Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf

5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf

1/330

SADRAJ

POGLAVLJE 1: SISTEMETIKA I NAZIVLJE KVASACA .................................... 1

1.1. UVOD ..................................................................................................................................................... 1

1.2. TAKSONOMIJA KVASACA .............................................................................................................. 21.2.1. Askomicetni kvasci ......................................................... ................................................................. 31.2.2. Bazidiomicetni kvasci ................................................................ ...................................................... 4

1.3. KVASCI OD POSEBNOG ZNAENJA............................................................ ................................. 61.3.1. Rod Saccharomyces......................................................................................................................... 81.3.2. RodKluyveromyces......................................................................................................................... 91.3.3. Rod Candida.................................................................................................................................... 91.3.4. Ostali kvasci od posebnog znaenja............................................................................................... 101.3.5. Kvasci uzronici kvarenja.......................................................... .................................................... 131.3.6. Patogeni kvasci .............................................................................................................................. 14

1.4. ZBIRKE KVASACA U SVIJETU ........................................................... .......................................... 14

LITERATURA ........................................................................................................................................... 16

POGLAVLJE 2: GENETIKA KVASACA I PRIMJENA GENETIKIHISTRAIVANJA U OPLEMENJIVANJU INDUSTRIJSKIH SOJEVA KVASACA

............................................................................................................................ 19

2.1. UVOD ................................................................................................................................................... 19

2.2. STRUKTURA GENOMA I IVOTNI CIKLUS KVASCA............................................................ 212.2.1. Genom kvasca Saccharomyces cerevisiae................................................................. .................... 212.2.2. Genetika nomenklatura................................................................................................................ 222.2.3. Stanini ciklus...................................................... ................................................................. ......... 232.2.4. Sporulacija kvasca i nastanak haploidnih askospora...................................................................... 242.2.5. Analiza askospora i konstrukcija sojeva klasinim krianjem....................................................... 242.2.6. Konjugacija i homotalizam ............................................................................................................ 262.2.7. Genetiko inenjerstvo i ciljane genetike manipulacije u kvascu................................................ 27

2.3. PRIMJENA GENETIKOG INENJERSTVA U POBOLJANJU SVOJSTAVAPEKARSKOG, VINSKOG I PIVSKOG KVASCA ................................................................................ 28

2.3.1. Struktura genoma i klasifikacija pekarskih, vinskih i pivskih kvasaca .......................................... 28i pivskog kvasca ............................................................. ................................................................. ......... 29

2.3.3. Prednosti i ogranienja genetikog inenjerstva u oplemenjivanju industrijskih kvasaca............. 292.3.4. Strategije i primjeri poboljanja pekarskih, vinskih i pivskih kvasaca metodama genetikoginenjerstva .............................................................................................................................................. 30

2.3.4.1. Sprjeavanje represije glukozom......................................................... ............................... 302.3.4.2. Asimilacija rafinoze, melibioze i maltotrioze ............................................................ ......... 322.3.4.3. Hidroliza kroba i dekstrina............................................................................................... 322.3.4.4. Hidroliza -glukana, pektina i ksilana............................................................................... 332.3.4.5. Koritenje izvora duika............................................................ .......................................... 332.3.4.6. Flokulacija vinskih i pivskih kvasaca............................................................. .................... 342.3.4.7. Smanjenje proizvodnje diacetila.......................................................... ............................... 342.3.4.8. Optimizacija proizvodnje spojeva koji sadre sumpor ..................................................... 35

2.3.4.8.1. Sulfiti............................................................................................................................. 362.3.4.8.2. Vodikov sulfid............................................................................................................... 362.3.4.8.3. Dimetil sulfid............................................................. .................................................... 37

2.3.4.9. Biosinteza glicerola.............................................................................................................. 38


2/330

2.3.4.10. Smanjenje kiselosti vina.................................................................................................... 392.3.4.11. Poveanje tolerancije na zamrzavanje i odmrzavanje.................................................... 39

LITERATURA ........................................................................................................................................... 40

POGLAVLJE 3: PROIZVODNJA PIVA .............................................................. 41

3.1. UVOD ................................................................................................................................................... 41

3.2. DEFINICIJA PIVA ............................................................................................................................. 42

3.3. TIPOVI I VRSTE PIVA ..................................................................................................................... 423.3.1. Podjela piva prema vrsti kvasca i nainu fermentacije.................................................................. 423.3.2. Podjela piva prema masenom udjelu ekstrakta u sladovini ........................................................... 433.3.3. Podjela piva prema glavnoj sirovini za proizvodnju sladovine ...................................................... 433.3.4. Podjela piva prema boji ................................................................................................................. 443.3.5. Podjela piva prema volumnom udjelu alkohola ......................................................... .................... 44

3.4. PROIZVODNJA PIVA ....................................................................................................................... 443.4.1. Proizvodnja sladovine ................................................................ .................................................... 46

3.4.1.1. Sirovine za proizvodnju sladovine...................................................................................... 463.4.1.2. Varionica i proizvodnja sladovine...................................................................................... 513.4.1.3. Praktino izvoenje ukomljavanja i hidrolize.......................................................... ......... 543.4.1.4. Izdvajanje sladovine iz slatke komine................................................................................ 593.4.1.5. Kuhanje sladovine............................................................ .................................................... 593.4.1.6. Hlaenje, bistrenje i aeracija sladovine............................................................................. 61

3.5. FERMENTACIJA SLADOVINEGLAVNO VRENJE ................................................................ 623.5.1. ista kultura kvasaca..................................................................................................................... 62

3.5.1.1. Umnoavanje iste kulture.................................................................................................. 633.5.2. Biokemijske promjene tijekom fermentacije sladovine ........................................................ ......... 66

3.5.2.1. Alkoholna fermentacija....................................................................................................... 67

3.6. VOENJE GLAVNOG VRENJA I DOVIRANJA................................................................ .......... 723.6.1. Klasini postupak glavnog vrenja piva.......................................................................................... 723.6.2. Klasino naknadno vrenje (doviranje) mladog piva ...................................................................... 753.6.3. Vrenje i doviranje piva u cilindrino-konusnim fermentorima ...................................................... 75

3.6.3.1. Konstrukcija, veliina i postavljanje CKF-a................................................................... 753.6.3.2. Izdvajanje i uvanje kvasca za ponovno nacjepljivanje................................................... 80

3.7. DORADA PIVA ......................................................... ................................................................. ......... 803.7.1. Filtracija ......................................................................................................................................... 803.7.2. Centrifugiranje ............................................................................................................................... 813.7.3. Stabilizacija piva ............................................................. ............................................................... 82

3.7.3.1. Koloidna stabilizacija piva.................................................................................................. 833.7.3.2. Bioloka stabilizacija........................................................ .................................................... 83

3.7.4. Nestabilnost okusa ......................................................................................................................... 843.7.5. Korekcija udjela nekih sastojaka piva ............................................................. ............................... 853.7.6. Tlani tankovi................................................................................................................................ 86

3.8. MIKROBIOLOKI NADZOR PROIZVODNJE PIVA......................................................... ......... 863.8.1. Divlji kvasci ................................................................................................................................... 873.8.2. Bakterijski kontaminanti piva ............................................................... ......................................... 88

3.8.2.1. Gram-pozitivne bakterije.................................................................................................... 883.8.2.2. Gram- negativne bakterije.................................................................................................. 89

3.8.3. Sporogene bakterije ....................................................................................................................... 90

3.8.4. Cilj i provedba mikrobiolokog nadzora......................................................... ............................... 91

3.8.5. Uklanjanje nepoeljnih mikroorganizama, ienje i dezinfekcija ................................................ 91


3/330

LITERATURA ........................................................................................................................................... 93

POGLAVLJE 4: PROIZVODNJA VINA .............................................................. 94

4.1. UVOD ................................................................................................................................................... 94

4.2. VRSTE I KULTIVARI VINOVE LOZE ...................................................................... .................... 94

4.3. KEMIJSKI SASTAV MOTA I VINA............................................................................................. 954.3.1.Voda ........................................................... ................................................................. .................... 954.3.2. Etanol ............................................................................................................................................. 954.3.3. Metanol .......................................................................................................................................... 964.3.4. Vii alkoholi......................................................... ................................................................. ......... 964.3.5. Alkoholi s vie hidroksilnih skupina............................................................... ............................... 964.3.6. Ugljikohidrati ....................................................... ................................................................. ......... 974.3.7. Kiseline .......................................................................................................................................... 974.3.8. Aldehidi ......................................................................................................................................... 984.3.9. Esteri .............................................................................................................................................. 98

4.3.10. Fenoli ........................................................................................................................................... 984.3.11. Aromatski spojevi ........................................................................................................................ 99

4.3.11.1. Aromatski spojevi iz groa............................................................... ............................... 994.3.11.2. Aromatski spojevi nastali tijekom alkoholne fermentacije.......................................... 1004.3.11.3. Aromatski spojevi nastali tijekom dozrijevanja i starenja vina................................... 100

4.3.12. Vitamini ..................................................................................................................................... 1004.3.13. Minerali...................................................................................................................................... 100

4.4. POSTUPCI PROIZVODNJE VINA ....................................................... ........................................ 1014.4.1. Muljanje i runjenje groa........................................................................................................... 1024.4.2. Maceracija groa........................................................... ............................................................. 1034.4.3. Preanje groa............................................................................................................................ 1034.4.4. Bistrenje mota............................................................................................................................ 105

4.4.5. Postuci pojaavanja/doslaivanja, otkiseljavanja i dokiseljavanja.............................................. 1054.4.6. Sumporni dioksid u vinarstvu ...................................................................................................... 106

4.4.6.1. Dodavanje sumpornog dioksida........................................................... ............................. 1074.4.7. Bistrenje i bistrila ............................................................ ............................................................. 108

4.4.7.1. Nain djelovanja bistrila.................................................................................................... 1084.4.8. Filtracija vina ............................................................................................................................... 109

4.4.8.1. Naplavna filtracija............................................................................................................. 1104.4.8.2. Filteri s okvirima (ploasti filteri)........................................................ ............................. 1104.4.8.3 Filteri s membranama........................................................................................................ 1114.4.8.4. Tangencijalna filtracija (cross flow filtracija)................................................................. 1114.4.8.5. Vakuum filtri...................................................................................................................... 1124.4.8.6. Centrifuge........................................................................................................................... 112

4.5. ALKOHOLNA FERMENTACIJA .......................................................... ........................................ 1124.5.1. Kvasci .......................................................................................................................................... 113

4.5.1.1. Porijeklo vinskih kvasaca.................................................................................................. 1134.5.2. Mlijeno-kisele bakterije (MKB) ......................................................... ........................................ 1144.5.3. Bakteriofagi ................................................................................................................................. 1144.5.4. Octene bakterije ........................................................................................................................... 1144.5.6. Plijesni ......................................................................................................................................... 1154.5.7. Spontana i inducirana (kontrolirana) alkoholna fermentacija ..................................................... 1154.5.8. Metabolizam kvasaca ................................................................ ................................................... 116

4.5.8.1 Alkoholna fermentacija...................................................................................................... 1164.5.8.2. Sekundarni produkti metabolizma eera....................................................................... 1174.5.8.3. Metabolizam duika........................................................................................................... 1174.5.8.4. Metabolizam sumpora....................................................................................................... 118

4.6. MALOLAKTIKA FERMENTACIJA.......................................................................................... 118


4/330

4.6.1. Biokemizam malolaktike fermentacije.......................................................... ............................. 1194.6.2. imbenici malolaktike fermentacije.......................................................................................... 1204.6.3. Utjecaji malolaktike fermentacije na vino.................................................................................. 120

4.7. POSTUPCI STABILIZACIJE I DOZRIJEVANJA VINA ........................................................... 1214.7.1. Stabilizacija vina na tartarate ................................................................ ....................................... 121

4.7.2. Stabilizacija vina na bjelanevine............................................................................................... 1224.7.3. Stabilizacija vina na polisaharide ......................................................... ........................................ 1224.7.4. Stabilizacija vina na metale ......................................................................................................... 122

4.8. PRETOK I DOZRIJEVANJE VINA ....................................................... ........................................ 1234.8.1. Dolijevanje posuda ...................................................................................................................... 1234.8.2. Pretok vina ................................................................................................................................... 1234.8.3. Dozrijevanje vina ............................................................ ............................................................. 1234.8.4. Promjena boje .............................................................................................................................. 1244.8.5. Promjena okusa ............................................................... ............................................................. 1244.8.6. Promjena mirisa ........................................................................................................................... 1244.8.7. imbenici koji utjeu na dozrijevanje vina u boci................................................................ ....... 1244.8.8. Dozrijevanje u drvenom posuu.................................................................................................. 125

4.9. PUNJENJE VINA U BOCE ............................................................................................................. 125

4.10. TEHNOLOGIJA PROIZVODNJE BIJELIH VINA ................................................................... 1264.10.1. Hiperoksidacija .......................................................................................................................... 1274.10.2. Hiperredukcija ........................................................................................................................... 1274.10.3. Njega vina na kvascu (sur lie) ............................................................ ........................................ 127

4.11. TEHNOLOGIJA PROIZVODNJE CRNIH VINA ............................................................... ....... 1284.11.1. Mikrooksidacija ......................................................................................................................... 1294.11.2. Karbonska maceracija .............................................................. .................................................. 129

4.12. MANE I BOLESTI VINA ............................................................. .................................................. 1304.12.1. Mikroorganizmi uzronici kvarenja.............................................................. ............................. 130

4.12.1.1. Octene bakterije............................................................................................................... 1304.12.1.2. Mlijeno kisele bakterije (MKB).................................................................................... 1314.12.1.3. Kvasci................................................................................................................................ 131

4.12.2. Prisutnost tekih metala............................................................................................................. 1324.12.3. Negativan utjecaj epa - Cork taint........................................................................................ 132

4.13. SPECIJALNA VINA .......................................................... ............................................................. 1334.13.1. Slatka vina ................................................................................................................................. 133

4.13.1.1. Vina od groda napadnutog s plemenitom plijesni....................................................... 1334.13.1.2. Slatka vina od groda koje nije napadnuto s plemenitom plijesni ............................... 134

4.13.2. Likerska vina ............................................................................................................................. 1354.13.3. Aromatizirana vina .................................................................................................................... 136

4.13.4. Pjenuava vina........................................................................................................................... 1374.13.4.1. Autoliza kvasaca............................................................. .................................................. 138

LITERATURA ......................................................................................................................................... 138

POGLAVLJE 5: PROIZVODNJA ETILNOG ALKOHOLA .............................. 140

5.1. UVOD ................................................................................................................................................. 140

5.2. ALKOHOLNA FERMENTACIJA .......................................................... ........................................ 1415.2.1. Kvasci u proizvodnji etanola ....................................................................................................... 1425.2.2. Sirovine u proizvodnji etanola ..................................................................................................... 143

5.2.3. Proraun alkoholne fermentacije................................................................................................. 143


5/330

5.3. PROIZVODNJA ALKOHOLA U POGONU ................................................................................. 1455.3.1. Proizvodnja alkohola na melasi .......................................................... ........................................ 145

5.3.1.1. Tehnoloki postupci.......................................................................................................... 1455.3.1.2. Proizvodnja alkohola po fazama......................................................... ............................. 1465.3.1.3. Priprema supstrata........................................................................................................... 1485.3.1.4 Priprema laboratorijske iste kulture.............................................................................. 149

5.3.1.5. Uzgoj pogonskog inokuluma............................................................................................ 1505.3.1.6. Alkoholna fermentacija-Glavno vrenje.......................................................... .................. 1505.3.1.7. Separacija komine............................................................ .................................................. 1535.3.1.8. Proizvodnja suhog neaktivnog kvasca........................................................... .................. 1555.3.1.9. Kontinuirana fermentacija....................................................... ........................................ 156

5.3.1.9.1. Voenje biotehnolokog procesa kontinuirane fermentacije.................................. 1585.3.2. Izdvajanje alkohola iz prevrele komine: destilacija i rektifikacija ............................................... 159

5.3.2.1. Proizvodnja bezvodnog alkohola..................................................................................... 161

5.4. PROIZVODNJA ALKOHOLA NA KROBNIM SIROVINAMA.............................................. 1625.4.1. Priprema supstrata u proizvodnji alkohola iz itarica (kukuruza)................................................ 1635.4.2. Fermentacija ................................................................................................................................ 1655.4.3. Izdvajanje proizvoda ................................................................. ................................................... 166

5.5. PROIZVODNJA ALKOHOLA IZ LIGNOCELULOZNIH MATERIJALA ........................... 1665.5.1. Hidroliza LCM............................................................................................................................. 1675.5.2. Fermentacija ................................................................................................................................ 168

5.6. NOVOSTI U PROIZVODNJI ALKOHOLA ZA GORIVO .......................................................... 1685.6.1. Stanje i predvianja u proizvodnji alkohola za gorivo (bio-etanola) ........................................... 1685.6.2. Prikaz proizvodnje bio-etanola na razliitim sirovinama........................................................ 170

LITERATURA ......................................................................................................................................... 171

POGLAVLJE 6: PROIZVODNJA JAKIH ALKOHOLNIH PIA....................... 173

6.1. UVOD ................................................................................................................................................. 173

6.2. DEFINICIJA I PODJELA JAKIH ALKOHOLNIH PIA.......................................................... 174

6.3. PRIRODNA JAKA ALKOHOLNA PIA......................................................... ............................. 1746.3.1. Vone rakije................................................................................................................................. 175

6.3.1.1. Opis procesa proizvodnje vonih rakija ......................................................... .................. 1766.3.1.1.1. Vinjak.......................................................................................................................... 1796.3.1.1.2. ljivovica.................................................................................................................... 1806.3.1.1.3. Rakija od kruaka..................................................................................................... 1836.3.1.1.4. Rakija od jabuka........................................................................................................ 184

6.3.2. itne rakije.................................................................................................................................. 1866.3.2.1. Viski............................................................. ................................................................. ....... 1866.3.2.2. Vodka.................................................................................................................................. 1896.3.2.3. Genever i gin.......................................................... ............................................................. 190

