Buğday Birasında Karanfil Kokusu: 4-Vinilguaiakol ve Mayanın İki Geni

Bir Alman buğday birasında karanfili andıran baharatlı bir koku beklenir. Aynı koku bir sake şişesinde ya da bir lager birasında kusur sayılır. İkisinin arkasında da aynı molekül vardır: 4-vinilguaiakol. Bu molekül tahılın hücre duvarındaki ferulik asitten doğar ve onu doğuran adımı çoğunlukla mayanın iki geni atar. Bu yazı 4-vinilguaiakolün kaynağını, bazı endüstriyel mayaların bu yeteneği neden yitirdiğini, molekülün şişede yaşlandıkça neye dönüştüğünü ve sake yapımındaki karşılığını anlatıyor.

Tahıldaki öncül: ferulik asit

Ferulik asidin serbest kalması ve ardından ısıyla ya da enzimle karboksil grubunu kaybederek 4-vinilguaiakole dönüşmesi bira üretim sürecinin doğal bir parçasıdır; buğday ya da buğday maltıyla yapılan biralarda bu molekülden gelen fenolik, ilaçsı ya da karanfil benzeri tatlar sık görülür (Coghe ve ark., 2004). Farklı oranlarda arpa maltı, buğday ve buğday maltıyla bira yapılıp aşamalar boyunca ölçüldüğünde ferulik asit mayşelemenin ilk evresinde serbest kalmış, şıranın kaynatılması ise orta düzeyde 4-vinilguaiakol oluşturmuştur (Coghe ve ark., 2004).

Asıl fark fermantasyonda ortaya çıkmıştır. Pof(+) fenotipli bira mayası suşlarıyla yapılan fermantasyonlarda daha yüksek düzeyde fenolik aroma bileşiği oluşmuş; arpa maltıyla yapılan birada ferulik asit çoğunlukla bira yapımı sırasında serbest kalırken buğday ya da buğday maltıyla yapılan birada ferulik asidin yüzde 60-90'ı fermantasyon sırasında hidrolize olmuştur (Coghe ve ark., 2004). Tahıl enzimleri şıra kaynatılırken büyük olasılıkla etkisiz kaldığı için yazarlar fermantasyondaki bu ek salımın bira mayasının ürettiği feruloil esterazlara işaret ettiğini öne sürmüştür (Coghe ve ark., 2004).

Mayanın iki geni: PAD1 ve FDC1

Saccharomyces cerevisiae, ferulik asit, p-kumarik asit ve sinamik asit gibi fenilakrilik asitleri uçucu fenollere çevirir ve bu fenoller bira ile şarapta istenmeyen tatlara yol açar (Mukai ve ark., 2010). Gen silme mutantları, dönüştürülmüş suşlar ve hücresiz özütlerle yapılan deneyler, yan yana duran PAD1 ve FDC1 genlerinin her ikisinin de bu dönüşüm için gerekli olduğunu göstermiştir (Mukai ve ark., 2010).

Bu iki protein bakterilerde ubikinon sentez yolundaki UbiX ve UbiD ile benzerdir; ancak tekli ve çift silme mutantlarının hepsinde ubikinon ölçülebilir düzeyde bulunmuş, yani mayada ubikinon yapımı bu genlere bağlı kalmamıştır (Mukai ve ark., 2010). FDC1 enziminin 2,35 Å çözünürlükteki X-ışını kristal yapısında p-kumarik asidin dönüşüm ürünü 4-vinilfenolün konumu, büyük ve hidrofobik bir boşluğu etkin bölge olarak göstermiş; zincirler arasındaki bir ilmeğin esnekliğinin etkin bölgeye girişe izin verdiği düşünülmüştür (Bhuiya ve ark., 2015).

Bazı mayalar bu yeteneği neden kaybetti

Alkollü içki üretiminde kullanılan endüstriyel mayalar arasında şarap ve buğday birası (weizen) mayalarının çoğu ferulik asidi 4-vinilguaiakole çevirirken sake, shochu, üstten mayalanan ve alttan mayalanan bira mayaları ferulik asidi dönüştürememektedir (Mukai ve ark., 2014). Gen dizileri incelendiğinde standart üstten mayalanan mayanın PAD1 geninde bir anlamsız mutasyon; sake, shochu ve standart üstten mayalanan mayaların FDC1 geninde anlamsız mutasyon; alttan mayalanan mayanın FDC1 geninde ise bir çerçeve kayması bulunmuştur (Mukai ve ark., 2014).

Laboratuvar, şarap ve weizen mayalarında bu tür mutasyonlar görülmemiş; sake ve shochu mayalarına sağlam bir FDC1 geni eklendiğinde dönüşüm yeteneği geri gelmiştir (Mukai ve ark., 2014). Bira mayalarının genom tarihi bira mayasının evcilleşmesi yazısında, lager mayasının kökeni ise lager mayasının kökeni yazısında anlatılıyor.

Koku istendiğinde

Buğday birasında bu aromayı artırmak için de çalışılmıştır. Bacillus pumilus kaynaklı bir ferulik asit dekarboksilazı bira mayasında ifade edildiğinde 4-vinilguaiakol miktarı yüzde 34 artmış ve ferulik asidin tüketim süresi 48 saatten 12 saate inmiştir (Xu ve ark., 2020). Enzim hücre dışına salgılanacak biçimde düzenlendiğinde üstten mayalanmış buğday birasında litrede yaklaşık 3 mg 4-vinilguaiakol üretilmiş, bu da kontrole göre yüzde 61'lik bir artış olmuştur (Xu ve ark., 2020).

Şişede karanfilden vanilyaya

Molekül şişede sabit kalmaz. Zorla yaşlandırılmış bira model çözeltilerinde ve doğal yoldan yaşlanmış biralarda 4-vinilguaiakoldeki azalmanın yüzde 85'e varan kısmını vanilin ve apokinol karşılamış; vanilin yalnızca şişenin tepe boşluğunda kayda değer miktarda oksijen varken saptanmış, ana parçalanma ürünü apokinolün oluşumu ise biranın pH'ına güçlü biçimde bağlı çıkmıştır (Vanbeneden ve ark., 2008). İki ürün de belirgin bir vanilya kokusu taşıdığı için yazarlar, taze buğday biralarındaki karanfil kokusunun yaşlanmayla daha tatlı, vanilyamsı bir izlenime kayabileceğini öne sürmüştür (Vanbeneden ve ark., 2008).

Sakede kusur, koji küfünde kaynak

4-vinilguaiakol sakede sık rastlanan kusurlu kokulardan biridir; öncülü olan ferulik asit pirinç endosperminin hücre duvarından gelir ve sake yapımında onu serbest bırakan feruloil esterazın Aspergillus oryzae'den ya da Saccharomyces cerevisiae'den kaynaklandığı düşünülür (Todokoro ve ark., 2022). A. oryzae'nin FaeA adlı feruloil esterazı genom düzenlemeyle devre dışı bırakılan bir suşla hazırlanan kojiyle sake yapıldığında 4-vinilguaiakol miktarı kontrolün yaklaşık yüzde 10'una inmiş ve duyusal değerlendirmede koku neredeyse algılanmamıştır (Todokoro ve ark., 2022).

Koji küfünün sake ve soya sosundaki genel işi Aspergillus oryzae ve koji yazısında, sake mayasının kendisi ise sake mayası yazısında anlatılıyor. Bira ve şarapta fenolik kokuların bir başka kaynağı olan maya Brettanomyces yazısında.

Bilimsel referanslar

Bhuiya, M.W. et al. (2015). Structure and mechanism of ferulic acid decarboxylase (FDC1) from Saccharomyces cerevisiae. Appl Environ Microbiol, 81(12), 4216-4223. PMID 25862228. DOI 10.1128/AEM.00762-15.

Coghe, S. et al. (2004). Ferulic acid release and 4-vinylguaiacol formation during brewing and fermentation: indications for feruloyl esterase activity in Saccharomyces cerevisiae. J Agric Food Chem, 52(3), 602-608. PMID 14759156. DOI 10.1021/jf0346556.

Mukai, N. et al. (2010). PAD1 and FDC1 are essential for the decarboxylation of phenylacrylic acids in Saccharomyces cerevisiae. J Biosci Bioeng, 109(6), 564-569. PMID 20471595. DOI 10.1016/j.jbiosc.2009.11.011.

Mukai, N. et al. (2014). Single nucleotide polymorphisms of PAD1 and FDC1 show a positive relationship with ferulic acid decarboxylation ability among industrial yeasts used in alcoholic beverage production. J Biosci Bioeng, 118(1), 50-55. PMID 24507903. DOI 10.1016/j.jbiosc.2013.12.017.

Todokoro, T. et al. (2022). Aspergillus oryzae FaeA is responsible for the release of ferulic acid, a precursor of off-odor 4-vinylguaiacol in sake brewing. J Biosci Bioeng, 133(2), 140-145. PMID 34815172. DOI 10.1016/j.jbiosc.2021.11.001.

Vanbeneden, N. et al. (2008). Decrease of 4-vinylguaiacol during beer aging and formation of apocynol and vanillin in beer. J Agric Food Chem, 56(24), 11983-11988. PMID 19053838. DOI 10.1021/jf8019453.

Xu, L. et al. (2020). Increasing the level of 4-vinylguaiacol in top-fermented wheat beer by secretory expression of ferulic acid decarboxylase from Bacillus pumilus in brewer's yeast. Biotechnol Lett, 42(12), 2711-2720. PMID 32761466. DOI 10.1007/s10529-020-02980-4.

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: 7  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya