piwowarskie (5-6% etanolu, chmiel, wysokie stężenie CO₂, pH = 3,8-4,7):
-surowiec: słód jęczmienny (wysuszone ziarna jęczmienia) lub pszenica,
-gatunki: górnej (S. cerevisiae), dolnej (S. carlsbergiensis - odporne na garbniki chmielu),
*S. logos, S. brasiliensis rozkładają wyższe dekstrany, odporne na garbniki chmielu.
Paszowe - powinny zawierać, co najmniej 50% białka (nie przeprowadzają fermentacji alkoholowej):
-surowiec: hydrolizaty surowców celulozowych, ługi posiarczynowe, wywar pospirytusowy,
-gatunki: Candida utilis, C. tropicalis, C. crusei, Torula utilis, Monilia murmanica,
*mają zdolność przyswajania gliceryny, kwasów organicznych, niedofermentowanych cukrów.
Piekarskie - spulchniają ciasto, zawierają witaminy B, D, PP:
-surowiec: melasa buraczana,
-gatunki: S. cerevisiae
*trwałość drożdży prasowanych: 10 (14) dni / 20ºC, czas podnoszenia ciasta: 150 minut.

Gorzelnicze:
-surowiec: melasa, ziemniaki, zboża, ługi posulfitowe, ługi posiarczynowe, serwatka,
-gatunki: S. cerevisiae (2-3 dni / 30°C / 11% etanolu), S. pombe, T. cremoris, S. lactis.

Winiarskie (do 15% etanolu):
-surowiec: winogron lub inne owoce (białe - tylko miąższ, czerwona - całe owoce),
-gatunki:
-początek - dzikie (Pichia fermentans, Candida crusei, Torulopsis stellata, Hansenula anomala),
-główny proces - szlachetne (S. cerevisiae, S. boyanus, S. ellipsoideus, S. rosei, S. chevalieri):
*odporne na wysokie stężenie kwasu siarkowego (70-200 ml/l) oraz wysokie stężenie cukrów, ponadto osmofilne,
-koniec - szlachetne (S. cerevisiae, S. boyanus.
Inne:
-wytwarzanie tłuszczów (Endomyces vernalis, Rhodotorula gracilis, Torulopsis litosfera),
-wytwarzanie witamin (Ashbya gossypii, Candida flaveri, S. cerevisiae),
-wytwarzanie barwników (Rhodotorula)

Szkodliwe mikroorganizmy w przemyśle spożywczym:

Wady piwa:
-H. anomala, C. versatilis, B. anomalus - redukcja azotanów do azotynów, powstwanie nitrozoamin (norma: w piwie 0,5 μg/dm³, w słodzie 5 μg/kg), które są prekursorami dimetylonitrozoamin (DMNA) - właściwości rakotwórcze,
-Brettanomyces, Candida, Saccharomyces - pogorszenie właściwości organoleptycznych (fenol, estry, kwasy organiczne).
-S. diastaticus - odfermentowanie piwa (wytwarzają glukoamylazę),

-Lactobacillus brevis, L. lindneri, Pediococcus damnosus - zmętnienie piwa, zakwaszanie (maślan, diacetyl),
-Pectinatus cerevisiiphilus - zmętnienie piwa, odrażający zapach (kwasy organiczne, siarkowodór, merkaptany metylu).
-Micrococcus kristinae - owocowy, nietypowy aromat,
Wady wina (Torulopsis, Candida, Pichia):

-Candida, Pichia, Rhodosporula - śluzowanie, ostry zapach (wytwarzanie merkaptanów),
-Acetobacter oxydans, A. acidium - zaoctowanie (utlenianie etanolu do octanu),
-Lactobacillus fermentum, L. fructiformis - drażniący smak, ostry zapach (utlenienie etanolu do octanu, mleczanu),
-Aspergillus, Pennicilium - rozkład cukrów, produkcja mykotoksyn (ochratoksyny, aflatotoksyny).

Wady kiszonek (Candida).
Wady mleka, masła (Rhodotorula, Oidium).

Charakterystyka drożdży w przemyśle:

Saccharomyces - pączkowanie wieloboczne, komórki elipsoidalne, zarodniki elipsoidalne (1-4), tworzą pseudogrzybnię, nie wykorzystują azotanów, wykorzystują etanol, rosną na podłożu płynnym tworząc błonkę, fermentują cukry.
Pichia - pączkowanie wieloboczne, komórki mają różne kształty, zarodniki okrągłe, kapeluszowate (1-4) ,tworzą psuedogrzybnię lub grzybnię, na podłożu płynnym wzrost z błonką, wykorzystują skrobię, fermentują cukry.
Hansenula - pączkowanie wieloboczne, komórki kuliste, elipsoidalne, cylindryczne, wyraźnie wydłużone, zarodniki okrągłe, kapeluszowate (1-4), tworzą grzybnię lub psuedogrzybnię, rosną tworząc błonkę, słabiej fermentują cukry, wykorzystują azotany, etanol i skrobię.
Cryptococcus - pączkowanie wieloboczne, komórki sferoidalne, jajowate, wielokształtne, posiadają otoczki, nie tworzą zarodników, tworzą prymitywną psuedogrzybnię, na podłożu płynnym rosną tworząc pierścień i osad, fermentują cukry, uwalniają skrobię do podłoża, słabiej wykorzystują etanol i azotany.
Candida - pączkowanie dwubiegunowe, komórki okrągłe, elipsoidalne, cylindryczne, nie tworzą zarodników, tworzą pseudogrzybnie lub grzybnię, słaby wzrost na podłożu płynnym, słabo fermentują cukry, niektóre wykorzystują azotany, korzystają z etanolu, wytwarzają wielocukry, chlamidospory z kroplami tłuszczu, chorobotwórcze dla ludzi i zwierząt.
Kloeckera - pączkowanie dwubiegunowe, komórki cytrynowate, nie tworzą zarodników, niektóre tworzą psuedogrzybnię, na podłożu płynnym tworzą pierścień i osad, fermentują cukry, nie wykorzystują azotanów i etanolu.
Rhodotorula - pączkowanie wieloboczne, komórki okrągłe, niektóre tworzą otoczki, niektóre tworzą psuedogrzybnię lub grzybnię, na podłożu płynnym tworzą osad i pierścień, wykorzystują azotany, etanol, tworzą chlamidospory.
Torulopsis - pączkowanie wieloboczne, komórki okrągłe, niektóre tworzą pseudogrzybnię, na podłożu płynnym tworzą pierścień, fermentują niektóre cukry, wykorzystują etanol, wytwarzają wielocukry.

Organizmy proteolityczne - na zewnątrz enzymami proteolitycznymi do oligopeptydów oraz peptydazami do aminokwasów, we wewnątrz: deaminacji, dekarboksylacja lub bezpośrednie wykorzystanie do biosyntezy:

Tlenowe: B. cereus, B. subtilis (przetrwalnikujące), Pseudomonas fluorescens, Proteus vulgaris, Serratia marcescens, Streptococcus faecalis, Micrococcus caseolyticus, Bacterium linens, Aspergillus oryzae, Penicillium roqueforti, Botritis, Mucor.
Beztlenowe: C. sporogenes, C. botulinum, C. putrefaciens (przetrwalnikujące).