6.3.3. eerne rakije....................................................... ................................................................. ....... 1916.3.3.1. Rum.................................................................................................................................... 1916.3.3.2. Arrack................................................................................................................................ 193

6.4. PROIZVODNJA AROMATIZIRANIH RAKIJA I LIKERA ......................... ............................. 1946.4.1.Travarica ....................................................................................................................................... 1946.4.2. Komovica ............................................................. ................................................................. ....... 1946.4.3. Komovica s kupinom ili ribizlom ................................................................................................ 1956.4.4. Ostale aromatizirane rakije .......................................................................................................... 1956.4.5. Likeri ........................................................................................................................................... 196

6.4.5.1. Slatki likeri......................................................................................................................... 1966.4.5.2. Gorki likeri......................................................................................................................... 197


6/330

6.4.5.3. Specijalni likeri................................................................ ................................................... 197

6.5. OSTALE SIROVINE U PROIZVODNJI JAKIH ALKOHOLNIH PIA................................. 1986.5.1. Alkohol ........................................................................................................................................ 1986.5.2. Destilati prevrelih vonih komina........................................................ ........................................ 1986.5.3. Destilati neprevrelog (maceriranog) voa....................................................... ............................. 198

6.5.4. Macerati aromatskog bilja................................... .............................................................. .......... 1996.5.5. Destilati aromatskog bilja ............................................................................................................ 1996.5.6. Eterina ulja i esencije................................................................................................................ 1996.5.7. Alkoholizirani voni sokovi................................................................. ........................................ 1996.5.8. Voda .......................................................... ................................................................. .................. 1996.5.9. Sredstva za slaenje..................................................................................................................... 2006.5.10. Sredstva za bojenje .................................................................................................................... 2006.5.11. Aromatsko i ljekovito bilje ........................................................................................................ 2016.5.12. Voe, voni sokovi i plodovi..................................................................................................... 2036.5.13. Eterina ulja............................................................................................................................... 2036.5.14. Sintetski aromatici ..................................................................................................................... 203

6.6. Sastavljanje jakih alkoholnih pia................................................................................................... 204

LITERATURA ......................................................................................................................................... 205

POGLAVLJE 7: PROIZVODNJA PEKARSKOG KVASCA ............................. 206

7.1. UVOD ................................................................................................................................................. 206

7.2. PROIZVODNI PROCESOPE POSTAVKE............................................................................ 207

7.3. VRSTE I SOJEVI KVASACA U PROIZVODNJI......................................................................... 208

7.4. PRINCIPI AEROBNOG UZGOJA KVAEVE BIOMASE...................................................... 2087.4.1. Brzina rasta .................................................................................................................................. 2087.4.2. Potreba kisika i aeracija ............................................................................................................... 2107.4.3. Fermentativni metabolizam u aerobnim uvjetima ................................................................ ........ 212

7.5. HRANJIVI SUPSTRAT ................................................................. ................................................... 2137.5.1. Izvori ugljika ........................................................ ................................................................. ....... 2137.5.2. Izvori duika i fosfora.................................................................................................................. 2137.5.3. Ostali elementi (minerali) ............................................................................................................ 2147.5.4. Tvari rasta .................................................................................................................................... 2157.5.5. Alternativni izvori ugljika i energije ............................................................................................ 215

7.6. UVJETI OKOLINE .......................................................................................................................... 2167.6.1. Temperatura ................................................................................................................................. 2167.6.2. Koncentracija H+ (pH) ................................................................................................................ 2167.6.3 Koncentracija kvaevih stanica................................................................................................... 2167.6.4 Prinos kvasca po utroenom supstratu.......................................................................................... 2167.6.5. Toplinaodvoenje topline........................................................................................................ 2177.6.6. Periodinost i pupanje................................................................ .................................................. 217

7.7. PROIZVODNJA KVASCA U POGONU ........................................................... ............................. 2187.7.1. Priprema hranjive podloge ........................................................ .................................................. 2187.7.2. Faze uzgoja .................................................................................................................................. 2197.7.3. Bioreaktori u pogonu ................................................................................................................... 2197.7.4. Proizvodnja kvaeve biomase po fazama................................................................ .................. 220

7.7.4.1. Proizvodnja pogonskog inokuluma.................................................................................. 2207.7.4.2. Proizvodnja matinog kvasca............................................................... ............................. 221

7.7.4.3. Proizvodnja prodajnog kvasca............................................................. ............................. 2227.7.5. Izdvajanje i filtracija kvaeve biomase...................................................................................... 225


7/330

7.7.6. Mijeanje, oblikovanje i pakiranje svjeeg kvasca...................................................................... 2267.7.7. Transport kvasca .......................................................................................................................... 2267.7.8. Trajnost svjeeg kvasca............................................................................................................... 227

7.8. SUHI AKTIVNI KVASAC ............................................................................................................... 2277.8.1. Ope postavke proizvodnje suhog aktivnog kvasca.............................................................. ....... 228

7.8.2. Sojevi kvasca S. cerevisiae.......................................................................................................... 2287.8.3. Uzgoj kvasca i kemijski sastav .................................................................................................... 2287.8.4. Zatita i oblikovanje..................................................................................................................... 2287.8.5. Suenje......................................................................................................................................... 229

7.8.5.1 Postupci suenja.................................................................................................................. 2307.8.5.2 Pakiranje SAK-a................................................................................................................. 2327.8.5.3 Aktivnost suhog aktivnog kvasca .......................................................... ............................. 233

7.8.6. Mjerenje fermentacijske aktivnosti ................................................................. ............................. 233

LITERATURA ......................................................................................................................................... 235

POGLAVLJE 8: PRIMJENA KVASACA U PEKARSTVU ............................. 237

8.1. UVOD ................................................................................................................................................. 237

8.2. OBLICI PEKARSKOG KVASCA .................................................................................................. 2388.2.1. Svjei pekarski kvasac................................................................................................................. 2388.2.2. Tekui kvasac-kvaevo mlijeko................................................................................................. 2408.2.3. Suhi aktivni kvasac (SAK)........................................................................................................... 2418.2.4. Namjenski kvasci ........................................................... ............................................................. 243

8.2.4.1. Kvasci za slatka tijesta-osmotolerantni kvasci................................................................ 2438.2.4.2 Kvasci za smrznuta tijesta.......................................................... ........................................ 2438.2.4.3.Ostali namjenski kvasci...................................................................................................... 244

8.3. FERMENTACIJA EERA U TIJESTU...................................................................................... 244

8.3.1. Utjecaj uvjeta okoline na dizanje tijesta ...................................................................................... 2478.3.1.1. Temperatura.......................................................... ............................................................. 2478.3.1.2. pH vrijednost...................................................................................................................... 248

8.3.2. Osmotski tlak ............................................................................................................................... 2498.3.3. Fermentacijska aktivnost kvasca u smrznutom tijestu ......................................................... ....... 250

8.3.3.1. Vrste kvasaca za smrzavanje............................................................................................ 2518.3.3.2. Priprema i fermentacija tijesta prije zamrzavanja......................................................... 2528.3.3.3. Postupak zamrzavanja tijesta........................................................................................... 2528.3.3.4. Uvjeti skladitenja smrznutog tijesta............................................................................... 2548.3.3.5.Odmrzavanje smrznutog tijesta............................................................ ............................. 254

8.4. OKUS I MIRIS KRUHA .................................................................................................................. 2558.4.1. Primjena kiselih startera u proizvodnji kruha .............................................................................. 256

8.4.1.1. Spontana fermentacija................................................................ ....................................... 2578.4.1.2. Reciklacija kiselog tijesta.................................................................................................. 2588.4.1.3. Upotreba startera definiranog mikrobnog sastava........................................................ 258

LITERATURA ......................................................................................................................................... 262

POGLAVLJE 9: PREHRAMBENI I KRMNI KVASAC ...................................... 264

9.1. UVOD ................................................................................................................................................. 264

9.2. SASTAV KVAEVE BIOMASE.................................................................................................. 2659.2.1. Proteini kvasca ............................................................................................................................. 2669.2.2. Vitamini ....................................................................................................................................... 2679.2.3. Minerali...................... ............................................................... .................................................. 268


8/330

9.2.4. Lipidi ........................................................................................................................................... 2739.2.5. Ugljikohidrati ....................................................... ................................................................. ....... 273

9.3. PROIZVODNJA PREHRAMBENOG I KRMNOG KVASCA ................................................... 2739.3.1. Proizvodnja prehrambenog kvasca .............................................................................................. 274

9.3.1.1. Proizvodnja na sirutki....................................................................................................... 275

9.3.1.2. Specifikacija kvalitete prehrambenog kvasca................................................................. 2779.3.2. Proizvodnja krmnog kvasca ................................................................. ........................................ 278

9.3.2.1. Proizvodnja krmnog kvasca na sulfitnoj luini........................................................ ....... 2789.3.2.2. Proizvodnja krmnog kvasca na polisaharidnim sirovinama.......................................... 2809.3.2.3. Proizvodnje kvasaca na metanolu.................................................................................... 2819.3.2.4. Proizvodnja kvasaca na n-alkanima............................................................... .................. 2819.3.2.5. Proizvodnja lipidnih kvasaca........................................................................................... 282

