Ученые выяснили, как происходила эволюция пивных и винных дрожжей

Пивная геномика: как люди одомашнили пивные дрожжи

Ученые выяснили, как происходила эволюция пивных и винных дрожжей
Кевин Верстрепен (в центре) возглавляет дегустацию пива в его лаборатории.

Генетики проследили историю самого важного ингредиента пива — дрожжей.

Секвенировав геномы почти 200 современных штаммов пивных дрожжей, исследователи открыли, как на протяжении сотен лет люди превращали дикий грибок Saccharomyces cerevisiae во множество штаммов, предназначенных для производства конкретных алкогольных напитков.

Из-за дрожжей у пива есть опьяняющий эффект и пузырьки, поскольку в процессе ферментации они превращают сахар в алкоголь и углекислый газ. Но они также вырабатывают сотни химических веществ, придающих напитку различный вкус — от банана до гвоздичного дерева.

Пивные дрожжи различаются в производстве метаболитов и по другим признакам, таким как их толерантность к алкоголю. Чтобы понять основу этих различий, руководимая генетиком Кевином Верстрепеном (Kevin Verstrepen) команда исследователей из Лёвенского университета (нидерл.

Katholieke Universiteit Leuven) и Фламандского института биотехнологий (фламанд. Vlaams Instituut voor Biotechnologie) в Бельгии секвенировала геномы 157 штаммов S. cerevisiae, используемых в производстве пива и других продуктов ферментации, в том числе вина, саке и хлеба.

Их работа подробно описывается в статье, опубликованной 8 сентября в журнале Cell.

Оказалось, что эволюционное древо штаммов дрожжей включает в себя различные семейства одноклеточных грибов, используемых для производства саке, вина и хлеба, и две отдалённо родственные группы пивных дрожжей, в том числе дрожжей из Бельгии, Германии, Британии и США.

«Это генетическая энциклопедия пивных дрожжей, которая будет служить исследователям ещё долгие годы», — сказал Крис Хиттингер (Chris Hittinger), эволюционный генетик из Висконсинского университета в Мадисоне (University of Wisconsin—Madison).

Тем временем команда Верстрепена использует геномику, чтобы создавать новые штаммы пивных дрожжей.

Древний алкогольный напиток

Пиво — один из древнейших алкогольных напитков.

На шумерской табличке возрастом пять тысяч лет изображена древняя пивная попойка, в то время как котлы того же возраста из западного Ирана и северного Китая содержат остатки пивных ингредиентов, в том числе ячмень и побочные продукты брожения. Принимая во внимание древнюю историю пивоварения, Верстрепен думал, что предки современных пивных дрожжей появились тысячи лет назад.

Однако его команда определила, что люди начали одомашнивать пивные дрожжи в конце XVI — начале XVII веков. Это совпадает с периодом, когда пивоварение переместилось из домов в пабы и монастыри.

Верстрепен предполагает, что ранние профессиональные пивовары брали дрожжи с собой, когда они перемещались по Европе, и даже завезли их в Новый Свет: штаммы пивных дрожжей в США, например, близкородственны британским.

Пивовары не изолировали первые штаммы дрожжей, по крайне мере, до конца XIX века, но они могли невольно сформировать геномы дрожжей, варя каждую новую партию пива с остатками предыдущей, предполагает Верстрепен. Таким образом, пивовары могли постепенно проводить селекцию штаммов дрожжей, которые эффективны и придают пиву желаемый вкус.

Независимая команда исследователей под руководством Жозе Паулу Сампайо (José Paulo Sampaio), эволюционного генетика из Нового университета Лиссабона (порт.

Universidade Nova de Lisboa), после того как секвенировала геномы 28 штаммов дрожжей, пришла во многом к тем же выводам, что и команда Верстрепена.

Результаты их исследования будут опубликованы в следующем месяце в журнале Current Biology.

Хиттингер сказал, что он не уверен в том, что пивные дрожжи были одомашнены в 1600-х. Эта датировка основана на частоте мутаций ДНК пивных дрожжей, которая в 50 раз быстрее по сравнению с оценками других исследований.

Более медленная частота мутаций будет означать, что одомашнивание пивных дрожжей произошло гораздо раньше, чем показывают результаты исследования.

Но Верстрепен выступает за эту датировку: мутации дрожжей ускоряются, когда они живут в алкогольной среде, отметил он.

Генетически модифицированное пиво

Хотя почти все промышленные дрожжи обладают признаками вмешательства человека, геномы пивных дрожжей были изменены в наибольшей степени: их штаммы несут вариации и дупликации генов, участвующих в переработке мальтозы и мальтотриозы — основных сахаров в пиве.

