Rokonvegyületek (latinul: “együtt született”) megfelelnek a nevüknek. Ők az alkoholos erjedés elkerülhetetlen, de gyakran elhanyagolt testvérei. Ahogy az élesztők fermentálják a cukrokat a mustból vagy bármely más forrásból etanolba és szén-dioxidba, számos más vegyületet is szállítanak, amelyeket megfelelő módon kongenereknek neveznek. Ezek élesztő kiegészítése a bor ízének összetettségéhez, amely kiegészíti maguk a szőlő hozzájárulását.
a Rokonvegyületek a legnagyobb hatást fejtik ki egyes szeszes italokra, mert desztillációval koncentrálódnak bennük. De a sörök és a borok is érintettek, ha kisebb mértékben. Azonban egy rokonvegyület, az aktív amil-alkohol (lásd alább) és az abból származó észterek a sör fontos, kívánatos ízösszetevői.
mik azok a rokonvegyületek?
az acetaldehidet és számos észtert (különösen a C8-C12 zsírsavak etil-észtereit) tartalmazó rokonvegyületek listája kiterjedt. De az együttesen fusel oil nevű csoport a leggyakoribb és talán a legérdekesebb. Természetesen ez a leginkább kétértelmű hírnévvel rendelkező rokonvegyület. Fusel olaj, hosszú hibáztatta másnaposság, elismerten hozzátéve íz komplexitás. A finom hagyományos pálinkák például fuselolaj nélkül drappak lennének.
a törzsolajok nagyobb (nagyobb molekulatömegű, mint az etanol) alkoholok keveréke. A furcsa név, fusel, egy régi német szóból származik, amely nagyjából “rossz szellemekként” fordul elő, kétségtelenül a koncentrált keverék kissé kellemetlen szaga miatt.
a Fuselolajat “olajnak” nevezzük, mert az alkoholtartalmú italok lepárlásának folyamatában a keverék felső olajos rétegként elválik a 100-135 db bizonyosságot tartalmazó folytonos lemezeken. A Fusel olajnak négy fő összetevője van: egy C3-alkohol (normál propil-alkohol), egy C4-alkohol (izobutil-alkohol) és két C5-alkohol (izoamil és aktív amil-alkohol).
az élesztő erjedése mindig ezt a négy fő törzs-olaj komponenst hozza létre, kisebb mennyiségű más magasabb alkoholokkal együtt. A nem teljesen megválaszolt kérdés az, hogy miért? Képződésük nem része az alkoholos erjedésnek, amellyel az élesztő metabolikus energiát nyer. Élesztő nem előnyös energetikailag azáltal, hogy fusel olaj, sem a legtöbb más módon.
hogyan készül a törzsolaj?
több mint 100 évvel ezelőtt (1907-ben) a törzsolaj eredete és oka teljesen egyértelműnek tűnt. Abban az évben F. Ehrlich kiadott egy cikket (amelyet később mások is megerősítettek), amely kimutatta, hogy a törzsolaj összetevői metabolikus detritus. Bizonyos aminosavak szénvázainak kissé megváltozott formája, eldobva, miután az élesztő levette a növekedéshez szükséges nitrogénatomokat. Ezen aminosav nyersanyagok kis mennyisége jelen van a szőlőlében.
a normál propil-alkohol kivételével a törzsolaj összes fő összetevője-izobutil, izoamil és aktív amil-alkoholok – tartalmazzák az aminosavak bioszintetikailag rokon csoportjának (néha elágazó láncú aminosavaknak) szénvázát: valin, leucin és izoleucin. Ez a magyarázat arra, hogy az élesztő miért teszi a törzsolajat, még mindig széles körben elterjedt. Kíváncsi, hogy csak az élesztőkről—sokféle közülük—ismert, hogy törzsolajat készítenek.
de Ehrlich magyarázata hiányos volt, és alapvető kérdések maradtak: miért támadják meg ezeket a néhány aminosavat előnyben? A nagyobb rejtély pedig a következő: Hogyan és miért készít az élesztő törzsolajat, még akkor is, ha az aminosavak nem állnak rendelkezésre nitrogénforrásként?
ezt a dilemmát egy részletes kísérlet hozta éles fókuszba, amelyet John Castor és Jim Guymon több mint 50 évvel ezelőtt végzett a Davis-i Kaliforniai Egyetem Szőlészeti és Borászati Tanszékén. Követték az elágazó láncú aminosavak eltűnését és a törzsolaj képződését (akkoriban nehéz és időigényes mérések elvégzése) egy francia Colombard mustnak a Montrachet élesztőtörzs általi erjedése során.
Castor és Guymon eredményei megtörték Ehrlich implicit egy-egy kapcsolatát az aminosav-felhasználás és a törzsolaj-képződés között. Megállapították, hogy a törzsolaj képződése folytatódott—valójában felgyorsult—, miután a mustban lévő összes elágazó láncú aminosav kimerült. És a fusel olaj képződése (a fermentációval együtt) még az élesztő növekedése után is folytatódott (és aminosavak iránti igénye) megállt. Később kimutatták, hogy az élesztősejtek önmagában glükóz oldatban szuszpendálva aminosavak teljes hiányában fermentáció közben fuselolajat készítenek.
az 1960-as évek elején Jim Guymon, Ed Crowell és én, szintén a UC Davis-nél válaszoltunk erre. Egy cikksorozatban megmutattuk, hogy a törzsolaj fő komponensei ugyanazon metabolikus úton szintetizálódnak, mint a megfelelő aminosavak. De ahelyett, hogy egészen az aminosavakig haladna, az út elágazik, hogy törzsolajat készítsen. Megmutattuk ezt a törzsek élesztő, hogy ennek eredményeként a mutáció elvesztette a képességét, hogy szintetizálni egy adott aminosav. Az ilyen törzsek nem teszik ki a megfelelő törzsolaj-komponenst. Például azok a mutáns törzsek, amelyek nem képesek szintetizálni a leucint, nem termelnek izoamil-alkoholt, és azok a törzsek, amelyek nem képesek szintetizálni az izoleucint, nem termelnek aktív amil-alkoholt.
