ZASTOSOWANIE MIKROORGANIZMÓW IMMOBILIZOWANYCH W WINIARSTWIE

Transkrypt

1 YWNO. Nauka. Technologia. Jako, 2006, 3 (48), 5 15 SYLWIA BONIN ZASTOSOWANIE MIKROORGANIZMÓW IMMOBILIZOWANYCH W WINIARSTWIE S t r e s z c z e n i e Zastosowanie komórek immobilizowanych w fermentacji alkoholowej jest korzystne ze wzgldów technologicznych i ekonomicznych, w porównaniu z klasycznymi technologiami z komórkami wolnymi. W porównaniu z produkcj alkoholu przeznaczonego do celów chemicznych i opałowych, w winiarstwie wane jest, aby noniki były bezpieczne, odporne na alkohol i nie powodowały zmian jakoci produktu, a kocowa zawarto alkoholu wynosiła co najmniej 11,5% obj. W artykule przedstawiono zagadnienia dotyczce zastosowania immobilizacji w winiarstwie, gdzie mikroorganizmy unieruchomione wykorzystywane s: w cigłej oraz okresowej, powtarzanej produkcji wina, we wtórnej fermentacji (szampanizacji), kontrolowanej fermentacji jabłkowo-mlekowej i jabłkowo-alkoholowej oraz w celu poprawy jakoci sensorycznej gotowych produktów. Słowa kluczowe: immobilizacja, produkcja wina, enologia, technologie fermentacji Wprowadzenie W fermentacji alkoholowej zastosowanie immobilizacji ma miejsce głównie w produkcji etanolu konsumpcyjnego, chemicznego i opałowego oraz w browarnictwie w przyspieszonym dojrzewaniu piwa i produkcji piwa bezalkoholowego. S to prace zarówno w skali laboratoryjnej, a coraz czciej, take przemysłowej. W winiarstwie immobilizacja znalazła zastosowanie w cigłej oraz okresowej, powtarzanej produkcji wina, we wtórnej fermentacji (szampanizacji), kontrolowanej fermentacji jabłkowomlekowej i jabłkowo-alkoholowej oraz w celu poprawy jakoci sensorycznej gotowych produktów. Jednak w skali przemysłowej drode immobilizowane wykorzystywane s jedynie w szampanizacji [13, 18]. Dr S. Bonin, Katedra Biotechnologii, Mikrobiologii i Oceny ywnoci, Wydz. Technologii ywnoci, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, ul. Nowoursynowska 159C, Warszawa

2 6 Sylwia Bonin Zalety immobilizacji Prowadzenie procesów z komórkami immobilizowanymi wie si z technologicznymi i ekonomicznymi korzyciami w porównaniu z tradycyjnymi procesami wykorzystujcymi komórki wolne. Do korzyci tych mona zaliczy [18]: wydłuenie aktywnoci i stabilnoci biokatalizatora, poniewa nonik moe działa ochronnie w przypadku zmian ph, temperatury i składu podłoa, zwikszenie gstoci komórek w przeliczeniu na jednostk objtoci fermentora, co prowadzi do wyszej produktywnoci, skrócenia czasu fermentacji oraz eliminacji fazy namnaania si komórek, lepsze wykorzystanie substratu, w zwizku z czym proces przebiega z wysz wydajnoci, moliwo prowadzenia procesów cigłych, ograniczenie wystpowanie zakae mikrobiologicznych, obnienie pracochłonnoci i kosztów procesu, poniewa biokatalizator wykorzystywany jest przez długi okres czasu. Metody immobilizacji W winiarstwie wykorzystywane s mikroorganizmy immobilizowane na powierzchni lub wewntrz nonika. Unieruchamianie na powierzchni nonika Unieruchamianie na powierzchni nonika wystpuje, gdy komórki wykazuj naturaln zdolno przylegania do pewnych powierzchni lub innych organizmów, ewentualnie czyni to po zastosowaniu odpowiedniego chemicznego czynnika wicego. Jako noniki w winiarstwie stosowane s m.in.: skały wulkaniczne (kissiris), szkło porowate, pochodne celulozy, gluten, jak równie owoce. W metodzie tej mikroorganizmy unieruchamiane s na zasadzie adsorpcji lub adhezji. Podstaw immobilizacji jest oddziaływanie midzy nonikiem a komórk dziki tworzeniu