العلاقة بين تكاثر الخميرة وتوافر السكر هي

إن العلاقة بين تكاثر الخميرة وتوافر السكر هي أنه

كلما زادت كمية السكر زاد نشاط الخميرة وتكاثرها

، فالخميرة تحصل على الطاقة من السكريات البسيطة والنشويات المعقدة، ولذا نجد أن كل المعجنات التي يتم إضافة الخميرة لها تقريبًا لا بد وأن يتم وضع كمية من السكر كذلك معها. [1]

ما هي الخميرة

إن الخميرة عبارة عن كائنات دقيقة من نوع الفطريات، أي أنها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالفطر أكثر من ارتباطها بالحيوانات والنباتات أو البكتيريا، ويتم استخدامها منذ آلاف السنوات لصنع المعجنات، وهذا يتعلق بعملية التمثيل الغذائي للخميرة، ومثل كل البشر لا بد وأن تحصل الخميرة على الطعام من بيئتها المحيطة حتى تنمو وتتكاثر، وغذاء الخميرة هو السكريات والنشويات والتي تتواجد بكثرة في العجينة، ومن ثم تقوم بتحويل هذا الغذاء إلى طاقة وإطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون، وتُعرف تلك العملية باسم التخمير. [2]

ماذا يحدث للخميرة مع وجود السكر

مثل الخلايا التي توجد في جسم الإنسان، والتي

تحصل على الطاقة اللازمة لها من السكر

، ويمكنها كذلك تحطيم الكربوهيدرات الكبيرة مثل النشويات في الدقيق إلى سكريات بسيطة، وهي التي يتم هضمها بعد هذا، ومن الممكن أن تقوم الخميرة بالحصول على المزيد من الطاقة عن طريق السكر وخاصة مع وجود الأكسجين في بيئتها، أما مع عدم وجود الأكسجين فإن الخميرة تتحول إلى عملية تُعرف باسم التخمير.

ومع التخمير يكون بإمكان الخميرة أن تحصل على الطاقة من السكر، إلا أنه يتم الحصول على طاقة أقل من كل جزيء سكر، إلى جانب الحصول على طاقة أقل مع التخمير، إذ أن المنتجات النهائية التي يتم الحصول عليها من عملية التمثيل الغذائي للسكر في الخميرة أيضًا مختلفة، وعند توافر الأكسجين تنقسم جزيئات السكر إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، بالإضافة للطاقة التي تقوم الخميرة باستخدامها للنمو والتكاثر، أما مع عدم توافر الأكسجين فإن جزيئات السكر لا تتحلل تمامًا، والمنتجات النهائية تكون الكحول (مع ذرتين من الكربون) وثاني أكسيد الكربون (ذرة كربون واحدة) والماء، كما يتم استخراج طاقة بكمية أقل من كل جزيء سكر، وهي الطاقة التي يمكن استخراجها من الكحول عند عدم وجود الأكسجين.

تجربة تفاعل الخميرة والسكر

من الممكن القيام بتجربة الخميرة والسكر في المنزل من خلال استخدام عددًا من المكونات الموجودة بالفعل في المطبخ، وفي التالي كل اللازم لإحراء تلك التجربة: [2]

المواد المطلوبة

ملعقة قياس.
أكواب القياس.
ساعة أو مؤقت.
ماء الصنبور الدافئ.
سكر المائدة الأبيض.
ملح، صودا الخبز أو خل.
علامة دائمة (اختياري).
ثلاث بالونات لاتكس قياسية.
3 زجاجات بلاستيكية سعة 2 لتر.
وعاء حجمه متوسط، أي تقريبًا 2 لتر على الأقل.
6 عبوات من الخميرة الجافة أو ما يعادلها من برطمان.

التحضيرات

يتم شطف كل زجاجة بالماء جيدًا وإزالة أي ملصقات عليها.
ثم إضافة ملعقتين كبيرتين من السكر إلى زجاجتين فقط من الثلاث زجاجات.
ثم إضافة 2 ملعقة كبيرة من الملح أو صودا الخبز أو الخل إلى واحدة من تلك الزجاجات التي تم إضافة السكر إليها.
وعلى مدار وقت التجربة، يجب تتبع ما تم إضافته إلى كل زجاجة، ومن الممكن وضع علامة على الزجاجات ليمكن التفريق بين كل منها.

طريقة إجراء التجربة

يتم ملأ وعاء متوسط الحجم بثمانية أكواب من ماء الصنبور الدافئ على الأقل، ومن الأفضل ضبط درجة حرارة الماء الساخن القادم من الصنبور إلى أن يصبح ساخنًا جدًا بحيث لا يمكن وضع اليد أسفله، إذ يتم استخدام درجة حرارة المياه تلك لملء الوعاء.
باستخدام المياه الساخنة من الإناء، يتم ملأ كل زجاجة تقريبًا بكوبين ونصف من الماء، ثم إعادة غطاء كل زجاجة مع رجها بصورة جيدة من أجل إذابة كل المكونات.
ولكل زجاجة يتم إضافة عبوتين من الخميرة الجافة أو ملعقتين كبيرتين، ثم إعادة الغطاء إلى الزجاجات ورج كل واحدة برفق حتى تختلط الخميرة.
ثم القيام بإزالة كل الأغطية وتمديد بالونًا بالكامل فوق فوهة الزجاجة بحيث يتم غلقها من كل الحواف.
تُترك الزجاجات حتى ترتاح في مكان دافئ حوالي 45 دقيقة، ثم تُحفظ البالونات بعيدًا عن أشعة الشمس المباشرة.
وبعد مرور 45 دقيقة وليس أقل من هذا، يتم القيام بفحص الزجاجات والبالونات، حتى نكتشف أي البالونات أصبحت منتفخة؟ وما هو حجمها مقارنة ببعضها البعض؟ وهل هناك أي ملاحظة وأي اختلافات في محتويات الزجاجات؟ وفي أي بيئة أنتجت الخميرة أكبر نسبة من ثاني أكسيد الكربون؟
نشاط إضافي يمكن إجراؤه:

من الممكن تحديد النتائج من ذلك النشاط من خلال استخدام اختبار إزاحة الماء، وللقيام بهذا يمكن ملء إناء كبير بالمياه بالكامل ثم وضعه في صينية أو إناء أكبر، ثم يتم ربط البالون المرغوب في قياسه بسرعة حتى لا يُسمح للغاز بالهرب، ثم غمر البالون في المياه، ومن الممكن قياس كمية الماء التي فاضت من الإناء إلى الدرج من أجل تحديد مقدار الماء الذي أزاحه البالون، وبالتالي حجم غاز ثاني أكسيد الكربون داخل البالون، وإذا تم تحديد النتائج، يتم معرفة مدى اختلاف أحجام البالونات بالضبط.
نشاط إضافي يمكن إجراؤه:

هناك حالة بيئية كذلك قد تؤثر على نشاط الخميرة وعملية التخمير، وهي درجة الحرارة، فمن الممكن استكشاف ذلك من خلال تحضير عدة زجاجات باستخدام الظروف نفسها، ويتم وضع كل زجاجة في مكان مختلف بدرجات حرارة مختلفة، وبعد مرور 45 دقيقة، يتم ملاحظة كيف تختلف أحجام البالونات.

نتائج التجربة

حينما تأكل الخميرة السكر وتقوم بتحويله إلى طاقة، فإنها أيضًا تنتج ثاني أكسيد الكربون، وتُعرف تلك العملية بعملية التخمير، وفي ذلك النشاط لا بد أن تكون البالونات الموضوعة على الزجاجات قد حبست ثاني أكسيد الكربون الذي أنتجته الخميرة خلال التخمير، فنجد نتائج الثلاث زجاجات كالتالي:

في الزجاجة التي بها الخميرة ولكن ليس بها سكر، لم تستطع الخميرة الحصول على طعام (أي السكر) ولذا لا يجب أن يكون البالون منتفخًا.
في الزجاجة التي بها الخميرة والسكر (ولكن ليس بها الملح أو صودا الخبز أو الخل)، يجب أن تكون الخميرة قد نمت وزادت وصنعت كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، وبالتالي أدت إلى انتفاخ البالون بشكل واضح.
وفي الزجاجة التي تم بها وضع الملح أو صودا الخبز أو الخل، ينبغي أن تكون الخميرة قد أنتجت كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون، وبالتالي يؤدي إلى انتفاخ البالون بدرجة أقل مما كانت عليه عندما تم استخدام السكر فقط، وهذا لأن إضافة تلك المواد قد غيرت البيئة وجعلتها غير مثالية للخميرة، أي أن إضافة الملح قد أدت لزيادة ملوحة البيئة، وأيضًا أدت إضافة صودا الخبز أو الخل لتغيير درجة الحموضة في البيئة، وبالتالي جعلها قاعدية أو حمضية على التوالي، بالمقارنة مع البيئة المحايدة التي وفرها الماء العادي.