11. Borbetegségek. Pincegazdasági higiénia. A palackozás higiéniája. Szűrés
12.2 A tananyag áttekintése
12.2.1 Vírusok, baktériumok általános jellemzőinek bemutatása
A 2. leckében érintőleges áttekintést nyújtunk a szőlészetben és borászatban előforduló két fő mikrobacsoportról, a vírusokról, baktériumokról, a 3. leckében pedig a gombákkal és a rendszertani alapokkal ismerkedhetünk meg. Természetesen ezeknek a csoportoknak a részletes áttekintése nem lehet célja a jelenlegi tananyagnak, ugyanis ezek általános ismertetése egy-egy féléves virológiai, bakteriológiai és mikológiai kurzus anyagába illeszthető be. Ebből kifolyólag, a jelenlegi leckében kizárólag a szőlészeti, borászati mikrobiológia témaköréhez szorosan kapcsolódó rövid alapozó áttekintést adunk ezekről a csoportokról.
A vírus nem sejtes fertőző ágens, amely csak élő, fogékony sejtekben képes replikálódni. A vírusok megjelenési formái:
- Virion: Sejten kívüli vírusrészecske, amely életjelenséget nem mutat, akár kikristályosítható.
- Vegetatív vírus: Az élő sejten belüli vírus, azaz a replikatív (szaporodó) formája a vírusnak.
A vírusokkal kapcsolatosan tárgyalt főbb területek az alábbiak:
- A vírusok vázlatos felépítése - A vírusok alakja
- A vírusok (DNS vagy RNS) örökítő anyaga - Vírus-multiplikáció főbb szakaszai
A baktériumok (Bacteria) egysejtű, többnyire pár mikrométeres (fénymikroszkóppal már látható) mikroorganizmusok. A baktériumok prokarióta (elősejtmagvas) szervezetek, tehát szemben az állatokkal, növényekkel, gombákkal, és más eukariótákkal (valódi sejtmagvas élőlényekkel), nincs sejtmagjuk és más membránnal határolt sejtszervecskéjük (sejtorganellum) sem a sejten belül.
A baktériumokkal kapcsolatosan tárgyalt főbb területek az alábbiak:
- Baktériumok alakja
- A baktériumsejt felépítése: a bakteriális citoplazma, a plazmidok, a riboszóma, zárványok a baktériumsejtben, sejthártya (membrán, citoplazma membrán; Gram-negatívaknál: „belső membrán”), a periplazmatikus tér, a peptidoglükán réteg (Eubacteriumok sejtfala), a külső membrán, a Gram-negatív és a Gram-pozitív sejtfal felépítése, a tok, mikrokapszula, nyák, a bakteriális ostor (flagellum, csilló), a pilus (fimbria)
- Szaporodás (baktériumok sejtosztódása – citokinézis)
12.2.2 A gombák általános jellemzőinek bemutatása. Taxonómiai alapfogalmak
A 3. lecke első részében a mikrovilág egyik valódi sejtmaggal rendelkező (eukarióta), rendkívül diverz csoportjával, a gombákkal ismerkedünk meg, bár csak a legfontosabb mikológiai alapismereteket adhatjuk közre. Felelevenítjük a taxonómiai kategóriákat, a fontosabb rendszertani iskolákat. Bemutatjuk, hogy miért kell a fajok kettős nevezéktanát használni, miért kell a borászati (szőlészeti) szempontból releváns taxonok tudományos neveit megtanulni, ami a hallgatók számára gyakran nehézséget jelenthet.
A főbb tárgyalt területek az alábbiak:
- A gombasejt legfontosabb képletei: a sejtmag (nucleus), a maghártya, a magvacska (nucleolus), a poláris orsótest, magorsó test (SPB), a centriolumok, a citoplazma belső membránrendszerei, kompartmentjei, a mitokondrium, a peroxiszóma, a glioxiszóma, a riboszóma, az extrakromoszómális plazmidok, a sejthártya, a sejtfal, szeptumok és pórusok - Gombák testfelépítésének általános jellemzői: amőboid szerveződés, egysejtű szerveződés:,
többsejtű szerveződési típusok:
- A gombák szaporító képletei, szaporodási típusai: az ivartalan szaporodás, az ivaros szaporodás, ivaros szaporodási ciklusok, a gombák szaporító képletei, gaméták – ivarsejtek, spórák és konídiumok, termőtestek – sporokarpium, tallizmusok
- Rendszertani (szisztematikai, taxonómiai) alapozás - A rendszertan alapvető kategóriái
- A gombák rendszertani felosztása osztályok szintjéig
12.2.3 Élesztők, élesztőszerű szervezetek morfológiája, taxonómiája. Élesztőgombák ipari jelentősége. Élesztőgombák szaporodása, életciklusa
A 4. leckében a gombák közül az ipari, borászati jelentőségüket tekintve az élesztőgombákat mutatjuk be. Mivel a gombák szaporodási módjai, életmenetei rendkívül változatosak, megértésükhöz elengedhetetlen ezeknek az alapfogalmaknak az elsajátítása. Ezt követően az élesztőgombákról, mint mesterséges csoportról adunk áttekintést, majd a mustok erjedésében kulcsfontosságú szerepet játszó valódi sejtmaggal rendelkező, ún. eukarióta élesztőgombák vázlatos sejttani és morfológiai jellemzőit mutatjuk be. A lecke végén bemutatjuk az élesztőgombák identifikációjának lehetőségeit (morfológiai, élettani, biokémiai, molekuláris biológiai módszerek), melyek közül, az alapfogalmak elsajátítását követően vázlatos áttekintést nyújtunk a fermentációs, asszimilációs tesztekre alapozott egyszerűsített élettani identifikációs rendszerekről.
