Факторы, влияющие на поверхностный электрический заряд дрожжевых клеток Saccharomyces cerevisiae

Проблема низкой коллоидной стойкости пива отчасти может быть решена за счет адсорбционной способности дрожжевых клеток. Предполагается, что увеличение количества извлекаемых в результате сорбции на клеточной поверхности дрожжей мутеобразующих коллоидов может быть достигнуто путем увеличения отрицательного заряда клеточной поверхности. Электрический заряд клеточной поверхности дрожжей обусловлен молекулярным составом клеточной стенки, в основном функциональными группами внешнего слоя маннопротеинов - фосфатными, карбоксильными и аминогруппами. В рассматриваемых работах с использованием метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии было показано, что заряд клеточной поверхности, охарактеризованный дзета-потенциалом или электрофоретической подвижностью, определяется концентрациями поверхностного фосфора и азота, а также их отношением. Как правило, для штаммов низового брожения свойственны более высокие концентрации поверхностного фосфора и более низкие значения отношения N/P, обратное справедливо для верховых штаммов. С другой стороны, физико-химические факторы внешней среды также влияют на электрический заряд клеток. В ходе аналитического обзора было выявлено влияние таких факторов, как рН, продолжительности процесса ферментации, аэрации сусла и внесения свободного фосфора в культуральную среду. Так, с уменьшением рН электрический заряд или характеризующий его дзета-потенциал становится более положительным. Поскольку в ходе ферментации наблюдается снижение рН, электрический заряд также становится более положительным с протеканием процесса брожения. Аэрация, внесение свободного фосфора и увеличение первоначальной плотности сусла, наоборот, увеличивают отрицательный заряд клеток. Наконец, увеличение числа циклов брожения приводит к изменению электрического заряда в направлении положительных значений. Согласно представленным данным, может быть сделан вывод о том, что путем варьирования и подбора упомянутых факторов возможно достичь увеличения отрицательного заряда клеточной поверхности дрожжей. Однако для подтверждения предположения об увеличении извлекаемых путем адсорбции коллоидов за счет увеличения отрицательного заряда клеток требуются дальнейшие экспериментальные исследования данного вопроса.

коллоидная стабильность пива, адсорбция, дзета-потенциал, поверхностный электрический заряд клеток, брожение

1. Афонин Д.В., Дедегкаев А.Т., Давыденко С.Г., Меледина Т.В. Влияние процессов, протекающих при сбраживании сусла, на инициальную мутность пива // Пиво и напитки. 2012. № 1. С. 26-29.

2. Дедегкаев A.T. Повышение коллоидной стабильности пива с применением силикагеля и поливинилполипирролидона: автореф. на соиск. ученой степ. канд. техн. наук: 05.18.07 - биотехнология пищевых продуктов и биологически активных веществ. СПб., 2005. 12 с.

3. Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия. М.: Изд-во Высшая школа, 1990. 486 с.

4. Михеева Е.В., Пикула Н.П. Определение электрокинетического потенциала методом электрофореза. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. 16 с.

5. Aguilar-Uscanga B., Francois J.M. A study of the yeast cell wall composition and structure in response to growth conditions and mode of cultivation // Letters in applied microbiology. 2003. Vol. 37. No. 3. P. 268-274. https://doi.org/10.1046/j.1472-765X.2003.01394.x

6. Amory D.E., Rouxhet P.G., Dufour J.P. Flocculence of brewery yeasts and their surface properties: chemical composition, electrostatic charge and hydrophobicity // Journal of the Institute of Brewing. 1988. Vol. 94. No. 2. Р. 79-84. https://doi.org/10.1002/j.2050-0416.1988.tb04561.x

7. Asano K., Shinagawa K., Hashimoto N. Characterization of haze-forming proteins of beer and their roles in chill haze formation // Journal of the American Society of Brewing Chemists. 1982. Vol. 40. No. 4. P. 147-154. https://doi.org/10.1094/ASBCJ-40-0147

8. Bamforth C.W. Beer haze // Journal of the American Society of Brewing Chemists. 1999. Vol. 57. No. 3. P. 81-90. https://doi.org/10.1094/ASBCJ-57-0081

