با مخمرها و کاربردهایشان آشنا شوید!
مخمرها گروهی از جانداران بسیار ریز هستند که تنها از یک سلول تشکیل شده‌اند و در دسته قارچ‌ها قرار می‌گیرند. شناخته‌شده‌ترین نوع آن، مخمر نان یا ساکارومایسس سرویزیه نام دارد که در تهیه خمیر نان، آبجو و دیگر نوشیدنی‌های تخمیری استفاده می‌شود. مخمر با مصرف کردن قند، آن را به الکل و گاز دی‌اکسید کربن تبدیل می‌کند. این فرآیند تخمیر نامیده می‌شود.
تاریخچه مخمر
کلمه مخمر ریشه‌ای بسیار قدیمی دارد و به معنای جوشیدن و حباب است. پاستور، دانشمند معروف، در آزمایش‌های خود کشف کرد که اگر به مایع حاوی مخمر، اکسیژن اضافه شود، سلول‌های مخمر بیشتر رشد می‌کنند، ولی فرآیند تخمیر در آن کاهش می‌یابد. این کشف مهم بعدها به نام “اثر پاستور” معروف شد.
مخمرها برای تأمین انرژی، از مواد آلی استفاده می‌کنند و برخلاف گیاهان، برای رشد به نور خورشید نیازی ندارند. آن‌ها کربن مورد نیاز خود را از قندهایی مانند گلوکز، فروکتوز و یا از قندهای دوگانه‌ای مثل ساکارز و مالتوز به دست می‌آورند. برخی از مخمرها حتی می‌توانند قندهای پنج‌کربنه، الکل‌ها و اسیدهای آلی را نیز مصرف کنند.
مخمرها برای تنفس به اکسیژن نیاز دارند و برخلاف بعضی باکتری‌ها، هیچ نوع مخمری که در محیط فاقد اکسیژن زندگی کند، شناخته نشده است. محیط‌های خنثی یا کمی اسیدی، شرایط بهتری برای رشد آن‌ها فراهم می‌کند. همچنین مخمرهای مختلف، دماهای مختلفی را برای رشد ترجیح می‌دهند؛ برای نمونه، یک نوع مخمر در دمای بین ۲- تا ۲۰ درجه سانتی‌گراد به خوبی رشد می‌کند، در حالی که نوع دیگری ممکن است دمای ۵ تا ۳۵ درجه را بهتر تحمل کند.
گاهی ماده‌ای به نام سیکلوهگزیل‌آمید به محیط کشت مخمر اضافه می‌شود. این ماده مانند یک آنتی‌بیوتیک عمل کرده و از رشد مخمرهای ساکارومایسس جلوگیری می‌کند تا گونه‌های دیگر مخمر فرصت رشد پیدا کنند.
انواع مخمر
الف) مخمر فشرده یا تر
این نوع مخمر با تصفیه کردن محلول مخمر تولید می‌شود و میزان آب موجود در آن بین ۷۰ تا ۷۵ درصد است. این مخمر باید در زمان انبار کردن و جابه‌جایی، در دمای ۱ تا ۵ درجه سانتی‌گراد نگهداری شود. همچنین باید هوای کافی برای خنک کردن حرارت ناشی از فعالیت مخمر وجود داشته باشد تا دما در این محدوده ثابت بماند.
ب) مخمر خشک
مخمر خشک در دو نوع فوری و معمولی تولید می‌شود و میزان رطوبت آن بین ۳ تا ۱۸ درصد است. نوع معمولی آن که برای درست کردن خمیر استفاده می‌شود، باید قبل از مخلوط شدن با دیگر مواد، آماده و فعال شود. روش کار به این صورت است که مخمر با بخشی از آب مورد نیاز خمیر، همراه با کمی شکر و آرد مخلوط می‌شود و قبل از اضافه شدن به خمیر، حدود ۱۵ دقیقه در دمای ۳۵ تا ۴۰ درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرد.
اما مخمر خشک فوری برخلاف نوع معمولی، نیاز به آماده‌سازی ندارد و می‌توان آن را به صورت پودر، مستقیماً به خمیر افزود. مخمرهای خشک، دانه‌های ریز دارند و معمولاً حاوی مواد امولسیون‌کننده هستند. این مخمرها باید در محیط خشک و خنک نگهداری شوند. اگر بسته‌بندی آن باز شده و مقداری از آن استفاده شده، باید درش کاملاً بسته شود تا با هوا تماس پیدا نکند. همچنین اگر مخمر در بسته‌بندی بدون هوا (خلأ) نگهداری شود، مدت ماندگاری آن بیشتر خواهد شد.
ج) مخمر مایع
این نوع در واقع مخلوط رقیقی از سلول‌های مخمر در آب است و هر هفت لیتر از آن، معادل یک کیلوگرم مخمر فشرده یا تر محسوب می‌شود. مخمر مایع بیشتر برای کارخانه‌ها و واحدهای بزرگ صنعتی مناسب است. در این روش، مخمر توسط پمپ به داخل دستگاه مخلوط‌کن منتقل می‌شود. همچنین در طول حمل با تانکر، مخمر دائماً به هم زده می‌شود تا دمای آن روی ۳ درجه سانتی‌گراد ثابت بماند.
نکته مهم: مخمر می‌تواند در مراحل تهیه خمیر به آرد اضافه شود، اما نباید مستقیماً با مواد خشک دیگر مانند نمک و شکر مخلوط گردد، زیرا در این صورت از توانایی آن برای تولید گاز کاسته می‌شود.
تولید مثل مخمر
مخمرها عموماً از طریق جوانه‌زدن زیاد می‌شوند. در این فرآیند، یک برآمدگی کوچک روی دیوارهٔ سلول مادر ظاهر می‌شود و به تدریج بزرگ می‌شود. سپس هستهٔ سلول مادر تقسیم شده و یکی از هسته‌های جدید به درون جوانه کوچ می‌کند. بعد از آن، بین جوانه و سلول مادر یک دیواره تشکیل می‌شود و در پایان، جوانه از سلول اصلی جدا می‌گردد. یک سلول مخمر می‌تواند با این روش تا ۲۴ جوانه تولید کند.
گاهی نیز مخمرها به روش تقسیم دوتایی رشد می‌کنند. در این حالت، سلول مادر کشیده می‌شود، هسته‌اش تقسیم می‌گردد و در نتیجه دو سلول جدید به وجود می‌آید. وقتی تعداد مخمرها روی یک محیط جامد افزایش می‌یابد، مجموعه‌ای از سلول‌ها تشکیل می‌شود که شبیه کلونی‌های باکتریایی است.
رشد و فعالیت مخمر
مخمرها می‌توانند به دو صورت با اکسیژن و بدون اکسیژن زندگی کنند. یعنی هم از اکسیژن و هم از مواد آلی برای ادامه حیات خود استفاده می‌کنند. در محیطی که اکسیژن به اندازه کافی وجود دارد، مخمرها مواد قندی را تجزیه کرده و الکل و گاز کربنیک تولید می‌کنند. این پدیده پایه اصلی صنعت تولید نوشیدنی‌های الکلی و همچنین شیرینی‌پزی است. بعضی از انواع مخمرها مانند ساکارومایسس سروزیه برای تولید الکل و گاز کربنیک در جهت پف کردن و ور آمدن خمیر نان به کار می‌روند.
کاربرد مخمر
مخمرها به دلیل ویژگی‌های سودمندی که دارند، در حوزه‌های گوناگون زیست‌فناوری مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از قدیمی‌ترین و گسترده‌ترین کاربردهای مخمر در صنعت، تخمیر قندها توسط این موجود زنده است. گونه‌های مختلف مخمر در تولید مواد غذایی، پخت نان، ساخت آبجو و موارد دیگر به کار می‌روند.
• صنایع غذایی
مخمری که برای پخت نان استفاده می‌شود و مخمری که در ساخت آبجو به کار می‌رود، از نظر سرعت و نوع فعالیت با هم فرق دارند. مخمر نان معمولاً فعال‌تر و سریع‌تر عمل می‌کند و در مدت کوتاهی فرآیند تخمیر را انجام می‌دهد. در مقابل، مخمر آبجو آرام‌تر کار می‌کند و در پایان، بو و طعم خاصی از خود در محصول باقی نمی‌گذارد.
در تهیه نان، مخمر با آرد سفید ترکیب می‌شود. پس از مخلوط کردن، فرآیند تخمیر آغاز می‌گردد. در این مرحله، گاز دی‌اکسید کربن تولید می‌شود و این گاز باعث می‌گردد که خمیر نان پف کند و بافتی نرم و اسفنجی پیدا کند.
• صنعت تولید اتانول
در صنعت زیست‌فناوری، از یک ویژگی خاص مخمر برای تولید سوخت استفاده می‌شود: تبدیل قند به اتانول.
این کار با خرد کردن موادی مانند نیشکر، ذرت و غلات شروع می‌شود. سپس اسید سولفوریک رقیق یا آنزیم‌هایی به نام آلفا آمیلاز به این مواد اضافه می‌گردد. وظیفه این مواد، شکستن قندهای پیچیده و تبدیل آن‌ها به قندهای ساده است.
در مرحله بعد، مخمر به مخلوط اضافه می‌شود. مخمر، قندهای ساده را می‌خورد و آن را به اتانول تبدیل می‌کند. در پایان، با انجام فرآیند تقطیر، اتانول خالص‌سازی شده و به خلوص ۹۶ درصد می‌رسد.
