مخمر چیست؛ انواع مخمر، خوراکی‌ها و هر آنچه باید بدانید

مخمرها موجودات یوکاریوتی هستند. قطر آن‌ها حدود ۰٫۰۷۵ میلی‌متر است و اشکال مختلفی مانند کروی و رشته‌ای دارند. اندازه سلول مخمر کمتر از اندازه یک دانه ماسه است و فقط به کمک میکروسکوپ می‌توانید آن را ببینید. یک گرم مخمر حاوی ۲۰ میلیارد سلول مخمر است.

بیشتر مخمرها از شاخه قارچ‌های کیسه‌ای هستند و فقط تعداد کمی از آن‌ها از شاخه قارچ‌های چتری (بازیدیومیست‌ها) هستند. مخمرها موجودات تک سلولی هستند، بنابراین بزرگ نمی‌شوند تا به چیزی شبیه قارچ چتری تبدیل شوند.

صدها گونه مهم ازنظر اقتصادی از مخمرهای شاخه قارچ‌های کیسه‌ای وجود دارد. انواعی که معمولا در تولید نان و الکل استفاده می‌شود، سویه‌های انتخاب‌شده از ساکارومایسس سرویزیه هستند. برخی از مخمرها مانند کاندیدا آلبیکانس، هیستوپلاسما و بلاستوميسِس‌ پاتوژن‌های مضری برای انسان و حیوانات دیگر هستند. تاکنون، بیش از ۱۵۰۰ گونه مخمر شناسایی شده است. مخمرها در سراسر جهان در خاک و در سطوح گیاهی یافت می‌شوند.

اگرچه هر ارگانیسم مخمر فقط از یک سلول تشکیل شده است، سلول‌های مخمر با هم در کلنی‌های چند سلولی زندگی می‌کنند. آن‌ها طی فرایندی به نام «جوانه‌زنی» تولیدمثل می‌کنند به این شکل که برآمدگی کوچکی از سلول والدی ظاهر می‌شود، بزرگ و بالغ می‌شود و از سلول والدی جدا می‌شود. تعداد کمی از مخمرها به روش شکافت تولیدمثل می‌کنند به این صورت که سلول والدی به دو سلول مساوی تقسیم می‌شود.

وقتی ذخایر غذا کم یا محیط نامساعد می‌شود، مخمر سلول‌های مقاومی نام اسپور تولید می‌کند. اسپورها می‌توانند به مدت طولانی به حالت خفته بمانند و وقتی شرایط بهتر شد، جوانه بزنند. سلول‌های عادی و غیراسپور مخمر را می‌توان با منجمد کردن حفظ کرد. پژوهشگران آن‌ها را در دمای منفی ۸۰ درجه سانتیگراد هم نگهداری کرده‌اند و آن‌ها برای سال‌ها پایدار مانده‌اند.

مخمرها در محیط‌های قندی نظیر شهد میوه‌ها و گل‌ها فراوان هستند. آن‌ها اسپورهای کوچکی تولید می‌کنند و اسپورهای آن‌ها همه جا هستند. مخمرها روی مواد گیاهی درحال پوسیدن، میوه‌های فاسد تکثیر می‌شوند. این ارگانیسم‌ها به تجزیه مواد گیاهی کمک می‌کنند.

مخمرهای دریایی نیز وجود دارند و از منابع مختلفی ازقبیل آب‌های شیرین، جلبک‌های دریایی، ماهی‌ها و پستانداران دریایی جدا شده‌اند.

مخمرهایی ازجمله کاندیدا آلبیکانس، رودوتورلاروبرا، تورولوپسیس و تریکوسپورون کوتانئوم بین انگشتان پای انسان‌ها و روی پوست انسان‌ها زندگی می‌کنند و جزئی از فلور پوست به حساب می‌آیند. مخمرها را می‌توان در میکروبیوم روده انسان و سایر پستانداران و همچنین برخی از حشرات یافت.

مخمرها در طبیعت از بسیاری از موجودات با محافظت از آن‌ها یا کمک به سلامتی و تولیدمثل حمایت می‌کنند. در برخی از گل‌ها، مخمرهای ساکن روی گل دمای گل را بالا می‌برند و برای کمک به پراکنده کردن گرده، گرده‌افشان‌ها را جذب می‌کنند. برای برخی از گونه‌های مورچه، مخمرها به‌عنوان محافظت‌کننده دربرابر باکتری‌ها عمل می‌کنند.

در انسان، مخمرهای طبیعی موجود در روده به ایجاد میکروبیوم کمک می‌کنند و افزایش تنوع مخمرها به ما کمک می‌کند سالم بمانیم. فلور طبیعی درون دستگاه گوارشی ما که شامل مخمرها نیز می‌شود، کمک می‌کند دچار مشکلات گوارشی مختلفی نظیر اسهال و عفونت نشویم.

درحالی‌که بسیاری از افراد مخمر را با نان و الکل مرتبط می‌دانند، مخمرها برای کمک به انسان‌ها برای تهیه نان و الکل تکامل پیدا نکرده‌اند، بلکه برای بقا در کنام اکولوژیکی خودشان تکامل پیدا کرده‌اند. مخمرها تخمیر انجام می‌دهند (قند را می‌گیرند و الکل و دی اکسید کربن تولید می‌کنند). این فرضیه وجود دارد که این توانایی به‌عنوان راهی برای مبارزه با میکروارگانیسم‌های دیگر تکامل پیدا کرده است. مخمر تحمل الکل بالاتری دارد، بنابراین وقتی الکل تولید می‌کند باکتری‌های اطراف خود را از بین می‌برد و خودش باقی می‌ماند.

مخمر موجود زنده تک‌سلولی است که در طبیعت فراوان است و آن را می‌توان از بسیاری از مواد غنی از قند جدا کرد.

مخمر از ترکیبات آلی مانند قند به‌عنوان منبع انرژی استفاده می‌کند و برای رشد به نور خورشید نیاز ندارد. انواع مختلف مخمرها می‌توانند در طیف وسیعی از دماها زنده بمانند. برخی از مخمرها حتی دمای انجماد را تحمل می‌کنند.

مخمر برخلاف انسان‌ها می‌تواند با یا بدون اکسیژن زندگی کند:

• با اکسیژن: مخمر با اکسیژن می‌تواند تنفس و رشد کند. این روش تولید انبوه مخمرها است.
• بدون اکسیژن: مخمر از تخمیر قندها انرژی به دست می‌آورند. مخمرها به لطف داشتن آنزیم‌های خاص قندها به دی اکسید کربن، الکل و حرارت تبدیل می‌کنند. فرایند تخمیر همچنین طعم‌های مختلفی تولید می‌کند که در ایجاد طعم منحصربه‌فرد و لذیذ نان و سایر محصولات تخمیری نقش دارد.

مخمر پرکاربرد برای انسان‌ها ساکارومایسس سرویزیه است که در تولید نان و الکل (اتانول) استفاده می‌شود. ساکارومایسس سرویزیه می‌تواند از کربوهیدرات‌ها برای تولید دی اکسید کربن استفاده کند که موجب پف کردن خمیر نان می‌شود. فرایند تخمیر برای تولید غذاهای تخمیرشده (کامبوجا، کلم ترش، مشروبات الکلی، کاکائو) و بسیاری از ترکیبات دیگر مانند ویتامین‌ها، طعم‌دهنده‌ها و آنتی‌بیوتیک‌ها استفاده می‌شود.

در تولید نان مخمر اضافه می‌شود تا مقداری از قند موجود در خمیر را به دی اکسید کربن تبدیل کند که باعث ورآمدن نان می‌شود. یکی دیگر از محصولات متابولیسم قندها الکل است.

در تولید تجاری، سویه‌های انتخاب‌شده مخمر با محلولی از ملاس، نمک‌های معدنی و آمونیاک تغذیه می‌شوند. وقتی رشد مخمرها متوقف شد، آن‌ها از محلول غذایی جداسازی، شسته و بسته‌بندی می‌شود. مخمر برای پخت به شکل کیک‌های فشرده حاوی نشاسته یا به شکل دانه‌های خشک مخلوط با آرد ذرت به فروش می‌رسد.

مخمر تجاری حاوی ۵۰ درصد پروتئین است و منبع غنی از ویتامین‌های تیامین، ریبوفلاوین، نیاسین و فولیک اسید است. مخمرهای دریایی برای تولید بسیاری از مواد زیست‌فعال مانند اسیدهای آمینه، آنزیم‌ها، گلوکان‌ها، گلوتاتیون، فیتاز و ویتامین‌ها استفاده می‌شوند. این مخمرها پتانسیل استفاده در غذا، داروسازی، محصولات آرایشی و بهداشتی و موارد دیگر را دارند. از مخمرها حتی برای تولید تولید سوخت اتانول استفاده می‌شود.

امروزه نانوایان از مخمرهای انتخاب‌شده‌ای استفاده می‌کنند که در جهت افزایش ظرفیت تخمیر و بهره‌وری بالا مورد انتخاب قرار گرفته‌اند.

در طول فرایند تهیه نان، ورز دادن هوا را وارد خمیر می‌کند و به مخمر اجازه رشد می‌دهد. در جریان ورآمدن، مخمر تخمیر می‌کند و حباب‌های دی اکسید کربن تشکیل می‌شود و خمیر بالا می‌آید. در آغاز فرایند پخت کربن دی اکسید همچنان افزایش پیدا می‌کند. سپس مخمر در دمای حدود ۵۰ درجه سانتیگراد می‌میرد و الکل تولید شده تبخیر می‌شود.

سه نوع اصلی از مخمر نان تجاری وجود دارد: مخمر خشک فعال، مخمر فوری و مخمر تازه.

مخمر خشک فعال: اشکال خشک مخمر عملا مخمرهای زنده‌ای هستند که تاحدی کم آب می‌شوند تا غیرفعال بمانند و به صورت دانه‌های ریزی آسیاب می‌شوند. این سلول‌های مخمری خفته را می‌تواند برای چند ماه تا تاریخ انقضای آن‌ها در دمای اتاق نگهداری کرد، اما نسبت‌به حرارت حساس هستند.

مخمر خشک فعال پس از قرار گرفتن در معرض دمای بالاتر از ۴۸ درجه سانتیگراد شروع به مردن می‌کند. برای افزایش ماندگاری کیسه‌های سربسته آن را در کیسه محفوظ از هوا درون فریزر نگهداری کنید. قبل از اضافه شدن به دستور غذا، مخمر خشک فعال باید در شیر یا آب ولرم حل شود.

مخمر فوری: مخمر فوری ماندگاری بیشتری دارد و معمولا نسبت به مخمر خشک فعال قابل اطمینان‌تر و فعال‌تر است. مخمر فوری دانه‌های ریزتری نسبت‌به مخمر خشک فعال دارد. این افزایش سطح امکان فرایند آبرسانی مجدد سریع‌تر را فراهم می‌کند.

مخمر سریع‌الاثر نیز نوعی مخمر فوری است که به اندازه سایر اشکال فوری پایدار است، اما میکروارگانیسم‌ها طوری فرموله شده‌اند که به سرعت فعال می‌شوند. این نوع مخمر انتخاب عالی برای افرادی است که زمان کمی برای پخت دارند.

مخمر تازه: این نوع مخمر که معموله به صورت قالبی بسته بندی شده است، تنها شکل مخمر تجاری است که آب آن گرفته نشده است. با توجه به رطوبت بالا، مخمر تازه باید در یخچال نگهداری شود و در شرایط ایده‌آل فقط دو هفته دوام می‌آورد. اگر مخمر تازه در ظرف خیلی مرطوب یا کثیف نگهداری شود، در عرض یک هفته کپک‌های سفیدی در آن ظاهر می‌شود و دیگر نباید مخمر را مصرف کرد.

استارتر خمیر ترش: این نوع مخمر همچنین قدیمی‌ترین شکل مخمر است که برای اهداف آشپزی استفاده می‌شود. استارتر خمیر ترش درمقایسه‌با مخمر تجاری، کمترین پایداری و کمترین قوام را دارد.

به استارتر خمیر ترش به‌عنوان تله خانگی برای گرفتن مخمر وحشی که در هوا شناور است، فکر کنید. استارتر خمیر ترش که فقط از آرد و آب تهیه می‌شود، پر از نشاسته‌هایی است که مخمر دوست دارد. درنهایت، چندین گونه مختلف از مخمرها در شیشه به دام افتاده و تکثیر می‌شوند. برای زنده نگه داشتن استارتر، مخمرها را باید به‌طور منظم با آب و آرد بیشتری تغذیه کنید. علت اینکه مردم از چنین مخمری استفاده می‌کنند، طعم منحصر‌به‌فردی است که به غذا می‌دهد.

وقتی مخمر سالم است، نشاسته‌های موجود در آرد را می‌خورد، دی اکسید کربن آزاد می‌کند و حباب‌هایی را به خمیر شما اضافه می‌آید تا خمیر ورآید. تاریخ انقضای روی بسته مخمر ممکن است نشانه مفیدی برای این موضوع باشد که آیا مخمر هنوز زنده است یا نه، اما شرایط نگهداری نامطلوب می‌تواند زودتر از موعد آن را تخریب کند.

ساده‌ترین و موثرترین راه برای تشخیص اینکه آیا هنوز مخمر برای استفاده مناسب است، این است که مخمرها را در آب ولرم به هم بزنید. این کار علاوه بر کمک به حل گرانول‌ها، این فرصت را به شما می‌دهد تا ببینید که آیا واقعا مخمر فعال است. اگر مخمر هنوز زنده باشد، در سطح آب کف تشکیل می‌دهد. این بدان معنا است که میکروارگانیسم‌ها شروع به فعالیت و تولید دی اکسید کربن کرده‌اند. اگر چند دقیقه پس از این کار اتفاق خاصی رخ نداد، احتمالا میکروارگانیسم‌ها مرده‌اند.

جوش شیرین نوعی ماده قلیایی است که برای فعال شدن به اسید نیاز دارد. آن‌ها همدیگر را خنثی می‌کنند و دی اکسید کربن تولید می‌کنند. وقتی جوش شیرین (سدیم‌بی‌کربنات) در کنار ماده‌ای اسیدی مانند آب لیمو، سرکه یا دوغ استفاده شود، دی اکسید کربن تولید می‌کند و می‌تواند خمیرمایه کارآمدی در محصولاتی مانند کیک و کلوچه باشد.

بیکینگ پودر که از جوش شیرین (ماده قلیایی) و کرم تارتار (ماده‌ای اسیدی) تشکیل شده است، واکنش‌های شیمیایی مشابهی را می‌گذارند که دی اکسید کربن تولید می‌کند: وقتی با مایع در تماس می‌گیرد و اگر بیکینگ پودر دو مرحله‌ای بود، وقتی در طول فرایند پخت حرارت می‌بیند. بیکینگ پودر حاوی رقیق‌کننده‌هایی مانند نشاسته است که به‌عنوان بافر بین اسید و باز عمل می‌کند. محصول نهایی واکنش بیکینگ پودر، دی اکسید کربن و برخی از نمک‌های بی‌ضرر با طعم ضعیف هستند.

در سال‌های اخیر بسیاری مردم شروع به مصرف نوعی خاصی از مخمر به نام مخمر خوراکی یا تغذیه‌ای (NOOCH) کرده‌اند. از این مخمر می‌توان در مکمل‌های غذایی، به‌عنوان چاشنی و غذای عملکردی استفاده کرد.

مخمر تغذیه‌ای روش عالی برای دریافت مواد مغذی ضروری مانند پروتئین‌ها، ویتامین‌ها و مواد معدنی ازجمله موارد زیر است:

• پروتئین‌هایی که حاوی تمام ۹ اسیدآمینه ضروری مورد نیاز انسان هستند.
• فیبرهای غذایی و ویتامین‌های متعددی ازقبیل تیامین (B1) ریبوفلاوین (B2)، نیاسین (B3)، پیریدوکسین (B6) و اسید فولیک (B9).

مخمر تغذیه‌ای دارای سدیم کم و عاری از کلسترول و چربی است.

عصاره مخمر از مخمر تازه و طی عمل مشترک گرما و آنزیم‌های خاص مخمر تولید می‌شود: آنزیم‌ها پروتئین‌ها و درشت ملکول‌های دیگر موجود در سلول را به اجزای ریزتر می‌شکند و درنتیجه عصاره مخمر با ویژگی‌های معطر ایجاد می‌کند. وقتی دیواره مخمر می‌شکند، مواد شیمیایی ریز خود را آزاد می‌کند. سپس عصاره مخمر به وسیله روش مکانیکی که از نیروی گریز از مرکز استفاده می‌کند، از دیواره‌های سلولی جدا می‌شود.

مخمر ارگانیسم مدل خوبی برای پژوهش‌های علمی است، زیرا می‌توانید یک شبه مقدار زیادی از آن را تولید کنید. دو برابر کردن آن‌ها فقط یک و نیم ساعت طول می‌کشد، درحالی‌که اگر بخواهید کشت سلولی پستانداران را پرورش دهید، ممکن است چند هفته طول بکشد. در بسیاری از مواقع، مخمر دارای نسخه ساده‌ای از ماشین‌آلات ژنتیکی است که برای فرایندهای مشابه در موجودات پیچیده‌تر نیاز است. بنابراین، گاهی دانشمندان پژوهش‌های اولیه خود را روی مخمر انجام می‌دهند و سپس سعی می‌کنند نتایج امیدوارکننده خود را در سلول‌های پستانداران دنبال کنند.

مخمر ارگانیسم آزمایشگاهی شناخته‌شده‌ای است، بنابراین اگر دانش جدیدی درباره ساکارومایسس به دست آورید، می‌توانید داده‌های جدید را با داده‌های گذشته ارتباط دهید. اگر سراغ گونه‌ای بروید که مورد مطالعه قرار نگرفته است و به کشفی دست پیدا کنید، فقط یک تکه اطلاعات به شکل جداگانه خواهید داشت.

دانشمندان از مخمر ساکارومایسس سرویزیه برای کسب دانش بیشتر دراین‌باره استفاده می‌کنند که چگونه برخی از ژن‌ها در پاسخ به استرس فعال یا غیرفعال می‌شوند. آن‌ها از مخمرها برای بررسی پیچیدگی‌های ترجمه mRNA استفاده می‌کند که موجب می‌شود سلول‌ها پروتئین تولید کنند. این پژوهش‌ها زیست‌شناسی پایه ساکارومایسس سرویزیه را آشکار می‌کند، اما همچنین می‌تواند به درک فرایندهای سلولی در گونه‌های دیگر از مخمرهای بیماری‌زا گرفته تا انسان‌ها کمک کند.

از زمان طلوع بشریت، انسان‌ها رابطه خاصی با مخمرها داشته‌اند. پژوهش‌های جدید نشان می‌دهد استفاده از مخمرها برای تخمیر ممکن است قدمتی یک میلیون ساله داشته باشد و مربوط به زمانی باشد که انسان‌تباران اولیه با استفاده از مخمر میوه‌ها را تخمیر می‌کردند.

اولین سوابق شناخته‌شده درزمینه‌ی استفاده از مخمر برای مصارف سنتی‌تر مانند پخت نان از مصر باستان در سال‌های ۱۳۰۰ تا ۱۵۰۰ پیش از میلاد و در چین ۵۰۰ تا ۳۰۰ سال قبل از میلاد به دست آمده است. درحالی‌که شواهد استفاده از مخمر برای تولید نوشیدنی‌های تخمیری در سومر، بابل و گرجستان کنونی مربوط به ۶۰۰۰ سال قبل از میلاد است.

شواهد تاریخی نشان می‌دهد انسان‌ها در شمال چین، از ۵۰۰ سال قبل از میلاد، نوشیدنی‌های تخمیری را از مخمر وحشی تولید می‌کردند. شواهد مبنی بر استفاده از مخمر طبیعی برای تولید آبجو در ایران امروزی روی قطعات رسی که حداقل ۵۰۰۰ سال قدمت داشته‌اند، یافت شده است. براساس شواهد باستان‌شناسی، مصریان نیز درحدود ۱۰۰۰ سال قبل از میلاد، با استفاده از مخمر وحشی نان ورآمده درست می‌کردند.

پژوهشگران معتقدند استفاده از مخمر برای تخمیر غلات ازجمله کاربرد مرتبط با تولید تان بسیار قدیمی‌تر از تاریخ‌هایی است که شواهد باستان‌شناسی نشان داده‌اند. بنابراین، رابطه انسان و مخمر را می‌توان به‌عنوان یکی از قدیمی‌ترین روابط انسان و موجودات دیگر و احتمالا قدیمی‌ترین ارگانیسم اهلی‌شده درنظر گرفت.

در سال ۱۶۸۰ اولین توصیف ظاهر میکروسکوپی مخمر توسط آنتونی فان لیوونهوک انجام شد. فان لیوونهوک برای اولین بار باکتری‌ها و سایر موجودات کوچک را نیز مشاهده کرد. واژه مخمر تا سال ۱۸۵۹ با تخمیر مرتبط نبود تا اینکه در آن زمان، جی اچ. وان دن بروک که در هلند کار می‌کرد سلول‌هایی را شناسایی کرد که تخمیر انجام می‌دادند و تکثیر می‌شدند. او این سلول‌ها را مخمر نامید.

وقتی لوئی پاستور در سال ۱۸۵۷ فرایند تخمیر را کشف کرد، تاریخچه مخمر تحول پیدا کرد. پاستور معتقد بود عوامل مسئول فرایند تخمیر مخمرها هستند. او نقش کلیدی مخمرها را به‌عنوان میکروارگانیسم مسئول تخمیر الکلی مشخص کرد. او این اسرار را با اثبات این موضوع فاش کرد که سلول مخمر می‌تواند با یا بدون اکسیژن زندگی کند. پاستور همچنین متوجه شد مخمر برای طعم و بوی خاص نان ضروری است.

اولین تولید تجاری مخمر یا پرورش مخمر برای هدف فروش آن در دهه ۱۷۰۰ ظاهر شد. در این دوران، تولیدکنندگان تجاری سعی می‌کردند از کلنی بزرگی از مخمر تخمیرکننده در خمیر یا رازک برای استفاده عمدتا در تهیه آبجو حمایت کنند. قبل از معرفی این مخمرهای تجاری، منبع اصلی مخمر برای نانوایان و دیگران کف حاوی مخمر بود که از تخمیر کامل آبجو حاصل می‌شد. در دهه‌های ۱۷۸۰ و ۱۷۹۰، تولید مخمر فشرده در انگستان، آلمان و هلند آغاز شد.

اسناد مربوط به سال ۱۷۷۱ حاکی از روش خشک کردن ساده‌ای است که برای مخمر استفاده می‌شد که در آن ابتدا مخمر و خاکستر چوب را ترکیب می‌کردند و سپس برای خشک شدن بیشتر زیر آفتاب قرار می‌دادند. مخمر خشک‌شده برای اولین بار در سال ۱۸۲۲ در وین به‌طور تجاری فروخته شد. سایر روش‌های نگهداری مخمر شامل قرار دادن آن در بطری، پوشاندن آن را روغن و دفن آن زیر زمین برای خنک نگهداشتن آن بود.

در می سال ۱۹۹۶، اولین توالی کامل یوکاریوت‌ها یعنی مخمر ساکارومایسس سرویزیه تهیه شد. در آن زمان ژنوم این مخمر بزرگ‌ترین ژنومی بود که توالی‌یابی شده بود و شامل کمی بیش از ۲۰ میلیون جفت باز بود که در ۱۶ کروموزوم بسته‌بندی شده بودند.

مخمر درمجموع حدود ۶۰۰۰ ژن دارد و تقریبا یک سوم از این ژن‌ها با ژن‌های انسانی ارتباط دارند. این ژن‌ها با تغییرات نسبتا کمی در طول یک میلیارد سال تکامل که انسان و مخمر را از هم جدا کرده‌اند، باقی مانده‌اند. مخمر که زمانی فقط برای تهیه نان و الکل استفاده می‌شد، اکنون بینش‌های جدیدی درباره وجود خودمان در اختیار ما قرار می‌دهد.