Az alkoholos erjedés mikrobiológiája

Aerobic catabolism of sugars

glucose glycolysis

Az alkoholos erjedés mikrobiológiája

ATP

2x

pyruvic acid CO2

2x CO2 4 x

NAD

2x

NADH2

Tricarboxylic acid cycle 2 x ATP TCA

Text

Dr. Magyar Ildikó

2x

NAD

10 x

NADH2

Terminal oxidation chain

ATP 34 x

Dr.Magyar Ildikó Borászati Tanszék Szervezeti egység

6x

Szervezeti egység

O2

6x

H2O

Alcoholic fermentation

ethanol glucose

Az alkoholos erjedést befolyásoló tényezők szőlőmustban

acetaldehyde NAD

2x

NADH2

glycolysis

CO2

 Élesztők

pyruvic acid

A TP

 Alcoholic fermentation

2x

x

TCA

Text

O2

NAD

2x

NADH2

Terminal oxidation chain

Szervezeti egység

– Supplies low amount of energy (2 ATP) also under anaerobic conditions

– endogén élesztő biota – szelektált fajélesztők (starterkultúrák)

 Környezeti tényezők – hőmérséklet – tápanyagok – gátlóanyagok

Szervezeti egység

1

Fajélesztők (élesztő starterkultúrák) a borászatban

Typical patterns of alcoholic fermentation

 Borászati törzsszelekció Spontaneous fermentation Sacch.

Ethanol

non-Sacch.

13

13

11

11

lg N / v/v %

lg N / v/v %

non-Sacch.

Inoculated fermentation

9 7 5

Sacch.

– A 19 század végétől kezdve minden jelentősebb bortermelő ország létrehozta saját helyi törzsgyüjteményét (Saccharomyces cerevisiae különböző fiziológiai változatainak izolálása, jellemzése és szelektálása)

Ethanol

 Kereskedelmi forgalmazás

9

– folyékony kultúrák – 1960-as évektől : aktív szárított élesztő készítmények (ADY)

7 5 3

3

 Törzsfejlesztési kutatások

1

1 0

5

10

15

0

Time (days)

5

10

15

– természetes nemesítési módszerek előnyben!

Time (days)

Szervezeti egység

Borászati fajélesztőkkel szemben támasztott általános követelmények

Szervezeti egység

Egyes starterkultúrák speciális tulajdonságai  kiemelkedő cukortűrés • túlérett szőlő, aszú mustjának erjesztése

        

jó alkoholtűrés megfelelő erjedési sebesség 20 oC alatt kis H2S képzés kis ecetsav képzés kis acetaldehid termelés kevés habképzés jó ülepedés jó kén-dioxid tűrés alacsony karbamid képzés (arginin bontás)

 jó almasavbontó képesség (malo-alkoholos aktivitás) • savas mustok savharmóniájánaj javítása, MLF elősegítése

 -glikozidáz aktivitás • terpén-alkoholok felszabadítása (elsődleges aromaanyagok)

 különleges aromaanyagok képzése • észterek, egyes kéntartalmú aromaanyagok (pl. Sauvignon)

 killer aktivitás • jobb versenyzés az eredeti S. cerevisiae törzsekkel szemben

 flokkuláció • jó ülepedés-csomósodás (pezsgőerjesztés)

 hártyaképző képesség • biológiai borérleléshez

Szervezeti egység

Szervezeti egység

2

Környezeti tényezők

Hőmérséklet  Erjedéskinetikára gyakorolt hatás

 hőmérséklet

– Felső határ mustban : 35-37 oC – Alsó határ:

 tápanyagok

• 6-8 oC S. cerevisiae • 2 oC S. bayanus (kriotoleráns élesztő)

