06-25-2008, 11:53 PM
FERMANTASYON:
Şarap hammaddesi olan üzüm, önce tanelenir, sap ve salkım iskeletinden ayrılır, taneler parçalanır, kükürtlenir ve mayşe haline getirilir. Beyaz üzümlerde ise, mayşe preslenerek şırası çibreden ayrılır. Fermantasyon tanklarına gönderilir. Fermantasyon tanklarında mayşe veya şıra ya spontan yada saf maya ile fermantasyona uğradıktan sonra şarap haline dönüşür. Bu şarap fermantasyonunu daha iyi anlamak için, fermantasyonun mahiyetini ve fermantasyon ürünlerinin hatırlamakta yarar vardır.
Fermantasyon; büyük moleküllü maddelerin özellikle karbonhidratların mikroorganizmalar vasıtasıyla daha küçük moleküllü maddelere parçalanması demektir. Diğer bir tanım ise; mikroorganizmalar tarafından salgılanan enzimlerin organik maddede oluşturduğu parçalanma veya kimyasal değişikliklerdir. Fermantasyon mikroorgasnizmaları; mayalar, bakteriler ve küf mantarlarıdır. Fermantasyon hammaddelerinin başında karbonhidratlar, azotlu maddeler, yağlar, mineral maddeler ve vitaminler gelmektedir. Ayrıca, asitler, enzimler, fenolik maddeler ve aroma maddeleri önemlidir.
Fermantasyonda, karbonhidratlar dorudan doğruya hedeflenen maddelerdir ve mikroorganizmalar tarafından alkol, asetik asit ve laktik asit gibi maddelere dönüşürler. Diğer azotlu ve mineral maddeler; mikroorganizmaların beslenmesi ve yaşaması için gerekli yardımcı maddelerdir. Asitler, ortamın pH’sına etkilidir. PH ise enzimlerin ve mikroorganizmaların aktivitesi üzerinde etkili rol oynamaktadır. Ürünün, vitaminler besin değerini; fenolik maddeler ise kalitesini yükseltir.
Doğada, yaşayan hücreler tarafından meydana getirilen iki büyük olay daima bir devir halindedir: Asimilasyon Disimilasyon
Asimilasyon sentez, birleştirme; disimilasyon ise parçalama, ayırma demektir. Klorofil ihtiva eden bitkiler H2O ve CO2 ‘ten sentez ile büyük moleküllü maddeler meydana getirir. Disimilasyonda ise bu büyük moleküllü maddeler parçalanır ve depo edilmiş enerji açığa çıkar. Karbonhidratların serbest enerji vererek parçalanması yani disimilasyonu iki şekilde olur: solunum veya fermantasyon. Solunum ve fermantasyon olayları birbirlerine pek yakın olup, ikisine birden metabolizma veya madde değişimi denir.
Solunum olayında, organik maddeler tam olarak H2O ve CO2’e parçalanır ve bir enerji açığa çıkar. C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 672 Cal
Fermantasyon olayında ise organik maddelerin tam olmayan parçalanması görülür. Solunuma göre daha az enerji açığa çıkar.
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 28 Cal
Genel olarak fermantasyonlar, reaksiyona oksijenin girip girmeme durumuna göre iki guruba ayrılır. Birincisi anoksidatif fermantasyon, ikincisi oksidatif fermantasyon.
1-Anoksidatif fermantasyon; Oksijensiz veya havasız bir ortamda cereyan eden reaksiyonlardır.. Bunlar; Etil alkol fermantasyonu, Laktik asit fermantasyonu, Propyonik asit ve Butirik asit fermantasyonlarıdır.
2-Oksidatif fermantasyon; Oksijenli veya havalı ortamda gerçekleşen reaksiyonlardır. Bunlarda; Asetik asit, Sitrik asit, Oksalik asit, Furmik asit reaksiyonlarıdır.
Etil alkol fermantasyonu; bir anoksidatif fermantasyondur. Bu fermantasyonda meydana gelen ürünler; asıl fermantasyon ve yan fermantasyon ürünleri diye ikiye ayrılır. Asıl fermantasyon ürünleri; Etil alkol(alkol) ve karbon dioksittir. Yan fermantasyon ürünleri; Gliserin, asetaldehit, yüksek alkoller, asitler ve esterlerdir.
Etil Alkol(Alkol) fermantasyonunun kimyasal mekanizması; İlk olarak 1789 da Lavazyer fermantasyonda hammaddede bulunan şekerin kaybolduğunu, alkol ve CO2 ‘in meydana geldiğini tespit etmiştir. 1815 ‘ de ise Gay-Lussak günümüzde de geçerli olan aşağıdaki eşitliği belirlemiştir. C6H12O6 = 2C2H5OH + CO2 +28.2 K.cal. Formüle göre 2.mol Etil Alkol ve 2.Mol CO2 meydana gelmektedir. Fermantasyonda asıl olan bu ürünlerden başka gliserin, asetaldehit, asetik asit, yüksek alkoller vs. gibi maddelerinde ortaya çıkmaktadır.
Klasik Gay-Lussak formülüne göre; 100 g glikozdan 51.1 g etil alkol, 48.9g CO2’din meydana gelmesi gerekmektedir. Ancak, pratikte 100 g glikozdan 48 g etil alkol, 46 g CO2 meydana gelmektedir. Teorik ile pratik arasında yaklaşık % 3’lük bir fark oluşmaktadır. Bu farkın oluş nedenleri arasında; mayanın, fermantasyonda şekerin bir kısmını kendisinin kullanması, bir takım yan ürünlerin oluşması ve bir kısım alkolünde fermantasyon esnasında uçması sayılmaktadır.
Alkol fermantasyonu, mayaların zimas enzimi tarafından gerçekleşir. Alkol fermantasyonunun kimyasal mekanizması ise Mayerhof ve arkadaşlarına göre 12 safhadan meydana gelmiştir. Bu teorinin en basit izahı ise; 6 karbonlu heksozun 3’er karbonlu gliserin aldehit ile, dioksiaseton halinde ayrılmaları ve bu triozların muhtelif şekillerden geçerek pirüvik aside dönüşmesi, pirüvik asidinde 2 karbonlu aset aldehit ile 1 karbonlu CO2’e parçalanması ve aset aldehitinde H2 alarak alkolü meydana getirmesi şeklindedir.
