Gjær - Yeast

Gjær
S cerevisiae under DIC microscopy.jpg
Gjær av arten Saccharomyces cerevisiae
Tverrsnitt 2D-diagram av en gjærcelle
Tverrsnittsmerket diagram over en typisk gjærcelle
Vitenskapelig klassifisering
Domene:
Kongedømme:
Phyla og Subphyla

Gjær er eukaryote , encellede mikroorganismer som er klassifisert som medlemmer av sopp rike . Den første gjæren oppsto for hundrevis av millioner av år siden, og minst 1500 arter er for tiden anerkjent. De anslås å utgjøre 1% av alle beskrevne sopparter.

Gjær er encellede organismer som utviklet seg fra flercellede forfedre, med noen arter som har evnen til å utvikle flercellede egenskaper ved å danne strenger av tilkoblede spirende celler kjent som pseudohyphae eller falske hyfer. Gjærstørrelser varierer sterkt, avhengig av art og miljø, og måler vanligvis 3-4  µm i diameter , selv om noen gjær kan vokse til 40 µm i størrelse. De fleste gjær formerer seg aseksuelt ved mitose , og mange gjør det ved den asymmetriske delingsprosessen kjent som spirende . Med sin encellede vekstvaner kan gjær kontrasteres med muggsopp som vokser hyfer . Sopparter som kan ha begge former (avhengig av temperatur eller andre forhold) kalles dimorfe sopp .

Gjærarten Saccharomyces cerevisiae omdanner karbohydrater til karbondioksid og alkoholer gjennom fermenteringsprosessen . Produktene fra denne reaksjonen har blitt brukt i baking og produksjon av alkoholholdige drikker i tusenvis av år. S. cerevisiae er også en viktig modellorganisme i moderne cellebiologisk forskning, og er en av de mest grundig studerte eukaryote mikroorganismer. Forskere har dyrket den for å forstå biologien til den eukaryote cellen og til slutt menneskelig biologi i detalj. Andre gjærarter, som Candida albicans , er opportunistiske patogener og kan forårsake infeksjoner hos mennesker. Gjær har nylig blitt brukt til å generere elektrisitet i mikrobielle brenselceller og til å produsere etanol for biodrivstoffindustrien .

Gjær danner ikke en enkelt taksonomisk eller fylogenetisk gruppering. Begrepet "gjær" blir ofte tatt som et synonym for Saccharomyces cerevisiae , men det fylogenetiske mangfoldet av gjær vises ved at de plasseres i to separate phyla : Ascomycota og Basidiomycota . De spirende gjærene eller "ekte gjær" er klassifisert i rekkefølgen Saccharomycetales , i fylken Ascomycota.

Historie

Ordet "gjær" kommer fra gammelengelsk kjerne , gyst , og fra den indoeuropeiske roten ja- , som betyr "koke", "skum" eller "boble". Gjærmikrober er sannsynligvis en av de tidligste domesticerte organismer. Arkeologer som gravde i egyptiske ruiner fant tidlige slipesteiner og bakekamre for brød med gjær, samt tegninger av 4000 år gamle bakerier og bryggerier. I studier på fartøyer fra flere arkeologiske steder i Israel (fra rundt 5000, 3000 og 2500 år siden), som antas å inneholde alkoholholdige drikker (øl og mjød), ble det funnet gjærkolonier som hadde overlevd i årtusener, gir det første direkte biologiske beviset på gjærbruk i tidlige kulturer. I 1680 observerte den nederlandske naturforskeren Anton van Leeuwenhoek først mikroskopisk gjær, men anså den ikke for å være levende organismer , men heller globulære strukturer som forskere tvilte på om gjær var alger eller sopp. Theodor Schwann anerkjente dem som sopp i 1837.

I 1857 viste den franske mikrobiologen Louis Pasteur at ved å boble oksygen inn i gjærbuljongen, kunne celleveksten økes, men gjæring ble hemmet - en observasjon senere kalt " Pasteur -effekten ". I avisen " Mémoire sur la fermentation alcoolique " viste Pasteur at alkoholisk gjæring ble utført av levende gjær og ikke av en kjemisk katalysator.

På slutten av 1700-tallet var det identifisert to gjærstammer som ble brukt i brygging: Saccharomyces cerevisiae (toppgjærende gjær) og S. carlsbergensis (bunngjærende gjær). S. cerevisiae har blitt solgt kommersielt av nederlenderne for brødfremstilling siden 1780; mens tyskerne rundt 1800 begynte å produsere S. cerevisiae i form av krem. I 1825 ble det utviklet en metode for å fjerne væsken slik at gjæren kunne tilberedes som faste blokker. Den industrielle produksjonen av gjærblokker ble forbedret ved introduksjonen av filterpressen i 1867. I 1872 utviklet baron Max de Springer en produksjonsprosess for å lage granulert gjær, en teknikk som ble brukt frem til første verdenskrig. I USA ble naturlig forekommende luftbårne gjær brukt nesten utelukkende til kommersiell gjær ble markedsført på Centennial Exposition i 1876 i Philadelphia, hvor Charles L. Fleischmann viste ut produktet og en prosess for å bruke det, i tillegg til å servere det resulterende bakte brødet .

Det mekaniske kjøleskapet (først patentert på 1850 -tallet i Europa) frigjorde bryggerier og vinprodusenter fra sesongmessige begrensninger for første gang og lot dem gå ut av kjellere og andre jordmiljøer. For John Molson , som levde i Montreal før kjøleskapets utvikling, varte bryggesesongen fra september til mai. De samme sesongmessige begrensningene styrte tidligere destilleriets kunst.

Ernæring og vekst

Gjær er kjemoorganotrofer , ettersom de bruker organiske forbindelser som energikilde og ikke krever sollys for å vokse. Karbon oppnås hovedsakelig fra heksosesukker , for eksempel glukose og fruktose , eller disakkarider som sukrose og maltose . Noen arter kan metabolisere pentosesukker som ribose, alkoholer og organiske syrer . Gjærarter krever enten oksygen for aerob cellulær respirasjon ( obligatorisk aerobe ) eller er anaerobe, men har også aerobe metoder for energiproduksjon ( fakultative anaerober ). I motsetning til bakterier vokser ingen kjente gjærarter bare anaerobt ( obligatoriske anaerober ). De fleste gjær vokser best i et nøytralt eller lett surt pH -miljø.

Gjær varierer med hensyn til temperaturområdet de vokser best i. For eksempel vokser Leucosporidium frigidum ved -2 ​​til 20 ° C (28 til 68 ° F), Saccharomyces telluris ved 5 til 35 ° C (41 til 95 ° F) og Candida slooffi ved 28 til 45 ° C (82 til 113) ° F). Cellene kan overleve frysing under visse forhold, med levedyktighet avtagende over tid.

Generelt dyrkes gjær i laboratoriet på faste vekstmedier eller i flytende buljonger . Vanlige medier som brukes for dyrking av gjærsorter innbefatter potetdekstroseagar eller potetdekstrose-buljong , Wallerstein Laboratories nærings -agar , gjær- pepton dekstrose -agar, og gjær mugg agar eller kjøttkraft. Hjemmebryggere som dyrker gjær bruker ofte tørket maltekstrakt og agar som et solid vekstmedium. Den fungicide cykloheksimid tilsettes iblant gjærvekst medier for å hemme veksten av Saccharomyces- gjær og selektere for vill / egne gjærarter. Dette vil endre gjærprosessen.

Utseendet til en hvit, tær gjær, kjent som kahm gjær, er ofte et biprodukt av laktofermentering (eller beising) av visse grønnsaker. Det er vanligvis et resultat av eksponering for luft. Selv om det er ufarlig, kan det gi syltede grønnsaker en dårlig smak og må fjernes regelmessig under gjæring.

Økologi

Gjær er svært vanlige i miljøet, og er ofte isolert fra sukkerrike materialer. Eksempler inkluderer naturlig gjær på skinn av frukt og bær (for eksempel druer, epler eller fersken ) og ekssudater fra planter (som plantesaft eller kaktus). Noen gjær finnes i forbindelse med jord og insekter. Den økologiske funksjonen og biologiske mangfoldet av gjær er relativt ukjent sammenlignet med andre mikroorganismer . Gjær, inkludert Candida albicans , Rhodotorula rubra , Torulopsis og Trichosporon cutaneum , har blitt funnet å leve i mellom folks tær som en del av deres hud flora . Gjær er også tilstede i tarmfloraen til pattedyr og noen insekter og til og med havmiljøer som er vert for en rekke gjær.

En indisk studie av syv bi -arter og ni plantearter fant 45 arter fra 16 slekter som koloniserer nektarene til blomster og honningmager fra bier. De fleste var medlemmer av slekten Candida ; den vanligste arten i honningmage var Dekkera intermedia og i blomsterhage, Candida blankii . Gjærkoloniserende nektarer av den stinkende helleboringen har vist seg å heve temperaturen på blomsten, noe som kan hjelpe til med å tiltrekke pollinatorer ved å øke fordampningen av flyktige organiske forbindelser . En svart gjær har blitt registrert som partner i et komplekst forhold mellom maur , deres mutualistic sopp , en sopp parasitt av sopp og en bakterie som dreper parasitten. Gjæren har en negativ effekt på bakteriene som normalt produserer antibiotika for å drepe parasitten, så det kan påvirke maurenes helse ved å la parasitten spre seg.