Большинство пивных дрожжей несут также генетические вариации, ограничивающие выработку 4-винилгваякола, придающего пиву запах гвоздичного дерева или дыма, вызывающий отвращение у многих любителей этого напитка.

Исключением были дрожжи, использовавшиеся в Германии для производства сортов пшеничного пива под названием Хефевайцен (Hefeweizen), обычно пахнущего гвоздичным деревом. Геномы этих штаммов пивных дрожжей содержат отрезки ДНК — в том числе гены, производящие 4-винилгваякол, — происходящие, по-видимому, от винных дрожжей.

Верстрепен думает, что эти штаммы возникли, когда пивные дрожжи гибридизировались с винными дрожжами, получив способность производить пахнущее гвоздичным деревом вещество.

Секвенирование дрожжевых геномов может способствовать радикальным переменам в производстве пива. В лаборатории Верстрепена разводятся различные штаммы дрожжей и отбираются гибриды с нужным набором генетических вариаций. Исследователи создали гибридный штамм с высокой толерантностью к алкоголю, не вырабатывающий 4-винилгваякол.

В его лаборатории используются генетически модифицированные дрожжи, для создания пива с высоким содержанием имеющего банановый вкус вещества. Но он распространяет только дрожжи, созданные посредством традиционной селекции на пивоварнях.

Лорен Мираглия (Loren Miraglia), генетик и домашний пивовар из Сан-Диего, предоставивший некоторые из секвенированных штаммов, думает о модифицировании пивных дрожжей при помощи инструментов редактирования генома (CRISPR), используемых им в институте геномики.

Однако он сомневается, что потребители готовы к CRISPR-пиву.

Хиттингер представляет, что будут выпускаться пивные бутылки с этикетками, информирующими о признаках пивных дрожжей, таких как выработка 4-винилгваякола, которая определяется вариациями генов PAD1 и FDC1. «Это один из основных вкусов, из-за которого мне не нравятся некоторые сорта пива. — Сказал он. — Я бы предпочёл проверять происхождение пива, прежде чем купить его».

Дрожжи — внетаксономическая группа одноклеточных грибов, утративших мицелиальное строение в связи с переходом к обитанию в жидких и полужидких, богатых органическими веществами субстратах. Объединяет около 1500 видов, относящихся к отделам аскомицетам и базидиомицетам.Дрожжи, вероятно, одни из наиболее древних «домашних организмов». Тысячи лет люди использовали их для ферментации и выпечки. Для начала сбраживания нового субстрата люди использовали остатки старого.

В результате в различных хозяйствах столетиями происходила селекция дрожжей, и сформировались новые физиологические расы, не встречающиеся в природе, многие из которых даже изначально были описаны как отдельные виды.

Эти расы являются такими же продуктами человеческой деятельности, как сорта культурных растений.

Источник: https://22century.ru/food-technology/33238

Ужасы промышленных дрожжей

Ученые выяснили, как происходила эволюция пивных и винных дрожжей

На днях посмотрела фильм  о вреде дрожжей промышленного производства. Шокирующий состав дрожжей заставил содрогнуться..

ХЛЕБОПЕКАРСКИЕ ДРОЖЖИ – ШОКИРУЮЩИЙ СОСТАВ СОГЛАСНО ГОСТ 171-81Знаете ли вы, что в состав дрожжей входят:- кислота серная техническая по ГОСТ 2148 или аккумуляторная по ГОСТ 667- известь хлорная по ГОСТ 1962- моющее жидкое средство “прогресс”- формалин технический по ГОСТ 1625

… и еще длинный список ядовитых химикатов.

Роспотребнадзор принял к рассмотрению исследование НИИ Промышленной и морской медицины. Ученые предлагают максимально оградить потребителя от употребления всех молочных продуктов, включая сыр, мороженое, маргарин, майонез и дрожжи российского производства. Дрожжи – особенно, – их можно считать практически – ядом.

Зарубежные дрожжи тоже ситуацию не спасают – почти все они содержат ГМО.”В популяции современных детей по сравнению с 100-летней давности, кальций в крови значительно упал… в разы. И одной из гипотез является как раз то, что именно этот кальций расходуется на процессы брожения” – Ирина Лизун, врач диетолог.

Французский биохимик Этьен Вульф родоначальник теории дрожжей убийц. Он первый связал деятельность дрожжей в организме с образованием раковых опухолей. Вульф выращивал злокачественную опухоль в пробирке с расствором дрожжевого грибка. Размер опухоли утраивался в течении одной недели. Но как только из расствора убирали дрожжи, опухоль погибала.

Нобелевский лауреат, немецкий ученый Герхард Домагк также связал возникновение рака с деятельностью дрожжевых грибов.

“Доказана роль термофильных дрожжей в усилении опухолевого роста”, – Алла Рыжих, доктор НИИ иммунологии. Сегодня убивающую способность дрожжевых грибков подтверждают онкологи Канады и Англии.

