kongenerów (łac. „urodzeni razem”). Są nieuniknionym, ale często zaniedbanym rodzeństwem fermentacji alkoholowej. Ponieważ drożdże fermentują cukry z moszczu lub innego źródła do etanolu i dwutlenku węgla, dostarczają również szereg innych związków, odpowiednio zwanych kongenerami. Są dodatkiem drożdży do złożoności smakowej wina, który uzupełnia wkład samych winogron.
Kongenery wywierają największy wpływ na niektóre alkohole, ponieważ przez destylację stają się w nich skoncentrowane. Ale piwa i wina są również dotknięte, jeśli w mniejszym stopniu. Jednak jeden kongener, aktywny alkohol amylowy (patrz poniżej) i pochodzące z niego estry, są uważane za ważne, pożądane składniki smakowe piwa.
co to są kongenery?
lista kongenerów, która obejmuje aldehyd octowy i różne estry (w szczególności estry etylowe kwasów tłuszczowych C8 do C12), jest obszerna. Ale grupa zbiorczo zwana olejem fuzelowym jest najbardziej obfita i może być najbardziej intrygująca. Z pewnością jest to kongener o najbardziej niejednoznacznej reputacji. Olej fuzelowy, od dawna obwiniany za kaca, jest uznawany za dodający złożoności smakowej. Delikatne tradycyjne brandy, na przykład, byłyby szare bez oleju fuzelowego.
oleje Fuzelowe są mieszaniną alkoholi wyższych (o większej masie cząsteczkowej niż etanol). Dziwna nazwa, fusel, pochodzi od staroniemieckiego słowa, które z grubsza tłumaczy się jako” złe duchy”, wybrane, niewątpliwie ze względu na nieco nieprzyjemny zapach skoncentrowanej ich mieszanki.
olej Fuzelowy nazywany jest „olejem”, ponieważ w procesie destylacji napojów alkoholowych mieszanina oddziela się jako górna warstwa oleista na płytkach ciągłego nadal zawierającego dowód 100° do 135°. Olej fuzelowy ma cztery główne składniki: alkohol C3 (normalny alkohol propylowy), alkohol C4 (alkohol izobutylowy) i dwa alkohole C5 (izoamylowe i aktywne alkohole amylowe).
fermentujące drożdże zawsze wytwarzają te cztery główne składniki oleju kadłubowego, wraz z mniejszymi ilościami innych wyższych alkoholi. Pytanie brzmi: dlaczego? Ich powstawanie nie jest częścią fermentacji alkoholowej, dzięki której drożdże czerpią energię metaboliczną. Drożdże nie korzystają energetycznie, wytwarzając olej fuzelowy, ani w większości w żaden inny sposób.
jak powstaje olej fuzlowy?
ponad 100 lat temu (w 1907 r.) pochodzenie i przyczyna oleju kadłubowego wydawały się bardzo jasne. W tym samym roku F. Ehrlich opublikował pracę (później potwierdzoną przez innych) wykazującą, że składniki oleju fuzelowego są detrytusem metabolicznym. Są nieznacznie zmienioną formą szkieletów węglowych niektórych aminokwasów, odrzuconych po oddzieleniu przez drożdże atomów azotu, których potrzebują do wzrostu. Niewielkie ilości tych surowców aminokwasowych są obecne w soku winogronowym.
z wyjątkiem normalnego alkoholu propylowego, wszystkie główne składniki oleju fuzelowego-izobutyl, izoamyl i aktywne alkohole amylowe-zawierają szkielety węglowe biosyntetycznie powiązanej grupy aminokwasów (czasami nazywanych aminokwasami rozgałęzionych): odpowiednio waliny, leucyny i izoleucyny. To wyjaśnienie, dlaczego drożdże sprawia, że olej fuzelowy jest nadal powszechnie stosowane. Co ciekawe, tylko drożdże—wiele z nich—znane są z produkcji oleju kadłubowego.
