Bira Mayası Neden Dibe Çöker: Flokülasyonun Bilimi

Bira fermantasyonunun sonunda tankın dibinde biriken krem kıvamındaki tabaka, mayanın kendiliğinden yaptığı bir işin sonucudur. Hücreler birbirine yapışıp topak oluşturur ve topaklar çöker; bu olaya flokülasyon denir. Bira mayası suşlarında flokülasyon normalde büyümenin durağan evresinde başlar (Stratford ve ark., 1993). Bu yazı hücrelerin birbirini nasıl tanıdığını, kalsiyumun bu işteki rolünü, FLO gen ailesini ve flokülasyonun bira yapımında neden hem istenen hem de sorun çıkaran bir özellik olduğunu anlatıyor.

Hücreler nasıl yapışır

1982'de önerilen modele göre topaklanan hücrelerde komşu hücrelerin alfa-mannan bölgelerine bağlanan bir tanıma etkeni vardır ve bu etken tek, baskın bir gen olan FLO1'in ifadesine bağlı olabilir (Miki ve ark., 1982). Elektron mikroskobu, hücre kümelenmesinin hücre duvarlarının mannan katmanları arasındaki yoğun etkileşimlerle gerçekleştiğini göstermiş; flokülasyon için kalsiyum iyonları, alfa-mannan karbonhidratları ve proteinler gerekli bulunmuştur (Miki ve ark., 1982). Flokülasyon kalsiyuma bağımlı çıkmış, ama belirli koşullarda magnezyum ve mangan iyonları kalsiyumun yerini alabilmiştir (Miki ve ark., 1982).

Bu proteinler lektin gibi davranır, yani belirli şekerleri tanıyıp onlara bağlanır. Bira mayalarında lektinlerin üstel büyüme evresinde sentezlenip hücre duvarına yerleştirildiği, 14 saate kadar etkisiz kaldığı ve flokülasyon başladığında henüz bilinmeyen bir mekanizmayla etkinleştiği gösterilmiştir (Stratford ve ark., 1993). Mayanın hücre duvarının genel yapısı mantar hücre duvarı yazısında anlatılıyor.

Lektin mi, kalsiyum köprüsü mü

Uzun süre iki açıklama yan yana durdu: genel kabul gören lektin hipotezi ve tarihsel olarak ilk önerilen kalsiyum köprüsü hipotezi (Goossens ve ark., 2015). Flo1p ve lager mayasındaki karşılığı Lg-Flo1p'nin bağlanma bölgelerinin atom düzeyindeki yapıları çözüldüğünde, iki proteinin benzer bağlanma mekanizmalarına ama farklı şeker özgüllüklerine ve ilgilerine sahip olduğu görülmüştür (Goossens ve ark., 2015). Flo1p'nin kendi şeker zincirleri arasındaki etkileşimlerin de hücre-hücre yapışmasına önemli katkı yaptığı gösterilmiş; kalsiyum hem şekerin proteine bağlanmasında görev almış hem de şeker zincirleri yalnız kalsiyum varken kümelenmiştir (Goossens ve ark., 2015). Bu sonuçlar iki hipotezi birleştirir (Goossens ve ark., 2015).

Aynı çalışma flokülasyonun yeni bir rolünü de ortaya koymuştur: topaklanan hücrelerde eşleşme verimi artmış ve topak, hücre birleşmesi ile eşleşmeyi başlatmaya uygun bir mikro ortam sağlamıştır (Goossens ve ark., 2015). Yazarlara göre flokülasyon, mayanın uzun vadeli hayatta kalma şansını artıran önemli bir mekanizmadır (Goossens ve ark., 2015).

FLO gen ailesi

Doğadan alınan bütün S. cerevisiae suşları yapısal olarak benzer dört ya da daha fazla bağımsız FLO geni taşır: FLO1, FLO5, FLO9 ve FLO10; genler esas olarak ifadeleriyle ortaya çıkan topaklanmanın derecesiyle ayrılır (Rossouw ve ark., 2015). Bu ailenin bir başka üyesi FLO11, hücre yüzeyinde yer alan bir flokülindir; FLO11 bozulduğunda flokülasyon ortadan kalkmış ve öteki flokülinlerden farklı olarak telomer yerine sentromere yakın konumlandığı, ifadesinin de eşleşme tipine göre düzenlendiği görülmüştür (Lo ve ark., 1996).

Bu genlerin açılıp kapanması da incelenmiştir. Daha önce nişasta yıkımıyla ilişkilendirilen düzenleyici protein Mss11p'nin Flo8p ile birlikte flokülasyonu güçlü biçimde başlattığı ve bu süreçte ana hedef genin FLO1 olduğu gösterilmiş; MSS11 silindiğinde maya topaklanmayan bir fenotipe dönmüştür (Bester ve ark., 2006).

Tankta: yaş, malt ve erken çökme

Mayanın yaşı da topaklanmayı etkiler. Yaşa göre ayrılmış lager mayası popülasyonlarında yaşlı hücreler karışık yaşlı ya da hiç bölünmemiş hücrelerden daha verimli ve hızlı fermente etmiş; hücrelerin flokülasyon potansiyeli ve yüzey hidrofobikliği yaşla birlikte artmıştır (Powell ve ark., 2003).

Flokülasyonun zamanlaması hassas bir ayardır: maya çok erken çökerse iş yarım kalabilir. Malt kaynaklı erken maya flokülasyonu, bira fermantasyonlarında mayanın olağandışı ağır ve bazen erken topaklanmasıyla tanımlanan, maltçılık ve biracılık için zaman zaman ortaya çıkan bir sorundur (Panteloglou ve ark., 2012). Fermantasyonun sonuna doğru sıvıda kalan maya sayısının düşmesi aroma kusurlarına ve şekerin alkole eksik dönüşmesine yol açabilir; sorunun ortaya çıkıp çıkmaması arpanın kalitesine, maltçılık sürecine ve büyük ölçüde kullanılan maya suşuna bağlıdır (Panteloglou ve ark., 2012).

Karışık topaklar

Şarap fermantasyonunda S. cerevisiae çok sayıda başka mayayla birlikte büyür. Şarapla ilişkili Saccharomyces dışı türlerin birçok suşunun verimli biçimde topaklanabildiği ve hem topaklanan hem de topaklanmayan S. cerevisiae suşlarının bu türlerin bazılarıyla karışık türlü topaklar oluşturduğu gösterilmiştir (Rossouw ve ark., 2015). Farklı FLO genleri bu ortak topaklanmayı farklı biçimde etkilemiş, bazı türlerle yapışmayı kolaylaştırırken bazılarını dışarıda bırakmıştır (Rossouw ve ark., 2015). Topaklanmanın damıtım evlerinde maya seçimine nasıl girdiği cachaça fermantasyonunda mayalar yazısında anlatılıyor. Şarap mayasının fermantasyondaki genel işleyişi şarap mayası nasıl çalışır yazısında, topaklanmasıyla bilinen Norveç çiftlik mayaları kveik yazısında, ilk saf kültür lager mayasının öyküsü ise Unterhefe No. 1 yazısında.

Bilimsel referanslar

Bester, M.C. et al. (2006). The regulation of Saccharomyces cerevisiae FLO gene expression and Ca2+ -dependent flocculation by Flo8p and Mss11p. Curr Genet, 49(6), 375-83. PMID 16568252. DOI 10.1007/s00294-006-0068-z.

Goossens, K.V. et al. (2015). Molecular mechanism of flocculation self-recognition in yeast and its role in mating and survival. mBio, 6(2), e00427-15. PMID 25873380. DOI 10.1128/mBio.00427-15.

Lo, W.S. & Dranginis, A.M. (1996). FLO11, a yeast gene related to the STA genes, encodes a novel cell surface flocculin. J Bacteriol, 178(24), 7144-51. PMID 8955395. DOI 10.1128/jb.178.24.7144-7151.1996.

Miki, B.L. et al. (1982). Possible mechanism for flocculation interactions governed by gene FLO1 in Saccharomyces cerevisiae. J Bacteriol, 150(2), 878-89. PMID 7040343. DOI 10.1128/jb.150.2.878-889.1982.

Panteloglou, A.G. et al. (2012). Malt-induced premature yeast flocculation: current perspectives. J Ind Microbiol Biotechnol, 39(6), 813-22. PMID 22307761. DOI 10.1007/s10295-012-1086-0.

Powell, C.D. et al. (2003). The impact of brewing yeast cell age on fermentation performance, attenuation and flocculation. FEMS Yeast Res, 3(2), 149-57. PMID 12702447. DOI 10.1016/S1567-1356(03)00002-3.

Rossouw, D. et al. (2015). Co-Flocculation of Yeast Species, a New Mechanism to Govern Population Dynamics in Microbial Ecosystems. PLoS One, 10(8), e0136249. PMID 26317200. DOI 10.1371/journal.pone.0136249.

Stratford, M. & Carter, A.T. (1993). Yeast flocculation: lectin synthesis and activation. Yeast, 9(4), 371-8. PMID 8511967. DOI 10.1002/yea.320090407.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 8  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya