Хлебопекарные и пивные дрожжи

Saccharomyces cerevisiae

Сахаромицес пивоваренный, гриб, невидимый невооруженным глазом, около 10 000 лет назад произвел революцию в развитии человечества. Можно без преувеличения утверждать, что это один из важнейших грибов во всей нашей истории, так как он напрямую связан с нашим переходом к оседлому образу жизни. В зависимости от предпочтений или страны проживания вы по-разному называете этот гриб, ставя на первое место его твердую или жидкую ипостась – хлебопекарные или пивные дрожжи. В Баварии и Австрии это Germ, по-нижненемецки – Bärme, а на севере Германии – Gest (сравните с англ. yeast). В любом случае имеется в виду один и тот же организм, который носит одно научное название Saccharomyces cerevisiae, «сладкий гриб пива».

Микроскоп – двигатель прогресса

Но где, скажите на милость, в коричневом кубике дрожжей гриб? Для начала стоит вспомнить, что, говоря о «классических грибах» (шампиньон, белый гриб…), мы представляем себе не собственно гриб, а всего лишь его плодовое тело. Настоящий гриб – это переплетение гиф в субстрате. Когда мы смотрим на грибные нити в микроскоп, то начинаем лучше понимать, что такое грибы и, в частности, что такое дрожжи. Дрожжи – одноклеточные грибы, размер клеток которых варьирует от 5 до 10 микрометров (микрометр, мкм, соответствует тысячной доле миллиметра), а следовательно, это микроорганизмы.

Под микроскопом мы видим, что клетки гриба имеют ядро, а значит, вместе с растениями и животными принадлежат к царствам «высших» эукариотических организмов. Эти клетки значительно крупнее бактериальных (которые не видны и под микроскопом при данном увеличении). Кроме того, мы видим, что дрожжи представлены отдельными клетками, а не нитями (гифами), что характерно для других грибов. Таким образом, дрожжи – одноклеточные грибы, которые, как правило, размножаются очень просто – бесполым делением, но зато очень быстро. Существуют дрожжи, образующие нити; это умеют делать и пивные дрожжи. Если пивные дрожжи выступают в нитчатой форме, то образуют так называемые аскоспоры, которые дали название целому отделу сумчатых грибов (аскомицетов). Большинство разновидностей дрожжей, в том числе и наши хлебопекарные или пивные дрожжи, согласно их систематике, относятся к аскомицетам (сумчатым грибам), одному из двух главных отделов царства Fungi.

Однако, как правило, под микроскопом мы видим отдельно лежащие крошечные овальные клетки сахаромицеса пивоваренного. Если позволяют условия, прежде всего температурные, то процесс идет быстро: из материнской клетки путем почкования отделяется дочерняя клетка. В клетках дрожжей ускоряется обмен веществ и происходит чудо – тесто поднимается.

Что при этом происходит, знает биотехнолог из Гамбурга, профессор Оливер Ульрих:

Хлебопекарные дрожжи состоят из грибов, которым для размножения необходим простой сахар – глюкоза. Дрожжи получают его, расщепляя особыми ферментами крахмал муки. При этом в присутствии кислорода образуется углекислый газ, который выделяется в тесто в виде маленьких пузырьков. Лучше всего клетки дрожжей работают при температуре 32 °C – в этих условиях они вырабатывают много углекислого газа, и тесто хорошо поднимается. Можно ускорить этот процесс, если добавить в тесто немного сахара.

В начале было слово… Или пиво?

Однако, по мнению баварского биолога, профессора Йозефа Райххольфа, около 12 000 лет назад хлеб был не так важен для человечества. Он считает, что переход человека к оседлому образу жизни, то есть неолитическая революция, находился в прямой связи с началом пивоварения, излагая свою теорию в захватывающей книге «Почему люди перешли к оседлости. Величайшая загадка нашей истории». Производство пива предусматривает использование дрожжевых грибов, хотя, собственно, о процессе брожения и о роли в нем дрожжей никто не знал, как не знали и о том, что вообще бывают какие-то дрожжи.

В научном мире долгое время господствовала теория, согласно которой оседлость стала следствием уменьшения численности диких животных в лесах и уменьшением количества доступного мяса. Однако же, по мнению Райххольфа, мы стали вести оседлый образ жизни, чтобы защищать от диких животных и воинственных соседей засеянные поля. Поставлять больше пива – таков был девиз шаманов и племенных вождей. В духовно-религиозной сфере роль дурманящих продуктов (в том числе красных мухоморов, с. 103) постепенно возрастала. И только потом, утверждает Райххольф, появился хлеб.

Чемпионы потребления пива

Абсолютные чемпионы по потреблению напитка, изобретенного в позднем каменном веке, – чехи: они оставили далеко позади всех остальных, потребляя 143 литра пива на душу населения в год. В стране работают более 300 пивоваренных заводов; особенно популярны марки «Пльзеньское», «Будвайзер», «Старопрамен» и «Крушовице».

В Средние века из десяти попыток сварить пиво удачными оказывались, как правило, всего две, но пекари обычно не знали никаких бед, так что право на производство пива часто передавали им. Причина: в каждой пекарне в воздухе витали мириады дрожжевых клеток, которые производили превосходное пиво верхнего брожения.