9. Beavan M.J., Belk D.M., Stewart G.G., Rose A.H. Changes in electrophoretic mobility and lytic enzyme activity associated with development of flocculating ability in Saccharomyces cerevisiae // Canadian Journal of Microbiology. 1979. Vol. 25. No. 8. P. 888-895. https://doi.org/10.1139/m79-132

10. Bowen W.R., Cooke R.J. Studies of Saccharomyces cerevisiae during Fermentation - an in vivo electrokinetic investigation // Biotechnology and Bioengineering. 1989. Vol. 33. P. 706-715. https://doi.org/10.1002/bit.260330608

11. Bowen W.R., Sabuni H.A., Ventham T.J. Studies of the Cell-Wall Properties of Saccharomyces cerevisiae during Fermentation // Biotechnology and Bioengineering. 1992. Vol. 40. P. 1309-1318. https://doi.org/10.1002/bit.260401104

12. Bowen W.R., Ventham T.J. Aspects of yeast flocculation. Size distribution and zeta-potential // Journal of the Institute of Brewing. 1994. Vol. 100. No. 3. P. 167-172. https://doi.org/10.1002/j.2050-0416.1994.tb00817.x

13. Caridi A. Enological functions of parietal yeast mannoproteins // Antonie van Leeuwenhoek. 2006. Vol. 89. P. 417-422. https://doi.org/10.1007/s10482-005-9050-x

14. Chapon L. The mechanics of beer stabilization // Brew. Guard. 1994. Vol. 123. No. 12. P. 46-50.

15. Dengis P.B., Nelissen L.R., Rouxhet P.G. Mechanisms of Yeast Flocculation: Comparison of Top and Bottom-Fermenting Strains // Applied and environmental microbiology. 1995. Vol. 61. No. 2. P. 718-728. https://aem.asm.org/content/61/2/718

16. Dengis P.B., Rouxhet P.G. Surface Properties of Top - and Bottom-Fermenting Yeast // Yeast. 1997. Vol. 13. P. 931-943. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0061(199708)13:10%3C931::AID-YEA149%3E3.0.CO;2-T

17. Echeverrigaray S., Scariot F.J., Menegotto M., Delamare A.P.L. Anthocyanin adsorption by Saccharomyces cerevisiae during wine fermentation is associated to the loss of yeast cell wall/membrane integrity // International journal of food microbiology. 2020. Vol. 314. P. 108383. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2019.108383

18. Cecchini F., Morassut M., Saiz J.C., Garcia-Moruno E. Anthocyanins enhance yeast’s adsorption of Ochratoxin A during the alcoholic fermentation // European Food Research and Technology. 2019. Vol. 245. No. 2. P. 309-314. https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00217-018-3162-9

19. Friis J., Ottolenghi P. The genetically determined binding of alcian blue by a minor fraction of yeast cell walls // Comptes-rendus des travaux du Laboratoire Carlsberg. 1970. Vol. 37. No. 15. P. 327. https://www.yeastgenome.org/reference/S000057170

20. Jigami Y., Odani T. Mannosylphosphate transfer to yeast mannan // Biochimica et Biophysica Acta. 1999. Vol. 1426. P. 335-345. https://doi.org/10.1016/S0304-4165(98)00134-2

21. Klis F.M., Mol P., Hellingwerf K., Brul S. Dynamics of cell wall structure in Saccharomyces cerevisiae // FEMS microbiology reviews. 2002. Vol. 26. No. 3. P. 239-256. https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.2002.tb00613.x

22. Klis F.M., Boorsma A., De Groot P.W.J. Cell wall construction in Saccharomyces cerevisiae // Yeast. 2006. Vol. 23. P. 185-202. https://doi.org/10.1002/yea.1349

23. Leiper K.A., Stewart G.G., McKeown I.P. Beer polypeptides and silica gel Part I. Polypeptides involved in haze formation // Journal of the Institute of Brewing. 2003. Vol. 109. No. 1. P. 57-72. https://doi.org/10.1002/j.2050-0416.2003.tb00594.x