ale Wyjaśnienie Ehrlicha było niekompletne, a podstawowe pytania pozostały: dlaczego te kilka aminokwasów jest preferencyjnie atakowanych? A większą zagadką jest: jak i dlaczego drożdże wytwarzają olej fuzelowy, nawet jeśli aminokwasy nie są dostępne jako źródło azotu?
ten dylemat został uwypuklony przez szczegółowy eksperyment, który John Castor i Jim Guymon przeprowadzili ponad 50 lat temu na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis, na Wydziale uprawy winorośli i enologii. Śledziły one zanik aminokwasów rozgałęzionych i powstawanie oleju fuzelowego (trudne i czasochłonne pomiary do wykonania w tamtych czasach) podczas fermentacji francuskiego moszczu Colombard przez szczep drożdży Montrachet.
wyniki Castora i Guymona rozbiły domniemany związek Ehrlicha jeden do jednego między wykorzystaniem aminokwasów a tworzeniem oleju fuzelowego. Odkryli, że tworzenie się oleju fuzelowego trwało—w rzeczywistości przyspieszyło—po wyczerpaniu wszystkich aminokwasów rozgałęzionych w moszczu. A tworzenie się oleju fuzelowego (wraz z fermentacją) trwało nawet po zatrzymaniu wzrostu drożdży (i jego zapotrzebowania na aminokwasy). Później wykazano, że komórki drożdży zawieszone w roztworze samej glukozy przy całkowitym braku aminokwasów wytwarzają olej fuzelowy podczas fermentacji.
Jak to działa? na to odpowiedzieli Jim Guymon, Ed Crowell i ja, również z UC Davis, na początku lat 60. W serii artykułów pokazaliśmy, że główne składniki oleju fuzelowego są syntetyzowane tą samą drogą metaboliczną, co odpowiadające im aminokwasy. Ale zamiast przejść całą drogę do aminokwasów, droga rozgałęzia się, aby wytworzyć olej fuzelowy. Pokazaliśmy to za pomocą szczepów drożdży, które w wyniku mutacji straciły zdolność do syntezy określonego aminokwasu. Takie naprężenia nie tworzą odpowiedniego składnika oleju fuzelowego. Na przykład, zmutowane szczepy, które nie są w stanie zsyntetyzować leucyny, nie wytwarzają alkoholu izoamylowego, a szczepy, które nie potrafią zsyntetyzować izoleucyny, nie wytwarzają aktywnego alkoholu amylowego.
(Jim Guymon, profesor enologii, specjalista od brandy i koneser, miał niezwykły nos do oleju fuzelowego. Widziałem, jak—degustując-prawidłowo uszeregował trzy wina Zinfandelowe według zawartości oleju fuzelowego.)
w tych samych badaniach odkryliśmy metaboliczną drogę powstawania normalnego alkoholu propylowego, składnika oleju fuzelowego, który nie odpowiada bezpośrednio żadnemu aminokwasowi. Jego droga syntezy jest również integralna z drogą aminokwasów rozgałęzionych, ale w ciekawy i nieoczekiwany sposób. Półprodukt (Alfa-oksoglutaran)w serii reakcji metabolicznych prowadzących do syntezy izoleucyny jest wytwarzany w normalny alkohol propylowy tą samą drogą, którą są odrzucane szkielety o rozgałęzionych łańcuchach. Dlaczego? Jakie możliwe korzyści daje drożdże jego powstawanie lub obecność? To tajemnica, ale normalny alkohol propylowy wydaje się zawsze być składnikiem oleju fuzelowego.
kontrolowanie tworzenia się oleju fuzelowego
wyniki te sugerują, że możliwe jest skonstruowanie szczepu drożdży, który wytwarzałby niewiele lub, być może, w ogóle nie wytwarzałby oleju fuzelowego: wystarczy wprowadzić do szczepu wystarczające bloki genetyczne, aby uczynić go niezdolnym do wytwarzania jakiegokolwiek aminokwasu o rozgałęzionych łańcuchach. Zrobiliśmy to, a wyniki były dość zaskakujące. Szczep, zgodnie z oczekiwaniami, nie wytworzył żadnego ze zwykłych składników oleju fuzelowego, ale nieoczekiwanie wytworzył nowy wyższy alkohol, który normalnie nie występuje w oleju fuzelowym: normalny alkohol butylowy.
