مقدمه:

آیا می‌دانستید که مخمر خشک در واقع زنده است؟ اگر مواد صحیح را به آن اضافه کنید و مخلوط را خوب هم بزنید، حاصل مخلوط زنده‌ای 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.

پیش‌زمینه:
مخمرها موجودات میکروسکوپی یا میکرو ارگانیسم‌هایی هستند که در گروه قارچ‌ها قرار می‌گیرند. بدان معنا که این موجودات بیشتر شبیه قارچ‌هایی که می‌شناسیم هستند تا گیاهان، حیوانات و یا باکتری‌ها. (باکتری‌ها نیز میکرو ارگانیسم هستند.) این موجودات کوچک ممکن است عجیب و غریب و متفاوت به نظر برسند، اما سال‌هاست که مردم از آنها برای حجم دادن به نان استفاده می‌کنند. اما این اتفاق چگونه می‌افتد؟ این پدیده ناشی از متابولیسم (سوخت و ساز) مخمرها یا به عبارت دیگر موادی که می‌خورند و به چیزهای دیگر تبدیل می‌کنند است.

مانند ما انسان‌ها، 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 می‌خورند؟ مخمرها از قند و نشاسته تغذیه می‌کنند که در خمیر نان به فراوانی موجود است. آنها این غذا را به انرژی تبدیل می‌کنند و گاز کربن‌دی‌اکسید را نیز به عنوان محصول از خود آزاد می‌کنند. این فرآیند به نام تخمیر شناخته شده است. گاز کربن‌دی‌اکسیدی که در طول فرآیند تخمیر تولید می‌شود نان را نرم و اسفنجی می‌کند. مخمرها گاز کربن‌دی‌اکسید را زمانی تولید می‌کنند که خمیر پیش از پخت اجازه‌ی بالا آمدن را پیدا می‌کند.

مواد و وسایل مورد نیاز:
سه عدد بطری پلاستیکی دو لیتری
قاشق غذاخوری برای اندازه‌گیری
شکر سفید
نمک، جوش شیرین یا سرکه
ماژیک (اختیاری)
فنجان برای اندازه‌گیری
آب گرم
یک کاسه‌ی متوسط با گنجایش حداقل دو لیتر
شش بسته مخمر خشک
سه عدد بادکنک با اندازه‌ی استاندارد
ساعت یا زمان‌سنج

آماده‌سازی:
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 بطری‌هایی که داخلش شکر ریخته‌اید، 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 می‌کنید. اگر لازم است می‌توانید با یک ماژیک روی بطری‌ها اطلاعات لازم را یادداشت کنید.

روش کار:
حداقل هشت فنجان آب کاملاً گرم داخل کاسه‌ی 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 اندازه‌ی یک سوم حجم بطری) آب داخل هر سه بطری بریزید. سپس در بطری‌ها را ببندید و هر کدام را خوب تکان بدهید تا محلولی یک‌دست حاصل شود.
به هر کدام از بطری‌ها دو بسته مخمر خشک اضافه کنید. سپس در بطری‌ها را ببندید و آن‌ها را به آرامی تکان دهید تا مخمرها به خوبی با بقیه‌ی مواد مخلوط شوند.
حال در بطری‌ها را بردارید و یک بادکنک روی در هر بطری طوری قرار دهید که سر بادکنک به طور کامل روی در بطری‌ها قرار بگیرد و هیچ منفذی برای عبور هوا وجود نداشته باشد. فکر می‌کنید چرا مهم است که هیچ راه نفوذی برای هوا در سر بادکنک‌ها وجود نداشته باشد؟
بطری‌ها را در محیطی نسبتاً گرم قرار دهید و اجازه دهید به مدت ۴۵ دقیقه در آن حالت باقی بمانند. مراقب باشید که نور مستقیم خورشید به بادکنک‌ها نتابد. بادکنک‌ها با گذشت زمان چه تغییری می‌کنند؟
پس از گذشت ۴۵ دقیقه بطری‌ها و بادکنک‌های متصل به آنها را بررسی کنید. کدام بادکنک‌ها باد شده‌اند؟ اندازه‌ی آنها چقدر است؟ آیا تفاوتی در محتویات داخل بطری‌ها مشاهده می‌کنید؟
مخمر در کدام محیط بیشترین میزان کربن‌دی‌اکسید را تولید کرده است؟ این نتایج چه چیزی را در مورد شرایط مورد نیاز جهت انجام فرآیند تخمیر بیان می‌کند؟

آزمایش‌های تکمیلی:
برای کمّی کردن نتایج خود می‌توانید آزمون جابه‌جایی آب را انجام دهید. برای این منظور یک کاسه‌ی بزرگ را پر از آب کنید و آن را در یک کاسه‌ یا ماهیتابه‌ی بزرگ‌تر قرار دهید. سپس خیلی سریع سر بادکنکی که می‌خواهید هوای داخل آن را اندازه‌گیری کنید ببندید به طوری که هیچ گازی از آن خارج نشود. حال بادکنک را داخل کاسه‌ی آب فرو کنید. می‌توانید حجم آبی را که از کاسه بیرون می‌ریزد 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 زیست‌محیطی که بر عملکرد مخمر و فرآیند تخمیر تأثیرگذار است دماست. برای بررسی تأثیر این پارامتر می‌توانید چند بطری با شرایط یکسان تهیه کنید و آنها را در مکان‌های متفاوت با دماهای مختلف قرار دهید. پس از گذشت ۴۵ دقیقه ابعاد بادکنک‌ها چه اندازه با هم متفاوت است؟
می‌توانید این فعالیت علمی را یک مرتبه‌ی دیگر انجام دهید و این بار فقط بر تأثیر انواع مختلف شکر بر تولید کربن‌دی‌اکسید تمرکز کنید. شکرهای مختلف چگونه بر میزان تولید کربن‌دی‌اکسید توسط مخمرها تأثیر می‌گذارند؟

مشاهده و نتیجه‌گیری:
آیا بادکنکی که روی بطری حاوی مخمر و آب است باد نمی‌شود؟ آیا بادکنک روی بطری‌ای که فقط شکر به آن اضافه شده است بیشتر از همه باد می‌شود؟
مخمرها با مصرف شکر علاوه بر تولید انرژی، گاز کربن‌دی‌اکسید نیز از خود آزاد می‌کنند. این فرآیند تخمیر نام دارد. در این فعالیت علمی بادکنک‌های روی بطری‌ها با کربن‌دی‌اکسید تولید شده در فرآیند تخمیر باد می‌شوند. 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 نمی‌شود. مخمرهای بطری بعدی که داخل آن مخمر و شکر وجود دارد (و نمک، جوش شیرین یا سرکه اضافه نشده است.) کربن‌دی‌اکسید زیادی تولید می‌کنند و بادکنک باد می‌شود. با اضافه کردن نمک، جوش شیرین و یا سرکه، مخمرها میزان کمتری کربن‌دی‌اکسید تولید می‌کنند و در نتیجه بادکنک کمتر باد می‌شود؛ چرا که اضافه کردن این مواد محیط اطراف مخمرها را تغییر می‌دهد و آن را از حالت ایدهآل خارج می‌کند. درواقع اضافه کردن نمک میزان شوری محیط را افزایش می‌دهد، و اضافه کردن جوش شیرین یا سرکه pH محیط را تغییر می‌دهد و محیط در مقایسه با حالت خنثی که تنها آب وجود دارد به ترتیب به سمت قلیایی یا اسیدی می‌رود.

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 لوله‌ها می‌شوند.
 

نماي ميکروسپکي از مخمرها

منبع:

Yeasty Beasties

منابع مفيد:

Fungal Factories: gasohol and more

Experiments with ACIDS and BASES

مخمر نان

نشاسته

اهميت اقتصادي قارچ‌ها

سرکه

تخمير صنعتي

تخمير