مخمر چیست؟ — انواع مخمر و کاربردهای آن — به زبان ساده

در این مطلب از مجله فرادرس سعی می‌کنیم مخمر و کاربردهای آن را به زبان ساده توضیح دهیم. مخمر قارچ تک سلولی است و باید گفت این خانواده از قارچ‌ها با سایر گروه‌های قارچی، از جمله انواع خوراکی موجود در سوپرمارکت‌ها که مردم با آن‌ها آشنایی دارند، مرتبط هستند. در گذشته قبل از اینکه مخمر نانوایی به روش تجاری در دسترس باشد، بخشی از خمیرمایه نگهداری و به صورت تلقیح به خمیر تازه اضافه می‌شد. به طور معمول اسیدی شدن در خمیر نان صورت می‌گیرد، از این رو نام مخمر را در قدیم خمیر ترش نیز گذاشته بودند. گفتنی است که در سال‌های اخیر، مصرف نان‌های خمیر ترش بسیار افزایش یافته است.

مخمر چیست؟

مخمرها قارچ‌های تک سلولی هستند که به طور غیرجنسی از طریق جوانه زدن و الحاق تکثیر شده و همچنین از راه جنسی، با تشکیل هاگ تولید مثل می‌کنند. در حال حاضر بیش از 500 گونه مخمر متعلق به حدود 50 جنس شناخته شده‌اند. بیشتر گونه‌های مخمر به «آسکومیکوتاها» (Ascomycotina) تعلق دارند و تعداد کمی از آن‌ها بازیدیومیست هستند.

فیلم آموزش علوم تجربی پایه هشتم – بخش زیست و زمین شناسی در فرادرس

کلیک کنید

مخمر نانوایی و انواع مخمرهایی که در تهیه و تولید مشروبات الکلی استفاده می‌شوند، گونه‌هایی از «ساکارومایسز سرویزیه» (Saccharomyces cerevisiae)، هستند. سلول‌های مخمر شکل تخم مرغی دارند و فقط با میکروسکوپ دیده می‌شوند. برای یک گرم از مخمر نان به بیست میلیارد سلول مخمر نیاز است.

مخمرها قارچ‌های یوکاریوتی تک‌یاخته‌ای هستند که خواصی کاملاً متفاوت از باکتری‌ها (میکروارگانیسم‌های پروکاریوتی) دارند. مخمر تقریباً همان اندامک‌های سلول یوکاریوتی بالغ شامل هسته سلول، دستگاه گلژی، میتوکندری، شبکه آندوپلاسمی، واکوئل و اسکلت سلولی را دارد. اندازه ذرات سلول مخمر به طور معمول از ۴ تا گاهی ۵۰ میکرومتر می‌رسد.

تاریخچه مخمر

مخمر به عنوان میکروارگانیسم صنعتی از 1000 سال قبل تا کنون استفاده می‌شود. مصریان باستان از مخمر برای تخمیر و تهیه نان و مشروبات الکلی استفاده می‌کردند. شواهدی از سنگ زنی، اتاق پخت و نقاشی نانوایی‌های 4000 ساله وجود دارد. طی حفاری‌های باستان‌شناسی شواهدی به صورت کوزه، حاوی بقایای مشروبات الکلی با قدمت 7000 سال کشف شده‌اند. مخمرها اولین بار در سال 1680 میلادی توسط آنتونی ون لیونهوک با استفاده از لنزهای با کیفیت بالا مشاهده شدند، با این حال، او به جای سلول‌های مخمر، فکر کرد که این گوی‌ها، ذرات نشاسته‌ای دانه‌های غلات هستند.

در سال 1789، آنتوان لاووازیه، یک شیمی‌دان فرانسوی، به درک واکنش‌های شیمیایی اساسی صورت گرفته توسط مخمر، برای تولید الکل از نیشکر، کمک بسیاری کرد. در سال 1835، چارلز کاگنارد دِلاتور با استفاده از میکروسکوپ قدرتمندتری نشان داد که مخمر تک‌سلولی است و با جوانه زدن تکثیر می‌شود. در دهه 1850 لوئی پاستور کشف کرد که نوشیدنی‌های تخمیر شده از تبدیل گلوکز به اتانول توسط مخمر حاصل می‌شوند و تخمیر را به عنوان «تنفس بدون هوا» تعریف کرد. در اواخر دهه 1800 ادوارد بوخنر از عصاره‌های بدون سلول به دست آمده از آسیاب سلول‌های مخمر برای شناسایی زیماز (مجموعه آنزیم‌هایی که تخمیر را تقویت یا کاتالیز می‌کنند) استفاده نمود و به همین دلیل در سال 1907 جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد.

محققان بسیاری در زمان معاصر نیز برای انجام تحقیقات بر روی مخمر جایزه نوبل دریافت کرده‌اند مانند دکتر لِلند هارتول در سال 2001 برای کشف تنظیم بیان ژن چرخه سلولی مخمر، راجر کورنبرگ در 2006 برای مطالعات خود در مورد اولین مرحله بیان ژن‌های مخمر، دکتر الیزابت بلکبرن، کارول گریدر و جک سوستاک در سال 2009 برای کشف و روشن‌سازی ژن‌ها و روشی که سلول‌‌های مخمر از تلومرها (قسمت‌های انتهایی کروموزوم) در برابر تخریب محافظت می‌کنند و همچنین اخیرا به دکتر یوشینوری برای مطالعه اتوفاژی در مخمر، جایزه نوبل شیمی تعلق گرفته است. بنابراین اهمیت این موجود ارزشمند در تحقیقات صنعتی و دارویی همچنان ادامه دارد و بر کسی پوشیده نیست.

