Method development and validation for the efficient detection of super-attenuating (Over-Fermenting) yeast contaminants (Saccharomyces cerevisiae var. Diastaticus) in the brewery industry

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Tchonkouang, Rose Daphnee Ngameni
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.1/17791
Resumo: Saccharomyces cerevisiae var. diastaticus is the most dangerous spoilage yeast of fermented beverages in the brewery industry. In contrast to conventional brewing yeast, diastaticus yeast causes super-attenuation due to its ability to degrade residual dextrin and starch in beers, thereby causing degraded mouthfeel, over-carbonation, high alcohol levels, and package explosion. Usually, a diastaticus contamination can remain unnoticed several months after packaging. Diastaticus yeast is particularly difficult to detect with traditional microbiological analyses due to the common characteristics shared with brewing yeast. The objective of the present study was to optimize/develop the detection and growth control of diastaticus yeasts using three different assays: a) the modified Durham test, b) the dextrin agar test and, c) a novel test developed during this project, called the ‘attenuation test’. Strain DSM 70487 and Strain-Y were used as positive and negative controls, respectively. The attenuation test was the most reliable assay because all the investigated diastaticus strains were detected by monitoring the reduction in density (°P) associated with residual saccharides consumption in fully attenuated beer medium. Although the spoilage yeast strain TUM 1-B-8 demonstrated mild super-attenuating activity in the attenuation test, this strain did not show spoilage potential when assayed for growth on dextrin agar plates and did not demonstrate gas production potential in the Durham test. The positive control DSM 70487 showed spoilage potential in all assays, with the fastest detection time of 2 days recorded in the Durham test. Growth on dextrin agar at pH 5.2 and 6.2 revealed faster growth and more rapid detection at pH 5.2. The lowest detection limit (5x100 cells/ml) was noted in the agar tests. This research demonstrated clear variations in the super-attenuating strength of S. cerevisiae var. diastaticus yeast strains and highlighted the necessity to combine multiple assays for reliable detection of diastaticus activity in investigated samples.
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spelling Method development and validation for the efficient detection of super-attenuating (Over-Fermenting) yeast contaminants (Saccharomyces cerevisiae var. Diastaticus) in the brewery industrySaccharomyces cerevisiae varDiastaticusBeerSpoilageSuper-attenuationQuality controlDomínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e TecnologiasSaccharomyces cerevisiae var. diastaticus is the most dangerous spoilage yeast of fermented beverages in the brewery industry. In contrast to conventional brewing yeast, diastaticus yeast causes super-attenuation due to its ability to degrade residual dextrin and starch in beers, thereby causing degraded mouthfeel, over-carbonation, high alcohol levels, and package explosion. Usually, a diastaticus contamination can remain unnoticed several months after packaging. Diastaticus yeast is particularly difficult to detect with traditional microbiological analyses due to the common characteristics shared with brewing yeast. The objective of the present study was to optimize/develop the detection and growth control of diastaticus yeasts using three different assays: a) the modified Durham test, b) the dextrin agar test and, c) a novel test developed during this project, called the ‘attenuation test’. Strain DSM 70487 and Strain-Y were used as positive and negative controls, respectively. The attenuation test was the most reliable assay because all the investigated diastaticus strains were detected by monitoring the reduction in density (°P) associated with residual saccharides consumption in fully attenuated beer medium. Although the spoilage yeast strain TUM 1-B-8 demonstrated mild super-attenuating activity in the attenuation test, this strain did not show spoilage potential when assayed for growth on dextrin agar plates and did not demonstrate gas production potential in the Durham test. The positive control DSM 70487 showed spoilage potential in all assays, with the fastest detection time of 2 days recorded in the Durham test. Growth on dextrin agar at pH 5.2 and 6.2 revealed faster growth and more rapid detection at pH 5.2. The lowest detection limit (5x100 cells/ml) was noted in the agar tests. This research demonstrated clear variations in the super-attenuating strength of S. cerevisiae var. diastaticus yeast strains and highlighted the necessity to combine multiple assays for reliable detection of diastaticus activity in investigated samples.Saccharomyces cerevisiae var. diastaticus é uma estirpe da espécie utilizada na produção de cerveja, S. cerevisiae. S. cerevisiae var. diastaticus é a levedura de deterioração mais perigosa nas bebidas fermentadas obtidas na indústria cervejeira. As espécies do género Saccharomyces utilizadas no processamento de cerveja, como S. cerevisiae e S. Pastorianus degradam carboidratos numa determinada ordem: primeiro a glicose, posteriormente a frutose seguida da maltose e, finalmente, o trissacarídeo maltotriose, que dificilmente é consumido pela maioria das leveduras de cerveja. Em geral, estas leveduras são incapazes de utilizar oligossacarídeos (3-10 resíduos de monossacarídeos), e dextrinas e polissacarídeos (Ex.: amido). Os carboidratos não fermentados permanecem na cerveja e contribuem para o corpo e a sensação na boca do produto final. Contudo, S. cerevisiae var. diastaticus é uma levedura amilolítica que possui o gene STA1 o qual codifica a síntese da enzima glucoamilase extracelular. Esta enzima degrada as dextrinas e o amido presentes na cerveja acabada, levando à sua degradação, situação denominada superatenuação. A superatenuação caracteriza-se pela existência de fermentações secundárias de carboidratos residuais podendo causar a produção de dióxido de carbono, o aparecimento de sabores estranhos, o desenvolvimento de uma sensação desagradável na boca e a produção de níveis anormalmente altos de álcool. As contaminações por leveduras diastásicas são dificilmente detetadas, sendo os sinais de deterioração identificados vários meses após o embalamento, quando o produto já se encontra no mercado. Na última década tem sido reportado um aumento no número de incidentes resultantes de contaminações por S. cerevisiae var. diastaticus os quais estão associados a perdas financeiras que atingem bilhões de euros/ano na Europa. Esta estirpe é difícil de detetar e identificar através de análises microbiológicas tradicionais devido às características comuns com a levedura de cerveja. Além disso, o gene STA1 pode estar presente em estirpes de levedura que não apresentam potencial de deterioração e superatenuação. O objetivo do presente estudo foi otimizar/desenvolver e comparar métodos para detetar o crescimento e capacidade diastásica de várias estirpes de leveduras, utilizando três abordagens diferentes: a) o teste de Durham modificado, b) o teste em meio de cultura sólido de agar com dextrinas (com azul de bromofenol ou roxo de bromocresol), e c) um teste desenvolvido durante o presente projeto designado “teste de atenuação”. As estirpes DSM 70487 e Estirpe-Y foram utilizadas como controlos positivo e negativo, respetivamente. Foram também utilizadas misturas da estirpe diastásica TUM 1-B-8 com DSM 70487 (concentrações celulares variáveis de 1 x 108 a 5 x 100 células/ml) e com a estirpe de levedura lager (Estirpe-Y). Todos os ensaios foram realizados em duplicado. O teste de Durham e o “teste de atenuação” foram realizados no meio de cultura de “cerveja totalmente atenuado” com zinco (200 ppb) e sem zinco. A “cerveja totalmente atenuada” é um meio preparado pela reinoculação da cerveja embalada com uma levedura starter lager para garantir o consumo completo de qualquer açúcar fermentável residual. O teste de Durham permitiu avaliar a libertação de subprodutos gasosos (dióxido de carbono) em tubos Durham invertidos resultantes da fermentação de estirpes de levedura diastásicas que foram inoculadas em meio de “cerveja totalmente atenuado” e incubadas durante 30 dias à temperatura ambiente. O “teste de atenuação” consistiu em medições semanais do extrato aparente (EA) (°P) do meio de “cerveja totalmente atenuado” previamente inoculado e incubado à temperatura ambiente, durante 4 semanas. A presença das estirpes degradadoras provoca a diminuição do EA devido à hidrólise de sacarídeos residuais presentes no meio de cultura/cerveja. A capacidade de as leveduras utilizarem dextrina durante o seu crescimento foi estudada em meio de cultura sólido contendo dextrina, seguida de incubação aeróbia a 28 °C, durante 30 dias. Foi testado o meio de cultura sólido com os corantes azul de bromofenol (pH inicial 5,2) e roxo de bromocresol (pH inicial 6,2). A presença destes corantes indicadores de pH contribuiu para facilitar a deteção visual do crescimento das leveduras uma vez que uma alteração da cor do meio sólido resultava da sua acidificação devido ao crescimento das estirpes S. cerevisiae var. diastaticus previamente inoculadas. A presença das estirpes investigadas foi confirmada no “teste de atenuação” após um período de duas semanas devido à redução dos valores do EA. Observaram-se reduções do EA entre a 2ª e a 3ª semanas de incubação no meio de ”cerveja totalmente atenuado”, suplementado com zinco, quando se utilizaram inóculos contendo 1x102 células/ml de DSM 70487. Apenas a estirpe utilizada como controlo positivo, DSM 70487 (1x108 células/ml), demonstrou potencial de deterioração no teste de Durham, tendo a primeira visualização do gás sido registada após 2 dias de incubação. Não houve diferenças nos resultados obtidos nos testes de Durham realizados com e sem zinco. Os ensaios realizados em meio sólido com dextrina (pH 5,2 e 6,2) revelaram que as estirpes superatenuantes cresceram mais rapidamente nos meios com valores de pH inicial de 5,2 pelo que a sua presença foi detetada mais rapidamente quando o pH inicial foi 5,2 em comparação com 6,2. Os testes realizados no meio de cultura sólido apresentaram um limite mínimo de deteção de 5x100 células/ml. A estirpe DSM 70487 apresentou um potencial de deterioração mais alto do que TUM 1-B-8 em todos os estudos realizados. A estirpe DSM 70487 revelou capacidade de superatenuação em todos os testes, enquanto a estirpe TUM 1-B-8 mostrou atividade superatenuante nos estudos de refermentação em meio de “cerveja totalmente atenuado”, mas não apresentou potencial de deterioração quando testada em meio sólido com dextrina e não foi detetada a produção de gás nos testes de Durham. Com base nos resultados obtidos no presente estudo, o “teste de atenuação” permitiu obter melhores resultados para a deteção de estirpes de leveduras de degradação S. cerevisiae var. diastaticus quando comparado com os outros ensaios realizados. Este estudo permitiu também evidenciar a existência de variações na capacidade superatenuante das estirpes testadas e destacou a necessidade de combinar várias estratégias experimentais para a deteção destes contaminantes nas amostras a estudar durante o controlo de qualidade no ambiente de cervejaria.Quintas, CéliaDerde, LiesbethSapientiaTchonkouang, Rose Daphnee Ngameni2022-05-04T13:29:22Z2021-12-032021-12-03T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.1/17791TID:202914178enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-24T10:30:00Zoai:sapientia.ualg.pt:10400.1/17791Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T20:07:40.358280Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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