Levurile

Levurile

Levurile sunt organisme unicelulare, cu aparatul vegetativ constituit dintr-un dermoplastCaracteristic levurilor este capacitatea lor de a se inmulti prin inmugurire si producerea fermentatiilor.

Structura celulei de levuri

Celula de levura este constituita din:

a)      invelisurile celulare

b)      citoplasma - in care sunt localizate organitele celulare

c)      nucleul - inconjurat de o membrane- contine cromozomii.

a)      Invelisurile celulare

-celula levuriana are 2 invelisuri celulare :

-peretele celular

-mambrana celulara-spatiul periplasmatic

-Peretele celular reprezinta invelisul extern al celulei, careia ii asigura protectia si ii confera forma specifica.

Peretele celular este semirigid, de natura polizaharidica, reprezentand 15-20% din greutatea uscata a levurii.Compozitia peretelui celular este dependenta de concentratiile nutritive si de varsta celulei.

In spatiul periplasmatic se gasesc mai multe enzime asociate peretelui celular.Cea mai importanta dintre ele este invertara.

Activitatea enzimelor este maxima in timpul fazei de crestere.

Membrana plasmatica - joaca rorlul unei bariere cu mare putere selectiva intre celula vie si mediul sau exterior.

Ea controleaza toate schimbarile celulei.

Membrana plasmatica este constituita din lipide si proteine.

Membrana plasmatica are trei functii importante :

1.constituie o bariera hidrofila stabila intre citoplasma si mediul inconjurator celulei

2.genereaza glucanul si chitina care intra in constitutia peretelui celular.

3.proprietatea unor proteine membranare de a actiona ca receptori celulari specifici.

b.Citoplasma si organitele celulare

Citoplasma este structura celulara delimitata de membrana plasmatica si membrana nucleara si este constituita din :-citosol

-organitele celulare

Citosolul

Substanta citoplasmatica de baza, care se prezinta ca o solutie tamponata, cu pH=5-6 este bogata in ribozomi.

In citosol se gaseste si glicogenul.

Organitele celulare

-sunt asemanatoare tuturor celulelor vegetale si sunt urmatoarele :

1.Reticulul endoplasmatic(R.E.)- se prezinta ca o membrana dubla care impanzeste citoplasma.

Are rolul de a asigura orientarea proteinelor sintetizate de ribozomi, care ii sunt asociati.

2.Aparatul Golgi este o prelungire a (R.E.) si are rol dublu : de a termina glicolizarea proteinelor, apoi de a tria si a expedia prin vezicule specializate, fie spre vacuola, fie spre membrana plasmatica.

3. vacuola este un organit sferic, cu diametrul de 0.3-3 m inconjurat de o singura membrana.

Proteazele vacuolare joaca un rol esential in reinoirea proteinelor celulare si sunt responsabile de fenomenele de autoliza, dupa moartea celulei.

4.Mitocondriile sunt organite de forma sferica sau bastonase, localizate la periferia citoplasmei, inconjurata de membrane duble, cu crestere specifice.

Nucleul

-este situat in apropierea vacuolei principale.Este sferic cu diametrul de 1-2 m, inconjurat de o membrana dubla, prezentand doi poli efemeri, cu localizare schimbatoare, care permit schimburile de proteine cu molecula mai mica intre nucleu si citoplasma.

Nucleul celulei levuriene contine fondul genetic.

FACTORII CARE INFLUENTEAZA DEZVOLTAREA LEVURILOR

Sunt de trei feluri -fizici

-chimici

-biologici

1.Factori fizici - temperatura

- presiunea asmotica

Temperatura

Levurile au o rezistenta mai mare la temperaturi scazute decat la temperaturi ridicate.

Suporta cateva ore temperaturi de pana la -200̊C iar la temperaturi ridicate, in stare uscata, levurile rezista pana la 100-115̊C.

Limitele termice in care levurile sunt active 1-40̊C, iar cele optime intre 22 si 27̊C.

Presiunea osmotica

In    mustul de struguri, substantele dizolvate, si in special zaharul, exercita o presiune importanta asupra levurilor, care peste o anumita valoare le poate jena dezvoltarea.

