Термин «дрожжи» не имеет таксономического значения, он используется для обозначения микроорганизмов, относящихся к царству грибов и имеющих преимущественно одноклеточное строение. Считается, что в процессе эволюции дрожжи утратили способность к образованию длинных нитей-гифов и мицелия, характерных для других грибов (в том числе плесеней), что было связано с переходом к обитанию в жидких и полужидких, богатых органическими веществами субстратах. Однако известны дрожжи, способные формировать ложный мицелий. Даже современные молекулярно-генетические исследования пока не позволили внести ясность в вопрос степени взаимосвязи дрожжей с другими грибами.

В настоящее время описано около 1500 видов дрожжей, относящихся к аскомицетам и базидиомицетам. К давно и широко применяющимся признакам классификации дрожжей относят фенотипические и биохимические свойства: морфологию клеток, способность к образованию псевдогифов, способы бесполого и полового размножения, способность к утилизации различных азот- и углеродсодержащих соединений. Недостатками традиционных методов исследований дрожжей являются трудоемкость, длительность, неточность результата. Для точной идентификации могут быть использованы молекулярно-генетические методы. На первом этапе определяют соотношение гуанина и цитозина в ядерной ДНК, которое существенно отличается у аскомицетных (28-50 моль%) и базидиомицетных грибов (50-70 моль%). Наиболее надежным современным методом идентификации дрожжей является определение структуры ядерных и митохондриальных генов (например, 26S и 18S р-ДНК), однако такие исследования можно провести не в каждой лаборатории. В настоящее время разрабатываются более доступные, ускоренные методы, в которые входят диагностические зонды и основанные на чипах системы. Методы, основанные на полиме - разной цепной реакции (ПЦР), в том числе снятие «отпечатков пальцев» ПЦР- микросателлитов, AFPL - определение полиморфизма длины амплифициро- ванных фрагментов, RFLP- определение полиморфизма длины фрагментов рестрикции, RAPD - ПЦР полиморфной ДНК, амплифицированной случайным образом, дают возможность дифференциации отдельных штаммов дрожжей и установления источника их попадания.

В то же время микологи отмечают, что таксономия дрожжей пока остается в достаточно неопределенном состоянии и постоянно меняется. Большое количество синонимов, обозначающих один и тот же вид, затрудняет идентификацию видов дрожжей и анализ информации. Так, например, хорошо изученные молочные дрожжи Kluyveromyces marxianus, геном которых был впервые секвенирован в 2006 г., в разных источниках могут называться Saccharomyces lactis, Zygosaccharomyces lactis, Kluyveromyces lactis и другими терминами (около 20), a Candida kefyr - это то же самое, что и Saccharomyces kefyr, Candida pseudotropicalis, Candida pseudotropicalis var. lactosa, Saccharomyces fragrans и др. В работе, посвященной геносистематике дрожжей рода Kluyveromyces, выполненной Н. Н. Сухотиной в ФГУП НИИ генетики и селекции промышленных микроорганизмов, было показано, что вид К. marxianus не является гомогенным и включает три дивергентные популяции: природные, молочные кос- мополитные и эндемичные дрожжи.

В этой ситуации сохраняет свое значение исследование фенотипических и биохимических признаков дрожжей. Ниже обобщены их наиболее характерные свойства, имеющие значение для молочной отрасли.

Дрожжи, как и все грибы, имеют эукариотическое строение клетки, с четко выделенным ядром, митохондриями, эндоплазматической сетью и комплексом Гольджи и 80S рибосомами, которые можно увидеть под электронным микроскопом. При использовании светового микроскопа и увеличении 90x15 хорошо просматриваются крупные (обычно диаметром 5-10 мкм, но размеры могут варьировать от 2 до 30 мкм) круглые или овальные неподвижные клетки, имеющие толстую клеточную стенку и неоднородное содержимое (рис. 2.5). Применение специальных методов окраски препаратов позволяет увидеть в клетках гранулы гликогена, включения волютина и жировых капель. Считается, что дрожжи не образуют капсул, по Граму окрашиваются положительно.

Рис. 2.5
Морфология дрожжей Kluyveromyces marxianus:
а- окрашенный фуксином фиксированный препарат;
б - неокрашенный препарат «раздавленная капля».

Основной тип вегетативного размножения дрожжей - почкование (полярное на широком или узком основании, биполярное, мультилатеральное), однако у некоторых видов может наблюдаться равномерное деление. При половом размножении аскомицетные дрожжи образуют аскоспоры разнообразной формы (сферической с ровной и неровной поверхностью, шляповидные, сатур- новидные, удлиненные с отростками, игольчатые и др.).

