Nyitókép: saccharomyces cerevisiae

A bor erjedése során keletkező melléktermékek koncentrációja nagyban függ az élesztő metabolikus aktivitásától, tehát attól, hogy a sejten belül milyen biokémiai anyagcsereutak játszódnak le. Ezek a folyamatok, és az élesztő metabolizmusa bizonyos környezeti faktoroktól függ. Bizonyos anyagok túltermeltetésére, illetve visszaszorítására eltolhatók ezek a biokémiai reakciók a környezeti hatások befolyásolásával.

Élesztők szempontjából két választása van a borásznak. A spontán erjedés esetében nem alkalmaz starterkultúrát a must beoltásához, hanem hagyja, hogy a szőlőbogyóról, a talajrészecskékről, a feldolgozóeszközökről származó heterogén vad élesztőpopuláció által erjedjen ki a must. Ennek hátránya, hogy az erjedés a véletlentől is függ, így akár el is akadhat. Azonban ha nem adódik probléma a spontán erjedés közben, akkor a diverz élesztőpopuláció egy komplexebb aromaösszetételt ad a bornak a változatos anyagcseretermékeknek köszönhetően.

A másik eshetőség az irányított erjedés, amikor a borász bizonyos starterkultúrával beoltja a mustját, így felgyorsítva és kontrollálhatóvá téve az erjedést. A megfelelő starterkultúrák alkalmazásával az erjedés elakadásának esélyét jelentősen csökkenti. 

Bizonyos esetekben nem célszerű a spontán erjesztés, sokkal inkább célravezető a fajélesztős beoltás. Ilyen esetek a következők:

• Ha a must tisztítása túl hatékonyra sikerült, akkor nem csak az élesztők számára nélkülözhetetlen tápanyagot csökkentettük le a mustban, hanem akár az élesztők csíraszámát is.
• Alacsony erjedési hőmérséklet esetén hidegtűrő élesztőfajt kell választani.
• Magas cukortartalmú mustok esetén ozmotoleráns élesztőfajt kell alkalmazni.
• Rothadt termésből készült must erjesztése esetében, hogy a káros mikroorganizmusokat a leggyorsabban háttérbe szorítsuk.
• A liofilizált starterkultúra csomagolásának felbontása és alkalmazása során már különböző környezeti faktorok hatnak az élesztőinkre, ezáltal ezek a lépéseink már befolyásolják a későbbi erjedés sikerességét. A starterkultúrákat felhasználás előtt rehidratálnunk kell, hozzuk aktív állapotba a készítményt. Amire az eljárás során figyelnünk kell, az a felhasznált víz langyos hőmérséklete, és a kevergetés mellőzése. Ha hideg vízben történne a rehidratálás, akkor a sejtek értékes kis-molekulájú sejtalkotókat veszítenének, a keverés pedig a sejtek membránját károsítaná, ami alacsonyabb élő sejtszámhoz, ezáltal alacsonyabb aktivitáshoz vezetne. A must beoltásakor figyelni kell, hogy ezt a langyos sejt szuszpenziót nem lehet hirtelen a hideg mustba beleönteni, hanem több lépcsőben kell a kívánt erjedési hőmérsékletre fokozatosan hűteni, ezzel elkerülve az élesztőket károsan érintő hősokkot.

A hőmérséklet az erjedés további fázisaiban is döntő hatással bír. A hőmérséklettől erősen függ az élesztősejtek növekedési rátája, a cukor felhasználási rátája, és az alkohol hatására bekövetkező inaktiválódásának a mértéke. A hőmérséklet változásától jelentéktelenül függ az élesztő biomassza nitrogénhasznosítása, a nitrogén-limitált növekedés fajlagos növekedési sebessége, és a cukortranszport enzimszubsztrát komplex bomlékonysága.

Ahogy emeljük a hőmérsékletet, úgy fog nőni az élesztő metabolikus aktivitása, a specifikus növekedési ráta, a cukorfelhasználási ráta, az erjedés sebessége, és az élesztők pusztulásának mértéke. Ha a hőmérséklet 25C fok fölé emelkedik, akkor drasztikus növekedés következik be. A pusztulás mértéke 35C-on 13-szor nagyobb, mint 11C-on. Ez azzal magyarázható, hogy a magas hőmérséklet fokozza az alkohol toxikus hatását. 

