Copyright © pohodanovapec.cz 
Až do poloviny 19. století lidé neznali podstatu alkoholového kvašení. Znali dobře výrobní postupy, které se předávaly z generace na generaci, ale co je důvodem bublajícího moštu, jim zůstávalo skryto. Kvasinku, coby živý organismus, většina vědců odmítala přijmout a někteří dokonce zesměšňovali bádání jiných. Kvasinka nebyla dlouho považována za živý organismus. Toto všeobecné přesvědčení se tradovalo ještě na konci 18. století a na počátku 19. století.
První výzkumy kvasinek se proto neodehrávaly v laboratořích biologů, ale téměř výhradně chemiků, kterým alkoholové kvašení (neboli fermentace) nedávalo spát. Lavoisier považoval alkoholové kvašení za jednu z nejvíce mimořádných chemických reakcí. Byl první, kdo byl schopen jasně popsat chemické změny, k nimž při kvašení dochází. To se stalo v roce 1789: „Když je fermentace dokončena, šťáva z hroznů, která byla sladká a plná cukru, se změní (zkvasí) ve vinný nápoj, který již neobsahuje cukr a ze kterého získáváme destilací hořlavou tekutinu, pro kterou jsme přijali arabské slovo alkohol.“
Lavoisier si tenkrát zapsal, že 100 hmotnostních dílů cukru bylo přeměněno na 60,17 dílů alkoholu, 36,81 dílů oxidu uhličitého a 2,61 dílů kyseliny octové. V roce 1794 Lavoisier umírá, aniž by dokončil své experimenty. Uvízl v sítích francouzské revoluce, byl revolučním tribunálem označen za nepřítele lidu a v roce 1794 jeho život skončil na popravišti pod gilotinou. Přestože byl Lavoisier mrtev, nová francouzská vláda i nadále považovala vědecké objasnění alkoholového kvašení za důležité.
V roce 1803 Thenard upozornil na ložisko, které připomínalo pivovarské kvasnice a které produkovaly všechny kvasící tekutiny. Ukázalo se, že obsahuje dusíkaté sloučeniny, které se při destilaci mění v amoniak. V roce 1810 provedl Gay-Lussac experiment. Uzavřené láhve s hroznovou šťávou přivedl k bodu varu a udržoval je při této teplotě po nějakou dobu. Pak je ponechal po dobu jednoho roku zavřené. Jakmile byly láhve otevřeny, šťáva začala kvasit. Gay-Lussac dospěl k závěru, že kyslík reagoval se šťávou a vytvořil rozpustný ferment, který započal kvašení hroznové šťávy. Později Gay-Lussac zrevidoval Lavoisierovy výsledky a odhadl, že kvašení 100 dílů cukru vede k následující přeměně: 51,34 je převedeno na alkohol a 48,66 na oxid uhličitý.
V roce 1825 J. J. Colin potvrdil Thenardovo pozorování a napsal, že kvasinky se tvoří během kvašení a v nepřítomnosti kyslíku podněcují přeměnu cukru na alkohol. Další krok se již odehrával pod mikroskopem. J. B. H. J. Desmazières byl francouzský amatérský mykolog. Zkoumal mikroorganismy žijící v pivu a vínu, publikoval své kresby a v roce 1827 popsal organismy žijící v pivu jako Mycoderma cervisiae a jako Mycoderma vini ty, které byly přítomné ve víně.
Jak poznat vinné kvasinky od kontaminace
Mezi lety 1836 a 1838 tři nezávislí pionýři vědy ušli dlouhou cestu k zodpovězení prvotních otázek francouzské vlády a předložili důkazy, že kvasinky jsou živé organismy. Byli to Charles Cagniard-Latour, francouzský fyzik a inženýr, Friedrich Traugott Kützing, německý algolog z Halle, a Theodor A. H. V roce 1836 Cagniard-Latour pozoroval pivní a vinné kvasinky a popsal je jako drobné kulovité a vysoce organizované organismy, které zřejmě patří do rostlinné říše, a tudíž se nejedná o žádné chemické sloučeniny. To, že se jedná o živé organismy, přisuzoval zejména tomu, že během kvašení se jejich objem dokázal zmnohonásobit, ačkoliv se pod objektivem mikroskopu nepohybovaly. Pomocí nového mikroskopu pozoruhodně přesně odhadl průměr kvasinkových buněk okolo 7 μm. Vyslovil též domněnku, že mohou přeměňovat cukr jen tehdy, jsou-li živé. Byl první, kdo podrobně popsal množení kvasinek, tzv. pučení, stárnutí buněk a tvorbu jizev, které na mateřské buňce zůstávají po oddělení buněk dceřiných.
V témže roce pozoroval kvasinky pod mikroskopem také F. T. Kützing a jejich velikost odhadl na 6-9 μm. Theodor Schwann byl nejslavnější z této trojice průkopnických vědců. Kromě řady objevů na poli buněčné biologie zavedl termín metabolismus a objevil organický původ kvasinek. Schwann pozoroval kvasinky také pod mikroskopem. V čerstvém moštu žádné nenašel, ale pokud byl mošt ponechán při 25 °C, kvasinky se zanedlouho objevily. Jeho závěry byly revoluční a správné: kvasinkové buňky rostou, cukr je zdrojem jejich potravy, při kvašení se uvolňuje etanol, kvasinky vyžadují i dusíkaté látky a uvnitř živých buněk dochází k chemickým reakcím.
Schwann konzultoval svůj výzkum s mykologem F. J. F. Meyenem. Původní Schwannův název pro kvasinku byl Zuckerpilz (cukrová houba), pro níž Meyen vytvořil rodové jméno, které bylo doslovným latinským překladem - Saccharomyces se třemi druhy: S. cerevisiae, S. pomorum a S. Objevy těchto tří vědců byly téměř okamžitě potvrzeny dvěma Francouzi. T. A. Quevenne byl lékárníkem a zjistil, že se v moči diabetiků tvoří ložiska, jejichž vlastnosti byly podobné fermentu, a srovnával je proto s ložisky, která byla nalezena při alkoholovém kvašení různých látek. Pierre J. F. Turpin byl vynikající botanický ilustrátor. Turpin nejenže potvrdil platnost závěrů Charlese Cagniard-Latoura, ale též obohatil zjištění Quevenneho a v roce 1840 publikoval svá pozorování v podobě vědeckých ilustrací zachycujících pučení kvasinek, tj. tvorbu dceřiných buněk z buňky mateřské až do stejné velikosti.
Pozoruhodnou událostí v historii vědy bylo ostré zamítnutí konceptu kvasinky jako živého organismu a kvašení jako výsledku živé povahy kvasinek třemi předními chemiky této doby, F. Wöhlerem, J. von Liebigem a J. J. Berzeliusem. Ani jeden z nich nevěřil v důkazy mikroskopických pozorování a Berzelius dokonce tvrdil, že kvasinky jsou sraženinou oxidu hlinitého. Von Liebig oponoval tím, že určitá katalytická síla je odpovědná za fermentaci a že kvasinky jsou pouze neživým katalyzátorem. Wöhler a von Liebig zašli dokonce tak daleko, že ve svém vlastním časopise Annalen der Pharmacie začali publikovat anonymní satirické skeče, které zesměšňovaly mikroskopická pozorování. Právě ta sami vehementně odmítali.
Jistě se ptáte, proč tak vynikající vědci měli problém s přijetím výsledků svých kolegů a kvasince, coby živému organismu, upírali existenci. Jejich otevřené nepřátelství mohlo částečně vycházet z významných úspěchů, kterých oni sami, ale i další chemici dosahovali při zavádění organické chemie jako nové vědní disciplíny. Wöhler byl dokonce objevitelem jedné z prvních organických sloučenin vyrobených chemickými prostředky - močoviny z kyanitu amonného. V roce 1839 von Liebig publikoval rozsáhlou studii o kvašení, hnilobě a rozkladu a jejich příčinách. Kvašení označil za hnilobu rostlinného materiálu a učinil řadu dogmatických prohlášení. Krátce nato přišel se zcela mechanistickým vysvětlením kvašení: „Kvasinky v procesu chemického rozkladu uvolňují albuminovou látku do cukrového roztoku.“
Výběr vhodných kvasinek pro švestkový kvas
Von Liebigova neoblomná pozice jej v roce 1857 svedla do slavné debaty s předním francouzským chemikem a mikrobiologem Louisem Pasteurem, který se naopak domníval, že kvasinky jsou živé mikroorganismy nezbytné pro průběh kvašení. Rozhodující ránu zasadil Pasteur Liebigovu konceptu, když prokázal, že kvasinky rostou v nepřítomnosti albuminových látek a že nejlépe kvasí cukr za nepřítomnosti kyslíku.
Kvasinky jsou živé organizmy velmi podobné buňkám v našem těle. Je snadné představit si sušené kvasinky jako výživový přípravek nebo cukr. To je však představa velmi vzdálená od pravdy. Prakticky jediným cílem života kvasinek je reprodukce. Dceřiné buňky kvasinek jsou identické se svými rodiči. Mají-li dostatek kyslíku, cukru, minerálních látek, enzymů a aminokyselin, reprodukují se každých 30 minut, a nakonec je kvasná nádoba plná kvasinek!
Pekařské droždí neboli kvasnice je výrobek, jehož podstatu tvoří živoucí lisované buňky kvasinek druhu Saccharomyces cerevisiae. Velikost jedné kvasinky je cca 6 - 8 μm. 1 cm3, tedy zhruba 1 g droždí obsahuje 10 miliard těchto živých buněk. Kvasinky mají schopnost přeměňovat cukry na alkohol a oxid uhličitý - probíhá u nich tzv. alkoholové kvašení.
Odbourávání sacharidů (rozklad = katabolismus sacharidů) označuje proces degradace glukosy. Během tohoto procesu dochází k oxidaci glukosy, přičemž se uvolňuje energie, která se ukládá do molekul ATP. První fáze odbourávání glukosy se nazývá glykolýza a probíhá v cytoplasmě buněk. V této fázi se 6-uhlíkatá látka (glukosa) přeměňuje na 3-uhlíkatou - pyruvát. Každá reakce této přeměny je katalyzována určitým enzymem. ,,Čistý“ výtěžek tohoto procesu jsou 2 molekuly ATP a 2 molekuly redukovaného koenzymu NADH+H+.
V další fázi existují 3 cesty přeměny pyruvátu - 2 anaerobní (alkoholové a mléčné kvašení) a 1 aerobní (citrátový cyklus). Ve všech třech případech ovšem musí dojít k regeneraci redukovaných koenzymů, aby odbourávání mohlo neustále probíhat. Kvasinky obsahují enzymy, které umožňují přeměňovat pyruvát na ethanol a oxid uhličitý.
Alkoholové kvašení pokračuje v cytoplasmě buněk. Za anaerobních podmínek pyruvát v prvním kroku podléhá dekarboxylaci - vzniká acetaldehyd a uvolňuje se oxid uhličitý. V druhém kroku je acetaldehyd redukován na ethanol, vzniká oxidovaná forma - NAD+, došlo tedy k regeneraci redukovaného koenzymu, který může být nadále využíván v procesu glykolýzy. Obě tyto reakce jsou katalyzovány specifickými enzymy - první pyruvátdekarboxylasou, v případě druhé rovnice se jedná o enzym alkoholdehydrogenasa.
Druhou anaerobní cestou odbourávání glukosy je mléčné kvašení (vzniká laktát), aerobní cesta vede přes citrátový cyklus, redukované koenzymy jsou následně regenerovány v dýchacím řetězci. Aerobní cestou se získá nejvíce molekul ATP, tedy nejvíce energie uložené do tzv. makroergických vazeb, jejichž hydrolýzou se tato energie použije pro další procesy v buňce. Bez přístupu kyslíku však dokáží kvasinky rozštěpit pouze jednu vazbu, čímž se uvolňuje jen málo energie (což znamená pomalý růst). A to, co zbývá je vyloučeno z buňky jako odpadní produkt - etanol.
Tohoto procesu alkoholového kvašení se využívá při výrobě piva (vzniká ethanol), při výrobě vína, ale také při pečení (přesněji kynutí těsta). V tomto případě vznikající oxid uhličitý způsobuje kynutí těsta. Fermentace je metabolický proces, při kterém mikroorganismus (kvasinky, bakterie) přeměňuje sacharidy, jako je cukr nebo škrob, na alkohol nebo kyselinu. Kvasinky představují životně důležité mikroorganismy v potravinářském průmyslu (zejména při výrobě chleba). Při výrobě potravin se nejčastěji používají pekařské kvasinky „Saccharomyces cerevisiae“ (také známé jako pivovarské kvasnice) a jejich různé druhy.
Kvašení je jedním z nejdůležitějších procesů při výrobě vína. Právě během kvašení dochází k přeměně přírodních cukrů obsažených v hroznovém moštu na alkohol a oxid uhličitý. Tento přirozený biologický proces určuje nejen obsah alkoholu, ale také chuť, aroma, strukturu a celkový charakter budoucího vína. Po sklizni a zpracování hroznů vzniká hroznový mošt obsahující cukry, kyseliny a další přírodní látky. Kvasinky jsou mikroorganismy, které celý proces kvašení zajišťují. Nacházejí se přirozeně na slupkách hroznů a v prostředí vinařství. Jsou speciálně vyšlechtěné pro vinařské účely.
U většiny vín trvá hlavní kvašení přibližně jeden až tři týdny. Mošt bývá oddělen od slupek ještě před zahájením kvašení. Kvašení probíhá společně se slupkami modrých hroznů. Burčák představuje přechodnou fázi mezi moštem a vínem. Kvašení neovlivňuje pouze obsah alkoholu. Během kvašení vznikají také aromatické látky určující budoucí charakter vína. Teplota, délka kvašení, druh kvasinek i kvalita moštu mají zásadní vliv na výsledné víno.
Ke kvašení piva jsou zapotřebí kvasinky. Kvasinky během kvašení přeměňují glukózu na oxid uhličitý a etanol. Toto kvašení nepotřebuje žádný kyslík. Musí být správná teplota a dostatek potravy (glukózy), aby kvasinky mohly vykonávat svou práci. Mnoho pivovarníků si klade otázku, jaká je optimální doba kvašení piva. Dobu kvašení nemůžeme ovlivnit. Regulace teploty je velmi důležitou součástí procesu kvašení a lze ji měnit i v průběhu kvašení. Každý kmen kvasinek má svůj teplotní rozsah, ve kterém nejlépe pracuje. Různé teploty v tomto rozmezí ovlivňují fermentovatelnost různých kvasinek. Čím vyšší je teplota kvašení mimo teplotní rozsah určený kvasinkami, tím větší je pravděpodobnost, že se v pivu objeví vedlejší chutě a nežádoucí vlastnosti. Při použití nižších teplot může někdy dojít ke stagnaci, prodloužení doby kvašení nebo potížím s dosažením normální úrovně kvašení.
Kvašení nezačíná vždy hned. Na začátku je stále přítomen kyslík, který umožňuje kvasinkám dýchat místo kvašení. Při dýchání kvasinky využívají kyslík k rozkladu glukózy. Základní proces kvašení piva je stejný jako u běžného kvasnicového kvašení. Glukóza se mění na etanol (alkohol) a oxid uhličitý. Častou chybou začínajících vinařů je, že k měření průběhu kvašení používají vzdušný uzávěr na kvasné nádobě. Existuje pouze jeden způsob, jak zjistit, zda pivo dokvasilo - pomocí hydrometru nebo refraktometru. Obecným doporučením, jak poznat, kdy je pivo hotové a připravené k balení, je získat stabilní hodnotu specifické hmotnosti (SG) během 2-3 dnů. Po vykvašení nechte pivo několik dní odstát. Pivo se tak usadí a vyčistí a kvasinky se na dně kvasné nádoby vyflokují. Po ukončení fermentace je možné okamžité balení.
Pro svůj růst potřebují kvasinky aminokyseliny, enzymy, minerální látky, a také energii získanou z cukru. To vše potřebují k tvorbě nových proteinů (vytvářením vazeb mezi aminokyselinami) a k provádění mnoha enzymatických reakcí uvnitř buňky. Balení dobrých turbo-kvasinek obsahuje všechny tyto důležité růstové složky dohromady a tuto směs nazýváme „živné kvasinky“. Pokud provádíme fermentaci čistého cukru pouze pomocí obyčejných kvasinek, získáme jen malé množství alkoholu. Je to proto, že kvasinky potřebují nejen cukr, ale i všechny ostatní výživné látky.
Kvasinky přeměňují glukosu (cukr - sacharosa je složena z α-D-glukosy a β-D-fruktosy) na ethanol a oxid uhličitý, který uniká. Kromě etanolu vylučují kvasinky dalších 1300 substancí, v podstatě prchavých nestabilních látek. Tyto látky můžeme rozdělit do těchto kategorií: vyšší alkoholy (přiboudliny), estery, karbonylové sloučeniny, organické kyseliny, sirné sloučeniny. Všechny fermentované alkoholické nápoje tyto další látky a substance obsahují. A je jedno, jestli jsou vyrobeny po domácku nebo průmyslově. V podstatě je to právě konkrétní množství konkrétních typů těchto látek, které např. dávají tmavému rumu chuť a aroma tmavého rumu, a způsobují, že whisky chutná jako whisky.
Při domácí výrobě alkohole je důležité získat čistý etanol bez příměsí. Nepotřebné a těkavé látky chceme potlačit. Po destilaci se proto k jejich odstranění používá aktivní uhlí. Ale i velmi kvalitní aktivní uhlí odstraní pouze část nechtěných příměsí. Proto je velmi důležité už zpočátku postupovat tak, aby se vytvořilo co nejmenší množství takovýchto vedlejších těkavých příměsí. Volba správných kmenů kvasinek a živných látek má velmi důležitý vliv na nízkou produkci těkavých látek při kvašení. Ten správný první krok je koupit si správné turbo-kvasinky od renomovaného výrobce.
Všechny znázorněné pokusy smí provádět pouze osoby s odborným vzděláním chemického zaměření a to pouze při dodržení všech bezpečnostních pravidel a postupů a v prostorách k tomu určených. Předem je vždy nutné se důkladně seznámit s vlastnostmi jednotlivých chemických látek prostřednictvím příslušných bezpečnostních listů, s jejich nebezpečnými vlastnostmi a pokyny pro bezpečné zacházení, skladování i likvidaci. Videa mají sloužit především jako ilustrace vlastností látek, nikoliv jako návod k provedení pokusu. Jakékoliv napodobování činností na videu je pouze na vlastní nebezpečí.
Do Erlenmayerovy baňky dejte 2 velké lžičky krystalového cukru (sacharosy). K cukru v baňce nadrobte půlku kostky kvasnic a zalijte 200 ml vlažné vody. Obsah baňky promíchejte krouživými pohyby. Na hrdlo baňky umístěte balonek a nechte stát v teple. V tomto pokusu jsme tedy pozorovali alkoholové kvašení, které provádí kvasinky - tento proces probíhá právě při kynutí těsta.
V této fázi se kvasinkové buňky probudí. Začnou hledat potravu jako člověk, například kyslík, minerály a aminokyseliny. Všechen cukr se spotřebuje a začne se měnit z mléčně bílé na žlutou a hnědou. V této fázi ještě nedosáhla zkvašená mladina, známá jako "zelené" pivo, správné rovnováhy chutí. Může dojít k zastavení činnosti vzduchové komory (nebo bublinek) a k zastavení konvekce. Kvasinky v tomto okamžiku většinu času spí a visí na dně fermentoru. Oxid uhličitý provzdušňuje těsto během pečení, zatímco alkohol se při vysokých teplotách pečení odpařuje.
| Fáze | Místa děje | Hlavní produkty |
|---|---|---|
| Glykolýza | cytoplazma | 2 ATP, 2 NADH, 2 pyruvát |
| Alkoholové kvašení | cytoplazma | ethanol, CO2, regenerace NAD+ |
| Aerobní dýchání | mitochondrie (eukaryotické buňky) | CO2, H2O, velké množství ATP |
Copyright © pohodanovapec.cz
