Bakterije octenog vrenja su široko rasprostranjeni mikroorganizmi u prirodi. Iako uzrokuju kvarenje hrane, od velikog su industrijskog značaja, no njihova funkcionalnost još uvijek nije dovoljno ...istražena. U procesu octeno-kiselog vrenja pretvaraju etanol, šećere i poliole u različite organske kiseline, aldehide i ketone. Ti metaboliti nastaju nakon niza biokemijskih reakcija u različitim fermentiranim proizvodima i pićima, kao što su ocat, kombucha, vodeni kefir, lambic pivo i kakao. Osim toga, metabolizam bakterija octenog vrenja može se iskoristiti za dobivanje proizvoda od industrijskog značaja, kao što su prekursori glukonske i askorbinske kiseline. Razvoj novih voćnih napitaka sa zdravim i funkcionalnim svojstvima dobivenih octeno-kiselim vrenjem predstavlja zanimljiv segment razvoja prehrambene industrije, jer takvi proizvodi mogu zadovoljiti potrebe velikog broja potrošača. Egzopolisaharidi koje proizvode bakterije octenog vrenja, poput levana i bakterijske celuloze, imaju jedinstvena svojstva, ali potrebno ih je proizvesti u većoj mjeri da bi se mogla proširiti njihova primjena u proizvodnji hrane i pića. U ovom revijalnom prikazu su istaknuti značaj i primjena bakterija octenog vrenja u proizvodnji raznovrsne hrane, njihova uloga u razvoju novih napitaka, te mogućnosti primjene levana i bakterijske celuloze.
Medovina je fermentirano alkoholno piće dobiveno otapanjem meda u vodi, često uz dodatak različitih sastojaka. Kemijska svojstva medovine ovise o sastojcima i dodacima koji se koriste u njezinoj ...pripremi, osobito o vrsti meda, soju kvasca i hranjivim sastojcima koji se dodaju prije vrenja, te o dodanim biljkama, začinima i/ili voću. Ti dodaci ne utječu samo na vrenje, prije svega na aktivnost kvasca, proizvodnju metabolita i vrijeme fermentacije, već i na biološku aktivnost medovine, koja ovisi o sadržaju fenolnih spojeva. Znanstvena istraživanja pokazuju da medovina s dodatkom različitih biljaka sadržava velike količine različitih polifenola s bitnim biološkim svojstvima. Stoga je svrha ovoga preglednog rada bila ispitati na koji način različiti sastojci i dodaci mogu utjecati na pojedine faze pripreme medovine te njezinu biološku aktivnost, s ciljem razumijevanja njihovog učinka na kemijski sastav ovog pića, što mu daje veću tržišnu vrijednost.
Pozadina istraživanja. Vrenje meda ograničava ili usporava nedostatak dušika, koji uz to pospješuje nastanak spojeva nepoželjnih senzorskih svojstava, kao npr. derivata sumpora. U radu je ispitana ...primjena prirodnih dodataka kao jeftinih nadomjestaka koji korigiraju nedostatak dušika u moštu tijekom proizvodnje medovine.
Eksperimentalni pristup. Prvo su opisana fizikalno-kemijska svojstva ekstrakata rižinih mekinja i sojine sačme. Zatim je ispitano vrenje meda s pomoću triju sojeva kvasaca (Saccharo¬myces bayanus Premier Blanc, Saccharomyces cerevisiae Montrachet i Saccharomyces cerevisiae Safbrew T-58) u moštu obogaćenom s 30 g/L ekstrakta rižinih mekinja ili sojine sačme. Rezultati tih eksperimenata uspoređeni su s rezultatima dobivenim vrenjem mošta s dodatkom 30 g/L komercijalnog suplementa, te s kontrolnim uzorcima. Vrenje mošta inokuliranog s 106 stanica kvasca po mL meda provedeno je u Erlenmeyerovim tikvicama inkubiranima na 30 °C tijekom 264 h.
Rezultati i zaključci. Opažene su bitne razlike u svojstvima ekstrakata, osim u masenom udjelu reducirajućih šećera. Najviše stanica kvasaca dobiveno je vrenjem meda s dodatkom ekstrakta sojine sačme, pri čemu su kvasci potrošili najviše glukoze i fruktoze, te je dobiven najveći volumni udjel etanola. Koncentracije glicerola neznatno su se povećale pri dodatku sojine sačme i komercijalnog ekstrakta. Najveće su koncentracije jantarne i octene kiseline proizveli sojevi kvasaca Saccharomyces Premier Blanc, Montrachet i Safbrew T-58 u kontrolnim uzorcima. Pritom nije došlo do nastanka mravlje i mliječne kiseline. Rezultati pokazuju da se dobiveni ekstrakti mogu upotrijebiti za korekciju nedostatka dušika u moštu od meda, budući da su postignuti slični rezultati kao sa sintetičkim spojevima.
Novina i znanstveni doprinos. Dodatkom ovakvih jeftinih nekonvencionalnih ekstrakata smanjuju se troškovi proizvodnje jer fermentacija kraće traje, a kvasci imaju dovoljno hranjiva, čime se sprječava nastanak nepoželjnih spojeva koji nastaju tijekom duljih fermentacija. Osim toga, korišteni industrijski nusproizvodi dobili su dodanu vrijednost. Primjena nekonvencionalnih suplemenata u proizvodnji medovine još nije dovoljno ispitana.
Pozadina istraživanja. Usprkos izvrsnim svojstvima bakterijske celuloze, njezina je proizvodnja još uvijek ograničena zbog poteškoća u provođenju proizvodnje na veliko, uglavnom zbog niskog prinosa i ...visokih troškova uzgoja u uobičajeno korištenim podlogama. Da bi se ti problemi zaobišli, potrebno je pronaći nove jeftine i održive izvore ugljika. Stoga je svrha ovoga rada bila tijekom postupka proizvodnje octa izolirati i odabrati soj bakterije Komagataeibacter koji može proizvesti velike količine celuloze, te ispitati njegovu sposobnost sinteze bakterijske celuloze u podlozi od sojine melase, jednom od nusproizvoda industrijskog uzgoja soje.
Eksperimentalni pristup. Jedan je od izoliranih sojeva proizveo veliku količinu celuloze u standardnoj Hestrin-Schramm podlozi, pa smo ispitali može li proizvesti taj biopolimer i u podlozi od sojine melase. Glavne značajke i svojstva dobivene bakterijske celuloze ispitane su termogravimetrijskom analizom, rentgenskom difrakcijom, infracrvenom spektroskopijom, te mjerenjem sposobnosti vezanja vode i stupnja rehidracije. Genetičkom su analizom određeni rod i vrsta izoliranog soja bakterije.
Rezultati i zaključci. Soj bakterije koji je proizveo najviše celuloze u Hestrin-Schramm podlozi (3,7 g/L) genetičkom je analizom identificiran kao Komagataeibacter intermedius V-05. U podlozi sa sojinom melasom taj je soj proizveo 10,0 g/L celuloze. Celulozne membrane dobivene uzgojem bakterije u obje podloge imale su sličnu kemijsku strukturu, podjednako svojstvo kristaliničnosti i sličnu toplinsku stabilnost. Sojina melasa pokazala se kao dobra alternativna standardnoj podlozi za biosintezu celuloze. Osim što je pomoću nje dobiven veći prinos celuloze, struktura dobivenih membrana bila je izuzetno dobra, slična membranama dobivenim uzgojem u standardnoj podlozi.
Novina i znanstveni doprinos. U ovom smo radu izolirali i identificirali soj bakterije Komagataeibacter koji može uspješno proizvesti celulozu u podlozi od sojine melase. Izolacija i odabir sojeva koji mogu proizvesti velike količine mikrobnih metabolita vrlo su važni za smanjenje troškova bioprocesa. Uz to, budući da je u današnje vrijeme neophodno pronaći ekonomičnije izvore ugljika za jeftiniju proizvodnju mikrobnih proizvoda, sojina melasa predstavlja zanimljivu alternativu uobičajenoj podlozi za industrijsku proizvodnju bakterijske celuloze.
Dodatak aminokiselina u fermentacijsku podlogu utječe na rast i aktivnost kvasca, a zadržavanje aktivnosti mitohondrija tijekom alkoholnog vrenja je kritično za aktivnost pivskog kvasca. Međutim, ...mehanizam djelovanja aminokiselina u fermentacijskoj podlozi i njihov utjecaj na aktivnost mitohondrija pivskog kvasca tijekom vrenja još uvijek nije poznat. U ovom radu smo utvrdili da aminokiseline u fermentacijskoj podlozi, osobito metionin i glicin, stabiliziraju aktivnost mitohondrija kvasca tijekom proizvodnje pića sake. Pomoću mutanta atg32△, koji ima narušenu aktivnost mitohondrija, istražili smo aminokiseline koje povećavaju aktivnost mitohondrija kvasca tijekom vrenja. Identificirali smo metionin i glicin kao aminokiseline koje bi mogle povećati aktivnost mitohondrija kvasca tijekom proizvodnje pića sake. Da bismo to potvrdili, izmjerili smo količinu reaktivnih oblika kisika u kvascu nakon vrenja u podlozi s metioninom i glicinom. Kvasac koji je fermentirao u podlozi s metioninom i glicinom zadržao je relativno veliku količinu reaktivnih oblika kisika u usporedbi s kvascem koji je fermentirao u podlozi bez dodatka aminokiselina. Osim toga, stanice koje su fermentirale u podlozi s dodatkom metionina imale su različit metabolom od stanica koje su fermentirale u podlozi bez dodatka aminokiseline. Rezultati pokazuju da određene aminokiseline, poput metionina i glicina, stabiliziraju aktivnost mitohondrija kvasca tijekom proizvodnje pića sake i na taj način upravljaju aktivnošću kvasca.
Sojina melasa nusproizvod je proizvodnje proteinskih koncentrata iz sojine sačme, koja uglavnom sadržava šećere, i to saharozu kao glavni sastojak. U Brazilu se sojina melasa koristi za ishranu stoke ...ili se odbacuje, iako se u nekim industrijama koristi za proizvodnju etanola. Svrha ovog istraživanja bila je procijeniti parametre neophodne za dobivanje octene kiseline iz sojine melase te okarakterizirati proizvedeni ocat. Za određivanje najpovoljnijih parametara octenog vrenja, alkoholnim vrenjem sojine melase je tijekom osam faza proizvodnje dobiven ocat, i to u pet faza adaptacije i tri faze proizvodnje. Prosječna kiselost proizvoda bila je 50,60 g/L, prinos octene kiseline 65,01 %, ukupni prinos octene kiseline u podlozi 92,76 % i iskorištenje 0,033 g/(L·h). Ocat dobiven iz sojine melase imao je kiselost od 5,07 % (m/V), rezidualni udjel etanola 0,17 % (m/V), šećera 7,89 % (m/V), suhog ekstrakta 14,67 % (m/V), pepela 2,27 % (m/V) i gustoću od 1,023 g/cm3. Udjeli ukupnih fenola i izoflavona smanjili su se nakon alkoholnog i octenog vrenja. Nadalje, u proizvodu su bila pristuna samo tri oblika izoflavona: daidzein, glicitin i genistin. Iz dobivenih rezultata zaključeno je da se iz svake tone sojine melase može proizvesti 3460 L octa, s koncentracijom octene kiseline od 40 g/L, koja je prema propisima u Brazilu minimalni preduvjet za stavljanje octa u promet. Ovo istraživanje potvrđuje da je sojina melasa sirovina koja se može uspješno koristiti u proizvodnji octa.
Svrha je ovoga rada bila ispitati mogućnost primjene novog soja kvasca Williopsis saturnus var. mrakii NCYC 500 u proizvodnji piva voćne arome. Fermentacijska svojstva kvasca W. mrakii te sastav ...hlapljivih tvari u proizvedenom pivu uspoređeni su s onima u pivu dobivenim vrenjem s pomoću soja Saccharomyces cerevisiae Safale US-05. Utvrđeno je da su se ukupni udjel topljivih tvari (°Brix), koncentracija šećera te pH-vrijednost piva bitno razlikovali. U uzorcima piva pronađeno je 8 različitih alkohola, 11 kiselina, 41 ester, 9 aldehida, 8 ketona, 21 terpen i terpenoid, 5 produkata Maillardove reakcije i 2 hlapljiva fenolna spoja. Soj kvasca Safale US-05 bio je uspješniji u proizvodnji različitih etilnih i drugih estera, dok je soj NCYC 500 proizveo znatno više acetatnih estera. Pivo proizvedeno s pomoću soja NCYC 500 zadržalo je više terpena i terpenoida, pa je zaključeno da će imati izraženiju aromu hmelja. Ispitivanje je pokazalo da se fermentacijom sladovine s pomoću soja W. saturnus var. mrakii NCYC 500 može proizvesti pivo s niskim udjelom alkohola i većim udjelom acetatnih estera, terpena i terpenoida, u usporedbi s pivom dobivenim s pomoću soja S. cerevisiae US-05.
U radu je ispitana mogućnost uporabe tri vrste čvrstog pivarskog otpada: pivskog tropa, toplog taloga i ostatka pivskog kvasca, kao podloga za uzgoj bakterija mliječno-kiselog vrenja, te je ...procijenjen njihov potencijal za proizvodnju proteolitičkih enzima. Prvo je upotrijebljen eksperimentalni plan slijedeći metodologiju dizajna smjese za procjenu utjecaja svake vrste otpada te njihovih smjesa s udjelom proteina od 4 % na proizvodnju enzima. U predodređenim vremenskim razmacima odvajane su kruta i tekuća komponenta, te je određena aktivnost izvanstaničnih proteolitičkih enzima. Nakon odabira najboljih uvjeta, u drugom je dijelu istraživanja razvijen faktorijalni plan pokusa za procjenu optimalnog udjela proteina u podlozi (od 1 do 7 %) i optimalnog dodatka fermentabilnih šećera (glukoze, od 1 do 7 %). Ostatak pivskog kvasca imao je najveći potencijal za proizvodnju izvanstaničnih enzima, a dobiveni proteolitički ekstrakt je za 3 sata imao aktivnost od 2,6 jedinica po mililitru. Međutim, dodatak glukoze je također imao pozitivan učinak zbog malog udjela fermentabilnih šećera u podlozi, povećavajući proteolitičku aktivnost na 4,9 jedinica po mililitru. Planovi pokusa su uspoređeni ponavljanjem najboljih uvjeta, a enzimi su odvojeni taloženjem pomoću etanola. Primjenom najbolje podloge proizveden je protein, koji je nakon taloženja imao proteolitičku aktivnost od 145,5 jedinica po gramu.
U radu je prikazan razvoj novog tipa piva za tržiste, koje se dobiva vrenjem pri niskoj temperaturi u hladnjaku s pomoću imobiliziranog kvasca. Zamrznuta sladovina te stanice soja kvasca ...Saccharomyces cerevisiae AXAZ-1, koji je otporan na smrzavanje, imobilizirane su na cijevnom modulu i zasebno upotrijebljene za vrenje pri niskim temperaturama (2, 5 i 7 °C). Ispitan je pozitivan učinak cijevnog modula na vrenje pri niskim temperaturama, te je utvrđeno da smrznute imobilizirane stanice kvasca na cijevnom modulu bitno smanjuju brzinu vrenja u usporedbi sa smrznutim slobodnim stanicama, koje su preporučene za proizvodnju piva kod kuće. Imobilizacija je također povećala otpornost kvasca na niske temperature vrenja, pa se najniža moguća temperatura vrenja spustila s 5 na 2 °C. Pri proizvodnji visokokvalitetnog piva ispitani su sljedeći parametri: utjecaj temperature i početne koncentracije šećera na kinetiku vrenja. Analizom gotovog proizvoda potvrđeno je poboljšanje senzorskih svojstava proizvedenog piva, s niskom koncentracijom diacetila, povećanim udjelom polifenola, te poboljšanim profilom arome i bistroćom. Predloženi postupak proizvodnje piva u hladnjaku može se lako komercijalizirati za kućnu uporabu otapanjem sadržaja dvaju pakiranja, jednog sa suhom sladovinom i drugog sa suhim stanicama kvasca imobiliziranim na cijevnom modulu i otopljenim u vodi.
Imobilizacija stanica podrazumijeva zadržavanje metabolički aktivnih stanica unutar polimernog matriksa. U radu je predložena nova metoda proizvodnje octa iz plodova biljke Myrciaria jaboticaba ...pomoću imobiliziranih stanica bakterija Acetobacter aceti i Gluconobacter oxydans, za sprečavanje gubitaka u proizvodnji tog voća zbog viška plodova. Fermentacijom voćne pulpe pomoću kvasca Saccharomyces cerevisiae CCMA 0200 nastao je mošt, koji je zatim upotrijebljen za proizvodnju vina. Koncentracije šećera, alkohola (etanola i glicerola) i organskih kiselina u vinu određene su visokodjelotvornom tekućinskom kromatografijom, a koncentracije hlapljivih spojeva plinskom kromatografijom s plameno- -ionizacijskim detektorom. Koncentracija etanola u proizvedenom vinu bila je otprilike 74,8 g/L (volumni udjel 9,5 %) nakon 168 sati fermentacije. Pomoću mješovite kulture imobilizoranih stanica bakterija A. aceti CCT 0190 i G. oxydans CCM 0350 proizveden je ocat. Dobiven je prinos octene kiseline od 74,4 %, a produktivnost je postupka iznosila 0,29 g/(L·h). Proizvedeni ocat imao je izrazito velike koncentracije limunske (6,67 g/L), jabučne (7,02 g/L) i sukcinske kiseline (5,60 g/L). Te su mu organske kiseline dale prikladan okus i aromu. Identificirano je 17 različitih spojeva (aldehida, viših alkohola, terpena, acetata, dietera, furana, kiselina, ketona i etilnih estera) u octu. Zaključeno je da je ocat uspješno proizveden iz plodova biljke Myrciaria jaboticaba pomoću kvasca i imobilizirane mješovite kulture A. aceti i G. oxydans. Prema našim saznanjima, ovo je prvo istraživanje u kojem su za proizvodnju octa iz plodova biljke Myrciaria jaboticaba upotrebljene imobilizirane stanice mješovite kulture bakterija.
PDF