Nós dissemos que este não é um livro de biologia, mas precisamos entender um pouco biologia para trabalhar melhor com este minúsculo organismo. Taxonomistas classificam levedura como parte do reino fungo. Outros reinos incluem bactérias, animais e plantas. A maioria dos organismos do reino fungos, tais como moldes e cogumelos, são multicelulares, mas levedura é um organismo unicelular. Isto significa que a levedura não tem formas de protecção que têm organismos multicelulares, tais como a pele. No entanto, estes
organismos unicelulares pequenos são surpreendentemente resistente, tornando-se em número e replicação rápida que lhes falta em proteção.
Uma única célula de levedura é de cerca de 5 a 10 micra de tamanho e rodada para ovóide. Uma célula de levedura é dez vezes maior do que as bactérias, mas ainda
demasiado pequenas para serem vistas a olho nu. Na verdade, é preciso mais do que dez células de levedura para igualar o diâmetro de um cabelo humano. Um pequeno, colónia de levedura visível sobre uma placa de Petri contém, pelo menos, 1 milhão de células.
Existem mais de 500 espécies de levedura, e dentro de cada espécie são milhares de diferentes estirpes de levedura. Encontramos levedura em todo o mundo-vida no solo, em insetos e crustáceos, em animais e em plantas. Nos primeiros dias, os taxonomistas
classificam levedura como parte do reino vegetal. Olhe para qualquer peça de fruta madura e você pode estar certo de que a levedura é tudo sobre ele. Levedura pode viajar em pó, e correntes de ar carregam fermento para novas áreas. A levedura se contentar em
praticamente todas as superfícies, ansioso para encontrar mais açúcares para fermentar para que eles possam multiplicar. Olhe para aquela luz do sol que entrava pela janela da cervejaria. Você vê as partículas de poeira? Há uma boa chance de que eles estão
carregando levedura nativa, e as bactérias, também, apenas à espera de uma oportunidade para aterrar em sua cerveja. A maioria dos fabricantes de cerveja não quer levedura nativa em sua cerveja, e eles chamam estas leveduras selvagens. Mas o que dizer cepa de levedura de um segundo de cerveja que acidentalmente acaba em nossa cerveja? Consideramos qualquer levedura que não está no controle da cervejaria para ser uma levedura selvagem, e vamos usar essa definição para o resto deste livro. No entanto, quando a maioria das pessoas falam de leveduras selvagens eles são geralmente referindo-se a estirpes que não são de levedura de cerveja.
Brewers, os produtores de vinho e os destiladores usar algumas espécies muito específicas de levedura para seus produtos. genus do fabricante de cerveja é
Saccharomyces, que é derivado de latinizado grego e significa que existem duas principais espécies de leveduras, ale de cerveja e lager "fungo açúcar.": S. cerevisiae (levedura ale) e S. pastorianus (leveduras lager). Taxonomistas ir e voltar sobre se S. pastorianus é um
membro da espécie S. cerevisiae ou é sua própria espécie. Atualmente eles considerá-los como separados, e isso concorda com o mundo da fabricação de cerveja. leveduras lager passou por outros nomes no passado, S. uvarum e S. carlsbergensis. Enólogos mais
comumente usar tanto de S. cerevisiae ou S. bayanus, e é interessante notar que o fermento lager parece ter evoluído através da rara hibridação destas duas espécies (Casey, 1990).
genética de S. cerevisiae
Um gene codifica uma proteína, e a levedura tem cerca de 6000 genes. Sabemos disso porque levedura foi o primeiro organismo eucariótico a ter seu genoma sequenciado, por uma comunidade internacional de cientistas em 1996. Os genes são parte dos
cromossomos, e fermento tem dezesseis cromossomos diferentes. Em comparação, as bactérias têm um cromossomo, e as células humanas têm vinte e três. Normalmente, as células de levedura e humanas são diplóides, o que significa que eles contêm duas cópias de cada cromossoma; células haplóides conter apenas uma única cópia de cada cromossomo.
