Saccharomyces carlsbergensis

Saccharomyces carlsbergensis (лат., также известный как Saccharomyces pastorianus) — это вид дрожжей класса сахаромицетов, используемый в пивоварении для производства лагерных сортов пива. Относится к группе низовых дрожжей (лагерных), сбраживающих сусло при низких температурах (6–15 °C). Вид является аллополиплоидным гибридом, возникшим в результате скрещивания Saccharomyces cerevisiae (верховые дрожжи) и Saccharomyces eubayanus (дикие дрожжи, обнаруженные в Патагонии и других регионах). Назван в честь датского города Карлсберг, где в 1883 году был впервые выделен в чистую культуру датским микробиологом Эмилем Хансеном.

История открытия

Пивоварение до XIX века

До конца XIX века пивовары использовали спонтанное брожение или смешанные культуры дрожжей, что приводило к нестабильному качеству пива. В 1870-х годах в Европе начались систематические исследования микроорганизмов, участвующих в брожении. В 1876 году французский химик Луи Пастер опубликовал работу «Исследования о пиве», в которой доказал, что брожение вызывается живыми микроорганизмами, а не химическими реакциями.

Выделение чистой культуры

В 1883 году датский микробиолог Эмиль Христиан Хансен, работавший в лаборатории пивоваренной компании Carlsberg, впервые выделил из образца пивного сусла чистую культуру низовых дрожжей. Он использовал метод разведения в жидкой среде и последующего пересева на твёрдую питательную среду. Выделенный штамм получил название Saccharomyces carlsbergensis в честь компании. Хансен также разработал метод получения чистой культуры дрожжей для промышленного пивоварения, что позволило стандартизировать процесс и повысить качество лагеров.

Переименование в Saccharomyces pastorianus

В 1904 году немецкий миколог Мартин Бейеринк предложил переименовать вид в Saccharomyces pastorianus в честь Луи Пастера. Однако название Saccharomyces carlsbergensis продолжало широко использоваться в пивоваренной промышленности и научной литературе. В 2000-х годах молекулярно-генетические исследования подтвердили, что S. carlsbergensis и S. pastorianus являются синонимами, причём вид представляет собой гибрид S. cerevisiae и S. eubayanus. В настоящее время Международный кодекс номенклатуры водорослей, грибов и растений рекомендует использовать название Saccharomyces pastorianus как приоритетное, однако в пивоваренной практике и русскоязычной литературе по-прежнему распространён термин Saccharomyces carlsbergensis.

Биологические характеристики

Морфология

Клетки Saccharomyces carlsbergensis имеют эллиптическую или округлую форму, размером 5–10 мкм в диаметре. Размножаются почкованием, при неблагоприятных условиях могут образовывать аскоспоры (сумкоспоры) в асках по 1–4 штуки. На твёрдых питательных средах (например, агар с суслом) образуют кремовые, гладкие колонии с ровным краем.

Физиология

• Температурный оптимум: 6–15 °C (низовое брожение), при температуре выше 20 °C рост замедляется, а при 30–35 °C клетки погибают.
• pH-оптимум: 4,0–5,5.
• Сбраживаемые сахара: глюкоза, фруктоза, мальтоза, мальтотриоза, сахароза. Не сбраживает лактозу и крахмал.
• Продукты метаболизма: этанол, углекислый газ, глицерин, органические кислоты (уксусная, молочная, янтарная), сложные эфиры, высшие спирты (сивушные масла).
• Устойчивость к этанолу: до 8–10 % об. (в зависимости от штамма).

Генетика

Вид является аллотетраплоидом: содержит два генома — от S. cerevisiae (около 12 млн пар оснований) и от S. eubayanus (около 11 млн пар оснований). Гибридизация произошла, по оценкам, около 500–600 лет назад, вероятно, в пивоварнях Баварии или Богемии. Геном S. carlsbergensis содержит около 6000 генов, из которых примерно 30 % унаследованы от S. cerevisiae, 40 % — от S. eubayanus, а остальные являются результатом рекомбинации и дупликации.

Классификация

Положение в систематике

• Царство: Грибы (Fungi)
• Отдел: Аскомицеты (Ascomycota)
• Класс: Сахаромицеты (Saccharomycetes)
• Порядок: Сахаромицетовые (Saccharomycetales)
• Семейство: Сахаромицетовые (Saccharomycetaceae)
• Род: Saccharomyces
• Вид: Saccharomyces carlsbergensis (синоним Saccharomyces pastorianus)

Отличия от Saccharomyces cerevisiae

• Температурный режим: S. cerevisiae — верховые дрожжи (18–25 °C), S. carlsbergensis — низовые (6–15 °C).
• Сбраживание мальтотриозы: S. carlsbergensis эффективнее сбраживает мальтотриозу, что даёт более сухой вкус пива.
• Образование диацетила: S. carlsbergensis продуцирует меньше диацетила (вещества с маслянистым привкусом), что делает лагеры более чистыми по вкусу.
• Флокуляция: S. carlsbergensis обычно имеет более высокую степень флокуляции (оседания на дно), что облегчает отделение дрожжей после брожения.

Применение в пивоварении

Производство лагеров

Saccharomyces carlsbergensis является основным микроорганизмом для производства лагерных сортов пива (Pilsner, Helles, Bock, Märzen, Dunkel, Schwarzbier и др.). Процесс включает:

1. Затирание: смешивание солода с водой, нагревание для активации ферментов.
2. Сусловарение: кипячение сусла с хмелем.
3. Охлаждение: до температуры 6–15 °C.
4. Брожение: добавление дрожжевой культуры, брожение длится 7–14 дней.
5. Лагерирование: выдерживание пива при низких температурах (0–4 °C) от 2 недель до нескольких месяцев для созревания и осветления.

Штаммы

В промышленности используется множество штаммов S. carlsbergensis, различающихся по:

• Степени сбраживания: от 65 % до 85 % (процент сброженного экстракта).
• Флокуляции: от низкой (порошкообразные) до высокой (хлопьевидные).
• Профилю вкуса: некоторые штаммы продуцируют больше эфиров (фруктовые ноты), другие — меньше.
• Устойчивости к стрессам: осмотическому давлению, этанолу, низким температурам.

Известные штаммы: W34/70 (Weihenstephan), S-23 (Saflager), TUM 34/70 (Technische Universität München), Carlsberg 1883 (исторический штамм).

Преимущества для пивоварения

• Низкотемпературное брожение: позволяет получать пиво с чистым, мягким вкусом, без резких эфирных нот.
• Высокая степень сбраживания: даёт сухое, лёгкое пиво.
• Хорошая флокуляция: облегчает осветление пива.
• Устойчивость к инфекциям: низовые дрожжи менее подвержены заражению дикими дрожжами и бактериями.

Научное значение

Модельный организм

Saccharomyces carlsbergensis используется в молекулярной биологии и генетике как модельный организм для изучения:

• Гибридизации и эволюции: механизмы образования аллополиплоидов.
• Регуляции метаболизма: контроль брожения, утилизации сахаров.
• Стрессоустойчивости: адаптация к низким температурам, осмотическому шоку.
• Промышленной микробиологии: оптимизация штаммов для производства биотоплива (этанола) и других биотехнологических продуктов.

Генетические исследования

В 2010-х годах были секвенированы геномы нескольких штаммов S. carlsbergensis (в том числе штамма CBS 1513, выделенного в 1883 году). Анализ показал, что вид содержит около 60 % генов от S. eubayanus и 40 % от S. cerevisiae, причём некоторые гены дублированы. Это делает S. carlsbergensis ценным объектом для изучения эволюции гибридных геномов.

Интересные факты

• Исторический штамм: оригинальный штамм, выделенный Эмилем Хансеном в 1883 году, до сих пор хранится в коллекции Carlsberg Laboratory (Дания) и используется для производства пива Carlsberg Pilsner.
• Название в честь компании: вид назван в честь пивоварни Carlsberg, что является редким случаем, когда микроорганизм получил название в честь коммерческой организации.
• Гибридное происхождение: S. eubayanus был обнаружен в Патагонии (Аргентина) только в 2011 году, что подтвердило гипотезу о гибридном происхождении S. carlsbergensis. Ранее считалось, что одним из родителей мог быть S. bayanus.
• Использование в других отраслях: помимо пивоварения, S. carlsbergensis применяется в производстве некоторых видов хлеба (с низким содержанием сахара), а также в биотехнологии для получения этанола из целлюлозного сырья.

Источники

• Barnett, J. A. (2003). A history of research on yeasts 8: taxonomy. Yeast, 20(14), 1213–1245.
• Dunn, B., & Sherlock, G. (2008). Reconstruction of the genome origins and evolution of the hybrid lager yeast Saccharomyces pastorianus. Genome Research, 18(10), 1610–1623.
• Libkind, D., et al. (2011). Microbe domestication and the identification of the wild genetic stock of lager-brewing yeast. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108(35), 14539–14544.
• Hansen, E. C. (1883). Undersøgelser over Alkoholgjærsvampenes Fysiologi og Morfologi. Meddelelser fra Carlsberg Laboratoriet, 1, 1–24.
• Boulton, C., & Quain, D. (2001). Brewing Yeast and Fermentation. Blackwell Science.