А иммунологи свалили на дрожжи вину за фатальный рост аллергических реакций на продукты всех родов и свойств уже в планетарных масштабах.

“Это аллергический ренит, грибковая астма, которая очень тяжело протекает и грибковая аллергия, которая может давать кожные аллергические проявления”, – Алла Рыжих, доктор НИИ иммунологии.

Этот текст, выделенный синим цветом, прозвучавший в эфире ЦТ, производит. мягко говоря, шокирующее впечатление.

 

Моих небольших знаний начинающего хлебопека совершенно недостаточно, чтобы понять – что здесь правда, а что выдумка.

Все, что я читала, – это мнение микробиологов, которые утверждают, что при температуре 60 градусов все дрожжи погибают, и нет никаких других доказательств, что дрожжи продолжают жить после выпечки хлеба.

И, тем не менее, чтобы разобраться в этом вопросе, хочу услышать ваше мнение. 

Не откажитесь  принять участие в беседе, которая обещает быть очень познавательной.
А для тех, кто, также как и я, не считает себя специалистом в этом вопросе, можно будет послушать знатоков!

Источник

Понравился наш сайт? Присоединяйтесь или подпишитесь (на почту будут приходить уведомления о новых темах) на наш канал в МирТесен!

Источник: https://4vkusa.mirtesen.ru/blog/43069698581/prev

Пивная наука: как химики и генетики делают вечер пятницы приятным

Ученые выяснили, как происходила эволюция пивных и винных дрожжей

Приготовление пенного напитка — целая наука. Пиво изучают в Гарварде и Массачусетском технологическом институте. Генетики выращивают мух, которые, как ищейки, вынюхивают в пивном сусле нужные вещества, а технология CRISPR позволяет редактировать геном дрожжей, чтобы те производили пиво нужного состава.

В 1920 году пивоваренная компания Carlsberg подарила будущему нобелевскому лауреату Нильсу Бору дом с трубопроводом, по которому все его обитатели бесплатно получали пиво прямо с завода.

Да что там! Бор основал свой Институт теоретической физики Университета Копенгагена, ведущий центр изучения атомной физики и квантовой механики, на деньги того же производителя пива.

И это не единственная тесная связь хмельного напитка с наукой.

Пивоварам приходится постоянно решать химико-биолого-генетические вопросы. В какой части ферментёра должны плавать дрожжи? Что добавить в пиво, чтобы оно имело запах дыма или шоколада? Современная наука позволяет легко дать на них ответ.

Ингредиенты

В пиве четыре основных составляющих. Первое — это, конечно, вода. Без неё пиво не было бы напитком. Второе — солод. Это зёрна злаков, которые намочили и прорастили. В результате этих процедур в зёрнах активизируются ферменты — диастазы, которые разлагают крахмал на более простые сахара. Этими сахарами питаются дрожжи — третий важный компонент пива.

Дрожжи — это микроскопические одноклеточные грибы, которые получают энергию по большей части не за счёт дыхания, как мы, а посредством брожения. Во время брожения дрожжи перерабатывают сахар в спирт. Наконец, четвёртая составляющая пива — хмель (кстати, близкий родственник конопли).

“Шишки” (женские цветки) этого растения используют для получения лупулина — смеси веществ, придающей пиву горечь и желтовато-бурый цвет.

Всё на дрожжах

Из четырёх составляющих пива важнее всего дрожжи. Это они обеспечивают взаимосвязь остальных ингредиентов. Дрожжи отвечают почти за все вкусовые аспекты пива.

И именно на них чаще всего и влияют учёные, ведь эти грибы — единственный по-настоящему живой компонент напитка.

Дрожжи, в отличие от своих ближайших родственников, умеют и предпочитают обитать в жидкостях, а не на твёрдой почве, и состоят не из мицелия (нитей микроскопической толщины, в которых между клетками часто отсутствуют перегородки), а из отдельных клеток.

Вообще говоря, дрожжи — популярный объект исследований генетиков и биохимиков и безо всякого пива.

Эти грибы удобны тем, что при достаточном количестве ресурсов размножаются чаще всего почкованием, поэтому каждая новая клетка похожа на предыдущую как две капли воды не только по своему строению, но и по генам.

(Впрочем, в дикой природе, когда условия для жизни далеко не идеальны, дрожжи могут использовать половое размножение, так как оно чаще даёт более жизнестойких потомков, которые быстрее приспосабливаются к меняющимся условиям среды.

) Кроме того, у дрожжей активно идёт процесс спиртового брожения, в результате которого из сахара образуются этанол и углекислый газ (последний обеспечивает пузырьки пены в пиве). Как правило, брожение — прерогатива бактерий, а организмы посложнее, вроде тех же грибов, им не пользуются.

Как и все живые организмы, дрожжи в одних условиях чувствуют себя хорошо, а в других — не очень. Например, в жёсткой воде с большим количеством ионов кальция и магния брожение (ещё говорят “ферментация”) сусла замедлится.

Для приготовления светлых сортов пива лучше брать мягкую воду, где кальция и магния меньше. А тёмное пиво требует воду пожёстче. Повышенное содержание ионов гидрокарбоната — HCO3 — изменяет кислотность воды.

Это, в свою очередь, тоже влияет на скорость ферментации, а следовательно, на брожение и окончательный вкус пива.

Родоначальник пивной науки

Хотя при слове “пиво” в первую очередь вспоминают Германию, пожалуй, больше всего для науки пивоварения сделали вовсе не немцы, а датчане. Точнее, один — Эмиль Христиан Хансен.

Этот химик и микробиолог, работая на компанию Carlsberg, научил пивоваров пользоваться “правильными” дрожжами. До него никто особенно не контролировал, что за микроорганизмы попадают в чан для ферментации.

Оказалось, что “дикие” дрожжи дают напитку излишнюю кислинку, но из тех грибов, что попали в чан, можно отобрать те, которые будут придавать пиву нужный вкус.

Эти дрожжи можно целенаправленно размножить и получить так называемые штаммы — что-то вроде пород у животных, только для грибов. Каждый штамм даёт пиву свой определённый вкус. Хансен впервые выделил отдельные штаммы пивных дрожжей ещё в 1883 году.

Кроме всего прочего, Эмиль Хансен выяснил, что в зависимости от расположения дрожжей в ферментёре получаются разные сорта пива. Как оказалось, важно, в какой части этой ёмкости находятся клетки дрожжей.

С древности люди использовали так называемое верховое брожение, когда дрожжи концентрировались в верхней части чана и находились там при сравнительно высокой температуре, 14—25°C.

Аппаратура для такого пивоварения чуть проще, чем требующаяся для низового брожения, которое проходит фактически на холоде — при 6—10°C. В результате верхового брожения получаются эли, а в результате низового — лагеры.

Дрожжи для низового брожения вывел тоже Хансен. Им даже присвоили статус отдельного вида: “обычные” пивные дрожжи — Saccharomyces cerevisiae, а “низовые” дрожжи Хансена — Saccharomyces сarlsbergensis. Впрочем, все штаммы дрожжей могут обеспечивать оба вида брожения, просто одни лучше подходят для верхового, другие — для низового.

Хотя заслуги Хансена перед пивоварением однозначно не забыты, сейчас многие предпочитают идти по более простому пути. С ростом числа крафтовых пивоварен увеличилась популярность верхового брожения. Его проще осуществлять, чем низовое. Так что Saccharomyces сarlsbergensis и подобные штаммы дрожжей стали несколько менее распространёнными.

Пиво и гены

Дрожжи используют не только для пивоварения и теоретических исследований: они полезны и в других областях практики. Например, в их ДНК сравнительно просто вставлять чужие гены и таким образом заставлять клетки дрожжей вырабатывать нужные вещества.

Если не углубляться в экзотику, будет достаточно лишь изменить гены, отвечающие за вкус и запах пива. Гены кодируют белки, а запах самих белков люди редко способны ощущать.

Зато запахом обладают летучие вещества, которые клетки дрожжей теоретически могут произвести за счёт белков-ферментов. Например, эфир под названием изоамилацетат пахнет как банан, этилбутират по запаху похож на ананас, а этилгексаноат отдаёт яблоком или даже анисом.

Синтез одного или нескольких из этих веществ в дрожжах можно усилить или ослабить, управляя генетикой грибов.

Большая группа исследователей из лаборатории Кевина Верстрепена в Бельгии (Kevin Verstrepen; некоторое время он также работал в Гарварде и Массачусетском технологическом институте) исследовали тысячи штаммов дрожжей и определили, какие гены определяют содержание алкоголя в будущем пиве.

Дело в том, что для дрожжей спирт — это побочный продукт процесса брожения, и сами они не извлекают из него сколь-либо значимую пользу. Мы ведь тоже стараемся не попадать в собственные экскременты и уж тем более не стали бы жить в них.

Так вот, концентрация этилового спирта, в которой может жить дрожжевая клетка, тоже ограничена. Однако устойчивость дрожжей к этанолу можно немного поднять за счёт тщательного искусственного отбора, а также генной инженерии.

Например, датские учёные уже приспособили нашумевшую технологию “ДНК-ножниц” CRISPR-Cas к быстрому редактированию генома пивных дрожжей.

Коллекция штаммов дрожжей у Кевина Верстрепена и его коллег весьма обширная. Например, у них есть грибы с генами, позволяющими им производить 4-винилгуакамол — вещество, обеспечивающее пиву запах гвоздики (или дыма, в зависимости от концентрации). Гены PAD1 и FDC1, которые позволяют пивным дрожжам вырабатывать это вещество, взяли у их винных собратьев.

Совсем недавно работники лаборатории Верстрепена в ходе очередного анализа геномов своих “подопечных” дрожжей выяснили, что одомашнить можно даже грибы.

Они сравнили варианты нескольких генов у 157 различных штаммов Saccharomyces cerevisiae и показали, что все дрожжи, используемые в пивоварении, произошли от одной небольшой группы организмов. Кроме того, геномы всех этих штаммов несут в себе признаки одомашнивания.

Они проявляются в том, что у дрожжей для варки пива почти не изменяются гены, отвечающие за механизмы полового размножения и другие функции, которые обеспечивают выживание в дикой природе. То есть отбора наиболее приспособленных по этим признакам почти нет.

Зато гены таких физиологических процессов, как устойчивость к стрессам, способность вырабатывать спирт и пахучие вещества, явно подвергались в последнее время отбору. Меж тем все эти признаки имеют большое значение для пивоварения.

Сбежавшие мухи — спиртовые ищейки

Грибы-дрожжи и мухи-дрозофилы связаны друг с другом не только тем, что их очень любят использовать в своих экспериментах генетики.

Оказывается, они эволюционировали вместе, и благодаря дрозофилам запах и вкус пива стал приятнее.

А те же бельгийские учёные, которые отбирали самые удачные штаммы дрожжей для пивоварения, смогли вывести дрозофил, определяющих содержание того или иного вещества в пиве.

Дело в том, что для развития личинкам дрозофил нужно некоторое количество этилового спирта. Поэтому взрослые насекомые откладывают яйца на подгнивших фруктах, в которых уже начался тот же процесс брожения, что и в чане-ферментёре. Для дрозофил крайне важно понимать, сколько алкоголя содержится в том или ином фрукте.

У этих насекомых есть специальная сеть из нервных клеток, которая обеспечивает “правильное” поведение в ответ на обнаружение этанола в окружающей среде. Интересно, что нейроны этой сети выделяют нейромедиатор дофамин, который у зверей отвечает в том числе за ощущение удовольствия.

По всей видимости, у насекомых активация этих клеток тоже вызывает приятные ощущения.

Естественно, дрозофилы могут “чуять” спирт не только в яблоках и сливах, но и в жидкой питательной среде, где плавают дрожжи. Правда, как случайно выяснили пивовары из лаборатории Верстрепена, в поиске питательной среды для личинок эти мухи ориентируются не на сам запах этанола.

Учёные экспериментировали со штаммами дрожжей, которые почти не выделяют летучих веществ во время ферментации из-за мутации в гене ATF1, в результате чего пиво, произведённое с помощью таких дрожжей, почти не пахнет. Сусло оставили на выходные.

По случайности, которая оказалась счастливой, в те выходные из соседней генетической лаборатории “сбежало” довольно много дрозофил. Все они прилетели в комнаты к Верстрепену, но распределились по чанам неравномерно. Почти все мухи проигнорировали сусло без запаха и облюбовали напиток с нормальным пивным духом.

Интерес дрозофил к пиву от дрожжей-мутантов можно было разжечь, если специально добавить в сусло изоамилацетат или этилацетат. Таким образом, Верстрепен и его сотрудники поняли, что мух можно использовать для поиска тех или иных пахучих веществ в пиве.

Вероятно, описанное поведение дрозофил выгодно не только для самих мух, но и для дрожжей. Дрозофилы переносят на лапках клетки дрожжей, а раз их не привлекают дрожжи с определёнными мутациями, клетки таких грибов не будут широко распространяться.

Зато количество мест, доступных для “нормальных” дрожжей, будет расти, так как мухи невольно разносят их всё дальше и дальше.

Таким образом, непривлекательность “неправильных” дрожжей для мух мешает распространению бесполезных или потенциально вредных мутаций.

Пиво под кайфом?

Одну из женщин-учёных, которая занимается генетической инженерией пивных дрожжей, научный журнал Nature назвал одним из десяти лучших исследователей 2015 года наравне с главным специалистом по ядерной политике Ирана, исследователем сверхпроводников, палеогенетиком и редактором геномов человеческих зародышей. Эта женщина, Кристина Смолке (Christina Smolke), вывела штамм дрожжей, способных производить опиоиды, а конкретно тебаин и гидрокодон. Эти вещества обладают обезболивающими свойствами, но в РФ входят в перечень наркотических веществ.

