Войти
| Zygosaccharomyces bailii | |
|---|---|
 | |
| Z. bailii в среде Сабуро (100x) | |
| Научная классификация | |
| Царство: | Грибы |
| Категория: | Ascomycota |
| Класс: | Saccharomycetes |
| Порядок: | Saccharomycetales |
| Семейство: | Saccharomycetaceae |
| Род: | Zygosaccharomyces |
| Виды: | Z. bailii |
| Биномиальное имя | |
| Zygosaccharomyces bailii . Barnett et al., 1983 | |
| Синонимы | |
Saccharomyces bailii (Lindner, 1895). Torulaspora bailii (Lindner) Kock.-Krat.. Saccharomyces acidifaciens (Thomas and Davenport, 1985). Saccharomyces elegans (Thomas and Davenport, 1985) | |
Zygosaccharomyces bailii является видом из рода Zygosaccharomyces. Первоначально он был описан Линднером как Saccharomyces bailii в 1895 году, но в 1983 году он был переклассифицирован как Zygosaccharomyces bailii в работе Барнетта и др.
Порча в результате роста дрожжей Zygosaccharomyces является повсеместное распространение, нанесшее значительный экономический ущерб пищевой промышленности. Внутри этого рода Z. bailii является одним из наиболее проблемных видов из-за его исключительной устойчивости к различным стрессовым условиям. Широкий ассортимент кислых продуктов и / или продуктов с высоким содержанием сахара, таких как фруктовые концентраты, вино, безалкогольные напитки, сиропы, кетчуп, майонез, соленые огурцы, заправка для салатов и т. Д. Обычно считаются стабильными при хранении, т.е. они легко инактивируют широкий спектр пищевых микроорганизмов. Однако эти продукты все еще подвержены порче Z. bailii.
Z. Вегетативные клетки bailii обычно имеют эллипсовидную форму, неподвижны и воспроизводятся бесполым путем за счет многостороннего почкования, то есть зачатки могут возникать из различных участков клеток. В процессе бутонизации родительская клетка производит бутон на своей внешней поверхности. По мере удлинения почки ядро родительской клетки делится, и одно ядро перемещается в почку. Материал клеточной стенки заполняет промежуток между почкой и родительской клеткой; со временем почка отделяется, образуя дочернюю клетку неравного размера. Размер клеток Z. bailii варьируется в диапазоне (3,5 - 6,5) x (4,5 - 11,5) мкм, и клетки существуют поодиночке или парами, редко в виде коротких цепочек. Было замечено, что время удвоения этих дрожжей составляет приблизительно 3 часа при 23 ° C в дрожжевом азотно-основном бульоне, содержащем 20% (мас. / Об.) Фруктозы (pH 4,0). В более стрессовых условиях это время генерации значительно увеличивается.
Помимо режима бесполого размножения, при определенных условиях (например, пищевой стресс) Z. bailii производит половые споры (аскоспоры) в мешочке, называемом ascus (множественное число: asci). Обычно каждый аск содержит от одной до четырех аскоспор, которые обычно бывают гладкими, тонкостенными, сферическими или эллипсоидальными. Следует отметить, что аскоспоры наблюдаются редко, так как их образование сложно вызвать и может потребоваться много времени; кроме того, многие штаммы дрожжей теряют способность продуцировать аскоспоры на повторных субкультурах в лаборатории. На различных питательных агарах колонии Z. bailii гладкие, круглые, выпуклые, от белого до кремового цвета, диаметром 2–3 мм через 3–7 дней. Поскольку морфологические свойства Zygosaccharomyces идентичны другим родам дрожжей, таким как Saccharomyces, Candida и Pichia, дифференцировать Zygosaccharomyces от других дрожжей или отдельных видов в пределах рода на основе макроскопических и микроскопических наблюдений за морфологией. Следовательно, идентификация дрожжей на уровне видов больше зависит от физиологических и генетических характеристик, чем от морфологических критериев.
В общем, любая среда, содержащая глюкозу, подходит для культивирования и подсчета дрожжей, например Среда Сабуро, агар с солодовым экстрактом (MEA), агар с дрожжевым экстрактом и триптон-глюкозой (TGY), дрожжевой агар с хлорамфениколом и глюкозой (YGC). Для обнаружения кислотоустойчивых дрожжей, таких как Z. bailii, рекомендуются подкисленные среды, такие как MEA или TGY с добавлением 0,5% (об. / Об.) Уксусной кислоты. Посев на агаровую среду часто используется для подсчета дрожжевых грибов, метод поверхностного распределения предпочтительнее метода разливания, поскольку первый метод дает лучшее извлечение клеток с меньшими ошибками разведения. Обычные условия инкубации - аэробная атмосфера, температура 25 ° C в течение 5 дней. Тем не менее, для Z. bailii можно использовать более высокую температуру инкубации (30 ° C) и более короткое время инкубации (3 дня), поскольку дрожжи растут быстрее при этой повышенной температуре.
Среди видов Zygosaccharomyces, вызывающих порчу, Z. bailii обладает наиболее выраженными и разнообразными характеристиками устойчивости, что позволяет ему выживать и размножаться в очень стрессовых условиях. Похоже, что Z. bailii предпочитает экологическую среду с высокими осмотическими условиями. Наиболее часто описываемая естественная среда обитания - сушеные или ферментированные фрукты, экссудаты деревьев (в виноградниках и садах), а также на различных стадиях рафинирования сахара и производства сиропа. Кроме того, редко можно встретить Z. bailii в качестве основного агента порчи необработанных пищевых продуктов; обычно дрожжи приобретают значение в переработанных продуктах только тогда, когда конкуренция с бактериями и плесенью снижается внутренними факторами, такими как pH, активность воды (aw), консерванты и т. д.
Отличительной особенностью Z. bailii является его исключительная устойчивость к слабым кислотным консервантам, обычно используемым в пищевых продуктах и напитках, таким как уксусная, молочная, пропионовая, бензойная, сорбиновая кислоты и диоксид серы. Кроме того, сообщается, что дрожжи способны переносить высокие концентрации этанола (≥ 15% (об. / Об.)). Диапазоны pH и w для роста широкие, 2,0-7,0 и 0,80-0,99 соответственно. Помимо устойчивости к консервантам, другими особенностями, способствующими порче Z. bailii, являются: (i) его способность активно ферментировать гексозные сахара (например, глюкозу и фруктозу), (ii) способность вызывать порчу из-за чрезвычайно низкого посевного материала (например, одна жизнеспособная клетка в упаковке любого размера), (iii) умеренная осмотолерантность (по сравнению с Zygosaccharomyces rouxii). Следовательно, продукты, подверженные особому риску порчи этими дрожжами, обычно имеют низкий pH (от 2,5 до 5,0), низкий a w и содержат достаточное количество сбраживаемых сахаров.
Об исключительной кислотостойкости Z. bailii сообщали многие авторы. В нескольких случаях рост дрожжей наблюдался в спиртах на фруктовой основе (pH 2,8 - 3,0, 40-45% (мас. / Об.) сахароза ), консервированных 0,08% (мас. / Об.) Бензойной кислоты. и в напитках (pH 3,2), содержащих 0,06% (мас. / об.) сорбиновой кислоты, 0,07% (мас. / об.) бензойной кислоты или 2% (мас. / об.) уксусной кислоты. Примечательно, что отдельные клетки в любой популяции Z. bailii значительно различаются по своей устойчивости к сорбиновой кислоте, при этом небольшая фракция, способная расти на уровнях консерванта, вдвое больше, чем в средней популяции. В некоторых типах пищевых продуктов дрожжи даже способны расти в присутствии бензойной и сорбиновой кислот при концентрациях выше, чем разрешенные законом, и при значениях pH ниже pK a кислот. Например, в соответствии с законодательством Европейского Союза (ЕС) содержание сорбиновой кислоты в безалкогольных напитках (pH 2,5 - 3,2) ограничено 0,03% (вес / объем); однако Z. bailii может расти в безалкогольных напитках, содержащих 0,05% (мас. / об.) этой кислоты (pK a 4,8). В частности, есть убедительные доказательства того, что устойчивость Z. bailii стимулируется присутствием нескольких консервантов. Следовательно, дрожжи могут выжить и победить синергетические комбинации консервантов, которые обычно обеспечивают микробиологическую стабильность обработанным пищевым продуктам. Было замечено, что поглощение клеточной уксусной кислоты ингибировалось, когда сорбиновая или бензойная кислота была включена в культуральную среду. Точно так же уровни этанола до 10% (об. / Об.) Не оказывали отрицательного влияния на устойчивость дрожжей к сорбиновой и бензойной кислотам при pH 4,0-5,0. Более того, Sousa et al. (1996) доказали, что у Z. bailii этанол играет защитную роль против негативного действия уксусной кислоты, подавляя перенос и накопление этой кислоты внутриклеточно.
Как и другие микроорганизмы, Z. bailii обладает способностью адаптироваться к субингибиторным уровням консерванта, что позволяет дрожжам выживать и расти при гораздо более высоких концентрациях консерванта, чем до адаптации. Кроме того, кажется, что устойчивость Z. bailii к уксусной, бензойной и пропионовой кислоте сильно коррелирует, поскольку клетки, адаптированные к бензойной кислоте, также показали повышенная толерантность к другим консервантам.
Некоторые исследования выявили незначительное влияние различных сахаров на устойчивость Z. bailii к консервантам, например сопоставимая устойчивость к сорбиновой и бензойной кислотам наблюдалась независимо от того, выращивали ли клетки в культуральной среде, содержащей глюкозу или фруктозу в качестве ферментируемых субстратов. Однако на устойчивость дрожжей к консервантам влияет уровень глюкозы, при этом максимальная устойчивость достигается при концентрациях сахара 10-20% (мас. / Об.). Поскольку Z. bailii обладает умеренной осмотолерантностью, уровень соли и сахара в пищевых продуктах обычно недостаточен, чтобы контролировать его рост. Наибольшая толерантность к соли наблюдалась при низких значениях pH, например. максимальное значение NaCl, обеспечивающее рост, составляло 12,5% (мас. / об.) при pH 3,0, тогда как это было только 5,0% (мас. / об.) при pH 5,0. Более того, присутствие соли или сахара положительно влияет на способность Z. bailii инициировать рост при экстремальных уровнях pH, например дрожжи не показали роста при pH 2,0 в отсутствие NaCl и сахарозы, но росли при этом pH в 2,5% (мас. / об.) NaCl или 50 % (мас. / об.) сахароза.
Большинство видов дрожжевых грибов, способных к факультативному брожению, не могут расти при полном отсутствии кислорода. Это означает, что ограничение доступности кислорода может быть полезно для контроля порчи пищевых продуктов, вызванной ферментативными дрожжами. Однако было замечено, что Z. bailii способен быстро расти и активно ферментировать сахар в сложной среде в строго анаэробных условиях, что указывает на то, что потребность в питательных веществах для анаэробного роста удовлетворяется за счет компонентов сложной среды. Поэтому ограничение поступления кислорода в продукты и напитки, богатые питательными веществами, не является многообещающей стратегией для предотвращения риска порчи этими дрожжами. Кроме того, Leyva et al. (1999) сообщили, что клетки Z. bailii могут сохранять свою способность к порче, производя значительное количество газа даже в условиях отсутствия выращивания (то есть при наличии сахаров, но отсутствии источника азота).
Для учета устойчивости Z. bailii к слабым кислотным консервантам были предложены различные стратегии, которые включают: (i) разложение кислот, (ii) предотвращение проникновения или удаление кислот из клеток, (iii) изменение мишени ингибитора или уменьшение причиненного ущерба. В частности, внутренние механизмы сопротивления Z. bailii чрезвычайно адаптируемы и надежны. Их функциональность и эффективность не зависят или незначительно подавляются условиями окружающей среды, такими как низкий pH, низкий a w и ограниченное количество питательных веществ.
В течение долгого времени было известно, что Z. bailii может поддерживать градиент кислоты через клеточную мембрану, что указывает на индукцию системы, посредством которой клетки могут снижать накопление внутриклеточной кислоты. Согласно Warth (1977), Z. bailii использует индуцибельный активный транспортный насос для удаления кислотных анионов из клеток для противодействия токсическому воздействию кислот. Поскольку насосу для оптимального функционирования требуется энергия, высокий уровень сахара повышает устойчивость к консерванту Z. bailii. Тем не менее, это мнение было оспорено наблюдением, согласно которому концентрация кислоты была точно такой, как предсказано на основе внутриклеточного, внеклеточного pH и pK a кислоты. Кроме того, маловероятно, что одной активной экструзии кислоты будет достаточно для достижения неравномерного распределения кислоты через клеточную мембрану. Вместо этого Z. bailii мог разработать гораздо более эффективные способы изменения своей клеточной мембраны, чтобы ограничить диффузионное проникновение кислот в клетки. Это, в свою очередь, резко снизит потребность в активной экструзии протонов и анионов кислот, тем самым сэкономив много энергии. Действительно, Warth (1989) сообщил, что скорость поглощения пропионовой кислоты путем диффузии у Z. bailii намного ниже, чем у других чувствительных к кислоте дрожжей (например, Saccharomyces cerevisiae ). Следовательно, можно предположить, что Z. bailii прилагает больше усилий для ограничения притока кислот, чтобы повысить свою кислотную устойчивость.
Другой механизм Z. bailii для борьбы с кислотной проблемой заключается в том, что дрожжи используют плазму мембранная H-аденозинтрифосфатаза (H-ATPase) для удаления протонов из клеток, тем самым предотвращая внутриклеточное закисление. Кроме того, Коул и Кинан (1987) предположили, что устойчивость к Z. bailii включает способность переносить хронические внутриклеточные падения pH. Кроме того, тот факт, что дрожжи способны метаболизировать консерванты, также может способствовать их устойчивости к кислотам. Что касается устойчивости Z. bailii к SO 2, было предложено, чтобы клетки снижали концентрацию SO 2 за счет производства внеклеточных сульфитсвязывающих соединений, таких как ацетальдегид.
Фруктофильное поведение хорошо известно у Z. bailii. В отличие от большинства других дрожжей, Z. bailii метаболизирует фруктозу быстрее, чем глюкозу, и растет намного быстрее в продуктах, содержащих ≥ 1% (мас. / Мас.) Фруктозы. Кроме того, было замечено, что спиртовое брожение в аэробных условиях (эффект Крэбтри ) у Z. bailii зависит от источника углерода, т.е. этанол производится с более высокой скоростью и с более высоким выходом на фруктозы, чем глюкозы. Это связано с тем, что у Z. bailii фруктоза транспортируется специальной высокопроизводительной системой, в то время как глюкоза транспортируется системой меньшей емкости, которая частично инактивируется фруктозой и также принимает фруктозу в качестве субстрата.
Медленное брожение сахарозы напрямую связано с метаболизмом фруктозы. Согласно Pitt and Hocking (1997), Z. bailii не может расти в продуктах, содержащих сахарозу в качестве единственного источника углерода. Поскольку требуется время для гидролиза сахарозы до глюкозы и фруктозы (в условиях низкого pH), существует большая задержка между производством и порчей продуктов, загрязненных этими дрожжами, когда сахароза используется в качестве основного углеводного ингредиента. Обычно этому предшествует задержка в 2-4 недели, а явное ухудшение качества продукта проявляется только через 2-3 месяца после производства. Поэтому использование сахарозы в качестве подсластителя (вместо глюкозы или фруктозы) настоятельно рекомендуется в синтетических продуктах, таких как в качестве безалкогольных напитков.
Ферментация сахаров (например, глюкозы, фруктозы и сахарозы) является ключевой метаболической реакцией большинства дрожжей (включая Z. bailii) при культивировании в факультативных анаэробных условиях. Поскольку сахар является обычным компонентом пищевых продуктов и напитков, ферментация является типичным признаком процесса порчи. В основном эти сахара превращаются в этанол и CO 2, в результате чего продукты теряют сладость и приобретают характерный алкогольный аромат наряду с газообразностью. Кроме того, многие вторичные продукты образуются в небольших количествах, такие как органические кислоты, сложные эфиры, альдегиды и т. Д. Z. bailii отличается сильным образованием вторичных метаболитов, например уксусная кислота, этилацетат и ацетальдегид. В достаточно высоких концентрациях эти вещества могут оказывать доминирующее влияние на сенсорные качества продуктов. Более высокая устойчивость Z. bailii к слабым кислотам, чем у S. cerevisiae можно частично объяснить его способностью метаболизировать консерванты. Было продемонстрировано, что Z. bailii может потреблять уксусную кислоту в присутствии сбраживаемых сахаров, тогда как системы поглощения и утилизации ацетата S. cerevisiae подавлены глюкозой. Кроме того, Z. bailii может также окислительно разлагать сорбат и бензоат (и использовать эти соединения в качестве единственного источника углерода), в то время как S. cerevisiae не обладает такой способностью.