Enkelte stammer av noen typer gjær produserer proteiner som kalles gjærdrepende toksiner som lar dem eliminere konkurrerende stammer. (Se hovedartikkel om killer gjær .) Dette kan forårsake problemer for vinproduksjon, men kan potensielt også med fordel brukes ved å bruke killer toksinproduserende stammer for å lage vinen. Gjærdrepende toksiner kan også ha medisinske anvendelser for behandling av soppinfeksjoner (se avsnittet "Patogene gjær" nedenfor).

Marine gjær, definert som gjærene som er isolert fra marine miljøer, er i stand til å vokse bedre på et medium som er tilberedt med sjøvann fremfor ferskvann. De første marine gjærene ble isolert av Bernhard Fischer i 1894 fra Atlanterhavet, og de ble identifisert som Torula sp. og Mycoderma sp. Etter denne oppdagelsen har forskjellige andre marine gjær blitt isolert fra hele verden fra forskjellige kilder, inkludert sjøvann, tang, marin fisk og pattedyr. Blant disse isolatene stammer noen marine gjær fra terrestriske habitater (gruppert som fakultativ marin gjær), som ble brakt til og overlevd i marine miljøer. De andre marine gjærene ble gruppert som obligatoriske eller urfolk marine gjær, som begrenser seg til marine habitater. Imidlertid er det ikke funnet tilstrekkelig bevis for å forklare sjøvannets uunnværlighet for obligatoriske marine gjær. Det har blitt rapportert at marine gjær er i stand til å produsere mange bioaktive stoffer, for eksempel aminosyrer, glukaner, glutation, toksiner, enzymer, fytase og vitaminer med potensielle anvendelser i næringsmiddel-, farmasøytisk, kosmetisk og kjemisk industri samt for marin kultur og miljøvern. Marin gjær ble vellykket brukt til å produsere bioetanol ved bruk av sjøvannsbaserte medier som potensielt vil redusere vannavtrykket til bioetanol.

Reproduksjon

Gjærcellens livssyklus:
  1. Spirende
  2. Bøyning
  3. Spore

Gjær, som alle sopp, kan ha aseksuelle og seksuelle reproduktive sykluser. Den vanligste måten for vegetativ vekst i gjær er aseksuell reproduksjon ved spiring , der en liten knopp (også kjent som en bleb- eller dattercelle ) dannes på foreldrecellen. Den kjernen av de overordnede cellen deler seg inn i en datter kjerne og vandrer inn i dattercelle. Knoppen fortsetter deretter å vokse til den skilles fra foreldrecellen og danner en ny celle. Dattercellen som produseres under spirende prosess er generelt mindre enn modercellen. Noen gjær, inkludert Schizosaccharomyces pombe , formerer seg ved fisjon i stedet for spirende, og skaper derved to datterceller av identisk størrelse.

Generelt, i henhold til høy stressbetingelser, slik som nærings sult, haploide vil cellene dør; under de samme forholdene kan imidlertid diploide celler gjennomgå sporulering, gå inn i seksuell reproduksjon ( meiose ) og produsere en rekke haploide sporer , som kan fortsette å parre seg (konjugere), reformere diploiden.

Den haploide fisjongjæren Schizosaccharomyces pombe er en fakultativ seksuell mikroorganisme som kan gjennomgå parring når næringsstoffer er begrensende. Eksponering av S. pombe for hydrogenperoksid, et middel som forårsaker oksidativt stress som fører til oksidativ DNA -skade, induserer sterkt parring og dannelse av meiotiske sporer. Den spirende gjæren Saccharomyces cerevisiae reproduserer ved mitose som diploide celler når næringsstoffer er rikelig, men når den sulter, gjennomgår denne gjæren meiose for å danne haploide sporer. Haploide celler kan deretter reprodusere aseksuelt ved mitose. Katz Ezov et al. presenterte bevis på at i naturlige S. cerevisiae -populasjoner dominerer klonal reproduksjon og selfing (i form av intratetrad -parring). I naturen er parring av haploide celler for å danne diploide celler oftest mellom medlemmer av den samme klonale populasjonen og utkryssing er uvanlig. Analyse av opprinnelsen til naturlige S. cerevisiae- stammer førte til den konklusjonen at utkryssing bare skjer omtrent hver 50.000 celledeling. Disse observasjonene antyder at de mulige langsiktige fordelene med utkryssing (f.eks. Generasjon av mangfold) sannsynligvis vil være utilstrekkelige for generelt å opprettholde sex fra en generasjon til den neste. Snarere kan en kortsiktig fordel, som rekombinasjonell reparasjon under meiose, være nøkkelen til vedlikehold av sex i S. cerevisiae .

Noen pucciniomycete -gjær , spesielt arter av Sporidiobolus og Sporobolomyces , produserer luftspredte, aseksuelle ballistokonidier .

Bruker

De nyttige fysiologiske egenskapene til gjær har ført til at de har blitt brukt innen bioteknologi . Fermentering av sukker med gjær er den eldste og største anvendelsen av denne teknologien. Mange typer gjær brukes til å lage mange matvarer: bakergjær i brødproduksjon, ølgjær i ølgjæring og gjær i vingjæring og til xylitolproduksjon . Såkalt rødrisgjær er faktisk en form , Monascus purpureus . Gjær inkluderer noen av de mest brukte modellorganismer for genetikk og cellebiologi .

Alkoholholdige drikkevarer

Alkoholholdige drikker er definert som drikkevarer som inneholder etanol (C 2 H 5 OH). Denne etanolen produseres nesten alltid ved gjæring  - metabolismen av karbohydrater av visse gjærarter under anaerobe eller lite oksygenforhold. Drikkevarer som mjød, vin, øl eller brennevin bruker alle gjær på et eller annet tidspunkt i produksjonen. En destillert drikke er en drikke som inneholder etanol som er renset ved destillasjon . Karbohydratholdig plantemateriale gjæres av gjær, og produserer en fortynnet løsning av etanol i prosessen. Brennevin som whisky og rom tilberedes ved å destillere disse fortynnede løsningene av etanol. Andre enn etanol komponenter er samlet i kondensatet, inkludert vann, estere , og andre alkoholer, som (i tillegg til den som tilveiebringes ved den eik i hvilken det kan være eldet) står for smaken av drikkevaren.

Øl

Gjærring som ble brukt av svenske gårdshusbryggerier på 1800 -tallet for å bevare gjær mellom bryggetimene.
Bobler av karbondioksid som dannes under ølbrygging

Brygge gjær kan klassifiseres som "topp-beskjæring" (eller "topp-gjæring") og "bunn-beskjæring" (eller "bunn-gjæring"). Toppdyrende gjær er såkalte fordi de danner et skum på toppen av urten under gjæring. Et eksempel på en gjær med størst beskjæring er Saccharomyces cerevisiae , noen ganger kalt en "ølgjær". Bunnbeskjærende gjær brukes vanligvis til å produsere øl av typen lager , selv om de også kan produsere øl av øl. Disse gjærene gjærer godt ved lave temperaturer. Et eksempel på bunnbeskjærende gjær er Saccharomyces pastorianus , tidligere kjent som S. carlsbergensis .

For flere tiår siden omklassifiserte taksonomer S. carlsbergensis (uvarum) som medlem av S. cerevisiae , og bemerket at den eneste distinkte forskjellen mellom de to er metabolsk. Lagerstammer av S. cerevisiae skiller ut et enzym som kalles melibiase, slik at de kan hydrolysere melibiose , et disakkarid , til mer gjærbare monosakkarider . Topp- og bunnbeskjæring og kald- og varmgjærende distinksjoner er i stor grad generaliseringer som brukes av lekmenn for å kommunisere til allmennheten.

Den vanligste ølgjæren med toppdyrkning, S. cerevisiae , er samme art som den vanlige bakegjæren. Ølgjær er også veldig rik på essensielle mineraler og B -vitaminer (unntatt B 12 ). Imidlertid tilhører baking og brygging gjær vanligvis forskjellige stammer, dyrket for å favorisere forskjellige egenskaper: baking gjærstammer er mer aggressive, for å karbonere deig på kortest mulig tid; bryggende gjærstammer virker langsommere, men har en tendens til å produsere færre u-smaker og tåler høyere alkoholkonsentrasjoner (med noen stammer, opptil 22%).

Dekkera/Brettanomyces er en slekt av gjær som er kjent for sin viktige rolle i produksjonen av ' lambic ' og spesiell surøl , sammen med den sekundære kondisjoneringen av et bestemt belgisk trappistøl . Taksonomien til slekten Brettanomyces har blitt diskutert siden den ble oppdaget tidlig og har sett mange omklassifiseringer gjennom årene. Tidlig klassifisering var basert på noen få arter som reproduserte aseksuelt (anamorf form) gjennom multipolær spiring. Like etter ble dannelsen av askosporer observert og slekten Dekkera , som reproduserer seksuelt (teleomorfform), ble introdusert som en del av taksonomien. Den nåværende taksonomien inkluderer fem arter innenfor slektene til Dekkera/Brettanomyces . Det er anamorfene Brettanomyces bruxellensis , Brettanomyces anomalus , Brettanomyces custersianus , Brettanomyces naardenensis og Brettanomyces nanus , med teleomorfer som eksisterer for de to første artene, Dekkera bruxellensis og Dekkera anomala . Skillet mellom Dekkera og Brettanomyces hevdes, med Oelofse et al. (2008) med henvisning til Loureiro og Malfeito-Ferreira fra 2006 da de bekreftet at nåværende molekylære DNA-deteksjonsteknikker ikke har avdekket noen forskjell mellom anamorph- og teleomorfstatene. I løpet av det siste tiåret har Brettanomyces spp. har sett en økende bruk i håndverksbryggingssektoren i industrien, med en håndfull bryggerier som har produsert øl som hovedsakelig ble gjæret med rene kulturer av Brettanomyces spp. Dette har skjedd ut av eksperimentering, da det er svært lite informasjon om ren kulturfermenteringsevne og de aromatiske forbindelsene som produseres av forskjellige stammer. Dekkera / Brettanomyces spp. har vært gjenstand for mange studier utført i løpet av det siste århundret, selv om et flertall av den siste forskningen har fokusert på å øke kunnskapen om vinindustrien. Nylig forskning på åtte Brettanomyces- stammer tilgjengelig i bryggeribransjen fokuserte på belastningsspesifikke gjæringer og identifiserte de viktigste forbindelsene som ble produsert under ren kulturanaerob gjæring i vørter.

