Kvasné procesy Kateřina Klimešová Kávové bubliny Kvašení: Historie 10 000 př. n. l.: neolit, severní Afrika – vhodné klimatické podmínky pro fermentaci mléka velbloudů, ovcí, koz – „samovolná“ fermentace, výsledek připomínající dnešní jogurt, později i sýr 7000 př. n. l.: neolit, Čína, analýza keramických výrobků – fermentování rýže, medu, ovoce – výroba alkoholických nápojů 500 př. n. l.: používání fermentovaných sójových výrobků k léčbě různých poranění (ale procesu nerozuměly) 1856: živé organismy způsobují kvašení, vynalezl tepelnou sterilizaci, která brání kvašení (pasterizace) 20. století: mikroorganismy prospívají zdraví našeho trávicího traktu Nyní: mikroorganismy zajišťují syntézu různých potřebných molekul (proteins, peptides, lipids, complex carbohydrates, secondary metabolites like penicillins and macrolides etc). Tyto molekuly jsou dále využívány farmaceutickým průmyslem. Kvašení (fermentace) Při anaerobní fermentaci je v porovnání s aerobním odbouráváním velice plýtváno glukosou – při anaerobním odbourávání glukosy se získají jen dvě molekuly ATP na jednu molekulu glukosy, v porovnání s aerobním odbouráváním, kdy vzniká z jedné molekuly glukózy 36 molekul ATP, je anaerobní způsob vzniku energie 18× méně účinný. Tímto se vysvětluje Pasteurovo pozorování (tzv. Pasteurův efekt), při kterém kvasinky za anaerobních podmínek spotřebovávají daleko více glukosy v porovnání s úbytkem za aerobních podmínek. Kvašení (fermentace) Cukerné kyseliny: karboxylové kyseliny odvozené od monosacharidů oxidací původní aldehydové nebo alkoholové skupiny na karboxyl Polyalkoholy: alkoholy obsahující více než 2 hydroxylové skupiny, které vznikají redukcí karbonylových skupin monosacharidů Ethanolové kvašení Ethanolové kvašení – využití Bioethanol: z biomasy, biopalivo, z rostlin s vysokým obsahem škrobu, potenciální náhrada benzínu Lisované droždí pak není nic jiného než čistá kultura lihovarských kvasinek, tedy mikroorganizmu, který byl zvláště vyšlechtěn na vysokou výkonnost produkce ethanolu Výroba alkoholických nápojů •Zejména Saccharomyces cerevisiae (kvasinka pivní) = „kvasnice“ •Různé druhy kvašení •svrchní •spodní •Kvašením může vzniknout max. cca 15–20% alkohol •nápoje s vyšším obsahem alkoholu: destilace / přídavek čistého EtOH • Brand Pivečka | Pivovar Pivečka Svrchní kvašení: kvasnice produkují množství aromatických látek a v průběhu kvašení vyplavávají na hladinu kvasícího piva. Z hladiny kádí jsou kvasnice sesbírány a zkvašená mladina se posléze uloží do sudů či tanků. Při sklepní teplotě dozraje za pár týdnů. Spodní kvašení piva: Ke kvašení jsou využívány kvasinky Saccharomyces cerevisiae subsp. Uvarum. Spodně kvašená piva jsou piva typu ležák či bock. max. cca 15–20% alkohol (cca vnitrobuněčná koncentrace ethanolu – zastavení kvašení = chemická rovnováha) Stoupne-li koncentrace alkoholu nad přípustnou mez, mohou se v roztoku namnožit bakterie, které přeměňují meziprodukt fermentace, acetaldehyd, na kyselinu octovou, a místo alkoholu dostaneme vysoceprocentní ocet. Ethanol je navíc pro kvasinky velice toxický, takže pokud by se zabránilo rozmnožení bakterií, kvasinky by se nakonec otrávily ethanolem. Alkoholické nápoje vznikající kvašením a mající obsah alkoholu třeba i 30 % vznikají přirozenou cestou také, ale do asi jen 14 % obsahu alkoholu, následně se koncentrace ethanolu zvýší nadstavením alkoholu na požadovanou koncentraci například konzumním, tedy potravinářským lihem. Dělník potravinářské výroby – hlavní výroba piva - Lobkowicz Kvašení piva •Slad (zdroj sacharidů) •Kvašení 7–14 dní, 8–11°C •Maltóza je zkvašena na EtOH a CO2 •Zrání piva (20–60 dnů) •dokvašování •chemické reakce s vlivem na chuť • Slad (obilná zrna) se naklíčí Dozrávání probíhá v uzavřených tancích při tlaku 0,5-1,0 bar. a teplotě do 2 °C. Výčepní piva leží přibližně 20 dnů, ležáky až 60 dnů. Hrozny po sklizni Kvašení vinného moštu •Kvašený nápoj z vinného moštu •Kvašení sacharóza à EtOH + CO2 •Saccharomyces cerevisiae •Podle cukernatosti hroznů zůstane část cukru nezkvašena – dělení vín na suchá až sladká •Šumivá vína – druhotné kvašení - CO2 se nenechá unikat (v láhvi nebo tanku) •Perlivá vína – sycená CO2 (bez druhotného kvašení) Důležitý je taky výběr kvasinek. Vinař může použít přírodní, které jsou přirozeně na hroznech, nebo umělé, které mohou změnit charakter vína. Zdroje •https://www.mr-sladek.cz/rady/32-svrchni-spodni-kvaseni •https://www.pivecka.eu/brand-pivecka/ •https://vesmir.cz/cz/casopis/archiv-casopisu/1998/cislo-9/proc-kyne-testo.html •https://paleniceuhonice.cz/blog/alkoholove-kvaseni-fermentace.html •https://www.susupport.com/knowledge/fermentation/history-fermentation-journey-from-brewing-advance d-therapies •https://www.susupport.com/knowledge/fermentation/microbial-fermentation-simply-explained#3%20forms %20of%20microbial%20fermentation • POI