LITERATURA ......................................................................................................................................... 283

POGLAVLJE 10: PROIZVODI IZ KVASCA ..................................................... 286

10.1. UVOD ............................................................................................................................................... 286

10.2. PROIZVODI ZA POBOLJANJE OKUSA I MIRISA........................................................ ....... 28710.2.1. Kvaev ekstrakt........................................................................................................................ 287

10.2.1.1 Autoliza.............................................................................................................................. 28810.2.1.2 Plazmoliza.......................................................................................................................... 29010.2.1.3.Kiselinska hidroliza......................................................... .................................................. 291

10.2.2. Autolizati ................................................................................................................................... 29210.2.3. Poboljivai okusa i mirisa....................................................................................................... 29210.2.4. Nukleotidi u funkcionalnim proizvodima ................................................................ .................. 295

10.2.4.1. Prehrambeni izvori nukleotida....................................................................................... 29610.2.5.1. Proteinski preparati kvasca............................................................................................ 296

10.3. ENZIMI IZ KVASCA ........................................................ ............................................................. 29810.3.1. Invertaza (-D-fruktofuranozid fruktohidrolaza) ................................................................ ....... 29810.3.2. Laktaza ............................................................... ................................................................. ....... 29910.3.3. Proteolitiki enzimi................................................................. ................................................... 30010.3.4. Melibiaza (-galaktozidaza) ...................................................................................................... 30010.3.5. Alkoholna dehidrogenaza ................................................................. ........................................ 30110.3.6. Lipaza ............................................................... ................................................................. ....... 30110.3.7. Ostali enzimi ..................................................... ................................................................. ....... 301

10.4. BOJILA: tvari za bojanje prehrambenih proizvoda ............................................................. ....... 302

10.5. FARMACEUTSKI I KOZMETIKI PROIZVODI.......................................................... ....... 30310.5.1. Koni respiracijski faktor......................................................... .................................................. 30310.5.2. Glukan........................................................................................................................................ 30310.5.3. Koenzim A-sintetizirajui proteinski kompleks (CoA-SPC) ..................................................... 30510.5.4. Biosinteza S-adenozil L-metionina (SAMe) .............................................................................. 30510.5.5. Proizvodi iz kvasca dobiveni tehnologijom rekombinantne DNA ............................................. 306

10.5.5.1. Hormoni inzulin, glukagon i somatropin....................................................................... 30910.5.5.2. Interferoni.......................................................... ............................................................. 31010.5.5.3. Granulocitni makrofag (GM)............................................................ ............................. 31110.5.5.4. Vakcina za hepatitis-B (HBV)............................................................ ............................. 31110.5.5.5. Hirudin..................................................... ................................................................. ....... 31210.5.5.6. Becaplermin (derivirani faktor rasta krvnih ploica).................................................. 31310.5.5.7. Oksidaza mokrane kiseline............................................................... ............................. 313

LITERATURA ......................................................................................................................................... 313


9/330


10/330

1

Poglavlje 1: SISTEMETIKA I NAZIVLJE KVASACA

Slobodan Grba i Sandi Orli

1.1. UVOD

Pod pojmom sistematika, podrazumijeva se izuavanje klasifikacije ivih bia i njihovihoblika te je openito sinonim za taksonomiju, koja je stoljeima opisivala i objanjavalarazliitost morfolokih oblika ivih bia te njihove sastavne dijelove. Unato tome,

povezanost i evolucija ivih organizama time nije u potpunosti razjanjena. Nakonsekvencioniranja cjelokupnog genoma kvasca Saccharomyces cerevisiae 1996. godine,

kaoi mnogih drugih mikroorganizama, metodama molekularne biologije i bioinformatike

razrauju se spoznaje o evoluciji i razliitosti ivih organizama. Isto tako su biotehnolozi,koji koriste kvasce kao proizvodne mikroorganizme, zainteresirani za slinosti i razliketih kvasaca, te njihova fizioloka i biokemijska svojstva. Norme u taksonomiji kvasaca i

ostalih gljiva spadaju pod Meunarodnu Botaniku Nomenklaturu (Inernational Code ofBotanical Nomenclature). Posljednja verzija te nomenklature prihvaena je na 15.Meunarodnom botanikom kongresu u Yokohami 1993. godine u Japanu (Greuter i sur.,1993).

Sistemetika kvasaca se poela ozbiljno izuavati poetkom 19. stoljea kada je utvrenoda je kvasac ivi organizam i kada je svrstan u gljive. Meyen (1838.) timmikroorganizmima, po latinskoj nomenklaturi, daje naziv Saccharomyces (gljive koje

koriste eere), ukljuujui u taj rod tri vrste: S. vini, S. cerevisiae, S. pomorum. Krajem19. stoljea Hansenuvodi metode za izolaciju istih kultura kvasaca te daje veliki poticajrazvoju sistematike kvasaca (Hansen, 1904). Sistematiku je zasnivao na osobnim

opaanjima (mjesto izolacije, tip fermentacije, oblici spora i dr.). Do kraja 19. stoljea uliteraturi je bilo opisano preko 200 vrsta, od kojih 90 vrijede jo i danas. Kasnije jeGuillermond (1928) razvio sistematsku shemu identifikacije kvasaca pomoudihotomnog kljua i uveo 22 roda kvasaca. Kriterij se zasnivao na izgledu vegetativnihstanica, prisustvu, odsustvu, broju i izgledu askospora te sposobnosti asimilacije

odreenih eera. Slijedili su brojni pokuaji sistematike, meutim nepotpuni. Cjelokupnaklasifikacija kvasaca objavljena je u izdanjima: Lodder i Kreger-van Rij (1952), Lodder

(1970), Kreger van Rij (1984). U prvoj sustavnoj taksonomiji kvasaca (Lodder i Kreger-

van Rij, 1952) opisano je 164 vrsta i 29 rodova kvasaca. U drugom izdanju (Lodder,

1970) opisano je 349 vrsta i 39 rodova kvasaca. Ta knjiga je bila jako cijenjena i naveliko

koritena, jer je na praktian nain opisivala karakteristike pojedinih kvasaca, to je zabiotehnologe bilo od izuzetne vanosti. Od tada je otkriven velik broj novih vrsta. Kasnijirazvoj taksonomije zahtijevao je koritenje novih kriterija i znanstvenih spoznaja zaopisivanje i klasifikaciju kvasaca. Na temelju tih novih spoznaja promijenio se naziv

nekih vrsta, to se odnosi i na neke vane industrijski primjenjive kvasce. Tree izdanje,(Kreger-van Rij, 1984) sadravalo je opis 500 vrsta i 60 rodova kvasaca.U taksonomiji kvasaca mogu se razlikovati tri perioda: prvi period obuhvaa razdoblje do1960. godine. Identifikacija i sistematika kvasaca se zasnivala na testovima asimilacije i

fermentacije eera, asimilacije duika, potrebe za tvarima rasta, temperaturi rasta,otpornosti prema cikloheksimidu, itd. Drugo razdoblje obuhvaa period od 1960. do2000. godine. U tome se periodu znaajno razvija sistematika mikroorganizama, teupotreba novih metoda identifikacije. Prvenstveno se to odnosi na uporabu elektoronskog

mikroskopa i metode odreivanja biokemijskih karakteristika (sastav ugljikohidrata imagnetska rezonancija stanine stijenke, broj izoprenskih jedinca koenzima Q,


11/330

2

citokroma, sastav masnih kiselina i slika izoenzima, sadraj G+C koji je kod veineaskomiceta ispod 50, a bazidiomiceta iznad 50 %, DNA hibridizacija, lanana reakcija

polimerazom, restrikcijska analiza mitohondrijske DNA, gel elektroforeza u pulsirajuempolju, analiza pokretljivosti hibridne DNA, gel elektroforeza u denaturirajuemgradijentu, lanana reakcija polimerazom s nasumino izabranim klicama, DNA/DNA

optika reasocijacija). Trei period sistematike kvasaca zapoinje objavom potpunesekvencije kvasca Saccharomyces cerevisiae (Gofeau i sur., 1996). Do 2003. godine

identificirano je oko 750 vrsta kvasaca (Boekhout i Robert, 2003). Kako kvasci imaju

veliku primjenu u biotehnologiji, sekvencioniran je znaajan broj kvasaca (Dujon, 2005).Razvojem znanosti, saznanja o taksonomiji kvasaca su u mnogoemu napredovala.Danas, postoje dvije nove prihvaene klasifikacije kvasaca: Kurtzman i Fell (1998) teBarnett, Payne i Yarow (2000). Biotehnolozi i mikolozi radije prihvaaju onu predloenuod Kurtzman i Fella (1998). Razlika izmeu ova dva izdanja je u pristupu autora. Uizdanju Kurtzman i Fella (IV izdanje), to predstavlja nastavak nizozemske koleidentifikacije, kvasci su sistematizirani i opisani po grupama filogenetski (askomicete-

teleomorfne i anamorfne vrste; bazidiomicete-teleomorfne i anamorfne vrste i Prototheca

- alge sline kvascima). U izdanjima Barnetta i sur. (2000, III izdanje) kvasci su samoopisani abecednim redom te su opisane njihove morfoloke i fizioloke karakteristike. Udaljnem tekstu obraivati e se samo podaci vezani uz Kurtzman i Fell-a (1998), gdje

jeopisano je 94 rodova i preko 700 vrsta kvasaca.

1.2. TAKSONOMIJA KVASACA

Svi organizmi koji pripadaju grupi gljiva svrstani su u etiri (4) razreda: Phycomycetes(Zygomycetes), Ascomycetes, Deuteromycetes (Fungi imperfecti)i Basidiomycetes.Ta je

klasifikacija uinjena prema karakteristikama vegetativnog rasta i prirodi spora, ako

nastaju.Kvasce se moe definirati kao askomicetne i bazidiomicetne gljive, koje se mogurazmnoavati vegetativno pupanjem ili cijepanjem (fisijom), sa ili bez stvaranja hifa ili

pseudohifa i one koje imaju seksualni oblik koji se ne nalazi u plodnom tijelu. Neki se

kvasci mogu razmnoavati seksualno, to dovodi do izmjene generacija skarakterisitinim stanicama u kojima se odvija mejoza. Kod askomiceta se ta tvorevinanaziva askus, gdje se stvaraju askospore, dok se kod bazidiomiceta, mjesto gdje se odvija

mejoza zove bazidija, izvan koje nastaju bazidiospore. Aseksualni oblici kvasaca zovu se

i nesavreni (imperfect) ili anamorfni (npr. Cryptococcus neofommans, Candida utilis)kvasci, a seksualni oblici se nazivaju savreni oblici (perfect) ili teleomorfni(Filobasidiela neoformans, Picia jadinii). Kombinacija oba oblika kod jedne vrste se

naziva holomorfnost i u tom sluaju kvasac nosi ime po seksualnom obliku. Molekularnemetode su pokazale da se askomicetni kvasci razlikuju od filamentoznih Ascomycetes

(Kurtzman i Robnett, 2003), dok bazidiomicetni kvasci pripadaju u tri razreda

Basidiomycetes (Urediniomycetes, Ustilaginomycetes, Hymenomycetes) (Fell i sur.,

2000).

Industrijski najinteresantniji kvasci svrstani su u razred Ascomycetes, a samo neki u

Basidiomycetes. Zato e u ovom poglavlju biti detaljnije opisani ti razredi. Gljive izrazreda Phycomycetes, koje u odreenim uvjetima pokazuju morfologiju kvasaca, rastufilamentozno pa ovdje nee biti opisane. Osnovna podjela kvasaca prikazana je u tablici1.1.


12/330

3

Tablica 1.1. Djelomina klasifikacija industrijskih kvasaca

Divizija EUMYKOTA

Poddivizija Asomycotina Basidiomycotina Deuteromycotina

Razred: Hemiascomycetes Blastomycetes

Red: Endomycetales Ustilaginales

Porodica: Sacharomycetaceae Filobasidiaceae Cryptococcaceae

Spermophthoraceae (oblikuje Taliospore) Sporobolomycetaceae

1.2.1. Askomicetni kvasci

Askomicetni kvasci su podijeljeni u tri razreda: Arciascomycetes,Hemiascomycetes i

Euascomycetes. Karakterisitka je hemiaskomikota da im se askus ne nalazi u askokarpu,

dok se kod euaskomikota nalazi unutar njega. Prijanje su se klasifikacije unutar ovegrupe zasnivale na tipu vegetatinog rasta, poliploidnosti i morfologiji askospora. U

poslijednjih nekoliko godina klasifikacija kvasaca, ali i ostalih organizama, je vrlo

promijenjena uvoenjem filogenetskih analiza molekularnih sekvencija. Veina sepodataka, za sada, zasniva na sekvencijama rRNA gena (Kurtzman, 1994). Meutim, naosnovi filogenetskih analiza pretpostavlja se da kvasac Schizosaccharomyces pombene

spada u razred Hemiascomycetes, koji obuhvaa najznaajnije kvasce u biotehnologiji,nego u razred Arciascomycetes. Klasifikacija i karakteristike askomicetnih kvasaca

prikazani su u tablicama 1.2. i 1.3.

Tablica 1.2. Klasifikacija askomicetnih kvasaca

Ascomycota

Razred:ArciascomycetesRed: Schizosaccharomycetales

Porodica: Schizoaccharomycetaceae

Rod: Schizosaccharomyces

Red: Taphrinales

Porodica: Taphrinaceae

Rod: Taphrina; Lalaria(anamorf Taphrina)

Red:ProtomycetalesPorodica:Protomycetaceae

Rod:Protomyces; Saitoella(anamorfni rod)

Red:Pneumocystidiales

Porodica:Pneumocytidiaceae

Rod:Pneumocystis

Razred: EuascomycetesRod:Oosporidium

Razred: HemiascomycetesRed: Saccharomycetales


13/330

4

Porodica:Ascoideaceae

Rod:Ascoidea

Porodica: Cephaloascaceae

Rod: Cephaloascus

Porodica: Dipodascaceae

Rod:Dispodascus; Galactomyces; Sporopachydermia; Stephanoascs;

Wickerhamiella; Yarrowia; Zygoascus

Porodica:Endomycetaceae

Rod:Endomyces; Helicogonium; Myriogonium; Phialoascus; Trichomonascus

Porodica:Eremotheciaceae

Rod:Eremothecium; Coccidiascus

Porodica:LipomycetaceaeRod:Babjevia; Dipodascopsis; Lipomyces; Zygozyma

Porodica:Metschnikowiaceae

Rod: Clavispora; Metschnikowia

Porodica: Saccharomycetaceae

Rod: Saccharomyces; Kluyveromyces; Citeromyces; Pichia; Debaromyces; Dekkera;

Lodderomyces; Pachysolen; Saturniaspora; Torulaspora; Zygosaccharomyces

Porodica: Saccharomycodaceae

Rod:Hanseniaspora; Nadsonia; Saccharomycodes; Wickerhamia

Porodica: Saccharomycopsidaceae

Rod:Ambrosiozyma; Saccharomycopsis

Porodica: Candidaceae

Rod: Aciculoconidium; Arxula; Blastobotrys; Botryzyma; Brettanomyces; Candida;

Geotrichum; Kloeckera; Mxyozyma; Schizoblastosporium; Sympodiomyces; Trigonopsis

1.2.2. Bazidiomicetni kvasci

Krajem 19. stoljea Brefeld je prvi opisao klijanje bazidiospora heterobazidiomiceta. Tajrazred obuhvaa rodove s odvojenim bazidijama, koje vrlo esto proizlaze iz probazidija(teliospora). Meutim, klijanje bazidiospora odvija se pomou blastokonidija ili konidija.U sistemtici Kreger van Rij-a (1984) taj je razred podijeljen u pet grupa:

Sporobolomycetaceae, Cryptococcaceae, Filobasediaceae,kvasci koji tvore teliospore i

kvasci koji tvore tramele (rod Tramellales). Dananja sistematika baziomicetnih kvascaprikazana je u tablici 1.3.


14/330

5

Tablica 1.3. Sistematika bazidiomicetnih kvasaca (Kurtzman i Fell, 1998)

Teleomorfni rodovi

Razred: UstilaginalesPorodia: Ustilaginaceae

Rod:Microbotryum, Schizonella, Sorosporium, Sphacelotheca, Sporisorium, Ustilago,

Ustilentyloma

Razred: SporidialesPorodica: Sporidiobolaceae

Rod: Leucosporidium, Rhodosporidium, Sporidiobolus, Erythrobasidium, Kondoa,

Sakaguchia

Razred: PlatygloealesPorodica: Cystobasidiaceae

Rod: Colacoglea, Cytobasidium, Kriegeria, Mycogloea, Occultifer, Tijabodasia

Raazred: SeptobsidialesPorodica: Septobasidiaceae

Rod:Auriculoscypha, Coccidiodiacyton, Ordonia, Septobasidium

Razred: Atractiellales

Porodica: Chinosphaeraceae

Rod: Chinosphera, Stilbum

Porodica:Atractogloeaceae

Rod:Atractogloea

Razred: AgaricostibalesPorodica:Agaricostibaceae

Rod:Agaricosilbum

Razred: GraphiolalesPorodica: Graphiolaceae

Rod: Graphioloa

Razred: CryptobasidialePorodica: Cryptobasidiaceae

Rod: Conyodyctum, Cryptobasidium

Porodica:Microstromaceae

Rod:Microstroma

Razred: ExobasidialesPorodica:Exobasidiaceae

Rod:Brachybasidium, Dicellomyces, Exobasidellum, Exobasidium, Laurobasidium

Razred: Tremellales

Porodica: Sirobasidiaceae

Rod:Fibulobasidium, Sirobasidium

Porodica: Tremellaceae


15/330

6

Rod: Bullromyces, Itersonilia, Holtermannia, Phyllogloea, Sirotrema, Tremella,

Trimorphomyces

Razred: FilobasidialesPorodica:Filobasediaceae

Rod: Cystofilobasidium, Filobasidiella, Filobasidium, Mrakia, Xanthophylomyces

Porodica: Syzygosporaceae

Rod: Christiansenia, Syzygospora

Anamorfni rodoviPorodica: Sporobolomycetaceae

Rod:Bensingtonia, Kurtzmanomyces, Rhodotorula, Sporobolomyces, Sterigmatomyces

Porodica: Cryptococcaceae

Rod: Bullera, Cryptococcus, Fellomyces, Kockovaella, Phaffia, Trichosporon,

Tsuchiyaea, Udeniomyces, Hylodendron, Moniliella

1.3. KVASCI OD POSEBNOG ZNAENJA

Kvasci su izuzetno korisni mikroorganizmi za biotehnoloku proizvodnju. Meutim, od100 rodova kvasaca opisanih u zadnjoj klasifikaciji u industrijskoj praksi se primjenjuje

samo dvadesetak. Zbog velike ekonomske vanosti ovi kvasci su svrstani u grupe premaindustrijskoj primjeni i njihovim fiziolokim karakteristikama (Tablica 1.4).

Tablica 1.4. Kvasci od posebnog znaaja

Rod kvasca PrimjenaCandidaspp. Proizvodnja mikrobne biomase, proteina, vitamina, limunske

kiseline; neki sojevi su i uzronici kvarenjaCryptococcusspp. Bioloki preparati protiv plijesni na vou nakon berbe; neki

sojevi su i uzronici kvarenjaDebaromycesspp. Bioloki preparati protiv plijesni na vou nakon berbe; neki

sojevi su i uzronici kvarenjaKluyveromycesspp. Fermentacija laktoze iz sirutke za proizvodnju etanola; izvor

enzima (beta-galaktozidaze, pektinaze, lipaze)Metschnikowiaspp. Bioloki preparati protiv plijesni na vou nakon berbe; neki

sojevi su i uzronici kvarenjaPhaffiaspp. Koristi se za proizvodnju boje astaksantina

Pichiaspp. Proizvodnja etanola i mikrobne ,proizvodnja novih lijekova iheterolognih proteina, proizvodnja etanola

Rhodotorulaspp. Izvor enzima (lipaze); neki sojevi su i uzronici kvarenjaSaccharomycesspp. Pekarski, pivski i vinski kvasac; izvor tvari okusa i enzima, te

faktora rasta u ljudskoj prehrani i stoarstvuSchizosaccharomyces spp.

U tradicionalnim afrikim piima, pivu, rumu; u procesimabiolokog otkiseljavanja

Schwanniomycesspp. Proizvodnja proteinske mikrobne biomasaeYarrowiaspp. Proizvodnja mikrobne biomase; u proizvodnji limunske kiseline

i lipazaZygosaccharomycess Proizvodnja soja umaka; neki kvasci su uzronici kvarenja

Torulospora Proizvodnja osmotolerantnog pekarskog kvasca, primjena ukiselim tijestima za pekarstvo


16/330

7

Industrijski najznaajniji rod je Saccharomyces, a slijede rodovi Kluyveromyces,Candida, Torulospora, Pichia, Yarovia i dr.. Razvojem sistematike mnogi kvasci od

posebnog znaaja su mijenali svoja imena vrsta i rodova, to je prikazano u tablici 1.5.

Tablica 1.5. Razvoj roda Saccharomycestijekom klasifikacija 1952., 1970., 1984 i 1998.

1952. 1970. 1984. 1998.S. cerevisiae Rod Saccharomyces

S. cerevisiae var. ellipsoideus S. cerevisiae

S. vini

S. bayanus

S. pasteurianus S. bayanus

S. oviformis

S. chevalieri

S. mangimi S. cavalieri

S. fructum S. paradoxus

S. uvarum

S. carlasbergensis S. uvarum S. cerevisiae

S. logos S. cerevisiae

S. aceti S. bayanusS. capensisS. coreanus S. pasteurianus

S. diastaticusS. globosus

S. heterogenicus

S. hienipiensisS. inusitatus

S. italicus

S. norbensisS. oleaceus

S. oleaginosus

S. prostoservodii

S. dairensis S. dairensis S. dairensis

S. exiguus S. exiguus S. exiguus

S. kluyveri S. kluyveri S. kluyveriS. telluris S. telluris

S. unisporus S. unisporus S. unisporus

S. servazzii S. servazzii

S. barnetti

S. spencerorumS. rossinni

S. castellii

S. transvaalensis Pachytichosporatransvaalensis

S. transvaalensis

Rod TorulasporaS. delbruckii

S. fermentii

S. incospicusS. roseii T. delbruckii

S. saitoanusS. vafer

S. pretoriensis T. pretoriensis

S. kloeckerianus T. globosa

RodZygosacharomycesS. bailii Z. bailii

S. bisporus Z. bisporus

S. amurcae

S. cidri Z. cidri

S. montanus Z. fermentati

S. eupaguceus

S. florentinus Z. florentinus

S. microellipsodes Z. microelipsoideus

S. mrakii Z. mrakiiS. rouxi Z. rouxi


17/330

8

Iz tablice 1.5 se jasno vidi da je tijekom razvoja sistematike dolo do znaajnih promjenau razvrstavanju i nazivlju mnogih industrijski vanih kvasaca. Takoer se vidi da su

prvih 13 vrsta kvasaca roda Saccharomyces, koji su prije bili karakterizirani kao

pojedinane vrste uglavnom po fiziolokim i morfolokim karakteristikama, premaKregeru van Riju (1984) svrstani u jednu vrstu S. cerevisiae,uglavnom po genetikim

karakteristikama. Ipak, po novoj klasifikaciji navedena je vrsta podijeljena u etiri novevrste (S. cerevisiae, S. bayanus, S. paradoxusiS. pastorianus). S druge strane, kvasci S.

lactis, S. fragilis i S. marxianus su svrstani ve 1970 u rod Kluyveromyces, uglavnomprema sporogenim karakteristikama.

Meutim, moe se slobodno rei da i pored svih novih spoznaja, pogotovo o geneticikvasaca, klasifikacija kvasaca nije dovrena, jer jo uvijek postoje proturjena miljenja o

pojedinim imbenicima koji utjeu na nazivlje kvasaca (Broah i sur 1997; Nguyen iGaillardian, 2005).

1.3.1. Rod Saccharomyces

Kvasci iz ovog roda su vjerojatno najstariji komercijalno upotrebljavani mikroorganizmi i

vrlo se esto upotrebljavaju u proizvodnji hrane i pia. Najpoznatiji kvasac iz rodaSaccharomyces je vrsta S. cerevisiae, iji sojevi se danas upotrebljavaju u proizvodnjivina, piva, kruha i jakih alkoholnih pia. Njegovo svojstvo visoke fermentacijskeaktivnosti i dobro podnoenje razliitih ekstremnih uvjeta okoline, prisutnih uindustrijskim pogonima, dovelo je do selekcije nekoliko stotina sojeva ovog kvasca s

poznatim karakteristikama. U zadnjih nekoliko decenija S. cerevisiae se koristi za

proizvodnju lijekova (inzulin i dr).

Vrsta S. cerevisiaeukljuena je u grupu Saccharomyes sensu strictokvasaca (Vaugan-Martini i Martini, 1998). Ova grupa se sastoji od osam vrsta: S. bayanus, S. cerevisiae, S.

pastorianus (asocirane s fermentacijskim procesima), S. arboricolus, S. cariocanus, S.kudariavzevii, S. mikatae i S. paradoxus (izolirane iz prirodnih stanita). Porijeklokvasaca u fermentacijskim procesima jo uvijek je nepoznato pa postoje brojne teorije.

Neki istraivai su miljenja da se ti mikroorganizmi nalaze na povrini voa ili itaricate u vrijeme fermentacijkih procesa prelazi u hranjivu podlogu, dok neki tvrde da je S .

cerevisiaeudomljena vrsta koja je prisutna samo tamo gdje je zabiljeeno djelovanjeovjeka. Prema najnovijim spoznajama tone su obje pretpostavke.Kriofilna vrsta S. bayanus izolirana je iz prirodne okoline samo u hladnim predjelima

Europe i takoder je povezana s fermentacijskim procesima. Tipski soj ove vrste (CBS

380), koji je izoliran iz piva, nedavno je opisan kao hibrid i takoer sadri dio jezgrinoggenoma S. cerevisiae, to ukazuje na mogunost ponovnog uspostavljanja vrste S.

uvarum kao samostalne vrste ili varijeteta S. bayanus (Nguyen i Gaillardian, 2005).Naime, S. uvarum je prema fiziolokim karakteristikama bitno razliit od kvascaS.cerevisiae i naziva se kvascem donjeg vrenja jer ima znaajno svojstvo koagulacije italoenja, pa na kraju fermentacije piva sjeda na dno fermentacijske posude. Slino tome,S. pastorianus(sinonim S. carlsbegiensis) je kvasac visoke fermentacijske aktivnosti pri

niim temperaturama, odgovoran za proizvodnju lager piva, iako je bio izoliran iz mota ivina. Istraivanja su potvrdila da je ta vrsta prirodni hibrid kvasaca S. cerevisiae i S.bayanus(Yamagish i Ogata, 1998), pri emu mitohondrijska DNA potjee iskljuivo izS. cerevisiae(Piskur i sur., 1998).