Fermantasyon ana ürünleri:
Etil alkol(Alkol): Fermantasyonda oluşan büyük üründür. Etilalkol; Renksiz, akışkan, hoş kokulu, yakıcı tat da ve C2H5OH kimyasal formülü olan bir sıvıdır. Saf (% 100’lük) alkolün özgül ağırlığı, sıcaklık durumuna göre değişir. 0 0C’de 0.80667, 15 0C’de 0.795, 20 0C’de 0.79007’dir. 1 kg alkol yanınca 7000 kcal açığa çıkar. Saf alkol 78.31 0C’de kaynar. Su ile karışımının kaynama noktası normal koşullarda 78.31-100 0C’de arasındadır. Su ile karışımında hacim küçülmesi olmaktadır. Bu küçülme en fazla 53.939 hacim alkol ile, 49.816 hacim su karışımında gerçekleşmektedir.
Kanda düzenli olarak 24-60 mg/l alkol bulunur. Normal alkol alımında bu miktar 1000-3000 mg/l’ye çıkar. Kandaki alkol miktarı % 0.35-0.4 olunca aşırı bitkinlik, % 7-8 ‘e ulaşınca öldürücü zehirlenmeler ortaya çıkar.
Karbondioksit: Fermantasyonda, alkolden sonra oluşan ikinci büyük üründür. CO2 bileşiminde, renksiz, yanmayan, zayıf kokusu ve ekşi tadı vardır. Havadan 1.5 kat daha ağırdır. 1 litre CO2’in ağırlığı, 760 mm basınçta 1.98 gramdır. 1 litre hava ise 760 mm basınçta 1.29 gramdır. Karbondioksit, normal olarak havada %0.03 hacimde veya 0.57 mg/l miktarında bulunur. Normal atmosfer basıncı altında 15 0C’de 1 litre alkolde 2-3 litre, 1 litre suda ise 1 litre CO2 erir.
Fermantasyon sırasında akma olanağı bulamazsa, bulunduğu yerin tabanına çöker, orada kalır ve birikir. Bu yüzden fermantasyon yapılan yerlerde, havalandırma sistemleri olmalıdır. Örneğin karbondioksit bacaları yanında, fermantasyon yerlerinde meyilli tabanlar olmalıdır. Canlılar üzerinde; miktarı belli sınırın aşarsa, boğucu etkisi görülür. Gazın canlılara zehirli bir etkisi yoktur. Ancak, biriken karbondioksit ortamdan uzaklaştırılmazsa, havadan ağır olduğu ve havayı da dışarı çıkardığı için oradaki canlıların ölümüne neden olabilir. Karbondioksitin % 7-8’lik atmosferini soluyan insan, önce bayılır sonra ölür.
% 20 şeker ihtiva eden 1000 litre üzüm şırasının fermantasyona uğramasından 92 Kg CO2 gazı meydana gelir. Bunun açılım;
1000 litre şırada bulunan şeker miktarı = 1000 x 20/100 = 200 Kg’dır.
200 Kg şeker = 200000 gramdır.
1 gram şekerden, 0.46 gram CO2 gazı meydana geldiğine göre, 200000 gram şekerden ne kadar CO2 gazı meydana gelir. CO2 miktarı = 200000 x0.46 / 1 = 92000 gram = 92 kg bulunur.
Şarap mahzenlerinde oluşan bu CO2 ‘in büyük kısmı, fermantasyon bacalarından çıkar gider. Şarapta kalan CO2 ‘in bir kısmı da aktarma ve dinlendirme sırasında uçtuğundan, şarapta çok az bir kısmı kalır. CO2 ‘in alkolde erime oranı yüksek olduğundan, yüksek alkollü şaraplarda miktarı daha fazladır.
Fermantasyon yan ürünleri: Mayalanma ile fermantasyonda, alkol ve karbondioksitten başka yan ürünlerde meydana gelir. Bunlar; gliserin, asetaldehit ve diğer maddelerdir. Ayrıca, şırada bulunan diğer mikroorganizmaların etkisiyle de, bir takım maddeler ortaya çıkar. Bunun yanında, bu ürünlerden bazıları da kendi aralarında reaksiyona girer ve yeni maddelere dönüşürler. Fermantasyonda alkol ve karbondioksit ana ürünlerinden başka, meydana gelen maddelere de; fermantasyon yan ürünleri denir.
Gliserin: Üç değerli bir alkol olan gliserin C3H5(OH)3 kimyasal bileşenlere sahiptir. Fermantasyon mekanizması içinde aldehit H2 alarak gliserini oluşturur.
COH.CHOH.CH2OH + H2 CH2OH.CHOH.CH2OH
Gliserin; renksiz, koyu kıvamlı, tatlı ve higroskopik bir sıvıdır. Su ve alkolde her oranda erir. Eter, benzol, petrol eterde ve kloroformda erimez. Özgül ağırlığı 1.265. 0 0C’de kristal şeklinde donar. 17 0C’de sıvı haline döner ve 290 0C’de kaynar. Fermantasyon ortamında bulunan şıranın şeker miktarına ve maya çeşidine bağlı olarak, bir miktar gliserin meydana gelir.
Şarabı yumuşatan gliserin, bu yönüyle kalite üzerine olumlu bir etki yapar. Şekerin fermantasyonundan önce ve sonra uygulanan işlemlere göre miktarı değişir. Gliserin, mineral ve azotlu maddeleri zengin şıralarda, asitliğin nötr noktaya yakın ve sıcaklığında uygun olması durumunda fazla miktarda meydana gelir. Bu miktar 5-15 g/l arasında değişir. Şarap değerlendirilmesi, alkol/gliserin oranına bakılarak yapılır. Buna göre oran; şaraba su katılmışsa düşer, gliserin katılmışsa yükselir.
Asetaldehit: CH3CHO formülünde, molekül ağırlığı 44.054 olan akışkan, yakıcı ve renksiz bir sıvıdır. Kendine özgü batıcı ve tırmalayıcı bir kokusu vardır. Özgür ağırlığı 0.8, donma noktası –120 0C ve kaynama noktası 20.2 0C’dir. Su, alkol, eter ve benzolde çözünür; çok sayıda madde için iyi bir çözücüdür. Kuvvetli ısıtıldığında metan ve CO2’e parçalanır. Buharları zehir etkisi yapar. Asetaldehit, etil alkolün bir oksidasyon ürünüdür. Fermantasyonda, alkolden bir önceki aşamada ara ürün olarak meydana gelir. Fermantasyon koşullarına ve maya şuşuna bağlı olarak dönüşme uğramadan, değişen miktarlarda ortamda kalabilir.
Şıra, gereğinden fazla kükürtlenmemelidir. Çünkü, SO2 aldehiti bağlar. Bu durum, şıraya daha fazla SO2 katılması gereğini ortaya çıkartır. Şarap üretiminde yapılan havalandırmalarda asetaldehit miktarını artırır. Bu havalandırmalar ve şarapların bulunduğu kaplarda alkol, hava ile temasa gelirse, alkol oksidasyona uğrar ve asetaldehit miktarı da artar. Ayrıca, fermantasyon sıcaklığının yüksek olması ve fazla miktarda maya aşılamada, asetaldehit miktarını artırır. Bu gibi şaraplarda hava ve ekmek tadı hissedilir.
Fermantasyonda, asetaldehit miktarını artırıcı bu koşullar için önlemler alınmalıdır. Alınan önlemler sayesinde şeker kaybı az olacağından, dolaysıyla alkol veriminin kaybı da azalmış olur.
Uçar asitler:En önemlileri; asetik asit(CH3COOH), Propiyonik asit(C2H5COOH) ve butirik asit(C3H7COOH)’dir. Fermantasyonda meydana gelen bu asitlerin miktarı 0.2-0.8 g/l arasında değişir. Yüksek alkollü şaraplarda, bu asitlerin miktarı 1-1.2 g/l arasında bulunabilmektedir. Bu asitlerden, uçar asit miktarı 1.8-2 g/l ‘yi bulursa, böyle şaraplar sirkeleşmiş sayılır. Asetik asit bakterileri, havalı ortamda alkolü asetik aside dönüştürürler. Bu fermantasyonda; alkol azalırken, asit miktarı artar.
Asitler: Alkol fermantasyonunda; asetik, laktik, prüvik, suksinik asit gibi az da olsa organik asitler meydana gelmektedir. Mayalar bu asitlerden; asetik, laktik, prüvik asit’i şekerden dönüştürmektedirler. Suksinik asit ise bir aminoasit alan glutamin asitten oluşur. Suksinik asit miktarı, şırada bulunan azotlu maddelerin çeşit ve miktarına göre değişir ve miktarı 0.6-1.3 g/l arasındadır.
Şaraplarda görülen asit azalması, meydana gelen bu asitler karşılamaktadır. Bu organik asitler, fermantasyonun ilk safhasından itibaren fazla miktarda oluştukları taktirde, şaraplarda aşırı bir pH düşmesi görülür. Böyle durumlarda bu asitlerin oluşumunu engelleyecek önlemler alınmalıdır.
Metil alkol: Fermantasyonda tümüyle pektinden meydana gelir. Bu maddeyi, pektinden pektin estreraz enzimi oluşturur. Enzim için en uygun pH derecesi 5-6’dır. Buna göre, ortamdaki asitlik yani pH daha düşük ise, metil alkol oluşumu azalır. Genel olarak şaraplarda pH 3-4 derece arasında değişmektedir.
CH3OH bileşiminde olan metil alkolün molekül ağırlığı 32.04, özgül ağırlığı 0 0C’de 0.8142’dir. Saf metil alkol; renksiz, akışkan, yanıcı, hoş olmayan koku ve yakıcı tada sahip bir sıvıdır. Donma derecesi – 94 0C, kaynama derecesi 64.7 0C’dir. Metil alkol mavi bir alevle yanar 1kg’ı yandığı zaman ise 5360 kcal açığa çıkar. Su alkol ve eterle her oranda karışır.
Aynı derecede sarhoş olabilmek için alınması gereken metil alkol miktarı, etil alkolden daha fazladır. Metil alkolün içilmesi ve buharlarının solunumu sağlığa zararlıdır. Metil alkol vücutta önce formaldehide, sonra formik aside dönüşür ve zehirlenmelere neden olur. Öldürücü doz olarak 50-75 g tahmin edilmektedir. Fakat 11.5 gram alındığında da ölüm olayları görülmüştür. Metil alkol zehirlenmesinin belirtileri; kalp ve kas zayıflaması, kramplar, titreme nöbetleri, görme sinirlerinde iltihaplanmalar, görme bozukluğu, körlük ve sinirlerin tahrip olmasıdır.
Metil alkol, alkol olması yanında bir zehirdir. Bu nedenle şarap ve içeceklerde fazla olmaması gereklidir. Şarapta 100 kısım alkole(etil alkol) düşecek metil alkol miktarı, 0.033 den az olmalıdır.
Buke Maddeleri:
Şaraba güzel koku ve tat veren maddelerdir. Buke maddeleri, üzümden şaraba geçtiği gibi, üzümde bulundukları halde önceden hissedilemeyen ve sonradan şarapta açığa çıkan, şarabın olgunlaşması süresince yoğunlaşan maddelerin tamamıdır.
Üzümün kendi koku maddeleri; pirimer buke maddeleridir. Fermantasyonda iki gurup buke maddesi açığa çıkar. Bu konuda mayalar önemli rol oynar. Özellikle üzümde bulundukları halde kendini hissettiremeyen buke maddeleri; fermantasyonda açığa çıkan sekonder buke maddeleridir. Bunlarda mayanın etkisiyle üzümün belli azotlu maddelerinden ortaya çıkan; çeşit bukesidir. Şaraba asıl karakteri veren bu buke maddeleridir. Birde fermantasyon buke maddeleri vardır. Bunlarıda maya kendi proteinlerinden yapmaktadır. Fermantasyon buke maddelerini maya kendi proteininden yaptığından dolayı, her maya ırkının yaptığı buke maddeleri de deşik olabilmektedir. Bu nedenle, ayını şıra farklı maya ırklarıyla fermantasyona bırakıldığında, meydana gelen fermantasyon buke maddeside değişik olabilmektedir.