نوعی مخمر به نام ساکارومایسز حتی می‌تواند قندی به نام زایلوز را که در ضایعات کشاورزی، خاک اره و ضایعات کاغذ یافت می‌شود، تخمیر کند. به همین دلیل، تولید اتانول از این مواد اولیه ارزان، می‌تواند از نظر هزینه با سوخت‌هایی مانند بنزین رقابت کند.
• پزشکی
مخمرها می‌توانند به کاهش میزان کلسترول و تری‌گلیسیرید در افراد مبتلا به ویروس ایدز کمک کنند.
طرز تهیه مخمر نان
◊ مواد مورد نیاز برای درست کردن خمیرمایه نان
برای تهیه خمیرمایه نان، به محیطی نیاز داریم که دارای نیم تا یک و نیم درصد شکر، ازت، پپتیدها، اسیدهای آمینه یا آمونیاک و همچنین مواد معدنی باشد. شکر مورد نیاز را معمولاً از ملاس (شیره قند) یا از دانه‌های پخته‌شده‌ای به دست می‌آورند که برای تجزیه نشاسته، تحت تأثیر آنزیم آمیلاز قرار گرفته‌اند. میزان اسیدیته محیط (pH) را با اضافه کردن اسید سولفوریک یا با استفاده از تخمیر اولیه توسط باکتری لاکتوباسیلوس، روی عدد ۴.۵ تنظیم می‌کنند.
پایین بودن میزان اسیدیته، هم رشد مخمرها را افزایش می‌دهد و هم از رشد باکتری‌های فاسدکننده مواد غذایی جلوگیری می‌کند. در طول فرآیند تکثیر مخمرها، با افزودن آمونیاک یا اسید سولفوریک، سطح اسیدیته را کنترل و تنظیم می‌کنند.
◊ دمای مناسب و هوادهی برای پرورش خمیرمایه
دمای ایده‌آل برای رشد مخمرها بین ۲۵ تا ۲۶ درجه سانتی‌گراد است. در طول فرآیند تخمیر، معمولاً دما کمی بالا می‌رود، اما با استفاده از سیستم خنک‌کننده از افزایش دما به بیش از ۳۰ درجه جلوگیری می‌شود. هوادهی مناسب نیز اکسیژن کافی برای رشد و تکثیر مخمرها را فراهم می‌کند.
قندهای دو قسمتی مانند ساکارز و مالتوز، ابتدا توسط مخمر تجزیه شده و سپس در حضور اکسیژن اکسید می‌شوند. این واکنش، بیشترین مقدار انرژی را تولید می‌کند که بخش عمده‌ای از آن صرف ساختن سلول‌های میکروبی می‌شود. سلول‌های مخمر به سرعت زیاد می‌شوند و در مدت ۱۰ تا ۱۱ ساعت، قند موجود در محیط را مصرف می‌کنند.
◊ جدا کردن و نگهداری خمیرمایه تولیدشده
مخمرها را با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ از محیط کشت جدا کرده و می‌شویند. سپس آن را با نشاسته مخلوط کرده و تحت فشار به صورت کیک درمی‌آورند. این کیک خمیرمایه در محیط سرد نگهداری می‌شود تا از فاسد شدن آن توسط میکروب‌های دیگر جلوگیری شود. همچنین می‌توان مخمر را تا حد ۱۰ درصد رطوبت خشک کرد. در این حالت، مخمر برای ماه‌ها سالم و قابل نگهداری خواهد بود.
عوامل موثر درفرایند تخمیر
در فرآیند ورآمدن خمیر، چند عامل مهم نقش دارند که باید به اندازه و تعادل کافی باشند. این عوامل شامل مقدار مخمر، دمای خمیر و مدت زمان استراحت خمیر است. هیچ یک از این عوامل به تنهایی عمل نمی‌کنند و همه آن‌ها با هم بر کیفیت نهایی نان تأثیر می‌گذارند. معمولاً زمان تخمیر بین یک تا سه ساعت طول می‌کشد.
اگر زمان تخمیر فقط یک ساعت باشد، باید از مخمر بیشتری استفاده کرد تا خمیر به خوبی ور بیاید. در تخمیرهای طولانی‌مدت، مقدار گازی که در خمیر تولید می‌شود به دمای خمیر، مقدار مخمر و مدت زمان تخمیر بستگی دارد و کنترل دقیق این موارد بسیار مهم است. حتی یک تغییر کوچک در هر کدام از این موارد، نه تنها بر ورآمدن خمیر، بلکه بر زمان کل فرآیند نیز تأثیر می‌گذارد. اگر این عوامل به درستی تنظیم نشوند، ممکن است خمیر بیش از حد یا کمتر از حد لازم ور بیاید. به همین دلیل در تخمیرهای طولانی، کنترل دقیق دما و مقدار مخمر ضروری است.
پیشنهادی: باکتری‌ها را بهتر بشناسیم!