مخمر کجا یافت می شود؟

مخمرها در طیف گسترده‌ای از زیست‌بوم‌های طبیعی پراکنده هستند. آن‌ها معمولاً در برگ‌های گیاهان، گل‌ها، میوه‌ها و همچنین در خاک یافت می‌شوند. مخمرها همچنین در سطح پوست و مجاری روده‌ای حیوانات خون‌گرم (جایی که آن‌ها ممکن است به صورت همزیستی یا به صورت انگلی زندگی کنند) دیده می‌شوند. عفونت شایع مخمر، به طور معمول توسط «کاندیدا آلبیکنز» (Candida albicans) ایجاد می‌شود. کاندیدا علاوه بر اینکه عامل ایجادکننده عفونت‌های مخمری واژن است، علت بثورات پوششی و برفک دهان و گلو نیز هست. مخمر به این دلیل که سرعت رشد بالایی دارد و DNA آن به راحتی قابل دستکاری است، در بسیاری از تحقیقات علمی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مخمر چگونه تولید مثل می کند؟

مخمر معمولاً در هنگام جوانه زدن رشد می‌کند، جوانه کوچکی که به سلول دختری تبدیل خواهد شد، روی سلول والد (مادر) تشکیل شده و با ادامه رشد بزرگ می‌شود. با رشد سلول دختری، DNA سلول مادر تکثیر شده و سپس تفکیک می‌شود. بعد از آن هسته تقسیم شده و به سلول دختری مهاجرت می‌کند.

فیلم آموزش علوم تجربی پایه هشتم – بخش زیست و زمین شناسی در فرادرس

کلیک کنید

هنگامی که جوانه حاوی یک هسته باشد و به اندازه مشخصی برسد، از سلول مادر جدا می‌شود. از مجموعه وقایعی که در سلول رخ می‌دهد و منجر به تقسیم و تکثیر سلول می‌شود، به عنوان چرخه سلولی یاد می‌شود.

چرخه سلولی از چهار مرحله مشخص (G۲ ،S ،G۱ و M) تشکیل شده و مانند چرخه سلولی در یوکاریوت‌های بزرگ‌تر تنظیم می‌شود. تا زمانی که مواد مغذی کافی مانند شکر، نیتروژن و فسفات موجود باشند، سلول‌های مخمر به صورت غیرجنسی تقسیم می‌شوند. سلول‌های مخمر همچنین قادر هستند که به روش جنسی نیز تولید مثل کنند. انواع سلول‌های مخمر به نام سلول‌های a و سلول‌های آلفا نام‌گذاری شده‌اند.

وقتی سلول‌های جنسی مختلف مخمر در آزمایشگاه با هم مخلوط شوند یا به طور تصادفی در طبیعت با هم تماس یابند، می‌توانند جفت شده و در هم آمیخته شوند. در طی جفت شدن، سلول‌های هاپلوئید ابتدا در هم ذوب شده و سپس هسته آن‌ها تحلیل می‌رود و در نتیجه یک سلول دیپلوئید با دو نسخه از هر کروموزوم به نام هاگ (دیپلوئید) تشکیل می‌شود. بعد از میوز هسته‌های هاپلوئید تولید شده به چهار اسپور (هاپلوئید) تقسیم بندی می‌شوند که حاوی دیواره‌های سلولی اصلاح شده بوده و در نتیجه ساختارهایی بسیار مقاومی در برابر تنش‌های محیطی به شمار می‌روند. این هاگ‌های هاپلوئید می توانند مدت زمان طولانی زنده بمانند تا شرایط مساعدتر مانند وجود مواد مغذی بیشتر ایجاد شده و در نتیجه آن‌ها قادر به جوانه زنی یا تولید مثل به صورت جنسی باشند.

وقتی سلول‌های مخمر در منابع غنی از کربن مانند گلوکز قرار گیرند، ترجیح می‌دهند که از روش تخمیر برای رشد استفاده کنند. در طی فرایند تخمیر گلوکز به دی‌اکسید‌کربن و اتانول تبدیل می‌شود. تخمیر در غیاب اکسیژن اتفاق می‌افتد و یک فرایند بی‌هوازی است. حتی در حضور اکسیژن، سلول‌های مخمر رشد بی‌هوازی و تخمیر را در اولویت قرار می‌دهند، به این فرایند به افتخار محققی که آن را کشف کرد «اثر کربتری» گفته می‌شود.

از این نوع رشد مخمر در تهیه نان، الکل صنعتی و نوشیدنی‌های الکلی استفاده می‌شود. اگرچه سلول‌های مخمرِ جوانه‌زده ترجیح می‌دهند از طریق تخمیر رشد کنند، اما وقتی مواد مغذی محدود شوند، با تنفس سلولی نیز رشد می‌کنند. مخمر در هنگام تنفس، گلوکز را به دی‌اکسید‌کربن و آب تبدیل می‌کند، در این فرآیند اکسیژن مصرف شده و در نتیجه جاندار انرژی بسیار بیشتری به شکل ATP تولید می‌کنند.

انواع مخمر کدام‌ها هستند؟

همانطور که گفته شد، مخمرها قارچ‌هایی هستند که به صورت تک‌سلولی رشد می‌کنند و سلول‌های دختری را از طریق جوانه زدن یا شکافت دوتایی تولید می‌کنند. آن‌ها با اکثر قارچ‌ها که به صورت هیف‌های رشته‌ای رشد می‌کنند متفاوت هستند. اما این تمایز اساسی نیست، زیرا برخی از این قارچ‌ها بسته به شرایط محیطی می‌توانند بین یک مرحله زندگی مانند مخمر و یک مرحله تولید هیف تناوب برقرار کنند.

مخمرها به طور معمول در محیط‌های مرطوبی رشد می‌کنند که به وفور مواد مغذی ساده و محلول مانند قندها و اسیدهای آمینه وجود دارد. به همین دلیل آن‌ها معمولاً روی سطح برگ و میوه، ریشه و انواع مختلف مواد غذایی حضور دارند. به غیر از موارد استثنایی، مخمرها قادر به تخریب پلیمرها مانند نشاسته و سلولز نیستند در حالی که این مواد توسط بسیاری از قارچ‌های دارای هیف استفاده می‌شوند، در ادامه به توضیح انواع مخمرها پرداخته‌ایم.

ساکارومیسز سرویزیه

«ساکارومیسز سرویزیه» (Saccharomyces cerevisiae) مخمری است که از طریق جوانه‌زنی تکثیر شده و برای تهیه نان استفاده می‌شود، جایی که دی‌اکسید‌کربن حاصل از رشد در خمیر، باعث بالا آمدن و پف کردن نان خواهد شد. از این خانواده مخمرها، برای تولید مشروبات الکلی نیز استفاده می‌شود. در تصویری که با میکروسکوپ فاز کنتراست گرفته شده است، سلول‌ها در مراحل مختلف جوانه زدن مشاهده می‌شوند. جوانه‌ها در ابتدا کوچک هستند، اما به تدریج بزرگ می‌شوند و در نهایت با تشکیل سپتوم (دیواره عرضی) از سلول مادر جدا خواهند شد. ساکارومیسز سرویزیه عضوی از گروه قارچ آسکومیست‌ها است.

کریپتوکوکوس آلبیدیوس

«کریپتوکوکوس آلبیدیوس» (Cryptococcus albidus) مخمرِ جوانه‌زن دیگری است که سلول‌های آن توسط یک کپسول پلی‌ساکاریدی احاطه شده‌اند. گونه‌های کریپتوکوکوس در سطح برگ‌ها رایج اند، اما مهم‌ترین گونه از دیدگاه انسان «کریپتوکوکوس نئوفورمیس» (C. neoformans) است، پاتوژن قابل توجهی که در افراد دارای نقص سیستم ایمنی، باعث بیماری کریپتوکوکوزیس می‌شود، این بیماری در افراد مبتلا به ایدز و سایر بیماران نقص ایمنی رخ می‌دهد.

کپسول این موجود نقش بسیار مهمی در شدت سرایت بیماری در بدن فرد دارد زیرا از شناسایی و بلعیده شدن توسط گلبول‌های سفید خون جلوگیری می‌کند، علاوه بر این اعضای این گونه، آنزیم فنول اکسیداز تولید می‌کنند، نئوفورمنس با استفاده از این آنزیم، ترکیبات فنلی را به ملانین تبدیل کرده و ملانین تولید شده، به محافظت از این مخمر در برابر مواد ضد میکروبی تولید‌ شده در بافت‌های میزبان کمک می‌کند. این نوع مخمر، در مدفوع رهاشده پرندگان وجود دارد اما توانایی رقابت با باکتری‌ها را ندارند.

این سویه ریه‌ها را آلوده می‌کند، جایی که بسته به درجه ایمنی فرد، باعث پنومونی (عفونت ریه) مداوم خفیف یا مزمن می‌شود. مطالعات نشان داده افرادی که به طور تصادفی در معرض نئوفورمیس قرار می‌گیرند به آلرژی‌های پوستی مبتلا خواهند شد. با این حال، در برخی از موارد این قارچ می‌تواند بدون بروز علائم در دستگاه عصبی مرکزی پخش شده و باعث کشندگی در انسان شود.

کاندیدا آلبیکَنز

«کاندیدا آلبیکَنز» (Candida albicans) یک قارچ دو شکلی است که در دمای 37 درجه سانتیگراد رشد می‌کند. زیستگاه طبیعی آن غشاهای مخاطی انسان و سایر حیوانات خونگرم است که در آنجا به صورت مخمر، رشد کرده و آسیب کمی به بدن فرد وارد می‌کند. در واقع می‌توان آن را از مخاط حدود 50 درصد از انسان‌ها از نواحی دهان، روده، واژن یا برخی اوقات از سطح پوست جدا کرد. اگرچه برخی از سویه‌های کاندیدا آلبیکنز که به صورت همزیست با انسان زندگی می‌کنند، ممکن است تبدیل به پاتوژن شده و با حمله به مخاط، بیماری ایجاد کنند. این امر معمولاً زمانی اتفاق می‌افتد که عوامل مختلف زمینه‌ساز، باعث تکثیر جمعیت مخمر شده و از رقابت باکتری‌های همزیست (که جمعیت مخمر را کنترل می‌کنند) جلوگیری کنند.

در این شرایط سلول‌های این نوع مخمر، به صورت هیف رشدی جوانه زده و و در داخل غشای مخاطی نفوذ می‌کنند و باعث تحریک و ریزش بافت‌های مخاطی می‌شوند. یکی از بهترین مثال‌ها برای این نوع عفونت بیماری برفک دهان است که در آن یک لکه سفید روی زبان و پشت گلو دیده می‌شود. این مورد در نوزادان تازه متولد شده رایج است که ممکن است ناشی از عبور از کانال زایمان آلوده باشد. این بیماری همچنین در افراد مبتلا به ایدز و بیمارانی که دوره طولانی مدت داروی آنتی‌بیوتیک مصرف کرد‌ه‌اند (که باعث کاهش جمعیت باکتری‌های طبیعی ساکن بدن می‌شود) شایع است. کاندیدا آلبیکنز همچنین باعث واژینیت (التهاب و حمله به مخاط واژن) به خصوص در سه ماهه سوم بارداری در زنان مصرف‌کننده دارو می‌شود.

یک بیماری مشابه با نام «استوماتیت» (Stomatitis) در افرادی که از دندان مصنوعی استفاده می‌کنند معمول است. کاندیدا می‌تواند به رزین استفاده شده در پروتز دندان بچسبد، سطح بالای قند در رژیم غذایی می‌تواند با افزایش تولید چسب مانوپروتئین در سطح سلول مخمر، چسبندگی این سلول‌ها به سطح دندان را افزایش دهد. کاندیدوز سیستمیک شرایط جدی است که در آن سلول‌های مخمر در سیستم گردش خون تکثیر می‌یابند، این حالت پس از جراحی‌های تهاجمی، از جمله قرار دادن کاتترهای داخل وریدی (که سلول‌های مخمر به آن می‌چسبند) منتشر شوند که این کاتترها پایه‌ای را فراهم می‌کنند که سلول‌ها از آنجا جوانه زده، رشد و تکثیر می‌کنند.

