Effect of trace elements on the production of baker`s yeast

Abstract

öz Ekmek mayası geleneksel olarak çeşitli unlu mamullerin üretilmesinde ve biyoteknolojik amaçlar için kullanılmaktadır. Ekmek mayası üretiminde kullanılan en temel hammaddeler saf maya ve melastır. Yaygın olarak şeker pancarı ve kamışı melası olarak bulunan melasın kütlece %45-55'ini sukroz, glukoz ve fruktoz şekerleri oluşturur. Maya için gerekli olan besin maddelerinin çoğu, zengin bir besin ve mineral kaynağı olan melastan sağlanmaktadır. Melasın içinde bulunmayan ya da yeterli gelmeyen besin maddeleri ve eser elementler (magnezyum, balar ve çinko) fermantasyon ortamına dışarıdan eklenmektedir. Bu çalışmada Ca2+, Mg24-, Cu2+, Zn2+ iyonlarının ekmek mayası üretimi üzerine etkileri araştırılmıştır. Fermantasyon örneklerinin ICP-AES analizi öncesi hazırlanmasında, Food Control Laboratory (FCL), Human Nutrition Research Center, Beltsville, US, tarafından oluşturulan bir metot kullanılmıştır. Fermentörlere giren hammaddelerde ve ürünlerde Ca2+, Mg2+, Cu2+, Zn2+ konsantrasyonları tayin edilmiştir. FCL bozundurma metodunun doğruluk ve kesinliği değerlendirilmiştir; Ca2+, Mg2+, Cu, Zn elementlerinin çalışılan konsantrasyonları için lineer standart eğriler oluşturulmuştur. Her bir element için 45 Brix melas ve kuru mayada standart ekleme eğrileri çizilmiş ve yüzde kazanım değerleri hesaplanmıştır. FCL metoduyla, kuru maya ve melasta bütün elementler için yüksek kazanım yüzdeleri elde edilmiştir. Endüstriyel fermantasyonlarda, elementlerin maya bünyesine alnıma miktarları hesaplanmıştır ve alınma hızlan, ortamdaki element konsantrasyonlarına ve alınan element miktarlarına göre ifade edilmiştir. Sonuçlar, zamanla Ca2+ un alımının arttığını, Mg2+, Cu2+ ve Zn2+ alımlarının ise azaldığım göstermiştir. Maya ortamdaki Ca2+ hariç diğer üç iyonu azalan hızlarla kullanmaktadır. Fermantasyonun ilk saatlerinde alım hızları yüksektir. Bunun sebebinin protein sentezinin, büyümenin ilk 6 saatinde olması kaynaklı olduğu sanılmaktadır. Her iki endüstriyel denemede maksimum alınmalar şu aralıklardadır; 17.73-23.32 mg Cu2+/ kg kuru maya keki, 195.64-413.46 mg Zn2+ / kg kuru maya keki, 2106.46-2051.74 mg Mg2+ / kg kuru maya keki. Endüstriyel fermantasyonlarda, biyokütlenin iyon konsantrasyonları, benzer koşullarda aynı miktarlardaki Mg2+un hücre içine alındığını göstermiştir. Bu durum S.cerevisiae'nın. saf kültürü kullanılarak yapılan laboratuvar fermentasyonlarında farklı Mg2+ konsantrasyonları uygulanarak doğrulanmıştır. Mg2+ alım miktarının sabit veendüstriyel fermantasyonlardaki miktarlar ile çok yakın değerlerde olduğu bulunmuştur. 806.7 [iM Mg, lkg kuru maya keki tarafından alınmıştır. Bu, literatürde S.cerevisiae için 500-1000 pM aralığında belirtilen Mg2+ konsantrasyon aralığındadır. Endüstride Mg2+, fermantasyon ortamına MgSO4.7H20 formunda eklenmektedir. MgSO4.7H20 dan gelen SO4`2 iyonlan, fabrikanın arıtma sisteminde çökelti problemlerine sebep olmaktadır. Genellikle, melas, endüstriyel üretimlerde ekmek mayası üretimi için yeterli miktarda Mg2+ içermektedir. Mg+2 un yüksek konsantrasyonlardaki toksik etkileri ve dışarıdan eklemenin üretim maliyetlerini arttıracağı ve arıtmada problemlere yol açacağı düşünüldüğünde, Mg un fermantasyon ortamına MgS04.7H20 olarak eklenmesinin, melasın Mg+2 konsantrasyonu belirlendikten sonra yapılması sonucu doğmaktadır. Fazla MgS04.7H2Û kullanımı yerine, sadece gerekli miktarlar fermantasyon ortamına eklenmelidir.

