Várečné kvasnice II.

STRESOVÉ FAKTORY

1. Teplotní stres

V současnosti se řada faktorů, nepříznivě ovlivňujících chování kvasnic označuje jako stresové faktory. Jejich působení snižuje viabilitu i vitalitu kvasnic a může vést k poškození kvasničných buněk a jejich úhynu. Proti různým druhům stresů mohou v kvasinkách existovat různé druhy obranných mechanismů.

Teplotní stres zahrnuje jak působení vyšších, tak nižších teplot. Na vyšší teploty reagují kvasničné buňky tvorbou specifických bílkovin (HSPs - Heat-shock Proteins), zvyšujících tepelnou odolnost kvasinek. V praxi významnější je chladový šok. Pro správnou funkci kvasnic je důležitá prostupnost buněčných membrán, což závisí na obsahu sterolů a poměru nasycených a nenasycených mastných kyselin. Při rychlém ochlazení může membrána získat vlastnosti gelu, což může kvasničnou buňku poškodit.

Teplotní stres se uplatňuje zejména při nesprávném režimu chlazení kvasnic v konusech CKT, kde špatná prostupnost chladu vrstvou kvasnic poškozuje kvasnice uvnitř vrstvy působením vyšší teploty a naopak nízká teplota stěny způsobuje chladový teplotní šok.

2. Ethanolový stres

Ethanol, jako výsledný produkt kvasného procesu negativně působí na kvasničné buňky, přičemž jejich růst inhibuje již 10 % obj., zatímco kvašení až 20% obj. Ethanol narušuje buněčnou membránu, její prostupnost a inhibuje transport sacharidů a aminokyselin. Ačkoliv odolnost proti ethanolu je určena geneticky, závisí na mnoha dalších faktorech, jako obsahu živin, vlastnostech prostředí a např. i na koncentraci Mg2+, které zvyšují odolnost buňky proti ethanolu.

3. Osmotický stres Osmotický stres závisí na koncentračních rozdílech uvnitř i vně buňky a uplatňuje se zejména při kvašení mladin s vysokou koncentrací extraktu. Účinným faktorem, chránícím buňky proti osmotickému stresu je přítomnost trehalosy uvnitř buňky, a přítomnost glycerolu a aminokyselin v okolním protsředí.

4. Tlakový stres a stres oxidu uhličitého Hydrostatický stres se obvykle zmiňuje v souvislosti s kvašením ve vysokých CKT, neboť 10 m výšky kapaliny zvyšuje hydrostatický přibližně o 1 bar. Kromě samotného vlivu tlaku se spíše uplatňuje zvýšená rozpustnost oxidu uhličitého, přičemž 2 bary přetlaku již výrazně snižují kvasničnou viabilitu. Na druhé straně může mít zvýšený obsah oxidu uhličitého příznivý vliv, spočívající v nižší tvorbě nežádoucích těkavých látek.

5. Hodnota pH jako stresový faktor

Během kvašení se mění pH mladiny nejen vlivem vzrůstající obsahu oxidu uhličitého, ale především produkcí organických kyselin kvasnicemi. Na vitalitu kvasnic má vliv i vnitrobuněčné pH, čehož se často využívá k měření kvasničné aktivity. Od počáteční hodnoty pH = 5,5 mladiny klesá tato hodnota až k pH = 4,3 - 4,5 pro hotové pivo, zatímco vnitrobuněčné pH kvasnic se pohybuje mezi 5,9-6,4. Nízké hodnoty pH se uplatňují při kyselém praní kvasnic, většinou s hodnotou roztoku okolo pH = 2. Necitlivé praní kvasnic může opět výrazně ovlivnit jejich technologickou aktivitu.

6. Oxidační stres

Oxidační stres se zmiňuje v souvislosti s reakcemi volných kyslíkových radikálů (OFRs - Oxygen Free Radicals) i reaktivních druhů kyslíku (ROS - Reactive Oxygen Species), např. peroxidu vodíku. Tyto vysoce reaktivní látky vznikají při oxidačním metabolismu kvasinek a mohou vážně poškozovat důležité části buňky

7. Iontový stres

Některé kovy vyvolávají stresové reakce u kvasnic a poškozovat jejich struktury. Ionty kovů mohou blokovat funkční skupiny enzymů, vytěsňovat potřebné ionty jiných kovů a inaktivovat enzymy. Jako příklad lze uvést antagonistické působení Zn2+/Cu2+, Mg2+/Ca2+, Cd2+/Mg2+ apod. Opět záleží i na přítomnosti ostatních látek, zejména chelatačních sloučenin.

8. Dusitanový stres Dusitany v mladině vznikají nejčastěji vlivem gramnegativních bakterií se schopností redukovat dusičnany, přičemž k k reakci postačují i velmi nízké koncentrace dusičnanu (pod 10 mg.l-1 NO3-). Protože aktuální koncentrace dusitanů v mladině je velmi nízká, doporučuje se použít testu s m-fenylendiaminem, který váže vznikající dusitan, aniž by se dusitan rozkládal, nebo reagoval s mladinou. Dusitany v mladině mohou zcela zastavit její kvašení a kromě toho reakcí dusitanu s mladinou vznikají zdraví nebezpečné netěkavé nitrosaminy.

9. Vliv kalů

Vliv kalů je často diskutovaným tématem, kde literární údaje zahrnují kladné působení kalů na průběh hlavního kvašení a naopak tzv. zalepování kvasničné buněčné stěny. Přes značnou rozšířenost tohoto názoru, nelze v literatuře nalézt seriózní potvrzení tohoto efektu.

10. Vliv pesticidů

Literatura se zmiňuje o možném negativním působení zbytků pesticidů, použitých při pěstování ječmene a chmele na pivovarské kvasnice.

11. Vliv kontaminujících mikroorganismů

Většina kontaminujících mikroorganismů v pivovarském provozu působí nepřímo, tj. využíváním rozpuštěného kyslíku, živin a růstových faktorů a změnou vlastností kultivačního prostředí (např. změnou pH). Tzv. killer druhy kvasinek vylučující bílkovinný toxin, účinný k citlivému kmenu pivovarských kvasinek.

GENETICKÉ FAKTORY

Většina významných vlastností kvasnic je geneticky kódována přes syntézu kvasničných bílkovin a enzymů. Týká se to nejen základních metabolických procesů, ale také technologicky významných znaků jako jsou flokulace, schopnosti prokvašovat mladinu, odolnosti proti ethanolu a v neposlední řadě tvorby těkavých sloučenin, určujících sensorické vlastnosti piva. Důležitá je i schopnost redukovat karbonylové sloučeniny mladiny a mladého piva.

Úplnou genová mapu 16 chromosomů Saccharomyces cerevisiae lze nalézt na http://genome-www.stanford.edu/Saccharomyces. Metody genového inženýrství slibují připravit kmeny s technologicky významnými vlastnostmi, např. schopností štěpit dextriny, zlepšovat filtrovatelnost piva, urychlit zrání piva apod., ale dosavadní úspěchy nejsou příliš přesvědčivé.

Spontánní, nebo i indukované mutace zahrnují tvorbu respiračně deficientních (RD) mutantů s výraznou převahou fermentačního metabolismu a s nežádoucímu technologickými vlastnostmi, např. předčasnou sedimentací, nízkým prokvašením a tvorbou diacetylu.

LITERATURA
HEGGART, H.M., et al. Techn. Quart. MBAA, 36, 1999, s.383.
HEGGART, H.M., et al.:Techn. Quart. MBAA, 37, 2000, s.409.
ŠAVEL, J.: Kvasny prum. 45, 1995, s.258.
BENDOVÁ, V. et al.: Pivovarské kvasinky. SNTL, 1.vyd. Praha 1981.

Článek byl původně napsán pro Pivovarnický kalendář - ročník 2001.