– Maximális erjedési sebesség: 30 - 35 oC

 gátló anyagok

• de az etanol és C8-C12 zsírsavak toxicitása nő!- gyors pusztulás

Szervezeti egység

Szervezeti egység

Hőmérséklet  A borösszetételre gyakorolt hatás – magas hőmérsékleten • intenzív gázképződés, aromaveszteség (terpenolok, észterek etc.) • több glicerin, acetoin és magasabbrendű alkohol képződik

 Az erjedési hőmérséklet borászati optimuma – illatos, fehér szőlőfajták: 10-16 oC – nem illatos fehér fajták, rozéborok : 18-22 oC – vörösborok: 25 -28 oC Szervezeti egység

Tápanyagok  Cukor (glükóz és fruktóz) – kizárólagos szénforrás az erjedés során – mindig nagy feleslegben van jelen a szőlőmustban » 150 g/l - 300 g/l

– nagy cukorkoncentráció hatása: • • • • •

szaporodásgátlás gyors sejtpusztulás (alkohol toxicitása nő) ecetsavtermelés fokozódik glicerintermelés fokozódik elakadó erjedés, alacsony alkohol, maradék cukor a borban

Szervezeti egység

3

Tápanyagok

A szőlőmust nitrogén frakciói

 Nitrogén – szaporodáshoz szükséges minimum:150 mg/l – kénhidrogén képződés kockázata: <250 mg/l – optimális szint: 400 - 500 mg/l

• ammóniumsók • szabad aminosavak és amidjaik- kivétel a prolin! • Polipeptidek, fehérjék nem asszimilálhatók! Szervezeti egység

Free NH3 (mg/l)

300-2500

Ammónium-N

20-200

Peptid-N

50-1500

Fehérje-N

5-50

Jól hasznosítható Prolin kivételével általában hasznosítható Elenyésző hányada hasznosítható (di-és tripeptidek) Nem hasznosítható

A nitrogénhiány következményei  Fehérjeszintézis megszűnik

Free amino N (mg/l) except proline

n

from - to

mean

from - to

mean

13

29-87

46

116-231

151

Riesling

9

39-61

52

62-128

102

Seyval Blanc

6

9-42

19

47-136

82

Pinot Noir

7

38-60

52

94-185

135

Cabernet Sauvignon

5

46-51

49

73-74

74

Szervezeti egység

Összes N

Megjegyzés

Szervezeti egység

Asszimilálható nitrogéntartalom különböző szőlőfajták mustjában, azonos termőhelyen (NY) (Henick-Kling, 1996)

Chardonnay

mg/l N

Szabad amino-N 200-500

 Asszimilálható N-frakciók a mustban

Grape variety

Nitrogénforrás

– szaporodás leáll – enzimfehérjék elhasználódnak (pl. glükóz transzport átvivői) erjedés lelassul, majd megáll – az erjedés elakad

 H2S képzés fokozódik – kéntartalmú aminosavak szintézise megszűnik, de a szulfát redukció tovább folytatódik

Szervezeti egység

4

Nitrogén

Effect of diammonium phosphate supplementation (63 mg N/l) on fermentation of a chemically-defined grape juice medium. Arrows indicate timing of supplement (Bely et al. 1990).

 Tápanyag pótlás lehetőségei (magyar BT) – ammóniumsók adagolása

A, yeast growth

B, fermentation rate

• diammónium-foszfát v. ammónium foszfát v. ammónium tartarát: 30 g/hl-ig • ammónium szulfit vagy biszulfit 20 g/hl-ig

– inaktív élesztő, élesztőkivonat 50 g/hl-ig • (Pl. Ferm-aid, Uvavital, stb.)