A főbb tárgyalt területek az alábbiak:
- Élesztőgombák biotópjai és antropocentrikus csoportosítása - Ipari hasznosításuk
- Élesztőgomba-sejt vázlatos felépítése:
- A vegetatív élesztősejtek morfológiai jellemzői
- Az élesztők vegetatív szaporodása: a sarjadzás, a hasadás, az arthrokonídiumok, a klamidospórák, a hifa és az álhifa, a dimorf élesztők
- Az élesztők ivaros szaporodása: párosodási rendszer és ploiditásfok, az élesztők spóraformái - Az élesztőgombák taxonómiája
12.2.4 Identifikáció, klasszifikáció
Az 5. leckében bemutatjuk, hogyan, milyen lépésekkel lehet a borászatokból izolált élesztőgombákat csoportokba sorolni és akár faji szintig meghatározni. A leckében bemutatjuk, milyen lehetőségek kínálkoznak arra, hogy izolátumainkról minél több információt gyűjtsünk, elsősorban a faji identifikáció céljából. A különböző taxonómiai kategóriákhoz más-más szinten kell vizsgálódnunk, azonban ha az izolátum faji szintű identifikációja a cél, akkor szükség lehet a DNS szintű vizsgálómódszerekre is. E lecke keretein belül arra vállalkozunk, hogy a hagyományos identifikációs módszerek mellett bevezessük a hallgatókat a molekuláris biológiai munka alapjaiba.
A főbb tárgyalt területek az alábbiak:
- Az élesztőgombák identifikációja: alaktani szint (hagyományos identifikálás), élettani szint (erjesztés, asszimiláció, auxotrófia és prototrófia, egyszerűsített identifikálás, identifikációs rendszerek), biokémiai (kemotaxonómiai) szint
- Borászati törzsek gyakorlati szempontból fontos tulajdonságai
- A fontosabb DNS-vizsgálati módszerek: DNS-extrakció, elektroforézis, a gombák elektroforetikus kariotipizálása, a restrikciós endonukleáz enzimek, hibridizációs módszerek, Southern-hibridizáció (Southern blot), restrikciós fragmentumhossz polimorfizmus (RFLP), Northern-hibridizáció (Northern blot), PCR (polimeráz láncreakció) alapú módszerek
- Az alapvető fehérjevizsgálati módszerek: protein extrakció, fehérjék izoelektromos fókuszálása, kétdimenziós (2D) akrilamid gélelektroforézis, fehérjeszekvenálás, izoenzimek analízise, immunkémiai vizsgálati módszerek.
12.2.5 Az erjedési folyamatok biokémiája
A 6. leckében az élesztők borászati alkalmazásának fő területével, az etanolos erjedéssel, valamint a hozzá kapcsolódó biokémiai folyamatokkal foglalkozunk. Ugyanis aki borászati mikrobiológiával foglalkozik, nem tekinthet el a gombákban és baktériumokban zajló biokémiai folyamatok ismeretétől sem. Élesztőgombák nélkül a mustból nem készülhet bor, így az élesztők etanolos erjedése központi jelentőségű folyamat, amelyet minden hallgatónak ismernie kell. A biológiai almasavbontás jelentősége szintén jól ismert jelenség, amelynek biokémiai történéseire szintén kitérünk. A leckéből megtudhatjuk továbbá, hogy mi áll az „ecetesedés” hátterében, kitérünk a
tejsavas erjedésekre és bizonyos anyagcsere-termékekre, melyek mind befolyásolják a borok minőségét.
A főbb tárgyalt területek az alábbiak:
- A biológiai oxidáció folyamatának alapjai: az EMP-séma (glükolízis), a citromsav-ciklus, a terminális oxidáció – oxidatív foszforiláció.
- Erjedési (fermentációs) folyamatok biokémiája: az élesztőgombák etilalkoholos erjedése, a tejsavas erjedés (homo- és heterofementatív tejsavas erjedés), ecetsavas erjedés
- A bakteriális malolaktikus fermentáció és az élesztős almasavbontás bemutatása, jelentősége a borászatban, a malolaktikus fermentáció biokémiája
- A glicerin-piroszőlősavas erjedés, piroszőlősavból származtatható szekunder termékek.
12.2.6 Élesztőgombák a borászatban. Élesztőgombák szaporodási dinamikája. A borászatban előforduló élesztőgombák főbb csoportjai, jellemzésük.
A 7. leckében az alkoholos erjedés alapvető mikrobiológiai folyamatának időbeli lezajlását és az abban résztvevő mikrobákat mutatjuk be, valamint azt, hogy mely élesztőgomba fajoknak mi a szerepe benne. Az érett, nagy cukortartalmú gyümölcsök levének mikrobák által végzett, alkoholt is termelő erjesztése évmilliók óta létező természetes folyamat, az élesztőgombák természetes életmódja. Az ember e jelenséget fordította a hasznára, amikor az összegyűjtött termést edényzetben tárolva bízta rájuk a gyümölcsök eltartható, bizonyos értelemben jóval magasabb élvezeti értékű anyaggá való átalakítását. Még ma is számos bortermelő támaszkodik a helyi, természetes élesztőközösségre a borkészítés során. A borászatok méretével azonban fokozatosan növekszenek a termelési kockázatok, valamint egyes különleges minőségű borokat a természetes mikrobiotával nem lehet elérni, ezért egyre nagyobb a szerepe az erjedés irányításának. A folyamat szabályozásának egyik legfontosabb eszköze az erjedésben részt vevő, változatos anyagcsere-típusú, természetesen előforduló mikrobák
„lecserélése” ismert tulajdonságokkal rendelkező, a kívánt cél elérését biztosítókra. Ez leggyakrabban az ún. fajélesztős oltással történik. Ennek szakszerű alkalmazásához azonban nélkülözhetetlen ismerni az alkoholos erjedés alapvető mikrobiológiai folyamatát és az abban résztvevő mikrobákat.
A főbb tárgyalt területek az alábbiak:
- Az alkoholos erjedés lefolyása: a mikrobapopuláció szaporodását leíró általános görbe (lag-fázis, exponenciális (lag-fázis, stacioner fázis), az egyes szakaszok borászati jelentősége
- A borászatban jelentős élesztőgombák: a jó erjesztő képességű élesztők (Saccharomyces, Zygosaccharomyces, Schizosaccharomyces), az apikulátusz élesztők (Hanseniaspora – Kloeckera, Brettanomyces - Dekkera nemzetség, Saccharomycodes nemzetség) virágélesztők (Pichia, Candida nemzetség)
12.2.7 A mustok erjedését befolyásoló tényezők (ökológiai vonatkozások) és alkalmazásuk speciális borászati eljárások során
A 8. leckében azt mutatjuk be, hogyan alakul az erjedési folyamat aktuális iránya több, egymással is kölcsönhatásban lévő környezeti tényező összegzett, eredő hatásának megfelelően. Ezek között a legfontosabb a hőmérséklet, ami termodinamikai okból minden kémiai folyamat sebességét meghatározza, és műszakilag is hatékony szabályozható. A bor jellegét lényegesen befolyásolja a mikrobák számára rendelkezésre álló oxigén mennyisége. Az ökológiai viszonyokat leggyakrabban a
kénezéssel igyekszünk a kívánt irányban tartani. A must mint tápanyagforrás általában nem igényel beavatkozást, de speciális technológiák, illetve kedvezőtlen körülmények esetén szükség lehet a módosítására az erjedés lefutásában vagy a kierjedt bor minőségében fenyegető rendellenesség megelőzésére. Az erjedés menetét és termékeit nagyban befolyásolhatják a mustban eredetileg meglévő, vagy ott mikrobás tevékenység útján képződő toxikus anyagok és inhibitorok is.
A főbb tárgyalt területek az alábbiak:
- A hőmérséklet mint erjedést befolyásoló tényező - A cukor- és az alkoholtartalom hatása
- Az oxigén erjesztést módosító hatása
- A nitrogén hatása, a nitrogénpótlás lehetőségei
- Az erjedést befolyásoló egyéb anyagok: a kénessav, növekedési faktorok, üledék (szediment) anyagok, permetezőszer-maradványok, mikrobás anyagcseretermékek és toxinok
- A spontán erjedés
- Borászati fajélesztők alkalmazása
- Biológiai borérlelés hártyaképző élesztőgombákkal
- A pezsgőgyártás mikrobiológiája: a palackos erjesztésű pezsgőgyártás, a tankpezsgőgyártás mikrobiológiája.
12.2.8 A szőlőn és a borászatokban megjelenő penészgombák. A szőlő rothadási folyamatai.
Mikotoxinok és jelentőségük.
A 9. leckében a szőlő és a belőle készülő bor minőségét befolyásolni képes fonalas gombákkal foglalkozunk. Ezek közül is kiemelten a legnagyobb kárt okozni képes szürkepenésszel, amely különleges körülmények között nemesrothadás formájában jelentősen növelni is képes a termék minőségét. Számos mikroba – élesztők, penészek, baktériumok – társulhat a szürkepenész által indított rothadáshoz, különböző mértékű, akár termésvesztést is okozó károsodást hozva. Egyes szőlőn elszaporodó penészek – főként a melegebb mediterrán vidékeken – súlyos mérgezést okozó anyagokat, ún. mikotoxinokat termelnek, melyek a muston keresztül a borba is bekerülnek, és a szervezetben felhalmozódva különböző szerveinket károsíthatják, akár daganatot is okozhatnak.
A főbb tárgyalt területek az alábbiak:
- A szürkerothadás okozója és a fertőzés folyamata - A nemesrothadás
- A vegyes rothadás
- Mikotoxinok és borászati jelentőségük
- A Cladosporium cellare: a pincék látványos penésze
12.2.9 A must és a bor baktériumai
A 10. leckében áttekintést adunk a mustban és a borban megjelenő, ottani tevékenységével a bor minőségét befolyásolni képes baktériumokról, különös tekintettel a tejsavat, ill. az ecetsavat termelő baktériumokra. Az egyes baktériumfajok, nemzetségek előfordulását élettani jellemzőikkel összefüggésben mutatjuk be, ebből levezetve a bor minőségére gyakorolt hatásukat. A kifejezetten káros baktériumokat külön fejezetben tárgyaljuk az üzemi higiéniával együtt.
A főbb tárgyalt területek az alábbiak:
- Tejsavtermelő baktériumok előfordulása és anyagcseréje - A malolaktikus fermentáció mikrobiológiája
- A mustban és a borban előforduló legfontosabb tejsavbaktériumok általános jellemzése: a Leuconostoc oenos, a Pediococcus nemzetség, a Lactobacillus nemzetség
- Az ecetsavat termelő baktériumok általános jellemzése és az ecetsavas erjedés biokémiája.
12.2.10 Borbetegségek. Pincegazdasági higiénia. A palackozás higiéniája. Szűrés. Borászati biotechnológia (screening, törzsnemesítés, GM szervezetek stb.).
Számos rendellenes elváltozást okozhatnak a mikroorganizmusok a borban. Az élő sejtek anyagcsere-tevékenységéhez közvetlenül kapcsolódó káros elváltozásokat borbetegségeknek nevezzük. Néhány rendellenesség csak közvetve köthető mikroorganizmusok tevékenységéhez, kialakulásukban egyéb kémiai, fizikai tényezőknek is döntő szerepe van (pl. kénhidrogénszag, muskátliíz), ezeket a borhibákhoz soroljuk. A két csoport között nincs éles határvonal. Azt azonban fontos kiemelni, hogy a borbetegségeket okozó káros mikroorganizmusok az egészséges borba is átvihetők, így a minőség megőrzésében kiemelkedő szerepe van a borászat higiéniájának. A mikrobák elszaporodásának korlátozása, a megfelelő tisztaság biztosítása alapvető feladat a pincészetben. A bor stabilitása is csak igen alacsony mikrobasejtszám mellett biztosítható, ennek eléréséhez különböző szűrési, tartósítási eljárásokat alkalmazhatnak a palackozást megelőzően vagy az után.
A főbb tárgyalt területek az alábbiak:
- Mikrobiológiai eredetű borhibák: a bor virágosodása, a Brettanomyces okozta rendellenességek, kéntartalmú illó anyagok képződése, ecetsav-baktériumos romlás, tejsavbaktérium eredetű hibák, tejsavas erjedések, tejsavas illósodás, glicerinerjedés, keseredés, egéríz, muskátliíz, parafadugó eredetű rendellenességek
- A pincegazdaság higiéniája: a borászati műveletek mikrobiológiai hatásai, a palackozás mikrobiológiája (a palackmosás, a hideg steril palacktöltés, a meleg steril palacktöltés)