Vin

Gjær i en flaske under musserende vinproduksjon på Schramsberg Vineyards , Napa

Gjær brukes i vinproduksjon , der det omdanner tilstedeværende sukker ( glukose og fruktose ) i druesaft ( must ) til etanol. Gjær er normalt allerede tilstede på drueskall. Gjæring kan gjøres med denne endogene "villgjæren", men denne prosedyren gir uforutsigbare resultater, som avhenger av de eksakte typer gjærarter som er tilstede. Av denne grunn blir en ren gjærkultur vanligvis tilsatt mosten; denne gjæren dominerer raskt gjæringen. Villgjærene undertrykkes, noe som sikrer en pålitelig og forutsigbar gjæring.

De fleste tilsatte vingjærene er stammer av S. cerevisiae , selv om ikke alle stammer av arten er egnet. Ulike S. cerevisiae gjærstammer har forskjellige fysiologiske og fermentative egenskaper, derfor kan den faktiske gjærstammen som er valgt, ha en direkte innvirkning på den ferdige vinen. Det er utført betydelig forskning på utvikling av nye vingjærstammer som produserer atypiske smaksprofiler eller økt kompleksitet i viner.

Veksten av noen gjær, som Zygosaccharomyces og Brettanomyces , i vin kan føre til vin feil og påfølgende forringende. Brettanomyces produserer en rekke metabolitter når de vokser i vin, hvorav noen er flyktige fenolforbindelser . Til sammen blir disse forbindelsene ofte referert til som " Brettanomyces character", og blir ofte beskrevet som " antiseptiske " eller "barnyard" -dufter. Brettanomyces er en betydelig bidragsyter til vinfeil i vinindustrien.

Forskere fra University of British Columbia , Canada, har funnet en ny gjærstamme som har redusert aminer . Aminene i rødvin og Chardonnay gir usmak og forårsaker hodepine og hypertensjon hos noen mennesker. Omtrent 30% av menneskene er følsomme for biogene aminer, for eksempel histaminer .

Baking

Gjær, den vanligste er S. cerevisiae , brukes i baking som et hevemiddel , hvor det omdanner maten /gjærbare sukkerene som er tilstede i deigen til gass -karbondioksid . Dette får deigen til å ekspandere eller heve seg når gass danner lommer eller bobler. Når deigen er stekt dør gjæren og luftlommene "setter seg", noe som gir det bakte produktet en myk og svampaktig tekstur. Bruk av poteter, vann fra potetkoking, egg eller sukker i en brøddeig akselererer veksten av gjær. De fleste gjær som brukes i baking er av samme art som er vanlige ved alkoholisk gjæring. I tillegg brukes Saccharomyces exiguus (også kjent som S. minor ), en vill gjær som finnes på planter, frukt og korn, tidvis til baking. I brødfremstilling puster gjæren først aerobt ut, og produserer karbondioksid og vann. Når oksygenet er oppbrukt, begynner gjæringen og produserer etanol som et avfallsprodukt; Imidlertid fordamper dette under baking.

En blokk med komprimert fersk gjær

Det er ikke kjent når gjær først ble brukt til å bake brød. De første postene som viser denne bruken kom fra det gamle Egypt . Forskere spekulerer i at en blanding av melmel og vann ble stående lenger enn vanlig på en varm dag, og gjæren som forekommer i naturlige forurensninger av melet fikk den til å gjære før baking. Det resulterende brødet ville ha vært lettere og mer smakfullt enn den vanlige flate, harde kaken.

Aktiv tørket gjær, en granulert form der gjær selges kommersielt

I dag er det flere forhandlere av bakergjær; en av de tidligere utviklingene i Nord -Amerika er Fleischmanns gjær , i 1868. Under andre verdenskrig utviklet Fleischmann en granulert aktiv tørrgjær som ikke krevde nedkjøling, hadde lengre holdbarhet enn fersk gjær og steg dobbelt så raskt. Bakerens gjær selges også som fersk gjær komprimert til en firkantet "kake". Dette skjemaet forsvinner raskt, så det må brukes like etter produksjon. En svak løsning av vann og sukker kan brukes til å avgjøre om gjær er utløpt. I løsningen vil aktiv gjær skumme og boble når den gjærer sukkeret til etanol og karbondioksid. Noen oppskrifter referere til dette som korrektur gjær, som det "beviser" (tester) levedyktighet av gjær før de andre ingredienser er lagt. Når en surdeigsstarter brukes, tilsettes mel og vann i stedet for sukker; dette blir referert til som å bevise svampen .

Når gjær brukes til å lage brød, blandes det med mel , salt og varmt vann eller melk. Deigen eltes til den er glatt, og deretter får den heve, noen ganger til den har doblet seg. Deigen formes deretter til brød. Noen brøddeiger bankes tilbake etter at de har hevet og etterhevet igjen (dette kalles deigbeskyttere ) og deretter bakt. En lengre hevetid gir en bedre smak, men gjæren kan ikke heve brødet i sluttfasen hvis det blir stående for lenge i utgangspunktet.

Bioremediering

Noen gjær kan finne potensiell anvendelse innen bioremediering . En slik gjær, Yarrowia lipolytica , er kjent for å degradere palmeolje mølle effluent , TNT (et eksplosivt materiale), og andre hydrokarboner , slik som alkaner , fettsyrer , fett og oljer. Det kan også tåle høye konsentrasjoner av salt og tungmetaller , og blir undersøkt for dens potensial som en tungmetall biosorbent . Saccharomyces cerevisiae har potensial til å bioremediere giftige forurensninger som arsen fra industrielt avløp. Bronse statuer er kjent for å bli nedbrutt av visse gjærarter. Ulike gjær fra brasilianske gullgruver bioakkumulerer frie og sammensatte sølvioner.

Industriell etanolproduksjon

Gjærens evne til å konvertere sukker til etanol har blitt utnyttet av bioteknologiindustrien for å produsere etanoldrivstoff . Prosessen starter med å male en råvare, for eksempel sukkerrør , mais eller andre kornblandinger , og deretter tilsette fortynnet svovelsyre eller soppalfa -amylaseenzymer for å bryte ned stivelsen til komplekse sukkerarter. En glucoamylase tilsettes deretter for å bryte de komplekse sukkerene ned i enkle sukkerarter. Etter dette tilsettes gjær for å omdanne de enkle sukkerene til etanol, som deretter destilleres av for å oppnå etanol på opptil 96% i renhet.

Saccharomyces -gjær har blitt genetisk konstruert for å gjære xylose , et av de viktigste fermenterbare sukkerstoffene som finnes i cellulosebiomasser , for eksempel jordbruksrester, papiravfall og flis. En slik utvikling betyr at etanol effektivt kan produseres fra rimeligere råvarer, noe som gjør etanolol av cellulose et mer konkurransedyktig alternativ til bensinbrensel.

Ikke -alkoholholdige drikker

En kombucha -kultur som gjærer i en krukke
Gjær og bakterier i kombucha på 400 ×

En rekke søte kullsyreholdige drikker kan produseres på samme måte som øl, bortsett fra at gjæringen stoppes før, og produserer karbondioksid, men bare spormengder alkohol, og etterlater en betydelig mengde restsukker i drikken.

Kosttilskudd

Gjær brukes i kosttilskudd, spesielt de som markedsføres for veganere . Det blir ofte referert til som " ernæringsgjær " når det selges som kosttilskudd. Ernæringsgjær er en deaktivert gjær, vanligvis S. cerevisiae . Det er naturlig fettfattig og natriumfattig og en kilde til proteiner og vitaminer, spesielt de fleste B-komplekse vitaminer (selv om det ikke inneholder mye vitamin B 12 uten forsterkning), så vel som andre mineraler og kofaktorer som kreves for vekst. Noen merker av næringsgjær, men ikke alle, er forsterket med vitamin B 12 , som produseres separat av bakterier .

I 1920 begynte Fleischmann gjærfirma å markedsføre gjærkaker i en "Gjær for helse" -kampanje. De la først vekt på gjær som en kilde til vitaminer, bra for hud og fordøyelse. Deres senere reklame hevdet et mye bredere spekter av helsemessige fordeler, og ble sensurert som villedende av Federal Trade Commission . Den kjepphest for gjær kaker varte til slutten av 1930-tallet.

Ernæringsgjær har en nøtteaktig, osteaktig smak og brukes ofte som ingrediens i osterstatninger. En annen populær bruk er som pålegg til popcorn. Den kan også brukes i potetmos og stekte poteter, så vel som i eggerøre . Det kommer i form av flak, eller som et gult pulver som ligner på konsistens som maismel . I Australia selges det noen ganger som "salte gjærflak". Selv om "ernæringsgjær" vanligvis refererer til kommersielle produkter, har utilstrekkelig matede fanger brukt "hjemmelaget" gjær for å forhindre vitaminmangel.

Probiotika

Noen probiotiske kosttilskudd bruker gjæren S. boulardii for å opprettholde og gjenopprette den naturlige floraen i mage -tarmkanalen . S. boulardii har vist seg å redusere symptomene på akutt diaré , redusere sjansen for infeksjon av Clostridium difficile (ofte identifisert ganske enkelt som C. difficile eller C. diff), redusere avføring hos diaré-dominerende IBS- pasienter og redusere forekomsten av antibiotika -, reisesjekker - og HIV / AIDS -associated diarrheas.

Akvarium hobby

Gjær brukes ofte av akvariumhobbyister til å generere karbondioksid (CO 2 ) for å gi næring til planter i plantede akvarier . CO 2 -nivåer fra gjær er vanskeligere å regulere enn nivåene fra CO 2 -systemer under trykk . Den lave gjærkostnaden gjør den imidlertid til et mye brukt alternativ.

Gjærekstrakt

Marmite og Vegemite , produkter laget av gjærekstrakt
Marmite og Vegemite er mørke i fargen

Gjærekstrakt er det vanlige navnet på forskjellige former for bearbeidede gjærprodukter som brukes som tilsetningsstoffer eller smaker . De brukes ofte på samme måte som mononatriumglutamat (MSG) brukes, og inneholder i likhet med MSG ofte gratis glutaminsyre . Den generelle metoden for å lage gjærekstrakt for matvarer som Vegemite og Marmite i kommersiell skala er å tilsette salt til en suspensjon av gjær, noe som gjør løsningen hypertonisk, noe som fører til at cellene krymper. Dette utløser autolyse , der gjærens fordøyelsesenzymer bryter sine egne proteiner ned i enklere forbindelser, en prosess for selvdestruksjon. De døende gjærcellene blir deretter oppvarmet for å fullføre nedbrytningen, hvoretter skallene (gjær med tykke cellevegger som ville gi dårlig tekstur) separeres. Gjærautolysater brukes i Vegemite og Promite (Australia); Marmite (Storbritannia); den ikke -relaterte Marmite (New Zealand); Vitam-R (Tyskland); og Cenovis ( Sveits ).

Vitenskapelig forskning

Diagram som viser en gjærcelle

Flere gjær, spesielt S. cerevisiae og S. pombe , har blitt mye brukt i genetikk og cellebiologi, hovedsakelig fordi de er enkle eukaryote celler, som fungerer som en modell for alle eukaryoter, inkludert mennesker, for studier av grunnleggende cellulære prosesser som som cellesyklusen , DNA -replikasjon , rekombinasjon , celledeling og metabolisme. Gjær blir også lett manipulert og dyrket i laboratoriet, noe som har åpnet for utvikling av kraftige standardteknikker, for eksempel gjær tohybrid , syntetisk genetisk matriseanalyse og tetradanalyse . Mange proteiner som er viktige i menneskelig biologi ble først oppdaget ved å studere homologene sine i gjær; Disse proteiner inkluderer cellesyklusproteiner , signaleringsproteiner , og proteinprosessering av enzymer .

April 1996 ble S. cerevisiae kunngjort for å være den første eukaryoten som har sitt genom , bestående av 12 millioner basepar , fullstendig sekvensert som en del av Genome Project . På den tiden var det den mest komplekse organismen som hadde hele sitt genom sekvensert, og arbeidet sju år og involvering av mer enn 100 laboratorier å utføre. Den andre gjærarten som fikk sitt genom sekvensert var Schizosaccharomyces pombe , som ble fullført i 2002. Det var det sjette eukaryote genomet som ble sekvensert og består av 13,8 millioner basepar. Fra og med 2014 har over 50 gjærarter fått genomene sine sekvensert og publisert.

Genomisk og funksjonell genannotering av de to store gjærmodellene kan nås via deres respektive modellorganismedatabaser : SGD og PomBase.

Genetisk konstruerte biofabrikker

Ulike gjærarter har blitt genetisk konstruert for effektivt å produsere ulike medisiner, en teknikk som kalles metabolic engineering . S. cerevisiae er lett å genetisk manipulere; dets fysiologi, metabolisme og genetikk er velkjent, og det er egnet for bruk under tøffe industrielle forhold. Et stort utvalg av kjemikalier i forskjellige klasser kan produseres av konstruert gjær, inkludert fenoler , isoprenoider , alkaloider og polyketider . Omtrent 20% av biofarmaka produseres i S. cerevisiae , inkludert insulin , vaksiner mot hepatitt og humant serumalbumin .

