Fermentacja drożdżowa: całkowicie naturalny proces!
Drożdże to jednokomórkowy żywy mikroorganizm. Komórki drożdży są o wiele mniejsze niż ziarnka piasku. Ta niewidoczna gołym okiem, żywa istota ma ogromny potencjał. Drożdże są obecne na Ziemi od milionów lat. Fermentacja drożdży jest zjawiskiem naturalnym w środowisku.
5-6 tysiącleci temu drożdże zostały udomowione do produkcji chleba, wina, piwa i innych produktów fermentowanych. Co więcej, drożdże są wciąż ekscytujące ze względu na wszystkie ich różnorodne zastosowania.
Drożdże mogą być używane do produkcji różnych naturalnych substancji, w tym białek, aromatów i enzymów. Stwarzają również możliwości opracowywania nowych cząsteczek do celów żywieniowych lub medycznych.
Czym jest fermentacja wykonywana przez drożdże?
W przypadku braku powietrza drożdże przekształcają cukry w alkohol i dwutlenek węgla (CO2) oraz energię. Jest to proces fermentacji. Tak dzieje się w przypadku wypieku chleba: cukry pochodzące z mąki zamieniają się w dwutlenek węgla, który powoduje, że ciasto rośnie. Alkohol wytworzony w tej fazie jest całkowicie odparowywany podczas pieczenia. Fermentacja to proces, w którym drożdże przekształcają cukry w alkohol w piwie i winie (z węglowodanów pochodzących ze słodu (kiełki jęczmienia) oraz w winie (z węglowodanów w winogronach).
W obecności powietrza drożdże nie dokonują procesu fermentacji: oddychają i obficie się rozmnażają. Drożdże przekształcają cukier w dwutlenek węgla i wodę (ale nie w alkohol), co zapewnia im energię do rozwoju i namnażania. W ten sposób producenci drożdży wytwarzają duże ilości drożdży.
Jak wykorzystywać drożdże jako fabrykę komórkową?
Drożdże nie tylko mogą przetwarzać cukier. Fabryka komórkowa absorbuje z otoczenia również naturalnie występujące lipidy i aminokwasy, a także wszystkie elementy niezbędne do wzrostu. Drożdże można wykorzystywać w celu wytwarzania cząsteczek do różnych zastosowań w ilościach handlowych.
Fermentacja jest naturalnym procesem zachodzącym w drożdżach. Odnawialny surowiec, taki jak melasa, jest podawany drożdżom, a ich enzymy, w trakcie fermentacji, tworzą nowe związki chemiczne. Jest to zdecydowanie bardziej przyjazne dla środowiska podejście do tworzenia interesujących cząsteczek niż inne chemiczne procesy produkcyjne.
Drożdże: Wszechstronny składnik białej biotechnologii
Wykorzystanie żywych mikroorganizmów, takich jak drożdże, do wytwarzania produktów, takich jak żywność, farmaceutyki i nośniki energii, wpisuje się w tzw. białą biotechnologię. Jest to nowy, obiecujący obszar, dzięki któremu można sprostać wyzwaniom środowiskowym. Podczas gdy tradycyjna chemia wyprodukowała wiele produktów o niskiej biodegradowalności, takich jak tworzywa sztuczne, dzięki białej biotechnologii możliwe jest syntezowanie produktów łatwo ulegających degradacji. Drożdże można wykorzystać np. do:
- Produkcji metabolitów: enzymy, witaminy, aromaty…
- Utylizacji odpadów w celu zmniejszenia zanieczyszczenia
- Produkcji środków kontroli biologicznej: do zwalczania szkodników owadzich, patogenów i chwastów.
- Biopaliwo i energia: etanol można wytwarzać z resztek pożniwnych.
Ludzkie hormony wytwarzane przez drożdże
Stworzenie ludzkiego hormonu, hydrokortyzonu, jest jednym z głównych odkryć wykorzystania drożdży jako mikroskopijnej fabryki w medycynie. Ten hormon steroidowy działa poprzez obniżenie stanu zapalnego w celu zmniejszenia bólu, swędzenia i obrzęku (zapalenia).
Jest również stosowany w leczeniu różnych chorób. Metodę pozyskiwania tej substancji przez drożdże opracował francuski zespół we współpracy z dużą firmą farmaceutyczną. Drożdże są również wykorzystywane do produkcji insuliny, hormonu, którego brakuje osobom z cukrzycą. Drożdże pozwalają naukowcom tworzyć wiele nowych związków, które wkrótce staną się ważną częścią naszego życia.
Zasilanie drożdżami!
Drożdże są najlepszym organizmem do pozyskiwania alkoholu w drodze fermentacji na skalę przemysłową. Ten alkohol to czysty etanol, który można stosować:
- W przygotowaniu spirytusu
- W produkcji perfum
- Jako alternatywne biopaliwo dla benzyny.
Drożdże dla energii odnawialnej i zrównoważonego rozwoju
Poprzez naturalny proces fermentacji drożdże wytwarzają etanol z węglowodanów. Jednak skąd pochodzą te węglowodany?
W początkowym etapie wytwarzania biopaliw pochodziły one ze skrobi roślin uprawnych (ziarna, zboża, ziemniaki, maniok) oraz z roślin cukrowych (trzcina cukrowa).
Cukry do biopaliw drugiej generacji pochodzą z szerszego zakresu źródeł, w tym z włókien roślinnych niewykorzystywanych do produkcji żywności: drewna, niejadalnych części roślin, takich jak łodygi i liście, a nawet odpadów roślinnych.
Mimo że badania nad drożdżami trwają od dziesięcioleci, naukowcy nadal starają się zrozumieć, jak sprawić, by były one bardziej odporne na alkohol. Zdolność drożdży do metabolizowania etanolu jest ograniczona ze względu na ich genealogię, co sprawia, że nowsze generacje są mniej wydajne niż wcześniejsze.
Kolejnym wyzwaniem jest poprawa zdolności przyswajania przez drożdże innych węglowodanów, takich jak pentozy, które występują w tkankach roślinnych.
To zwiększy liczbę dostępnych opcji energii odnawialnej oraz pomoże promować bardziej przyjazny dla środowiska styl życia.