Лаборатория Смолке в Стэнфордском институте ввела в состав ДНК дрожжей более 20 генов, обеспечивающих производство этих веществ из обычного сахара, который в достатке содержится в солоде. Гены искали в нескольких видах мака, а потом их последовательности воссоздавали “буква за буквой”, нуклеотид за нуклеотидом.

Работа стоила немалых денег, и статья о ней вышла в одном из самых престижных научных журналов — Science.

Однако на момент выпуска научной статьи в сентябре 2015 года исследователи признавались, что их грибы пока производят недостаточно тебаина и гидрокодона, чтобы их можно было использовать для промышленного синтеза этих веществ.

Впрочем, о пиве с опиоидами в составе можно особенно не мечтать. Во-первых, тебаин и гидрокодон в первую очередь нужны как сильнодействующие лекарства, и пиво с ними вряд ли будут производить: слишком дорого.

Во-вторых, речь всё-таки идёт о наркотических веществах, и их производство и распространение точно будет строго контролироваться.

В-третьих, небольшое количество алкоголя усиливает действие опиатов и подобных им веществ, поэтому во избежание передозировки их лучше не смешивать.

Источник: https://life.ru/919490

Дрожжи в пивоварении: введение в тему

Ученые выяснили, как происходила эволюция пивных и винных дрожжей

На качество и вкус пива очень сильно влияют дрожжевые штаммы, участвующие в брожении.

Важность этих одноклеточных организмов для пивоварения объясняется тем, что они способны превращать разные субстраты (среды, в которых живут и размножаются) в этанол и вторичные метаболиты. В виноделии и пивоварении в роли субстрата выступает винное или пивное сусло.

Чтобы получилось вкусное пиво, пивовар должен использовать качественную дрожжевую культуру. В то же время нужно следить, чтобы в сусло не попали дикие дрожжи, другие грибки и бактерии. Посторонняя микрофлора, как правило, портит вкус пива.

Хотя дикие дрожжи и сейчас используются для изготовления крестьянских ламбиков и других кислых сортов, не говоря уже об экзотических современных сортах, сброженных дикими дрожжами из бороды или пупка пивовара.

Разнообразие дрожжей даже в природе огромно: насчитывается около 1500 разных видов. Ещё больше видов и подвидов можно получить искусственным путём при помощи современных биотехнологий. Лучше всего изучены одноклеточные грибки Saccharomyces cerevisiae – пекарские дрожжи, которые чаще всего применяют для верхового брожения при производстве элей (вверху).

Для низового брожения в большинстве случаев используют Saccharomyces pastorianus – гибрид пекарских дрожжей и винных дрожжей Saccharomyces bayanus. Геном этих и ещё нескольких десятков других грибков теперь полностью изучен. Благодаря этому современные микробиологи могут «исправлять» и улучшать свойства дрожжей, важные для пивной промышленности.

Пиво — продукт жизнедеятельности дрожжей. Поэтому его вкус и аромат зависят не только от солода и хмеля, но и от того, как дрожжи перерабатывают вещества, содержащиеся в сусле. Некоторые стили пива — хефевайцен, большая часть бельгийских стилей, английские биттеры — приобретают свой неповторимый вкус именно благодаря используемым дрожжам.

Сейчас в лабораториях создают и апробируют генномодифицированные дрожжи, которые могут целенаправленно изменять вкус пива.

Пивные дрожжи: тысячи лет применения и полтора века изучения

Примерно 10000 лет назад люди перешли от охоты и собирательства к земледелию. Это один из главных шагов в развитии человеческой цивилизации: он до сих пор определяет наш образ жизни. Люди начали выращивать зерновые культуры и освоили две самые древние пищевые технологии – хлебопечение и пивоварение.

Роль пивоварения для ранних земледельческих цивилизаций трудно переоценить: пиво — не только опьяняющий, но и питательный, относительно безопасный напиток.И хлебопечение, и пивоварение невозможны без одноклеточных дрожжевых грибков. Так что дрожжи – один из самых ранних одомашненных видов живых организмов.

Химические испытания древних керамических сосудов из Китая показали, что хмельной напиток из ячменя и проса делали с помощью брожения ещё за 7000 лет до нашей эры. Подобные напитки из риса, мёда и фруктов описываются в самых ранних текстах династий Шан и Чжоу (1200–200 гг. до н. э.). Пиво также варили в Междуречье примерно с 3500 года до н. э.

, однако в Европе оно появилось не раньше I века н. э.В середине XVII века Антони ван Левенгук, основоположник микробиологии, впервые в истории смог разглядеть дрожжевые клетки в микроскоп. Важность дрожжей для пищевой промышленности и производства напитков по-настоящему осознали лишь через 200 лет, во второй половине XIX века.

Открытия таких учёных, как Луи Пастер, Герман Эмиль Фишер и Эмиль Кристиан Хансен, очень сильно повлияли на современную пивоваренную отрасль.Французский химик и микробиолог Луи Пастер (1822–1895) разгадал тайны многих болезней и разработал первые вакцины для их предупреждения.

Он изобрёл пастеризацию — кратковременный нагрев продуктов для обеззараживания и увеличения срока хранения. Луи Пастер также обнаружил, что брожение – результат жизнедеятельности микроорганизмов. Это открытие дало толчок научному изучению виноделия и пивоварения.

Немецкий химик Эмиль Фишер (1852–1919) стал основателем химии углеводов и лауреатом Нобелевской премии (1902). У его отца был пивоваренный завод в Дортмунде, на котором Фишер ещё в молодости провёл свои первые эксперименты с пивными дрожжами для сбраживания различных сахаров. Как и Луи Пастер, он заметил, что дрожжи питаются только одной из двух оптических форм сахара.

Но Фишер сделал и другое важное открытие: разные дрожжи сбраживали разные сахара! Он пришёл к выводу, что закваска и соответствующий ей субстрат должны подходить друг другу, как ключ к замку…Датский биолог Эмиль Кристиан Хансен (1842–1909) работал в лабораториях знаменитой пивоваренной компании Carlsberg в Копенгагене.

Здесь использовали особые дрожжи, не похожие на обычные дрожжи верхового брожения… Эти дрожжи скапливались не вверху, а возле дна ёмкости и бродили при более низкой температуре.

Считается, что низовые дрожжи впервые появились примерно 300 лет назад в баварских монастырях как гибрид обычных пивоваренных дрожжей с винными Saccharomyces bayanus, которые применялись для производства вина и сидра. Примерно в середине XIX века лагерные дрожжи попали к чешским пивоварам и прославили город Пльзень на всю Европу. Один из владельцев компании Carlsberg украл эти дрожжи — если верить преданию, вывез в Данию прямо у себя под шляпой. То ли голова у него была не слишком чистой, то ли с самого начала дрожжи не были идеальными — так или иначе, стабильного качества пива они не давали. С этой проблемой и должен был справиться Хансен.

В 1881 году Хансен сумел выделить чистые монокультуры и научился разводить их. Благодаря этому он также описал целый ряд новых видов дрожжей. Хансен разработал стандартную процедуру использования дрожжевых клонов при производстве пива низового брожения. Специально выведенный клон под названием Unterhefe Nr.

I («Низовые дрожжи № 1») позволил получать предсказуемый хороший результат при варке пива. Эти дрожжи стали называть Saccharomyces carlsbergensis. Следующий штамм Unterhefe Nr. II получил латинское название Saccharomyces monacensis.

В середине 1980-х годов генетические исследования показали, что разница между штаммами пренебрежительно мала, и термины S. Carlsbergensis и S. monacensis были объявлены синонимами. По сути, вся группа близкородственных штаммов низовых дрожжей — результат множественной гибридизации.

Поэтому им в конце концов вернули прежнее общее название Saccharomyces pastorianus. которое и используется сейчас в научной литературе.

Изначально пиво изготавливалось путём спонтанного брожения. Сусло сбраживалось само по себе в открытых ёмкостях, микрофлора засевалась прямо из воздуха или с пивоваренного оборудования. Сегодня мы знаем, что дикие дрожжи и посторонние бактерии не образуют сильной пены и поэтому в основном остаются в бродящем сусле.

К тому же большая их часть погибает от этилового спирта и других продуктов метаболизма. Пенная шапка, которая получается при традиционном верховом брожении, содержит полезные дрожжи. В старину, если пиво получалось хорошим, дрожжевую шапку собирали, чтобы использовать удачный набор дрожжей при следующей варке.

Так проводилась селекция дрожжей, пригодных для пивоварения: они размножались и адаптировались к условиям пивоваренного производства.Этот простой метод дал впечатляющие результаты. Как выяснили учёные из бельгийского Института биотехнологии Фландерса (г.

Гент), 157 видов промышленных дрожжей, используемых в наше время для выпечки хлеба, пивоварения и виноделия, были окультурены ещё в XVI веке, примерно за 100 лет до того, как Левенгук впервые увидел и описал бактерии и дрожжи.

Пивовары и сейчас стараются усовершенствовать пиво, придумывают новые сорта с разными ароматами, улучшают цвет и пену. Для этого приходится экспериментировать со всеми ингредиентами, включая дрожжи. Проводится масса научных исследований для улучшения уже используемых штаммов и поиска новых.

С помощью селекции и генных технологий получено много улучшенных штаммов, хотя не все они пока официально разрешены для использования. В ряде стран законодательство не позволяет применять в пивоварении генномодифицированные дрожжи.

Сами пивовары, не желая отказываться от традиционных ингредиентов и технологий, предпочитают обычные гибриды или всевозможные эксперименты с дикими дрожжами.

