Kvasci su mikroorganizmi koji imaju široku primjenu u industriji. Koriste se od davnina u tradicionalnoj proizvodnji vina, piva i pekarskih proizvoda. Osim u biotehnologiji, koriste se i u prehrambenoj industriji kao dodatak prehrambenim proizvodima, najčešće kao pekarski kvasac ili osušena biomasa. Danas se različiti kvasci, najčešće selektirani i konstruirani metodama genetičkog inženjerstva, često koriste i u farmaceutskoj proizvodnji novih lijekova.

O tim su temama napisane brojne knjige, ali na engleskome jeziku, pod različitim nazivima (najčešće: Yeast Technology). Na hrvatskome jeziku napisan je do sada samo jedan sveučilišni udžbenik pod nazivom „Industrijska mikrobiologija“, koji su napisali profesori s Prehrambeno-biotehnološkog fakulteta 1984. godine. Taj udžbenik koriste studenti PBF-a i danas iako je zastario u svakom pogledu. Zato je bilo nužno napisati novi udžbenik koji pokriva veliki dio suvremene nastave, a odnosi se na primjenu kvasaca u biotehnologiji.

Važno je napomenuti da je udžbenik namijenjen studentima Prehrambno- biotehnološkog fakulteta preddiplomskih i diplomskih studija. Naime, prije nekoliko godina uveden je na Prehrambeno-biotehnološkom fakultetu (PBF- u) Sveučilišta u Zagrebu nov način studiranja po Bolonjskom procesu, što zahtijeva suvremenu i prikladnu literaturu i na hrvatskome jeziku. Udžbenik pokriva veliki dio nastave iz predmeta Biotehnologija 3 na preddiplomskom studiju i specifičnih tehnologija na preddiplomskom i diplomskom studiju (pivo, vino, alkohol i alkoholna pića, pekarski kvasac, primjena kvaščeve biomase u prehrambenoj industriji, proizvodnja lijekova s pomoću kvasaca i dr). Udžbenik mogu koristiti i studenti drugih fakulteta u Zagrebu (Agronomskoga, PMF-a, Farmaceutsko-biokemijskoga i dr.) te studenti Prehrambeno-tehnološkog fakulteta u Osijeku. Osim toga, udžbenik će dobro doći i mnogim stručnjacima koji već rade u biotehnološkoj industriji, za nadopunu znanja.

Udžbenik obuhvaća biotehnološke procese koji koriste kvasce. Naglasak je na komercijalnoj (industrijskoj) proizvodnji već spomenutih proizvoda, ali nije riječ o priručniku za vođenje pojedinih tehnoloških procesa, nego su objašnjeni principi biotehnološke proizvodnje. Stoga su detaljno opisane znanstvene i tehnološke osnove proizvodnje nekoliko industrijski važnih proizvoda na komercijalnoj razini.

U knjizi je opisana i nova sistematika kvasaca, što će poslužiti studentima svih studija na PBF-u pri pisanju preddiplomskih, diplomskih i doktorskih radnji. Osim studentima, opisana sistematika može biti korisna i svim nastavnicima koji predaju na Sveučilištu u Zagrebu, kao i stručnjacima u znanstvenim institutima i industriji.

Posebno je zanimljiva opisana genetika kvasaca i primjena genetičkih metoda u oplemenjivanju pojedinačnih svojstava kvasaca koji se primjenjuju u industrijskoj proizvodnji.

Na kraju, želim od srca zahvaliti svim kolegama koji su sudjelovali u pisanju udžbenika i time pridonijeli da njegova vrijednost bude veća nego da sam ga sam napisao. Također želim zahvaliti recenzentima, profesorima dr. sc. Srđanu Novaku, dr. sc. Predragu Horvatu i dr. sc. Peteru Rasporu na njihovim naporima pri recenziji udžbenika i korisnim primjedbama, koje sam u najvećoj mjeri prihvatio. Posebno zahvaljujem doc. dr. sc. Damiru Stanzeru i mr. sc. Marini Krpan na pomoći pri crtanju shema i slika te ispravljanju i uređivanju teksta.

Slobodan Grba

1. POGLAVLJE
SISTEMATIKA I NAZIVLJE KVASACA (S. Grba i S. Orlić)

1.1. Uvod
1.2. Taksonomija kvasaca
1.2.1. Askomicetni kvasci
1.2.2. Bazidiomicetni kvasci
1.3. Kvasci od posebnog značaja
1.3.1. Rod Saccharomyces
1.3.2. Rod Kluyveromyces
1.3.3. Rod Candida
1.3.4. Ostali kvasci od posebnog značaja
1.3.5. Kvasci uzročnici kvarenja
1.3.6. Patogeni kvasci
1.4. Zbirke kvasaca u svijetu

2. POGLAVLJE
GENETIKA KVASACA I PRIMJENA GENETIČKIH ISTRAŽIVANJA U OPLEMENJIVANJU INDUSTRIJSKIH SOJEVA KVASACA (I. K. Svetec i Z. Zzaga)

2.1. Uvod
2.2. Struktura genoma i životni ciklus kvasca
2.2.1. Genom kvasca Saccharomyces cerevisiae
2.2.2. Genetička nomenklatura
2.2.3. Stanični ciklus
2.2.4. Sporulacija kvasca i nastanak haploidnih askospora
2.2.5. Analiza askospora i konstrukcija sojeva klasičnim križanjem
2.2.6. Konjugacija i homotalizam
2.2.7. Genetičko inženjerstvo i ciljane genetičke manipulacije u kvascu
2.3. Primjena genetičkog inženjerstva u poboljšanju svojstava pekarskog, vinskog i pivskog kvasca
2.3.1. Struktura genoma i klasifikacija pekarskih, vinskih i pivskih kvasaca
2.3.2. Potrebe za poboljšanjem proizvodnih svojstava pekarskog, vinskog i pivskog kvasca
2.3.3. Prednosti i ograničenja genetičkog inženjerstva u oplemenjivanju industrijskih kvasaca
2.3.4. Strategije i primjeri poboljšanja pekarskih, vinskih i pivskih kvasaca metodama genetičkog inženjerstva
2.3.4.1. Sprječavanje represije glukozom
2.3.4.2. Asimilacija rafinoze, meli- bioze i maltotrioze
2.3.4.3. Hidroliza škroba i dekstrina
2.3.4.4. Hidroli- za p-glukana, pektina i ksilana
2.3.4.5. Korištenje izvora dušika
2.3.4.6. Flokulacija vinskih i pivskih kvasaca
2.3.4.7. Smanjenje proizvodnje diaceti- la
2.3.4.8. Optimizacija proizvodnje spojeva koji sadrže sumpor
2.3.4.9. Biosinteza glicerola
2.3.4.10. Smanjenje kiselosti vina
2.3.4.11. Povećanje tolerancije na zamrzavanje i odmrzavanje

3. POGLAVLJE
PROIZVODNJA PIVA (V. Marić)

3.1. Uvod
3.2. Definicija piva
3.3. Tipovi i vrste piva
3.3.1. Podjela piva prema vrsti kvasca i načinu fermentacije
3.3.2. Podjela piva prema masenom udjelu ekstrakta u sladovini
3.3.3. Podjela piva prema glavnoj sirovini za proizvodnju sladovine
3.3.4. Podjela piva prema boji
3.3.5. Podjela piva prema volumnom udjelu alkohola
3.4. Proizvodnja piva
3.4.1. Proizvodnja sladovine
3.4.1.1. Sirovine za proizvodnju sladovine
3.4.1.2. Varionica i proizvodnja sladovine
3.4.1.3. Praktično izvođenje ukomljavanja i hidrolize
3.4.1.4. Izdvajanje sladovine iz slatke komine
3.4.1.5. Kuhanje sladovine
3.4.1.6. Hlađenje, bistrenje i aeracija sladovine
3.5. Fermentacija sladovine – glavno vrenje
3.5.1. Čista kultura kvasaca
3.5.1.1. Umnožavanje čiste kulture 96
3.5.2. Biokemijske promjene tijekom fermentacije sladovine
3.5.2.1. Alkoholna fermentacija
3.6. Vođenje glavnog vrenja i doviranja
3.6.1. Klasični postupak glavnog vrenja piva
3.6.2. Klasično naknadno vrenje (doviranje) mladog piva
3.6.3. Vrenje i doviranje piva u cilindrično-konusnim fermentorima
3.6.3.1. Konstrukcija, veličina i postavljanje CKF-a
3.6.3.2. Izdvajanje i ču- vanje kvasca za ponovno nacjepljivanje
3.7. Dorada piva
3.7.1. Filtracija
3.7.2. Centrifugiranje
3.7.3. Stabilizacija piva
3.7.3.1. Koloidna stabilizacija piva
3.7.3.2. Biološka stabilizacija
3.7.4. Korekcija udjela pojedinih sastojaka piva
3.7.5. Tlačni tankovi
3.8. Mikrobiološki nadzor proizvodnje piva
3.8.0. Divlji kvasci
3.8.1. Bakterijski kontaminanti piva
3.8.1.1. Gram-pozitivne bakterije
3.8.1.2. Gram-negativne bakterije
3.8.2. Sporogene bakterije
3.8.3. Cilj i provedba mikrobiološkog nadzora
3.8.4. Uklanjanje nepoželjnih mikroorganizama, čišćenje i dezinfekcija

4 POGLAVLJE
PROIZVODNJA VINA (S. Orlić i A. Jeromel)

4.1. Uvod
4.2. Vrste i kultivari vinove loze
4.3. Kemijski sastav mošta i vina
4.3.1. Voda
4.3.2. Etanol
4.3.3. Metanol
4.3.4. Viši alkoholi
4.3.5. Alkoholi s više hidroksilnih skupina
4.3.6. Ugljikohidrati
4.3.7. Kiseline
4.3.8. Aldehidi
4.3.9. Esteri
4.3.10. Fenoli
4.3.11. Aromatski spojevi
4.3.11.1. Aromatski spojevi iz grožđa
4.3.11.2. Aromatski spojevi nastali ti- jekom alkoholne fermentacije
4.3.11.3. Aromatski spojevi nastali tijekom dozrijevanja i starenja vina
4.3.12. Vitamini
4.3.13. Minerali
4.4. Postupci proizvodnje vina
4.4.1. Muljanje i runjenje grožđa
4.4.2. Maceracija grožđa
4.4.3. Prešanje grožđa
4.4.4. Bistrenje mošta
4.4.5. Postupci pojačavanja/doslađivanja, otkiseljavanja i dokiseljavanja
4.4.6. Sumporni dioksid u vinarstvu
4.4.6.1. Dodavanje sumpornog dioksida
4.4.7. Bistrenje i bistrila
4.4.7.1. Način djelovanja bistrila
4.4.8. Filtracija vina
4.4.8.1. Naplavna filtracija
4.4.8.2. Filteri s okvirima (pločasti filteri)
4.4.8.3. Filteri s membranama
4.4.8.4. Tangencijalna filtracija (crossflow fil- tracija)
4.4.8.5. Vakuum filteri
4.4.8.6. Centrifuge
4.5. Alkoholna fermentacija
4.5.1. Kvasci
4.5.1.1. Porijeklo vinskih kvasaca
4.5.2. Bakterije mliječne kiseline (BMK)
4.5.3. Bakteriofagi
4.5.4. Octene bakterije
4.5.5. Bacili i druge bakterije
4.5.6. Plijesni
4.5.7. Spontana i inducirana (kontrolirana) alkoholna fermentacija
4.5.8. Metabolizam kvasaca
4.5.8.1. Alkoholna fermentacija
4.5.8.2. Sekundarni produkti metabolizma šećera
4.5.8.3. Metabolizam dušika
4.5.8.4. Metabolizam sumpora
4.6. Malolaktična fermentacija
4.6.1. Biokemizam malolaktične fermentacije
4.6.2. Čimbenici malolaktične fermentacije
4.6.3. Utjecaji malolaktične fermentacije na vino
4.7. Postupci stabilizacije i dozrijevanja vina
4.7.1. Stabilizacija vina na tartarate
4.7.2. Stabilizacija vina na bjelančevine
4.7.3. Stabilizacija vina na polisaharide
4.7.4. Stabilizacija vina na metale
4.8. Pretok i dozrijevanje vina
4.8.1. Dolijevanje posuda
4.8.2. Pretokvina
4.8.3. Dozrijevanje vina
4.8.4. Promjena boje
4.8.5. Promjena okusa
4.8.6. Promjena mirisa
4.8.7. Čimbenici koji utječu na dozrijevanje vina u boci
4.8.8. Dozrijevanje u drvenom posuđu
4.9. Punjenje vina u boce
4.10. Tehnologija proizvodnje bijelih vina
4.10.1. Hiperoksidacija
4.10.2. Hiperredukcija
4.10.3. Njega vina na kvascu (sur lie)
4.11. Tehnologija proizvodnje crnih vina
4.11.1. Mikrooksidacija
4.11.2. Karbonska maceracija
4.12. Mane i bolesti vina
4.12.1. Mikroorganizmi uzročnici kvarenja
4.12.1.1. Octene bakterije
4.12.1.2. Bakterije mliječne kiseline (BMK)
4.12.1.3. Kvasci
4.12.2. Prisutnost teških metala
4.12.3. Negativan utjecaj čepa – „Cork taint“
4.13. Specijalna vina
4.13.1. Slatkavina
4.13.1.1. Vina od grožda napadnutog plemenitom plijesni
4.13.1.2. Slatka vi- na od grožda koje nije napadnuto plemenitom plijesni
4.13.2. Likerskavina
4.13.3. Aromatizirana vina
4.13.4. Pjenušava vina
4.13.4.1. Autoliza kvasaca

5- POGLAVLJE
PROIZVODNJA ETILNOG ALKOHOLA (S. Grba)

5.1. Uvod
5.2. Alkoholna fermentacija
5.2.1. Kvasci u proizvodnji etanola
5.2.2. Sirovine u proizvodnji etanola
5.2.3. Proračun alkoholne fermentacije
5.3. Proizvodnja alkohola u pogonu
5.3.1. Proizvodnja alkohola na melasi
5.3.1.1. Tehnološki postupci
5.3.1.2. Proizvodnja alkohola po fazama
5.3.1.3. Priprema supstrata
5.3.1.4. Priprema laboratorijske čiste kulture
5.3.1.5. Uzgoj pogonskog inokuluma
5.3.1.6. Alkoholna fermentacija – glavno vrenje
5.3.1.7. Separacija komine
5.3.1.8. Proizvodnja suhog neaktivnog kvasca
5.3.1.9. Kontinuirana fermentacija
5.3.2. Izdvajanje alkohola iz prevrele komine: destilacija i rektifikacija
5.3.2.1. Proizvodnja bezvodnog alkohola
5.4. Proizvodnja alkohola na škrobnim sirovinama
5.4.1. Priprema supstrata u proizvodnji alkohola iz žitarica (kukuruza)
5.4.2. Fermentacija
5.4.3. Izdvajanje proizvoda
5.5. Proizvodnja alkohola iz lignoceluloznih materijala
5.5.1. Hidroliza LCM
5.5.2. Fermentacija
5.6. Novosti u proizvodnji alkohola za gorivo
5.6.1. Stanje i predviđanja u proizvodnji alkohola za gorivo (bio-etanola)
5.6.2. Prikaz proizvodnje bio-etanola na različitim sirovinama

6. POGLAVLJE
PROIZVODNJA JAKIH ALKOHOLNIH PIĆA (V.Stehlik-Tomas i S. Grba)

6.1. Uvod
6.2. Definicija i podjela jakih alkoholnih pića
6.3. Prirodna jaka alkoholna pića
6.3.1. Voćne rakije
6.3.1.1. Opis procesa proizvodnje voćnih rakija
6.3.2. Žitne rakije
6.3.2.1. Viski
6.3.2.2. Vodka
6.3.2.3. Genever i gin
6.3.3. Šećerne rakije
6.3.3.1. Rum
6.3.3.2. Arrack
6.4. Proizvodnja aromatiziranih rakija i likera
6.4.1. Travarica
6.4.2. Komovica
6.4.3. Komovica s kupinom ili ribizlom
6.4.4. Ostale aromatizirane rakije
6.4.5. Likeri
6.4.5.1. Slatki likeri
6.4.5.2. Gorki likeri
6.4.5.3. Specijalni likeri
6.5. Ostale sirovine u proizvodnji jakih alkoholnih pića
6.5.1. Alkohol
6.5.2. Destilati prevrelih voćnih komina
6.5.3. Destilati neprevrelog (maceriranog) voća
6.5.4. Macerati aromatskog bilja
6.5.5. Destilati aromatskog bilja
6.5.6. Eterična ulja i esencije
6.5.7. Alkoholizirani voćni sokovi
6.5.8. Voda
6.5.9. Sredstva za slađenje
6.5.10. Sredstva za bojenje
6.5.11. Aromatsko i ljekovito bilje
6.5.12. Voće, voćni sokovi i plodovi
6.5.13. Eterična ulja
6.5.14. Sintetski aromatici
6.6. Sastavljanje jakih alkoholnih pića

7. POGLAVLJE
PROIZVODNJA PEKARSKOG KVASCA (S. Grba)

7.1. Uvod
7.2. Proizvodni proces – opće postavke
7.3. Vrste i sojevi kvasaca u proizvodnji
7.4. Principi aerobnog uzgoja kvaščeve biomase
7.4.1. Brzina rasta
7.4.2. Potreba kisika i aeracija
7.4.3. Fermentativni metabolizam u aerobnim uvjetima
7.5. Hranjivi supstrat
7.5.1. Izvori ugljika
7.5.2. Izvori dušika i fosfora
7.5.3. Ostali elementi (minerali)
7.5.4. Tvari rasta
7.5.5. Alternativni izvori ugljika i energije
7.6. Uvjeti okoline
7.6.1. Temperatura
7.6.2. Koncentracija H+ (pH)
7.6.3. Koncentracija kvaščevih stanica
7.6.4. Prinos kvasca po utrošenom supstratu
7.6.5. Toplina – odvođenje topline
7.6.6. Periodičnost i pupanje
7.7. Proizvodnja kvasca u pogonu
7.7.1. Priprema hranjive podloge
7.7.2. Faze uzgoja
7.7.3. Bioreaktori u pogonu
7.7.4. Proizvodnja kvaščeve biomase po fazama
7.7.4.1. Proizvodnja pogonskog inokuluma
7.7.4.2. Proizvodnja matičnog kvasca
7.7.4.3. Proizvodnja prodajnog kvasca
7.7.5. Izdvajanje i filtracija kvaščeve biomase
7.7.6. Miješanje, oblikovanje i pakiranje svježeg kvasca
7.7.7. Transport kvasca
7.7.8. Trajnost svježeg kvasca
7.8. Suhi aktivni kvasac
7.8.1. Opće postavke proizvodnje suhog aktivnog kvasca
7.8.2. Sojevi kvasca S. cerevisiae
7.8.3. Uzgoj kvasca i kemijski sastav
7.8.4. Zaštita i oblikovanje
7.8.5. Sušenje
7.8.5.1. Postupci sušenja
7.8.5.2. Pakiranje SAK-a
7.8.5.3. Aktivnost suhog aktivnog kvasca
7.8.6. Mjerenje fermentacijske aktivnosti

8. POGLAVLJE
PRIMJENA KVASACA U PEKARSTVU (S. Grba i Stehlik-Tomas)

8.1. Uvod
8.2. Oblici pekarskog kvasca
8.2.1. Svježi pekarski kvasac
8.2.2. Tekući kvasac – kvaščevo mlijeko
8.2.3. Suhi aktivni kvasac (SAK)
8.2.4. Namjenski kvasci
8.2.4.1. Kvasci za slatka tijesta – osmotolerantni kvasci
8.2.4.2. Kvasci za smrznuta tijesta
8.2.4.3. Ostali namjenski kvasci
8.3. Fermentacija šećera u tijestu
8.3.1. Utjecaj uvjeta okoline na dizanje tijesta
8.3.1.1. Temperatura 311; 8.3.1.2. pH vrijednost
8.3.2. Osmotski tlak
8.3.3. Fermentacijska aktivnost kvasca u smrznutom tijestu
8.3.3.1. Vrste kvasaca za smrzavanje
8.3.3.2. Priprema i fermentacija tijesta prije zamrzavanja
8.3.3.3. Postupak zamrzavanja tijesta
8.3.3.4. Uvjeti skladištenja smrznutog tijesta
8.3.3.5. Odmrzavanje smrznutog tijesta
8.4. Okus i miris kruha
8.4.1. Primjena kiselih startera u proizvodnji kruha
8.4.1.1. Spontana fermentacija
8.4.1.2. Reciklacija kiselog tijesta
8.4.1.3. Upotreba startera definiranog mikrobnog sastava

9. POGLAVLJE
PREHRAMBENI I KRMNI KVASAC (D. Stanzer i J. Mrvčić)

9.1. Uvod
9.2. Sastav kvaščeve biomase
9.2.1. Proteini kvasca
9.2.2. Vitamini
9.2.3. Minerali
9.2.4. Lipidi
9.2.5. Ugljikohidrati
9.3. Proizvodnja prehrambenog i krmnog kvasca
9.3.1. Proizvodnja prehrambenog kvasca
9.3.1.1. Proizvodnja na sirutki
9.3.1.2. Specifikacija kvalitete prehrambenog kvasca
9.3.2. Proizvodnja krmnog kvasca
9.3.2.1. Proizvodnja krmnog kvasca na sulfitnoj lužini 348;
9.3.2.2. Proizvodnja krmnog kvasca na polisaharidnim sirovinama 349;
9.3.2.3. Proizvodnje kvasaca na metanolu 350;
9.3.2.4. Proizvodnja kvasaca na n-alkanima 351;
9.3.2.5. Proizvodnja lipidnih kvasaca 351

lO. POGLAVLJE
PROIZVODI IZ KVASCA (5. Grba i M. Krpan)

10.1. Uvod
10.2. Proizvodi za poboljšanje okusa i mirisa
10.2.1. Kvaščev ekstrakt
10.2.1.1. Autoliza
10.2.1.2. Plazmoliza
10.2.1.3. Kiselinska hidroliza
10.2.2. Autolizati
10.2.3. Poboljšivači okusa i mirisa
10.2.4. Nukleotidi u funkcionalnim proizvodima
10.2.4.1. Prehrambeni izvori nukleotida
10.2.5. Prehrambeni kvasac
10.2.5.1. Proteinski preparati kvasca
10.3. Enzimi iz kvasca
10.3.1. Invertaza ((3-D-fruktofuranozid fruktohidrolaza)
10.3.2. Laktaza
10.3.3. Proteolitički enzimi
10.3.4. Melibiaza (a-galaktozidaza)
10.3.5. Alkoholna dehidrogenaza
10.3.6. Lipaza
10.3.7. Ostali enzimi
10.4. Bojila: tvari za bojanje prehrambenih proizvoda
10.5. Farmaceutski i kozmetički proizvodi
10.5.1. Kožni respiracijski faktor
10.5.2. Glukan
10.5.3. Koenzim A-sintetizirajući proteinski kompleks (CoA-SPC)
10.5.4. Biosinteza S-adenozil L-metionina (SAMe)
10.5.5. Proizvodi iz kvasca dobiveni tehnologijom rekombinantne DNA
10.5.5.1. Hormoni inzulin, glukagon i somatropin
10.5.5.2. Interferoni
10.5.5.3. Granulocitni makrofag (GM)
10.5.5.4. Vakcina za hepatitis-B (HBV)
10.5.5.5. Hirudin
10.5.5.6. Becaplermin (derivirani faktor rasta krvnih pločica)
10.5.5.7. Oksidaza mokraćne kiseline
Kazalo pojmova