مخمرها، میکرو ارگانیسم های زنده

مقدمه:

آیا می دانستید که مخمر خشک در واقع زنده است؟ اگر مواد صحیح را به آن اضافه کنید و مخلوط را خوب هم بزنید، حاصل مخلوط زنده ای پر از حباب خواهد بود. اما برای این اتفاق چه شرایطی لازم است؟ مخمر برای فعال و بزرگ شدن به چه چیزی نیاز دارد؟ فعالیت علمی زیر را انجام دهید تا پاسخ این سوال را بیابید.

پیش زمینه:

مخمرها موجودات میکروسکوپی یا میکرو ارگانیسم هایی هستند که در گروه قارچ ها قرار می گیرند. بدان معنا که این موجودات بیشتر شبیه قارچ هایی که می شناسیم هستند تا گیاهان، حیوانات و یا باکتری ها. (باکتری ها نیز میکرو ارگانیسم هستند.) این موجودات کوچک ممکن است عجیب و غریب و متفاوت به نظر برسند، اما سال هاست که مردم از آنها برای حجم دادن به نان استفاده می کنند. اما این اتفاق چگونه می افتد؟ این پدیده ناشی از متابولیسم (سوخت و ساز) مخمرها یا به عبارت دیگر موادی که می خورند و به چیزهای دیگر تبدیل می کنند است.

مانند ما انسان ها، مخمرها نیز برای رشد و تولید مثل (تولید مخمرهای بیشتر) باید مواد غذایی مورد نیاز خود را از محیط اطراف دریافت کنند. این موجودات چه می خورند؟ مخمرها از قند و نشاسته تغذیه می کنند که در خمیر نان به فراوانی موجود است. آنها این غذا را به انرژی تبدیل می کنند و گاز کربن دی اکسید را نیز به عنوان محصول از خود آزاد می کنند. این فرآیند به نام تخمیر شناخته شده است. گاز کربن دی اکسیدی که در طول فرآیند تخمیر تولید می شود نان را نرم و اسفنجی می کند. مخمرها گاز کربن دی اکسید را زمانی تولید می کنند که خمیر پیش از پخت اجازه ی بالا آمدن را پیدا می کند.

مواد و وسایل مورد نیاز:

سه عدد بطری پلاستیکی دو لیتری
 قاشق غذاخوری برای اندازه گیری
 شکر سفید
 نمک، جوش شیرین یا سرکه
 ماژیک (اختیاری)
 فنجان برای اندازه گیری
 آب گرم
 یک کاسه ی متوسط با گنجایش حداقل دو لیتر
 شش بسته مخمر خشک
 سه عدد بادکنک با اندازه ی استاندارد
 ساعت یا زمان سنج

آماده سازی:

هر سه بطری پلاستیکی را خوب بشویید و هر گونه برچسب را از روی آنها جدا کنید.
 دو قاشق غذاخوری شکر به دو بطری از سه بطری خود اضافه کنید. به نظر شما شکر چه تأثیری بر روند فرآیند تخمیر دارد؟
 به یکی از بطری هایی که داخلش شکر ریخته اید، دو قاشق غذاخوری نمک، جوش شیرین یا سرکه اضافه کنید. به نظرتان اضافه کردن نمک، جوش شیرین یا سرکه چه تأثیری بر عملکرد مخمر دارد؟
 در طول انجام آزمایش دقت کنید که به هر بطری چه موادی را اضافه می کنید. اگر لازم است می توانید با یک ماژیک روی بطری ها اطلاعات لازم را یادداشت کنید.

روش کار:

حداقل هشت فنجان آب کاملاً گرم داخل کاسه ی متوسط خود بریزید. آب گرم را از شیر ظرفشویی بریزید. دمای آن باید طوری باشد که نتوانید دست خود را زیر شیر آب بگیرید.
 با آب گرم داخل کاسه، حداقل دو فنجان و نیم (یا به اندازه ی یک سوم حجم بطری) آب داخل هر سه بطری بریزید. سپس در بطری ها را ببندید و هر کدام را خوب تکان بدهید تا محلولی یک دست حاصل شود.
 به هر کدام از بطری ها دو بسته مخمر خشک اضافه کنید. سپس در بطری ها را ببندید و آن ها را به آرامی تکان دهید تا مخمرها به خوبی با بقیه ی مواد مخلوط شوند.
 حال در بطری ها را بردارید و یک بادکنک روی در هر بطری طوری قرار دهید که سر بادکنک به طور کامل روی در بطری ها قرار بگیرد و هیچ منفذی برای عبور هوا وجود نداشته باشد. فکر می کنید چرا مهم است که هیچ راه نفوذی برای هوا در سر بادکنک ها وجود نداشته باشد؟
 بطری ها را در محیطی نسبتاً گرم قرار دهید و اجازه دهید به مدت 45 دقیقه در آن حالت باقی بمانند. مراقب باشید که نور مستقیم خورشید به بادکنک ها نتابد. بادکنک ها با گذشت زمان چه تغییری می کنند؟
 پس از گذشت 45 دقیقه بطری ها و بادکنک های متصل به آنها را بررسی کنید. کدام بادکنک ها باد شده اند؟ اندازه ی آنها چقدر است؟ آیا تفاوتی در محتویات داخل بطری ها مشاهده می کنید؟
 مخمر در کدام محیط بیشترین میزان کربن دی اکسید را تولید کرده است؟ این نتایج چه چیزی را در مورد شرایط مورد نیاز جهت انجام فرآیند تخمیر بیان می کند؟

آزمایش های تکمیلی:

برای کمّی کردن نتایج خود می توانید آزمون جابه جایی آب را انجام دهید. برای این منظور یک کاسه ی بزرگ را پر از آب کنید و آن را در یک کاسه  یا ماهیتابه ی بزرگ تر قرار دهید. سپس خیلی سریع سر بادکنکی که می خواهید هوای داخل آن را اندازه گیری کنید ببندید به طوری که هیچ گازی از آن خارج نشود. حال بادکنک را داخل کاسه ی آب فرو کنید. می توانید حجم آبی را که از کاسه بیرون می ریزد اندازه بگیرید تا از این طریق حجم هوای داخل بادکنک را به دست بیاورید. حجم هوای داخل سه بادکنک چه میزان با هم تفاوت دارند؟
 یکی دیگر از شرایط زیست محیطی که بر عملکرد مخمر و فرآیند تخمیر تأثیرگذار است دماست. برای بررسی تأثیر این پارامتر می توانید چند بطری با شرایط یکسان تهیه کنید و آنها را در مکان های متفاوت با دماهای مختلف قرار دهید. پس از گذشت 45 دقیقه ابعاد بادکنک ها چه اندازه با هم متفاوت است؟
 می توانید این فعالیت علمی را یک مرتبه ی دیگر انجام دهید و این بار فقط بر تأثیر انواع مختلف شکر بر تولید کربن دی اکسید تمرکز کنید. شکرهای مختلف چگونه بر میزان تولید کربن دی اکسید توسط مخمرها تأثیر می گذارند؟

مشاهده و نتیجه گیری:

آیا بادکنکی که روی بطری حاوی مخمر و آب است باد نمی شود؟ آیا بادکنک روی بطری ای که فقط شکر به آن اضافه شده است بیشتر از همه باد می شود؟
مخمرها با مصرف شکر علاوه بر تولید انرژی، گاز کربن دی اکسید نیز از خود آزاد می کنند. این فرآیند تخمیر نام دارد. در این فعالیت علمی بادکنک های روی بطری ها با کربن دی اکسید تولید شده در فرآیند تخمیر باد می شوند. در مورد بطری  اول که داخلش فقط مخمر است و شکر ندارد، مخمرها غذایی برای مصرف در اختیار ندارند. به همین دلیل بادکنک روی بطری اول باد نمی شود. مخمرهای بطری بعدی که داخل آن مخمر و شکر وجود دارد (و نمک، جوش شیرین یا سرکه اضافه نشده است.) کربن دی اکسید زیادی تولید می کنند و بادکنک باد می شود. با اضافه کردن نمک، جوش شیرین و یا سرکه، مخمرها میزان کمتری کربن دی اکسید تولید می کنند و در نتیجه بادکنک کمتر باد می شود؛ چرا که اضافه کردن این مواد محیط اطراف مخمرها را تغییر می دهد و آن را از حالت ایدهآل خارج می کند. درواقع اضافه کردن نمک میزان شوری محیط را افزایش می دهد، و اضافه کردن جوش شیرین یا سرکه pH محیط را تغییر می دهد و محیط در مقایسه با حالت خنثی که تنها آب وجود دارد به ترتیب به سمت قلیایی یا اسیدی می رود.

تمیز کردن:

پس از انجام این فعالیت علمی، مخمرها را به عنوان زباله دور بریزید و به هیچ وجه آنها را بدون رقیق کردن با آب داخل سینک ظرفشویی نریزید، چرا که با انبساط خود باعث آسیب به لوله ها می شوند.

منبع: Yeasty Beasties

بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان

تنظیم: نیلوفر یاقوتی