Часто утверждают, что первенство в изобретении требований к чистоте напитка принадлежит Германии, а точнее Баварии, но это не совсем верно. Они появились накануне Нового времени: 30 ноября 1487 года баварский герцог Альбрехт IV впервые в Европе издал указ, в котором содержались строгие предписания относительно того, какие ингредиенты надлежит использовать при производстве пива: только ячмень, хмель и воду. Однако уже в вавилонском своде законов царя Хаммурапи, датирующемся XVIII веком до н. э., регулировалась чистота пива и правила его продажи. Нарушителям грозили строгие кары, вплоть до смертной казни. Шумеры, а позже вавилоняне уже знали более 20 сортов пива. Естественно, вавилоняне не имели ни малейшего представления об организмах Saccharomyces cerevisiae, настоящих производителях калорийного напитка. Так было вплоть до наступления Нового времени. Несмотря на то что уже Плиний Старший в своей «Естественной истории» описывал выращивание дрожжей (лат. fermentum; от этого слова происходит термин «ферментация»), а также их применение в пивоварении, он не знал, с чем именно имел дело в действительности. Окончательную ясность внес только Луи Пастер, опубликовавший в 1876 году книгу «Исследование пива» (Études sur la Bière).

Дрожжам мы обязаны появлением хлеба и вина

Революцию произвело не только пиво; не меньшими революционерами стали хлеб и вино. Хлеб и вино сопровождали возвышение человеческой цивилизации на протяжении тысячелетий, но никто и не догадывался, что и пиво, и хлеб, и вино должны за свое возникновение быть благодарны одному и тому же обстоятельству. Понятия «пивные и хлебопекарные дрожжи» можно употреблять как синонимы: Saccharomyces cerevisiae вызывает брожение винограда и поднимает аппетитное хлебное тесто. Никто не мог понять невидимые процессы брожения, так как вино или тесто берут культуры нужного гриба из окружающей среды и бродят спонтанно. Дрожжи, или, если угодно, сахаромицес, широко распространены в природе и охотно садятся на богатые сахарами фрукты. В течение долгого времени, например в Средние века, ремесло пекаря было тесно связано с ремеслом пивовара. Никто не мог понять причину такого успеха, и часто пекарей и пивоваров считали пособниками дьявола.

Биохимическая чудо-фабрика

Дрожжей существует великое множество. Нам известны более 700 видов этих грибов, и при этом многие из них представлены множеством штаммов, каждый из которых обладает своими свойствами или «талантами»: так, например, штаммы верхнего брожения могут питаться такими сахарами, как глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза, сахароза, мальтоза и раффиноза. Кстати, до сих пор не открыт ни один штамм дрожжей, способный усваивать все сахара без исключения.

Мы, как и многие другие организмы, не можем прожить без кислорода и нескольких минут, но это не относится к дрожжам. Они могут жить и без кислорода, то есть являются факультативными анаэробами. Они могут переключать свой обмен веществ с одного режима на другой в зависимости от присутствия кислорода в окружающей среде. Однако все процессы обмена протекают продуктивнее при наличии кислорода: при аэробном окислении выделяется больше энергии, что приводит к ускорению клеточного деления и усиленному росту. Без доступа кислорода многие дрожжи могут расщеплять сахар на более низкомолекулярные вещества – на этанол и углекислый газ, что и происходит при спиртовом брожении.

Пивные дрожжи как средство против старения

Мы стали свидетелями бума биологически активных добавок; никогда еще в истории человечества не существовало такого огромного числа действенных, а подчас и чудодейственных средств. Не хватит и десяти жизней на то, чтобы перепробовать их все и разобраться, какие из них помогают, а какие – нет.

Отдельные клетки дрожжей невозможно разглядеть невооруженным глазом; наблюдать за ними можно только с помощью микроскопа

Уже много десятилетий пивные дрожжи доступны всем в виде прессованных кубиков. Высушенные таблетки пивных дрожжей – побочный продукт пивоварения – используются, без преувеличения, как источник молодости. Во многих странах это питательное и даже лечебное вещество дают детям и подросткам для укрепления организма, а также при потере аппетита и авитаминозе. О благотворном действии пивных дрожжей знали уже в Античности. Когда у меня испортилась кожа после наступления пубертата, моя мать, провизор, тоже «прописала» мне пивные дрожжи. Ожидаемый эффект был соблазнительным (чего нельзя сказать о вкусе): прекрасная кожа, а заодно такие же прекрасные ногти и волосы; настоящее средство от старения. Но почему мы можем верить этим обещаниям? Потому что пивные дрожжи содержат столько витаминов, минералов и белков, сколько мы не сможем принять при обычном питании: все витамины группы B, витамин E, множество минералов и микроэлементов, незаменимые аминокислоты (строительные блоки белка) и многие другие вещества. Пивные дрожжи действительно эффективны – это не пустые обещания нечистоплотных производителей, которые набивают карманы миллиардами от продажи якобы чудодейственных биологически активных добавок.

Модельный организм в молекулярной и клеточной биологии

Пивные дрожжи и сегодня играют важную роль в нашей жизни – в производстве пищевых продуктов, в биотехнологиях и в медицине, а также в изучении научных основ биологии. Невидимые нашему глазу клетки сахаромицеса пивоваренного стали одним из важнейших модельных организмов в молекулярной и клеточной биологии. Дрожжи легко выращивать в культуре, а внутреннее строение их клеток отличается большой схожестью с другими эукариотическими клетками – растительными и животными.

Сахаромицес стал первым эукариотическим организмом, чей геном был расшифрован полностью, задолго до человеческого. В 16 хромосомах и 6275 генах (у человека их приблизительно 23 000) содержатся 13 миллионов пар оснований (у человека – 3,27 миллиона). Что из этого следует? Что все мы принадлежим одному древу жизни, что все мы близкие родственники! Мы и правда родственны дрожжевым грибам, пиву, вину и хлебу! Более 23 % генов дрожжей можно найти в виде гомологичных генов и в геноме человека.