24. Leiper K.A., Stewart G.G., McKeown I.P., Nock T., Thompson M.J. Optimising beer stabilisation by the selective removal of tannoids and sensitive proteins // Journal of the Institute of Brewing. 2005. Vol. 111. No. 2. P. 118-127. https://doi.org/10.1002/j.2050-0416.2005.tb00657.x

25. Lipke P.N., Ovalle R. Cell wall architecture in yeast: new structure and new challenges // Journal of bacteriology. 1998. Vol. 180. No. 15. P. 3735-3740. https://jb.asm.org/content/180/15/3735

26. Lubbers S., Charpentier C., Feuillat M., Voilley A. Influence of yeast walls on the behavior of aroma compounds in a model wine // American Journal of Enology and Viticulture. 1994. Vol. 45. No. 1. P. 29-33. https://www.ajevonline.org/content/45/1/29

27. Mastanjevic K., Krstanovic V., Lukinac J., Jukic M., Vulin Z., Mastanjevic K. Beer - The Importance of Colloidal Stability (Non-Biological Haze) // Fermentation. 2018. Vol. 4. No. 4. P. 91. https://doi.org/10.3390/fermentation4040091

28. Morata A., Loira I., Suarez Lepe J.A. Influence of yeasts in wine colour // A. Morata, I. Loira, Eds. Grape and Wine Biotechnology. Croatia: InTech, 2016. P. 285-305. https://doi.org/10.5772/65055

29. Mozes N., Schinckus L.L., Ghommidh C., Navarro J.M., Rouxhet P.G. Influence of medium composition on surface properties and aggregation of a Saccharomyces cerevisiae strain // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 1994. Vol. 3. No. 1-2. P. 63-74.https://doi.org/10.1016/0927-7765(93)01113-6

30. Odani T., Shimma Y.I., Wang X.H., Jigami Y. Mannosylphosphate transfer to cell wall mannan is regulated by the transcriptional level of the MNN4 gene in Saccharomyces cerevisiae // FEBS letters. 1997. Vol. 420. No. 2-3. P. 186-190. https://doi.org/10.1016/S0014-5793(97)01513-5

31. Orlean P. Architecture and Biosynthesis of the Saccharomyces cerevisiae Cell Wall // Genetics. 2012. Vol. 192. No. 3. P. 775-818. https://doi.org/10.1534/genetics.112.144485

32. Patel J.K., Speers R.A., Lake J.C. Colloidal examination of worts associated with premature yeast flocculation // Journal of the American Society of Brewing Chemists. 2011. Vol. 69. No. 2. P. 81-90. https://doi.org/10.1094/ASBCJ-2011-0225-01

33. Piotrowska M., Nowak A., Czyzowska A. Removal of ochratoxin A by wine Saccharomyces cerevisiae strains // European food research and technology. 2013. Vol. 236. No. 3. P. 441-447. https://doi.org/10.1007/s00217-012-1908-3

34. Robinson A., Harrison S.T. Effect of aeration in propagation on surface properties of brewers’ yeast // A. Durieux, J.P. Simon, Eds. Applied Microbiology. Dordrecht: Springer, 2001. Vol. 2. P. 89-99. https://doi.org/10.1007/0-306-46888-3_6

35. Razmkhab S., Lopez-Toledano A., Ortega J.M., Mayen M., Merida J., Medina M. Adsorption of phenolic compounds and browning products in white wines by yeasts and their cell walls // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2002. Vol. 50. No. 25. P. 7432-7437. https://doi.org/10.1021/jf025733c

36. Siebert K.J., Troukhanova N.V., Lynn P.Y. Nature of polyphenol-protein interactions // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 1996. Vol. 44. No. 1. P. 80-85. https://doi.org/10.1021/jf9502459

37. Steiner E., Becker T., Gastl M. Turbidity and haze formation in beer - Insights and overview // Journal of the Institute of Brewing. 2010. Vol. 116. No. 4. P. 360-368. https://doi.org/10.1002/j.2050-0416.2010.tb00787.x

38. Vu D.L., Sys M., Cervenka L. The Effect of Various Potentials on the Attachment of Saccharomyces Cerevisiae and Staphylococcus Epidermidis to Carbon Paste Electrodes // Int. J. Electrochem. Sci. 2011. Vol. 6. P. 5265-5274.