yeast physiology and flavour formation during production of alcohol

119 Pages·2012·3.43 MB·English

YEAST PHYSIOLOGY AND FLAVOUR FORMATION
DURING PRODUCTION OF ALCOHOL-FREE BEER.
CENTRALE LANDBOUWCATALOGUS
0000 0795 6556
Promoter dr ir Frans M. Rombouts
Hoogleraar levensmiddelenhygiene en -microbiologie
Copromotor dr Tjakko Abee
Universitair hoofddocent levensmiddelenmicrobiologie
ph{
Martijn van lersel
YEAST PHYSIOLOGY AND FLAVOUR
FORMATION DURING PRODUCTION OF
ALCOHOL-FREE BEER.
Proefschrift
ter verkrijging van de graad van doctor op gezag van de rector
magnificus van Wageningen Universiteit, Dr CM. Karssen, in het openbaar te
verdedigen op woensdag 1 december 1999 des namiddags 13:30 uur in de Aula.
e~v
The research described in this thesis was part of the research
program of the Graduate School VLAG (Food Technology, Agrobiotechnology,
Nutrition and Health Sciences) and was carried out at the Wageningen University,
departement of Food Science and Nutrition, section Food chemistry and
microbiology, Bomenweg 2, 6703 HD, Wageningen, The Netherlands.
The research was financially supported by a grant from Bavaria N.V.,
Lieshout, The Netherlands, Phone + 31 499 428 111, http://www.bavaria.nl.
ISBN: 90-5808-116-8
Cover: The Brewmaster's Respite' by Eduard Grutzner (1846 -1925).
IV
BIBLIOTHEEK
LANDBOUWUNF/ERSITEIT
WAGENINGEN
Stellingen
STELLINGEN
1. In S. cerevisiae spelen, onder anaerobe omstandigheden, NADP-afhankelijke alcohol
dehydrogenasen een belangrijke rol in de redox-balans van NADPH/NADP+.
Dit proefschrift.
2. Het immobilizeren van gist op een drager verbetert zijn 'overall performance' tijdens de
productie van alcoholvrij bier.
Dit proefschrift.
3. De bewering dat gisten niet delen in een suikervrij medium is onjuist.
Van Hamersveld etal. 1996. J. Inst. Brewing 102: 333-342.
4. Op grand van de door Younis en Stewart gebruikte proefopzet is de interpretatie van de
activiteit van ester-synthetizerende enzymen en estervorming niet gerechtvaardigd.
Younis and Stewart. 1998. J. Inst. Brewing 104: 255-264.
5. Gedrag, waarmee het verspillen van energie gestimuleerd wordt, biedt een zeker
evolutional voordeel en is dus onderhevig aan natuurlijke selectie.
Russell and Cook. 1995. Microbiol. Rev. 59: 48-62.
6. De smaakstabiliteit van pilsner bier wordt in hoge mate bepaald in de mouterij.
7. Het menselijk vermogen om getalgrootte in te schatten is logarythmisch van aanleg.
8. Bij het aanleggen van nieuwe wegen om het file-probleem op te lossen wordt
stelselmatig vergeten dat er een wet bestaat tot het behoud van rijtijd: 'De afstand in
woon-werkverkeer neemt toe, naarmate de rijtijd afneemt'.
9. Kroegbezoek is als de hartslag; de frequentie kan varieren maar regelmaat is noodzaak.
10. Het oudste beroep van de wereld is genoegzaam bekend; het oudste bedrijf van de
wereld is ongetwijfeld het familiebedrijf.
Stellingen behorend bij het proefschrift 'Yeast Physiology and Flavour Formation during
Production of Alcohol-free Beer'.
Martijn van lersel, 1 december 1999.
aan ons pap
aan ons mam

VOORWOORD
Laat ik beginnen met een promotie-onderzoek te vergelijken met een
wandeltocht. Erzijn in de loop van de tijd een aantal moeilijk begaanbare paden, je
kunt de weg kwijt raken, meerdere wegen leiden naar hetzelfde doel, en succes
bereik je niet alleen. Aan het eind van de tocht wil ik dan ook alle mede-
wandelaars bedanken.
Frans Rombouts en Tjakko Abee, bedankt voor jullie rol als gids.
Frans was voortdurend gericht op het einddoel, terwijl Tjakko als theoreticus de
nieuwe paden ontdekte. Kortom, een goede combinatie!
De afgelegde route werd vanuit Bavaria nauwgezet gevolgd. Wim
Swinkels en Ben van Dieren wil ik bedanken voor de zeer praktijk-gerichte
opmerkingen en aanvullingen en Eric Meersman voor de ondersteuning en
discussies vanuit het laboratorium.
Een van de bewandelde paden voerde naar de vakgroep Biochemie,
waar, in samenwerking met Willem van Berkel en Michel Eppink, een nieuw enzym
werd gezuiverd. Deze aftakking van het hoofdpad leidde dan ook tot een mooie,
gezamelijke publicatie!
Tijdens de tocht heb ik een aantal malen kort gezelschap gehad. De
studenten Irmgard Pijpers, Sandra Hermsen, Peter Ybema, Jasper van Deurzen,
Marjoleine Arntz, Ellen Brouwer-Post en Stijn Swinkels bewandelden verschillende
paden en verkenden de route. Zonder hun werk had u dit niet gelezen.
Voor wandeling en werk heb je de juiste 'tools' nodig. Het was dan
ook telkens weer een plezier af te dalen naar de 1everdieping, waar Jan Cozijnsen
met grote kundigheid de GC's draaiende houdt. Jan bedankt!
Collega-wandelaars zorgden ervoor dat het goed toeven was op de 4e
verdieping. I'ld like to thank Aidan Coffey for learning me the value of working late,
in order to be able to take a pint or two afterwards....
Publiek had ik natuurlijk ook; er zijn gelukkig altijd vrienden en naaste
familie die 'tot vervelens toe' blijven informeren naar de voortgang. Zij maakten dat
na een donker bos en diep dal het uitzicht extra mooi was.
Eenmaal uit het bos gekomen had ik een mooi uitzicht op het
eindpunt; dat echter verder weg bleek te liggen dan gedacht. Sabine bedankt voor
de steun, en voor het geduld wanneer ik telkens opnieuw weer achter de computer
kroop. Op het eind van de tocht kwam er, van een klein opgewekt kaboutertje,
plotseling nog een duwtje in de rug. Lieke, ik hoop dat ik net zoveel steun voor je
kan betekenen tijdens jouw wandeling als jij voor mij bent geweest!
VII

ABSTRACT
Production of alcohol-free beer is performed with immobilized cells of
Saccharomyces cerevisiae var. uvarum. In the reactor, combined stress factors
such as low temperature (0-4°C) and anaerobic conditions limit cell metabolism.
Cells of S. cerevisiae are able to grow as low as -2°C. Although sugar
metabolism is instantaneously and similar in cells grown at high or low
temperature, respiration differs significantly. Latter cells do not show substrate-
induced respiration in spite of the presence of active mitochondria and biomass
yield was substantially reduced.
We noticed an increase in reductive capacity of yeasts grown under
anaerobic conditions and we subsequently purified and characterized a novel
NADP-dependent branched-chain ADH. Based on the high reductive activity with
3-methylbutanal at physiological pH and higher ionic strength, the enzyme will
have an important function in reduction of Strecker aldehydes during alcoholic
fermentation.
The activity of the bcADH and the influence of immobilization on cell
physiology were further monitored during alcohol-free beer production. Higher
activities of glycolytic enzymes, and the bcADH were observed compared to those
in batch grown cells. In addition, glucose flux was increased. The shifts in enzyme
activities and glucose flux correlate with a higher in vivo reduction capacity of the
immobilized cells.
Formation of ester and diacetyl by immobilized yeast cells were
investigated. Due to the anaerobic conditions, acetate ester production and in vitro
enzyme activity increase simultaneous with the decrease in unsaturated fatty
acids. Sterol metabolism is blocked; consequently, squalene accumulates. Despite
the presence of active acetohydroxy acid synthase, no diacetyl-precursor is formed
at low temperatures.
S. cerevisiae W34 flocculates at the end of the exponential growth
phase. Grown at low temperatures, cells have a higher flocculation capacity and a
higher cell wall hydrophobicity. The immobilization of cells to DEAE-cellulose is
influenced by both charge differences between cell wall and carrier and flocculation
characteristics.
In conclusion, immobilized cells show some unique physiological
features at low temperatures. These contribute positively to the limited
fermentation of wort to alcohol-free beer.
IX