ERJEDÉSIPARI MIKROBIOLÓGIA Dr. Maráz Anna egyetemi tanár Mikrobiológia és Biotechnológia Tanszék Élelmiszertudományi Kar Budapesti Corvinus Egyetem
Ipari fermentációk Sejtek (általában mikroorganizmusok) elszaporítása ipari léptékben aerob, ritkábban anaerob körülmények között. A cél termék előállítása szabályozott fermentációs körülmények között.
Élesztőgombák - egysejtű szervezetek - sejt alakja: kerekded, tégla, megnyúlt (álhifa), fonalas - anyagcsere: légzés, többségüknél alkoholos erjesztés is - rendszertani helyük: Ascomycetes, Bazidiomycetes tagozat
Saccharomyces cerevisiae
Sarjképzés
Sarjheg
Saccharomyces cerevisae
Álmicélum képzés
Lehet: differenciálatlan pl. Pichia membranifaciens differenciált pl. Candida albicans
Ivaros folyamatok
Schizosaccharomyces pombe aszkuszok
S. cerevisiae aszkuszok (sporangiumok)
Erjedésiparban jelentős élesztőgomba fajok
_____________________________________________________________________
sensu stricto Saccharomyces fajok
szerep
________________________________________________________________ S. bayanus bor, pezsgő S. cerevisiae
sör, bor, pezsgő, etanol
S. paradoxus
bor
S. pastorianus
sör
________________________________________________________________
Etanolos erjesztés
Glükóz
glikolizis
piroszőlősav
Piruvátdekarboxiláz
acetaldehid
CO2
Alkoholdehidrogenáz
NADH2 NAD
etanol
Az alkoholos erjedés biokémiai folyamatai
A sörgyártás technológiája Árpamaláta
Csiráztatás
Szárítás
Őrlés
Cefrézés Sörléfőzés
Beoltás élesztővel
Erjesztés Ászokolás Fejtés Kiszerelés
Európai sörtípusok • Alsó erjesztésű (lager) sörök – az erjesztés végén az élesztősejtek kiülepedve a kád/tank alján gyűlnek össze – Az élesztő törzsek flokkulációs (csomósodó) képességgel rendelkeznek – A sör CO2 tartalma magas – A főerjedést hosszú ászokolás (érlelés) követi
• Felső erjesztésű (ale) sörök – Az élesztősejtek a főerjedés végén a sör tetejére felúszva a habban gyűlnek össze – Az élesztő törzsek nem rendelkeznek flokkulációs (csomósodó) képességgel – A sör CO2 tartalma alacsony
A sörerjedés mikrobiológiai folyamatai Ø Sörlé előkészítése: hűtés, szűrés, levegővel telítés Ø Főerjedés 1/ sörlé beoltása, élesztő elszaporodása (biomassza termelés) 2/ erjesztés sörélesztő 2 glükóz sörélesztő etanol + CO - maltóz 2 - erjedési aromák termelése (vicinális diketonok, főként diacetil) Ø Utóerjedés Élesztősejtek kiülepedése (láger sörök) vagy a habban való összegyűlése („ale” sörök) Ø Ászokolás (láger söröknél) A diacetil lebontása, íz- és illatanyagok átalakítása, termelése, sör stabilizálódása
Sörélesztők általános tulajdonságai • Általában diploidok • Nem vagy rosszul spóráznak, de a spórák általában életképtelenek • Speciális erjesztési és aromaképző tulajdonságokkal rendelkeznek (starter törzsek) • Keményítőt és dextrineket nem bontják (nem erjesztik), de ezek enzimes bomlástermékeit igen (maltóz, maltotrióz)
Oltóélesztő (starter) fajok Sacch. pastorianus és S. cerevisae (melibiózt hasznosítják)
alsóerjedésű (lager) sör
Sacch. cerevisae (melibiózt nem hasznosítják)
felsőerjedésű (ale) sör
A sörélesztő erjesztőképességét befolyásoló tényezők • • • • • • •
A beoltásra használt élesztő mennyisége A sejtek életképessége A fermentáció hőmérséklete A sörlé oxigén tartalma A sörlé erjeszthető szénhidrát tartalma A sörlé nitrogén tartalma Intracelluláris tartalék szénhidrátok (glikogén, trehalóz)
Mikrobiológiai minőségbiztosítás 1. Alapanyagok vizsgálata • Víz mikrobiológiai vizsgálata – ivóvíz minőségűnek kell lennie • Maláta mikrobiológiai vizsgálata – mikotoxinos (főként ochratoxinos) szennyezettség vizsgálata 2. Pótanyagok vizsgálata • Izoszörp mikrobiológiai vizsgálata 3. Segédanyagok vizsgálata • Sörélesztő mikrobiológiai vizsgálata Baktériumos fertőzöttség vizsgálata (pl. tejsavbaktériumok) Idegen- (vad-) élesztős fertőzöttség vizsgálata (pl. S. cer. var. diastaticus, nem-Saccharomyces fajok)
Mikrobiológiai minőségbiztosítás (folyt.) 4. Sörélesztő fiziológiai vizsgálata
– Mikroszkópos morfológiai vizsgálat () – Élő és holt sejt arány meghatározása vitális festéssel (pl. metilénkékkel) – Sejtek tartaléktápanyag tartalmának vizsgálata – glikogén tartalom vizsgálata lugolos festéssel – Erjesztőképesség vizsgálata – Biomassza termelés vizsgálata - szaporodás 10 és 28 °C-on – Flokkulációs képesség vizsgálata
Borászati mikrobiológia
Szőlő mikrob.