Согласно Thomas and Davenport (1985), первые сообщения о порче майонеза и заправки для салатов, вызванной Z. bailii, относятся к началу 20 века. Более подробные исследования в 1940-х и 1950-х годах подтвердили, что Z. bailii был основным спойлером огуречных солений, различных смесей маринованных овощей, подкисленных соусов и т.д. уровень кислоты (0,04 - 0,05% (мас. / мас.)). И снова Z. bailii был идентифицирован как источник порчи. В настоящее время, несмотря на значительные улучшения в области контроля рецептуры, оборудования для обработки пищевых продуктов и санитарных технологий (например, автоматизированная очистка на месте), дрожжи остаются очень проблематичными в соусах, подкисленных пищевых продуктах, маринованных или соленых овощах, фруктовых концентратах и различных негазированных морс. Z. bailii также хорошо известен как один из основных вредителей вина из-за его высокой устойчивости к комбинациям этанола и органических кислот при низком pH. Кроме того, порча этими дрожжами распространяется на новые категории пищевых продуктов, такие как готовая горчица, газированные безалкогольные напитки с фруктовым вкусом, содержащие концентраты цитрусовых, яблочного и виноградного сока. Способность Z. bailii портить широкий спектр продуктов питания является отражением его высокой устойчивости ко многим стрессовым факторам. Поэтому несколько авторов включили его в список наиболее опасных порчи дрожжей.
Порча, вызванная Z. bailii, часто встречается в кислых продуктах длительного хранения, которые зависят от комбинированного воздействия кислотности (например, уксуса), соль и сахар для подавления роста микробов. Испорченные продукты обычно демонстрируют сенсорные изменения, которые легко распознаются потребителями, что приводит к значительным экономическим потерям из-за жалоб потребителей или отзыва продукта. Наблюдаемые признаки порчи включают утечку продукта из контейнеров, изменение цвета, выделение неприятных запахов дрожжей, отделение эмульсии. (в майонезах, заправках), помутнение, образование хлопьев или осадка (в винах, напитках) и появление видимых колоний или коричневой пленки на поверхности продукта. Специфический привкус, который приписывают Z. bailii, связан с H 2 S. Кроме того, вкус испорченных продуктов может быть изменен за счет образования уксусной кислоты и фруктовых эфиров. Сообщалось, что рост Z. bailii также приводит к значительному образованию газа и этанола, вызывая типичный алкогольный вкус. Избыточное газообразование является прямым следствием высокой ферментируемости этих дрожжей, и в более твердой пище внутри продукта могут появляться пузырьки газа. В экстремальных условиях давление газа внутри стеклянных банок или бутылок может достигать такого уровня, что возможны взрывы, что создает дополнительную опасность получения травм от битого стекла. Следует отметить, что, как правило, обнаруживаемая порча дрожжами требует наличия большого количества клеток, примерно 5-6 log КОЕ / мл.
Помимо порчи продуктов, как прямого следствия роста, Z y bailii может изменять текстуру и состав продукта, так что он может быть более легко заселен другими микроорганизмами, вызывающими порчу. Например, используя уксусную кислоту, дрожжи могут повысить pH солений в достаточной степени, чтобы позволить рост менее устойчивых к кислоте бактерий. Кроме того, как и в случае с другими дрожжами, концентрация сбраживаемого сахара в продукте влияет на скорость порчи Z. bailii, например дрожжи растут быстрее в присутствии 10% (вес / вес), чем 1% (вес / вес) глюкозы. В частности, Z. bailii может расти и вызывать порчу из-за крайне малого количества инокулята, всего лишь одна жизнеспособная клетка на ≥ 10 литров напитков. Это означает, что обнаружение небольшого количества дрожжевых клеток в продукте не гарантирует его стабильности. Никакая программа санитарного или микробиологического контроля качества не может справиться с такой степенью риска. Следовательно, единственной альтернативой может быть изменение состава пищевых продуктов для повышения стабильности и / или применения параметров термической обработки с высокой летальностью.
Портал по грибам 