Patogene gjær

Gram flekk av Candida albicans fra en vaginal vattpinne. De små ovale klamydosporene er 2-4 um i diameter.
Et mikrofotografi av Candida albicans som viser hyphal utvekst og andre morfologiske egenskaper

Noen gjærarter er opportunistiske patogener som kan forårsake infeksjon hos mennesker med nedsatt immunforsvar . Cryptococcus neoformans og Cryptococcus gattii er signifikante patogener for immunkompromitterte mennesker. De er arten som først og fremst er ansvarlig for kryptokokker , en soppsykdom som forekommer hos omtrent en million hiv/aids -pasienter, som forårsaker over 600 000 dødsfall årlig. Cellene i disse gjærene er omgitt av en stiv polysakkaridkapsel , som bidrar til å forhindre at de blir gjenkjent og oppslukt av hvite blodlegemer i menneskekroppen.

Gjær av slekten Candida , en annen gruppe av opportunistiske patogener, forårsaker orale og vaginale infeksjoner hos mennesker, kjent som candidiasis . Candida er ofte funnet som en commensal gjær i slimhinnene til mennesker og andre varmblodige dyr. Noen ganger kan imidlertid de samme stammene bli patogene. Gjærcellene spirer til en hyphal utvekst, som lokalt trenger inn i slimhinnemembranen , forårsaker irritasjon og utslipp av vevet. En bok fra 1980 -tallet listet opp de patogene gjærene av candidiasis i sannsynlig synkende virulensrekkefølge for mennesker som: C. albicans , C. tropicalis , C. stellatoidea , C. glabrata , C. krusei , C. parapsilosis , C. guilliermondii , C . viswanathii , C. lusitaniae og Rhodotorula mucilaginosa . Candida glabrata er det nest vanligste Candida -patogenet etter C. albicans , forårsaker infeksjoner i urogenitale tarmkanaler og i blodet ( candidemi ). C. auris er nylig identifisert.

Mat ødeleggelse

Gjær kan vokse i matvarer med lav pH (5,0 eller lavere) og i nærvær av sukker, organiske syrer og andre lett metaboliserbare karbonkilder. Under veksten metaboliserer gjær noen matkomponenter og produserer metabolske sluttprodukter. Dette fører til at de fysiske, kjemiske og fornuftige egenskapene til en matvare endres, og maten blir bortskjemt. Veksten av gjær i matvarer sees ofte på overflaten, som i oster eller kjøtt, eller ved gjæring av sukker i drikkevarer, for eksempel juice, og halvflytende produkter, som sirup og syltetøy . Gjæren av slekten Zygosaccharomyces har hatt en lang historie som ødeleggelsesgjær i næringsmiddelindustrien . Dette er hovedsakelig fordi disse artene kan vokse i nærvær av høy sukrose, etanol, eddiksyre , sorbinsyre , benzoesyre og svoveldioksidkonsentrasjoner , noe som representerer noen av de vanlige metodene for konservering av mat . Metylenblått brukes til å teste for tilstedeværelse av levende gjærceller. I ønologi er den største ødeleggelsesgjæren Brettanomyces bruxellensis .

Candida blankii er påvist i iberisk skinke og kjøtt.

Symbiose

En indisk studie av syv bi -arter og 9 plantearter fant 45 gjærarter fra 16 slekter som koloniserer nektarene til blomster og honningmager fra bier. De fleste var medlemmer av slekten Candida ; den vanligste arten i honningbi -mager var Dekkera intermedia , mens den vanligste arten som koloniserte blomsterhage var Candida blankii . Selv om mekanikken ikke er fullt ut forstått, ble det funnet at A. indica blomstrer mer hvis Candida blankii er tilstede.

I et annet eksempel Spathaspora passalidarum , finnes i fordøyelseskanalen hos scarab biller , hjelper til med fordøyelsen av planteceller ved fermentering av xylose .

Se også

Referanser

Videre lesning

  • Alexopoulos CJ, Mims CW, Blackwell M (1996). Innledende mykologi . New York, New York: Wiley. ISBN 978-0-471-52229-4.
  • Kirk PM, Cannon PF, Minter DW, Stalpers JA (2008). Dictionary of the Fungi (10. utg.). Wallingford, Storbritannia: CAB International. ISBN 978-0-85199-826-8.
  • Kurtzman CP; Fell JW; Boekhout T, red. (2011). Gjærene: En taksonomisk studie . 1 (5. utg.). Amsterdam, etc.: Elsevier. ISBN 978-0-12-384708-9.
  • Moore-Landecker E (1996). Grunnleggende om soppene . Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-376864-0.
  • Priest FG, Stewart GG (2006). Handbook of Brewing (2. utg.). CRC Press. s. 691. ISBN 978-1-4200-1517-1.

Eksterne linker