Биоразнообразие дрожжей

Дрожжи – одноклеточные грибы, которые по особенностям строения и размножения можно разделить на две группы: аскомицетовые (к ним относятся все сахаромицеты, в том числе пивные дрожжи) и базидиомицетовые. Эти две эволюционных ветви разошлись предположительно больше миллиарда лет назад.

Современная научная классификация дрожжей основана на последовательности генов рибосомной ДНК (рДНК). Считается, что у грибков внутривидовые различия определяются 0–3 нуклеотидами в цепочке рДНК на каждые 600 (0–0,5%). Если штамм отличается более чем на 6 нуклеотидов (1%), он рассматривается как отдельный вид.

Промежуточные ступени со временем, при накоплении изменений в геноме, тоже могут стать самостоятельными видами. Такая система классификации привела к тому, что число официально признанных видов грибков увеличилось. В частности, удвоилось количество видов дрожжей.

Хотя уже описано более 1000 видов аскомицетовых и более 30000 видов базидиомицетовых дрожжей, вполне возможно, что это только вершина айсберга. По примерным подсчётам, изучено менее 1% дрожжей, встречающихся в природе.

Пекарские дрожжи S. cerevisiae изучены очень хорошо. Их геном был полностью расшифрован ещё в 1996 году вместе с геномами ближайших родственников из числа сахаромицетов. Они сформировали особую группу под названием Saccharomyces sensu stricto. В этой группе – три самых важных для пивной промышленности вида дрожжей: S. cerevisiae, S. bayanus и их гибрид S. pastorianus. Внутри группы возможен перенос генов и гибридизация, что приводит к появлению новых вариаций. В связи с общим усложнением классификации дрожжей многие подвиды были переименованы в середине 2000-х. В 2006 году были расшифрованы геномы нескольких разновидностей Saccharomyces sensu stricto: S. paradoxus, S. mikatae, S. bayanus и S. kudriavzevii. Сравнение геномов не только позволяет изучать эволюцию дрожжей: оно создаёт основу для целенаправленных манипуляций со свойствами разных дрожжевых культур.

Основные виды дрожжей, используемых в пивоварении

При брожении дрожжи флокулируют, то есть группируются и образуют агломераты. Традиционно дрожжи для производства эля и лагера различают по способности сбраживать дисахарид мелибиозу, а также по тому, где они скапливаются после первичного брожения – сверху или у дна ёмкости (см. инфографику слева).

Лагерные дрожжи вырабатывают внеклеточный фермент мелибиазу (альфа-галактозидазу), которая становится катализатором расщепления мелибиозы на галактозу и глюкозу. В результате лагерные дрожжи могут перерабатывать мелибиозу, а элевые — нет. Дрожжевые культуры для приготовления эля относятся в основном к S. cerevisiae.

Лагерные пивные дрожжи – гибриды S. cerevisiae и других сахаромицетов. Как уже говорилось, обычно их называют Saccharomyces pastorianus. При флокуляции они опускаются на дно, отсюда и термин «низовое брожение».Эли бродят при температуре 15–23 °C. Лагеры проходят первичное брожение при 7–12 °C и длительное повторное брожение при 4–7 °C.

Это дополнительное брожение – стадия созревания, во время которой пиво очищается и смягчается. Созревание делает вкус лагеров более сильным и чистым. Но как раз такой «чистый», понятный вкус и аромат без дополнительных оттенков привели к тому, что любителям крафта лагеры обычно неинтересны.

Несмотря на отдельные напоминания, что крафтовики сильно недооценивают потенциал лагеров, в крафтовом пивоварении сейчас практически безраздельно воцарились эли.Любопытно, что в XXI веке мы наблюдаем не только массовый интерес к средневековью и древности, но и возвращение многих старинных сортов и рецептов. Можно сказать, что дрожжи S.

cerevisiae взяли реванш после столетнего унижения. Вдруг наши вкусы – всего лишь война двух разновидностей грибков за мировое господство и место в наших желудках?

(Продолжение следует.)

Особенности элевых дрожжей1) брожение происходит быстрее, без стадии созревания;2) меньше сахаров переводится в спирт, вкус пива получается сладковатым и более полным;3) вырабатываются сложные эфиры, создающие фруктовые оттенки во вкусе;

4) вырабатывается диацетил, придающий элям специфический привкус сливочного масла, попкорна или ирисок (в лагерах, кроме некоторых разновидностей пильзнера, повышенное содержание диацетила крайне нежелательно, но в элях он может удачно дополнять сложную вкусовую палитру).

Источник: http://beertechdrinks.com/en_GB/manufacturing/brewing-raw/drozhzhi-v-pivovarenii-vvedenie-v-temu/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.