Polyfázová taxonomie technologicky významných kvasinek.

Mgr. Jana Kopecká, Ph.D.

Doctoral thesis

Polyphasic taxonomy of technologically important yeasts.

Abstract:

Předložená dizertační práce je koncipována jako soubor komentovaných publikací věnujících se pivovarským kvasinkám, a to jak tradičním Saccharomyces cerevisiae a S. pastorianus, tak v menší míře i netradičním kvasinkám non-Saccharomyces. Z fyziologických vlastností byla podrobně studována flokulace kvasinek s ohledem na kmen kvasinek, složení kultivačního média, způsob a dobu kultivace. Byly testovány metody izolace DNA, genotypizační metody pro rozlišení jednotlivých druhů a kmenů technologicky významných kvasinek rodu Saccharomyces a přístupy pro výběr nových kmenů netradičních kvasinek k využití v pivovarském průmyslu. Hlavní faktor, který ovlivnil flokulaci i hydrofobicitu buněčného povrchu, byla tenze kyslíku při kultivaci. Při anaerobní kultivaci byly zjištěny podobné hodnoty bez ohledu na použitý kmen či médium. Vliv kultivačního prostředí na flokulaci byl patrný zejména při kultivaci se třepáním (120 kyvů/min), kdy spodně kvasící kmeny flokulovaly více než svrchně kvasící. Nejvhodnější pro izolaci DNA u studovaných kmenů kvasinek je metoda využívající enzymatické narušení buněčné stěny a vyvázání DNA bez použití membrán s křemičitým nosičem. Jako nevhodné pro izolaci DNA z kvasinek se jeví použití mechanického rozrušení buněk. Při testování genotypových metod pro rozlišení technologických kmenů pivovarských kvasinek bylo dosaženo nejlepších výsledků pomocí metody PCR RFLP genu HIS4 (rozlišení na úroveň druhu) a RAPD-PCR (rozlišení na úroveň kmene). Byl navržen postup pro výběr nových kmenů kvasinek, které by mohly být použity pro výrobu piva či pivu podobných nápojů. Pomocí tohoto protokolu byly testovány kmeny Torulaspora delbrueckii. Kmen T9 zkvašoval většinu cukrů přítomných v mladině a vytvářel příjemné ovocné a květinové příchutě v pivu. Kmeny T17 a T13 zkvašovaly pouze glukózu, fruktózu a sacharózu a tudíž by mohly být využity pro výrobu piv s nízkým obsahem alkoholu.

Abstract:

The dissertation thesis has been conceived as a collection of commented publications. It deals with brewing yeasts, both traditional Saccharomyces cerevisiae and S. pastorianus, as well as non-traditional non-Saccharomyces yeast. One of the physiological characteristics of brewing yeast, flocculation, was studied with regard to the yeast strain, composition of culture medium, type and time of cultivation. Methods of DNA isolation, genotypic methods for differentiation of species and strains of technologically important yeast of the genus Saccharomyces and protocols for selection of new non-traditional yeast strains for use in brewery were tested. The main factor that affected flocculation and cell surface hydrophobicity was oxygen tension during the cultivation. Similar values of both parameters were achieved under anaerobic conditions irrespective of yeast strain or medium. The impact of environment on flocculation was apparent especially in cultivation with shaking (120 strokes/min). Lager strains flocculated more than ale strains. The most suitable method for DNA isolation that we employed used enzymatic disruption of cell wall and binding of the DNA without silica membranes. Mechanical disruption of cells was found to be unsuitable for DNA isolation from yeasts. When genotypic methods for brewing yeast strains differentiation were tested, the best results were obtained using the PCR RFLP method of gene HIS4 (differentiation to the species level) and RAPD-PCR (differentiation to the strain level). A procedure was proposed for the selection of new yeast strains that could be used for production of beer or beer-like beverages. Strains of Torulaspora delbrueckii were tested using this protocol. Strain T9 fermented most sugars in wort and created a pleasant fruity and floral aroma in beer. Strains T17 and T13 fermented only glucose, fructose and sucrose and could be used for production of low-alcoholic beer.

Keywords

flokulace, identifikace, kvasinky, mitochondrie, non Saccharomyces, PCR, pivo, Saccharomyces, beer, flocculation, identiffication, mitochondrion, yeasts

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 12. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 5. 2. 2016
• Supervisor: RNDr. Dagmar Matoulková, Ph.D.
• Reader: RNDr. Karel Kosař, CSc., doc. Ing. Tomáš Brányik, Ph.D., doc. Ing. Jan Šavel, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Microbiology