Χρήση της ρητίνης (Pistacia terebinthus) ως φορέα ακινητοποίησης κυττάρων ζύμης για την παραγωγή οίνων

Abstract

Pistacia terebinthus resin was studied as a support for immobilization of Saccharomyces cerevisiae ΑΧΑΖ-1 cells. The immobilized biocatalyst was then allowed to ferment glucose or fructose synthetic medium (12% g/L) as well as must with initial sugar density of 12.5 or 16 oBe at temperatures of 28, 21, 14 and 7 οC, respectively. Fermentations using free cells of the same microorganism were carried out for comparative reasons. The resins chemical constituents and their possibility to react with the final product or affect the viability of immobilized cells is an important factor that should be examined. This is the reason why the volatile constituents of the resin were analyzed with the technique of Solid Phase Micro Extraction using Gas Chromatography coupled with Mass Spectrometer (SPME GC-MS). The samples were prepared with the extraction of the volatile constituents of the resin in methanolic solutions (0, 5, 10, 15 and 20 % v/v). The volatiles that were identified were mainly terpenoids. Cell immobilization was determined by means of Scanning Electron Microscope (SEM) and then the percentage (%) and the quantity (g) of the immobilized cells were determined. Initially, fermentations of synthetic mediums of glucose were carried out in order to determine the best proportion of immobilized biocatalyst/fermentation liquid.The selected immobilized biocatalyst (100 g resin, 8 g ΑΧΑΖ-1 cells, 400 ml fermentation liquid) was then used in fermentations of glucose and sucrose synthetic mediums as well as of must with initial sugar density of 12.5 and 16 oBe at temperatures of 28, 21, 14 and 7 οC, respectively.The alcoholic beverages and wines that produced were then analyzed by the means of Gas Chromatography (GC) in order to determine the main volatile compounds and the concentration of ethanol that was produced during alcoholic fermentation. The concentration of ethanol in wines was also determined with an alcoholmeter (Gay-Lussac) 10-20 % v/v. The samples were also analyzed by means of High Pressure Liquid Chromatography (HPLC) in order to determine the residual sugars. Using the technique of Solid Phase Micro Extraction with Gas Chromatography coupled with Mass Spectrometer the samples were analyzed for the determination of total volatile constituents. Folin-Ciocalteau method was used for the determination of total phenolic compounds.The wine samples were also analyzed for the determination of volatile and total acidity and their ability of storage and maintenance at room and low temperature (4oC) for a long period without presenting any spoilage. Finally wine’s antioxidant capacity was determined with the use of free radical scavenging using DPPH˙ as free radical.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η χρήση της ρητίνης του δέντρου Pistacia terebinthus ως υπόστρωμα ακινητοποίησης κυττάρων Saccharomyces cerevisiae ΑΧΑΖ-1 για τη ζύμωση συνθετικών θρεπτικών μέσων γλυκόζης και σουκρόζης (12 %) καθώς και τη ζύμωση γλεύκους με αρχική πυκνότητα σακχάρων 12,5 και 16 oBe στις θερμοκρασίες 28, 21, 14 και 7 οC. Για λόγους σύγκρισης, πραγματοποιήθηκαν και ζυμώσεις σύμφωνα με τις παραδοσιακές διεργασίες, χρησιμοποιώντας ελεύθερα κύτταρα του ίδιου στελέχους ζυμομύκητα.Η σύσταση του φορέα ακινητοποίησης και η πιθανές αλληλεπιδράσεις του με τα ακινητοποιημένα κύτταρα και τα προϊόντα είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας. Γι’ αυτό το λόγο, τα ολικά πτητικά συστατικά της ρητίνης αναλύθηκαν με χρήση Αέριου Χρωματογράφου συνδεδεμένου με Φασματογράφο Μάζας (GC-MS) μετά από εκχύλιση σε μεθανολικά διαλύματα (0, 5, 10, 15 και 20 % v/v). Τα συστατικά που προσδιορίστηκαν ήταν κατά κύριο λόγο τερπενοειδείς ενώσεις. Η ακινητοποίηση των κυττάρων στη ρητίνη επιβεβαιώθηκε αρχικά με τη χρήση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου και κατόπιν προσδιορίστηκε η ποσότητα (g) αλλά και το ποσοστό (%) των κυττάρων που ακινητοποιήθηκαν στη ρητίνη. Ακολούθησαν προκαταρκτικές ζυμώσεις συνθετικού θρεπτικού μέσου γλυκόζης μελετώντας διάφορες αναλογίες βιοκαταλύτη/υγρού ζύμωσης. Η αναλογία που επιλέχθηκε (100 g ρητίνης, 8 g S. cerevisiae ΑΧΑΖ-1, 400 ml υγρού ζύμωσης), χρησιμοποιήθηκε σε ζυμώσεις συνθετικών θρεπτικών μέσων γλυκόζης και σουκρόζης πυκνότητας σακχάρων 7 oBe αλλά και σε ζυμώσεις γλεύκους με πυκνότητες σακχάρων 12,5 και 16 oBe στις θερμοκρασίες 28, 21, 14 και 7 οC. Τα αλκοολούχα διαλύματα και οι οίνοι που παράχθηκαν αναλύθηκαν με την χρήση Αέριου Χρωματογράφου (GC) για τον προσδιορισμό των συγκεντρώσεων των κύριων πτητικών παραπροϊόντων αλλά και της συγκέντρωσης της αιθανόλης. Η συγκέντρωση της αιθανόλης στους οίνους προσδιορίστηκε και με τη χρήση αλκοολομέτρου Gay-Lussac 10-20 % v/v μετά από απόσταξη των δειγμάτων. Τα δείγματα αναλύθηκαν και με την χρήση Υγρού Χρωματογράφου Υψηλής Απόδοσης (HPLC) για τον προσδιορισμό των αζύμωτων σακχάρων. Ακολούθησε ανάλυση με GC-MS για τον προσδιορισμό των ολικών πτητικών ενώσεων των δειγμάτων. Για τον προσδιορισμό των ολικών φαινολικών συστατικών χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Folin-Ciocalteau. Τα δείγματα των οίνων αναλύθηκαν επιπλέον για τον προσδιορισμό της ολικής και πτητικής οξύτητας καθώς και της ικανότητας τους να παραμένουν αποθηκευμένα σε θερμοκρασία δωματίου αλλά και στους 4οC χωρίς να παρουσιάζουν μολύνσεις για ικανοποιητικό χρονικό διάστημα. Τέλος προσδιορίστηκε και η αντιοξειδωτική ικανότητα των οίνων με την μέθοδο της δέσμευσης ελεύθερων ριζών με χρήση του αντιδραστηρίου DPPH˙