Leggyorsabban közepes hőmérsékleten erjednek szárazra a borok. Biotechnológiai szempontból az erjedés sebességét és az alkoholkihozatalt tekintve az élesztők hőmérsékletoptimuma 25 ^oC. Alacsony hőmérsékleten az erjedés nagyon elhúzódik, amit azzal magyarázhatunk, hogy ilyenkor a maximális cukorhasznosítási ráta kisebb. Mégis alacsonyabb hőmérsékleten célszerűbb az erjesztést kivitelezni, mert akkor csökken az alkohol párolgásos vesztesége, és az érzékszervi minőség is javul, mert a lassú erjedés előnyös a kedvező aromaösszetétel kialakulása és megőrzése szempontjából.

A cukortartalom hatása az erjedésre

A must cukortartalma határozza meg a közeg ozmotikus nyomását, ami stresszfaktorként hat az élesztőkre. Másik, élesztőkre negatív hatása, hogy a belőle képződött alkohol toxikus. Ez a két hatás összefügg. A törzsek glükózzal szembeni érzékenysége annál nagyobb, minél nehezebben képesek megszabadulni a sejten belül felhalmozott saját toxikus anyagcsereterméküktől. Nagy cukortartalmú mustok erjedésére az alacsony maximális élő sejtszám, ebből adódóan elhúzódó erjedéskinetika a jellemző.

A cukortartalom hatással van az élesztők glicerintermelésére is. A glicerin a cukor lebontása során képződik, mennyisége függ a cukor mennyiségétől, a tápanyag összetételétől, a hőmérséklettől, a cukor lebontását gátló anyagok jelenlététől, és az élesztőtörzs tulajdonságaitól. Zavartalan erjedésnél a cukortartalom 3-5%-ából lesz glicerin. A glicerintermelést fokozható, folyamatos SO₂ adagolás mellett a glicerintermelés 25-30%, persze mindez az alkoholtermelés rovására.

A nitrogéntartalom hatása az erjedésre

Szénforrás után az élesztők legnagyobb mennyiségben a nitrogént igénylik. Az élesztő cukor lebontása nagyban fokozódik a felhasználható nitrogén mennyiségének a növelésével. Egy zavartalan erjedéshez az asszimilálható nitrogén optimális mennyisége 400-500mg/l.

Ha nitrogénhiányos a must, akkor elhúzódó, elakadó erjedésre számíthatunk, mert kevesebb élesztősejt fog szaporodni. Az élesztők nitrogénéhezése szignifikánsan növeli a kénhidrogén termelését is. Kísérletben megállapították, hogy ha a nitrogén koncentrációja alacsonyabb, mint 66mg/l, akkor korábban lelassul a sejtnövekedés, és lényegesen lecsökken az összes biomassza tömege. A legmagasabb biomasszaprodukciót a 402mg/l nitrogén koncentrációjú tápoldatban mérték. A növekvő nitrogénkoncentráció nem szignifikánsan hat a biomasszára, és a specifikus növekedési rátára. Nitrogénadagolás hatására magasabb a fermentációs ráta, nő a sejtpopuláció és az alkoholkihozatal.

Nitrogéntartalom kiegészítésére lehetőség van. Az élesztők hasznosítani tudják az ammónium-nitrogént, és a szabad α-aminosavakat, kivéve a prolint. Ammónium helyett az aminosavak és ammónium keveréke jobb nitrogénforrás, mert az aminosavak közvetlenül be tudnak lépni prekurzorként az intracelluláris bioszintézisbe. Az inorganikus tápsó, mint a diammónium-foszfát hátránya, hogy az élesztők képesek ureát előállítani belőle, ami a feltételezetten karcinogén ethyl karbamát prekurzora. Lassú, de nem elakadó fermentáció esetén az élesztősejtek az asszimilálható nitrogént el tudják raktározni a vakuólumaikban, és akkor mobilizálják, amikor arra szükségük van.

Hőmérséklet – cukortartalom – nitrogén együttes hatása az erjedésre

Normál nitrogén- és cukorkoncentráció mellett alacsony hőmérsékleten is befejeződik az erjedés. Magas cukor és alacsony nitrogéntartalom mellett a fermentáció elakad, vagy extrémen elhúzódik. Alacsony kezdeti nitrogéntartalom mellett viszont az erjedés intenzitása könnyen problematikussá válhat alacsonyabb és magasabb hőmérsékleten egyaránt.

Az alkohol hatása az élesztőkre

Az élesztők anaerob szaporodásának felső határa általában 12-14 v/v% külső alkoholkoncentráció. A képződő alkohol a sejtmembránt támadja, azáltal, hogy a membránlipideket oldja, ezért az átjárhatóbb lesz a protonok számára, így felborul a külső-belső protongradiens, ami a transzport folyamatok megbénulásához vezet. Az alkohollal szembeni ellenállásban fontos szerepe van a membrán telítetlen zsírsav- és szterol-koncentrációjának. A szterol koncentrációját emelhetjük élesztőautolizátum adagolásával és oxigén bekeveréssel, amit nyílt fejtéssel megoldhatunk.

A kén hatása az élesztőkre

A szabad kén töredéke erjedésgátló hatású. A disszociálatlan kénessavnak van csíraölő hatása, aminek mennyisége függ a must pH-értékétől. A kénessav a pH függvényében képes disszociálódni. Minél alacsonyabb a pH, annál több a disszociálatlan kénessav (H₂SO₃) mennyisége, így annál erősebb a toxikus hatása.

A kéntartalom az alábbiak szerint hat az élesztőkre:

• 0-100mg/l: hatástalan
• 100-200mg/l: megnöveli a lag fázist, az élesztők szaporodása lassabb
• 200-400mg/l: beoltás utáni napokban csökken az élő csíraszám, de lassan szaporodásnak indulnak
• 400mg/l: teljes erjedésgátlás, elpusztulnak az élesztők

A redoxpotenciál hatása az élesztőkre és a borra

A mustban lévő oxidáló és redukáló anyagok egyensúlyának ismeretében szabályozhatjuk az erjedést, a bornál pedig szabályozhatjuk az érési folyamatot. Mind a mustban és a borban találhatóak oxidációt elősegítő anyagok, mint például oldott oxigén, vas és réz ionok és peroxidok. A redukáló anyagok a következők: kén, aszkorbinsav és citromsav.

A must és a bor oxidációs és redukciós állapotát a redoxpotenciállal (rH) jellemezhetjük. Minél oxidáltabb a közeg, annál magasabb a redoxpotenciál. A borélesztő oxidált állapotot igénylő mikroorganizmus, alacsony rH-érték mellett nem képes fejlődni. Ha virágélesztők támadják meg a borunkat, akkor azok anyagcsere folyamataik során redukáló anyagokat termelnek, aminek hatására az rH-érték csökken, így ebben a beteg mustban az élesztők nem képesek fejlődni.

Egészséges mustok rH-értéke 17-28 között mozog. A magasabb cukortartalmú mustok rH-ja magasabb. Az erjedés folyamán az rH csökken. Elmondható, hogy a kész bort 21 rH-érték alatt kell tartani. A bor helyes éréséhez megfelelő a 17-19 rH, a bor oxidált állapota ízhibához, eltarthatósági problémákhoz vezet. Az rH-értéket kénezéssel, aszkorbinsav és/vagy citromsav adagolással csökkenthetjük. Az rH-értéket levegőztetéssel, oxigén bejuttatásával növelhetjük.

A szén-dioxid hatása az élesztőkre

Az erjesztésre nincs befolyással, mert eltávozik a rendszerből. Pozitív hatása, hogy a keletkező CO₂ kiszorítja az oxigént, ezzel meggátolva az aerob káros mikroorganizmusok elszaporodását. Ha nem távozna el a rendszerből, akkor 15g/l kén már gátolná az élesztők szaporodását, 30g/l az alkoholképződést is leállítaná.

Látható, hogy rengeteg hatás befolyásolja az élesztők életfeltételeit, anyagcsere-folyamatait, amik végeredményben az elkészült bor minőségében mutatkoznak meg. Ezért célszerű az erjedés előtt a must fontos paramétereivel tisztában lenni, és a hiányosságait optimalizálni.

A cikk eredetileg a Tokaji Borvidék Szőlészeti és Borászati Kutatóintézet kiadványában jelent meg (Szőlő-levél, IV. évfolyam, 3. szám). A szerző az Intézet munkatársa.