Microorganisme pentru obținerea cidrului

1. Ce este Cidrul?

Cidrul este o bautura slab alcoolica, cu 3 - 70 alcool, obtinuta prin fermentatia naturala sau dirijata a sucului de mere.

Fermentatia naturala a sucului de mere proaspat presate este initiata de drojdii apiculate (Kloeckera apiculata) si continuata de cele apartinând genului Saccharomyces. Se produc, pe lânga alcool, cantitati importante de acid succinic, acid piruvic si acid alfa cetoglutaric. Se produc importante modificari si în compozitia substantelor azotate.

Calitatea acestei bauturi este determinata de amestecul soiurilor de mere, de calitatea acestora, de conditiile de obtinere, de calitatea microorganismelor care produc fermentatia.

2. Fermentatia

Fermentatia este procesul biochimic prin care substantele organice sunt descompuse sub actiunea enzimelor, producand energie. Cand spunem biochimic, ne referim la generarea de compusi chimici in aliment de catre o populatie de bacterii prezenta in acesta in mod natural (de exemplu drojdiile de pe coaja prunelor, strugurilor), sau adaugate intentionat (maiaua pentru dospirea painii, cultura lactica de fermentare pentru iaurt sau smantana).

Chimistul Eduard Buchner a demonstrat ca pentru realizarea fermentatiei nu sunt neaparat necesare celule vii de drojdie, ci doar o enzima produsa de acestea. Experimentul i-a adus Premiul Nobel pentru chimie, in 1907. Buchner a aratat faptul ca un extract de drojdii in care nu existau celule vii a putut sa fermenteze zaharul.

3. Fermentatia alcoolica

Fermentaţia alcoolică este un proces anaerob prin care glucidele fermentescibile sunt metabolizate prin reacţii de oxidoreducere, sub acţiunea echipamentului enzimatic al drojdiei, în produşi principali (alcool etilic şi CO2) şi produşi secundari (alcooli superiori, acizi, aldehide ş,a.).

Agenţii tipici ai fermentaţiei sunt drojdiile genului Saccharomyces care, prin fermentarea glucidelor, pot să producă mai mult de 8o alcool etilic.

Fermentaţia alcoolică este un proces întâlnit şi la alte microorganisme: Bacillus macerans, Clostridium acetonoetilicus, Zygomonas mobilis, dar acestea produc prin fermentare cantităţi mai reduse de alcool etilic comparativ cu drojdiile şi nu sunt considerate agenţi tipici.

Proprietăţi biotehnologice ale drojdiilor fermentative

Pentru a putea fi folosite în practică, drojdiile genului Saccharomyces sunt selecţionate în funcţie de unele proprietăţi cum ar fi:

• puterea alcooligenă, care se referă la concentraţia mare de alcool ce se poate acumula când în mediu există zahăr în exces.

Drojdiile sunt sensibile la creşterea concentraţiei în alcool. În timp ce drojdiile cu putere alcooligenă slabă (Kloeckera, Torulopsis) sunt inhibate la o concentraţie în alcool de 4-6o, drojdiile de vin şi spirt (S.cerevisiae var. ellipsoideus, S. cerevisiae-cerevisiae) au o putere alcooligenă mare şi produc fermentaţie alcoolică până se acumulează 16-18o alcool.

• alcoolorezistenţa, care se referă la capacitatea drojdiei de a continua fermentaţia la creşterea concentraţiei de alcool, deoarece alcoolul etilic poate acţiona ca un denaturant al proteinelor şi produce inactivarea enzimelor sensibile.

• sulfitorezistenţa, o proprietate importantă a drojdiilor de vin de a se adapta la concentraţii de 200-500 mg SO2/dm3, concentraţii care pot influenţa negativ activitatea altor drojdii din must, neadaptate (drojdii peliculare sau oxidative), ca urmare a scăderii potenţialului de oxidoreducere.

• capacitatea de floculare şi pulverulenţa, sunt proprietăţi datorate structurii peretelui celular şi modificării pH şi rH din timpul fermentaţiei. Drojdiile floculante pot forma asociaţii ce se depun mai uşor, în timp ce drojdiile pulverulente se menţin mai mult timp în suspensie şi produc o fermentaţie mai avansată. Pentru drojdiile de şampanie se urmăreşte ca acestea să se depună uşor în gâtul sticlei şi prin operaţia de degorjare, să se separe sedimentul, obţinându-se o şampanie limpede.

• osmotoleramţa, care se referă la capacitatea drojdiilor de a produce fermentaţia în mediu cu concentraţie crescută de zahăr. Această proprietate este recomandată drojdiilor folosite la obţinerea spirtului din melasă.

• frigofilia, este o adaptare a drojdiilor de vin de a produce fermentaţia la temperaturi scăzute (10-15 oC); astfel sunt evitate fermentaţiile secundare, iar vinul conţine mai multe substanţe de aromă.

• caracterul killer, întâlnit la unele drojdii capabile de a acumula intracelular o toxină cu efect inhibitor asupra altor drojdii sensibile. În selecţionarea drojdiilor de vin, culturile care au acest caracter dau randamente superioare, deoarece în cursul fermentaţiei se produce o autoselecţie naturală.

3.1. Factorii care influenţează dinamica fermentaţiei alcoolice

Fermentaţia alcoolică, în condiţii industriale foloseşte substraturi naturale bogate în glucide fermentescibile, iar viteza de fermentare şi transformare a glucidelor în produşi primari şi secundari este dependentă de numeroşi factori care pot fi împărţiţi în două mari categorii: factori biologici (dependenţi de microagenţii fermentării) şi factori fizico-chimici (dependenţi de compoziţia mediului supus fermentării şi de condiţiile de mediu).

3.1.1. Factorii biologici

1. Fermentaţia alcoolică este cauzată de enzimele elaborate de celula de drojdie,deci fermentaţia este un proces de natură enzimatică.

Complexul zimazic acelular obţinut prin mojararea celulelor de drojdie este format din 15 enzime care catalizează, în diferite etape, procesele de oxido-reducere ale glucidelor fermentescibile şi, în final, formarea de alcool etilic.

Enzimele cele mai importante sunt dehidrogenazele: glicerat-aldehid-dehidrogenaza şi

alcool dehidrogenaza, care au drept coenzimă NAD, cu rol în transferul de hidrogen în reacţiile de catabolism.

2. Fermentaţia decurge rapid dacă celulele sunt în faza de creştere exponenţială sau la începutul fazei staţionare de creştere. Drojdiile autolizate îşi pierd proprietăţile fermentative ca rezultat al hidrolizei proteinelor intracelulare (inactivarea enzimelor).

3. Viteza de fermentaţie depinde şi de numărul de celule/cm3 mediu. Viteza creşte cu numărul de celule – prin viteză înţelegând conţinutul de alcool format la 100 ml lichid în unitatea de timp. În practică concentraţia de microorganisme este stabilită (din raţiuni economice), fiind de 106-107 celule/cm3 , pentru declanşarea rapidă a fermentaţiei.

4. Spectrul de fermentare al glucidelor este un factor important, ştiind că drojdiile produc fermentarea unui număr limitat de glucide.

Glucidele direct fermentescibile sunt formele dextrogire ale glucozei şi fructozei şi în mai mică măsură ale galactozei.

Diglucidele sunt hidrolizate de către enzimele drojdiilor în glucide simple:

Pentru obţinerea alcoolului etilic de fermentare plecând de la poliglucide, deoarece drojdiile nu produc amilaze/celulaze şi nu pot produce hidroliza enzimatică a poliglucidelor, este necesară zaharificarea prealabilă a acestora. Substraturile naturale ce conţin poliglicide (amidon, celuloză) sunt hidrolizate în prealabil pe cale chimică sau enzimatică, până la obţinerea glucidelor fermentescibile.

5. Comportarea drojdiilor fermentative în funcţie de accesul oxigenului în mediul supus fermentării.