کاربرد مخمر چیست؟

مدت‌ها است که مخمر ارگانیسم انتخابی برای تولید نان، انواع زیادی از محصولات صنعتی و نوشیدنی‌های الکلی در نظر گرفته شده است. از مخمر به دلایل مختلفی از جمله سرعت رشد بالا و تولید زیست توده فراوان، سهولت دستکاری متابولیسم سلولی با استفاده از تکنیک‌های ژنتیکی و سهولت جدا کردن و تخلیص زیست توده مخمر از سایر محصولات، بیش از سایر میکروارگانیسم‌های صنعتی استفاده می‌شود. از طریق انتخاب سویه‌ها و روش‌های توسعه تلقیح، اکنون از مخمر در بسیاری از صنایع مختلف از جمله تولید عصاره مالت، کشاورزی (خوراک دام) و غیره استفاده می‌شود که در ادامه به آن‌ها پرداخته‌ایم.

فیلم آموزش صنایع تخمیری در فرادرس

کلیک کنید

کاربرد مخمر در نانوایی

ساکارومایسز سرویزیه که به عنوان مخمر نانوایی یا به عبارت دیگر خمیر‌مایه شناخته می‌شود، رایج‌ترین گونه مخمر در نان و مایه‌های ترش است. از قرن نوزدهم میلادی که مخمرِ فشرده شده از سویه بهبود یافته معرفی شد، تولید مقیاس گسترده نان را تسهیل کرد و از آن زمان مخمرِ نان در تولید انواع نان و کیک‌ها استفاده می‌شود.

تولید نان به مخلوط آرد، آب و مایه ترش نیاز دارد، مخمرِ نانوایی نوعی مخمر است که در پخت نان‌های خانگی و صنعتی استفاده شده و به طور کلی در خمیر نان با غلظت 2 درصد از کل مواد، تلقیح می‌شود. اکسیژنِ هوای حبس شده در خمیر، در هنگام اختلاط در طی چند دقیقه با تنفس سلول‌های مخمر مصرف می‌شود و سپس تحت شرایط بی‌هوازیِ تشکیل شده، تولید مثل سلول مخمر کاهش یافته و واکنش تخمیر اتفاق می‌افتد. شرایط بهینه تخمیر در خمیر مایه با استفاده از سلول‌های مخمرِ تازه در حدود 34 الی 38 درجه سانتی‌گراد و با pH (۴ تا ۵/۲) است اما سلول‌های کهنه به زمان تخمیر بیشتری نیاز دارند. یک عامل احتمالی که باعث به تأخیر انداختن تکثیر مخمر می‌شود افزودن روغن، نمک یا ادویه جات است. سه دسته قند در داخل خمیر وجود دارد:

•  قندهای طبیعی موجود در آرد (شامل گلوکز، ساکارز، فروکتوز و مالتوز)
•  قندهای اضافه شده توسط نانوا
•  مالتوز آزاد شده از تجزیه نشاسته

سلول‌های مخمر، از تجزیه کربوهیدرات‌های پیچیده‌تر مانند ساکارز، مالتوز و نشاسته، محصولاتی مانند گلوکز و فروکتوز به دست می‌آورند و با مصرف آن‌ها باعث تولید دی‌اکسید‌کربن و اتانول می‌شوند. تخمیر قند در سلول‌های مخمر، به عنوان یک عامل عمل آورنده در محصولات پخته شده در نظر گرفته شده که منجر به افزایش حجم خمیر نان، ناشی از گازهای آزاد‌شده در فرایند تخمیر می‌شود که خود می تواند باعث تغییر در ساختار محصول، سنتز اسیدهای آلی و در نتیجه تولید نان‌های با طعم و بوی بهتر و لطیف‌تر شود.

وقتی مساعدترین محیط برای رشد مخمر فراهم شود، تخمیر مخمر باعث تولید گازها و تشکیل یک ماتریس گلوتن می‌شود که حداکثر احتباس گاز و پف کردن نان را فراهم می‌کند که منجر به تولید یک نان لطیف خواهد شد. حباب‌های گاز موجود در خمیر با دی‌اکسید‌کربن اشباع شده و در طی فرایند تخمیر در حال رشد هستند که این منجر به گسترش خمیر و نازک شدن لایه خمیر می‌شود. ظرفیت نگه‌داری گاز خمیر، مشخصه مهمی است که کیفیت نان و مناسب بودن مخمر مورد استفاده را تعیین می‌کند.

خمیر نان تحت تأثیر عوامل اکسیدکننده و کاهنده مانند گلوتاتیون قرار دارد که پیوندهای دی‌سولفیدی موجود در زیرواحدهای گلوتنین و میزان پلیمریزاسیون آن‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهند. در استفاده از مخمر خشک، سلول‌های غیر قابل رشد وجود دارند که گلوتاتیون را به عنوان یک پاسخ به تنش آزاد می‌کنند در حالی که مخمر فوری فعال به دلیل تأثیر در توسعه شبکه گلوتن، به کاهش زمان مخلوط کردن خمیر کمک می‌کند، در نتیجه یک شبکه گلوتن ویسکوالاستیک اصلاح شده دارای پروتئین‌های گلوتنین با کاهش اندازه و وزن مولکولی پایین‌تر ایجاد شده که باعث بهبود کیفیت خمیر و نان می‌شود. مخمر همچنین قادر به تولید گلیسرول است که تأثیر مثبتی بر روی بافت نان، به ویژه در هنگام انجماد دارد.

انواع مخمر نانوایی

مخمر در حال حاضر به طور گسترده‌ای به انواع مختلفی از جمله مخمر کیک، مخمر مرطوب، تازه یا فشرده، مخمرِ خشکِ فعال و مخمر فوری (یا سریع رشد) نیز شناخته شده و در دسترس است. در ابتدای استفاده از تمام مخمرهای نان یک حالت خامه‌ای ایجاد می‌شود که به نوعی مخمر مایع است. مخمرهای نانوایی حالت‌های مختلفی دارند که شامل موارد زیر هستند:

فیلم آموزش میکروبیولوژی مواد غذایی ۱

کلیک کنید

• مخمر کیک یا مخمر تازه: مخمر تازه به صورت فشرده یا قالبی فروخته می‌شود. این نوع مخمر بسیار فاسد‌شدنی است، بنابراین باید در یخچال نگهداری و طی چند هفته پس از خرید استفاده شود. هنگام استفاده از مخمر تازه، قبل از افزودن به دستورالعمل، آن را در آب ولرم حل می‌کنند. قبل از هر بار استفاده از مخمر تازه، لازم است که از نظر کارایی آزمایش شود. برای اثبات آن، مخمر را در آب گرم حل نموده و یک پیمانه شکر به آن اضافه کنید. اگر طی 5 تا 10 دقیقه مایه شروع به کف کردن نکند، دیگر فعال نیست. مخمرِ کیک باید تا تاریخ انقضای آن یعنی حدود 8 هفته پس از باز کردن بسته‌بندی استفاده شود.
• مخمرِ خشک فعال: قبل از افزودن به سایر مواد، این نوع مخمر برای فعال سازی نیاز به حل شدن در مایع گرم دارد، برخلاف مخمر فوری که مستقیماً به مواد دستورالعمل اضافه می‌شود. مخمر خشک فعال نباید در معرض مایعات داغ‌تر از 43 درجه سانتی‌گراد قرار گیرد در غیر این صورت باعث از بین رفتن مخمر خواهد شد. این نوع مخمر پس از باز شدن بسته‌بندی بهتر است در یخچال نگه‌داری شود.
• مخمرِ فوری: مخمرِ فوری که یک نوع مخمر خشک است، این نوع مخمر بسیار مقاوم بوده و تا زمان تاریخ انقضای آن در قفسه‌ها قابل نگه‌داری است. به مخمر فوری مخمر سریع یا مخمرِ دستگاه نان نیز گفته می‌شود، مخمرِ فوری فعال‌ترین فرم موجود در بازار است. این مخمر قبل از افزودن به دستورالعمل نیازی به حل شدن در مایع ندارد و اغلب فقط به یک بازه کوتاه ۲ تا ۵ دقیقه‌ای برای بالاآمدن نیاز دارد.
• مخمر مایع: این محبوب‌ترین شکل مخمر در اوایل قرن نوزدهم، قبل از اختراع مخمر فشرده یا کیک بود. مخمرِ مایع اساساً شبیه به مایه‌ترش یا مایه نان بوده و شامل دوغابی از مخمرهای زنده، آرد (یا سایر کربوهیدرات‌ها) و آب است. تا زمانی که کربوهیدرات تازه به طور منظم به آن اضافه شود، موجودات زنده به زندگی ادامه داده و تکثیر می‌شوند.

چگونه مخمر را فعال کنیم؟

در ابتدا مشخص کنید که چه نوع مخمری موجود دارید، اگر مخمرِ فوری داشته باشید، نیازی به فعال سازی مخمر نیست. فقط آن را با مواد خشک خود مخلوط کنید. سپس لازم است که مقدار مناسب مخمر را تعیین کنید. دستور العمل خود را چک کنید و میزان مخمر خشک مورد نیاز را اندازه بگیرید. یک ظرف را با مقداری آب گرم پر کنید، دمای آب باید بین 37 تا 43 درجه سانتی‌گراد باشد.

اگر آب خیلی سرد باشد، مخمر بیدار نمی‌شود، اگر خیلی گرم باشد، خطر از بین رفتن مخمر وجود دارد. اطمینان حاصل کنید که مقدار آب مصرفی بیشتر از مقدار درخواست شده در دستورالعمل نباشد. یک پیمانه (قاشق چای‌خوری) شکر داخل آب بریزید و هم بزنید تا حل شود. با این کار مقدار کمی غذا برای مخمر فراهم می‌شود تا آن‌ها را ترغیب به شروع سوخت و ساز سلولی کند. اگر قند و شکر در دسترس ندارید، یک قطره ملاس به خوبی عمل می‌کند، یک پیمانه کوچک آرد نیز کار خواهد کرد.

مخمر را در آب قند بریزید، آنقدر هم بزنید تا دیگر نتوانید گرانول‌های مخمرِ خشک را تشخیص دهید. ظرف را با حوله بپوشانید‌، زیرا مخمرها ترجیح می‌دهند در تاریکی عمل کنند. اجازه دهید 1 تا 10 دقیقه بماند، این فرآیند به اصطلاح، عمل آمدن مخمر نامیده می‌شود، و بدان معنی است که شما اجازه می‌دهید مخمر، متابولیزه کردن قند را شروع کرده و تکثیر شود. یک یا دو دقیقه برای نگه داشتن کافی است، اما اگر واقعاً می‌خواهید از زنده و سالم بودن مخمرِ خود اطمینان حاصل کنید، 10 دقیقه صبر کنید و سپس مخمر را بررسی کنید. اگر آب کمی کف کردن و حباب در قسمت بالای آن تشکیل شد، مخمرِ شما سالم و مفید است. در این مرحله می‌توانید با خیال راحت محلول مخمر را به مواد خشک خود اضافه کنید.

کاربرد مخمر در صنایع غذایی و نوشیدنی

مخمرِ ساکارومیسز سرویزیه به دلیل استفاده گسترده در تخمیر مواد غذایی و آشامیدنی که از اهمیت تجاری بالایی برخوردار هستند، جزء اساسی تمدن بشری بوده است. در صنعت اروپا سالانه 1 میلیون تن مخمر تولید می‌شود که حدود 30 درصد آن به سایر نقاط جهان صادر می‌شود. از مخمر در تولید انواع نوشیدنی‌های الکلی در نقاط مختلف دنیا استفاده می‌شود، تخمیر در این صنایع می‌تواند با استفاده از فلور میکروبی یا با اضافه کردن مخمر خالص صورت گیرد. میوه‌هایی مانند انگور که از آن‌ها در تولید مشروبات الکلی استفاده می‌شود دارای فلور میکروبی و مقادیری مخمر هستند. علاوه بر ساکارومیسز سرویزیه مخمرهای دیگری مانند کاندیدا، پیچیا و برخی گونه‌های دیگر در صنایع غذایی و آشامیدنی کاربرد دارند.

غلظت‌هایی از الکل که در صنایع غذایی و نوشیدنی‌ها به دست می‌آیند به سویه استفاده شده بستگی دارند. در این صنایع استالدئید آخرین پیش‌ماده در مسیر بی‌هوازی قبل از اتانول است، استالدئید در غلظت‌های پایین عطر میوه‌ای خوشایندی به محصولات تولیدی می‌بخشد اما وقتی بیش از حد باشد عطر و طعم‌های گیاهی ایجاد می‌کند، بنابراین مقادیر آن بر حسب صنعت مورد نیاز و محصول نهایی کم و زیاد می‌شود. مطالعات نشان داده که حفظ تنوع زیستی میکروبی منجر به بهبود کیفیت محصولات و در نتیجه سود اقتصادی بالاتر برای تولید‌کنندگان صنایع غذایی می‌شود. تحقیقات بر روی پیدا کردن سویه‌های بهتر مخمر و سویه‌های بومی مناسب‌تر برای استفاده در صنعت غذایی همچنان ادامه دارند.

انواع مخمر در صنایع غذایی و نوشیدنی

مخمرِ غذایی و عصاره مخمر، هم به عنوان طعم‌دهنده و هم برای تقویت سلامتی در دستور العمل‌های تولیدات غذایی استفاده می‌شوند. عصاره مخمر، از نظر فنی نوعی مخمرِ تغذیه‌ای است و به روشی کاملاً متفاوت استفاده می‌شود. بنابراین می‌توان با آن‌ها به عنوان دو محصول جداگانه برخورد کرد. در رابطه با هر کدام توضیحات کامل‌تری در ادامه ارائه شده است.

فیلم آموزش صنایع تخمیری

کلیک کنید

• مخمرِ غذایی: یک نوع غیرفعال شده مخمر است که معمولاً در دستورهای تغذیه‌ای گیاه‌خواران استفاده می‌شود و همان‌طور که از نام آن پیداست حاوی مواد مغذی و مفید بوده و منبع خوبی از مواد معدنی و ویتامین‌های گروه B و سلنیوم است. مخمرِ مغذی یا غذایی به صورت پوسته پوسته، گرانول یا پودر فروخته می‌شود و عطر و طعم آن مانند پنیر است. این ماده اغلب به عنوان چاشنی یا مکمل غذاها استفاده می‌شود. این واقعیت که این نوع مخمر غیرفعال شده است، به این معنی است که مصرف مقادیر زیاد آن مشکلی ندارد.
• عصاره مخمر: این محصول مخمرِ غذایی غلیظ اغلب به صورت خمیر است. عصاره‌های مخمر به دلیل داشتن طعم تند و اومامی (طعمی شبیه گوشت) مورد پسند قرار می‌گیرند. آن‌ها کاربردهای بسیار متنوعی داشته و در سراسر جهان طرفداران زیادی دارند.
• مخمرهای نوشیدنی‌ها: دو نوع عمده مخمر وجود دارد، مخمرهای تخمیرکننده در بالای ظرف محیط کشت و مخمر تخمیر کننده در قسمت پایین ظرف محیط کشت. مخمرهای بالایی مانند ساکارومیسز سرویزیه هنگام تخمیر به بالای ظرف محیط کشت مهاجرت کرده و از آن‌ها در تولید محصولاتی دارای الکلِ زیاد استفاده می‌شود. در مقابل مخمرهایی مانند «ساکارومیسز پاستوریانوس» (S. pastorianus) در پایین ظرف محیط کشت رشد کرده و الکل کمتری تولید می‌کنند. یک سلول مخمر می‌تواند تقریباً برابر وزن خودش، گلوکز را در یک ساعت تخمیر کند.

کاربرد مخمر در شکلات سازی

لوبیاهای گیاه گرمسیری کاکائو (با نام لاتین Theobroma cacao) مواد اولیه اساسی برای تولید شکلات هستند. با این حال، دانه‌های کاکائوی خام قابل خوردن نبوده، تلخ و قابض هستند، علاوه بر این عطر و طعم آن‌ها مانند شکلات نیست، بنابراین برای کاهش سطح پلی‌فنول‌ها و آلکالوئیدها که باعث تلخی و مزه گس آن‌ها می‌شود و همچنین برای ایجاد عطر و طعم خوبِ کاکائو و شکلات، تحت فرایند تخمیر قرار می‌گیرند.

برای این منظور، پس از باز شدن غلاف‌های کاکائو، دانه‌های آن تحت تیمار اسیدی (با غلظت بالای اسید‌سیتریک) قرار گرفته و سپس تفاله غنی از شکر کاکائو (حاوی ۱۰ تا ۱۵ درصد قند) در معرض فلور میکروبی و تخمیر خود به خودی قرار می‌گیرند. تخمیر در این اکوسیستم میکروبی که شامل مخمرهایی است که به همراه آن‌ها باکتری‌های اسیدلاکتیک (LAB) و باکتری‌های اسیداستیک (AAB) قرار دارند، یک تخمیر پیچیده و پویا است. در ابتدایِ فرایند تخمیرِ شکلات، مخمر تحت شرایط بی‌هوازی و pH پایین (۳ الی ۴) تخمیر قندهای تفاله و همچنین متابولیت‌ها را انجام می‌دهد که کیفیت محصولات نهایی را تعیین می‌کنند.

علاوه بر این، مخمرها از طریق عملکرد آنزیم‌های پکتینولیتیک، به تدریج تفاله‌های چسبناک کاکائو (حاوی 1.5 درصد پکتین) را تخریب کرده و به هوا اجازه نفوذ به داخل تفاله را می‌دهند. همچنین آن‌ها اسید‌سیتریک را نیز متابولیزه می‌کنند و باعث افزایش pH می‌شوند که شرایط مطلوب رشد باکتری‌هایی اسیدلاکتیک و اسیداستیک است. طبق نتایج آزمایشگاهی و تجربی، فعالیت مخمر از اهمیت بالایی برای تولید شکلات با کیفیت بالا برخوردار است. در مطالعات مشاهده شده است که، بدون مخمرها تولید اتانول، الکل‌ها و استرهای خوش‌عطر در طول تخمیر کاهش یافته و در نتیجه شکلاتِ تولیدی، در مقایسه با زمانی که مخمرها در تخمیر وجود داشتند از کیفیت پایین‌تری برخوردار بوده است.

انواع مختلف مخمرها از تخمیر دانه‌های کاکائو جدا و شناسایی شده‌اند که ساکارومیسز سرویزیه از معروف‌ترین آن‌ها به شمار می‌رود. از جمله ویژگی‌های این مخمرِ ارزشمند که آن را برای استفاده در صنعت تولید شکلات مناسب کرده است می‌توان به فعالیت پکتینولیتیکی، سرعت رشد بالا (حتی در افزایش اندک pH) و سازگاری بهتر با شرایط تنش‌های غلظت بالای اتانول و دمای بالا اشاره کرد.

کاربرد مخمر در تولید بیواتانول

تاریخچه استفاده از اتانول به عنوان سوخت زیستی به سال 1826 بر می‌گردد، زمانی که مخترع آمریکایی ساموئل موری یک موتور احتراق داخلی برای یک قایق طراحی کرد که سوخت آن مخلوطی از اتانول و تربانتین (مایعی که از تقطیر صمغ درخت کاج به دست می‌آید) بود. پس از آن افراد بسیار دیگری از مخلوط اتانول و این مواد به عنوان سوخت موتور خود استفاده کردند اما با این حال قیمت بالای اتانول نسبت به بنزین مانع از استفاده رایج آن شد.

اما با گذر زمان و با توجه به تجدیدناپذیر بودن منابع نفتی و آلودگی‌های ناشی از آن‌ها برای محیط زیست، محققان بر آن شدند تا روی سوخت‌های جایگزین مانند بیواتانول (اتانول زیستی) پژوهش‌های بسیاری انجام دهند. اتانول به عنوان یک سوخت زیستی تجدیدپذیر و سازگار با محیط زیست، امروزه در سراسر جهان بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از بیواتانول می‌توان به تنهایی استفاده کرد یا آن را با بنزین مخلوط کرد، همچنین چندین مزیت دیگر نسبت به سوخت‌های نفتی با عدد اکتان بالا (108) دارد که شامل اشتعال گسترده‌تر، سرعت شعله‌وری بالاتر و افزایش گرمای تبخیر می‌شوند. علاوه بر این‌ها بیواتانول، سمی نیست، آلاینده‌های کمتری در هوا تولید می‌کند و به راحتی تجدیدپذیر است.

بیواتانول از تخمیر قندهایی که از منابع مختلفی منشأ می‌گیرند قابل تولید هستند و تولید مصنوعی این ماده به دلیل هزینه بالای آن ممنوع است. در درجه اول، سوبستراهای مورد استفاده برای تخمیر قند، شامل گیاهان غنی از ساکارز در محصولات غذایی مانند نیشکر، چغندر قند و انواع میوه‌ها و نشاسته (ذرت، برنج، گندم و غیره) هستند. اتانول زیستی تولید شده از تخمیر محصولات غذایی، سوخت زیستی نسل اول نامیده می‌شود.

با توجه به اینکه این محصولات نیازهای تغذیه‌ای انسان و حیوانات را برآورده می‌کنند، بحث در مورد استفاده از آن‌ها به عنوان بسترهای تخمیر برای تولید اتانول وجود داشته است. بنابراین، تولید سوخت زیستی نسل دوم توسعه یافت که در آن، سوبستراهای غیر خوراکی و زیست توده لیگنوسلولزی (چوب، کاه و مواد زائد کارخانه‌های تولید آبمیوه) تجزیه و از آن‌ها در تخمیر استفاده می‌شوند. کشورهای مختلف از روش‌ها و ترکیبات مختلفی برای تولید بیواتانول استفاده می‌کنند که در این میان آمریکا با استفاده از تفاله‌های ذرت بیشترین آمار تولید را داشته و بیش از ۸۵ درصد از بیواتانول سراسر جهان را با استفاده از مخمرها تولید می‌کند.

تخمیر الکلی تقریباً همیشه توسط ساکارومیسز سرویزیه صورت گرفته است. بنابراین در تولید اتانول صنعتی نیز در میان انواع مختلف میکروارگانیسم‌ها، این مخمرِ با ارزش با تخمیر قند، اتانول را سنتز می‌کنند. این مخمر، تحت شرایط هوازی با استفاده از فرایند گلیکولیز قندها را شکسته و آن‌ها را برای تبدیل به الکل (چرخه پیروویک اسید) آماده می‌کند. در مرحله بعدی محصول واکنش به استالدئید و کربن‌دی‌اکسید تبدیل شده و سپس با استفاده از آنزیم الکل دهیدروژناز محصول الکل تولید می‌شود.

واکنش‌های مرحله پایانی که منجر به تولید اتانول می‌شوند بسیار مهم بوده و پایه اصلی صنایع تخمیر هستند. علاوه بر ساکارومیسز سرویزیه از مخمرهای دیگری مانند Kluyveromyces marxianus و Dekkera bruxellensis و سویه‌ای از مخمرِ پیچیا (Pichia) به نام Scheffersomyces stipitis در تولید اتانول زیستی استفاده می‌شود. علاوه بر بیواتانول، الکل‌های بالاتر مانند پروپانول و بوتانول توسط سویه‌های دستکاری شده ساکارومیسز سرویزیه تولید می‌شوند. پروپانول به دلیل عدد اکتان بالا برای مصرف سوخت موتور مناسب بوده و بوتانول هم به دلیل رطوبت و خورندگی کمتر و چگالی انرژی بالاتر می‌توان به جای اتانول با سوخت‌ها ترکیب شود.

مخمرِ ساکارومیسز سرویزیه بدون شک بهترین میکروارگانیسم مورد مطالعه و یکی از پرکاربردترین یوکاریوت‌ها در طیف گسترده‌ای از فرآیندهای صنعتی، مانند تولید مواد غذایی، الکل‌ها و بیواتانول است. با وجود سازگاری کارآمد سویه‌های مختلف ساکارومیسز سرویزیه که در این فرآیند‌ها استفاده می‌شود، هنوز پتانسیل زیادی برای بهینه‌سازی انواع سویه‌های آن وجود دارد.

کاربرد مخمر در پزشکی

از پودر عصاره مخمر در تهیه و تولید انواع محیط کشت‌های آزمایشگاهی استفاده می‌شود. علاوه بر این با توجه به اینکه ژنوم سلول مخمر با دقت رمزگشایی شده است در نتیجه آن را برای استفاده در مطالعات ژنتیکی کاربرد بسیاری دارد. دانشمندان در تلاش هستند تا درباره نحوه روشن و خاموش شدن (بیان) ژن‌های آن و پاسخ به سموم بیشتر بدانند. مخمر، همچنین برای تولید محصولات دارویی و مکمل‌های ویتامینی استفاده می‌شود.

علاوه بر این‌ها به دلیل شباهت زیاد بین ژن‌های مخمر و نمونه‌های انسانی این ژن‌ها، مخمر به یک مدل محبوب برای مطالعات سلول‌های بنیادی و ژن‌های بیماری‌زای انسانی تبدیل شده است. راه‌های مختلفی برای کسب اطلاعات در مورد ژن‌های انسانی و شباهت آن‌ها با ژن‌های مخمرِ مورد استفاده قرار گرفته است.

فیلم آموزش مهندسی ژنتیک در فرادرس

کلیک کنید

در یک رویکرد، پس از کشف ژن مرتبط با بیماری انسانی، توالی آن ژن با توالی کل ژنوم مخمر مقایسه می‌شود تا شبیه‌ترین ژن مخمر را شناسایی شود. برای مطالعه اینکه آیا ژن‌های انسانی و مخمرها از نظر عملکردی با هم مرتبط هستند یا خیر، ژن انسانی را در یک سویه مخمر (که در آن ژن خودی از قبل با جهش غیر فعال شده است) انتقال داده، سپس ژن انسانی وارد شده به میزبان را وادار به بیان شدن می‌کنند. این به محققان اجازه می‌دهد تا تعیین کنند که آیا ژن انسانی قادر به زنده ماندن، رشد یا انجام عملکرد ژن مخمر است یا خیر، روشی که با نام آنالیز مکمل‌گیری عملکردی (Functional Complementation Analysis) شناخته می‌شود.

در این روش در صورتی که عملکردها و مسیرهای متابولیکی مربوط به ژن مخمر همچنان حفظ شود با توجه به اطلاعاتی که از قبل درباره ژن مخمر وجود دارد، می‌توان اطلاعات زیادی درباره عملکرد ژن انسانی وارد شده در سلول مخمر به دست آورد. از این روش در شناسایی و بررسی عملکرد بسیاری از ژن‌های انسانی یا بررسی تنظیم‌کننده‌های آن‌ها خصوصاً در بیماری‌های مرتبط با تخریب اعصاب استفاده شده است. به عنوان مثال در بیماری‌هایی مانند آلزایمر و پارکینسون (که به دلیل تجمع پروتئین‌های سمی برای نورون‌ها رخ می‌دهند)، محققان توانسته‌اند با استفاده از این روش‌ها و سایر روش‌های مشابه به کمک مخمر، بینش جدیدی درباره این بیماری‌ها و روند بهبود آن‌ها کسب کنند.

علاوه بر این‌ها مخمر در مطالعاتی با هدف شناسایی اهداف دارویی و نحوه اثر داروهای مختلف در حال تبدیل شدن به ارگانیسم انتخابی است. در این مطالعات که در شاخه ژنومیکس قابل بررسی است، تاثیر و نقش ژن‌های مختلف بر روی اثرات داروهای خاص به روش‌های ویژه‌ای به کمک مخمر بررسی می‌شوند.

کاربرد مخمر در صنعت خوراک دام

نشخوارکنندگان مانند گاو و گوسفند می‌توانند انواع مختلفی از خوراک را که توسط زیست‌توده میکروبی هضم می‌شود مصرف کنند، در نتیجه متابولیسم بهتری ایجاد شده، که در نهایت بر کمیت و کیفیت تولیدات لبنی این حیوانات تأثیر می‌گذارد. فلور میکروبی در لوله گوارش (GIT) تأثیر عمده‌ای بر کارایی تولید و وضعیت سلامتی حیوانات تولید‌کننده محصولات لبنی دارد. در طی دهه‌های گذشته، مخمرِ ساکارومیسز سرویزیه به عنوان مکمل پیشگیری‌کننده در برابر اسهال و سایر مشکلات سیستم گوارشی در دام استفاده شده است. مخمرهای پروبیوتیک، اکسیژن شکمبه را از بین می‌برند و فضای بی‌هوازی بهتری را برای رشد باکتری‌های مفید فراهم کرده، همچنین به تحریک رشد باکتری‌های تجزیه کننده سلولز کمک می‌کند.

مکمل غذایی مخمر، تأثیر مثبتی بر مصرف خوراک توسط دام دارد که خود منجر به رشد بهتر و سریع‌تر حیوان و افزایش بهره‌وری تولیدات دامی خواهد شد. ترکیب مخمر در رژیم غذایی نشخوارکنندگان همچنین بر میزان چربی شیر تأثیر مثبت دارد، تولید لاکتات را کاهش می‌دهد، جمعیت باکتریایی مطلوب شکمبه را را افزایش می‌دهد و از اسیدوز شکمبه جلوگیری می‌کند. همچنین مخمرها در صورت ترکیب با غذای حیوان، باعث افزایش تجزیه‌پذیری هِمی سلولز و تولید مواد مغذی و قابل هضم بیشتر و بهتری می‌شوند.

سلول‌های مخمر متابولیت‌های مهم تخمیری و انواع مختلفی از مواد معدنی و آنزیم‌های مهم را تولید می‌کنند که این ویژگی‌ها آن را به مکمل غذایی بسیار مفیدی برای نشخوارکنندگان تبدیل می‌کند. از آنجا که اکثر سویه‌های مخمرِ پروبیوتیکِ قابل دسترس در بازار، منشا غربی یا اروپایی دارند، بنابراین نیاز شدیدی به کشف سویه‌های جدید مخمرِ پروبیوتیک بومی وجود دارد.

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس مخمر و کاربردهای آن را به زبان ساده توضیح دادیم. مخمر قارچ تک سلولی است و باید گفت این خانواده از قارچ‌ها با سایر گروه‌های قارچی، از جمله انواع خوراکی موجود در سوپرمارکت‌ها که مردم با آن‌ها آشنایی دارند، مرتبط هستند.