Χρήση ακινητοποιημένων σε άμυλο και αμυλούχες πρώτες ύλες βιοκαταλυτών στην οινοποίηση σε πιεστή και λυοφιλιωμένη μορφή

Abstract

The main interest of this thesis is the production of new biocatalysts with immobilised cells on starchy agricultural products and starch for wine making at ambient and extremely low temperatures. Firstly, the production of new biocatalysts is reported Biocatalysts were prepared by immobilisation of cells of S. cerevisiae AXAZ-1 on starchy agricultural products such as potato wheat barley and corn Starch from corn and wheat was also used. The immobilisation was confirmed by electron micrographs and by repeated batch fermentations of glucose. This is the first time that these products are used as supports in immobilisation experiments carried out in order to find the best immobilisation conditions. Therefore, the effect of pH and concentration of support and cells were examined. Subsequently, the fermentation ability of the new biocatalysts was studied with repeated batch fermentations of glucose and grape must using different initial concentrations of sugars at ambient and extremely low temperatures. In the frame of this scale up the biocatalyst with immobilised cells on wheat was used for repeated batch fermentations of grape must in a 80 L bioreactor for the production of dry wines at low temperatures. In the last part of the thesis drying and preservation of the new biocatalysts by freeze drying was studied. A large number of protectants were used for the maintenance of higher values of viability during freeze drying. Furthermore, the effect of storage at 5°C for 9 months on viability and fermentation ability was also examined. Finally, the general conclusion of this thesis is that starchy agricultural products and starch can be successfully used as immobilisation supports for wine making. This thesis is an integrated study including determination of best immobilisation conditions laboratory scale wine making, wine making in a scale up bioreactor system without problems. It also shows the possibility for biocatalyst’s preservation for a long period without significant loss of the activity.

Η διατριβή αυτή έχει ως κύριο στόχο την παρασκευή νέων βιοκαταλυτών με ακινητοποιημένα κύτταρα σε αμυλούχα γεωργικά προϊόντα και άμυλο για οινοποίηση σε συνήθεις και εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Στην αρχή μελετήθηκε η δυνατότητα παρασκευής των νέων βιοκαταλυτών και έγιναν πειράματα για την ακινητοποίηση κυττάρων S. cerevisiae ΑΧΑΖ 1 σε κάθε ένα αμυλούχο γεωργικό προϊόν, πατάτα, σιτάρι, κριθάρι, αραβόσιτο και άμυλο αραβοσίτου και σιταριού, ενώ έγιναν πειράματα και για την εύρεση των βέλτιστων συνθηκών ακινητοποίησης και μελετήθηκε για το κάθε ένα η επίδραση του pH και της ποσότητας του φορέα και των κυττάρων στην ακινητοποίηση. Στη συνέχεια μελετήθηκε η ζυμωτική ικανότητα των νέων βιοκαταλυτών με επαναλαμβανόμενες ζυμώσεις γλυκόζης και γλεύκους με διάφορες αρχικές συγκεντρώσεις σακχάρου σε συνήθεις και εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Το παραπάνω σύστημα εφαρμόστηκε σε μεγαλύτερη κλίμακα pilot plant και συγκεκριμένα ο βιοκαταλύτης με κύτταρα ακινητοποιημένα σε σιτάρι χρησιμοποιήθηκε σε επαναλαμβανόμενες ζυμώσεις γλεύκους σε βιοαντιδραστήρα 80 L για την παραγωγή ξηρού οίνου σε χαμηλές θερμοκρασίες. Στο τελευταίο κεφάλαιο της διατριβής μελετήθηκε η ξήρανση και η συντήρηση των νέων βιοκαταλυτών με λυοφιλίωση. Χρησιμοποιήθηκε ένας μεγάλος αριθμός προστατευτικών μέσων και μελετήθηκε η επίδραση της αποθήκευσης τους στους 5°C για χρονικό διάστημα έως και 9 μηνών στη βιωσιμότητα και τη ζυμωτική τους ικανότητα. Τέλος, σαν γενικό συμπέρασμα της διατριβής μπορεί να ειπωθεί ότι τα αμυλούχα γεωργικά προϊόντα και το άμυλο μπορούν να χρησιμοποιηθούν με επιτυχία ως φορείς ακινητοποίησης κυττάρων για την παράγωγη οίνου. Αυτή η διατριβή αποτελεί μια ολοκληρωμένη μελέτη της χρήσης των αμυλούχων γεωργικών προϊόντων και του αμύλου ως φορέων ακινητοποίησης στην οινοποιία ξεκινώντας από την εύρεση των βέλτιστων συνθηκών ακινητοποίησης και τη μελέτη της ικανότητάς τους για την παραγωγή οίνων σε εργαστηριακή κλίμακα και φτάνοντας έως την χωρίς πρόβλημα εφαρμογή τους σε μεγαλύτερη κλίμακα pilot plant και τη λυοφιλίωση και συντήρηση τους για μεγάλα χρονικά διαστήματα απαραίτητα για κάθε οινοποιητική βιομηχανία.