По типу питания дрожжи относятся к хемоорганогетеротрофам, по отношению к кислороду это факультативные анаэробы, причем концентрация кислорода оказывает влияние на тип метаболизма углеводов - окисление или брожение. Оптимальная температура развития дрожжей близка к 25-30°С, однако они могут размножаться и при 5-12°С, т. е. в условиях холодильного хранения, а температурный максимум находится в пределах 60-70°С, что соответствует температуре сгущения в вакуум-выпарных аппаратах и низкотемпературным режимам пастеризации. Дрожжи способны расти в довольно широком диапазоне рН от 3 до 9, при этом предпочитают кислые среды (рН_0ПТ 4,5-5,5). Дрожжи относятся к осмофильным микроорганизмам, некоторые из них способны выдерживать концентрацию Сахаров до 55%, соли - до 8%.

К важным классификационным признакам дрожжей относится их способность окислять и сбраживать различные углеводы, в том числе мальтозу, сахарозу, галактозу, трегалозу и др. Л. С. Залашко исследовала способность к ассимиляции лактозы нескольких десятков штаммов дрожжей разных таксономических групп и предложила разделить их по отношению к лактозе на три группы:

I - использующие лактозу и способные вызывать ее брожение;

II - использующие лактозу путем прямого окисления;

 III- не использующие лактозу.

Способность дрожжей использовать компоненты молочного сырья обусловливает возможность их применения в молочной промышленности. Основы понимания роли дрожжей в производстве молочных продуктов, заложенные Сергеем Александровичем Королевым и развитые в работах Александры Михайловны Скородумовой, Натальи Сергеевны Королевой и их учеников, в обобщенном виде можно представить следующим образом:

• биологическая связь между молочнокислым и спиртовым брожением так неразрывно тесна, что размножение дрожжей является неизменным спутником молочнокислого процесса;
• присутствие дрожжей оказывает прямое или косвенное биологическое влияние на ход основных технологических процессов, а следовательно, и на качество продукта;
• возможность развития дрожжей в молоке и молочных продуктах ограничивается небольшим количеством видов, способных сбраживать лактозу, более низкими темпами размножения и скоростью использования лактозы по сравнению с молочнокислыми бактериями, а также относительно узким диапазоном оптимальной кислотности;
• дрожжи (и их экстракты) способны стимулировать развитие молочнокислых микроорганизмов в молоке и замедлять их вымирание в условиях длительного хранения и воздействия неблагоприятных факторов, что можно объяснить изменением кислотности, действием ферментов, витаминов, продуктов протеолиза белка;
• продукты метаболизма дрожжей (углекислый газ, спирт, антибиотики) способны подавлять развитие микрофлоры, вызывающей порчу продуктов и алиментарные заболевания (в частности, плесеней, кишечной и туберкулезной палочки);
• дрожжи оказывают влияние на органолептические показатели молочных продуктов; формируют вкус, запах, консистенцию кисломолочных продуктов, обогащают их витаминами, аминокислотами, ферментами.

Наиболее широко дрожжи используются при изготовлении кисломолочных напитков смешанного молочнокислого и спиртового брожения, причем первое место по объемам производства и популярности среди таких продуктов занимает кефир. В соответствии с современными требованиями ГОСТ продукт может называться кефиром, если он произведен с использованием закваски, приготовленной на кефирных грибках, без добавления чистых культур молочнокислых микроорганизмов и дрожжей, при этом содержание молочнокислых микроорганизмов в готовом продукте в конце срока годности составляет не менее 10⁷ КОЕ в 1 г продукта, а дрожжей - не менее 10⁴ КОЕ в 1 г продукта.

В состав кефирного грибка входят различные виды сбраживающих и не сбраживающих лактозу, спорообразующих и неспорообразующих дрожжей (по разным данным от 4 до 30 разных видов), среди которых наиболее часто упоминаются Kluyveromyces marxianus, Candida kefyr, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces unisporus, Torulospora delbrueckii, Pichia fermentans и синонимы названий этих видов.

Известны частные случаи применения дрожжей в сыроделии (при изготовлении слизневых сыров используют дрожжи родов Kluyveromyces, Debaryo- myces, Saccharomyces, Trichosporon и другие, которые входят в состав поверхностной слизи и участвуют в созревании) и маслоделии (при производстве кислосливочного масла правильно подобранные виды дрожжей способны предотвращать прогоркание масла и существенно продлевать сроки его хранения в нерегулируемых условиях).

Дрожжи широко используются для биотехнологической переработки сыворотки. При этом может быть получен целый ряд ценных продуктов (от кваса и БИО-ЗЦМ до спирта и ферментов), технологии и свойства которых достаточно подробно описаны в научной и учебной литературе. К новым, быстро развивающимся за рубежом направлениям можно отнести получение комплексных ферментных препаратов и олигосахаридов, в частности галактоолигосахаридов.