odkryliśmy, że szczep połączył pozostałe kawałki serii reakcyjnej, które normalnie wytwarzają aminokwasy rozgałęzione i odpowiadające im składniki oleju fuzelowego, aby stworzyć nowy, podobny do oleju fuzelowego wyższy alkohol, normalny alkohol butylowy. Wytwarzał on oksomaślan Alfa przez pozostały fragment szlaku izoleucyny i przekształcał go przez fragmenty szlaków leucyny i Ehrlicha w normalny alkohol butylowy. Wygląda na to, że drożdże mają przymus, aby zrobić trochę oleju fuzelowego. Nawet zmutowane szczepy robią to w ten czy inny sposób dzięki pozostałym narzędziom metabolicznym.
później Richard Snow i Ralph Kunkee zaadaptowali to podejście, używając odmiany Montrachet Saccharomyces cereviseae, aby uzyskać komercyjnie użyteczny szczep, który wytwarza tylko minimalne ilości alkoholu izoamylowego, składnika oleju fuzelowego, który niektórzy uważają za najbardziej niepożądany dla smaku wina. I znaleźliśmy inny sposób na ograniczenie oleju fuzelowego. Napowietrzanie stymuluje tworzenie się wszystkich składników oleju kadłubowego; ścisłe wykluczenie powietrza z fermentacji zmniejsza ich ilość.
poza winem
intrygujący fakt, jak po raz pierwszy tak dramatycznie wykazał Louis Pasteur, twórca nowoczesnej mikrobiologii, w Études Sur le vin, że konsekwencje badań nad winem czasami wykraczają poza samo wino. Badania nad tworzeniem się oleju fuzelowego w winie są wymownym przykładem.
Przemysł biotechnologiczny, który wykorzystuje mikroorganizmy do wytwarzania użytecznych terapeutycznie białek, takich jak insulina i ludzki hormon wzrostu, był zaniepokojony odkryciem, że te białka czasami zawierały nieprawidłowy aminokwas, norwalinę (nie ma go w naszym kodzie genetycznym ani normalnie nie występuje w białku) i chcieli go wyeliminować. Odkryli, że norwalina została zsyntetyzowana drogą, którą odkryliśmy, że zmutowane szczepy drożdży wytwarzają nieprawidłowy składnik oleju fuzelowego, normalny alkohol butylowy. Ta informacja doprowadziła do wyeliminowania norwaliny z ich produktów.
Wiedza o tym, jak powstaje olej fuzlowy, jest obecnie stosowana do produkcji paliw syntetycznych. Geny oleju fuzelowego z drożdży zostały przeniesione przez Shota Atsumi do innych drobnoustrojów (zwłaszcza Escherichia coli) w celu wytworzenia normalnego alkoholu butylowego,który jest doskonałym paliwem dla silników spalinowych.
co robić?
teraz wiemy, jak powstaje olej fuzelowy, główny kongener. Wciąż nie mamy pojęcia, dlaczego drożdże, prawie wszystkie z nich, robią to. Wiemy, że wpływa to na smak wina i mamy pewną wiedzę o tym, jak zarządzać jego powstawaniem. Ale nie jesteśmy pewni, czy tego chcemy.
po przejściu na emeryturę z University of California, Davis, jako profesor mikrobiologii, John L. Ingraham podjął konsultacje w zakresie biotechnologii i pisania. Jego najnowsza Książka, March of the Microbes, Sighting The Unseen, which takes a birdwatcher ’ s approach to microbiology, została wydana przez Harvard University Press w lutym 2010 roku. Aby skomentować ten artykuł, wyślij e-mail [email protected].