< Terug naar vorige pagina

Project

Karakterisatie van microbiële gemeenschappen en xylanolytische bacteriën tijdens het mouten van gerst: invloed op de moutkwaliteit

Niet-zetmeel-polysachariden, zoals bèta-glucanen en arabinoxylanen, aanwezig in de celwanden van gerst, dragen omwille van hun viskeus karakterin belangrijke mate bij tot problemen met wortfiltratie. Vermits vandaag de dag goed gemodificeerde mouten geproduceerd worden in de mouterij, is de invloed van bèta-glucanen op de wortfiltratiesnelheid minder belangrijk omwille van hun verregaande degradatie tijdens het mouten. Aangezien endogene enzymen die arabinoxylanen hydrolyseren, namelijk xylanasen,slechts relatief laat tijdens de kieming geproduceerd worden, worden heden vele wortfiltratieproblemen geassocieerd met arabinoxylanen die nietintensief gedegradeerd werden tijdens het mouten. Bovendien zijn arabinoxylanen ook onvoldoende gehydrolyseerd tijdens het brouwproces omwille van de relatief lage temperatuurstabiliteit van de endogene xylanasen. Daarenboven is het algemeen bekend dat een belangrijk deel van de xylanase-activiteit van mout afkomstig is van de microbiële gemeenschap die vannature aanwezig is op de gerstkorrels en een tweede metabool actieve component vormt in het ecosysteem van het moutproces. Het doel van dit doctoraatsonderzoek was inzichten te verwerven in de xylanase-producerende bacteriële gemeenschap aanwezig tijdens het mouten. De nadruk werd hierbij gelegd op de bacteriële glycoside hydrolase (GH) familie 10 xylanasen, omwille van hun zeer doeltreffende degradatie van arabinoxylanen en vermits ze niet geïnhibeerd worden door xylanase-inhibitoren aanwezig in gerst.

Vermits traditionele cultuur-afhankelijke methoden ongeschikt zijn om de volledige diversiteit van microbiële gemeenschappen te bepalen, werd de moleculaire cultuur-onafhankelijke 454 amplicon pyrosequeneringtechniek toegepast om de structuur en dynamiek van de bacteriële gemeenschappen geassocieerd met het moutproces te onderzoeken. De structuur van de bacteriële gemeenschap in het ecosysteem van de mouterij was complex en de dynamiek verschilde van jaar tot jaar en werd beïnvloed doorde verschillende processtappen tijdens het mouten. Hoewel vele bacteriën gevonden werden vanaf de geoogste gerstkorrel tot het einde van het moutproces, konden de verschillen tussen beide oogstjaren niet verklaard worden door de initieel op de geoogste gerstkorrels aanwezige micro-organismen. Vermoedelijk kunnen de weersomstandigheden en bijgevolg de aangepaste luchtcirculatie in de mouterij, de verschillen in structuur van de bacteriële gemeenschappen van kiemende gerst en geëeste mout tussen beide oogstjaren verklaren. Bovendien bleken de bacteriële gemeenschappen ook te wijzigen gedurende het moutproces, maar de geëeste moutstalen lekenuiteindelijk meer op hun overeenkomstige geoogste gerststalen dan op destalen genomen tijdens kieming. Ook op fylumniveau werden duidelijke verschillen waargenomen in beide oogstjaren. 

Om de arabinoxylan-degraderende microbiële gemeenschap te onderzoeken tijdens het mouten, werd de genetische diversiteit en verdeling van de GH10 xylanase genentijdens mouten bestudeerd met behulp van 454 pyrosequenering. De meerderheidvan de gedetecteerde GH10 xylanasen hadden een hoge sequentiehomologie met gekende xylanasen. De GH10 xylanasesequenties gevonden in deze studie waren hoofdzakelijk gerelateerd aan xylanasen van het fylum Bacteroidetes, in het bijzonder van het genus Sphingobacterium</>.

Het tweede deel van deze studie focust op de beschikbaarheid van de xylanase-producerende bacteriën en hun gebruik tijdens het mouten. Om die reden werd de diversiteit van de arabinoxylan-degraderende bacteriële gemeenschap onderzocht via microbiële isolatie, groei op verschillende media aangerijkt met arabinoxylanen en identificatie. Zo werden 33 operationele taxonomische eenheden gevonden die behoorden tot 25 genera. De meest dominante arabinoxylan-degraderende bacteriën gevonden tijdens het mouten behoorden tot het genus Sphingobacterium</>. Genetische fingerprinting onthulde verschuivingen in de populatie van S. multivorum</> populaties tijdens het moutproces, in het bijzonder tijdens kieming. Bovendien werd het xylanase met de hoogste activiteit en geproduceerd door een isolaat geïdentificeerd als Cellulomonas flavigena</>, gedeeltelijk opgezuiverd en gekarakteriseerd met betrekking tot temperatuurstabiliteit. Het C. flavigena</> xylanase werd relatief temperatuurstabiel bevonden.

Een filtratietest, relevant voor de huidige brouwomstandigheden, werd toegepast om de filtratiecapaciteit van worten van geëeste mouten te bestuderen. Toevoeging van commercieel beschikbare, thermostabiele xylanasen tijdens het inmaischen bleek zeer efficiënt om de wortfiltratiesnelheid te verhogen, in het bijzonder wanneer GH10 xylanasen werden toegepast. Naast directe toepassing tijdens het maischen, resulteerde de additie van exogene GH10 xylanasen tijdens de kieming eveneens in een verbeterde wortfiltratiecapaciteit. Bovendien werden twee xylanase-producerende bacteriën afkomstig uit het proces van gerst tot mout (Cellulomonas flavigena</> of Enterococcus casseliflavus</>) toegevoegd tijdens het weken of tijdens de kieming. Dit resulteerde in een verhoogde wortfiltratiesnelheid zonder effect op het vermouten of op de standaardmoutkarakteristieken. Deze kennis opent nieuwe perspectieven voor de toepassing van xylanase-producerende bacteriën tijdens het weken of kiemen op een industriële schaal.

Samenvattend draagt deze doctorale studie bij tot de huidige kennis van de bacteriëlediversiteit tijdens het mouten en tot meer inzicht in de rol van bacteriën tijdens het moutproces. Bovendien kan deze studie een grondige basisbieden voor microflorasturing tijdens het mouten, die resulteert in eenversnelde wortfiltratie vermits een verhoogde xylanase-activiteit in het mouterij/brouwerij proces hiertoe kan leiden. Vermits een verbeterde wortfiltratie gelinkt is aan een verlaagde hittelast en verminderde productie van aldehyden, resulteert dit uiteindelijk in een verbeterde bierflavourkwaliteit en stabiliteit.
Datum:1 okt 2008 →  10 sep 2013
Trefwoorden:Malt
Disciplines:Andere chemie, Voeding en dieetkunde, Productie van landbouwdieren, Levensmiddelenwetenschappen en (bio)technologie
Project type:PhD project