Bira Şişeden Neden Taşar? Gushing ve Küf Hidrofobinleri

Kapağı açtığınız anda biranın şişeden fışkırıp yarısının yere döküldüğü olur. Çoğu zaman suçlu sarsılmış bir şişe ya da sıcak bir dolaptır. Bira yapımcılarının "gushing" dediği olay ise başkadır: hiç sarsılmamış, doğru sıcaklıkta tutulmuş bir şişe de kendiliğinden köpürüp taşar. Bu taşmanın bilinen nedenlerinden biri, arpa ya da buğday tarlada veya maltlama sırasında küf kaptığında maltla biraya taşınan çok küçük küf proteinleridir. Bu yazı o proteinlerin ne olduğunu, karbondioksit kabarcığıyla nasıl etkileştiğini ve aynı sorunun köpüklü şarapta nasıl ortaya çıktığını anlatıyor.

Tarladaki küf, şişedeki köpük

Arpanın ve maltın küf mantarlarıyla, özellikle Fusarium türleriyle enfekte olması, biranın kendiliğinden taşmasının doğrudan nedenlerinden biridir; araştırmacılar daha önce küçük küf proteinleri olan hidrofobinlerin birada bu taşmayı başlatan etkenler olarak davrandığını göstermiştir (Sarlin ve ark., 2012). Fusarium graminearum ve yakın akrabası F. culmorum, kirlenmiş bira maltı kullanıldığında şişelenmiş biranın aşırı köpürmesiyle ilişkilendirilmiştir; bu mantarların buğday ya da arpa üzerinde tarlada veya maltlama sırasında ürettiği yüzey etkin hidrofobinler kabarcık oluşumunu ve kararlılığını etkileyebilir (Denschlag ve ark., 2012).

Hidrofobinlerin genel biyolojisi, yani küf ipliklerinin havaya uzanırken neden su itici bir kılıf giydiği, hidrofobin nedir yazısında ayrıntılı anlatılıyor. Burada konu bu proteinlerin içecekteki fiziği.

Proteini tek başına denemek

Bir proteinin taşmaya neden olduğunu göstermenin yolu onu ayrı üretip içeceğe eklemektir. F. culmorum'un sınıf II hidrofobini FcHyd5p, Pichia pastoris mayasında üretildiğinde yüzeyleri ıslanabilir hâle getirmiş ve sulu çözeltilerde hava kabarcıklarını kararlı kılmıştır; bu proteini üreten klonun kültür sıvısındaki köpük 72 saatten uzun süre dağılmazken, yabanıl suşun köpüğü iki saatte dağılmıştır (Stübner ve ark., 2010).

Aynı çalışmada bu klonun dondurularak kurutulmuş kültür sıvısından 2 mg eklenmesi, 500 ml biradan 252 ml (yüzde 50) ve 330 ml karbonatlı sudan 179 ml (yüzde 54) sıvının taşarak kaybolmasına yol açmış; işlemsiz bira ve su ile yabanıl suşun sıvısı eklenmiş örneklerde taşma görülmemiştir (Stübner ve ark., 2010). Yüksek saflıkta 215 µg FcHyd5p eklenmesi ise 500 ml biradan 77 ml kayba neden olmuştur (Stübner ve ark., 2010).

Finlandiya'daki araştırmacılar F. graminearum genomunda hidrofobin genlerini aramış, F. graminearum ve F. poae'den birer geni Trichoderma reesei'de üretmiş ve GzHYD5 ile FpHYD5 adı verilen bu proteinlerin milyonda 0,003 kısım gibi çok düşük derişimlerde biranın şiddetle taşmasına yol açtığını gözlemiştir (Sarlin ve ark., 2012). Bu derişim, küf proteininin biraya gram gram değil, eser düzeyde karışmasının bile yeterli olabileceğini gösteriyor.

Kabarcığın fiziği

Taşmanın arkasındaki fizik henüz tam çözülmüş değildir; ama deneyler ipuçları verir. Karbonatlı suya model bira bileşenleri olarak sinapik, vanilik, ferulik, sinamik ve palmitik asit eklenerek yapılan bir çalışmada, taşmanın sudaki çözünmüş moleküler karbondioksitin ne ölçüde kararlı hâle getirildiğine bağlı olduğu bulunmuştur (Aydın ve ark., 2014). Bunun için karbondioksitin oksijen atomlarıyla hidrojen bağı kurabilen işlevsel gruplar gerekir; maddelerin çözünürlüğü de bu grupların ne kadarının etkileşime hazır kaldığını belirler (Aydın ve ark., 2014).

Hidrofobin tarafında açıklama, proteinin yüzeyindeki su itici bölgede yoğunlaşır. İyi incelenmiş bir hidrofobin olan HFBI ile yapılan deneylerde, apolar moleküller karbondioksitle bu su itici bölge için rekabet etmiş ve böylece CO2 ile nano kabarcık oluşumu azalmıştır (Shokribousjein ve ark., 2015). Kızılötesi spektroskopi bu etkileşimin kovalent bağ ya da hidrojen bağı olmadığını göstermiş; apolar moleküllerle karıştırılan proteinin taşma yeteneği belirgin biçimde bozulmuştur (Shokribousjein ve ark., 2015).

Basitleştirerek söylersek: hidrofobin, karbondioksiti çok küçük kabarcık tohumları hâlinde toplayan bir yüzey sağlar. Kapak açılıp basınç düştüğünde bu tohumlar aynı anda büyür ve biranın büyük bölümünü şişeden dışarı taşır.

Küf bu proteini neden üretiyor

Hidrofobin biracıların derdi olsa da küf için bir yaşam aracıdır. F. graminearum'da hyd5 geni silinmiş mutantlarla yapılan bir çalışmada FgHyd5p'nin koloni ve hif biçimini etkilemediği, ama havadaki miselin su iticiliğini ve konidyum biçimini etkilediği görülmüştür (Minenko ve ark., 2014). Gen, mantar su itici yüzeylerde büyürken ifade edilmiş; karbon ve azot kaynağı ya da pH değişiklikleri bu ifadeyi etkilememiştir (Minenko ve ark., 2014).

Malt nasıl denetleniyor

Sorunun kaynağı maltta olduğu için denetim de orada başlar. Hyd5 genine dayanan bir LAMP testi, 99 farklı mantar türünün DNA'sıyla denendiğinde yalnızca yakın akraba F. graminearum, F. culmorum, F. cerealis ve F. lunulosporum DNA'sıyla çoğalma vermiş; 0,74 pg saf hedef DNA'yı, yani tepkime başına yaklaşık 20 kopyayı, basit bir ısıtma bloğunda 30 dakikada saptayabilmiştir (Denschlag ve ark., 2012). Test, enfeksiyonsuz arpa içindeki yüzde 0,5 oranında enfekte taneyi, tanelerin yüzey yıkama suyundan başka hazırlık yapmadan ortaya çıkarmıştır (Denschlag ve ark., 2012).

Köpüklü şarapta aynı sorun

Bira dışında da taşan içkiler vardır. Üzümle ilişkili 58 Penicillium ve Aspergillus izolatı yüzey etkinliği açısından taranmış, 36 Penicillium izolatı model bir sistemde denenmiş ve taşmayı başlatma potansiyeli Penicillium oxalicum izolatlarında öne geçmiştir; bu mantarın hücre dışı proteinlerinden ikisi taşmayla ilişkilendirilmiştir (Vogt ve ark., 2017). Yazarlar, köpüklü şarapta birincil taşmanın varlığını ilk kez bu çalışmanın öne sürdüğünü belirtmiştir (Vogt ve ark., 2017).

Elma ve üzümde mavi küf yapan Penicillium expansum'un yaklaşık 40 suşu incelendiğinde suşların çoğu yüzey etkin bileşikler salgılamış ve taşmaya yol açmış; köpüklü şarap karbonatlı sudan daha şiddetli taşmıştır (Frisch ve ark., 2021). Kültür sıvısında öne çıkan 20 kDa'lık PEX2_044840 proteini Pichia pastoris'te üretildiğinde, köpüklü şaraba mililitrede 30 µg ve üzeri eklendiğinde taşma başlatmıştır (Frisch ve ark., 2021). Şişede ikinci mayalanmanın kendisi şampanya yönteminde maya otolizi yazısında anlatılıyor.

Şişedeki aşırı karbondioksitin bir başka kaynağı, dekstrinleri de mayalandıran mayalardır; bu konu diastaticus mayası yazısının konusu. Bira mayasının fermantasyon sonunda dibe çökmesi ise bira mayası flokülasyonu yazısında.

Bilimsel referanslar

Aydın, A.A. et al. (2014). Investigation of overfoaming activities and gushing mechanisms of individual beer ingredients as model substances in bottled carbonated water. J Sci Food Agric, 94(10), 2083-2089. PMID 24338803. DOI 10.1002/jsfa.6528.

Denschlag, C. et al. (2012). Hyd5 gene-based detection of the major gushing-inducing Fusarium spp. in a loop-mediated isothermal amplification (LAMP) assay. Int J Food Microbiol, 156(3), 189-196. PMID 22554927. DOI 10.1016/j.ijfoodmicro.2012.03.009.

Frisch, L.M. et al. (2021). Studies on the gushing potential of Penicillium expansum. Food Res Int, 139, 109915. PMID 33509482. DOI 10.1016/j.foodres.2020.109915.

Minenko, E. et al. (2014). Significance of the class II hydrophobin FgHyd5p for the life cycle of Fusarium graminearum. Fungal Biol, 118(4), 385-393. PMID 24742833. DOI 10.1016/j.funbio.2014.02.003.

Sarlin, T. et al. (2012). Identification and characterization of gushing-active hydrophobins from Fusarium graminearum and related species. J Basic Microbiol, 52(2), 184-194. PMID 21780148. DOI 10.1002/jobm.201100053.

Shokribousjein, Z. et al. (2015). Mechanism of Nonpolar Model Substances to Inhibit Primary Gushing Induced by Hydrophobin HFBI. J Agric Food Chem, 63(18), 4673-4682. PMID 25891388. DOI 10.1021/acs.jafc.5b01170.

Stübner, M. et al. (2010). Heterologous expression of the hydrophobin FcHyd5p from Fusarium culmorum in Pichia pastoris and evaluation of its surface activity and contribution to gushing of carbonated beverages. Int J Food Microbiol, 141(1-2), 110-115. PMID 20442005. DOI 10.1016/j.ijfoodmicro.2010.03.003.

Vogt, E.I. et al. (2017). Evidence of gushing induction by Penicillium oxalicum proteins. J Appl Microbiol, 122(3), 708-718. PMID 27930840. DOI 10.1111/jam.13366.

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