Fermento na natureza geralmente é diplóide e contém trinta e dois cromossomos, duas cópias de cada um dos cromossomos dezesseis. forma de levedura esporos no selvagem, que é uma parte fundamental do seu ciclo de acasalamento. Este cruzamento entre células de levedura selvagem leva a mudança evolucionária e é bom para a diversidade de
levedura e de saúde. No entanto, nós, como fabricantes de cerveja quer consistência a partir de levedura, não a diversidade e mudança genética rápida. Felizmente para nós, fabricantes de cerveja do passado trabalhou diligentemente, a seleção e reutilização de levedura, a ponto de levedura de cerveja acabou perdendo a capacidade de formar esporos e perdeu a capacidade de acasalar. Perder a capacidade de acasalar seriamente ameaçada mudança evolutiva, e hoje cervejeiros pode contar com o fermento para ser mais
consistente lote para lote. Além disso, a levedura de cerveja desenvolvido mais do que duas cópias de cada gene, uma ocorrência conhecida como poliploidia. Apesar de cópias de um cromossoma não são necessariamente isogénica (idênticos), a beleza de poliploidia é que uma mutação em um gene não incapacitar a célula; a levedura tem múltiplas cópias do gene para tornar o produto de proteína necessária. Poliploidia na levedura de cerveja é
possivelmente o resultado de cervejeiros aplicando pressão evolutiva por selecionar apenas o fermento que comportou-se como o último lote para reutilização.
Yeast Genetics determinar se uma célula de levedura é uma levedura de ale ou lager. Genética também determinam tudo o mais sobre uma célula. Embora saibamos a sequência de DNA (ácido desoxirribonucléico) de S. cerevisiae, nós ainda não sabemos o que cada gene faz. É pequenas diferenças na expressão do genótipo e ambiente que determinam fenótipo da levedura. O fenótipo é todas as características da célula: o que os açúcares que come, o que produz, o que nutricional e oxigênio exige que ele tem. Os cientistas estão a estudar formas de ver quais genes estão ativos em um determinado momento, mas até agora, isso resultou em pouca ajuda para os cervejeiros. Brewers hoje ainda dependem de as mesmas técnicas como fabricantes de cerveja do passado: olhando para o que o
fermento faz durante a fermentação (fenótipo), a fim de determinar a identidade, a condição, o desempenho ea pureza da levedura.
Estrutura levedura celular
Parede Celular.A parede celular é uma barreira de espessura, na maior parte de hidratos de carbono que envolve a célula. A parede celular de levedura é como uma proteção de seu conteúdo cesta de vime. Polissacáridos, proteínas, lípidos e constituir até 30 por cento do
peso seco da célula. Aproximadamente 10 por cento da proteína está presa na parede da célula. Existem três camadas com ligações cruzadas. A camada interna é uma camada de quitina, composta principalmente de glucanos; a camada exterior é na maior parte manoproteínas; e a camada intermédia é uma mistura dos dois (Smart, 2000).
Quando um clones de células de levedura em si e faz uma nova célula filha, ele cria uma cicatriz permanente na parede da célula, chamado de uma cicatriz bud. Uma cicatriz bud é composto principalmente de quitina, o mesmo material encontrado no exoesqueleto de insetos (Boulton e Quain, 2001). cicatrizes Bud às vezes são visíveis sob microscopia de luz. Durante um único ciclo de fermentação, a levedura de cerveja geralmente bud apenas algumas vezes, mas em um ambiente de laboratório, eles podem brotar até cinqüenta. Geralmente, a média de células de levedura ale não brotará mais de trinta vezes durante sua vida útil (em múltiplos ciclos de fermentação), e leveduras lager brotará apenas vinte vezes antes que eles são incapazes de bud mais.
Figura 2.1: Diagrama simplificado da estrutura da célula de levedura.
Membrana plasmática.A membrana de plasma, ou a membrana celular, é uma camada dupla de lípido entre a parede da célula e o interior da célula. Esta membrana semi- permeável determina o que entra e sai da célula, também fornecendo proteção ambiental adicional. Lipídios, esteróis, e proteínas formam essa membrana e dar-lhe fluidez,
flexibilidade e a capacidade de brotar para formar uma nova célula filha.
Levedura requer oxigénio molecular para colocar ligações duplas nos ácidos gordos e para controlar o nível de saturação de ácidos gordos. O nível de saturação determina a facilidade e extensão da ligação de hidrogénio que pode ocorrer entre os ácidos gordos e determina o seu ponto de fusão. Em lípidos, o nível de saturação controla a extensão à qual pode ocorrer a ligação de hidrogénio entre as caudas hidrofóbicas de lípidos.
fluidez da membrana é necessário para a função da membrana adequada. bicamadas lipídicas são, pela sua natureza fluida, e que a fluidez é determinada pela extensão na qual os lípidos se ligam um ao outro. Ao controlar o nível de saturação nas membranas lipídicas, a levedura é capaz de manter a fluidez da membrana devida a diferentes temperaturas, tais como a temperatura de fermentação desejado do fabricante de cerveja. Sem levedura arejamento adequado não são capazes de controlar a fluidez da membrana até ao fim da fermentação, conduzindo a fermentações preso e os sabores desagradáveis.
Citoplasma.Um lote acontece no citoplasma, que é tudo dentro da membrana de plasma, excepto o núcleo. O fluido intracelular, conhecido como o citosol, é uma mistura complexa de substâncias dissolvidas na água. Mais importante ainda, o citosol contém as enzimas envolvidas na fermentação anaeróbia. Estas enzimas permitem que a célula para converter a glicose em energia, logo que ele entra na célula. organelas especializadas, como vacúolos, contêm proteases. As proteases são enzimas que quebram as proteínas em fragmentos curtos de comprimento e, em alguns casos romper aminoácidos necessários. A levedura também armazenar glicogénio, um hidrato de carbono de armazenamento de energia, no citoplasma. Com o auxílio de um microscópio de luz e iodo coloração, um fabricante de cerveja pode ver o glicogênio armazenado (Quain e Tubb, 1983).
Mitocôndria.A respiração aeróbica ocorre na mitocôndria. As mitocôndrias têm uma membrana dupla, que é onde a conversão de piruvato (um composto metabólico) em dióxido de carbono e água (respiração aeróbica) ocorre. Mesmo na levedura de cerveja, em que pouco ou nenhum respiração aeróbia ocorre durante a fermentação, as mitocôndrias são ainda presente e importante para a saúde da célula. As mitocôndrias contêm uma pequena quantidade de ADN com os códigos para algumas proteínas de mitocôndria. A célula faz com que alguns esteróis aqui, e este é onde a formação e a utilização de acetil- CoA, que é um composto intermediário para muitas vias metabólicas, ocorre. mutantes Pequeno, células com mitocôndrias prejudicada, muitas vezes criam off-sabores, tais como fenol e diacetil (vejapp. 229).
Figura 2.2: Detalhe da membrana plasmática da célula de levedura. Cortesia da ilustração de Mariana Ruiz.
Vacúolo.O vacúolo é uma estrutura ligada a membrana que armazena nutrientes. Esta é também onde a célula quebra as proteínas. Levedura de cerveja tem grandes vacúolos, grandes o suficiente para nós para vê-los por microscopia de luz. No entanto,
Núcleo.O núcleo armazena o ADN da célula. Uma membrana lipídica, semelhante à membrana do plasma, envolve o núcleo da célula. As células eucarióticas, tais como
leveduras e células humanas, usar este organelo como o "centro nervoso." O DNA no núcleo armazena informação para a célula. A célula usa ARNm para transferir a informação para fora para o citoplasma para usar na síntese de proteínas.
Retículo endoplasmático.O retículo endoplasmático é uma rede de membranas, e é, geralmente, onde a célula produz proteínas, lipidos, e hidratos de carbono. Há muito pouco retículo endoplasmático em levedura de cerveja.
Metabolismo
células de levedura individuais não crescem significativamente maior durante a sua vida. No entanto, eles ficam um pouco maior à medida que envelhecem. Geralmente, quando falamos sobre o crescimento do fermento, estamos nos referindo ao processo de fazer novas células de levedura. Quando dizemos que a levedura está crescendo, queremos dizer a população de leveduras está aumentando em número. A levedura pode derivar a energia e nutrientes para o crescimento por meio de várias vias diferentes, embora alguns são mais fáceis e mais benéfico para a levedura do que outros.
Após a inoculação em mosto, as células primeira utilizar suas reservas de glicogênio e qualquer oxigênio disponível para revitalizar as suas membranas celulares para a
permeabilidade ideal e transferência de nutrientes e açúcares. As células absorvem rapidamente oxigênio e, em seguida, começar a pegar o açúcar e nutrientes do mosto. Alguns destes compostos facilmente difundir através da membrana celular e alguns requerem mecanismos de transporte de levedura. Porque o fermento utilizar alguns açúcares mais facilmente do que outros, eles ocupam o açúcar em uma ordem específica, com açúcares simples primeiros: glicose, frutose, sacarose, maltose e, em seguida,
maltotriose. A maior parte do açúcar em um típico mosto de malte é tudo-maltose, com menores quantidades de glicose e maltotriose. Levedura tomar glicose para dentro da célula através de difusão facilitada, sem despender qualquer energia metabólica. É por isso fácil para a levedura de utilizar a glicose que a presença de glicose suprime realmente a capacidade da levedura para utilizar a maltose e a maltotriose. Todos levedura de cerveja pode utilizar maltose, mas nem todos eles podem utilizar maltotriose na mesma medida. A capacidade de utilizar diferentes açúcares, as proporções relativas dos açúcares no mosto, e os nutrientes presentes no mosto determinar muito do metabolismo da levedura. O metabolismo da levedura por sua vez determina a taxa de fermentação e o grau de atenuação.
Figura 2.3: açúcar, oxigênio, nitrogênio, minerais entrar na célula. Etanol, dióxido de carbono, e o sabor / aroma compostos vazar.
A captação de oxigênio acontece rapidamente, com o fermento normalmente esgotar os níveis de oxigênio mosto dentro de 30 minutos de inoculação. Na natureza, o fermento sentado em cima de uma pilha de frutas podres têm lotes de oxigênio que podem usar para consumir açúcar. Isto é o crescimento aeróbico, o qual é a maneira mais eficaz para um organismo para obter a maior quantidade de energia a partir de uma molécula de açúcar. No entanto, há ocasiões e ambientes onde o oxigénio é limitado. O consumo de açúcar em um ambiente livre de oxigénio conduz a um crescimento anaeróbio. Louis Pasteur inventou o termo "fermentação anaeróbica" na década de 1860, para descrever a capacidade de fermento para crescer quando o oxigênio privados.
Álcool
Uma das coisas mais importantes levedura fazer para bebidas fermentadas é produzir álcool. Se a indústria gosta de admitir ou não, sem álcool, e seus efeitos sobre os seres humanos, cerveja e vinho seriam meros bebidas culturais regionais, como a malta refrigerante. No mundo inteiro, as pessoas consomem bebidas alcoólicas em grandes quantidades porque contêm álcool. A equação geral que descreve a conversão de levedura de açúcar em etanol é:
A glicose de ADP + 2 + 2 fosfato → etanol 2 + 2 CO2 + 2 ATP
Há muitas etapas individuais Nesta equação, mas que pode dividir a equação em duas partes principais: glicose para piruvato, em seguida, piruvato em etanol. A primeira parte é a quebra de uma molécula de glicose em duas moléculas de piruvato nesta reacção:
A glicose de ADP + 2 + 2 + 2 + NAD Pi → 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H +
Isto ocorre no interior da célula, em que o fluido intracelular chamado o citosol. As enzimas no citosol catalisar esta reacção e as outras reacções metabólicas que se seguem. Nem todos piruvato acaba como etanol. Ele tem dois caminhos possíveis: entre uma
mitocôndria e obter discriminados ao CO2 e água (respiração aeróbica), ou permanecer no citoplasma, onde a célula converte-o em acetaldeído e depois etanol.
Figura 2.4: Caminhos de glicose.
Qual o caminho que você prefere, água ou etanol? Bem, fermento prefere não tornar o etanol e eles só produzi-lo em condições especiais, tais como níveis elevados de açúcar ou níveis muito baixos de oxigênio. Levedura obter mais energia da conversão de piruvato em água e CO2 na presença de oxigênio. Para tornar a levedura produzir etanol precisamos de fermentação anaeróbia.
As principais células de levedura razão preferem respiração aeróbica é que ele permite- lhes obter o máximo de energia a partir de uma molécula de glicose. Durante a fermentação anaeróbia, quando produzem etanol, levedura começa somente 8 por cento mais energia de cada molécula de glicose. É fácil ver por que uma cultura fermento é capaz de brotar mais células filhas com o oxigênio disponível. Então, por que o fermento produzir etanol em tudo, se é tão ineficaz? Porque ser capaz de produzir etanol dá-lhes uma maneira de sobreviver em mais um meio ambiente: um ambiente anaeróbico.
Levedura invocar o dinucleótido de nicotinamida de co-enzima adenina (NAD + e NADH) para reacções de oxidação-redução (onde nicotinamida-adenina-dinucleótido aceita ou doa electrões) e como um substrato da enzima. utilização de levedura NAD + na repartição inicial de glicose. Se houver oxigénio, o piruvato a partir deste passo vai para as
mitocôndrias, onde entra no ciclo de Krebs. O ciclo de Krebs produz um composto rico em energia chamada adenosina trifosfato (ATP). O ATP é importante para a célula, pois fornece energia à célula para a síntese de proteínas e a replicação do ADN, que é crítico para o crescimento da população. Se a célula é, sem oxigénio, o piruvato a partir de passo que não atravessa o ciclo de Krebs. Isto leva a uma acumulação de piruvato, nenhuma energia (sob a forma de ATP), e não mais de NAD +. Na verdade, muitos passos compõem esta sequência, mas a linha de fundo é que, sem NAD + você não pode chegar à criação de piruvato e ATP. A levedura precisa "ficar NAD + back", quando não há oxigênio, e eles fazem isso da seguinte maneira.
Figura 2.5: A enzima piruvato descarboxilase.
Figura 2.6: A enzima álcool desidrogenase.
A reacção em dois passos do piruvato para etanol gera o exigido NAD +.
Enquanto a levedura não são exatamente feliz com a produção de etanol, pelo menos eles podem mancar junto. Como o fermento produzir etanol, difunde-se fora da célula. Isto é possivelmente um mecanismo de defesa, uma vez que o etanol é tóxico para muitos outros organismos. Na verdade, como o nível de álcool aumenta, torna-se tóxico para a levedura si. Quanto melhor for a saúde da levedura, o melhor que eles são capazes de tolerar o álcool e terminar a fermentação.
Figura 2.7: A repartição de piruvato em ácido láctico.
Esta mudança na via de conversão de glucose em condições de limitação de oxigénio é muito semelhante ao que acontece com as células humanas, quando lhes falta de oxigénio. Durante o exercício pesado, o oxigênio é limitante para a atividade das células do músculo. Nossas células musculares precisam de energia para se manter vivo, e eles precisam para regenerar NAD +, portanto, em condições pobres em oxigênio eles quebram piruvato em ácido láctico em uma única etapa.
Catalisada pela enzima desidrogenase láctica, as células são capazes de gerar o NAD + que necessitam. A única razão pela qual os nossos músculos não fazem etanol em vez disso é que as células humanas não têm a descarboxilase enzima piruvato.
Não há outra maneira de levedura vai fermentar anaerobiamente e ainda produzir etanol: o efeito Crabtree. Isto é muito importante para a fabricação de cerveja. Se houver uma alta concentração de glicose, o suficiente, mesmo na presença de oxigénio, etanol levedura produto (fermentação anaeróbica). mosto de cerveja contém sempre mais do que a glucose 0,4 por cento necessária para o efeito de Crabtree, de forma a fermentação sempre resulta no álcool, mesmo com oxigénio presente. O facto é que a concentração de enzimas glicolíticas é tão elevada que, durante a fermentação de levedura do mosto
produzir ATP mais rápido por glicólise sozinho do que o fazem por fosforilação oxidativa. O problema com a exposição ao oxigénio durante a fermentação não é a perda de etanol, mas em vez da activação de vias metabólicas que produzem os sabores desagradáveis. Por exemplo, as fermentações de cerveja expostos ao oxigénio têm concentrações mais elevadas de acetaldeído, devido à oxidação do etanol em acetaldeído.
floculação
Floculação é a capacidade quase mágica de levedura para se aglutinarem. É um importante e desejável característica única de levedura de cerveja, pois ajuda-os a subir para o topo ou afundar até o fundo do fermentador. Perto do final da fermentação, as células individuais agregar-se em aglomerados de milhares de células. Estirpes diferentes têm diferentes características de floculação. Algumas estirpes flocular anterior e tendem a não atenuam o máximo, enquanto que outros não floculam tão prontamente e tendem a atenuar mais. Floculantes muito cedo tende a resultar em uma cerveja que é underattenuated e doce. No entanto, quando a levedura falhar para flocular completamente, isso resulta numa cerveja