-
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
9/330
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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,
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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.
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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.
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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
-
5/19/2018 Alkohol i kvasci knjiga-Grba.pdf
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