ABSTRACT Baker's yeast has been used widely in traditional bakeries to produce different kinds of baked products and for many biotechnological purposes. The principal raw materials used in producing baker's yeast are the pure yeast culture and molasses. Cane molasses and beet molasses contain 45 to 55 % sugar in the forms of sucrose, glucose, and fructose. Molasses, which is a rich carbon and mineral source, contains most of the nutrients and minerals required for baker's yeast production. Nutrients and trace elements (magnesium, copper and zinc) that are not present in sufficient quantities in molasesses are added to the fermentation medium. In this study, the effects of Ca2+, Mg2+, Cu2+ and Zn2+ on baker's yeast production were investigated. The method of Food Composition Laboratory (FCL), Human Nutrition Research Center, Beltsville, US, was used for the preparation of the fermentation samples prior to ICP-AES analysis. The concentrations of Ca, Mg, Cu2+, Zn2+ were determined in the raw materials entering the fermentors and the products. FCL digestion method was evaluated on precision and accuracy; linear standard curves were obtained for the studied concentration ranges of Ca2+, Mg2+, Cu2+ and Zn2+. Standard addition curves for each element in 45 brix molasses and dry yeast samples were constructed and spike recovery percentages were calculated. High spike recovery percentages were obtained for all elements in both dry yeast and molasses with the FCL method. In industrial fermentations, uptakes of Ca2+, Cu2+, Mg2+ and Zn2+ by the yeast cells were calculated as mg/kg dry yeast at 4h time intervals. The uptake rates were evaluated based on the available element concentration in the medium and the uptake of the elements. Results showed that, as the uptake of Ca2+ increased with time, uptake of Mg2+, Cu2+ and Zn2+ decreased. The yeast cells used the available elements with decreasing uptake rates except Ca2+. During the first hours of fermentation, uptake rates were high. The maximum uptake rates observed for each element in two different industrial fermentations were: 17.73-23.32 mg Cu2+/ kg dry yeast cells, 195.64-413.46 mg Zn2+ / kg dry yeast cells, 2106.46-2051.74 mg Mg2+ / kg dry yeast cells. Ion concentrations of biomass in industrial fermentations revealed that same amounts of Mg were taken by the cell from the fermentation medium under similarconditions. This was verified by the studies done in lab-scale using pure culture of S.cerevisiae, grown on different concentrations of Mg2+. It was found that uptake of Mg2+ was constant and very close to the uptake values of industrial fermentations. 806.7 jM Mg2+ was taken by 1 kg of dry yeast cells. This is in agreement with the stated Mg2+ uptake concentration range 500-1000 jiM of Saccharomyces cerevisiae in literature. In the industry, magnesium is added in the form of Mg.S04.7H20 to the fermentation medium. SO42` ions coming from the MgS04.7H20 cause settling problems in the waste treatment system of the plant. Generally, molasses contain sufficient concentration of Mg2+ ions required for baker's yeast production in the industrial scale. Since Mg2+ has toxic effects at high concentrations and its addition is increasing the cost of the process and causing difficulties in the waste treatment of the plant, it may be concluded that addition of Mg2+ as MgS04.7H20 to the fermentation medium should be done after determining the Mg2+ concentration of molasses. Instead of using excessive amounts of MgS04.7H20, only the required quantity should be added to the fermentation medium. Important Note! hi this thesis, biomass and yeast cake have been used to give the same meaning.