Divlja vrsta kvasca S. paradoxus, vrlo srodna sa S. cerevisiae, na osnovi filogenetskih

analiza, proirena je po cijeloj hemisferi. Do sada su utvrene europske, azijske i sjevernoamerike populacije. Ipak, nedavno je utvreno da navedena vrsta predstavlja


18/330

9

dominantnu vrstu na vinogradarskom poloaju Jazbina, Zagrebakog vinogorja(Redepovic i sur., 2002).Ostale etiri vrste ovog roda, S. cariocanus, prvi put izoliran u Brazilu, S. mikatae i S.kudriavzevii, izolirani u Japanu i S. arobricolus izoliran u Kini, do sada su pronaenisamo u prirodnim stanitima. I pored toga, ima jako malo njihovih izolata (tek 2-3 svake

vrste).Vrste iz roda Saccharomyces posjeduju vrlo znaajne fizioloke tkarakteristike koje imomoguuju primjenu u biotehnolokim procesima jer brzo fermentiraju eere u prisustvui odsustvu kisika, kako bi proizvele etanol. To svojstvo im omoguuje da se prilagode nasupstrate bogate eerom i izvre alkoholnu fermentaciju. Proces selekcije kvasaca ovegrupe star je koliko i civilizacija (Mortimer i sur., 1994).

1.3.2. RodKluyveromyces

Taksonomija rodaKluyveromycesznaajno se mijenjala. Tako jeK. lactisnajprije opisan

kao S. lactisna osnovu svojstva da moe koristiti laktozu kao izvor ugljika.Kasnije je naosnovu fiziolokih kriterija, kao npr. petit negativan nain rasta, Crabtree efekt inemogunost rasta u anaerobnim uvjetima, odvojen od roda Saccharomyces i svrstan unovi rod Kluyveromyces. Kvasci ovog roda stvaraju spore nalik bubregu, sferi ili kugli.

Po najnovijoj klasifikaciji (Kurtzman i Fell, 1998) ovaj rod obuhvaa 16 vrsta, od kojihsu najznaajnijeK. marxianusi K. lactis. GenomK. lactis je potpuno sekvencioniran toomoguuje daljnja istraivanja kako na filogentskom planu tako i u razliitim

biotehnolokim primjenama. Ta vrsta se koristi zbog svoje sposobnosti sinteze velikihkoliina enzima u proizvodnji laktaze (-galaktozidaza). VrsteK. lactisiK marxianus, uzS. cerevisiae, imaju tzv. GRAS status sigurnih mikroorganizama (gennerally regarded as

safe), pa se ti kvasci koriste u mnogim biotehnolokim procesima, koji se koriste u

proizvodnji mikrobnih proteina.Kvasci iz roda Kluyveromyces dobro fermentiraju laktozu i zato se primjenjuju u

proizvodnji alkohola i kvaeve biomase iz sirutke, vanog nuzproizvoda u mljekarskojindustriji. Pri tome se znatno smanjuje BPK (Bioloka potreba kisika) sirutke (do 90 %)

pa se ponekad ovaj biotehnoloki proces koristi kao prva faza obrade otpadnih vodamljekarske industrije. Neki kvasci ovog roda mogu metabolizirati inulin pa su

interesantni za proizvodnju alkohola i kvaeve biomase iz biljaka koje imaju rezervniugljikohidrat inulin (slatki krumpir, kasava i jeruzalemska artioka). Kako neki kvasci izovog roda posjeduju -galaktozidaznu i inulaznu aktivnost koriste se i u proizvodnjienzima galaktozidaze i inulinaze. Invertaza iz K. marxianus koristi se u proizvodnji

bombona i demova, dok se -galaktozidaza (laktaza) iz K. marxianus ili K. lactisprimjenjuje za proizvodnju prehrambenih slatkih sirupa iz sirutke.

1.3.3. Rod Candida

Rod Candidapredstavlja vrlo heterogen skup razliitih vrsta koje su se tijekom godinavrlo esto mijenjale. Neke od vrsta koje se danas ubrajaju u rod Candidau prolosti su

pripadali rodovima Torula, Torulospora i Torulopsis. Kvasci iz rodaCandida se estokoriste u industriji, a najee kvasac C. utilis. Ova se vrsta najvie upotrebljava za

proizvodnju kvaeve biomase, koja se koristi u prehrani stoke. Meutim, ako seumnoava na kvalitetnim supstratima njezina biomasa se moe koristiti i za prehrambene

namjene. Svojstvo ovog kvasca da dobro raste na jeftinim otpadnim supstratima daje mu


19/330

10

prednost pred ostalim kvascima u industrijskoj proizvodnji mikrobnih proteina (vidi

poglavlje 9: proizvodnja prehrambenog i krmnog kvasca). C. utilis ne zatjeva dodatak

vitamina, moe upotrebljavati amonijski i nitratni izvor duika, razliite izvore ugljika(ukljuujui i celobiozu i D-ksilozu) i raste na temperaturama od 30-37 oC. Tako seindustrijski nusprodukti, kao to su sulfitna luina i hidrolizati drveta esto upotrebljavaju

za uzgoj mikrobnih proteina pomou C. utilis. Ova je vrsta prije bila poznata u literaturikao kvasac Torulopsis utilis.Seksualni oblik tog kvasca je nazvanPichia jadinii(Peppler

i Stone, 1976).

Osim C. utilis, u industrijskoj praksi se esto koriste i drugi kvasci iz ovo roda, kao tosu: C. kefyru mlijenoj industriji; C. muilleri i C cruseiu kiselim tijestima za pekarstvo;C. lipolytica u razgradnji ugljikovodika; C. shekate za fermentaciju pentoza (najeeksiloze) u proizvodnji bio-etanola za gorivo; C. boidinii i C metanillica u biosintezi

mikrobnih proteina na metanolu; C. famatau biosintezi riboflavina.

1.3.4. Ostali kvasci od posebnog znaenja

Yarr owia li polyica:Kvasac Yarrowia lipolytica se upotebljava u industriji od kasnihesdesetih godina 20. stoljea. Najvie se koristi u proizvodnji limunske kiseline iz uljarepice. Osim toga primjenjuje se u proizvodnji jednostaninih proteina iz ravnolananih

parafina te heterolognih proteina (Madzak i sur., 2003). Y. lipolyticaje obligatan aerob,

koji se lako izolira iz razliitih prehrambenih proizvoda, ponajvie sira i suhomesnatihproizvoda. Ova haplodiplobiontska, askomicetna vrsta je dimorfna i razlikuje se zbog

stadija s pseudomicelijem i pravim septiranim micelijem. Upotrebljava ravnolananeugljikovodike i razliite masti kao izvore ugljika, to se koristi u razliitm

biotehnolokim procesima. Sojevi koji se koriste u prozvodnji limunske kiseline imajuGRAS status (generally recognized as safe) organizma.

Phaffi a rhodozyma:Ovaj pigmentirani, fermentativni kvasac ima znaajnu primjenu ubiotehnolokoj proizvodnji karotenoidnih pigmenata (najveim dijelom astaksantin), kojidaju naranasto do ruiastu boju mesu lososa i nekih koljkaa tijekom umjetnog uzgoja.Tako se hranjenjem odreenih riba s dodatkom preporuenih koliina kvaeve biomas edobiva meso ljepe boje. Biosinteza astaksantina s divljim sojevima kvasca je relativnoniska (oko 250 g/g). Ipak, metodama genetikog inenjerstva kod novih sojeva ovogkvasca poboljan je prinos pigmenta na 1500 g/g, pa ak i do 3000 g/g. S ovakim

prinosom ekonomski je isplativa uporaba ovog kvasca u proizvodnji astaksantina na

melasi. Nain uzgoja je vrlo bitan za visok prinos. Preporuuje se arni uzgoj u potpunoaerobnim uvjetima, s niskom koncentracijom supstrata (1,5 %), pri temperaturi od 22oC.

Uporaba celobioze takoer je mogua, ali proces nije ekonomian u odnosu naproizvodnju na melasi. Kako je cijena sintetskog astaksantina vrlo visoka (oko 2000

Eura/kg), biotehnoloka proizvodnja ovog pigmenta postaje sve interesantnija (Ramirez isur., 2006).Osmotolerantni kvasci: Osmotolerantni kvasci su posebno interesantni u fermentacijislatkih tijesta. Tu se nalaze kvasci iz rodova Saccharomyces, Zygosaccharomyces,

Pichia, Torulospora, Hansenula, Debaromyces i Candida. Kvasci iz roda

Zigosaccharomyces (Z. bailii, Z. bisporus, Z. fermenti, Z. rouxi) su vrlo interesantni

osmotolerantni kvasci koji mogu rasti na supstratima koji sadre i do 60 % eera, pa suovi kvasci esti kontaminanti razliitih vonih sokova i sirupa. Meu njimasu osmotskinajtolerantnijiZ. rouxii, Z. bailii iZ. bisporum. Tako npr.Z. rouxiikontaminira med.

Rod Torulospora posjeduje interesantne osmotolerantne kvasce.Najinteresantnija vrstaovog roda je kvasac T. delbrueckii, koja po novoj sistemetici ukljuuje prijanje kvasce iz


20/330

11

roda Saccharomyesi to S. rosei, S. vafei S. incospicua.Ovaj kvasac se koristi u Japanu

za proizvodnju pekarskog kvasca koji se primjenjuje u fermentaciji slatkih tijesta.

Nedostatak ove vrste kvasca je mala veliina stanica to stvara tehnoloke potekoe priizdvajanju kvaeve biomase separacijom i filtracijom iz komine nakon uzgoja. Zato jeuinjen diploidan oblik ovog kvasca pomou fuzije protoplasta, ije su stanice znatno

vee pa je izdvajanje tog kvasca iz komina uinkovitije (Hernandez-Lopez i sur., 2007).Osim fermentativnih karakteristika u slatkom tijestu, ovaj kvasac posjeduje i vrlo dobra

kriorezistentna svojstva tijekom zamrzavanja tijesta.

Rodovi Pichia i Candida su takoer interesantni osmotolerantni kvasci. U fermentacijipentoznih eera, naroito ksiloze interesantni su kvasci iz rodaPichia, a najinteresantnijije kvasac P. stipitis. S druge strane, P. farinosa tolerira visoke koncentracije NaCl-a

(Onishi, 1990). Ima nekoliko kvasaca iz roda Candidakoji su osmotolerantni, kao to suCandida bombi, Candida bombicola, Candida lactis-condensis i Candida magnoliae.

Normalno su izolirani iz sokova i pelinjih proizvoda, dok je C. lactis-condensis, izoliraniz kondenziranog mlijeka. Prema novoj sistematici ove vrste Candidaspp. su svrstane u

rod Torulopsis.

Probiotiki kvasci: U novije doba kvasci se sve vie koriste kao probiotici. Premadefiniciji probiotik je jedna ili vie kultura ivih mikroroganizama koji, primjenjeni uljudi i ivotinja, djeluju korisno na domaina, poboljavajui svojstva autohtonemikroflore probavnog sustava domaina (ukovi, 1996). Dokazano je da efikasnoutjeu na smanjenje pojave diareje, oboljenja od raka, stimuliranje imunog sustava,smanjenje kolesterola itd. Kao probiotici naroito se primjenjuju mlijeno kisele

bakterije, koje se koriste u prozvodnji jogurta i drugih mlijeno kiselih napitaka, dok jeuporaba kvasaca kao probiotika tek na poetku. Postoji dosta studija o primjeni ivihkvasaca (pivski, pekarski i prehrambeni) kao aditiva u prehrani goveda, svinja i peradi,

gdje je zabiljeeno poboljanje zdravstvenog stanja ivotinja (Dawson, 2002). Nedavnoje kvasac S. boulardii

utvren kao mogui probiotik, koji je izoliran 1984. godine iztropskog voa. Neto kasnije utvreno je pozitvno djelovanje tog kvasca na razliiteuzronike diareje, na Chronovu bolest i gastroenteritis (Sullivan i Nord, 2002). Meutim,

jo uvijek nije objanjen mehanizam na koji ovaj kvasac tako uspjeno pomae ulijeenju diareje. Pretpostavlja se da stimulira enzimatske aktivnosti na mukozi crijeva.Ovaj kvasac (ili varijetet po novoj klasifikaciji) podnosi vrlo niski pH od 2,5, une soli ivrlo se dobro prihvaa na epitelne stanice (Van der Aa Kuhle i sur., 2005). Osim kvasacaiz roda Saccharomycesi neke druge vrste kvasaca se istrauju kao potencijalni probiotici,kao to su:Debaromyces hansenii,K. marxianus, Yarrovia lipolytica, I. orientalis, koji senajee nalaze u jogurtima i siru. Takoer je potrebno spomenuti i kvasce K.marxianus,, S. cerevisiae, Zygosaccharomyces spp. iC. kefyr, koji se nalaze u zrncima

kefira i kumisa, kao potencijalne probiotike kulture.Metanofilni kvasci: Nakon otkria, da pojedini kvasci mogu koristiti metanol kao jediniizvor ugljika u hranjivoj podlozi, interes za njima sve vie raste zbog jeftine proizvodnje

jednostaninih (mikrobnih) proteina, koji se koriste za krmivo. Sahm (1977) je utvrdio 26razliitih vrsta kvasaca koji mogu metabolizirati metanol. Najznaajniji metanolotrofnikvasci suPichia pastorisiHansenula polymorpha. Osim njih, tu spadaju iPichia pinus

te Candida boidinii, Candida sonorensis i Candida mettanolica. U temeljnim se

istravanjima koriste kao model organizmi u istraivanju homeostaze perioksoma teasimilacije nitrata (Van der Klei i Veenhuis, 2002). Kada se ovi mikroorganizmi uzgajaju

na metanolu, kao izvoru ugljika, stanice proizvode mikrotijela (peroksisome) koja sadreenzime odgovorne za metabolizam metanola i to alkohol oksidazu, dihidroksiaceton

sintazu i katalazu. Ova karakteristika je znaajna za proizvodnju heterolognih proteina,kao to su: hepatitis B-vakcina, hormon inzulin, tumorski faktor nekroze, te u prozvodnji


21/330

12

elatine i drugih terapeutikih proteina (Meyen i sur, 2008). Glavni nedostatak ovihkvasaca je prilino spori rast na metanolu.U te svrhe najee se primjenjujuP. pastoris i

P. angustaa rijeeH. polymorpha.Kvasci koji sintetiziraju riboflavin: Gotovo svi kvasci za svoj rast sinteitizirajuodreene koliine riboflavina (vitamin B2). Svojstvo sinteze veih koliina ovog

vitamina prvi je put utvreno kod vrstaEremothecium (Ashbya) gossypiiiEremotheciumashbyi. Tijekom stacionarne faze rasta vakuole postaju ute pa se u nekim vakuolamamogu primjetiti kristali riboflavina. Na taj se nain dugo proizvodio riboflavin za

prehranu ivotinja. Neto kasnije, istraivai su genetikim modifikcijama i fuzijomprotoplasta uspjeli dobiti sojeve kvasca Candida famata koji mogu sintetizirati i do 20

g/L riboflavina (Voronovsky i sur., 2002), pa se riboflavin proizvodi industrijski

uglavnom sa sojevima kvasca C. famata.

Amilolitiki kvasci: Kvasci Saccharomyces diastaticus, Schwanniomyces accidentali,Sassharomycopsis fibuliger i Saccharomycopsis capsularis. mogu hidrolizirati krob.Meutim, potrebno je istaknuti, da svojstvo hidrolize kroba nije znaajna karakteristika

veine industrijski vanih kvasaca, jer nemaju amilolitiku aktivnost. Kako je krob vrlovana sirovina u biotehnolokim procesima amilolitika aktivnost kod nekih kvasaca jevrlo interesantna, jer se krob mora prethodno hidrolizirati do fermentabilnih eera(glukoza, maltoza). Tako se kvasac Schwanniomyces (Endomycopsis) fibuliger

primjenjuje u proizvodnji mikrobnih proteina na otpadnim krobnim vodama zajedno skvascem Candida utilis(Symba proces). Stoga se kvasciiz roda Schwanniomyceskoriste

za proizvodnju mikrobnih proteina na krobnim sirovinama (Touzi i sur., 2004).Kvasci koji rastu na ugljikovodicima: Utvren je veliki broj kvasaca koji mogu rasti naugljikovodicima kao jedinom izvoru ugljika i energije. Jo 1973. godine Bos i de Bruynsu utvdili 114 vrsta i varijeteta kvasaca koji mogu rasti na ugljikovodicima. Ti kvasci

pripadaju rodovima Candida, Debaromyces, Yarowia , Rhodotorula, Metschnikowia,

Schwanomyces, Lodderomyces, Clavispora, Pichia,, Stephanococcus, Rhodosporidum,Sporobolomyces, SporidiobolusiTrichosporon. Kvasci iz ovih rodova uglavnom koriste

n-alkane i n-alkene, pri emu je brzina rasta razliita.Najbri rast na ugljikovodicimaimaju kvasci C. maltosa, C. lipolytica iC. tropicalis. Industrijska primjena ovih kvasaca

je vrlo slaba iako postoji veliki potencijal u razgradnji alkana iz nafte. Razlog tome je

loa kvaliteta proizvedene kvaeve biomase. Naime, nakon uzgoja te izdvajanja i pranjakvaeve biomase zaostaju na biomasi vezane tvari nepoeljne za prehranu ivotinja.Meutim, ovi se kvasci mogu uspjeno upotrebljavati u mikrobnoj oksidaciji ulja izokolia i otpadnih voda pri obradi otpadnih voda.Kvasci koji metaboliziraju aromatske spojeve: Ovu interesantnu karak

Documents

Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf