Charakterystyka drożdży Brettanomyces

25 września 2017 o 14:36

Dziś znów mocno naukowo, czyli kolejna część mojej pracy dyplomowej. Trochę teorii dotyczącej drożdży Brettanomyces. Powiem szczerze, że przygotowując pracę zgłębiłam dość mocno teorię, przeczytałam kilkanaście artykułów naukowych na ten temat. Jedno jest  pewne wzrasta zainteresowanie innymi drożdżami niż szlachetne Saccharomyces, Bretty zatem mają szansę stać się mikroorganizmami, które nie tylko psują piwo, ale stosowane celowo nadają piwom niepowtarzalny bukiet smakowo-zapachowy 🙂

Drożdże Brettanomyces zostały po raz pierwszy wyizolowane i opisane przez Nielsa Claussena w 1904 roku. Claussen wyizolował je z angielskiego stocks ales (stąd nazwa angielski grzyb). W 1921 roku Kufferath i Van Lear wyizolowali z belgijskiego lambika szczep o charakterystyce opisanej przez Claussena i zaklasyfikował je jako Brettanomyces bruxellensis. W 1940 roku Mathieu Custers scharakteryzował 17 różnych szczepów Brettanomyces wyizolowanych z angielskich i belgijskich piw.

Pomimo tego że B. bruxellensis i S. cerevisiae zróżnicowały się około 200 milionów lat temu, mają nadal wiele cech wspólnych, do których należy zaliczyć – wysoką odporność na stres osmotyczny i etanolowy, umiejętność wzrostu w środowisku o ograniczonej ilości tlenu i niskim pH.

Cechą wyróżniającą Brettanomyces jest ich zdolność do fermentacji alkoholowej nawet w obecności tlenu, gdzie oddychanie tlenowe jest możliwe. Zdolność ta nazwana jest efektem Crabtree. Zachodzi tylko wtedy gdy stężenie cukru jest wysokie, drożdże produkują wówczas alkohol etylowy, aby zapobiec rozwojowi innych mikroorganizmów. Efekt ten jest dość nietypowy, gdyż mikroorganizmy w środowisku tlenowym preferują oddychanie jako formę dostarczania energii, a nie fermentację (Efekt Pasteura). Brettanomyces wykazują  się odwrotnym efektem Pasteura, co oznacza że fermentacja glukozy na etanol jest zatrzymana w środowisku beztlenowym, a pobudzona w obecności tlenu.

Aby zdominować środowisko niektóre szczepy Brettanomyces np. B. bruxellensis w obecności tlenu oprócz etanolu produkują też dużo kwasu octowego, który obniża pH roztworu. Ilość wyprodukowanego kwasu octowego silnie zależy od szczepu. Stężenie kwasu octowego w Lambikach wynosi od 0,4 do 1,2g/l, powyżej tej wartości jest już mocno wyczuwalny i źle wpływa na cechy organoleptyczne.

Brettanomyces są w stanie wykorzystywać szerokie spektrum  węglowodanów. Jednak ta zdolność jest różna zależnie od szczepu. Większość jest w stanie fermentować fruktozę i maltozę, aczkolwiek preferują glukozę. Niektóre szczepy nie są w stanie fermentować maltozy tak jak np. B.anomalus (stąd nazwa nadana przez Custera, który po raz pierwszy wyizolował ten szczep z angielskiego ale). Zdolność do fermentacji galaktozy jest różna zależnie od szczepu. B.custersianus nie jest w stanie metabolizować maltozy, ale jest w stanie metabolizować maltotriozę. Fermentacja lub leżakowanie gotowego piwa w obecności tych drożdży może zapewnić całkowitą fermentację maltotriozy, podniesienie stabilności przechowalniczej i zapewnić ochronę przed rozwojem bakterii psujących piwo. Jednak z punktu widzenia piwowarstwa znaczącą cechą drożdży Brettanomyces jest ich zdolność fermentacji cukrów złożonych takich jak cellobioza i dekstryny. Dekstryny takie jak maltotetroza i maltopentoza są obecne jako cukry resztkowe po zakończeniu fermentacji głównej piwa. Brettanomyces wytwarzają -glukozydazę, która hydrolizuje cukry złożone na glukozę , dzięki czemu można otrzymać piwa lepiej odfermentowane, z większą zawartością alkoholu, o mniejszej ilości cukrów resztkowych, a tym samym niższej wartości kalorycznej. Niektóre szczepy Brettanomyces mają zdolność do hydrolizy celobiozy, czyli dwucukru obecnego w drzewie i jej późniejszej fermentacji do alkoholu. Może to wyjaśniać dlaczego Brettanomyces potrafią przeżyć w drewnianych beczkach kilka lat. Hydroliza wiązań 1,4 glikozydowych wymaga obecności enzymu -glukozydazy. Enzym ten ma zdolność do uwalniania naturalnych aromatów z różnych substratów. Wyizolowano go między innymi z szczepów: B. bruxellensis i B. anomala. W toku badań przeprowadzonych w 2008 roku przez Daenen wykazano, że Bretty są w stanie hydrolizować wiązania glikozydowe w komponentach chmielowych i dzięki temu uwalniać aromat w trakcie leżakowania piwa, co pozytywnie wpływa na bukiet trunku. Ponadto wykazano, że Bretty dzięki obecności właśnie -glukozydazy są w stanie pozytywnie wpłynąć na aromat Krieków uwalniając z wiśni związki zapachowe.

Optymalna temperatura wzrostu Brettanomyces znajduje się między 25 a 28°C. Brettanomyces są nieco bardziej wrażliwe na stężenie etanolu w porównaniu do większości drożdży Saccharomyces. Badania prowadzone na podłożach syntetycznych wykazały że stężenie 14,5 -15% obj. etanolu stanowi górny limit przy którym Bretty są w stanie rosnąć.  W piwowarstwie takie stężenia nie są osiągalne, więc można przyjąć, że Bretty wytrzymują typowe stężenie alkoholu w piwie.

Co ważne stężenie alkoholu wpływa na produkcję związków smakowo-zapachowych przez Brettanomyces. Zauważono pozytywną korelację stresu alkoholowego na produkcję estrów etylowych, alkoholu fenyloetylowego i 4-etyloguajakolu.

Brettanomyces wnoszą do piwa szereg związków smakowo-zapachowych określanych często jako stajenne, dymne, plastik, przyprawowe, goździkowe, medyczne, metaliczne, skórzane, mysie, kozie, roślinne, owoców tropikalnych, cytrusowe suma tych aromatów daje odczucie  najczęściej funkcjonujące pod nazwą “Funky” „Brett” lub „Wild”.

Cztery związki chemiczne są odpowiedzialne za aromat i smak fenolowy w lambikach są to: 4-etylogwajakol (4-EG), 4-etylofenol (4-EP) i ich prekursory 4-winylogwajakol (4-VG) i 4-winylofenol (4-VP). Interesujące jest to, że 4-EP i 4-EG, które uznawane są za wady w winach, a w lambikach i innych belgijskich piwach kwaśnych, a także w amerykańskich Coolship Ale uznawane są wręcz za nieodzowny składnik  aromatu.

 

Tab.1 Związki fenolowe obecne w lambikach.

stężenie w lambikach [ppb] dyskryptory
4-winylofenol 0-69 fenolowy, medyczny
4-winylogwajakol 0-258 goździkowy
4-etylofenol 63-1130 medyczny, końskiej derki
4-etylogwajakol 427-5770 korzenny, goździkowy

 

Cechą, która silnie wyróżnia Brettanomyces jest ich zdolność do produkcji dużej ilości aromatów owocowych. Bretty cechują się dużo wyższą aktywnością enzymu esterazy w porównaniu do drożdży Saccharomyces i Kloeckera.  Bretty produkują bardzo mało octanu izoamylu, ale za to dużo kaprylanu etylu i maślanu etylu w porównaniu z S. cerevisiae i S. pastorianus.

Brettanomyces są w stanie produkować kilka kwasów tłuszczowych w tym pośrednio kwas izowalerianowy (zapach zjełczałego sera, starych skarpet). Powstaje on na drodze transaminacji aminokwasu L-leucyny do kwasu -ketoizokaproinianowego, następnie dekarboksylacji do aldehydu izoamylowego i ostatecznie jego utlenianiu do kwasu izowalerianowego.

Cechą odróżniającą drożdże Brettanomyces od Sacchcarmoyces jest też produkcja glicerolu. Bretty wytwarzają go bardzo mało w stosunku do szlachetnych drożdży piwowarskich, co prawda glicerol nie jest związkiem lotnym i nie ma zapachu, ale za to wnosi słodki smak i podbija pełnię.

… to tyle teorii, postaram się kiedyś przełożyć, to na ludzki język i dodać kilka praktycznych rad jak postępować z Brettami w domowym browarze.

 

Literatura:

  1. Bokulich N.A., Bamforth C.W. (2013) The Microbiology of Malting and Brewing. Microbiology and Molecular Biology Revies 2, 157-172
  2. Cioch M., Semlik-Szczurek D., Zdaniewicz M., Walczak A. (2016) Wykorzystanie drożdży nienależących do rodzaju Saccharomyces w procesie fermentacji brzeczki piwnej. Postępy w mikrobiologii browarniczej – nowe mikroorganizmy, nowe piwa, nowe możliwości, 55-65
  3. Cook J.D., Deutschman W.A. (2017) Determination of sugar metabolism profiles of non-traditional yeasts in the Saccharomyces and Brettanomyces American Society of Brewing Chemists
  4. Daenen L., Sterckx F., Delvaux F.R., Verachtert H., Derdelinckx G., (2008) Evaluation of the glycoside hydrolase activity of a Brettanomyces strain of glycosides from sour cherry (Prunuscerasus l.) used in the production of special fruit beer. FEMS Yeast 8
  5. Gilliand R.B. (1961) Brettanomyces occurrence, characteristics and effects on beer flavour. Journal of the Institute of Brewing
  6. King A., Dickinson J., (2000) Biotransformation of monoterpene alcohols by Saccharomyces cerevisiae, Torulaspora delbrueckii and Kluyveromyces lactis, Yeast 16
  7. Keersmaecker J.D. (1996) The mistery of lambic beer. Scientific American
  8. Kumara H.M.C.S., Cort S., Verachtert H.,( 1993)  Localization and characterization of α-glucosidase activity in Brettanomyces lambicus. Applied and Environmental Microbiology
  9. Lentz M., Putzke T., Hessler R., Luman E. (2014) Genetic and physiological characterization of yeast isolated from ripe fruit and analysis of fermentation and brewing potential. The Institiute of Brewing and Destilling
  10. Steensels J., Daenen L., Malcorps P., Derdelinckx G., Verachtert H., Verstrepen K.J., (2015) Brettanomyces yeasts- From spoilage organisms to valuable contributors to industrial fermentations. International Journal of Food Microbiology
  11. Tataridis P., Kanelis A., Logotetis S., Nerancis E., (2013) Use of non-Saccharomyces Torulaspora delbrueckii yeast strains in winemaking and brewing. Matica Srpska Journal for Natural Science
  12. Thompson Witrick K. (2012) Characterization of aroma and flavor compounds presents in lambic (gueuze) beer. Praca doktorska