Erjedés mikrob.
Termék mikrob.
A borkészítés technológiája szőlő
zúzás, préselés
must
must beoltása
Sacch. cerevisiae /bayanus
palackozás
érlelés
bor lefejtése, kezelése
erjesztés
A BORERJEDÉS MIKROBIOLÓGIÁJA Must: 150-300 g/l cukor (glükóz, fruktóz)- SO2 adagolása (baktériumok gátlása) 1.Spontán erjedés: A mustban lévő élesztőgombák végzik az erjesztést. Az erjesztő élesztőbióta összetételét a növekvő etanol koncentráció határozza meg. Élesztőgombák eredete: szőlő, talaj (Saccharomycesek környezetből) ¨1-2% EtOH-ig: Candida és Pichia fajok ¨ 5-6% EtOH-ig: Kloeckera (Hanseniaspora) fajok ¨ 9% EtOH-ig: Brettanomyces fajok ¨ 12-16% EtOH-ig: Saccharomyces fajok
2. Irányított erjedés: A mustot fajélesztőkkel oltják be, amelyek átveszik az erjesztést Fajélesztők: különböző borvidékekről izolált, kedvező technológiai tulajdonságú Saccharomyces cerevisiae és S. bayanus törzsek (általában szárított készítmények) Milyen a jó borélesztő? - Cukortűrő - Alkoholtűrő - SO2 tűrő - egyedi tulajdonságok: hidegtűrő, csomósodó (flokkulens), porosodó (nemflokkulens)
A PEZSGŐ • Bor másodlagos erjesztése élesztővel
•A borhoz cukrot és élesztőt adnak (alkoholtűrő, hidegtűrő, csomósodó). •Erjedés után likőrözés.
Biológiai almasavbontás (főleg vörösboroknál) Az almasav erős savhatású, ezért 5g/l feletti koncentrációban erősen savas ízhatást eredményez. Almasav eredete: szőlő. A borélesztők nem bontják le Malolaktikus fermentáció: Tejsavbaktériumok az almasavat tejsavvá erjesztik. Oenococcus (Leuconostoc) oenos színtenyészetek alkalmazása
Borbetegségek, borhibák Borbetegségek: mikroorganizmusok okozzák • Virágosodás: „virágélesztők” okozzák – Candida, Pichia • Zavarosodás, ízhibák: Dekkera, Zygosaccharomyces bailii • Ecetesedés: ecetsav baktériumok okozzák (etanol oxidatív erjesztése ecetsavvá) – Acetobacter aceti
• Tejsavas romlás: “savanyúkáposzta szag“ nyúlósodás – tejsavbaktériumok okozzák • Barnatörés: penész által termelt enzimek okozzák • Iz- és szaghibák – dohosság, vegyszeríz, fémíz
Borhibák: Nem mikroorganizmusok okozzák Pl. Fémes törés - Fe3+ okozza
Sütőélesztő gyártás Saccharomyces cerevisiae Sütőélesztő gyártás: Ipari fermentációval – élesztő elszaporítása aerob körülmények között Alapanyag: melasz –szacharóz szénforrás Szaporitás: levegőztetett, fed-bach fermentációval. Melasz adagolása az erjedés megindulásáig (katabolit represszió); pH 5-5,5 Termék: présélesztő és aktiv szárított élesztő
Sütőélesztő felhasználása
Tészta kelesztése etanolos erjesztéssel – CO2 és etanol keletkezik Élesztő kelesztőképességét a hajtóerővel mérik (adott térfogat eléréséhez szükséges idő)