wiza: van der Waalsa, jonowych, kowalencyjnych, hydrofobowych lub te dziki ich kombinacji (rys. 1 A). Uwaa si, e w przypadku drody kluczow rol w wizaniu odgrywaj oddziaływania jonowe midzy nonikiem o duej gstoci ładunków dodatnich a licznymi ujemnymi ładunkami na cianie komórkowej [8]. Liczba komórek immobilizowanych na noniku zaley od rodzaju nonika [15], natomiast wydajno adsorpcji zaley od zastosowanych mikroorganizmów, ich wieku, metabolizmu i cech rodowiska [16]. Zmiany składu poywki podczas fermentacji obniaj stopie adsorpcji komórek. Ponadto moe zachodzi czciowe uwalnianie komórek, które zaley głównie od szybkoci przepływu fazy płynnej, turbulencji wokół powierzchni nonika oraz od autolizy komórek niszych warstw [13]. W

3 ZASTOSOWANIE MIKROORGANIZMÓW IMMOBILIZOWANYCH W WINIARSTWIE 7 przypadku unieruchamiania drody na powierzchni nonika zalecane jest uywanie materiału makroporowatego, o rednicy porów co najmniej czterokrotnie wikszej ni rednica komórek. Taka porowato zapewnia normalny cykl yciowy drody - pczkowanie [16]. A1 A2 A3 Adsorpcja na powierzchni Wizanie elektrostatyczne Wizanie kowalencyjne Adsorption on a surface Electrostatic binding Covalent binding B1 B2 B3 Pułapkowanie w Mikrokapsułkowanie Unieruchamianie wewntrz porowatym noniku membran Entrapment within Microencapsulation Immobilization between porous matrix membranes Rys. 1. Metody unieruchamiania komórek: A. Unieruchamianie na powierzchni nonika, B. Unieruchamianie wewntrz nonika [18]. Fig.1. Methods of cell s immobilization: A. Immobilization on solid carrier, B. Immobilization within a carrier [18]. Unieruchamianie wewntrz nonika Polega ono na zamykaniu komórek w materiałach włóknistych lub porowatych pułapkowanie w kuleczkach elu, zamykanie wewntrz membran półprzepuszczalnych (rys. 1 B). Jako noniki najczciej stosowane s: alginiany, - karagenian, chitozan, agar, pektyna. W przypadku pułapkowania rozmieszczenie komórek w kuleczkach jest ograniczone dyfuzj substratów i tlenu przez warstw elu oraz wyszym, inhibujcym steniem etanolu w czci centralnej. Powoduje to, e drode tworz warstw w pobliu powierzchni nonika, a w czci rodkowej prawie nie wystpuj [13, 18]. Zamykanie drody w elach nie eliminuje przedostawania si komórek do fermentowanego podłoa. Zachodzi równie pkanie kuleczek pod wpływem CO 2 powstajcego podczas fermentacji. W celu ograniczenia pkania

4 8 Sylwia Bonin kuleczek oraz zapewnienia maksymalnej ywotnoci immobilizowanych drody naley dobra odpowiedni liczb komórek w zalenoci od porowatoci elu i wielkoci kuleczek. Ponadto celem ograniczenia ucieczki komórek z kuleczek prowadzi si utwardzanie, np. elatyny - modyfikowan skrobi [1]. Innym rozwizaniem jest tworzenie płaszcza z alginianu wapnia, który ochrania kuleczki alginianowe z zamknitymi w rodku komórkami drody. Dziki temu komórki, które wydostaj si z elu zatrzymuj si w wolnej warstwie midzy kuleczk a płaszczem [11, 30]. Wykorzystywane najczciej w fermentacji etanolowej ele alginianowe s w niewielkim stopniu przydatne do fermentacji winiarskiej, poniewa w kwanym rodowisku wina trac swe właciwoci mechaniczne, a przy dłuszym uyciu mog ulega destrukcji. Stabilno alginianu wapnia jest obniana przez zwizki majce wysokie powinowactwo do jonów Ca 2+. S to kwasy: winowy, fosforowy(v), cytrynowy i ich sole oraz jony Na +, K +, NH 4 +, a take zwizki chelatujce. Właciwoci te uniemoliwiaj powtórne wykorzystanie noników, std ich zastosowanie jest nieekonomiczne [25]. Stwierdzono równie negatywny wpływ alginianu na właciwoci sensoryczne otrzymywanego wina [4]. Bardziej wytrzymałe w rodowisku wina i nieoddziałujce negatywnie na jako produktu s ele pektynowe [23]. Zastosowanie immobilizacji w winiarstwie Fermentacja okresowa, powtarzana i fermentacja cigła W fermentacji winiarskiej drode immobilizowane wykorzystywane s zarówno w procesach okresowych, powtarzanych, jak i w fermentacjach cigłych. Prowadzone prace dotycz doboru noników, warunków procesu i ich wpływu na cechy wina. W procesach okresowych, powtarzanych nonik z unieruchomionymi drodami po zakoczeniu fermentacji periodycznej jest przemywany 2-, 3-krotnie roztworem glukozy lub moszczem, a nastpnie wykorzystywany w kolejnej fermentacji. Stwarza to komórkom korzystniejsze warunki w porównaniu z procesem cigłym, std takie drode wykazuj aktywno fermentacyjn przez długi okres, np.: drode immobilizowane na wysuszonych rodzynkach przez ponad 4 miesice [29], na kawałkach pigwy w 40-okresowych fermentacjach, których łczny czas wynosił 8 miesicy [21], a unieruchomione na delignifikowanej celulozie w 55 kolejnych fermentacjach [6]. W cytowanych pracach uzyskiwano wytrawne wina gronowe, przy czym w kolejnych fermentacjach stopniowo obniano temp. z 30 do 0 C. W całym zakresie temperatury produktywno była wysza, a fermentacja zachodziła szybciej w porównaniu z procesem prowadzonym przy uyciu komórek wolnych, ponadto wino charakteryzowało si delikatnym aromatem.

5 ZASTOSOWANIE MIKROORGANIZMÓW IMMOBILIZOWANYCH W WINIARSTWIE 9 Fermentacj cigł moszczu gronowego ze stopniowym obnianiem temp. z 30 do 5ºC prowadzono z zastosowaniem drody psychrofilnych unieruchomionych na kawałkach jabłek [19] oraz na kawałkach pigwy [22]. W pierwszym przypadku proces trwał 95 dni, w drugim 46 dni, a uzyskiwane wina charakteryzowały si dobr jakoci. Do unieruchamiania drody stosowany jest równie nieorganiczny nonik o nazwie kissiris. Jest to porowaty, wulkaniczny minerał pochodzcy z wysp greckich, który składa si z ok. 70% SiO 2, 13% Al 2 O 3 oraz innych tlenków. Drode unieruchomione na tym noniku wykorzystano w trwajcej 75 dni cigłej fermentacji moszczu gronowego, ze stopniowym obnianiem temp. z 27 do 5 C. Produkcja etanolu była wysza w porównaniu z fermentacj klasyczn, przykładowo w temp. 7 C wzrost był 13-krotny [3]. W dalszych badaniach stwierdzono, e drode immobilizowane na kissiris wykazuj aktywno fermentacyjn przez ponad 2,5 roku. W tym okresie unieruchomione drode wykorzystywano w powtarzanych, okresowych fermentacjach, a take w trwajcej 64 dni fermentacji cigłej. Temp. fermentacji wynosiła 30 C, natomiast pomidzy poszczególnymi fermentacjami nonik wraz z unieruchomionymi komórkami przechowywano w temp. 0 C, w roztworze rozcieczonego moszczu. Zdaniem autorów długotrwała stabilno drody wynikała z biokatalitycznej, ochronnej właciwoci kissiris [2]. Nonikiem podobnym strukturalnie do kissiris jest szkło piankowe. Drode unieruchomione na szkle piankowym wykorzystywano w 3,5-miesicznej cigłej produkcji wina jabłkowego. Proces fermentacji cigłej prowadzono przy uyciu dwóch szczepów drody odpornych na stosunkowo wysokie stenie etanolu i cukru. Fermentacji poddawano nastawy zawierajce ok. 320 g/cm 3 cukrów ogółem. W zalenoci od czasu pracy fermentora uzyskiwano ok % obj. alkoholu [9]. W fermentacjach cigłych drode s naraone przez cały czas trwania procesu na niekorzystne działanie etanolu, ubocznych produktów fermentacji i beztlenowego rodowiska. W przypadku długotrwałej fermentacji nastawów