Alkoholna fermentacija

21 September, 2010

Alkoholna fermentacija je te dni v polnem teku, zato je prav, da nekaj napišemo o njej. Resda gre za proces, v katerem po različnih metabolnih poteh nastanejo številne snovi, a v tem članku se bom omejil le na nekatera najpomembnejša dejstva, medtem ko bom mnoge stvari izpustil, vendar le zato, da članek ne bo predolg.

Alkoholna fermentacija je anaeorbna transformacija sladkorjev (predvsem glukoze in fruktoze) v alkohol (etanol) in ogljikov dioksid. Proces poteka v celicah mikroorganizmov, kvasovk ter nekaterih bakterij. V osnovi proces opišemo z reakcijo:

C6H12O6 -> 2CH3CH2OH + CO2

V bistvu gre za veliko bolj kompliciran proces, ki vključuje številne biokemične reakcije. Poleg etanola so produkti fermentacije še višji alkoholi, estri, glicerol, sukcinska kislina, diacetil, acetoin in 2,3-butandiol. Vse te snovi prispevajo k pestrim organoleptičnim zaznavam v vinu.

Kvasovke so naravno prisotne na kožicah grozdih jagod. Raznovrstnost populacij je odvisna od številnih dejavnikov, npr. sorte vinske trte, zrelosti grozdja ob trgatvi, uporabe fungicidov, podnebja, pojava botritisa in drugih glivičnih bolezni ter vinogradniških praks. Sam proces od trgatve, transporta grozdja do načina predelave grozdja v mošt vpliva na populacijo kvasovk v moštu pred začetkom fermentacije.

Pri spontani fermentaciji sodelujejo različne vrste kvasovk. V začetnih stadijih fermentacije so to kvasovke vrst Kloeckera, Hanseniaspora in Candida. Pozneje v srednjih fazah fermentacije delujejo Pichia in Merschnikowia. Proti koncu fermentacije postanejo dominantne kvasovke vrste Saccharomyces cerevisiae zaradi njihove odpornosti na visoko koncentracijo etanola. Med fermentacijo ali celo pozneje v vinu, so lahko prisotne še nekatere druge vrste kvasovk, kot so Torulaspora, Kluyveromyces, Schizosaccharomyces, Zygosaccharomyces in Brettanomyces, ki povzročajo nekatere napake in bolezni vina.

Da se prepreči razvoj nezaželenih kvasovk, se v kletarstvu uporablja žveplov dioksid (SO2) in vnos selekcioniranih sevov suhih kvasovk vrste Saccharomyces cerevisiae. SO2 ovira razvoj neželenih kvasovk, medtem ko so Saccharomyces cerevisiae nanj bolj odporne. Poleg tega dodatek selekcioniranih kvasovk poveča začetno populacijo naravno prisotnih Saccharomyces cerevisiae in tako je zagotovljen potek alkoholne fermentacije brez večjih težav.

RAZVOJ KVASOVK MED ALKOHOLNO FERMENTACIJO

V začetku fermentacije kvasovke začno presnavljati sladkorje in druga hranila, prisotna v moštu. Te snovi jim zagotavljajo energijo in omogočajo povečevanje populacije.

V prvih urah fermentacije se populacija kvasovk ne povečuje. To fazo imenujemo latentna faza in je pomembna za prilagoditev kvasovk na novo okolje. Ko je prilagoditev končana, se kvasovke pričnejo razmnoževati. To imenujemo faza eksponentne rasti, nanjo v veliki meri vpliva temperatura, vsebnost amonija, aminokislin ter drugih hranil in prisotnost kisika. Ta faza traja 3 – 6 dni, začetna populacija iz 10^4 (5×10^6 ob dodatku selekcioniranih kvasovk) celic/ml, naraste na 10^7 – 10^8 celic/ml. Po tej fazi se število celic preneha povečevati, zaradi pomanjkanja nekaterih hranil. Nastopi kvazi-stacionarna faza, v kateri število celic ostaja praktično isto in traja 2 – 10 dni. Nato se prične faza odmiranja kvasovk, kjer se število celic hitro zmanjšuje, zaradi pomanjkanja hranil in toksičnosti etanola.

Uspeh alkoholne fermentacije je odvisen od ohranjanja populacije živih kvasovk, vse dokler ne porabijo vsega presnovljivega sladkorja v moštu. Sicer se pojavijo težave z upočasnjeno ali ustavljeno fermentacijo.

OSNOVNI BIOKEMIČNI PROCESI ALKOHOLNE FERMENTACIJE

Kot že omenjeno, alkoholna fermentacija ni zgolj preprosta pretvorba sladkorjev v alkohol etanol, pač pa proces poteka prek številnih vmesnih biokemičnih reakcij in procesov. Osnovna biokemična pot v metabolizmu ogljikovih hidratov večine organizmov je glikoliza, to je pretvorba sladkorjev (glukoze in fruktoze) v piruvat, katerega kvasovke nadalje uporabljajo v številnih presnovnih procesih. En teh je pretvorba piruvata v etanal in CO2. Ta reakcijo katalizira encim piruvat dekarboksilaza, ki za delovanje potrebuje magnezij in tiamin pirofosfat kot kofaktorje (tiamin – ena od snovi v hrani za kvasovke). Etanal je nato reduciran v etanol ob prisotnosti encima alkohol dehidrogenaze. Transport etanola in CO2 iz citoplazme kvasovk poteka z difuzijo.

METABOLIZEM DUŠIKA

Ko se kvasovke Saccharomyces cerevisiae razmnožujejo, potrebujejo določene količine presnovljivega dušika za gradnjo celic. Mošt vsebuje različne dušikove spojine, kot so amonij, aminokisline, peptidi, beljakovine, ipd., a kvasovke lahko asimilirajo le amonij in aminokisline (razen prolina), kot vir dušika.

Vsebnost amonija in aminokislin v moštu je relativno nizka, zato je lahko omejujoč dejavnik fermentacije. Pomanjkanje dušikovih spojin lahko upočasni ali ustavi fermentacijo, zato se v vinarstvu v mošt dodaja amonijeve soli (hrana za kvasovke), katere zagotovijo normalen potek fermentacije do konca. Vendar je treba biti pri dodajanju amonijevih soli previden, saj preveliki odmerki lahko privedejo do ostankov dušika v vinu, kar je en od vzrokov mikrobiološke nestabilnosti in lahko vodi v tvorbo etil karbamata ter biogenih aminov, snovi ki so strupene za človeka.

Aminokisline kvasovke lahko porabijo neposredno za sintezo beljakovin, vendar koncentracije posameznih aminokislin ne odgovarjajo vedno potrebam celice, zato kvasovka lahko pretvori presežne aminokisline v tiste, ki jih v danem trenutku potrebuje. Ob pomanjkanju amonijevih spojin, lahko kvasovka prične razkrajati žveplo vsebujoče aminokisline, kot sta cistein in metionin. Ob tem se sprošča žveplovodik (H2S) in merkaptani. Zato je dodatek amonijevih soli (hrane za kvasovke) pomemben tudi iz vidika preprečevanja pojava tujih vonjev, t.i. bekserja ali vonja po gnilih jajcih.

VZROKI ZA UPOČASNJENO ALI USTAVLJENO FERMENTACIJO

Včasih se fermentacija v končnih fazah upočasni ali celo ustavi, še preden je porabljen ves sladkor. To lahko vodi v dva problema.

  1. Vino ni dokončano in je potrebno nekaj narediti, da se ostanek sladkorja spremeni v alkohol.
  2. Poveča se tveganje za mikrobiološko kvarjenje vina.

Možni vzroki za upočasnjeno ali ustavljeno fermentacijo so naslednji:

–         zelo visoka vsebnost sladkorja: Visoka koncentracija sladkorja lahko inhibira kvasovke, poleg tega v poznih fazah fermentacije visoke alkoholne stopnje povročijo odmiranje kvasovk. V teh primerih se priporoča uporaba kvasovk z visoko odpornostjo na alkohol.

–         Temperaturni ekstremi: Kvasovke se težko razmnožujejo pri prenizkih temperaturah, zato nizke temperature ob začetku fermentacije vodijo v manjše populacije kvasovk v moštu. Previsoke temperature, nad 30°C prav tako lahko povzročijo zaustavitev fermentacije. Tudi nenadne spremembe temperature predstavljajo tveganje za prekinitev fermentacije.

–         Popolnoma anaeorbne razmere v moštu: Kisik v moštu je pomemben pri izgradnji celičnih membran kvasovk, zato je njegova odsotnost lahko omejujoč dejavnik predvsem v fazi eksponentne rasti celic.

–         Pomanjkanje hranil: Pomanjkanje dušika, vitaminov, mineralov, itd., lahko omejuje fermentacijo. Zato se v mošt dodaja aktivatorje fermentacije (hrana). Običajno so to amonijeve soli in tiamin (kofaktor pri pretvorbi piruvata v etanal). Dodajanje hrane je bolj učinkovito, če je izvedeno v več odmerkih v kombinaciji z zračenjem mošta. Prvi odmerek dodamo na začetku fermentacije, drugega na sredini kvazi-stacionarne faze in tretjega ob koncu te faze. V zadnjih letih so se na tržišču pojavile nekatere nove hrane, ki vsebujejo poleg omenjenih, še nekatere druge snovi, kot so steroli, nenasičene maščobne kisline, minerali, pantotenska kislina, itd. Te snovi so zelo koristne v poznih fazah fermentacije.

–         Prisotnost fungicidov: Včasih mošt vsebuje ostanke pesticidov, ki lahko povzročijo prekinitev fermentacije.

–         Prisotnost MCFA (medium chain fatty acids), kratko verižnih maščobnih kislin: MCFA so pomembne pri izgradnji membran , kjer nadomeščajo nenasičene maščobne kisline, katerih izgradnja je v anaerobnih pogojih ovirana. Prisotnost teh maščobnih kislin lahko vpliva na potek fermentacije, če so transportirane izven citoplazme celic kvasovk. Problem je pogostejši pri belih vinih, kjer fermentacija poteka pri nižjih temperaturah in brez zračenja. Omenjene maščobne kisline dobro absorbirajo lupine odmrlih celic kvasovk, ki jih lahko dodamo v mošt, v katerem fermentacija slabo teče.

–         Antagonizem med mikroorganizmi: V moštu različni mikroorganizmi tekmujejo za hranilne snovi. Razmnoževanje kvasovk Saccharomyces cerevisiae je navadno okrepljeno z dodatkom selekcioniranih kvasovk in žveplanjem, vendar se včasih lahko razvijejo nekatere avtohtone kvasovke in bakterije, ki povzročijo upočasnitev ali zaustavitev fermentacije. Ta problem je večji v moštih z višjim pH, zaradi zmanjšanega antiseptičnega učinka žveplovega dioksida.

To so možni vzroki za upočasnjeno ali prekinjeno fermentacijo, toda v praksi gre običajno za kombinacijo več teh vzrokov. Če pride do težav, je potrebno ukrepati čim prej. Zračenje in dodatek lupinic celic kvasovk lahko reši problem, če pa se fermentacija ustavi, je potrebno ponovno dodati kvasovke, in sicer take z visoko odpornostjo na alkohol. Pri tem je pomembno, da natančno upoštevamo pravila priprave vrelnega nastavka.

Pestro ponudbo kvasovk in hran za kvasovke ter drugih enoloških sredstev, pomembnih v predelavi mošta v vino dobite v podjetju Enomarket Kojsko d.o.o.

VIRI:

MORENO-ARRIBAS M. Victoria, POLO Carmen; Wine Chemistry and Biochemistry; Springer Science, 2009; p. 3-26;

Comments are closed.

Videos, Slideshows and Podcasts by Cincopa Wordpress Plugin