Drojdiile in Procesele Fermentative Din Industria Berii [PDF]

Zitiervorschau

UNITATEA ŞCOLARĂ

PROIECT Pentru examenul de certificare a competenţelor profesionale nivel 3 Calificare: Tehnician

Îndrumător de proiect:

Elev: Clasa a XII a

Promoţia

2

TEMA PROIECTULUI

Drojdiile in procesele fermentative din industria berii

3

CUPRINS 1.

Memoriu justificativ …………………………………………………………………

4

2.

Drojdia – materie prima pentru industria berii …………………………………...

5

2.1.

Schema tehnologică de fabricare a berii ……………………………………

5

2.2.

Caracteristicile celulei de drojdie ……………………………………………

6

2.2.1 .

Clasificarea generală a drojdiilor ……………………………………

9

2.2.2 . 2.2.3 .

Structura celulei de drojdie ………………………………………….

10

Compoziţia chimică a celulei de drojdie …………………………….

13

Procese specifice drojdiei de bere ……………………………………………

15

2.3.1 .

Necesităţile nutriţionale ale drojdiei ………………………………...

15

2.3.2 . 2.3.3 .

Caractere specifice drojdiei ………………………………………….

27

Producerea culturilor pure de drojdii ………………………………

31

2.4.

Valorificarea drojdiei de bere ………………………………………………..

35

2.5.

Calcule tehnologice ……………………………………………………………

37

Măsuri practice de control tehnic …………………………………………………...

39

3.1.

Controlul calitativ al drojdiei de bere ……………………………………….

39

3.2.

Măsuri pentru evitarea defectelor berii ……………………………………..

41

4.

Norme de protecţia muncii …………………………………………………………..

44

5.

Concluzii ……………………………………………………………………………...

45

6.

Anexe ………………………………………………………………………………….

46

7.

Bibliografie …………………………………………………………………………...

47

2.3.

3.

4

Capitolul 1

Memoriu justificativ

Cunoscuta din timpuri foarte vechi, berea a fost o bautura de lux a claselor privilegiate. Descoperirile revolutionare, cum a fost masina de abur si mai ales instalatia de producerea frigului (1825), au provocat asaltul de la manufactura la o adevarata industrie a berii, aparand si la noi premizele unei industrii nationale. Regele Carol I incurajeaza si sustine infiintarea de noi fabrici de bere. Ultimii ani au adus un nou impuls in industria fabricarii berii care se oglindeste intr – o tendinta spre calitate si diversificare a berii. Microscopul a dat posibilitatea sa se studieze ce este fermentarea si cine o produce. Pasteur a completat si a dozvoltat experientele facute in acest domeniu. Lucrarile sale asupra fermentilor sunt remarcabile si au devenit piatra fundamentala a acestei stiinte. Fermentarea este o transformare chimica datorita unor fiinte vii, unor microorganisme. Sunt inlaturate astfel toate teoriile chimice care sustineau ca fermentarea se datoreste atractiei fortelor chimice ale substantelor si totodata este inlaturata si teoria generatiei spontane. Sustinatorii acestei teorii afirmau ca fermentarea este provocata de fiinte vii, dar ca aceste fiinte vii se nasc spontan din materie moarta. Ei credeau ca celulele vietatilor moarte se nasc din nou si pot crea fiinte noi — microorganisme vii. Louis Pasteur s-a ocupat de fabricarea berii si a stabilit ca fermentarea se produce prin celulele vii ale drojdiei de bere si anume, datorita faptului ca drojdia de bere descompune zaharul pentru a-i lua oxigenul necesar dezvoltarii sale si da nastere astfel alcoolului si bioxidului de carbon, care sunt produse de fermentare. Fenomenul acesta este strans legat de insasi viata celulelor drojdiei de bere. In acelasi timp s-a dovedit ca in fiecare fermentare apar microorganisme specifice. S-a mai aratat importanta bacteriilor in maladiile berii si s-au initiat cercetari in acest sens. Studiile au fost continuate si largite de catre savanti, ajungandu-se la concluzii nebanuite. Una dintre problemele cele mai dezbatute care a luat nastere astfel, a fost stabilirea locului unde are loc activitatea microorganismului care produce ferrnentarea, in celula sau in afara ei.

5

Capitolul 2

Drojdia – materie prima pentru industria berii

2.1. Schema tehnologica de fabricare a berii

6

2.2. Caracteristicile celulei de drojdie Drojdiile folosite in industria berii apartin genului Saccharomyces si anume ele sunt reprezentate de Saccharomyces cerevisiae (drojdie de fermentatie superioara) si Saccharomyces uvarum (Sacch. carlsbergensis), care este drojdie de fermentatie inferioara. Diferentele metabolice dintre cele doua drojdii sunt aratate in tabelul 1. Tabelul 1 - Diferentele dintre drojdiile de fermentatie

Saccharomyces Cerevisiae

Saccharomyces uvarum

Fermenteaza 1/3 din molecula de rafinoza (numai fructoza)

Fermenteaza melibioza

Fermenteaza ocazional inulina

Fermenteaza rafinoza complet

Prezinta activitate respiratorie intensa (prezenta succindehidrogenazei)

Are capacitate de a fermenta gliceraldehida

Are capacitate de a utiliza etanolul pentru dezvoltare

Rezulta ca diferenta dintre Sacch. cerevisiae si Sacch. uvarum este capacitatea acesteia din urma de a fermenta complet rafinoza (fig. 1). In caracterizarea morfologica si citologica a drojdiilor trebuie sa se aiba in vedere urmatoarele: •

aspectul microscopic;

•

marimea celulei;

•

raportul lungime/latime (grosime);

•

capacitatea de a forma spori;

•

caracteristicile coloniilor gigant;

•

viteza de reproducere (mare pentru Sacch. cerevisiae);

•

diferentele imunologice cauzate de compozitia peretilor celulari ai drojdiilor de fermentare superioara si inferioara;

•

diferentele intre sistemele citocromice; caracteristicile electroforetice;

•

durata unei generatii.

7

Fig. 1

Hidroliza enzimatica a rafinozei de catre drojdiile de fermentatie superioara si inferioara

8

In literatura de specialitate, drojdiile sunt clasificate dupa doua caracteristici de baza: morfologice si fiziologice (tabelul 2). Tabelul 2 - Caracteristicile morfologice si fiziologice care caracterizeaza drojdiile

Caracteristici morfologice

Caracterlstici fiziologice

Dezvoltarea pe medii solide selective

Productia de CO2 la dezvoltarea anaeroba in mediu lichid in prezenta unei singure surse de carbon (fermentatia)

Marimea si forma celulelor in medii lichide

Dezvoltarea in prezenta unei singure surse de carbon (asimilarea)

Numarul de ascospori si forma (respectiv formarea de ballistospori)

Asimilarea unei singure surse de azot (nitrat, etilamina etc.)

Formarea peliculei Ia suprafata

Productia de pigmenti

Natura sedimentului in mediile lichide

Productia de esteri

Pentru a studia caracteristicile morfologice ale coloniilor gigant, incubarea drojdiilor se face pe mediu solid (must de malt/ gelatina) la temperatura < 20°C pentru o durata > 6 saptamani. O asemenea colonie gigant se analizeaza din punct de vedere al formei, al conturului, al incretiturilor. La sectionarea verticala a unei colonii gigant se observa o zona externa de celule in repaus (cateodata cu asc), o zona mai adanca de celulele autolizate si apoi o zona cu numeroase celule vii.

9

2.2.1. Clasificarea generala a drojdiilor Drojdiile apartin unul grup de ciuperci care au caractere comune, dar care pot fi cuprinse in diferite clase. Astfel, anumite drojdii formeaza micelii ca mucegaiurile, si anumite mucegaiuri cand sunt cultivate in anaerobioza pot prezenta faze de crestere asemanatoare celulelor de drojdii. Se disting doua mari grupe de drojdii: •

asporogene care nu formeaza spori

•

sporogene.

Grupele amintite se divid in familii, subfamilii si genuri. Ele sunt definite prin caracterele morfologice, genetice si fiziologice. Drojdia de bere, apartine grupei ascosporogene, familia Saccharomycetaceae, genul Saccharomyces. Acest gen se distinge prin urmatoarele caractere: •

celulele se inmultesc prin inmugurire,

•

formeaza cateodata pseudomiceliu,

•

spongii sunt de obicei rotunzi sau ovali. Saccharomycetele fermenteaza intotdeauna alcoolic si nu asimileaza azotatii. Din punct de vedere al fermentarii exista: •

drojdii de fermentare inferioara (Saccharomyces carlsbergensis) care pot fermenta si la temperaturi scazute (0°C), iar la sfarsitul fermentarii se depune pe fundul vasului

•

drojdii de fermentatie superioara (Saccharomyces cerevisiae) care fermenteaza la temperaturi mai ridicate (peste 10°C) iar la sfarsitul fermentarii se ridica la suprafata lichidului.

Drojdiile de fermentare inferioara (si rasa Zaatz) depun bine sub forma de fulgi si fermenteaza moderat, pe cand drojdiile de fermentare superioara (si rasa Frohberg) se depun destul de greu pe fundul vasului (sub forma de pulbere), insa realizeaza un grad de fermentare ridicat. Dintre drojdiie cu aspect de pseudomiceliu, in tehnica este cunoscut genul Bretanomyces, ca, de exemplu, Bretanomyces lambicus si Bruxellensis, folosite la fermentarea “lambicurilor” belgiene si “porter - urilor” englezesti. In procesul de fermentare cu drojdii de cultura pura, daca nu se pastreaza o buna curatenie si o anumita asepsie, musturile pot sa se infecteze cu drojdii salbatice. Se considera drojdii salbatice toate drojdiile care infecteaza drojdia de cultura. Daca se dezvolta alaturi de cele de cultura, drojdiile salbatice pot schimba uneori fundamental caracterul berii unei fabrici, de aceea trebuie data a atentie deosebita puritatii culturii de drojdie si fermentarii propriu-zise.

10

2.2.2. Structura celulei de drojdie Componentele structurale ale celulei de drojdie sunt prezentate in fig. 3. Nucleul Este un organel mic, cu Φ = 1,5 µm care este inconjurat de o dubla membrana, care are pori cu Φ = 0,1 µm in nucleu sunt regiuni mai dense, denumite nucleoli. Mitocondriile Sunt organele care au o dubla membrana, cea interioara fiind pliata si patrunzand in lumenul mitocondriei ca invaginatii, denumite cristal. Mitocondriile sunt asociate cu: •

sistemul transportor de electroni (lantul respirator);

•

sinteza ATP in timpul respiratiei;

•

reactiile oxidative din ciclul Krebs.

Dezvoltarea mitocondriilor este sub controlul genelor mitocondriale localizate in ADN mitocondrial. Vacuolele. Celula de drojdie in faza stationara de dezvoltare contine o singura vacuola mare. In vacuola se pot gasi granule (de volutina) dense de polifosfati ATP. In timpul dezvoltarii exponentiale, in celula de drojdie se formeaza mai multe vacuole, adesea lipsite de incluziuni granulare, ceea ce inseamna ca rezervele de polifosfati organici au fost utilizate pentru crestere. Vacuolele sunt inconjurate de o membrana ce poseda enzime glicolitice a caror functie este de a recicla componentele macromoleculare din celula (proteine, acizi nucleici). Membrana vacuolara separa aceste enzime de citoplasma. Membrana (plasmalema) Este o parte a peretilor celulari implicata in sinteze, excretia de metaboliti, secretia de enzime extracelulare si reglarea absorbtiei de nutrienti. Enzimele care participa in transportul de nutrienti sunt localizate in membrana, care are si activitate ATP-azica implicata in transportul moleculelor contrar gradientului de concentratie. Membrana este formata din : •

lipide,

•

fosfolipide,

•

proteine,

•

steroli.

Natura grasimilor nesaturate afecteaza proprietatile drojdiei, inclusiv toleranta la alcool.

11

Reticulum endoplasmatic Reprezinta alta structura membranoasa din celula de drojdie. Din reticulum se formeaza vezicule sferice care pot penetra plasmalema cu eliberarea unor substante. Aceste vezicule sunt implicate in sinteza peretilor celulari. Alte structuri membranoase •

Corpusculele Golgi implicate in sintezele ce au loc in peretii celulari,

•

Picaturi de lipide (sphaerosomi)

•

Microcorpusculi care contin catalaza.

Citoplasma Reprezinta materialul care umple spatiul celular. In citoplasma sunt localizate: •

Enzimele care intervin in glicoliza,

•

Sinteza acizilor grasi,

•

Sinteza proteinelor

•

Alte enzime implicate in metabolismul celular. 12

In citoplasma sunt localizati si metaboliti intermediari, precum si compusi de depozit, cum ar fi trehaloza si amidonul. Peretele celular Reprezinta 30 % din masa uscata a celulei. Peretele celular este constituit de: •

60 — 85 % din β-glucani si α-manani (fata de s.u.),

•

8 % lipide si proteine,

•

3% substante anorganice (in principal fosfati)

•

2 % hexozoamina

•

cantitati reduse de chitina.

Glucanoli din peretele celular de drojdie pot fi (in functie de masa moleculara): •

solubili in alcalii;

•

insolubili in alcalii care, de asemenea, sunt insolubili si in acid acetic;

•

insolubili in alcalii si solubili in acizi.

Din punct de vedere al tehnologiei berii, asa cum s-a mentionat anterior, drojdiile pot fi de fermentatie inferioara si superioara, diferenta dintre acestea find o reflectare a compozitiei peretelui celular. Drojdiile pot avea dimensiuni si forme foarte diferite. Drojdia de bere este monocelulara de forma rotunda sau ovala cu diametrul de 5—10 µ. Celula este formata dintr-o membrana celulara si protoplasma. Membrana reprezinta circa 20% din greutatea celulei si este formata din doua straturi: •

Un strat interior format din glucani si chitina

•

Un strat exterior format din manani, substante azotoase si lipide.

Ea mai contine si enzime. Constitutia peretelui celular permite schimbul de substante intre celula si mediu si tot el determina si fenomenul de floculare a drojdiei.

13

2.2.3. Compozitia chimica a celulei de drojdie Drojdia presata contine cca 75% apa din care cca 60% apa intracelulara. Exprimat in substanta uscata drojdia contine: •

substante azotoase intre 45 - 60%,

•

hidrati de carbon intre 15 - 35%,

•

grasimi intre 2 - 12%,

•

substante minerale intre 6 - 12%

•

urme de vitamine.

Substantele azotoase continute in drojdie formeaza in cea mai mare parte (peste 90%) peretele celular (albumine, fosfoglobuline si nucleoproteine). Drojdia mai contine aminoacizi liberi, acizi nucleici si derivatii lor. Acidul nucleic este constituit dintr-o pentoza, dintr-un fosfat si o baza purinica sau pirimidinica. Hidratii de carbon sunt prezenti in peretii celulari sub forma de glucan si manan, iar jn plasma sub forma de glicogen constituind rezerva de hidrati de carbon. Cantitatea lui variaza intre 3 si 10%. Drojdia mai contine si dizaharidul trehaloza in cantitati reduse. Grasimile aflate in drojdie variaza cu varsta si conditiile de inmultire. Cantitatea de grasimi poate sa creasca in conditii speciale de la 2% pana la 40% la s. u. Pe langa lipide se afla in drojdie si lipoide cum sunt fosfatidele, in cantitati mai mari. Substantele minerale sunt formate din potasiu, calciu, sodiu, magneziu, fosfati si alte elemente aflate in urine. Desi se afla in drojdie in cantitati reduse, vitaminele joaca un rol important in dezvoltarea si activitatea fermentativa a drojdiei. Enzimele din drojdie Drojdiile contin numeroase enzirne, care participa la toate fenomenele ce au loc ca urmare a activitatii vitale. Ele sint amplasate in membrana celulara, citoplasma, nucleu celular, vacuole. Dupa Narziss in procesul de fermentare participa urmatoarele grupe de enzime: —

grupa hidrolazelor, care provoaca scindarea hidrolitica a diferitelor substante. Din aceasta grupa fac parte enzime ca:

•

α - glucozidaza (maltaza),

•

β - fructofuranozidaza (β - h - fructozidaza),

•

zaharaza (invertaza),

•

α - galactozidaza (melibiaza),

•

diferite fosfataze, lipaze, peptidaze si amidaze.

—

transferazele ca urmare a actiunii lor se transfera anumite grupe de tipul fosforil, amino - glicozib si altele. Din aceasta grupa fac parte enzime ca: hexchinaza, fosfoglicerochinaza si piruvatchinaza, transglicozidazele si transaminazele;

—

oxido - reductazele, sub actiunea carora se transfera hidrogenul si 14

electronii de la un substrat la altul. Se disting dehidrogenazele care actioneaza fie sub forma de enzime aerobe respectiv hidrogenul scindat din substrat se transfera catre oxigen sau sub forma de enzime aerobe respectiv transfera hidrogenul pe o alta molecula dar nu catre oxigen. Oxidazele (peroxidaza si catalaza) transfera atomii de hidrogen catre oxigenul molecular, iar oxigenazele transfera atomul de hidrogen pe un alt substrat. —

Liazele, scindeaza legaturile carbon - carbon fara aditionare de apa. Ele se impart in decarboxilaze si dehidrataze. Din grupa decarboxilazebor face parte si enzima piruvat - decarboxilaza care produce decarboxilarea acidului piruvic, in acetaldehida si CO2.

—

Izomerazele, catalizeaza transformarile intramoleculare ale atomilor in molecula, de exemplu transformarea glucozei in fructoza. Se disting fosfohexoizomeraze si fosfomutaze.

—

Ligazele denumite si sintetaze, fac legatura intre doua molecule necesitand pentru aceasta sinteza energie. In aceasta grupa apartin toate enzimele care sintetizeaza legaturile intre carbon - azot, carbon - sulf si carbon-carbon.

15

2.3. Procese specifice drojdiei de bere

2.3.1. Necesitatile nutritionale ale drojdiei

Necesitatile nutritionale ale drojdiilor Drojdiile se vor dezvolta in medii fermentative ce contin carbohidrati fermentescibili pentru procurarea de energie si pentru biosinteza lanturilor hidrocarbonate, care contin de asemenea surse de azot pentru sinteza de proteine, saruri minerale si factori de crestere. Sursele de carbon includ: • D-glucoza, • D-fructoza, • D-manoza, • D-galactoza, • zaharoza, • maltoza. Melibioza este metabolizata de Sacch. carlsbergensis, dar nu si de Sacch. cerevisiae. Rafinoza este utilizata in intregime de Sacch. carlsbergensis si partial de Sacch. cerevisiae. Si maltotrioza poate servi ca sursa de carbon, dar maltotetroza si dextrinele nu sunt metabolizate de drojdiile de bere. In conditii aerobe, drojdiile pot folosi glicerolul, etanolul si acidul lactic, produsi ai metabolismului fermentativ anaerob. Anumite specii de drojdii metabolizeaza acidul acetic, citric si malic. Celulele de drojdie pot prelua din mediu si acidul piruvic, acetaldehida si CO2. Necesarul de azot al drojdiilor de bere poate fi satisfacut de: • ionii de amoniu, • aminoacizi, • peptide cu masa moleculara mica. Drojdiile de bere nu produc enzime proteolitice extracelulare pentru a hidroliza polipeptidele si proteinele. Drojdiile de bere au nevoie de K, Fe, Ca, Mg, Mn, Cu, Zn, unele dintre metalele mentionate fiind necesare pentru activitatea unor enzime. Sunt necesare cantitati insemnate de fosfati si sulfati pentru drojdiile de bere. Drojdiile de bere necesita si un numar important de vitamine cum ar fi: • biotina, • acidul pantotenic, • inozitolul, • tiamina, 16

• piridoxina, • acidul nicotinic. Mustul de bere contine, in general, toti nutrientii necesari pentru dezvoltarea drojdiilor de bere. In unele cazuri particulare mustul de bere poate fi suplimentat cu extract de drojdie, ioni metalici (Zn2+), amoniu si fosfat. Pentru a utiliza nutrientii si factorii de crestere din mustul de bere, drojdiile de bere, datorita constitutiei membranei celulare si a structurii sale, poseda trei mecanisme prin care substantele nutritive si factorii de crestere sunt asimilati de celula: •

difuzia simpla care implica un gradient de concentratie;

•

difuzia facilitata sau catalizata de catre o enzima (permeaza);

•

transportul activ mediat de enzime specifice de transport sau permeaze.

Prin difuzie simpla sunt asimilati acizii organici, nedisociati. Prin difuzie facilitata sunt asimilate zaharurile fermentescibile, iar procesul de transport activ este folosit pentru asimilarea aminoacizilor, ionilor de K, Mg, P si sulfat, precum si a zaharurilor fermentescibile. Asimilarea zaharurilor Glucoza, fructoza si zaharoza din mustul de bere sunt rapid utilizate de drojdiile de bere. Zaharoza este mai intai hidrolizata la glucoza si fructoza de catre o invertaza extracelulara. Monozaharidele existente in must si cele produse de drojdie pot fi transportate in celula prin intermediul unei permeaze constitutive (din membrana). Asimilarea maltozei si a maltotriozei este mediata de permeaze induse, dupa ce a fost indusa si α-glucozidaza (maltaza), care hidrolizeaza cele doua zaharide la glucoza. Adaptarea drojdiei pentru asimilarea maltozei este insotita de cresterea nivelului de AMPc. S-a constatat ca glucoza, fructoza si zaharoza sunt consumate de drojdia de bere in 24 - 48 de ore, maltoza in 70 - 72 de ore, iar maltotrioza in > 72 de ore. Aceasta ordine de consumare este explicata prin faptul ca glucoza, fructoza, zaharoza se gasesc in mustul de bere in cantitati mici, iar maltoza in concentratie mare, aceasta din urma fiind utilizata cu o viteza asemanatoare, in timp ce maltotrioza, care se gaseste in cantitati mici, este utilizata cu viteza mai mica. Asimilarea azotului din must. Drojdiile de bere sunt capabile sa asimileze ~ 50 % din azotul aminic existent in must. Drojdiile de fermentatie inferioara folosesc aminoacizi mai putin complet decat cele de fermentatie superioara. Asimilarea aminoacizilor din must are loc intr-o maniera secventiala, dependenta de conditiile de fermentatie si de sursa de drojdie folosita. Aceasta ordine secventiala ar fi urmatoarea: 

aminoacizi din grupa A, care sunt asimilati in primele 20 de ore de fermentatie: •

glutamatul,

•

aspartatul,

•

asparagina,

•

glutamina,

•

serina,

•

treonina, 17







•

lizina,

•

arginina;

aminoacizi din grupa B, care sunt asimilati gradual in cursul fermentatiei: •

histidina,

•

valina,

•

metionina,

•

leucina

•

izoleucina;

aminoacizi din grupa C, care sunt asimilati dupa o anumita perioada de lag: •

glicina,

•

fenilalanina,

•

tirozina,

•

triptofanul,

•

alanina,

•

amoniacul;

aminoacizi din grupa D, care sunt putin asimilati: prolina.

Transportul aminoacizilor din grupele A si C este facilitata de o permeaza specifica, iar a celor din grupa B de o alta permeaza specifica. Transportul aminoacizilor in celula este dependent de ATP mitocondrial si ATP generat in glicoliza la nivelul 1,3 difosfogliceratului. In absenta fosforilarii oxidative, cea de-a doua sursa de ATP este folosita in principal de drojdiile de bere. Excretia de metaboliti azotati de catre drojdia de bere se face prin procesul denumit excretie soc, atunci cand nu este prezenta maltoza in mediul nutritiv. Acest proces ar putea avea loc atunci cand se folosesc drojdii de bere mature iar mustul este foarte bogat in glucoza. Metabolismul aerob al carbohidratilor Principala cale de fermentare a glucozei si fructozei este calea Embden – Meyerhof - Parnas sau secventa glicolitica. In acest sens, zaharoza din must este hidrolizata extracelular, iar maltoza si maltotrioza sunt hidrolizate intracelular. Carbohidratii de depozit (glicogenul si trehaloza) pot servi ca surse intracelulare de monozaharide.

18

Metabolismul anaerob al carbohidratilor In conditii anaerobe, drojdiile cultivate pe medii cu o concentratie mare de zaharuri fermentescibile produc etanol si CO2. Daca este prezent aerul si concentratia de zaharuri fermentescibile este mica, etanolul este folosit in respiratie. La fermentatie anaeroba, zaharurile fermentescibile sunt catabolizate pe calea EMP pana la acid piruvic, care este decarboxilat de piruvat - decarboxilaza cu formare de acetaldehida si CO2. Enzima necesita drept co - factor TPP. Acetaldehida actioneaza ca acceptor de electroni (in absenta lantului respirator) si este utilizata pentru oxidarea NADH, cu formare de etanol. Formarea de etanol decurge lent, deoarece drojdia trebuie sa regenereze NAD +. Energia eliberata la fermentatie este de -234 kJ. La fermentatia anaeroba a zaharurilor fermentescibile se formeaza 2 molecule ATP, deci un echivalent de 61 kJ de energie libera. Eficienta fermentatiei este deci : 61/ 234 x 100 = 26%. Desigur ca si la fermentatia anaeroba a zaharurilor fermentescibile activeaza si ciclul Krebs, insa activitatea enzimelor respective este foarte scazuta. Se produce astfel acid succinic, care este eliberat in mediul de fermentatie. lntrarea acidului piruvic in ciclul Krebs este posibila pe doua cai: prin convertirea acidului piruvic in acetil-SCoA si prin convertirea piruvatului in oxaloacetat, in primul caz actionand piruvatdehidrogenaza, iar in cel de-al doilea caz piruvat-decarboxilaza. Metabotismut aerob al drojdiitor actioneaza in cazul obtinerii de biomasa din drojdie, deci la obtinerea culturitor de drojdie pentru bere si la obtinerea drojdiei de panificatie. Producerea de polizaharide Celulele de drojdie de bere sintetizeaza trehaloza si glicogen, dar si componente ale peretilor celulari (manani si glucani). Sinteza trehalozei si glicogenului are loc la sfarsitul fermentatiei, atunci cand drojdia este depozitata. Aceste glucide furnizeaza ATP prin glicoliza, ATP necesar mentinerii viabilitatii celulei. Sinteza ambitor polimeri de depozit incepe prin formarea uridindifosfatglucozei (UDPG), reactie catalizata de UDPG-pirofosforilaza: UTP + glucoza -1 - P = UDPG + pirofosfat Glicogen-sintetaza catalizeaza aditia secventiala a glucozei de la UDPG la un polizaharid acceptor. Resturile de glucoza sunt legate α -1, 4, lanturite liniare fiind mentinute impreuna prin tanturi scurte cu legaturi α -1, 4 de laturile principale, in locuri unde enzima de bransare scindeaza legaturile α -1, 4 din lanturite liniare. La lanturite liniare sunt atasate lanturi scurte cu legaturi α -1, 4, atasarea acestora facandu-se prin legaturi α - 1, 6 (ca si in cazul amilopectinei). Reglarea metabolismului carbohidratilor Exista doua cai de reglare a metabolismului carbohidratitor: 1.

Efectul Pasteur

2.

Efectul Crabtree.

1. Efectul Pasteur Celulele unor organisme vii pot supravietui fara oxigen, insa, in multe cazuri, numai pentru a perioada scurta de timp. Energia in acest caz este preluata de la transformarile 19

care au loc pe calea EMP, acidul piruvic in acest caz fiind transformat in alcool etilic, respectiv in acid lactic (in cazul bacteriilor lactice). La admisia oxigenului, metabolismul anaerob scade si incepe cel aerob, care conduce la oxidarea completa a sursei de carbon. In cazul drojdiilor, dezvoltarea acestora in prezenta de oxigen si glucoza este diauxica, respectiv fermentatia are loc in prezenta glucozei, iar alcoolul etilic produs este folosit in respiratie (oxidat). 2.

Efectul Crabtree

Daca glucoza se afla in exces in mediul de cultura (>0,4 %) si chiar daca exista oxigen, drojdia de bere va metaboliza glucoza pe calea glicolizei cu productie de CO2 si alcool etilic, deci fermentatia va surclasa respiratia. Efectul concentratiei mari de glucoza asupra drojdiei se manifesta asupra compozitiei enzimatice si asupra structurii celulei, respectiv asupra formarii mitocondriilor. Acest efect este denumit “efect Crabtree”, respectiv, efectul glucozei sau “represie catabolica”. Efectul se poate produce in prezenta glucozei si fructozei si este mai putin marcant in prezenta maltozei, manozei si galactozei. Produsi minori ai metabolismului carbohidratilor Producerea de acizi organici La fermentatia anaeroba a maltozei pe langa alcool etilic si CO2 se formeaza si produsi minori cum ar fi: •

glicerina,

•

acizi organici (acid citric, succinic, lactic, 2-hidroxiglutaric, acid malic).

Se formeaza si acid acetic prin hidroliza acetil CoA precum si acizi grasi. O serie de oxoacizi pot rezulta din metabolismul aminoacizilor. Productia de acizi organici este in stransa legatura cu deficienta in vitamine, in special tiamina. Formarea dicetonelor vicinale Printre dicetonele vicinale din bere, cele mai importante sunt diacetilul si 2, 3 pentadiona. Spre deosebire de bacterille lactice, la care unul din substraturile de start este acidul citric, care este transformat in acid piruvic - in cazul drojdiilor, substratul de plecare ar fi acidul piruvic care rezulta in timpul glicolizei. Metabolismul azotului din must si formarea uleiului de fuzel La fermentatia mustului de bere, azotul aminoacidic din must este cu predilectie folosit de drojdie. Aminoacizii asimilati sunt utilizati pentru sinteza de proteine celulare (citoplasmatice si mitocondriale). Se considera ca ~ 50 % din azotul aminic este folosit direct pentru sinteza de proteine, insa cercetarile efectuate cu aminoacizi cu azot marcat cu N Si cu carbon marcat cu 14C au aratat ca, dupa ce aminoacizii au intrat in celula de drojdie, ei sunt dezaminati de sistemul transaminazic care necesita drept cofactor piridoxal-fosfatul. Principalii factori care conduc la niveluri superioare de bere sunt: •

concentratii mari de aminoacizi in must;

•

temperaturi ridicate de fermentare;

•

agitare continua la fermentare;

•

concentratii mari de alcool in bere;

•

dezvoltare mare a drojdiilor.

Metabolismul lipidelor si formarea esterilor Lipidele din drojdie sunt reprezentate de: 20

•

trigliceride (triacilgliceroli);

•

fosfolipide;

•

steroli. Acizii grasi din trigliceride sunt:

•

palmitic,

•

stearic,

•

palmitoleic,

•

oleic,

•

linoleic.

Trigliceridele, ca si fosfolipidele, intra in structura membranei drojdiei, dar primele se gasesc si ca picaturi in celula. Sterolii intalniti in drojdii sunt: •

ergosterolul,

•

zymosterolul,

•

lanosterolul. Catabolismul lipidelor

Trigliceridele sunt hidrolizate pas cu pas de catre o lipaza localizata in membrana, produsii finali fiind glicerolul si acizii grasi cu lant lung. Fosfolipidele sunt hidrolizate de fosfolipaze formandu - se glicerol, acizi grasi si baze azotate (de exemplu colina). Glicerolul poate fi fosforilat, oxidat si intra in calea EMP ca dihidroxiacetonafosfat. Acizii grasi cu lant lung sunt transformati in acetil CoA prin α - oxidare, mecanism care este localizat in mitocondrii sau microcorpusculi. Biosinteza triacilglicerolilor si fosfolipidelor Punctul de plecare este α - glicerofosfatul produs prin dihidroxiacetoneifosfatului (generata in calea EMP) sau din glicerol si ATP.

reducerea

Acilarea α - glicerofosfatului conduce la un acid fosfatidic care, apoi, prin actiunea fosforilazei si acilare cu acil CoA saturata sau nesaturata conduce la formarea triacilglicerolului. Reactia acidului fosfatidic cu citozintrifosfat (OTP) conduce la ODP - diacilgliceroli la care se insereaza serina, inozitolul sau etanolamina (se elimina ODP) si, deci, se formeaza fosfolipide.

21

Biosinteza sterolilor Reactia cheie in sinteza sterolilor este formarea acidului mevalonic. Din acesta se formeaza izoprenoidul C5 nesaturat, izopentenil pirofosfatul, utilizandu - se 2 molecule de ATP. C5 - lzoprenoidul este izomerizat la dimetil – alil - pirofosfat. Cei doi izomeri interactioneaza si se formeaza geranilpirofosfatul, care, apoi, prin reactie cu unitati cu 5 atomi de carbon formeaza farnesil si nerolidolpirofosfat. Aceste doua molecule C15 se combina si se formeaza squalenul (C30), precursor al sterolilor din drojdie (lanosterolul, ergosterolul, zymasterolul). In timpul fermentatiei acesti compusi se esterifica de indata ce oxigenul a fost utilizat. Biosinteza esterilor Esterii se formeaza prin reactia dintre un alcool si un acid: R1—CH2OH + R2COOH = R1CH200CR + H20 Atat acizii grasi, cat si alcoolii sunt produsi ai metabolismului drojdiilor, iar reactia dintre ei, daca nu este catalizata, este de 1000 ori mai lenta decat in cazul in care este catalizata. Acidul pantotenic (precursor al coenzimei A) stimuleaza productia de ester si factorii care vor afecta metabolismul CoA vor afecta si sinteza de etil acetat. Biosinteza esterilor in celula de drojdie are loc prin alcooliza compusilor acil - CoA. Alcoolii implicati sunt alcoolul etilic si alcoolii uleiului de fuzel. Acil CoA poate deriva din urmatoarele reactii: •

activarea acizilor grasi din must

•

din oxoacizi, prin decarboxilare oxidative

•

din catabolismul lipidelor;

•

din reactiile de biosinteza ale acizilor grasi.

Enzimele care catalizeaza sinteza esterilor necesita coenzima A. Avand in vedere concentratia mare de alcool etilic si acetil CoA din drojdie, cea mai mare concentratie de ester este cea a etilacetatului : Metabolismul compusilor cu sulf Mustul de bere contine urmatorii compusi cu sulf: •

hidrogen sulfurat la nivel de 13 — 37µg S/I, nivel care este afectat de aerarea mustului si de indepartarea sedimentului;

•

compusi organici, cum ar fi metionina (6 mg S/I), acidul cisteic (6 mg S/I), biotina (10µg S/I);

•

proteine, polipeptide si peptide cu sulf ~50 mg S/I.

Drojdiile au nevoie de sulf pentru sinteza unor proteine, a unor coenzime si vitamine, nivelul de sulf din drojdia uscata fiind 0,2 — 0,9%. Daca cisteina si metionina sunt incluse in proteinele drojdiilor, peptidul glutation reprezentand ~20 % din sulful total al drojdiei este coenzima gliceraldehid 3 – fosfat - dehidrogenaza.

22

Produsi ai metabolismului acizilor nucleici Nucleotidele sunt excretate de drojdie la fermentarea mustului, dar provin si din malt. Bazele libere (xantina, guanina, citidina) contribuie la amareala berii, in timp ce adenina micsoreaza amareala. In compozitia mediilor de cultura, in general, pentru dezvoltarea drojdiilor trebuie sa se tina seama de sursa de carbon, de azot, de substantele minerale si de factorii de crestere. Ca sursa de carbon cel mai bine servesc hidratii die carbon, dar daca ei lipsesc si aerarea mediului este suficienta, celula de drojdie poate asimila si acizii: •

lactic,

•

succinic,

•

malic,

•

citric

•

alcoolul etilic.

Sursa de azot a drojdiei poate fi luata din compusi anorganici (sulfatul die amoniu, apa amoniacala, azotat sau clorura de amoniu etc), sau compusi organici (aminoacizi, polipeptide simple ete). Pentru drojdia de bere aminoacizii sunt sursa cea mai bogata in azot pe care o foloseste celula de drojdie. Dintre acestia cei mai usor asimilati sunt: •

arginina,

•

lisina,

•

metionina,

•

acidul glutamic

•

aspartic etc.

Ca elemente minerale, drojdia are nevoie in general de: •

potasiu,

•

magneziu,

•

calciu,

•

fier,

•

fosfor

•

clor.

Un rol deosebit il joaca si unele microelemente. Principalii factori de crestere pentru drojdia de bere sint: •

biotina,

•

pantotenatul de calciu,

•

inozitolul,

•

tiamina

•

piridoxina.

Din punet de vedere al factorilor de crestere, cercetarile efectuate au aratat ca 23

drojdia de bere se imparte in trei grupe: •

prima grupa nu se dezvolta decat in prezenta tuturor factorilor de crestere mentionati,

•

a doua necesita numai biotina si pantotenat de calciu,

•

a treia numai biotina.

Mustul de bere indeplineste toate conditiile unui bun mediu de cultura, de aceea drojdiile se dezvolta bine in el. In conditii normale drojdiile se inmultesc prin inmugurire si mai rar prin sporulare. Aceeasi celula poate inmuguri de cirea 100 de ori. Fiecare mugure lasa o cicatrice pe peretele celular, care poate fi observata la microscopul electronic, putandu-se astfel determina numarul de muguri pe care i - a dat o celula si astfel se stabileste virsta sa. Timpul in care dintr-o celula se formeaza doua celule, din doua se formeaza patru si asa mai departe se numeste perioada de inmultire (de generatie). Asupra dezvoltarii drojdiei influenteaza o serie intreaga de factori printre care se mentineaza: •

temperatura,

•

aerarea,

•

continutul de alcool ce se formeaza,

•

continutul in extract al mustului

•

compozitia lui,

•

valoarea pH-ului etc.

La temperatura de peste 7 - 8°C, drojdia de bere se dezvolta foarte bine, iar la 0°C inmultirea nu mai are loc. Oxigenul favorizeaza inmultirea drojdiei, iar alcoolul si CO2 ce apar in fermentare au o actiune daunatoare peste anumite limite. In practica, inmultirea drojdiei de bere are loc pana cand concentratia alcoolului in mediu ajunge la 1,5 - 2%. Concentratiile de peste 20% in zahar inhiba dezvoltarea drojdiei si deci si fermentarea. In asemenea conditii, celulele se plasmolizeaza ca urmare a unei presiuni osmotice mai mari in mediu decat in celula. In dezvoltarea drojdiei se disting trei faze, si anume: •

prima faza linistita (lag-faza) care dureaza cateva ore si in timpul careia nu se constata o dezvoltare,

•

faza a doua in care se produce inmultirea propriu-zisa (faza logaritmica)

•

faza a treia sau de inhibare, in care dezvoltarea se incetineste, acumulandu - se in mediu produsele de metabolism (alcool, CO2, acizi)

24

Reproducerea si ciclul de viata al drojdiei Drojdiile, ca organisme ale regnului vegetal, se multiplica indeosebi vegetativ, prin mitoza, proces asexual, constand in inmugurire, mugurele format putand, la un anumit stadiu de dezvoltare, sa se desparta de celula mama. La Saccharomyces cerevisiae si carlsbergensis inmugurirea este multipolara. Mugurele lasa pe peretele celular al celulei mama o cicatrice, la Saccharomyces cerevisiae s-au observat 9 - 43 de muguri formati pe o celula, numarul cicatricelor de muguri putand folosi pentru aprecierea varstei drojdiei. Drojdiile inmuguresc numai in medii nutritive bogate in factori nutritivi. In procesul de inmugurire fiecare cromozom al celulei - mama se divide in doua fragmente, pe lungime (mitoza), fiecare din jumatatile de cromozomi trecand in celula - fiica, care devine astfel si ea tot diploida, conservand caracterele ereditare ale celulei - mama. Drojdiile de bere, care sunt drojdii sporogene, se pot inmulti si prin sporulare, celula de drojdie formand, de regula, patru ascospori; drojdia de bere sporuleaza greu in general si anume atunci cand se gaseste in conditii neprielnice de nutritie. Cand sporii ajung in conditii normale de nutritie ei germineaza si formeaza noi celule de drojdie. Sporii contin aceiasi cromozomi ca celula formatoare, dar fiecare numai intr-un singur exemplar, denumindu-se “haploizi”. Pe mediu nutritiv convenabil sporii germineaza si se pot copula, formind un “zygot”, in care cromozomii sunt iarasi in perechi, deci dau o celula “diploida”, dar ei pot, de asemenea, germina singuri, celula formata fiind “haploida”. Prin copularea sporilor din celule mama diferite pot apare mutanti. Cum insa drojdiile de bere sporuleaza foarte greu, aceasta cale de aparitie a mutantilor este minima. Inmultirea drojdiei este influentata de factori de mediu ca: •

oxigenul,

•

bioxidul de carbon,

•

temperatura mediului,

•

prezenta substantelor inhibitoare.

Dintre substantele inhibitoare cu care poate veni in contact drojdia de bere, se poate cita bioxidul de carbon care incetineste cresterea. Nitritii de asemenea jeneaza cresterea, iar la doze de peste 25 mg/l NO3 pot frana fermentatia inferioara, drojdiile de fermentatie superioara fiind, se pare, ceva mai rezistente. Nitritii pot proveni prin reducerea nitratilor din apa de brasaj. Metalele grele, daca la doze mici activeaza cresterea drojdiei, cand se gasesc in concentratii mai mari ele franeaza procesul de crestere. Thorne a observat efectul inhibitor pe care il au alcoolii superiori rezultati in timpul fermentatiei asupra cresterii drojdiei. La lista acestor substante inhibitoare se pot adauga diferite substante antiseptice care influenteaza numai multiplicarea drojdiei, nu si fermentatia. Degenerarea drojdiei de bere Prin degenerarea drojdiei se intelege modificarea nedorita, ireversibila si gradata a insusirilor ei in timpul mai multor fermentatii succesive. Semne ale degenerarii drojdiei : • • nedoriti,

realizarea unei fermentatii mult prea lente, formarea de produsi secundari ai fermentatiei

•

atingerea unui grad de fermentare scazut,

•

formarea de cantitati insuficiente de acizi,

•

insuficienta decolorare a berii, 25

•

recolta slaba de drojdie,

•

modificarea insusirilor de floculare etc.

Modificarea insusirilor drojdiei se poate manifesta si prin imprimarea unui miros neplacut de drojdie sau prin formarea unei cantitati prea mari de diacetil care in timpul maturarii sa fie insuficient redus. Datorita numeroaselor neajunsuri pe care le poate provoca degenerarea drojdiei in timpul utilizarii ei in fermentatii succesive, durata reutilizarii unei anumite culturi de drojdie este limitata. Narziss arata ca dupa experienta practica, in cazul mentinerii unei bune puritati biologice, dupa 8 - 10 reutilizari a drojdiei incep sa apar modificari care impun inlocuirea culturii utilizate cu a cultura noua, obtinuta in statia de culturi pure a fabricii sau de la o alta fabrica. Degenerarea apare dupa un numar mai mare sau mai mic de reutilizari dupa conditiile specifice unei anumite fabrici. Cauzele degenerarii variaza de la fabrica la fabrica si Weinfurtner le grupeaza in doua grupe principale: a)

cauze endogene, care provin din insasi celula de drojdie;

b)

cauze exogene, adica diferiti factori externi care influenteaza conditiile de viata si activitate ale drojdiei, ca de exemplu: •

compozitia apei si maltului care se reflecta in compozitia mustului (o degradare insuficienta a anumitor componente la brasaj),

•

o aerare insuficienta sau prea puternica,

•

o temperatura de fermentare necorespunzatoare

•

o conducere gresita a fermentatiei.

Cea mai mare importanta se acorda cauzelor exogene. O compozitie deficitara a mustului poate fi consecinta a : •

utilizarii unui malt prost solubilizat,

•

a apei cu alcalinitate remanenta ridicata sau cu un continut mare in nitrati,

•

a prelucrarii gresite a plamezii (cu o descompunere insuficienta a substantelor proteice si a amidonului),

•

a fierberii insuficiente a mustului,

•

a unei proaste indepartari a trubului, sau insuficienta dizolvare de oxigen in must inainte de insamantarea cu drojdie.

Concentratia prea mica sau prea mare a mustului poate de asemenea grabi degenerarea drojdiei.

26

Oxigenul este necesar drojdiei pentru innmultirea care are loc dupa insamintarea ei in must. O aerare insuficienta determina a crestere inceata a drojdiei urmata de o fermentare insuficienta. O supra - aerare a mustului ce trece in linul de fermentare sau o aerare a mustului dupa 24 ore de la insamantare este in foarte multe cazuri corelata cu slabirea timpurie a drojdiei. Substantele toxice ca produsele de metabolism ale altor microorganisme (ca de ex. a termobacteriilor), metalele grele (fierul, cuprul) ca si curentii electrici ce se formeaza in linul de fermentatie intre serpentinele din cupru si in linul din otel inoxidabil, constituie tot atatia factori care determina modificari in drojdia de bere si deci degenerarea ei.

27

2.3.2. Caractere specifice drojdiilor Flocularea drojdiei Capacitatea de floculare a unei surse de drojdie este o insusire de o considerabila importanta practica, fapt care a determinat examinarea diferitelor surse de drojdie din acest punct de vedere si clasificarea drojdiilor in doua tipuri principale, fiecare din ele cu manifestari specifice: •

drojdii “pulverulente”

•

drojdii “floculante” sau “aglutinante”.

Flocularea este definita ca “o agregare sau aglutinare reversibila a celulelor de drojdie”. Celulele de drojdie care au floculat se depun la fundul vasului de fermentare cand drojdia este de fermentatie inferioara sau se ridica in stratul de spuma cand drojdia este de fermentatie superioara. Capacitatea de floculare se determina, in general, prin viteza de sedimentare a celulelor de drojdie suspendate intr-o solutie tampon (metoda Burns modificata de Helm). Testul permite o buna diferentiere a drojdiiior in drojdii de tip “floculant” care tind sa se aglutineze si sa sedimenteze mai repede dintr-un must care fermenteaza, conducand la o bere limpede dar cu un grad mai mic de fermentare si in drojdii de tip “ pulverulent”, care raman un timp mai indelungat in suspensie in mediul de fermentare si care conduc la beri cu un grad mai scazut de limpezire, dar cu o atenuare avansata. Drojdiile floculante produc beri mai dulci si cu o accentuata plinatate a gustului; datorita faptului ca se separa repede din mustul fermentat, prin folosirea lor se evita aparitia unui gust aspru de drojdie, caracteristic cand drojdia ramine mult timp in contact cu berea. Drojdiile puternic floculante insa, fac ca berea tanara, la trecerea la fermentarea secundara, sa antreneze un numar prea mic de celule, ceea ce scade mult viteza de fermentatie in aceasta faza a procesului tehnologic si de cele mai multe ori este necesar sa se recurga la adaosul de drojdie activa sub forma de must in fermentatie. Un alt dezavantaj al utilizarii unei drojdii puternic floculante il constituie o mai mare susceptibilitate la tulburari biologice ale berii obtinute cu ea, deoarece berea din care drojdia a floculat repede e mai bogata in substante nutritive (zaharuri si aminoacizi). Drojdiile pulverulente au insusiri contrastante cu cele floculante. Utilizarea unei drojdii puternic pulverulenta, desi conduce la beri cu atenuare mare, limpezirea lor are loc foarte incet, ceea ce devine primejdios pentru aroma berii care poate capata o tenta nedorita. Lindner a izolat doi reprezentanti tipici ai acestor rase de drojdie, pe care, dupa numele fabricibor de bere de origine, le-a denumit: •

drojdie Frohberg (pulverulenta)

•

drojdie Saaz (floculanta),

denumiri ce si astazi desemneaza drojdie pulverulenta cu putere de fermentare mare si respectiv drojdie floculanta cu putere de fermentare redusa. In practica fabricarii berii se prefera surse cu o capacitate medie de floculare. Mecanismul fenomenului de floculare a drojdiei nu este inca suficient clarificat, desi sunt numeroase teorii care cauta sa il explice. Capacitatea de floculare este controlata genetic si este o caracteristica a rasei de drojdie, asa cum releva printre altii Thorne si Gilliland, desi chiar ei acorda importanta si influentei factorilor de mediu asupra existentei acestui fenomen. 28

In ceea ce priveste influenta compozitiei si a indicilor fizico-chimici ai mediului asupra aparitiei flocularii, s-a stabilit ca zaharurile impiedica sau intarzie flocularea, manifestand insa actiuni diferite. Cele mai multe tulpini de drojdie se disperseaza cand sunt introduse in solutii de zahar, indeosebi de glucoza si maltoza. S-a stabilit ca intr-un mediu ce contine glucoza si maltoza fiocularea incepe la un grad de atenuare de 38%, in mediu numai cu maltoza la un grad de atenuare de 48% in timp ce in medii de glucoza, la o atenuare de 56%. Cele mai multe dintre drojdii incep sa floculeze cand cea mai mare parte din zaharurile din must au fost consumate prin fermentatie. Daca zaharurile previn flocularea, unele substante proteice din mediu o favorizeaza. Substantele cu molecula complexa de tipul gumei denumita treberina, provenita din orzul cu sase randuri de boabe pe spic, ca si gumele prezente in orz, favorizeaza de asemenea fiocularea drojdiei. Se poate spune ca, in general, compozitia mustului si prin urmare, calitatea materiei prime influenteaza comportarea drojdiei. Astfel, cultivarea drojdiei in musturi obtinute din sau cu un procent ridicat de cereale nemaltificate favorizeaza o comportare pulverulenta a acesteia. Ionii bivalenti si indeosebi ionii de calciu si magneziu sunt esentiali pentru aparitia flocularii, avand un efect antagonic cu cel al ionului de sodiu. Este stabilit ca sarurile in general si in special fosfatii prezenti in must stimuleaza flocularea. Un rol de stabilizare a legaturilor intre celule la floculare se pare ca il au si legaturile de hidrogen care se formeaza intre celule. Experimental s-a stabilit ca aceste legaturi sunt sensibile la variatii de pH, la agenti chelatanti si, in general, la produse cu afinitate mare pentru calciu. Drojdia defloculata prin spalare cu apa distilata poate fi refloculata prin adaugare de cationi bi- sau polivalenti, indeosebi ioni de calciu. Cunostintele recente despre structura, compozitia si functiile peretelui celular al drojdiei dau posibilitatea formularii unor explicatii noi asupra cauzelor flocularii. Masschelein si Devreux au gasit ca aparitia sau disparitia fenomenului de floculare poate fi corelata cu dinamica fractiuni mananice din pertele celular, flocularea fiind dupa acesti autori un fenomen ciclic, fazele de floculare si defloculare alternand in fermentatii succesive, durata fazelor depinzand de sinteza si degradarea mananilor din peretele celular si deci de raportul proteine: manani din peretele celular. Cum biosinteza si biodegradarea proteinelor si hidratilor de carbon din peretele celular sunt mediate de enzime, aceste fenomene sunt deci controlate genetic iar efectul factorilor de mediu se manifesta probabil indirect prin efectul pe care il au asupra metabolismului celulei. Drojdiile de bere pierd uneori caracterul floculant si capata caracter pulverulent, pierzand capacitatea de aglutinare, fenomen ce se accentueaza cu cresterea numarului de reinsamintari a drojdiei in must proaspat. Se cauta sa se explice acest proces printr-o selectie naturala a drojdiei in timpul refolosirii ei precum si prin contributia pe care o are metodologia de reutilizare a drojdiei. In straturile superioare ale depozitului de drojdie din lin se concentreaza drojdii mai putin floculante incat reutilizarea drojdiei de mai multe ori din aceste straturi duce la imbogatirea in drojdii slab floculante a drojdiei de insamantare. Un fenomen invers de transformare a drojdiilor pulverulente in drojdii floculante este observat extrem de rar. Flocularea si sedimentarea drojdiei de bere Una din importantele proprietati ale drojdiei de bere este capacitatea sa de floculare (aglutinare). Prin floculare se intelege acumularea celulelor de drojdii in flocoane mari, care imediat ce capata o anumita greutate se depun pe fundul vasului. 29

Drojdia floculeaza de obicei la sfarsitul fermentatiei. In fabricarea berii, acest fenomen are o importanta considerabila, caci daca ea floculeaza prea devreme, celulele nu vor mai produce fermentarea completa a mustului, iar daca nu floculeaza la sfarsitul fermentarii berea ramine tulbure, produce greutati la filtrare si gustul sau va fi mai putin corespunzator. Dupa Gilliland se disting patru categorii de floculari ale drojdiilor, si anume: •

drojdii foarte pulverulente, unde aglomeratele contin circa 10 celule si acestea se mentin in suspensie in bere;

•

drojdii pulverulente, unde aglomeratele merg pina la 1 000 de celule si se formeaza in a 2/3 a fermentarii ;

•

drojdii floculante, in care aglomeratele contin mai multe mii de celule si acestea se formeaza in a doua jumatate a fermentarii ;

•

drojdii foarte floculante. Aici flocularea se produce chiar la inceput, celulele ramanind lipite una de alta in timpul cit se multiplica.

Drojdiile de la prima si ultima categorie sunt inutilizabile. Pentru practica sunt importante numai cele de la a doua si a treia categorie. Printre factorii care influenteaza flocularea drojdiei se mentioneaza: •

sarcina electrica a celulei,

•

slabirea activitatii de inmultire si de fermentare,

•

prezenta sarurilor in mediu care pot influenta valoarea pH - ului,

•

actiunea produselor de metabolism,

•

influenta bacteriilor,

•

varsta celulei,

•

cationii bi- si trivalenti,

•

constituentii materiilor prime folosite etc. In cele ce urmeaza se vor descrie cativa din acesti factori. Celula de drojdie

Este un coloid incarcat cu electricitate si ea poate sa piarda aceasta sarcina sau aceasta sa - si schimbe semnul. Celula este incarcata pozitiv la introducerea ei in mediu, dupa cateva ore insa, de la inceperea inmuguririi celula se incarca negativ, iar la sfarsitul fermentarii (pH = 4,4 - 4,7), celula se incarca din nou pozitiv. La pH = 4,4 (punctul izoelectnic), in practica se produce atat flocularea drojdiilor cat si a proteinelor cu molecula mare din must. Cationii bi- si trivalenti Produc flocularea drojdiei in solutii apoase. Ionul de calciu are influenta neta asupra flocularii. S-a constat de asemenea ca anumite varietati de orz produc flocularea mai puternica a drojdiei. Cercetarile au aratat ca in cojile de malt exista anumite substante care produc flocularea drojdiei. La fabricarca berii, in unele tari, se folosese doua feluri de drojdii: •

drojdii floculante, care sedimenteaza repede, dand un must limpede

•

drojdii pulverulente, care depun greu. 30

Drojdiile floculante se folosese cel mai mult in fabricarea berii. Drojdiile pulverulente se intrebuinteaza mai rar ; mai des intrebuintate in amestec cu cele floculante.

31

2.3.3. Producerea culturilor pure de drojdii

Dupa insamantarea mustului se produce mai intai o inmultire a drojdiei de la circa 1 milion celule/ ml la circa 3 milioane/ ml la sfarsitul inmultirii. Principala modificare ce are loc in timpul fermentarii primare este transformarea zaharului in alcool si bioxid de carbon ca produse principale. Aceasta modificare duce la un anumit grad de fermentare (se cunoaste in practica sub denumirea de “atenuare”), care se modifica pe masura ce fermentarea zaharului progreseaza. Zaharurile fermentescibile cuprinse in extractul mustului sunt: •

maltoza 60—70 %,

•

maltotrioze 14—20%

•

glucoza 10—15%,

•

in cantitate mai mica alte mono si dizaharide. Viteza de fermentare a acestor zaharuri este diferita. Ordinea fermentarii este:

•

glucoza,

•

fructoza,

•

maltoza

•

maltotriozere

Viteza de fermentare insa depinde atat de rasa de drojdie folosita cat si de starea ei fiziologica. La sfarsitul fermentarii, drojdia floculeaza. S - a aratat ca acest fenomen depinde de mai multi factori. Pentru ca drojdia sa se poata inmulti in mustul de la fermentarea primara, acesta trebuie sa contina cel putin 6 mg oxigen dizolvat/ litru. In timpul fermentarii de asemenea se modifica si substantele azotoase. Un must cu un extract de 12% contine circa 500—600 mg substante azotoase/ 100 ml, iar berea circa 350 mg/ 100 ml. Disparitia substantei azotoase se datoreste asimilarii aminoacizilor si a peptidelor simple de catre drojdie in primal rand, iar in al doilea rand o parte se precipita ca urmare a scaderii pH - ului in must. O mica parte din aceste substante se fixeaza chiar pe celula de drojdie si depun o data cu ea. La sfarsitul fermentarii insa drojdia elimina in mediu 1/3 din azotul pe care - l asimileaza sub forma de aminoacizi, purine, nucleotide si vitamine. Eliminarea substantelor azotoase in mediu se datoreste de obicei autolizei drojdiei (o hidroliza a celulei sub actiunea propriilor enzime). Autoliza se produce repede la temperaturi mai ridicate, dar ea are loc lent si la 00C. Sederea berii in contact cu drojdia un timp mai indelungat la temperaturi peste 0°C poate produce o autoliza a celulelor care dau berii un gust de drojdie. In timpul fermentarii apar in mediu si o serie de produse secundare printre care se enumera: alcooli superiori, acizi volatili, aldehide si derivatele lor, compusi cu sulf, esteri etc. In urma fermentarii se mareste aciditatea, respectiv scade pH - ul in mediu. Aceasta se datoreste formarii acizilor organici si a CO2. Dupa fermentare, pH - ul berii este de 32

4,0 - 4,4 (fata de 5,5 - 5,6 in must). Se poate spune ca pH - ul are o mare importanta asupra gustului si rezistentei berii la infectii. Cu cat pH - ul va fi mai coborat cu atat mai rezistenta la infectii va fi berea. In timpul fermentarii primare se deosebesc patru faze distincte. In prima faza (la 15 - 20 de ore dupa insamintare), mai intai, apare degajarea CO2 la marginea vasului, apoi toata suprafata lichidului se acopera cu spuma alba. La sfarsitul fazei apar in spuma mici cantitati de substante albuminoide si rasini de hamei precipitate In aceasta faza, drojdia se inmulteste intens, iar extractul scade cu 0,1—0,2%/zi. A doua faza este insotita de o degajare intensa a CO2, se formeaza o spuma groasa cu o forma frumoasa a crestelor care seamana cu o conopida; aceasta se mai numeste si faza crestelor joase, dureaza 2 - 3 zile si extractul scade cu 0,5 - 1,0% pe zi. Faza a treia, numita si faza crestelor inalte, este caracterizata printr-o fermentare intensa si cu o indepartare mai accentuata a rasinilor de hamei. Crestele capata o culoare bruna, iar la sfarsitul fazei, toata suprafata spumei capata o culoare caracteristica bruna cu nuanta cenusie – murdara. Faza dureaza 3 - 4 zile si extractul scade cu 1 - 1,5%/zi. A patra faza este insotita de scaderea treptata a spumei, flocularea drojdiei si limpezirea berii in circa doua zile. Fermentarea primara este considerata ca terminata, cand extractul mustului scade cu 0,1 - 0,2%/zi. Pentru obtinerea unei mai bune fermentari a mustului este necesar sa se foloseasca o cultura de drojdie viguroasa. Numai o asemenea cultura poate provoca o fermentare rapida si energica, impiedicind astfel eventualele infectari cu alte microorganisme. Obtinerea drojdiilor intr-o fabrica moderna de bere se realizeaza intotdeauna prin pornirea de la o cultura pura. Pregatirea culturii pure de drojdie se face in doua faze, si anume : 1)

faza de laborator;

2)

faza dezvoltarii in instalatia de culturi pure.

Intotdeauna se porneste de la o cultura pura de drojdie (o singura celula). Cultura poate fi luata din colectia laboratorului (sau un institut specializat) sau se poate trece la o izolare a drojdiei in cultura pura, dintr-un vas de fermentare primara dupa 72 ore de la pornirea fermentarii. Dezvoltarea culturii atat in laborator cat si in instalatia de culturi pure se face in trepte. In faza de laborator, din eprubeta cu cultura pura, cu o ansa de platina se trece drojdia in mod steril, intr-un balon Pasteur sau un balon Pasteur modificat (fig. 4), care contine 250 ml must cu un extract de 12% hameiat si sterilizat. Dupa o fermentare la 18 - 25°C, timp de 72 de ore, intreg continutul balonului se insamanteaza intr-un balon asemanator primului, care insa contine 500 ml must (primul balon are o capacitate de 0,5 l, iar al doilea de 1 l), hameiat steril.

33

Fig. 4 – Balon Pasteur modificat Fermentarea in ultimul balon dureaza 36 - 48 de ore la 15 - 18°C, dupa care cultura se trece intr-un vas Karlsberg din cupru cositorit sau otel inoxidabil. Aici, fermentarea dureaza 5 - 6 zile la 7 - 8°C, de unde cultura se insamanteaza in instalatia de culturi pure. In principiu instalatiile de culturi pure se compun dintr - un vas pentru sterilizarea mustului, unul sau doua vase de inmultire a drojdiei si unul de fermentare prealabila. Numarul vaselor este in functie de capacitatea fabricii si in cazul cand fabrica lucreaza cu doua culturi de drojdie (floculanta si pulverulenta), atunci se utilizeaza mai multe vase. Instalatiile de culturi pure se confectioneaza in prezent, in cea mai mare masura numai din otel inoxidabil. Cultura din balonul Karlsberg se insamanteaza intr-un vas de 300l din statia de culturi pure (fig. 5, Anexa), unde fermenteaza 3 zile. Dupa aceea, o parte din cultura se insamanteaza in al doilea vas de inmultire, iar cea mai mare parte din vasul de fermentare prealabila (prefermentare) care contine 30 hl must hameiat, unde fermentarea dureaza 3 zile la 9°C. Din aceasta drojdie se insamanteaza intr-un al doilea vas de fermentare prealabila care contine 30 hl must hameiat. Fermentarea aici dureaza 12 ore la 6,5 - 7°C dupa care se mai adauga inca 40 ml must si fermentarea mai continua inca 30 de ore. Din ultimul vas de fermentare prealabila, intregul continut este trecut in linul de fermentare primara in care se gasesc 70 hl must de bere. Dupa 24 de ore, volumul linului se completeaza cu must pana la 300 hl, apoi fermentarea se continua in mod obisnuit. Dupa fermentarea primara, drojdia se scoate, se spala cu apa rece si se foloseste ca drojdia de prima generatie in fermentare. Daca puritatea biologica a drojdiei este normala, ea se poate folosi repetat de10 – 12 ori. Pentru insamantare la fermentarea primara se folosesc 0,5 l drojdie lichida pentru 1 hl must de bere. Puritatea culturii de drojdie, in statia de culturi pure, trebuie controlata pe medii selective si in cazul unei infectari se schimba imediat cultura. De asemenea periodic se verifica 34

si activitatea fermentativa a drojdiei prin probe de fermentare in laborator. Orice modificare intervenita in capacitatea de fermentare impune in orice caz schimbarea culturii. Instalatiile de culturi pure trebuie prevazute cu robinete cu trei cai usor de sterilizat, armatunile sa fie astfel montate pe vase ca sa se poata steriliza atat cu antiseptici cat si cu abur. De asemenea, vasele trebuie sa fie inzestrate cu conducte de abur, aer, apa racita si insamantare. Pentru sterilizarea aerului se monteaza un filtru pentru fiecare vas.

35

2.4. Valorificarea drojdiei de bere

Drojdia rezulta ca subprodus la fabricarea berii atat in vasele de fermentare primara (drojdie de fermentare primara) cat si in vasele de ferrmentare secundara (drojdie de fermentare secundara). Compozitia chimica a drojdiei de bere este prezentata in tabelul care urmeaza. Tabelul 3 – Compozitia drojdiei de fermentatie

Compozitie

Drojdie de fermentatie primara

secundara

proteine (%)

52,4

56,5

substante grase (%)

0,9

1,4

glicogen (%)

38,7

36,2

cenusa (%)

7,9

5,8

vitamina B1, (mg/100g)

0,8

1,4

vitamina B2(mg/100g)

5,0

5,8

vitamina B6 (mg/100g)

3,6

3,8

vitamina PP. (mg/100g)

29,4

34,5

vitmina F, (mg/100g)

2,0

2,0

provitamina O2 (mg/100g)

11,0

26,0

Valoarea calorica a drojdiei de bere (uscata) oscileaza intre 4560 si 4840 cal/ g. Dupa prealabila indepartare a substantelor cu gust amar (dezamarare), drojdia de bere serveste la: •

incorporarea in diverse alimente in scopul ridicarii valorii lor alimentare. in special sub raport proteic si vitaminic

•

prepararea unor extracte condimentare si concentrate alirnentare;

•

extragerea diverselor vitamine continute.

36

Cantitatea de dioxid de carbon ce se poate obtine este de 12 x 0,6 x 0,514 = 3,70 kg/hl. Trebuie insa tinut seama de faptul ca o parte din dioxidul de carbon rezultat ramane dizolvat in bere (circa 350 g/hl), o alta parte se amesteca cu aerul si trebuie eliminata la inceputul procesului de fermentatie, iar la sfarsitul fermentatiei, o parte ramane in spatiul liber din vasele de fermentare (0,4 - 0,5 kg/hl). Daca se tine seama si de pierderile produse Ia purificare, rezulta ca s-ar putea recupera aproximativ 2,8 kg CO2/hl bere. Dioxidul de carbon se degaja din fermentatie si, odata cu el, se antreneaza si o serie de produse secundare care apar in timpul fermentarii. Toate produsele care impurifica dioxidul de carbon sunt nedorite si trebuiesc indepartate. Pentru aceasta, se trece gazul printr o solutie de permanganat de potasiu 0,6 - 1% in acid sulfuric Retinerea substantelor volatile se poate face eficient cu ajutorul carbunelui activ care nu produce coroziunea instalatiilor. Dioxidul de carbon este folosit pentru fabricarea bauturilor carbogazoase (in special a bauturilor racoritoare).

37

2.5. Calcule tehnologice

Calculul capacitatii si a numarului de vase pentru fermentarea primara Volumul unui vas de fermentare este indicat sa corespunda volumului unei fierberi, dand astfel posibilitatea fabricarii diferitelor sorturi de bere intr - o anumita ordine. Vasele pot avea si capacitati mult mai mari. Este insa indicat ca volumul unui vas de fermentare sa nu depaseasca volumul de must ce se obtine Ia tierbere, intr - o zi. Capacitatea totala a vaselor de fermentare primara se determina cu relatia: CFl = N x Vt N - numarul de flerberi realizate in timp de 8 zile cat dureaza fermentarea primara, Vt - volumul total al unui vas de fermentare primara: Vt = Vm + Vs Vm - volumul de must V - volumul de spuma: (Ia o inaltime a vasului de fermentare de 2m se adauga 15cm pentru spuma) Vm = VB + P VB - volumul de bere rezultat de Ia o flerbere P - pierderi Ia fermentarea primara si in urmatoarele sectii (fermentarea secundara, flitrare, imbuteliere), P = 6%. Pentru determinarea volumului total al unui vas de fermentare primara si capacitatea totala a vaselor din aceasta sectie, se ia in considerare situatia concreta a unei fabrici de bere cu capacitatea anuala de 200000 hl bere. Consumul (desfacerea de bere) este de 15% in trimestrul 1, 15% in trimestrul IV, 35% in trimestrul III si 35% in trimestrul II. Pe zi se efectueaza 6 fierberi, iar sectia de fierbere lucreaza in medie 25 zile pe luna. Ciciul de fermentare primara este de 8 zile. Pierderile de bere in sectiile urmatoare de fabricatie sunt de 6% din cantitatea de bere fabricata, iar inaltimea mustului care ferrnenteaza este de 2m.

38

In conditilie concrete mentionate se obine: urmatoarea:

•

cantitatea Iunara de bere pentru perioada de varf (trimestrul II si III) va fi

Ct =

Ca × p 200000 × 35 = = 23333 hl 100 × x 100 × 3

p - repartitia procentuala din productia anuala pentru un trimestru cu productie de varf p = 35; Ca - capacitatea anuala, (hl); x - numaruI de luni dintr - un trimestru, x = 3 •

cantitatea de bere ce se va obtine Ia o fierbere va fi:

Cf =

Ct 23333 = = 155 hl nf 256

nf - reprezinta numarul de fierberi lunare. •

programui saptamanal al fierberilor va fi urmatorul:

Zile din saptamana

12345671234567

Numar de fierberi

66666606666660

De aici rezulta ca cel mal mare numar de fierberi in timp de 8 zile cat dureaza fermentarea primara este de 42 de fierberi. Admitand cat fiecarei fierberi ii corespunde un vas de fermentare, numarul de vase de fermentare va fi de 42 vase.

39

Capitolul 3

Masuri practice de control tehnic

3.1. Controlul calitativ al drojdiei de bere

Calitatea drojdiei Prin insusirile sale principale ca: •

viteza si gradul de fermentare al zaharurilor,

•

capacitatea de floculare,

•

capacitatea de formare a acizilor unor produse secundare de fermentatie

•

separarea partiala a unor substante azotoase, amare si polifenolice din must.

Drojdia exercita o influenta insemnata asupra principalilor indici ai berii (culoarea, plinatatea, gustul si aroma, spuma etc.). Capacitatea de fermentare Drojdia fermenteaza glucoza, fructoza, zaharoza, maltoza si maltotrioza, in timp ce dextrinele inferioare si superioare raman nefermentate. Glucoza si fructoza sunt fosforilate sub actiunea hexochinazei din drojdie si apoi fermentate pe calea Embden – Meyerhef -Parnas. Zaharoza este in prealabil invertita, la nivelul peretelui celular, in glucoza si fructoza sub actiunea invertazei din drojdie, care ca si hexochinaza este considerata o enzima constitutiva, adica prezenta tot timpul in celula, indiferent daca zaharul respectiv se gaseste sau nu in substrat. Celelalte doua zaharuri importante din must - maltoza si maltotrioza sunt mai intai transportate activ in celula de drojdie prin sistemul permeazelor si apoi hidrolizate la glucoza sub actiunea enzimelor specifice - maltoza si maltotriaza. Spre deosebire de primele enzime mentionate, maltaza si maltotriaza sunt enzime inductive, formandu - se numai in prezenta maltozei si maltotriozei in substrat. Pentru ca fermentarea maltozei si maltotriozei sa aiba loc cu o viteza apropiata de viteza de fermentare a hexozelor si zaharozei este necesar ca drojdia sa fie adaptata la maltoza si maltotrioza, asa cum este drojdia la sfarsitul fermentatiei primare. Daca drojdia este pastrata sub apa pana la reinsamantare isi pierde aceasta adaptare, avand loc o intarziere a fermentarii maltozei si maltotriozei si astfel, pentru o durata de fermentare data, se obtine o scadere a graduiui de fermentare. Pentru majoritatea tipurilor de bere, in special pentru berile blonde de export si de tip Pilsen, se urmareste realizarea unui grad ridicat de fermentare, apreciindu-se ca o fermentare avansata a mustului prezinta o influenta favorabila asupra plinatatii, spumei si stabilitatii coloidale a berii. Astfel s-a constatat ca un grad ridicat de fermentare, deci si un continut mai ridicat de alcool in bere, contribuie in mai mare masura la formarea plinatatii decat o cantitate mai mare de dextrine sau zaharuri fermentescibile ramase in berea finita. In acest scop s-au izolat si testat o serie de surse de drojdie floculante si pulverulente in ceea ce priveste insusirile de fermentare, constatandu-se ca gradul de fermentare este si o insusire genetica a sursei de drojdie. Din cercetarile efectuate s - a observat ca drojdiile pulverulente, care se mentin in suspensie un timp mai indelungat, realizeaza o fermentare mai rapida si mai avansata a zaharurilor din must. Cu toate acestea, drojdiile pulverulente sunt mai putin folosite datorita limpezirii mai dificile a berii, preferindu-se uneori un adaos de 10 - 20% drojdii pulverulente. 40

Capacitatea de floculare Aceasta insusire a drojdiei prezinta o importanta deosebita pentru mersul normal al fermentatiei secundare si pentru limpezirea berii. Diferitele surse de drojdie se deosebesc intre ele in ceea ce priveste momentul de incepere si viteza de floculare, acest fenomen putand avea loc prea timpuriu in cazul folosirii la brasaj a unor malturi slab solubilizate, a unui must slab aerat sau a unei doze prea mari de drojdie. O floculare prea timpurie nu este de dorit intrucat aceasta este legata de cele mai multe ori de o stare fiziologica slaba a drojdiei si ca urmare obtinerea unei beri cu un grad de fermentare scazut. Prin separarea unor substante colorante din must, ca de exemplu melanoidine si polifenoli, cat si prin scaderea pH - ului in timpul fermentatiei datorita formarii acizilor organici, drojdia exercita o actiune de decolorare a mustului cu 3 - 4 unitati EBO de culoare sau chiar mai mult. Actiunea depinde atat de sursa de drojdie folosita cat si de culoarea initiala a mustului, factorii tehnologici de la fermentare jucand un rol secundar. Astfel decolorarea este cu atat mai intensa cu cat mustul este mai inchis la culoare. Rezultate obtinute in ziua de 5 martie 2005. -

consistenta drojdiei c = 60%

-

numarul de celule moarte din suspensia de drojdie : cm = 5%

-

densitate drojdie : ρdj = 1000 g/l

41

3.2. Măsuri pentru evitarea defectelor berii

Dupa tragerea la sticle sau in butoaie, berea trebuie sa - si pastreze proprietatile sale caracteristice, conform termenelor prescrise pe ambalaje. Culoarea berii este influentata de: •

tipul maltului,

•

compozitia chimica a mustului,

•

cantitatea de hamei,

•

felul apei,

•

procedeul de obtinere a mustului,

•

procedeul de fermentatie etc.

Culoarea berii nu se schimba decat atunci cand sufera o fermentatie lactica accentuata, acest fenomen aparand rar. Gustul si mirosul berii depind de compozitia chimica a berii si de natura coloidului. Gustul “plin” al berii este mai pronuntat la berea bruna, care contine o cantitate mai mare de extract si mai aspru si mai amarui la berea blonda. Caracterul racoritor al berii este determinat de cantitatea de dioxid de carbon. Cand berea este saturata in dioxid de carbon, la temperaturi scazute, pina la 8 - 10°C, nu se percep gusturi sau mirosuri straine. Calitatea materiei prime si conditiile de fabricare pot duce la alterarea gustului caracteristic al berii. Astfel, gustul amar displacut poate fi datorat folosirii unui hamei vechi sau prost conservat in care uleiurile volatile sint oxidate. Daca maltul este ars sau prea prajit, berea are un gust aspru. Berea poate avea gust de drojdie datorita autolizei acesteia, cand berea sta prea mult in contact cu drojdia. Berea poate avea gust si miros de mucegai, de pivnita sau de statut, cand s-a folosit o materie prima infectata sau infectia s-a produs in timpul fabricatiei. Se constata, uneori, si gustul si mirosul de hidrogen sulfurat sau de mercaptan, datorita reducerii de catre drojdie a sulfitilor. Reducerea sulfitilor are loc si cand berea este expusa la lumina; de aceea, berea se imbuteliaza in sticle brune. Cel mai important defect pe care poate sa - l prezinte berea este tulbureala. Aceasta se produce datorita modificarii echilibrului coloidal al berii, de catre unele procese fizico - chimice si de activitatea unor microorganisme. Dezvoltarea unor microorganisme este determinata de modificarea pH - ului si rH - ului berii de prezenta substantelor azotoase in exces, zaharificarea incompleta a amidonului, temperatura ridicata. In aceste conditii se pot dezvolta bacterii acetice, butirice, termobacterii, drojdii salbatice si mucegaiuri.

42

In prezenta aerului, bacteriile acetice oxideaza alcoolul in acid acetic, producand o marire a aciditatii berii, ceea ce are drept rezultat o tulbureala rapida. Termobacteriile se dezvolta numai in berea cu un continut foarte mic de alcool (sub 1%) si la un pH ridicat. Bacteriile butinice se intalnesc mai rar in bere, deoarece nu se pot dezvolta la un pH scazut (sub 5). In primele zile ale fermentatiei principale, cand nu se respecta regulile de igiena, se pot dezvolta si bacteriile din grupul coli. Defectele cele mai importante sunt determinate de drojdii, bacterii lactice si mucegaiuri. Drojdiile cultivate si drojdiile salbatice pot provoca tulbureala benii, cand aceasta contine zahar fermentescibil, in prezenta de oxigen. Unele drojdii salbatice se pot dezvolta si in berea bine fermentata si lipsita de aer. Dintre drojdiiie salbatice care contamineaza berea, mentionam: •

Saccharomyces pasteurianus,

•

S. turbidans,

•

S. ellipsoideus candida,

•

Mycoderma cerevisiae,

•

Kloeckera apiculata,

•

Torula utilis etc.

Drojdiiie salbatice, in special Saccharobacillus pasteurianus, dau berii o tulbureala puternica si un gust amar. Bacterille care se dezvolta in berea saturata in dioxid de carbon sunt aproape intotdeauna bacteriile lactice, care tulbura berea si ii dau un gust de muraturi. Printre speciile cele mai intalnite sunt: Saccharobacillus pasteurianus si Achrornobacter anaerobicum. Achromobacter anaerobicum se dezvolta la un pH scazut, este insensibil la actiunea antiseptica a hameiului si, de aceea, este bacteria cea mai periculoasa din bere. Saccharobacillus pasteurianus produce tulbureala uniforma in toata berea, urmata de formare de sediment si o acrire rapida. Bacteriile lactice pot patrunde in bere o data cu cultura de drojdii sau in timpul operatiilor de prelucrare. Ele se dezvolta si in pivnite la temperatura de 1 - 2°C si foarte repede la 15 - 20°C. In berea alterata s - au identificat bacterii sub forma de coci, diplococi, streptococi si tetrade. Aceste bacterii au fost numite sarcine si produc un gust si miros neplacute de ranced si, uneori, tulbureala. Gustul si mirosul caracteristic de sarcina se datoreste formarii diacetilului. Prezenta sarcinilor nu poate fi evitata decat printr-un control microbiologic riguros, insotit de asepsie si dezinfectare. Mucegaiurile se intalnesc mai rar in fabricile de bere, deoarece nu au conditii favorabile de dezvoltare. Cel mai intalnit mucegai este Fusarium roseum, care se dezvolta numai in prezenta aerului. 43

Desi berea contine substante antiseptice diverse (dioxid de carbon, alcool, rasini, aciditate ridicata), poate fi invadata de microorganisme care se pot adapta si dezvolta. Deoarece in bere nu se pot adauga substante antiseptice, singurul mijloc de lupta contra microorganismelor consta intr - un control riguros al culturilor pure de drojdii, asepsie si dezinfectie.

44

Capitolul 4

Norme de protectia muncii

Linurile de plamada trebuie sa fie prevazute cu scari in partea exterioara a peretilor, avand in partea de sus carlige, iar jos sa fie asigurata prin sipci, in interiorul linurilor trebuie sa fie scari metalice. Ventilele de aer vor fi manipulate astfel incat sa nu se creeze suprapresiune in lin. Este interzisa montarea robinetilor de trecere prin locuri inguste, sub platforma sau podete care au o inaltime mai mica de 1,8m. Incaperile de fermentare trebuie sa aiba ventilatie naturala sau mecanica pentru eliminarea CO2. Inmultirea drojdiilor Cuvele de cultura pura, prefermentarea, fermentarea si maturizarea sa fie amplasate pe un postament de cel putin 0,5 m de la planul de referinte, sa aiba racorduri si ventilelel de alimentare sau evacuare in pozitii usor accesibile, sa fie amplasate la distanta de cel putin 1 m fata de peretii sectiei. Pentru eventualele interventii in timpul functionarii deschiderea capacului de la gura de vizitare se va face numai de catre muncitorulce deserveste acest utilaj, in mod treptat pentru scaderea presiunii si evitarea scurgerii spumei pe peretii laterali ai cuvei. In cazul necesitatii interventiei in interiorul cuvei cand aceasta este goala, se vor lua masuri de deconectare a sistemului de actionare al agitatorului si de verificare a ventilelor si racordurilor de admisie a materiei prime si auxiliare (in special acid sulfuric si amoniac) daca acestea sunt in pozitia „inchis”. Intrarea in cuva se va face cu ajutorul unor scari speciale (din franghii) bine ancorate la gura de vizitare si care sa nu prezinte nici un pericol de vatamare corporala pentru muncitorul ce intra in cuva. Spalarea si dezinfectarea vasului de cultura gen I si II si a conductelor tehnologice se va executa la dispozitia maistrului tehnologic si sub supravegherea acestuia. Separarea, racirea si depozitarea laptelui de drojdie Distanta dintre separatoare si perete trebuie sa fie de minimum 1 m. La exploatarea separatoarelor centrifugale folosite pentru separarea drojdiei se vor avea in vedere urmatoarele: •

functionarea acestora se admite numai sub supravegherea continua

•

daca in timpul functionarii se aud zgomote (vibratii) se treceimediat la oprirea utilajului, in vederea stabilirii cauzelor si a remedierilor

•

pornirea se face numai dupa o verificare prealabila a acestora de catre mecanicul de intretinere; centrifuga va functiona o perioada de timp in gol (numai cu apa) si numai dupa functioanrea normala se va trece in sarcina

45

Capitolul 5

Concluzii

Din experimentarea efectuata la S.C. Brau Union S.A. privind obtinerea de beri, cu o drojdie selectionata s – a constatat o adaptare foarte buna o drojdiei selectionate, pe mustul specific al fabricii de bere BRAU UNION. Desi in procesele de fermentatie primara a fost utilizat un must avand aceeasi valoare a extractului primitiv (1l – 12,50Ball) s – a observat reducerea timpului de fermentatie primara pentru anumite linuri continand cultura de drojdie de bere selectionata din generatiile S, T, U si V, pana la 3 – 5 zile. Explicatia acestui fenomen este legata de adaptarea foarte bune a drojdiei de bere incepand cu a doua generatie, de gradul mic de infestare in linuri precum si de puterrea lor in fermentatie a acestei drojdii selectionate. Concentratia berii finite nu a fost mai mica de 3,5%. S – a constatatca gradul de infestare a culturii de drojdie selectionata din statia de culturi pure si/ sau din linuri a influentat intr – o masura mai mare sau mai mica concentratia in alcool al berii. Au fost situatii in care desi s – a constatat in linuri un grad mare al incarcarii microbiene, berea transvazata din aceste linuri, in sarcinile de maturare a prezentat valori ridicateale concentratiei in alcool datorita puterii superioare de fermentatie a drojdiei selectionate. S – a constatat in conditiile experimentarii ca prima generatie de cultura pura de drojdie de bere selectionata a fost de adaptare la noile conditii de experimentare industriala, fapt evidentiat si de perioada mai lunga de fermentatie primara intre 9 – 13 zile. S – a observat ca generatiile urmatoare de culturi pure erau deja adaptate in statia de culturi pure, fapr evidentiat prin reducerea timpului de fermentatie primara, in unele cazuri la3 – 5 zile precum si calitatii fizico – chimice deosebite, ale produsului finit.au mai fost observate variatii ale proceselor de fermentatie si calitatii berii finite, in conditiile unor infectari maxime cu bacterii si mucegaiuri in tancurile in care berea a stationat o perioada de timp mai mare de o luna. Ca masura de prevenire si combatereaa modificarii in sens negativ a calitatii berii, se recomanda controlul microbiologic al tuturor tancurilor de la fermentatia secundara, pentru a determina incarcarea microbiana este maxima in faza de spori sau nu vegetativa, se recomanda filtrarea, pasteurizarea si imbutelierea rapida a berii, efectuindu – se si pentru aceste operatii un control microbilogic structurat. Pentru eliminarea perioadei de adaptare a generatiei de cultura pura, se recomanda initierea procesului de fermentatie prin introducerea cantitatii de cultura pura din vasele 2 si 3 intr- ocantitate reprezentand o treime din volumul util al linului de fermentatie primara; la intervale de doua zile se recomanda introducerea mustului, in volume egale, pana la volumul util al linului. Aceasta modalitate de lucru, se utilizeaza in alte fabrici de bere din luma si este necesara si originea timpului optim adaptarii primei generatii de cultura pura si cresterii cantitative a drojdiei de bere necesara pentru intrareaa rapida in procesul de fermentatie primara.

46

Capitolul 6

Anexe

Organizarea internă a celulei eucariote de drojdie

Caractere culturale (aspectul colonial) ale drojdiei Saccharomyces cerevisiae

Fig. 3.1. Aspectul microscopic al celulelor de drojdii fermentative aparţinând speciei Saccharomyces cerevisiae

47

Bibliografie

• • • • • •

Banu, C. Bucuresti, 2000 Banu, C. Bucuresti, 1993 Benzescu, C. Popa, C. Oradea, 1985 Stroia, I. Bucuresti, 1998 ****

“Tratat de stiinta si tehnologia maltului si berii”, Ed. Agir, “Manualul inginerului din industria alimentara”, Ed. Tehnica, “Tehnologia berii si a maltului”, Ed. Ceres, Bucuresti, 1981 “Utilajul si tehnologia in industria alimentara fermentative”, “Utilaje pentru industria maltului si a berii”, Ed. Cisan, Colectie de STAS - uri

48