(Jim Guymon, az enológia professzora, brandy szakember és műértő, figyelemre méltó orra volt a törzsolajhoz. Láttam-kóstolással-helyesen rangsorolni három Zinfandel bort a törzsolaj tartalma szerint.)
ugyanezekben a vizsgálatokban felfedeztük a normál propil-alkohol, a törzsolaj-komponens metabolikus útját, amely nem felel meg közvetlenül egyetlen aminosavnak sem. Szintézisének útja szintén szerves része az elágazó láncú aminosavakénak, de különös és váratlan módon. Az izoleucin szintéziséhez vezető metabolikus reakciók sorozatában egy köztiterméket (alfa-oxoglutarát) normál propil-alkohollá alakítanak ugyanazon az úton, amellyel az elágazó láncú csontvázakat eldobják. Miért? Milyen előnyökkel jár az élesztő kialakulása vagy jelenléte? Ez rejtély, de úgy tűnik, hogy a normál propil-alkohol mindig a törzsolaj alkotóeleme.
a törzsolaj képződésének ellenőrzése
ezek az eredmények azt sugallták, hogy lehetséges olyan élesztőtörzs létrehozása, amely kevés vagy talán egyáltalán nem termel törzsolajat: egyszerűen elegendő genetikai blokkot vezet be a törzsbe, hogy képtelen legyen elágazó láncú aminosavak előállítására. Ezt megtettük, és az eredmények meglehetősen meglepőek voltak. A törzs, ahogy az várható volt, nem hozta létre a törzsolaj szokásos összetevőit, de váratlanul új, magasabb alkoholt hozott létre, amely általában nincs jelen a törzsolajban: normál butil-alkohol.
azt találtuk, hogy a törzs összekovácsolta a reakciósorozat maradék darabkáit, amelyek általában elágazó láncú aminosavakat és azok megfelelő törzsolaj-összetevőit alkotják, hogy ez az új törzsolaj—szerű magasabb alkohol, normál butil-alkohol legyen. Alfa-oxobutirátot hozott létre az izoleucin útvonal egy megmaradt fragmensével, és ezt a leucin és Ehrlich útvonal fragmenseivel normál butilalkohollá alakította. Úgy tűnik, hogy az élesztőnek kényszere van arra, hogy készítsen egy kis törzsolajat. Még a mutáns törzsek is így vagy úgy teszik meg a fennmaradó metabolikus eszközeikkel.
később Richard Snow és Ralph Kunkee a Saccharomyces cereviseae Montrachet fajtájának felhasználásával adaptálta ezt a megközelítést, hogy kereskedelmi szempontból hasznos törzset kapjon, amely csak minimális mennyiségű izoamil-alkoholt termel, a törzsolaj komponenst, amelyet egyesek a leginkább nemkívánatosnak tartanak a bor ízében. És találtunk egy másik módot a törzsolaj korlátozására. A levegőztetés serkenti az összes törzsolaj-összetevő képződését; a levegő szigorú kizárása az erjedésből csökkenti azok mennyiségét.
Beyond wine
ez egy érdekes tény, amint azt Louis Pasteur, a modern mikrobiológia alapítója először olyan drámai módon bemutatta az a tény, hogy a borral kapcsolatos kutatások következményei néha túlmutatnak a boron. A borban a törzsolaj képződésének kutatása értelmes példa.
a biotechnológiai ipar, amely mikroorganizmusokat használ a terápiásán hasznos fehérjék, például az inzulin és az emberi növekedési hormon előállításához, szomorúan fedezte fel, hogy ezek a fehérjék néha abnormális aminosavat, a norvalint tartalmaznak (ez nem szerepel a genetikai kódunkban, és általában nem is jelen van a fehérjében), és meg akarták szüntetni. Megállapították, hogy a norvalint azon az úton szintetizálták, amelyen azt találtuk, hogy az élesztő mutáns törzsei a rendellenes törzsolaj komponenst, a normál butil-alkoholt alkotják. Ez az információ a norvalin termékeikből való eltávolításának eszközeihez vezetett.
a törzsolaj előállításának ismereteit most alkalmazzák a szintetikus üzemanyagok gyártásánál. Az élesztőből származó törzsolaj-géneket Shota Atsumi más mikrobákba (nevezetesen Escherichia coli) vitte át normál butil-alkohol előállítására, amely kiváló üzemanyag a belső égésű motorok számára.
mi a teendő?
most már tudjuk, hogyan készül a törzsolaj, a fő rokonvegyület. Még mindig nem tudjuk, miért élesztők, szinte mindegyik, hogy ez. Tudjuk, hogy befolyásolja a bor ízét, és van némi tudásunk arról, hogyan kell kezelni a kialakulását. De nem vagyunk biztosak abban, hogy akarjuk.
miután visszavonult a Davis-i Kaliforniai Egyetemről, mint mikrobiológia professzor, John L. Ingraham a biotechnológia és az írás területén kezdett konzultálni. Legújabb könyve, a mikrobák márciusa, a láthatatlan észlelése, amely a madárfigyelő mikrobiológiai megközelítését veszi figyelembe, a Harvard University Press kiadta 2010 februárjában. Ahhoz, hogy megjegyzést ezt a cikket, e-mail [email protected].