 N-hiányos mustokban kerüljük az éles musttisztítást! Szervezeti egység

Vitaminok

Szervezeti egység

Nutrients

 Oxigén

 hiány csak botrítiszes mustokban fordul elő  tiamin (TP) – ketosavak felszaporodása (piroszőlősav, 2ketoglutársav) - a bor kénessav megkötő kapacitása nő

 biotin, piridoxin – N-hiányban fokozza a H2S képződést

Szervezeti egység

– az alkoholos fermentáció nem igényel oxigént! – az élesztők telítettlen zsírsavakat és szterineket csak O2 jelenlétében képesek szintetizálni (ergoszterin, zimoszterin, lanoszterin) • növekedési és „túlélési” faktorok

 Szterinek -”túlélési faktorok” – fontos sejtmembrán alkotók, a sejt alkohol-toleranciáját biztosítják – oxigén hiányában nem képződnek - az utódsejtekben egyre csökken a mennyiségük – az alkoholtolerancia leromlik, a sejtek gyorsan pusztulnak, az erjedés elhúzódik vagy elakadhat Szervezeti egység

5

Túlélési faktorok (telítetlen zsírsavak és szterinek) biztosításának lehetőségei  Nagy „tartalékokkal” rendelkező fajélesztők használata: – szárított élesztő készítmények – levegőztetett folyékony anyaélesztő kultúra

Gátló anyagok  peremetezőszer maradvány – nem megfelelő növényvédelem

 A must erjedés előtti hiperoxidációja

• derítéssel, adszorbensekkel eltávolítható

 kén-dioxid

 A túlzott musttisztítás kerülése

– antioxidáns és antimikróbás hatású adalékanyag – élesztők viszonylag jól tolerálják

– (szilárd részecskéken adszorbeált levegő!)

 Túlélési faktorok bevitele adalék-anyagokkal

• normal adagolás (50-75 mg/l) az erjedés előtt a borélesztőket nem befolyásolja • jelentős hatás csak 200 mg/l felett • kiemelkedő kénessav tűrésű fajok: Schizosaccharomyces pombe, Saccharomycodes ludvigii

– élesztő héj (sejtfal készítmény) – szerves erjedési aktivátorok (élesztőkivonatok)

 Elhúzódó, elakadó erjedésnél levegőztetés Szervezeti egység

Szervezeti egység

Gátló anyagok  penészgombás eredetű – botrítiszes glükánok (Botryticin)

 élesztős eredetű – etanol és egyéb alkoholok – közepes szénláncú (C8-C12) telített zsírsavak – killer toxinok

 baktérium eredetű – ecetsav – antibiotikumok

Szervezeti egység

Az alkoholos erjedés rendellenességei szőlőmustban  Vontatottan beinduló erjedés  Az erjedés elhúzódása és elakadása  Hibás erjedések

Szervezeti egység

6

1. Vontatottan beinduló erjedés okai  alacsony hőmérséklet (15 oC alatt) – hidegtűrő fajélesztők alkalmazása – starterkultúra adaptálása az erjesztés hőmérsékletéhez  erjesztőképes élesztők kis száma (< 104/ cm3) – fajélesztős beoltás: induló sejtszám kb. 106 sejt/ml  alacsony pH érték (< 3) – kémiai savtompítás  peszticid maradvány a mustban – bentonitos mustülepítés  túlkénezett must Szervezeti egység

2. Az erjedés elhuzódásának és elakadásának okai  tápanyaghiány:N-tartalmu anyagok,vitaminok (tiamin, biotin) –éretlen/penészes v. túltisztitott must!  nagy cukortartalom (200 g/l felett) -aw, alkohol  magas erjedési hőmérséklet (30 oC felett) --- alkohol  oxigénhiány --- szterolok, telitetlen zsirsavak hiánya  toxikus élesztő-metabolitok: oktán-, dekán-, dodekánsav  killer élesztők  egyéb mikróbás antagonizmusok: Botrytis, ecetsavbaktériumok, tejsavbaktériumok

Szervezeti egység

3. Hibás erjedések  Káros vadélesztők – – – –

Scizosaccharomyces Saccharomycodes Brettanomyces (Kloeckera)

 Tejsavbaktériumok

Szervezeti egység

Szervezeti egység

7