wysokocukrowych stwierdzono, e drode wyizolowane z nonika po zakoczeniu pracy fermentora charakteryzowały si zrónicowanymi kształtami, a w przypadku niektórych komórek równie zmienion struktur wewntrzkomórkow [10]. Naley ponadto zwróci uwag, e zastosowany do immobilizacji drody nonik wpływa na ilo otrzymywanego alkoholu i produktywno procesu. Podczas fermentacji cigłej prowadzonej w tych samych warunkach, z wykorzystaniem drody unieruchomionych na kissiris, tlenku glinu i pułapkowanych w alginianie stwierdzono, e najwysz zawartoci etanolu i produktywnoci charakteryzowała si fermentacja z komórkami pułapkowanymi w alginianie, a najnisz z unieruchomionymi na tlenku glinu. Prawdopodobnie było to zwizane z ochronnym dla drody mikrorodowiskiem wewntrz kuleczek, poniewa proces prowadzono w temp. 7 C, a

6 10 Sylwia Bonin szczep drody był wyizolowany z winogron [5]. Podczas fermentacji przebiegajcych z wykorzystaniem drody unieruchomionych na kawałkach jabłek, gruszek i pigwy najwysz produktywno uzyskano w przypadku jabłek, a najnisz gruszek [20]. Wanym wyznacznikiem jakoci win jest skład produktów ubocznych fermentacji. Jest on róny w zalenoci od tego, czy proces prowadzony jest z komórkami wolnymi, czy immobilizowanymi, a w tym ostatnim przypadku zaley równie od rodzaju uytego nonika. W winie produkowanym z drodami unieruchomionymi na rónych nonikach stwierdzano wysze iloci octanu etylu w porównaniu z fermentacj okresow z komórkami wolnymi [4, 6, 7]. W przypadku zastosowania kissiris, tlenku glinu i alginianu obserwowano mniejsze zawartoci n- propanolu, alkoholu amylowego i alkoholu izobutylowego w porównaniu z fermentacj z komórkami wolnymi [4]. W przypadku za unieruchomienia drody na kuleczkach glutenu i na delignifikowanej celulozie nie zaobserwowano rónic w iloci alkoholi wyszych w porównaniu z procesem tradycyjnym [6, 7]. Szczególnie due rónice w składzie produktów ubocznych stwierdzano w winach produkowanych z wykorzystaniem drody immobilizowanych na owocach (jabłka, gruszki, pigwa). Przy czym skład win był inny w przypadku zastosowania tego samego nonika w procesie okresowym i cigłym. Stwierdzono ponadto, e noniki nadały winom owocowy aromat i korzystny smak, przy czym najlepszymi cechami jakociowymi odznaczały si wina produkowane z drodami immobilizowanymi na jabłkach [20, 21, 22]. Fermentacja wtórna (szampanizacja) Drode pułapkowane znalazły zastosowanie w szampanizacji win metod butelkow ze wzgldu na zdolno do bardzo dobrej sedymentacji (remuage) i łatwo oddzielenia po zakoczeniu fermentacji (degorgage). W procesie szampanizacji wane jest, aby drode unieruchomione w noniku nie wydostawały si na zewntrz, std czsto stosuje si kuleczki pokryte dodatkow warstw alginianu. Dziki temu liczba uwalnianych komórek ulega zmniejszeniu w porównaniu z pułapkowaniem w samym alginianie wapnia. Produkty otrzymywane przy uyciu drody pułapkowanych s bardziej klarowne, charakteryzuj si delikatniejszym perleniem i brakiem zmian w składzie chemicznym w porównaniu z produktami otrzymywanymi metod tradycyjn, a produkcja CO 2 przebiega szybciej ni w procesie klasycznym [11, 30]. Zdaniem innych autorów wtórna fermentacja z drodami immobilizowanymi jest dłusza, ale wykorzystanie substratów efektywniejsze. Powstajcy powoli CO 2 nie niszczy stabilnoci immobilizowanego systemu. Wolniejszy przebieg wtórnej fermentacji jest istotny take pod wzgldem fizykochemicznym, poniewa wizanie CO 2 z rodnikami substancji organicznych jest trwalsze [26].

7 ZASTOSOWANIE MIKROORGANIZMÓW IMMOBILIZOWANYCH W WINIARSTWIE 11 Fermentacja jabłkowo-mlekowa i jabłkowo-alkoholowa Fermentacja jabłkowo-mlekowa jest procesem wtórnym i polega na przekształceniu przez bakterie mlekowe, głównie z rodzaju Oenococcus, Lactobacillus, kwasu L-jabłkowego do L-mlekowego i CO 2. W procesie tym powstaj take inne produkty uboczne, np. aldehyd octowy, diacetyl, octan etylu, alkohole wysze. W konsekwencji kwasowo ogólna ulega obnieniu, a właciwoci sensoryczne i stabilno biologiczna wina polepszaj si [24]. Prowadzenie fermentacji jabłkowomlekowej z komórkami wolnymi jest utrudnione, poniewa bakterie s wraliwe na warunki panujce w winie, do których zalicza si m.in. SO 2, etanol, polifenole, cukry resztkowe, niskie ph, nisk temperatur i obecno bakteriofagów. W przypadku zastosowania komórek immobilizowanych mikrorodowisko nonika działa na komórki ochronnie [18]. W prowadzonych badaniach bakterie Leuconostoc oenos były unieruchamiane w szecianach z poliakrylamidu, karagenianu i kuleczkach alginianu, które umieszczano w reaktorach kolumnowych lub w reaktorach z mieszaniem. Czas przepływu wina przez urzdzenie wynosił kilka godzin i był równowany z czasem trwania fermentacji jabłkowo-mlekowej, natomiast proces tradycyjny trwa kilka dni lub tygodni [13]. W fermentacji jabłkowo-mlekowej win czerwonych, w systemie półcigłym wykorzystano take bakterie Oenococcus oeni unieruchomione na celulozowych gbkach. W cigu 24 godz. obserwowano przekształcenie około połowy zawartego w winie kwasu jabłkowego. Bakterie wykazywały zdolnoci fermentacyjne take po 21 dniach przechowywania nonika w temp. 4ºC [24]. Ponadto nie stwierdzono rónic aktywnoci fermentacyjnej bakterii w zalenoci od sposobu immobilizacji. Zarówno bakterie Lactobacillus casei unieruchomione w kuleczkach pektynianu wapnia, jak i na powierzchni kuleczek modyfikowanego chitozanu, wykazywały o połow wiksz zdolno rozkładu kwasu jabłkowego zawartego w winie Chardonnay w porównaniu z komórkami wolnymi. Ponadto komórki immobilizowane w pektynianie charakteryzowały si dobr stabilnoci fermentacyjn po 6 miesicach przechowywania, a na powierzchni chitozanu po 2 miesicach. Nie podano jednak warunków przechowywania unieruchomionych bakterii [17]. Zdolno przekształcania kwasu jabłkowego maj take drode Schizosaccharomyces pombe i niektóre szczepy z rodzaju Saccharomyces. Jednak przemiany biochemiczne s inne ni bakterii i zachodzi fermentacja jabłkowoetanolowa. Drode S. pombe pułapkowane w kuleczkach o podwójnej warstwie alginianiu zastosowano do cigłego odkwaszania moszczu gronowego. Proces prowadzono przez 6 tygodni i w tym okresie drode wykazywały wysok aktywno rozkładu kwasu jabłkowego [18].

8 12 Sylwia Bonin Ko-immobilizacja Zalet technologii z zastosowaniem komórek immobilizowanych jest moliwo ko-immobilizacji rónych rodzajów mikroorganizmów, co umoliwia przeprowadzenie dwóch rodzajów fermentacji w jednym zintegrowanym systemie. W przemyle winiarskim ko-immobilizacja znalazła zastosowanie w produkcji cydru. W klasycznej technologii fermentacja zachodzi pod wpływem mikroorganizmów obecnych na skórkach jabłek. Przez pierwsze 2-3 tygodnie ma miejsce fermentacja alkoholowa, a nastpnie przekształcenie kwasu jabłkowego w mlekowy, czyli proces dojrzewania, który trwa do 8 tygodni. W przypadku fermentacji spontanicznej uzyskuje si czsto produkt o rónej jakoci. Zastosowanie ko-immobilizacji pozwala na znaczne skrócenie czasu produkcji cydru i otrzymywanie napoju o wyrównanych cechach sensorycznych [18, 27]. W okresowej produkcji cydru zastosowano ko-immobilizacj na gbkopodobnym materiale celulozowym. W pierwszym etapie prowadzono fermentacj przy uyciu unieruchomionych drody Saccharomyces cerevisiae, a nastpnie dodawano zawiesin komórek bakterii Lactobacillus plantarum, które osadzały si na zawierajcym ju drode noniku. Stwierdzono, e na jako otrzymywanego produktu wpływał czas od rozpoczcia fermentacji, w którym stosowano dodatek bakterii. Produkcja cydru, łcznie z dojrzewaniem, trwała cztery tygodnie, a napój zawierał wicej etanolu w porównaniu z fermentacj klasyczn i odznaczał si wysok jakoci sensoryczn [28]. Produkcj cydru mona take prowadzi w sposób cigły. W tym celu wykorzystano ko-immobilizowane w alginianie drode Saccharomyces bayanus wraz z bakteriami Leuconostoc oenos. Fermentacja zachodziła w cigu kilku godzin, a w zalenoci od tempa przepływu uzyskiwano cydr o stosunkowo wysokim steniu cukru lub wytrawny. W produkcie otrzymywanym metod cigł stwierdzono zmniejszenie zawartoci octanu izoamylu i alkoholi wyszych oraz zwikszenie zawartoci diacetylu i aldehydu octowego w porównaniu z cydrem otrzymywanym w sposób tradycyjny, jednak smak napoju był zadowalajcy [27]. Poprawa jakoci sensorycznej wina Unieruchomione mikroorganizmy stosuje si równie w celu poprawy smaku i zapachu wina. W ostatnich latach stwierdzono, e drode Candida stellata odgrywaj pozytywn rol w kształtowaniu cech jakociowych tego napoju. Wykazano moliwo zastosowania tych drody, unieruchomionych w alginianie, w cigłej prefermentacji moszczu gronowego, który nastpnie poddawano okresowej fermentacji z wolnymi komórkami Saccharomyces cerevisiae. W efekcie uzyskano wina wysokiej jakoci, które nie zawierały adnych cukrów resztkowych, natomiast róniły si składem produktów ubocznych w zalenoci od tempa przepływu moszczu przez kolumn z komórkami Candida [12]. W prowadzonym, w skali półtechnicznej,

9 ZASTOSOWANIE MIKROORGANIZMÓW IMMOBILIZOWANYCH W WINIARSTWIE 13 procesie do fermentacji moszczu gronowego przez pierwsze 3 dni stosowano unieruchomione w alginianie komórki Candida stellata, nastpnie za dodawano drode Saccharomyces cerevisiae. Otrzymano wino o pozytywnym i interesujcym profilu, które, w porównaniu z fermentacj bez C. stellata, charakteryzowało si wysz zawartoci glicerolu, kwasu bursztynowego, aldehydu octowego i octanu etylu, a nisz alkoholi wyszych [14]. Podsumowanie W pracach dotyczcych wykorzystania mikroorganizmów immobilizowanych w winiarstwie drobnoustroje s unieruchamiane na rónych nonikach. We wszystkich procesach z zastosowaniem immobilizacji dobry nonik powinien charakteryzowa si obojtnoci w stosunku do unieruchamianych mikroorganizmów, du zdolnoci zatrzymywania komórek, zapewnia właciw dyfuzj substratu i produktu oraz wysok ywotno i stabilno operacyjn immobilizowanych biokatalizatorów przez długi czas. Ponadto powinna cechowa go wysoka mechaniczna, chemiczna, biologiczna i termiczna stabilno, niska cena, łatwa dostpno, moliwo regeneracji i kilkakrotnego uycia oraz moliwo zastosowania w skali przemysłowej. W winiarstwie oprócz powyszych cech bardzo wane jest, aby noniki były bezpieczne, odporne na alkohol i nie powodowały zmian jakoci produktu. Ponadto kocowa zawarto alkoholu w winie powinna wynosi co najmniej 11,5 % obj. [6, 18]. Literatura [1] Alteriis -de E., Porro D., Romano V., Parascandola P.: Relation between growth dynamics and diffusional limitations in Saccharomyces cerevisiae cells growing as entrapped in an insolubilised gelatin gel. FEMS Microbiol. Lett., 2001, 195, [2] Argiriou T., Kanellaki M., Voliotis S., Koutinas A.A.: Kissiris-suported yeast cells: high biocatalitic stability and productivity im provement by successive preservations at 0ºC. J. Agric. Food Chem., 1996, 44, [3] Bakoyianis V., Kanellaki M., Kaliafas A., Koutinas A.A.: Low-temperature wine making by immobilized cells on mineral kissiris. J. Agric. Food Chem., 1992, 40 (7), [4] Bakoyianis V., Kanellaki M., Psarianos C., Koutinas A.A.: Low temperature, countinuous winemaking by immobilized cells: a comparative study of the effect of temperature on volatile byproducts. Food Biotechnol., 1998, 12 (3), [5] Bakoyianis V., Koutinas A.A., Agelopoulos K., Kanellaki M.: Comparative study of kissiris, γ- alumina and calcium alginate as supports of cells for batch and continuous wine-making at low temperatures. J. Agric. Food Chem., 1997, 45, [6] Bardi E.P., Koutinas A.A.: Immobilization of yeast on delignified cellulosic material for room temperature and low-temperature wine making. J. Agric. Food Chem., 1994, 42, [7] Bardi E.P., Koutinas A.A., Psarianos C., Kanellaki M.: Volatile by-products formed in lowtemperature wine-making using immobilized yeast cells. Process Biochem., 1997, 32 (7),

10 14 Sylwia Bonin [8] Bekers M., Ventina E., Karsakevich A., Vina J., Rapoport A., Upite D., Kaminska E., Linde R.: Attachment of yeast to modified stainless steel wire spheres, growth of cells and ethanol production, Process Biochem., 2000, 35, [9] Bonin S., Wzorek W.: Porównanie cigłych fermentacji winiarskich prowadzonych przy uyciu dwóch szczepów drody immobilizowanych na szkle piankowym. Acta Scien. Polon., Technol. Aliment., 2004, 3 (2), [10] Bonin S., Wzorek W.: Wpływ długotrwałej cigłej fermentacji winiarskiej na morfologi drody immobilizowanych na szkle piankowym. Biotechnologia, 2003, 4 (63), [11] Busova K., Magyar T., Janky F.: Effect of immobilized yeasts on the quality of bottle-fermented sparkling wine. Acta Aliment., 1994, 23 (1), [12] Ciani M., Ferraro L.: Enhanced glycerol content in wines made with immobilized Candida stellata cells. J. Appl. Microbiol., 1998, 85, [13] Divies Ch., Cachon R., Cavin J.F. Prevost H.: Immobilized cell technology in wine production. Critical Rev. Biotech., 1994, 14 (2), [14] Ferraro L., Fatichenti F., Ciani M.: Pilot scale vinification process using immobilized Candida stellata cells and Saccharomyces cerevisiae. Process Biochem., 2000, 35 (11), [15] Fujii N., Sakurai A., Onjoh K., Sakakibana M.: Influence of surface characteristics of cellulose carriers on ethanol production by immobilized yeast cells. Process Biochem., 1999, 34, [16] Klein J., Ziehr H.: Immobilization of microbial cells by adsorption. J. Biotechnol., 1990, 16, [17] Kosseva M., Beschkov V., Kennedy J.F., Lioyd L.L.: Malolactic fermentation in Chardonnay wine by immobilized Lactobacillus casei cells. Process Biochem., 1998, 33 (8), [18] Kourkoutas Y., Bekatorou A., Banat I.M., Marchant R., Koutinas A.A.: Immobilization technologies and support materials suitable in alcohol beverages production: a review. Food Microbiol., 2004, 21, [19] Kourkoutas Y., Douma M., Koutinas A.A., Kanellaki M., Banat I.M., Marchant R.: Continuous winemaking fermentation using quince-immobilized yeast at room and low temperatures. Process Biochem., 2002, 39, [20] Kourkoutas Y., Kanellaki M., Koutinas A.A., Tzia C.: effect of fermentation conditions and immobilization supports on the wine making. J. Food Engin., 2005, 69, [21] Kourkoutas Y., Komaitis M., Koutinas A.A., Kaliafas A., Kanellaki M., Marchant R., Banat I.M.: Wine production using yeast immobilized on quince at temperatures between 30 and 0 0 C. Food Chemistry, 2003, 82, [22] Kourkoutas Y., Koutinas A.A., Kanellaki M., Banat I.M., Marchant R.: Continuous wine fermentation using a psychrophilic yeast immobilized on apple cuts at different temperatures. Food Microbiol., 2002, 19, [23] Krasny S., Malik F., Kozankova J., Nahalka J., Minarik E.: Immobilisierte Hefen im Gärungsproze von Apfelmost. Mitt. Klosterneuburg, 1993, 43, [24] Maicas S., Pardo I., Ferrer S.: The potential of positively-charged cellulose sponge for malolactic fermentation of wine, using Oenococcus oeni. Enz. Microb. Technol., 2001, 28, [25] Malik F., Krasny S., Nahajka J., Minarik E.: Immobilisierte Helen im Prozeß der sekundären Wiengärung. Mitt. Klosterneuburg, 1993, 43, [26] Malik F., Smogrovicova D., Halama D., Pach L.: Zur Charakterisierung einiger Eigenschaften immobilisierter Weinhefen. 2. Mitteilung: Untersuchung zur Respiration immobilisierter Zellen. Mitt. Klosterneuburg, 1990, 40, [27] Nedovic V.A., Durieux A., van Nedervelde L., Rosseels P., Vadegans J.: Continuous cider fermentation with co-immobilized yeast and Leuconostoc oenos cells. Enz. Microb. Technol., 2000, 26 (9/10),

11 ZASTOSOWANIE MIKROORGANIZMÓW IMMOBILIZOWANYCH W WINIARSTWIE 15 [28] Scott J.A., O Reilly A.M.O.: Co-immobilization of selected yeast and bacteria for controlled flavour development in an alcoholic cider beverage. Process Biochem., 1996, 31 (2), [29] Tsakiris A., Bekatorou A., Psarianos C., Koutinas A.A., Marchant R., Banat I.M.: Immobilization of yeast on dried raisin berries for use in dry white wine-making. Food Chem., 2004, 87, [30] Yokotsuka K., Yajima M., Matsudo T.: Production of bottle-fermented sparkling wine using yeast immobilized in double-layer gel beads or strands. Am. J. Enol. Vitic., 1997, 48 (4), APPLICATION OF IMMOBILIZED MICROORGANISMS IN WINE-MAKING S u m m a r y Cell immobilization in alcoholic fermentation is a very beneficial due to its attractive technical and economic advantages compared to the conventional free cell system. However, the wine-making compared to fuel or chemical alcohol production has some additional prerequisites: a final alcohol content should be at least 11.5% v/v, the carrier must be food grade purity and must not affect product quality. This review describes issues concerning cell immobilization in wine-making, where immobilized microorganisms are used: repeated batch fermentation, continuous fermentation, production of sparkling wine ("champanois"), malolactic fermentation, cider-making and improvement of wine quality. Key words: immobilization, wine-making, oenology, fermentation technology