Pentru a invinge presiunea osmotica, levurile trebuie sa dezvolte o

contrapresiune mai mare, astfel pierd apa si sunt distruse prin plasmoliza.

2.Factori chimici

Oxigenul

Levurile sunt incadrate in tipul respirator facultativ anaerob deoarece pot trece de la metabolismul aerob la cel anaerob , in functie de conditiile de mediu.

Oxigenul joaca rol esential in balanta metabolica respiratie/fermentatie. In fazele prefermentative, mustul contine suficient oxigen dizolvat, care permite levurilor sa se multiplice si sa-si fortifice echipamentul enzimatic. In aceasta faza, ele isi procura energia necesara prin respiratie. Pe masura ce oxigenul este consumat si nu mai poate permite continuarea acestui proces metabolic, levurile trec la calea alternativa de procurare a energiei -fermentatia.

Azotul

Celula levuriana este constituita in proportie de 45-50% din substante azotate - in principal, proteine.

La inceputul fermentatiei, levurile utilizeaza preferential azotul amoniacal. Dupa aproximativ 36 ore de fermentatie, levurile epuizeaza complet azotul amoniacal si alti factori nutritivi, ceea ce face ca restul perioadei de fermentatie sa se continue cu levuri,, infometate ''.

Levurile trec la utilizarea altor forme de azot.

Azotul asimilat de catre levuri contribuie la formarea biomasei.

Compusii azotati influenteaza propietatile organoleptice a vinurilor.

Dioxidul de carbon CO2

CO2 are efect inhibitor asupra levurilor numai in cazul fermentatiilor sub presiune.

Alcoolul

Alcoolul etilic este principalul produs al fermentatiei alcoolice si este un puternic inhibitor al levurilor.

Actiunea inhibitoare a alcoolului fata de levuri se manifesta prin diminuarea viabilitatii si cresterii celulelor si diminuarea capacitatii lor fermentative.

pH-ul

Aciditatea mustului nu influenteaza direct activitatea levurilor, care nu au nevoie de aciditate pentru a se multiplica si chiar fermenteaza mai bine zaharurile in mediul neutru sau usor acid.

Viteza maxima de fermentatie are loc cand valorile pH-ului se situeaza intre 3,3 si

pH-ul mediului poate modifica metabolismul levurilor.

Acidul acetic

Acidul acetic influenteaza negativ inmultirea levurilor fermentative, atat in conditii de aerare, cat mai ales de neaerare, toxicitatea lui crescand odata cu temperatura.

Polifenolii

Taninurile si substantele colorante, in doze ridicate, in unele vinuri rosii, pot provoca dificultati de fermentatie si chiar oprirea acesteia, fixandu-se pe peretii celulari si ingreunand astfel schimburile cu mediul.

Unii polifenoli inhiba multiplicarea, respiratia si intensitatea fermentativa a levurilor, in timp ce altii le stimuleaza.

Glicerolul

Continutul in glicerol intracelular al levurilor este corelat cu capacitatea lor de a fermenta la tempraturi scazute.

Productia de glicerol permite levurilor sa faca fata stresului osmotic, in special in musturile foarte bogate in zahar.

Elementele minerale

Substantele minerale au rol plastic, rol fiziologic, rol de catalizator si de activatori.

Fosforul- este elementul esential in mecanismul fermentatiei alcolice.

Se gaseste in compusii macroergici A.D.P. si A.T.P.

Sulful este folosit pentru sinteza aminoacizilor care contin acest element .

Potasiul - regleaza absortia zaharului din mediul inconjurator.

Magneziul joaca rol esential in procesul de fosforilare a zaharului

Fierul intra in constitutia unor enzime.

Manganul, cuprul, zincul in doze mici, stimuleaza activitatea levurilor, iar in doze mari o jeneaza.

Factori de crestere si de supravietuire

a)Factori de crestere.

Factorii de crestere sunt substante care joaca rol esential pentru cresterea si dezvoltarea levurilor.

Factorii de crestere sunt pentru levuri ceea ce sunt vitaminele pentru organismele superioare.

Principalele substante cu rol de factori de crestere :
Tiamina numita si vitamina B1, este un important factor de crestere, fiind implicata in toate procesele de biosinteza.

Riboflavina sau vitamina B2, se gaseste in must si in vin si este produsa de levuri.

Piridozina sau vitamina B6 este un factor de crestere, dar nu indispensabil. Fosatul de piridozal joaca rol de coenzima in reactiile de decarboxilare.

Acidul pantotenic numit si vitamina Bx este unul din cei mai puternici factori de crestere pentru levuri, constituent al coenzimei A, care are rol esential in acetilarile biologice.Se mai numeste si Bios2.

Mezoinozitolul sau Bios1 - factor de crestere pentru unlele levuri.

Biotina sau vitamina H1 joaca un rol esential intr-o serie de reactii enzimatice de sinteza azotata, de decarboxilare si dezaminare.

Nicotinamida sau vitamina Pp este sintetizata de majoritatea levurilor.

b)Factori de supravietuire.

Factorii de supravietuire sunt substante care prelungesc viabilitatea si activitatea fermentativa a levurilor neproliferante.

Factorii de supravietuire ai levurilor sunt :

unii steroli(ergosterolul,colesterolul, lanosterolul)

acidul oleanolic

ocitocina

ENERGIA UTILIZATA DE LEVURI

-doua tipuri de energie :

-energia luminoasa(bacteriile fototrofe)

- energia chimica-substantele organice cu molecula complexa

Levurile isi procura energia necesara prin degradarea moleculelor din zaharurile din must.

Metabolismul cuprinde doua categori de reactii :

-catabolismul-reactii de degradare producatoare de energie

-anabolismum- reactii de sinteza consumatoare de energie.

Energia chimica nu este accesibila levurilor decat daca este eliberata in interiorul celulei.

Catabolizarea moleculelor substratului energetic se realizeaza prin procesul de respiratie celulara, care reprezinta totalitatea reactiilor biochimice producatoare de energie in interiorul celulei, indiferent daca aceasta se afla in conditii de aerobioza sau anaerobioza.

Ecuatia generala a oxido-reducerii biologice este urmatoarea:

DH2+ A D+AH2

Utilizarea enegrgiei de catre celula ridica doua probleme:

eliberarea energiei in mod treptat, in fractiuni mici, pentru a fi folosita in mod eficient.

stocarea energiei suplimentatare, in asa fel incat oricand este nevoie sa poata fi eliberata cu usurinta.

Aceste necesitati sunt rezolvate la nivelul celulei pe doua cai :

realizand respiratia celulara, prin intermediul unei serii de oxido-reduceri succesive catalizate de enzimele respiratorii transportoare de hidrogen(arderea controlata)

sintetizand un compus organic care depoziteaza energia si o poate ceda apoi usor.

TAXONOMIA LEVURILOR

Taxonomia levurilor cuprinde clasificarea si identificarea acestora.

Principalele genuri si specii de levuri implicate in productia vinicola

Levurile se grupeaza in :

-levuri sporogene

-levuri nesporogene

Levuri sporogene

Genul Saccharomyces- 20 de specii au rol in vinificatie

Saccharomyces aceti-proprietatea de a oxida etanolul, in aerobioza cu formarea de acid acetic

Saccharomyces bailii- este o specie rara in musturile care fermenteaza dar este curenta in vinurile sulfitate, fiind respobsabila de refermentarile vinurilor albe dulci. Saccharomyces bailii este o levura de crama si de vin,care nu se gaseste pe struguri ci numai pe materialele vinicole, pe lemnul butoaielor in jurul vranelor.

Saccharomyces bayanos- este o specie care s-a gasit mai intai in bere, dupa aceea in vinificatie. Saccharomyces bayanos are celule de forma alungita,fermenteaza lent puterea alcooligena si rezistenta la alcool sunt evident mai slabe, are nevoi mai mari fata de factorii de crestere.

Saccharomyces capensis - provine din provincia  Cap  din Africa de Sud. Saccharamyces capensis este utilizata curent pentru :-declansarea rapida a fermentatiei in vinurile albe sau roze

-obtinerea de vinuri cu aciditate volatila scazuta

-obtinerea unor vinuri cu aroma fina, care amintesc de floarea de portocal

- Saccharomyces chevalieri.Specia se regaseste in cursul fermentatiilor,este prezenta in musturi.Slaba rezistenta la alcool si la SO2.Nu supravietuieste in vin.

- Saccharomyces cozeanus se gaseste in musturile din regiunea Africa de Sud si Cognac, Franta.

- Saccharomyces delbrueckii- este o specie putin raspandita, fiind gasita in unele regiuni din Italia.

- Saccharomyces ellipsoideus-este o levura izolata de pe strugurii copti.Este levura sporogena cea mai raspandita pe fructe in fermentatie.Domina in fermentatiile provocate prin insamantari asociate.Aceasta este levura care face vinul, care da constitutia si caracterul vinului, celelalte levuri nefiind decat ocazionale.

- Saccharomyces exiguus- este o specie in microflora de fermentatie.

- Saccharomyces fermentati- este identificata in Sicilia,Piemont,Spania.Specia are o putere alcooligena redusa(6-9% vol.)produce acid acetic in proportii ca urme.

- Saccharomyces heterogenicus a fost izolata dintr-un suc de mere.Este clasata printre levurile ocazionale.

- Saccharomyces italicus - a fost izolata dintr-un must de struguri in provincia Valais,Elvetia.

- Saccharomyces oviformis joaca un rol important in fermentatia mustului. Procentul suselor de Saccharomyces oviformis creste continuu spre sfarsitul fermentatiei.Este o levura de finisare.Este specia cea mai alcooligena.Este responsabila de refermentariile frecvente care au loc in vinuri.Confera un miros mai fin, mai purternic de foc sau praf de pusca fiind semnul unui mare vin alb.

- Saccharomyces prostoserdovi - aceasta specia a fost izolata in Armenia.Prezinta caractere fermentative instabile si tranzitorii.

Genul Saccharomycodes este reprezentat printr-o singura specie Saccharomyces budwigi.

Vinurile obtinute prin fermentarea pura cu aceasta specie au gust neplacut si aroma dezagreagila.

-specia are o rezistenta foarte mare la acid acetic si la SO2

-este periculoasa pentru vinurile dulci carora le provoaca refermentari chiar daca sunt puternic sulfitate.

Genurile Pichia si Hansenula sunt reprezentate de specii ca :

-Pichia membranefaciens- levuri cu putere alcooligena slaba.Au o influenta negativa asupra calitatii vinurilor.

Levurile nesporogene

Genul Kloeckera- celulele sunt sub forma de lamaie, avand unul sau ambele capete ascutite, se mai numesc si levuri apiculate.

Pe struguri apare in faza de parga, reprezentand 99% din totalul levurilor.

Declanseaza fermentatia spontana.

Genul Candida- cuprinde specii cunoscute popular sub denumirea de levuri de floare- provoaca boala  Floarea vinului .

Genul Torulopsis- cuprinde specii de levuri de forma sferica si ovala, rareori putin alungita, se inmultesc prin inmugurire multipolara.Este prezenta pe strugurii stafiditi prin interventia putregaiului nobil, si in musturile obtinute din acesti struguri.

Genul Schizzoscaccharomyces- celulele acestor specii se inmultesc prin sciziune.Metabolizarea acidului malic pe cale nelactica producand alcool etilic.

Genul Zyyosaccharomyces - cuprinde levuri doate cu o rezistenta deosebita la concentratii foarte ridicate de zaharuri. Se mai numesc si levuri ozmofile.

Genul Torulaspora- in timpul fermentatiei produce cantitati mici de acizi volatili.

Genul Rhodotorula- numit mucilaginoase, produc mucilagii in musturi si in vinurile tinere.

Genul Brettanomyces, cuprinde specii de levuri de contaminare daunatoare calitatii vinului. Produc fenoli volatili cu un miros respingator :  sudoare de cal 

LEVURILE IN CIRCUITUL NATURAL SI TEHNOLOGIC

Levurile sunt foarte raspandite in natura, soluri, la suprafata vegetatiei si in tubul digestiv al animalelor, diseminarea lor fiind realizata de vant si insecte.

Numarul celulelor de levuri prezente pe struguri in momentul recoltarii este cuprins intre 1000 si 100000/ml. in functie de pozitia geografica a potgoriei, conditii climatice din perioada maturarii, starea sanitara a strugurilor si tratamentele cu pesticide aplicate vitei de vie.