Polyfyleettinen sieniryhmä _ | |||||
---|---|---|---|---|---|
Hiivasolut Saccharomyces cerevisiae mikroskoopin alla | |||||
Nimi | |||||
Hiiva | |||||
otsikon tila | |||||
ei määritetty | |||||
Vanhemman taksoni | |||||
kuningaskunnan sienet ( sienet tai mycota ) | |||||
edustajat | |||||
Kaikki yksisoluiset sienet | |||||
|
Hiiva on ei- taksonominen ryhmä yksisoluisia sieniä , jotka ovat menettäneet myseelirakenteensa siirtyessään elämään nestemäisissä ja puolinestemäisissä substraateissa , joissa on runsaasti orgaanista ainesta . Yhdistää noin 1500 lajia , jotka kuuluvat departementteihin Ascomycota ja joskus Basidiomycota .
Ryhmän rajoja ei ole hahmoteltu selkeästi: monet sienet , jotka voivat lisääntyä vegetatiivisesti yksisoluisessa muodossa ja jotka siksi tunnistetaan hiivoiksi, muissa elinkaaren vaiheissa muodostavat kehittyneen rihmaston ja joissakin tapauksissa makroskooppisia hedelmäkappaleita. Ennen molekyylianalyysimenetelmien tuloa tällaiset sienet luokiteltiin erilliseksi hiivan kaltaiseksi ryhmäksi , mutta nyt niitä tarkastellaan yleensä yhdessä hiivojen kanssa. 18S rRNA :n tutkimukset ovat osoittaneet läheisen suhteen tyypillisiin hiivalajeihin, jotka pystyvät kasvamaan vain rihmaston muodossa [1] .
Hiivasolujen tyypilliset koot ovat halkaisijaltaan 3-7 mikronia , ja jotkut lajit voivat kasvaa jopa 40 mikronia [2] .
Hiivoilla on suuri käytännön merkitys, erityisesti leipomo- tai panimohiivalla ( Saccharomyces cerevisiae ). Jotkut lajit ovat fakultatiivisia ja opportunistisia patogeenejä . Tähän mennessä Saccharomyces cerevisiae -hiivan (ne olivat ensimmäiset eukaryootit , joiden genomi oli sekvensoitu kokonaan ) ja Schizosaccharomyces pomben [3] genomit on täysin selvitetty .
Venäjällä hiivaa kutsuttiin "käymissieniksi". Sanalla "hiiva" on juuri "vapina", joka juontaa juurensa protoslaavilaiseen sanaan "*droždži", joka on johdettu onomatopoeettisesta verbistä "*drozgati" "murskaa", "vaivaa" [4] . Sana "vapina" (sanasta "vapina") kuvaa tarkasti hiivan avulla tapahtuvan käymisen aikana tapahtuvia prosesseja. Englanninkielinen sana "yeast" (hiiva) tulee vanhan englannin sanoista "gist", "gyst", joka tarkoittaa "vaahtoa", "keittää", "antaa kaasua" [5] .
Hiiva on luultavasti yksi vanhimmista "kotiorganismeista". Ihmiset käyttivät niitä käymiseen ja leivontaan. Muinaisten Egyptin kaupunkien raunioista arkeologit ovat löytäneet myllynkiviä ja leipomoita sekä kuvia leipureista ja panimoista. Oletetaan, että egyptiläiset alkoivat valmistaa olutta vuonna 6000 eKr. e. ja vuonna 1200 eKr. e. hallinnut hiivaleivän leivontatekniikan ja happamattoman leipomisen [6] . Uuden substraatin käymisen aloittamiseksi ihmiset käyttivät vanhan jäänteitä. Tämän seurauksena eri tiloilla tapahtui vuosisatojen ajan hiivavalintaa ja muodostui uusia fysiologisia rotuja, joita ei tavattu luonnossa ja joista monet kuvattiin alun perin erillisiksi lajeina. Nämä rodut ovat samoja ihmisen toiminnan tuotteita kuin viljelykasvien lajikkeet [7] .
Vuonna 1680 hollantilainen luonnontieteilijä Anthony van Leeuwenhoek näki ensimmäisen kerran hiivan optisessa mikroskoopissa , mutta liikkeen puutteen vuoksi hän ei tunnistanut niistä eläviä organismeja [8] . Vuonna 1838 ranskalainen luonnontieteilijä Charles Cagnard de La Tour osoitti kokeellisesti, että hiivat eivät ole vain kemikaaleja, vaan eläviä organismeja, jotka kykenevät kasvamaan ja lisääntymään, ja alkuaineet ja reaktiotuotteet ovat yksinkertaisia kemiallisia yhdisteitä [9] . Erinomaiset kemistit J. Berzelius , J. Liebig ja F. Wöhler kuitenkin hylkäsivät hänen johtopäätöksensä . Cañar de La Tourin johtopäätösten oikeellisuuden todisti lopulta vuonna 1857 ranskalainen mikrobiologi Louis Pasteur teoksessaan "Mémoire sur la fermentation alcoholique". Pasteur osoitti kiistattomasti, että alkoholikäyminen ei ole vain kemiallinen reaktio , kuten aiemmin ajateltiin, vaan hiivan tuottama biologinen prosessi [10] [11] .
Vuonna 1881 tanskalaisen Carlsberg -yhtiön laboratoriotyöntekijä Emil Christian Hansen eristi puhtaan hiivaviljelmän ja käytti sitä ensimmäistä kertaa oluen valmistuksessa vuonna 1883 epävakaiden hapateviljelmien sijaan [6] . 1800-luvun lopussa Hansenin osallistuessa luotiin ensimmäinen hiivojen luokitus. 1900-luvun alussa ilmestyi hiivaviljelmien määrääviä tekijöitä ja kokoelmia. 1900-luvun jälkipuoliskolla hiivatiede ( zymologia ) alkoi käytännön asioiden lisäksi kiinnittää huomiota hiivan ekologiaan luonnossa, sytologiaan ja genetiikkaan.
1900-luvun puoliväliin saakka tutkijat havaitsivat vain ascomycete-hiivan sukupuolisykliä ja pitivät niitä erillisenä taksonomisena ryhmänä pussieläinten sieniä (ascomycetes) . Japanilainen mykologi Isao Banno onnistui vuonna 1969 saamaan aikaan sukupuolisen lisääntymiskierron Rhodotorula glutinis -lajissa , joka on basidiomykeetti. Nykyaikaiset molekyylibiologiset tutkimukset ovat osoittaneet, että hiivat muodostuivat itsenäisesti askomykeettien ja basidiomykeettien joukossa eivätkä edusta yhtä taksonia, vaan pikemminkin elämänmuotoa [12] .
Huhtikuun 24. päivänä 1996 ilmoitettiin, että Saccharomyces cerevisiae oli ensimmäinen eukaryoottinen organismi, jonka genomi (12 miljoonaa emäsparia) oli sekvensoitu kokonaan [13] . Sekvensointi kesti 7 vuotta ja siihen osallistui yli 100 laboratoriota [14] . Seuraava hiivaorganismi ja kuudes eukaryootti, jolla oli täysin dekoodattu genomi vuonna 2002 , oli Schizosaccharomyces pombe [15] , jossa oli 13,8 miljoonaa emäsparia.
Eri sieniryhmiin kuuluva hiiva voidaan erottaa sekä niiden elinkaaren ominaisuuksien perusteella että ilman sen havaintoa vain affiniteettimerkkien perusteella . Näitä ovat [16] :
Hiivat ovat kemoorganoheterotrofeja ja käyttävät orgaanisia yhdisteitä sekä energiana että hiilen lähteenä . He tarvitsevat happea hengitykseen , mutta sen puuttuessa monet lajit pystyvät saamaan energiaa käymisen kautta alkoholien vapautuessa ( fakultatiiviset anaerobit ). Toisin kuin bakteerit , hiivojen joukossa ei ole pakollisia anaerobeja, jotka kuolevat ympäristön hapen läsnä ollessa. Kun ilmaa johdetaan käymiskykyisen substraatin läpi, hiiva lopettaa käymisen ja alkaa hengittää (koska tämä prosessi on tehokkaampi), kuluttaa happea ja vapauttaa hiilidioksidia . Tämä nopeuttaa hiivasolujen kasvua ( Pasteur-ilmiö ). Kuitenkin, vaikka happea on saatavilla , hiiva alkaa fermentoida sitä ( Crabtree-ilmiö ) [17] , jos alustassa on korkea glukoosipitoisuus .
Hiiva on melko vaativa ravitsemuksellisesti. Anaerobisissa olosuhteissa hiiva voi käyttää energialähteenä vain hiilihydraatteja ja pääasiassa heksoosia ja niistä valmistettuja oligosakkarideja . Jotkut lajit ( Pichia stipitis , Pachysolen tannophilus , Phaffia rhodozyma ) sulattavat myös pentooseja , kuten ksyloosia [18] . Lajit Schwanniomyces occidentalis ja Saccharomycopsis fibuliger pystyvät fermentoimaan tärkkelystä [19] , laji Kluyveromyces fragilis - inuliini [20] . Aerobisissa olosuhteissa (hapen läsnä ollessa) sulavien substraattien valikoima on laajempi: hiilihydraattien lisäksi hajoavat rasvat , hiilivedyt , aromaattiset ja yksihiiliyhdisteet, alkoholit , orgaaniset hapot [21] [22] [23 ] ] [24] [25] . Monet muut lajit pystyvät käyttämään pentooseja aerobisissa olosuhteissa. Monimutkaisia yhdisteitä ( ligniini , selluloosa ) ei kuitenkaan ole saatavilla useimmille hiivoille (lukuun ottamatta joitakin Trichosporon -suvun lajeja , joilla on sellulolyyttistä aktiivisuutta) [26] .
Ammoniumsuolat voivat olla typen lähteitä kaikille hiivoille , noin puolella lajeista on nitraattireduktaasia ja ne voivat assimiloida nitraatteja . Urean ottoreitit ovat erilaisia ascomycetes- ja basidiomycetes-hiivoissa. Ascomyseetit ensin karboksyloivat sen, sitten hydrolysoivat sen, basidiomykeetit hydrolysoivat sen välittömästi ureaasientsyymillä .
Käytännön kannalta tärkeitä ovat hiivan sekundaarisen aineenvaihdunnan tuotteet, joita vapautuu pieniä määriä ympäristöön: fuselöljyt , asetoiini (asetyylimetyylikarbinoli), diasetyyli , butyyrialdehydi , isoamyylialkoholi , dimetyylisulfidi jne. Aistinvaraiset ominaisuudet . hiivan avulla saadut tuotteet riippuvat niistä [27] .
Hiivan elinympäristöt liittyvät pääasiassa runsaasti sokeria sisältäviin substraatteihin: hedelmien ja lehtien pintoihin (jossa hiiva ruokkii elintärkeitä kasvien eritteitä), kukkanektaria , kasvien haavamehua, kuollutta kasvimassaa jne. Hiivat ovat yleisiä myös maaperässä (erityisesti pentueessa ja orgaaniset horisontit ) ja luonnonvedet. Hiivat (suvut Candida , Pichia , Ambrosiozyma ) ovat jatkuvasti läsnä ksylofagien (puuta syövien hyönteisten) suolistoissa ja kanavissa, runsaat hiivayhteisöt kehittyvät lehtikirvojen vahingoittamiin lehtiin . Lypomyces -suvun edustajat ovat tyypillisiä maaperän asukkaita [28] . Hiivat, jotka assimiloivat hiilivetyjä (esim. Candida -suku ja muut) elävät joidenkin nokkos- ja korteviljelmien parafinoitujen suonien seinämien pinnoilla, huoltoasemien asfaltin pinnalla, lähellä öljykenttiä ja öljynjalostamoiden teollisuusjätteitä, kuten osa jätevedenpuhdistamoiden aktiivilieteestä [29] .
Hiivan erottuva piirre on kyky lisääntyä vegetatiivisesti yksisoluisessa tilassa. Sienten elinkaareen verrattuna tämä näyttää itiöiden tai tsygoottien orastumiselta . Monet hiivat kykenevät myös seksuaaliseen elinkaareen (sen tyyppi riippuu affiniteetista ), joka voi sisältää myseelivaiheita [30] .
Joissakin hiivamaisissa sienissä, jotka muodostavat myseeliä (suvut Endomyces , Galactomyces , Arxula , Trichosporon ), rihmasto voi hajota soluiksi (artrosporeiksi). Suvuissa Arxula ja Trichosporon artrosporit alkavat silmua muodostumisen jälkeen. Trichosporon -suvun sienissä vegetatiivisia endosporeja muodostuu myös rihmastosolujen sisällä.
Yksisoluisten ascomycete-hiivojen tyypillisin vegetatiivinen lisääntymistyyppi on silmuminen , vain Schizosaccharomyces pombe lisääntyy ei silmumisen, vaan binäärifission kautta [31] . Syntymiskohta on tärkeä diagnostinen ominaisuus: silmujen muodostuminen polaarissa johtaa orastavaan (sitruunan muotoinen, Saccharomycodes , Hanseniaspora , Nadsonia ) ja päärynän muotoisten ( Schizoblastosporion ) solujen muodostumiseen; multilateral ei muuta solun muotoa ( Saccharomyces , Pichia , Debaryomyces , Candida ). Suvuissa Sterigmatomyces , Kurtzmanomyces , Fellomyces , orastuminen tapahtuu pitkissä kasvussa (sterigmas) [32] .
Askomykeettihiivan orastuminen on holoblastista: emosolun soluseinä pehmenee, taipuu ulospäin ja synnyttää tytärsolun soluseinän.
Usein varsinkin Candida- ja Pichia -sukuisten ascomycete-hiivojen solut eivät eroa silmumisen jälkeen ja muodostavat pseudomyceliumin, joka eroaa todellisesta väliseinän kohdalla selvästi näkyvistä supistuksista ja on lyhyempi kuin edellisissä päätysoluissa.
Haploidisilla ascomycete-hiivasoluilla on kaksi pariutumistyyppiä: a ja α. Termiä " sukupuoli " ei käytetä, koska solut ovat morfologisesti identtisiä ja eroavat vain yhdessä geneettisestä lokusmatosta ( englannin kielestä parittelu - parittelu). Erityyppiset solut voivat fuusioitua ja muodostaa diploidisen a / α:n, joka antaa meioosin jälkeen 4 haploidista askosporia : kaksi a ja kaksi α. Ascomycete-hiivan vegetatiivinen lisääntyminen on mahdollista eri lajeissa joko vain haploidisessa vaiheessa tai vain diploidisessa vaiheessa tai molemmissa (haplo-diploidihiiva) [33] .
Basidiomykeettihiivan orastuminen on enteroblastista: emosolun soluseinä murtuu, munuainen tulee ulos aukosta ja syntetisoi soluseinänsä tyhjästä. Hiivasolujen jakautuminen basidiomykeeteille ei ole tyypillistä.
Tavallisen orastumisen lisäksi monet yksinomaan basidiomykeettihiivalajit (suku Sporidiobolus , Sporobolomyces , Bullera ) pystyvät muodostamaan vegetatiivisia ballistosporeja - itiöitä glykogeenilla täytetylle kasvulle . Glykogeenin hydrolyysin seurauksena paine kasvaa ja itiöt laukeavat jopa useiden millimetrien etäisyydeltä. Ballistosporien muodostumista testattaessa hiiva kylvetään petrimaljan kanteen kiinnitettyyn agar - ravinnealustaan . Hiivan kasvu alustalla tämän levyn alla tarkoittaa, että niissä on ballistosporeja ja että ne kuuluvat basidiomykeeteihin [34] [35] .
Seksuaalisen lisääntymisen aikana basidiomykeetissä, kun haploidiset hiivasolut sulautuvat (plasmogamia), ydinfuusiota (karyogamia) ei tapahdu; ja muodostuu dikaryoottinen solu, joka synnyttää rihmastoa. Jo rihmastossa esiintyy karyogamiaa ja muodostuu basidiosporeja , usein jopa hedelmäkappaleeseen ( lahko Tremellales ). Basidiomykeettien joukossa ainoa hiiva, joka ei muodosta rihmastoa edes seksuaalisen lisääntymiskierron aikana, on Xanthophyllomyces dendrorhus .
On huomattava, että basidiomykeettihiivan parittelutyypit eivät yleensä eroa yhdellä, vaan suurella määrällä lokuksia. Vain ne solut, joissa kaikki nämä lokukset ovat erilaisia, voivat sulautua, eli pariutumistyyppejä on enemmän kuin kaksi [36] .
Hiivan seksuaalisen lisääntymisen aikana mitkään kaksi solua eivät voi sulautua, vaan vain haploidiset solut eri parittelutyypeistä. Tällaisia soluja on kahta tyyppiä, jotka eroavat toisistaan yhden geneettisen lokuksen osalta, jota kutsutaan nimellä mat [37] ( englannin sanasta mating ). Lokus voi olla jossakin kahdesta alleelisesta tilasta: mat a ja mat α . Mat a -solut syntetisoivat sukupuolihormoneja , jotka antavat signaalin α-soluille. α-solut reagoivat α-soluihin aktivoimalla kalvoreseptoreita, jotka havaitsevat vain feromoneja vastakkaisen parittelutyypin soluista [36] . Siksi kahden identtisen solun fuusio on mahdotonta.
Fuusion jälkeen muodostuu a/α-genotyypin diploidisolu , jonka on muututtava aseksuaaliksi, jotta se ei enää sulautuisi, ja sitten tapahtuu meioosi . Solu saavuttaa tämän seuraavalla tavalla. Mat a -geeni koodaa a1-proteiinia, jolla on kaksi tehtävää:
A1- ja α2-proteiinit yhdessä aktivoivat α/a-spesifisiä geenejä, joita tarvitaan meioosin esiintymiseen .
Hiivat voivat muuttaa pariutumistyyppiään DNA - rekombinaation kautta . Tämä muutos soluissa tapahtuu noin 10-6 solua kohden. Solussa on mat- lokuksen lisäksi myös mat a- ja mat α -geenien kopioita : vastaavasti HMR ( eng. hidden mat right ) ja HML ( eng. hidden mat left ) [38] . Mutta nämä lokukset ovat hiljaisessa tilassa. Solu korvaa toimivan lokusmaton kopiolla . Tässä tapauksessa kopio tehdään lokuksesta, joka on vastakkaisessa alleelisessa tilassa. HO -geeni on vastuussa tästä prosessista . Tämä geeni on aktiivinen vain haploidisessa tilassa. HO - geeni koodaa endonukleaaseja , jotka leikkaavat DNA:ta mattolokuksessa. Eksonukleaasit poistavat sitten mattoalueen, ja HMR:n tai HML:n kopio korvataan sen tilalle [39] .
Ihminen on pitkään käyttänyt tiettyjä hiivatyyppejä leivän, oluen, viinin, kvassin jne. valmistukseen. Yhdessä tislauksen kanssa käymisprosessit ovat vahvojen alkoholijuomien tuotannon taustalla . Hiivojen hyödylliset fysiologiset ominaisuudet mahdollistavat niiden käytön biotekniikassa . Tällä hetkellä niitä käytetään ksylitolin [40] , entsyymien, elintarvikelisäaineiden tuotannossa ja öljysaasteiden puhdistamisessa.
Hiivoja käytetään laajalti myös tieteessä geenitutkimuksen ja molekyylibiologian mallieliöinä . Leipurihiiva oli ensimmäinen eukaryootti , jolla oli täysin sekvensoitu genominen DNA [3] . Tärkeä tutkimusalue on prionien tutkimus hiivassa.
Paistetun hiivaleivän valmistus on yksi vanhimmista tekniikoista [41] . Tässä prosessissa käytetään pääasiassa Saccharomyces cerevisiaea . Nämä hiivat suorittavat alkoholikäymisen ja muodostavat monia sekundaarisia metaboliitteja, jotka määrittävät leivän maun ja aromin . Alkoholi haihtuu paistamisen aikana. Lisäksi taikinaan muodostuu hiilidioksidikuplia , jolloin taikina "kohoaa" ja paistamisen jälkeen tekee leivälle kuohkeaa rakennetta ja pehmeyttä. Samanlaisen vaikutuksen saa aikaan lisäämällä taikinaan ruokasoodaa ja happoa (yleensä sitruunahappoa ), mutta tässä tapauksessa leivän maku ja aromi on huonompi kuin hiivalla tehdyn [42] .
Leivän makuun ja aromiin ei vaikuta ainoastaan leivän leivonnassa käytettyjen raaka-aineiden laatu, vaan myös entsymaattisten ja lämpöprosessien ominaisuudet - esimerkiksi amylaasien vaikutuksesta muodostuvat pelkistävät sokerit ovat kuin käymisalusta. , kun taas tuotteet ovat myös vähän haihtuvia aromaattisia aineita, ja aromaattiset aineet, jotka muodostuvat paahtamisen aikana aminohappojen , proteaasien ja lipoksigenaasien kanssa tapahtuvasta ei-entsymaattisesta reaktiosta, ovat myös erittäin tärkeitä [43] .
ViininvalmistusHiivoja esiintyy luonnollisesti rypäleen hedelmien pinnalla ; usein ne näkyvät marjoissa kevyenä päällysteenä, jonka muodostaa pääasiassa Hanseniaspora uvarum . "Aidona" viinihiivana pidetään lajia Saccharomyces cerevisiae , jota esiintyy luonnossa vain 1 rypäleessä 1000:sta [44] . Spontaanin käymisen indusoivat yleensä Pichia terricola , Metschnikowia pulcherrima ja Hanseniaspora uvarum , jotka vähitellen korvaavat entsymaattisesti vahvemmat lajit Lachancea thermotolerans ja Torulaspora delbrueckii , ja Saccharomyces cerevisiae suorittaa käymisen loppuun [45] . S. cerevisiaelle on tunnusomaista huomattavasti korkeampi etanoliresistenssi verrattuna muihin. Tämä johtaa useimmissa tapauksissa siihen, että hän voittaa kilpailun ja tukahduttaa muut lajit viinin käymisprosessissa [46] [47] .
Rypäleet kerätään ja murskataan mehuksi ( rypäleen puristemehu , rypäleen puristemehu ), joka sisältää 10-25 % sokeria. Valkoviinien valmistuksessa rypäleen puristemehusta erotetaan kuoppien ja kuorien seos ( massa ). Punaviinien valmistuksessa kivien ja kuorien seosta ei poisteta. Sitten käymisen seurauksena sokerit muuttuvat alkoholi- etanoliksi . Hiivan toissijaiset aineenvaihduntatuotteet sekä niistä viinin kypsytyksen aikana saadut yhdisteet määrittävät sen aromin ja maun [48] , ja maitohappobakteerit , kuten Oenococcus oeni [49] , ovat myös erittäin tärkeitä jo valmiiden kypsymisen yhteydessä. fermentoitua viiniä ja antaa sille aromin . Useiden viinien (esimerkiksi samppanjan ) saamiseksi käymisen jälkeen valmistetaan toisen kerran.
Käymisen lopettaminen liittyy joko sokerivarantojen ( kuiva viini ) loppumiseen tai hiivan etanolin myrkyllisyyskynnyksen saavuttamiseen. Sherry-hiiva Saccharomyces beticus , toisin kuin tavallinen hiiva (joka kuolee, kun alkoholipitoisuus liuoksessa saavuttaa 12 %), on kestävämpi. Aluksi sherryhiiva tunnettiin vain Etelä- Espanjassa ( Andalusiassa ), missä niiden ominaisuuksien ansiosta saatiin vahva viini - sherry (jopa 24%)[ mitä? ] pitkillä valotusajoilla) [50] . Ajan myötä sherryhiivaa löydettiin myös Armeniasta , Georgiasta , Krimistä jne. [51] Sherry-hiivaa käytetään myös joidenkin vahvojen oluiden valmistukseen [52] .
Panimo ja kvassPanimossa käytetään raaka -aineena viljaa (yleisimmin ohraa ), joka sisältää runsaasti tärkkelystä , mutta vähän hiivakäymiskelpoisia sokereita . Siksi tärkkelys hydrolysoituu ennen fermentointia [53] . Tätä varten käytetään amylaasientsyymejä , joita jyvä itse muodostaa itämisen aikana. Idättyä ohraa kutsutaan mallasiksi . Maltaat jauhetaan, sekoitetaan veteen ja keitetään, jolloin saadaan rypäleen puristemehu , joka käymisen jälkeen hiivalla. On olemassa pohja- ja yläkäyminen panimohiivoja (tämän luokituksen esitti tanskalainen Emil Hansen ).
Yläkäymishiivat (esim. Saccharomyces cerevisiae ) muodostavat "korkin" rypäleen puristemehun pintaan, pitävät parempana 14-25°C lämpötiloja (siksi yläkäymistä kutsutaan myös lämpimäksi) ja sietävät korkeampia alkoholipitoisuuksia. Pohja (kylmä) käymisen hiivat ( Saccharomyces uvarum , Saccharomyces carlsbergensis ) kehittyvät optimaalisesti 6-10 °C:ssa ja asettuvat fermentorin pohjalle .
Torulaspora delbrueckii [54] käytetään usein vehnäoluen valmistuksessa . Lambikkia valmistetaan käyttämällä hiivaa, joka on vahingossa lisätty fermentoriin ja joka kuuluu yleensä Brettanomyces -sukuun [55] .
Kvassia valmistetaan samanlaisen järjestelmän mukaan, mutta ohramaltaan lisäksi ruismallasta käytetään laajalti. Siihen lisätään jauhot ja sokeri, minkä jälkeen seos kaadetaan vedellä ja keitetään rypäleen muodostamiseksi. Tärkein ero kvassin ja oluen valmistuksen välillä on maitohappobakteerien käyttö hiivan lisäksi vierteen käymisen aikana .
Alkoholikäyminen on prosessi, joka johtaa etanolin ( CH 3 CH 2 OH ) muodostumiseen hiilihydraattien ( sokereiden ) vesiliuoksista joidenkin hiivatyyppien (katso käyminen ) vaikutuksesta aineenvaihdunnan tyyppinä .
Biotekniikassa sokeriruokoa , rehumaissia ja muita halpoja hiilihydraattilähteitä käytetään alkoholin valmistukseen. Fermentoituvien mono- ja oligosakkaridien saamiseksi ne tuhotaan rikkihapolla tai sienen amylaasientsyymeillä . Sitten alkoholin käyminen ja tislaus suoritetaan noin 96 tilavuusprosentin standardipitoisuuteen . [56] Saccharomyces -suvun hiivat muunnettiin geneettisesti fermentoimaan ksyloosia [57] , joka on yksi tärkeimmistä hemiselluloosan monomeereistä , mikä mahdollistaa etanolin tuoton lisäämisen käytettäessä kasviraaka-aineita, jotka sisältävät selluloosan ohella myös merkittäviä määriä hemiselluloosat. Kaikki tämä voi alentaa hintaa ja parantaa etanolin asemaa kilpailijassa hiilivetypolttoaineiden kanssa [58] .
Ravinto- ja rehuhiivaHiiva on runsaasti proteiineja . Hiivan proteiinipitoisuus voi nousta jopa 66 %:iin, kun taas 10 % massasta laskee välttämättömille aminohapoille . Hiivabiomassaa voidaan saada maatalousjätteistä, puuhydrolysaateista. Hiivamassan saanto ei riipu ilmasto- ja sääolosuhteista, joten sen käyttö on erittäin hyödyllistä ihmisten elintarvikkeiden ja rehujen rikastamisessa proteiinoilla. Hiivan lisääminen makkaroihin alkoi Saksassa jo 1910 -luvulla; 1930 -luvulla rehuhiivaa alettiin tuottaa Neuvostoliitossa, missä tämä teollisuus kehittyi erityisesti 1900-luvun jälkipuoliskolla [59] .
Siitä huolimatta lännessä valmistetaan ja myydään nykyään erilaisia hiivauutteisiin perustuvia tuotteita : Vegemite , Marmite , Cenovis jne. Venäjällä on samanlaisia tuotantolaitoksia, mutta niiden määrät ovat pieniä [60] . Uutteiden saamiseksi käytetään joko hiivaautolysaatteja (solut tuhoutuvat ja proteiini tulee saataville solujen itsensä entsyymien ansiosta) tai niiden hydrolysaatteja (tuhoaminen erityisillä aineilla). Niitä käytetään elintarvikelisäaineina ja ruokien maun lisäämiseen; Lisäksi on hiivauutteisiin perustuvia kosmeettisia tuotteita .
Myynnissä on myös deaktivoitua (lämpökäsittelyllä tapettua), mutta tuhoamatonta ravintohiivaa , joka on erityisen suosittu vegaanien keskuudessa korkean proteiini- ja vitamiinipitoisuutensa (erityisesti B-ryhmän ) sekä alhaisen rasvapitoisuutensa vuoksi. Jotkut niistä ovat rikastettuja bakteeriperäisellä B12 -vitamiinilla [61] .
Lääketieteelliset sovelluksetMonet tiedot eukaryoottien sytologiasta, biokemiasta ja genetiikasta saatiin ensin Saccharomyces -suvun hiivoista . Tämä tilanne pätee erityisesti mitokondrioiden biogeneesiin : hiiva osoittautui yhdeksi harvoista organismeista, jotka voivat olla olemassa vain glykolyysin seurauksena ja jotka eivät kuole mitokondrioiden genomin mutaatioiden seurauksena, jotka estävät niiden normaalin kehityksen [69] . Geenitutkimukselle on tärkeää hiivojen lyhyt elinkaari ja mahdollisuus saada nopeasti suuri määrä yksilöitä ja sukupolvia, mikä mahdollistaa erittäin harvinaistenkin ilmiöiden tutkimisen.
Tällä hetkellä hiivaprioneja tutkitaan intensiivisesti , koska ne ovat rakenteeltaan samanlaisia kuin aiemmin löydetyt nisäkäsprionit, mutta ovat ehdottoman turvallisia ihmisille [70] [71] ; niitä on myös paljon helpompi tutkia.
KombuchaKombucha on Zoogloea -sukuun ( zooglea ) kuuluva hiiva- ja etikkahappobakteerien yhdistys . Useimmiten havaittiin Brettanomyces bruxellensis- , Candida stellata- , Schizosaccharomyces pombe- , Torulaspora delbrueckii- , Zygosaccharomyces bailii- ja muiden hiivojen assosiaatioita useiden Acetobacteraceae -heimon kantojen kanssa [72] . Sen käyttö Venäjän valtakunnassa alkoi 1900 -luvulla ; ilmeisesti se tuotiin Venäjän ja Japanin sodan jälkeen .
Neuvostoliitossa tutkittiin 1950-luvulla aktiivisesti erilaisia luonnonaineita lääketieteelliseen käyttöön . Esitteessä "Kombucha ja sen lääkeominaisuudet" ( G. F. Barbanchik , 1954) mainittiin zooglea kombuchan ja sen viljelynesteen antimikrobiset ja anti -ateroskleroottiset ominaisuudet.
"Kuivahiiva" -nimellä myytävän tuotteen koostumus ei sisällä vain mikro-organismisoluja, vaan myös mineraalilisäaineita, joitain entsyymejä .
Hiivat pystyvät kasvamaan alustalla, jonka pH on alhainen (5,5 ja jopa alhaisempi), erityisesti hiilihydraattien , orgaanisten happojen ja muiden helposti hyödynnettävien orgaanisen hiilen lähteiden läsnä ollessa [73] . Ne kehittyvät hyvin 5-10 °C:n lämpötiloissa, jolloin rihmasienet eivät enää pysty kasvamaan.
Elinprosessissa hiiva metaboloi ruoan komponentteja muodostaen omia spesifisiä aineenvaihdunnan lopputuotteita . Samaan aikaan tuotteiden fysikaaliset, kemialliset ja sen seurauksena aistinvaraiset ominaisuudet muuttuvat - tuote "pilaantuu" [74] . Elintarvikkeissa olevat hiivakasvut näkyvät usein paljaalla silmällä pintapinnoitteena (esimerkiksi juustoissa tai lihatuotteissa ) tai alkavat käymisprosessia ( mehuissa , siirapeissa ja jopa melko nestemäisissä hilloissa ).
Zygosaccharomyces-suvun hiivat ovat pitkään olleet elintarviketeollisuuden tärkeimpiä pilaajia. Erityisen vaikeaa hallita niitä on se, että ne voivat kasvaa, kun läsnä on suuria pitoisuuksia sakkaroosia , etanolia , etikkahappoa , bentsoehappoa ja rikkidioksidia [75] , jotka ovat tärkeimpiä säilöntäaineita .
Jotkut hiivatyypit ovat fakultatiivisia ja opportunistisia patogeenejä , jotka aiheuttavat sairauksia ihmisille, joiden immuunijärjestelmä on heikentynyt .
Candida -suvun hiivat ovat ihmisen normaalin mikroflooran komponentteja, mutta varhaisessa vaiheessa kehon yleinen heikkeneminen vammojen , palovammojen , leikkausten, useiden onkologian yleisten sairauksien, sukupuolitautien, diabeteksen, pitkäaikaisen antibioottien käytön vuoksi. lapsuus ja vanhuus jne. Candida -suvun sienet voivat kehittyä massiivisesti aiheuttaen taudin kandidiaasi (sammas). Tämän sienen kantoja on useita, mukaan lukien melko vaarallisia. Normaaliolosuhteissa ihmiskehossa Candida -suvun hiivojen kehitystä rajoittaa ihmisen luonnollinen bakteerimikrobiomi ( laktobasillit jne.), mutta patologisen prosessin kehittyessä monet niistä muodostavat erittäin patogeenisiä yhteisöjä bakteerien kanssa [ 76] .
Cryptococcus neoformans aiheuttaa kryptokokkoosia , joka on erityisen vaarallinen HIV -tartunnan saaneille: heidän joukossaan kryptokokkoosin ilmaantuvuus on Yhdysvalloissa 7-8 % ja Länsi-Euroopassa 3-6 %. C. neoformansin solujaympäröi kova polysakkaridikapseli , joka estää niitä tunnistamasta ja tuhoamasta leukosyyttejä . Tämän lajin hiivaa löytyy useimmiten lintujen ulosteista huolimatta siitä, että linnut eivät itse sairastu.
Malassezia - sukuun kuuluvat lämminveristen eläinten ja ihmisten pakolliset symbiontit , joita ei löydy muualta kuin niiden ihosta. Kun vastustuskyky on heikentynyt, ne aiheuttavat pitiriasia (kirjava jäkälä), follikuliittia ja seborrooista ihottumaa . Terveillä ihmisillä, joilla talirauhaset toimivat normaalisti, Malassezia ei ilmene millään tavalla ja sillä on jopa positiivinen rooli, mikä estää vaarallisempien patogeenien kehittymisen [77] .