CHARAKTERYSTYKA FERMENTACJI ROZTWORÓW MODELOWYCH Z

UŻYCIEM MONOKULTUR DROŻDŻY DZIKICH I SZLACHETNYCH

Paweł Satora, Tadeusz Tuszyński

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

Akademia Rolnicza, al. 29 listopada 46, 31-425 Kraków

e-mail:

[e-mail]

;

[e-mail]

WSTĘP

W tradycyjnej technologii wytwarzania win, naturalna (spontaniczna) fermentacja soku

gronowego przeprowadzana jest przez mieszankę różnych szczepów drożdżowych. W początkowym

okresie, inicjują ją drożdże z rodzajów: Kloeckera (zwłaszcza Kloeckera apiculata), Hanseniaspora

(Hanseniaspora uvarum), Debaryomyces (Debaryomyces hansenii) oraz Candida (Candida stellata i

C. pulcherrima). Pochodzą one głównie z powierzchni winogron oraz naczyń i urządzeń winiarni. W

świeżym moszczu gronowym, stężenie populacji drożdży mieści się w granicach 10

3

– 10

6

jtk/ml.

Ilość komórek S. cerevisiae jest bardzo niska. Szczepy dzikie mogą osiągać końcowe stężenie 10

6

–

10

9

jtk/ml. Taka wysoka ich zawartość ma istotny wpływ na skład chemiczny i cechy sensoryczne

napoju alkoholowego.

Podczas fermentacji drożdże dzikie w większości wymierają, wraz ze wzrastającym stężeniem

etanolu, stwarzając nisze w której zaczyna przeważać silnie fermentatywny gatunek Saccharomyces

cerevisiae. Dotychczasowe badania wykazały, że niektóre dzikie szczepy mogą przeżywać nawet do

końcowego etapu fermentacji.

Niniejsza praca jest kontynuacją badań mających za zadanie scharakteryzowanie mikroflory

występującej w sadzie śliwy Węgierki Zwykłej z okolic Łącka, skąd owoce są wykorzystywane do

produkcji Śliwowicy Łąckiej.

Celem analiz było określenie zdolności fermentacyjnych drożdży wyizolowanych w

początkowej fazie fermentacji moszczu śliwkowego i porównanie ich ze szlachetnymi drożdżami

winiarskimi. W przefermentowanych roztworach modelowych badano przyrost biomasy,

wykorzystanie cukrów, zawartość etanolu oraz innych ubocznych produktów fermentacji, które w

procesie destylacji mogą przechodzić do destylatu.

METODYKA

Użyte szczepy drożdżowe (Candida pulcherrima K5, Saccharomyces cerevisiae K1 i K3)

wyizolowane zostały w początkowej fazie fermentacji spontanicznej moszczów śliwkowych. Szczep

Saccharomyces cerevisiae „Burgund” pochodził z Kolekcji Czystych Kultur Drożdżowych Katedry

Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej, Akademii Rolniczej w Krakowie.

Dwudniowa kultura namnożona na skosach brzeczkowych przeszczepiana była do 20 ml

sterylnej brzeczki słodowej i przetrzymywana w cieplarce (30

0

C) przez 48 h. Uzyskaną gęstwę

drożdżową odwirowywano (2500 obr/min, 10 minut), przemywano sterylną wodą destylowaną,

ponownie odwirowywano. Fermentację prób prowadzono w kolbach stożkowych o pojemności 500

ml, zawierających 200 ml podłoża Wickerhamma w modyfikacji Romano (z 5% glukozy) i

zabezpieczonych rurkami fermentacyjnymi (14 dni, temperatura pokojowa) [Romano i in., 1996].

W przefermentowanych przez powyższe szczepy roztworach modelowych, badano przyrost

biomasy, stopień wykorzystania źródła węgla, zawartość i wydajność produkcji etanolu oraz niektóre

komponenty składu jakościowego i ilościowego uzyskanych destylatów (chromatografia gazowa) tj.

metanol, 1-propanol, butanol, izo-butanol, alkohole amylowe, pentanol, heksanol, alkohol 2-

fenyloetylowy, aldehyd octowy, kwas octowy i octan etylu.

WYNIKI

W trakcie analiz zwrócono uwagę na duże podobieństwo szczepów Saccharomyces cerevisiae

K1, K3 i „Burgund”, natomiast szczep Candida pulcherrima wyróżniał się składem ilościowym oraz

jakościowym otrzymywanych destylatów.

Szczepy drożdży z gatunku Saccharomyces cerevisiae, zarówno dzikie jak i szlachetne,

wykazywały zbliżoną dynamiką fermentacji. Proces ten kończył się po upływie 6 dni. Szczep Candida

pulcherrima charakteryzował się dużo wolniejszą dynamiką fermentacji (11 dni). Równocześnie

drożdże te w najniższym stopniu wykorzystały obecne w pożywce węglowodany (88 %).

Stwierdzono,

że w przeciwieństwie do drożdży Saccharomyces cerevisiae (ok. 0,02 g / 1 g

glukozy), szczep Candida pulcherrima w znacznie wyższym stopniu, ukierunkowany był na

biosyntezę biomasy (0,08 g/ 1 g glukozy). Wydajność produkcji alkoholu u wszystkich badanych

mikroorganizmów kształtowała się na zbliżonym poziomie (ok. 0,5 g / 1 g glukozy), natomiast jego

stężenie w roztworach przefermentowanych wynosiło przeciętnie 22 g/l.

W

składzie jakościowym i ilościowym destylatów, również wyróżniał się szczep Candida

pulcherrima, który wytwarzał stosunkowo największe ilości metanolu (12 mg/l), propanolu (13 mg/l),

izobutanolu (69 mg/l) i acetaldehydu (42 mg/l). Na szczególną uwagę zasługuje także wyjątkowa

zdolność tego szczepu do produkcji octanu etylu (200 mg/l), podczas gdy w roztworach

przefermentowanych przez szczepy Saccharomyces, stężenie tego związku nie przekroczyło 2 mg/l.

W przypadku alkoholi izoamylowych i kwasu octowego, najwyższe ich ilości stwierdzono u

szczepów dzikich Saccharomyces cerevisiae (ok. 40 mg/l i ok. 240 mg/l).

Powyższe wyniki potwierdzają dotychczasowe badania, w których stwierdzono, że szczepy

dzikie rozpoczynające fermentację tj. Candida pulcherrima, charakteryzują się wysoką produkcją

związków lotnych, natomiast drożdże Saccharomyces cerevisiae, kończące proces, wytwarzają

znaczne ilości tzw. ubocznych komponentów fermentacji alkoholowej.

Rysunek 1. Dynamika procesu fermentacji z udziałem różnych szczepów drożdży

0

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

1,8

2,1

0

2

4

6

8

10

12

14

Dzień fermentacji

Ubytek masy [%]

Saccharomyces cerevisiae K1
Saccharomyces cerevisiae K3
Candida pulcherrima K5
Saccharomyces cerevisiae "Burgund"

Rysunek 2. Zużycie cukrów i wydajność procesu fermentacji

82

84

86

88

90

92

94

96

98

100

Saccharomyces

cerevisiae K1

Saccharomyces

cerevisiae K3

Candida pulcherrima

K5

Saccharomyces

cerevisiae "Burgund"

Zużycie cukrów [%]
Wydajność procesu [%]

Rysunek 3. Przyrost biomasy i produkcja alkoholu

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Saccharomyces

cerevisiae K1

Saccharomyces

cerevisiae K3

Candida

pulcherrima K5

Saccharomyces

cerevisiae
"Burgund"

Przyrost biomasy [g/ 1 g glukozy]
Alkohol [g/ 1 g glukozy]

Rysunek 4. Produkcja metanolu i fuzli przez drożdże

0

10

20

30

40

50

60

70

metanol

propanol

izobutanol

izoamylowe

Zawarto

ść

mg / l

Saccharomyces cerevisiae K1
Saccharomyces cerevisiae K3
Candida pulcherrima K5
Saccharomyces cerevisiae "Burgund"

Rysunek 5. Produkcja związków karbonylowych, estrów i kwasów przez drożdże

0

50

100

150

200

250

300

acetaldehyd

octan etylu

kwas octowy

Zawarto

ść

w mg / l

Saccharomyces cerevisiae K1
Saccharomyces cerevisiae K3
Candida pulcherrima K5
Saccharomyces cerevisiae "Burgund"

WNIOSKI

1. Wszystkie mikroorganizmy użyte do fermentacji roztworów modelowych wytwarzają etanol oraz

inne związki lotne i mają bezpośredni wpływ na skład chemiczny destylatów.

2. Szczepy dzikie i szlachetne z gatunku Saccharomyces cerevisiae, wykazały bardzo zbliżoną

charakterystykę fermentacyjną. Różnice polegały jedynie na podwyższonej produkcji alkoholi

izoamylowych przez szczepy dzikie. Szczepy K1 i K3 mogą być stosowane, do

odfermentowywania moszczów owocowych.

3. Drożdże Candida pulcherrima wyróżniają się zarówno pod względem dynamiki procesu, jak i

składu ilościowego uzyskiwanych destylatów. Ich cechą charakterystyczną jak niezwykle wysoka

produkcja octanu etylu. Proponuje się, wykorzystanie tych drożdży, jako kultury starterowej, przy

wytwarzaniu win gronowych i owocowych.

LITERATURA

1. Fernandez M.T., Ubeda J.F., Briones A.I. 1999. Comparative study of non-Saccharomyces

microflora of musts in fermentation, by physiological and molecular methods. FEMS

Microbiol. Lett. 173, 223-229

2. Granchi L., Ganucci D., Messini A., Vincenzini M. 2002. Oenological properties of

Hanseniaspora osmophila and Kloeckera corticis from wines produced by spontaneous

fermentations of normal and dried grapes. FEMS Yeast Research 2, 403-407

3. Romano P., Suzzi G., Domizio P., Fatichenti F. 1996. Secondary products formation as a tool

for discriminating non-Saccharomyces wine strains. Antonie van Leeuwenhoek 74, 1-4.

4. Sipiczki M. 2001. Analysis of yeast derived from natural fermentation in Tokaj winery.

Antonie van Leeuwenhoek 79, 97-105.

5. Torija M.J., Rozes N., Poblet M., Guillamon J.M., Mas A. 2001. Yeast population dynamics

in spontaneous fermentations: Comparison between two different wine-producing areas over a

period of three years. Antonie van Leeuwenhoek 79, 345-352

6. Zohre D.E., Erten H. 2002. The influence of Kloeckera apiculata and Candida pulcherrima

yeasts on wine fermentation. Process Biochemistry 38, 319-324