Oksidatif fermantasyonlar:
Asetik asit fermantasyonu: Kimyasal olarak bir oksidasyon olayıdır. Bu fermantasyonda sirke bakterileri ortamdaki oksijenin etkisiyle alkolü, asetik aside dönüştürürler. Asetik asit fermantasyonu, kimyasal bakımdan bir oksidasyon olayıdır.
CH3CH2OH + O2 CH3COOH + H2O
Asetik asit fermantasyonunda göze çarpan diğer bir kimyasal olayda; üst oksidasyondur. Alkol tamamen asetik aside dönüştükten sonra havanın etkisi devam edecek olursa, bu defa, bazı sirke bakterileri kendi oluşturdukları asetik asidi, su ve karbondioksite parçalarlar:
CH3COOH + 2O2 2H2O + 2CO2
Üst oksidasyon sonucu asit miktarı azaldığında, bu olay pratikte önem taşır.
Sitrik asit fermantasyonu: Günümüzde, sitrik asit daha çok fermantasyon yoluyla elde edilmektedir. Bazı küf mayaları, fermantasyon yoluyla özellikle Aspergillus niger şekerde, sitrik asit(Limon asidi) meydana getirir.
Şekerden, sitrik asidin meydana gelişini gösteren formül genel olarak aşağıda görülmektedir: CH2COOH
2C6H12O6 + 3O2 2 C(OH).COOH + 4H2O
CH2COOH
FERMANTASYON MİKROORGANİZMALARI
Fermantasyon mikroorganizmaları pratik bakımdan ve sanayideki önem derecesine göre: mayalar, bakteriler ve küf mantarları olmak üzere üç gurupta toplanır.
Bakteriler: Bakteriler çok küçük, tek hücreli, bitkisel mikroskobik canlılardır. Bakteriler genellikle bölünme ile çoğalırlar. Bazı bakteriler spor yapar. Sporlar elverişsiz dış şartlara daha dayanıklıdır. Bakterilere doğada en çok toprakta rastlanır. Bununla beraber sularda, havada ve nemli yerlerde fazlasıyla bulunurlar.
Bakteriler genel olarak nötr-hafif alkali ortamlarda gelişir ise de fermantasyon teknolojisinde önemli olanlar(asetik, laktik asit bakterileri) özellikle asit ortamda faaliyette bulunur ve asit meydana getirirler.
Bakterilerin bazıları aerob yani havaya muhtaçtır; bazıları anaerob, havaya muhtaç olmadan; bazıları ise mikroaerob, çok az havalı ortamda çalışır ve çoğalırlar.
Bakteriler genellikle hastalık ve bozulma yaptıklarında çoğunlukla zararlı mikroorganizmalardır. Ancak birçok bakteride ekonomik yönden önem kazanmıştır. Çünkü bakteriler, kompleks organik maddeleri, solunum ve fermantasyon yoluyla canlıların çeşitli şekillerde yararlanabilecekleri maddelere dönüştürürler. Buna, asetik asit ile laktik asit bakterileri örnek gösterilebilir. Fermantasyon teknolojisinde asetik asit bakterileri sirke yapımında; laktik asit bakterileri ise turşu, sofralık zeytin yapımında kullanılır. Bununla beraber bu bakteriler diğer fermantasyon dallarında zararlıdır. Örneğin; şarapta sirkeleşme en tehlikeli hastalıkların başında gelir.
Küf Mantarları: Besinler üzerinde beyaz veya renkli hifler oluşturan mantarlardır. Küf mantarlarının bazıları saprofit(ölü veya ölme derecesine gelmiş bitki ve bitki artıkları üzerinde yaşam), bazıları parazit, bazıları da diğer organizmalarla simbiyotik bir hayat yaşarlar. Küf mantarları doğada çok yaygın bulunurlar. Yaşam çevreleri, kışın toprakta başlar yazın meyveler ve çürüyen bitki kısımları üzerinde devam eder. Bu sonuncu dönemde miselyum ve üreme organı oluşturur. Miselyum oluşumu; hücreler birbirlerine ekli kalarak hif denilen iplikçikleri ve bu hiflerin artması, dallanıp budaklanması, karışık yumak gibi bir hal alması şeklindedir. Miselyum belirli bir çoğalma gösterdikten sonra tek veya çok hücreli sporlar, yani üreme organları meydana gelir. Bu üreme organları miselyumdan kolaylıkla rüzgarlarla havada dağılır. Bu nedenle yazın ve sonbaharda çok miktarda üreme organları bulunur. Hatta azda olsa bütün yıl boyunca doğada çoğalabilir durumda küf mantarı vardır. Şeker ve azot içeren bir çok madde üzerinde gelişerek “küflenme” denilen olay ortaya çıkar. Bu gibi maddeler yabancı bir tat aldıkları gibi, bazen de alfotoksin gibi sağlığa zararlı maddeler içerirler.
Küf mantarlarının sanayi alanında kullanılmaları; küf mantarlarının şekerden organik asitler, peynirlerin olgunlaşması , bazı aromatik maddelerin meydana gelmesi, çeşitli ve çok miktarda enzim içermeleri, antibiyotik yapmaları ve tarımsal atıklardan mikrobiyel protein(Tek Hücreli Protein) oluşturmaları gibi özelliklerine dayanır.
Fermantasyon teknolojisi bakımından küf mantarları, genellikle zararlı mikroorganizmalardan sayılır. Şarap, bira mahzenlerinde, fıçılarda, üzümlerde, meyvelerde, nemli v.s. yerlerde üreyerek mamullere küf kokusu ve tadı verir. Örneğin sirke ve diğer mamullerde küf bulunması yasak ve sağlık açısından da zararlıdır. Bazı küf mantarları da faydalı olup teknikte geniş ölçüde kullanılır. Bunlardan penisillium’un antibiyotik özelliği herkesçe bilinmektedir.
Teknikte en önemli küf mantarlarının başlıcalar; Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mukor Rhizopus, Botriytis cinerea, Chladosporium cellare (Mahzen küfü)’dür.
Üzüm şırası kükürtlenip fermantasyondan önceki işlemleri yapıldıktan sonra fermantasyon kaplarına alınır. Fermantasyon ya spottan(kendinden) veya saf maya ile gerçekleşir. Spontan fermantasyon; üzümlerden doğal olarak geçen üzümün kendi tabi mayalarıyla yapılan fermantasyondur. Saf maya fermantasyonu; Şıraya doğrudan doğruya yetiştirilmiş bir saf maya veya saf maya karışımının katımıyla yapılan fermantasyondur. Fermantasyon ortamındaki hammaddelerin bileşim unsurları başlıca; karbonhidratlar, azotlu maddeler, yağlar, madensel maddeler ve vitaminlerden oluşur. Ayrıca asitler, enzimler ve flavör maddelerde fermantasyon teknolojisinde önem taşırlar. Bu maddelerde karbonhidratlar fermantasyon teknolojisinde doğrudan hedeflenen maddelerdir. Mikroorganizmalar tarafından alkol, asetik asit, laktik asit vs. maddelere çevrilir.
Hammaddenin diğer unsurları; azotlu ve madensel yardımcı maddelerdir. Bu maddeler, fermantasyonda mikroorganizmaların yaşam ve faaliyetleri için mutlak gerekli maddelerdir. Asitler ve ortamın pH’sı ise mikroorganizmaların ve enzimlerin optimum çalışmasını ve elde edilen ürünün tadını etkiler. Vitaminler ürünün besin değerini, flavör ise mamul maddenin kalitesini yükseltir.
Şarap teknolojisinde fermantasyon; saf maya ve spontan olan mayalar ile gerçekleşir. 1- spontan fermantasyon bazı durumlarda uygulanır ve iyi sonuç alınabilir. Buda taze üzüm işlenildiği ve yılların tecrübelerinden, o yöre bağlarının tabi mayalarının iyi özellikte ve kuvvetli oldukları sonucuna varıldığı hallerde önerilmektedir. 2- Saf maya fermantasyonu, spontan fermantasyonda sonuç daha çok tesadüfe bırakılmaktadır. Saf maya fermantasyonunda ise her zaman istenilen sonuç elde edilebilir ve emindir. Saf mayalar özel laboratuarlarda üretilir.
ŞARAP MAYASI:
Şarap mayaları Ascomycetes sınıfının saccharomyces cinsinin saccharomyces cerevisiae vini. Türündendir. Bu türünde bir çok ırkları vardır.
Maya hücresi bitki hücresi gibidir. Bir hücre duvarı, sitoplazma ve çekirdek kısımlarından oluşmuştur. Mayanın normal yaşamı bir çok koşullara bağlıdır. Özellikle ortamda besin kaynağının bulunması, ortam reaksiyonun ve ısısının uygun olması gereklidir. İşte üzüm şırası mayalar için iyi bir ortamdır. Çünkü şırada besin kaynağı olarak şekerler(CHO’lar) azotlu ve madensel maddeler vardır. Reaksiyonda 2.8-4.5 pH arasındadır(asidik ortam). Isı derecesi de normal olursa maya kolaylıkla fermantasyon yapabilir.
Kalite şarap elde etmek için şırayı kendi haline bırakmak doğru değildir. Fermantasyon gidişi, aksaklık akışı, şarabın geleceği üzerinde etkili olduğundan fermantasyon devamlı kontrol edilmelidir. Fermantasyon koşullarının elverişsiz olması ve mayanın çalışmasını sağlayacak durumun olmaması veya ihmal edilmesi halinde zararlı mikroorganizmalar hemen gelişip ortamı kendileri için kazanmaya çalışırlar; sonra şarabı bozarlar. Örneğin asetik asit bakterileri şarabı sirkeleştirirler. Laktik asit ve mannit bakterileri de şekerden laktik asit ve mannit üreterek, şarabı hastalandırırlar.
Alkol fermantasyonunda maya gereksinim duyduğu enerjiyi, şekeri parçalayarak sağlar. Hızlı şıra fermantasyonda meydana gelen CO2 ‘in çıkacağı ve havanın giremeyeceği kabın üstünde CO2 atmosferi oluşur ve bu nedenle kaba dışarıdan hava giremez. Havaya ihtiyaç duyan mikroorganizmalara bu ortam olumsuz bir etki yapar.
Fermantasyon sırasında maya rakipleriyle beraber çalışır. Ancak rakiplerinin bir kısmı şıranın hidrojen iyonları konsantrasyonunda ölür, bir kısmı da çoğalamaz. Daha çok aside hassas bakteriler bu ortamda etkili olamazlar. Ayrıca ortamdaki şekerde bazı bakteriler üzerine zehir etkisi yapar. Bu şekilde şıra mikoflorasında bir seleksiyon olur. Böylece geride maya ile aside ve şekere dayanıklı mikroorganizmalar kalır.
Şıraya katılan SO2’ de ikinci bir seleksiyon yapar. Çünkü SO2 şıradaki oksijeni alır. Bu nedenle havaya ihtiyaç duyan mikroorganizmaların çoğalma olanakları bozulur. Ortam kuvvetli kükürtlenmiş olsa bile, hakiki şarap mayaları çalışmaya devam eder. Çünkü bunlar kükürde alıştırılmış olup diğer mikroorganizmalar gibi hassas değildir. Mayalar ancak 450-600 mg/l SO2 bulunan ortamda ölür.
Fermantasyonda üçüncü bir seleksiyonda ortamdaki alkol miktarıyla olur. Fermantasyonda % 4 alkol meydana gelince şarap mayası ortama tamamen hakim olur(diğer mikroorganizmaların birçoğu %4 alkol derecesinde ölür). Alkol miktarı % 10 bulunca, ortamda şarap mayasının rakiplerinden pek azı kalabilir.
Mayanın yaşamı doğada bir devir halindedir. Mayaya daha çok bağ ve meyve bahçelerinde rastlanır. Üzümlerin olgunluk devresinde kuşlar, böcekler ve rüzgâr vasıtasıyla topraktan bitki bünyesine, yaralanmış ve bereli taneler üzerine geçer, burada ise tomurcuklanma ile çoğalırlar. Bu tanelerin toprağa düşmesi ile yine toprağa geçer ve etrafa yayılırlar. Daha çok toprağın üst kısımlarında 0-10 cm derinliklerde kış mevsimini spor yaparak geçirirler. Yeni yılda üzümler olgunlaşınca taneler üzerine taşınarak gelirler. Yani maya için ölüm yoktur. Devamlı bu şekilde devir halinde yaşarlar. Bu da bize göstermektedir ki üzüm üzerinde tabi halde devamlı maya bulunmaktadır. Oysa fermantasyon için durum böyle değildir. Maya fermantasyonunu bitirdikten sonra en geç 4-6 hafta sonra ölür ve dibe doğru çöker. Fermantasyon bittikten sonra mayaya artık ihtiyaç kalmaz. Çünkü mayanın vücudu şaraba zararlıdır. Ölü mayalar çürümeye başlar şarabı bulandırır. Fena bir koku ve tat meydana getirir. Bunun için ölü mayalar aktarma yapılarak şaraptan ayrılmalıdır.
Mayanın Bileşimi: Mayanın bileşiminin iyi bilinmesi organizmanın gereksindiği besin maddelerinin ve biyokitle olarak beslenmedeki yerinin tayininde önemli bir rol oynar. Mayada, bitkiler evreninde olduğu gibi, başlıca su, azotlu maddeler, karbonhidratlar, anorganik tuzlar, yağ ve yağ benzeri maddeler, enzim ve vitaminler bulunmaktadır.
Genel olarak taze mayanın ortalama % 75 kadarı su ve %25 kadarı (20-30) kuru maddeden ibarettir. Kuru maddenin de yaklaşık % 45-60’ı hamprotein, % 25-35’i karbonhidrat, % 6-9’ u madensel maddeler, % 1-7’ si yağ ve yağ benzeri maddelerden ibarettir. Mayalar vitamin bakımından da zengindir. Mayalarda, A,D,E,K ve C vitaminleri az olmakla beraber, B1, B2 vitaminlerince çok zengindir. Ayrıca, B gurubundan B3-B6 vitaminleri de fazla miktarda bulunur.
Mayanın bileşimindeki maddeler genel çizgisiyle yukarıdaki miktarlarda olmakla beraber, bu miktarlar mayadan mayaya ve beslenme koşullarına göre değişebilir.
Yaşam devreleri:
Fermantasyon sürecinde mayaların geçirdiği devreler; 1-Çoğalma, 2-Fermantasyon, 3-Dinlenme ve açlık devresi, 4-Oksidatif, 5- Ölüm devresi olarak ayrılmaktadır.
1-Çoğalma devresi: Taze sıkılmış bir şıra kendi haline bırakıldığı veya maya ile aşılandıktan sonra ilk 24 saat veya 48 saat içerisinde fermantasyona başlar. Bu zaman içerisinde maya tomurcuklanma ile çoğalır. Çoğalması için maya gerekli olan enerjiyi şırada bulunan şekerden değil, ortamda bulunan oksijenden alır.
2-Fermantasyon devresi: Bu devrede maya gerekli enerjiyi şekerden alır. Maya enzimi, fermantasyon devresinde şeker molekülü parçalayarak alkol ve karbondioksit gazına dönüştürür. Ayrıca yan ürün olarak ta gliserin, asetaldehit, organik asitler vs. gibi maddeler meydana gelir. Bu devrede maya kendine ihtiyat maddeleri toplar. Bol miktarda glikojen, protein ve yağ maddeleri biriktirir. Bu devrede mayalar en fazla % 17.5 hacim civarında alkol meydana getirebilirler. Bundan fazla alkole dayanamazlar. Ortamda şeker olsa bile bu yüksek alkolün etkisiyle, şekeri parçalayacak daha fazla enzim salgılayamaz ve artık daha fazla alkol üretemezler.
3-Dinlenme ve açlık devresi: Maya ortamda fermente edecek şeker bulamayınca veya alkol miktarı en üst seviyeye çıkınca veya fermantasyonu bitiren maya dinlenme ve açlık dönemine girer. Bu devrede daha önceden biriktirdiği yedek besin maddelerini kullanarak bir miktar daha idare eder. İhtiyat maddeleri bitince maya açlık devresine girer.
4- Oksidatif devre
inlenme sırasında maya ortamda hava bulursa ortamdaki alkolü yağ asitlerine dönüştürür. Oksidasyon sırasında asetaldehitte meydana geldiğinden, bu maddelerinde kimyasal reaksiyonu sonucu esterler oluşur. Böylece şarapta fermantasyon buke maddeleri ortaya çıkmış olur.
5-Ölüm devresi: Dinlenme ve açlık devresine giren maya, fermantasyonda yoğun bir şekilde oluşan maddelerden(alkol gibi) ve gerekse yaşaması için bir enerji bulamadığından ölmeye başlar. Bu aşamada ancak % 1-2 kadarı ortamda kalabilir.
Fermantasyonda saf maya kullanmanın faydaları:
1-Şıraya konan maya aktif olduğundan hemen çoğalmaya başlar ve kısa zamanda üremesini bitirip fermantasyona başlar. Bu nedenle diğer mikroflora çoğalmaya başlamadan saf maya ortama hakim olur.2- Spontan fermantasyonda istenmeyen mikroorganizmaların çalışmasını engellemek için ortam kükürtlenir. Saf maya fermantasyonunda katılacak kükürt dozu daha aza iner.3- Fazla SO2 karışımında zararlı mayalar, bakteriler ve şıranın tabi mayaları zarar görüp fazla dayanamazlar. Saf mayalar SO2 alıştırılmış olduklarından fermantasyonda çok etkilenmezler. 4- Saf mayalar dış etkilerden fazla etkilenmezler Özellikle sıcak ve soğukta faaliyet gösterebilirler. 5- Saf maya kuvvetli olduğundan fermantasyonda ortamdaki şekerin hepsini alkole dönüştürebilir. 6- İyi seçilmiş bir maya, şaraba kendine özgü buke maddeleri kazandırır.
Bütün bunlara rağmen saf mayanın her zaman olumlu sonuç verebileceği düşünülmemelidir. Ancak olumlu şartlarda en iyi şekilde yararlanılabilir. Örneğin bozuk ve küflenmiş üzümlerde normal bir fermantasyonu sağlaması yanında hiçbir zaman küf kokusunu gideremez.
Fermantasyon üzerine tesir eden faktörler:
Fermantasyon üzerine tesir eden faktörlerden başlıcalar; sıcaklık, şeker konsantrasyonu, alkol, karbondioksit basıncın etkisi, havanın etkisi, SO2 ‘in etkisi ve diğer faktörlerdir.
Sıcaklık: Fermantasyonda, sıcaklı en önemli faktörlerden biridir. Fermantasyonu gerçekleştiren mayada her canlı gibi sıcaklıktan olumlu ve olumsuz yönde etkilenmektedir. Çalışması ve çoğalması büyük ölçüde sıcaklıkla etkilidir. Çoğunlukla mayaların gelişme ve çoğalmaları 0-45 0C arasında olmaktadır. Şarap mayaları için optimum sıcaklık 22-27 0C’dır. Sıcaklık 25 0C ‘nin altına düştükçe giderek faaliyetleri yavaşlar. 7-8 0C’de bile yavaşta olsa fermantasyona devam edebilirler. 40 0C ise mayalar fermantasyon yeteneklerini önemli ölçüde yitirmiş olurlar. Bu arada önemli bir husus fermantasyondaki şıranın kendiliğinden ısınmasıdır. Şıranın ısınması şekerin parçalanmasıyla olmaktadır. Fermantasyonda şeker parçalanınca yaklaşık 28 kalori açığa çıkar. Fermantasyonda kendiliğinden ısınma şeker konsantrasyonuna ve kabın büyüklüğüne bağlı olarak az veya çok olabilir. Buna göre sıcaklık artışı 10-20 0C arasında değişir. Bu durumda koşullar uygun değilse, fermantasyon sırasında mahzen sıcaklığının 13-15 0C’ yı geçmemesi için tedbirler alınmalıdır. Yüksek sıcaklık şarapta aroma maddelerinin, bir miktar alkol kaybına ve ayrıca asetik asit, laktik asit ve mannit gibi bakterilerin faaliyetine uygun olması durumunda şarabın hastalanmasına neden olmaktadır. Son yıllarda maya ıslahındaki gelişmeler ile çok düşük sıcaklıklarda (4-100C) iyi çalışabilen mayalar elde edilmiştir.
Yüksek sıcaklık durumunda alınacak başlıca tedbirler;
1-Şıra ve mayşe kuvvetli kükürtlenerek saf maya kullanılmalıdır.
2-Fermantasyon kapları fazla büyük seçilmemelidir.
3-Soğutma düzeneği olan çift cidarlı kaplar kullanılmalıdır.
Şeker konsantrasyonu: Şaraplık üzümlerde ortalama % 20-25 kadar şeker vardır. Fermantasyonda maya bu şekeri kolaylıkla fermantasyona uğratabilir. Ancak şeker miktarı % 25’i geçmeye başlayınca mayanın çalışması güçleşir. Şeker konsantrasyonu % 30’u bulursa % 5-7 kadar alkol meydana getirebilir. Bu durumda ise, şekerin bir kısmı fermente olmadan şarapta olduğu gibi kalır. Şeker konsantrasyonu % 50’yi geçince fermantasyon sonucu meydana gelen alkolünde etkisi eklenerek, hücre suyunu kaybetmeye başlar(plazmoliz) ve bu halin devamında ise ölür. Sonuç olarak ortamda şeker konsantrasyonu arttıkça maya hücre suyunu kaybeder ve bu durumun devamı halinde ise ölür.
Alkolün etkisi: Fermantasyonda maya metabolizma ürünü olarak alkol meydana getirir. Her ne kadar kendisi enzim gücü ile bu maddeyi oluşturmakta ise de ancak belli alkol konsantrasyonuna dayanabilmektedir. Her maya için durum başka başkadır. Fermantasyonda oluşan % 2.5 alkolün dahi maya üzerine etkisi görülür. Alkol miktarı % 12.5’ i bulunca gelişme durur. Fakat fermantasyon faaliyeti devam eder. Kültür mayalarında kuvvetli olanları %18.7 ve çok seyrek olarak ta %20.8’oranına kadar alkol yapabilirler.
Yabani mayalar üzerine etilalkolün etkisi daha başkadır. Örneğin Apiculatus mayaları alkol derecesi %4-6 olunca faaliyetten tamimiyle kalırlar. Mycoderma’lar ise kendileri alkol yapmadıkları gibi, alkol miktarı % 12 den yukarı olan ortamlarda faaliyette bulunamazlar.
Karbondioksit basıncının etkisi: Fermantasyon sırasında oluşan karbondioksit atmosferi mayanın çoğalması ve fermantasyon hızını olumlu veya olumsuz etkiler. Buna bağlı olarak alkol verimi de etkilenir. Mayaların çoğalması 1 atmosferlik basınçtan etkilediği, artan basınçla gelişmenin yavaşladığı ve 20 atmosferin üzerinde tümüyle durduğu belirlenmiştir. Etkilenmenin basınç nedeniyle değil, artan CO2 konsantrasyonuyla olduğu tespit edilmiştir. Fermantasyonda oluşan CO2 gazının kültür mayaları üzerine olan etkisi pek azdır. Ancak 8 atmosfer civarındaki bir basınç fermantasyonu durdurabilir. Buna rağmen fermantasyon kaplarında pek basınç olmaz. Çünkü, CO2 gazı basınç kaplardan fermantasyon başlıkları sayesinde dışarı atılır. Ancak bu gazın bir kısmı kapta kalacak şekilde tutulursa, fermantasyon kontrolü basınç altında yaptırılmış olur. Bu şekilde kapta 3-4 atmosfer basıncın olması ile fermantasyon daha sakin geçer ve maya daha enerjik çalışır; kediliğinden ısınma, alkol ve aroma kaybı da azalır. Fermantasyonda meydana gelen CO2 gazının etkisi, mayanın faaliyeti üzerine etkisi pek azdır. Daha fazla yabani mayalar, küf mantarları ve bakteriler gibi havaya muhtaç, şarap için zararlı sayılan mikroorganizma faaliyetleri üzerine önleyici etki yapar.
Havanın etkisi: Fermantasyonda maya özellikle havaya çoğalma devresinde ihtiyaç duymaktadır. Mayanın hızlı bir fermantasyon yapabilmesi ve ortamdaki şekerin tamamını fermente edebilmesi için, yeterli enzim ve aktiviteye sahip olması gerekmektedir. Buda fermantasyondan önce ve başlangıç fermantasyonu sırasında hızlı çoğalma teşvikiyle sağlanabilir. Bunun için başlangıçta fermantasyon ortamına hava verilir; mayanın tomurcuklanmayla istenilen miktarda çoğalması sağlanır. Bundan sonra fermantasyon safhası başlar. Bu aşamada şeker, alkol ve karbondioksite parçalanır. Ayrıca gliserin asetaldehit vs. yan ürünlerde meydana gelir. Asıl fermantasyon safhasına girildikten sonra mayanın hava ile teması sakıncalıdır. Çünkü hava, mayayı hücresel çoğalmaya ve fermantasyon yan ürünlerinin artmasına teşvik eder.
Fermantasyonda bazen uygun olmayan koşullarda fermantasyon ve mayanın faaliyeti durabilir. Bu taktirde şırayı çeşitli yollarla karıştırmak ve hava vermek gerekmektedir. Fermantasyonda havalandırmayı ihtiyaç olduğu zaman, ortama hava verilmelidir. Aksi taktirde şarap okside olabildiği gibi, Diğer mikroorganizmaların(Küf ve sirke bakterileri...) çoğalması ve faaliyetleri teşvik edilmiş olur.
Kükürt di oksidin etkisi: Bütün mikroorganizmalar SO2 ‘e karşı hassastır. Bu gazdan mayalar daha az etkilenir. Çünkü SO2 maya üzerine etki yapsa da mayaların bu gaza alışma özellikleri vardır. Genel olarak 20-30 mg/l SO2 gazı maya üzerinde uyarıcı bir etki yapmaktadır. Ancak bu gazın miktarı artıkça mayanın faaliyeti gecikmektedir. Fermantasyonun gidişi ortamdaki SO2 gaz miktarıyla da ilgilidir. Miktar arttıkça mayanın faaliyeti aksamaktadır.
Ortamda bulunan 100 mg/l SO2 maya üzerine etkide bulunur ve fermantasyonu üç gün, 150 mg/l SO2 8 gün, 200 SO2 mg/l 20 gün 300 mg/l SO2 dört hafta geciktirir. Ortamda SO2 miktarının dozu 300 mg/l ‘den daha fazla bulunuyor ise maya ya çalışamaz veya ölür. 300 mg/l dozların altında maya ölmemekte ve yavaş yavaş SO2’ye alışmaktadır. Buna göre mayalar, mikroorganizmalar içinden yüksek dozda SO2 konsantrasyonuna alışabilme özelliklerine sahiptirler. SO2 gazına alıştırılmış bu mayalara da sülfit mayaları denir. Şaraba verilen SO2 gazı şarabın rengini koruduğu gibi, hastalanmasını(diğer mikroorganizmaların faaliyetini) önler ve şarabın olgunlaşmasına da yardımcı olur.
Aşılama oranı: Fermantasyonda aşılama oranı önemli olup, uygulanan fermantasyon yöntemine göre değişir. Aşılanan maya miktarı kullanılan mayşeyi kısa sürede ve hızlı fermente ederek, tüm şekeri fermantasyon süresinde alkole dönüştürmesi gerekmektedir. Oran düşük ise fermantasyon yavaş seyreder ve uzun sürer. Bu ise hem bulaşmalara hem de şeker ve zaman kaybına neden olmaktadır.
Birçok işletme, hala çoğaltma maya ile çalışmaktadır. Ön çoğaltma ile ürettikleri mayayı fermente edilecek mayşeye aşılama şeklinde yapmaktadırlar. En yüksek alkol verimi % 1,2-2 oranında aşılamakla elde edilir. Kuru maya kullanıldığında oran 0.1-0.2 g/l ‘dir. Bu arada kullanılacak mayada önemlidir. Maya, mayşede bulunan şekerleri fermente etme yeteneğinde olmalı ve ayrıca fermantasyonu istenilen süre içinde bitirebilmelidir.
Diğer faktörler: Mayaların çoğalması ve fermantasyon üzerine bazı asitler ve metallerin etkisi vardır. Fermantasyon ortamında metallerin miktarı arttıkça maya üzerine bir zehir etkisi yapar, mayayı yaşayamaz kılar ve böylece fermantasyonda durmuş olur. Örneğin ortamda % 0.015 oranında bulunan bakır kalıntısı mayayı öldürür. Kurşun ve Alüminyum metallerinde, bakır gibi etki yapar. Mayalar organik asitlere karşı dayanıklıdırlar. Ancak, sirke asidine karşı hassastır. Fermantasyonu engelleyen faktörlerden biri olan sirke bakterilerin etkisi, meydana getirdikleri uçar asit(asetik asit) ile olmaktadır. Uçar asidin etkisi 2 g/l ’den sonra başlar ve 8 g/l ’den sonra ise fermantasyon tamamen durur. Maya, anorganik asitlerden HCl ve H2SO4 ‘de karşıda pek hassastır. Bunların düşük konsantrasyonları dahi fermantasyona zehir etkisi yapar.
Beyaz Şaraplarda Fermantasyon:
İşetmeye gelen beyaz üzümler preste sıkılır, kükürtlenir, tortusundan ayrılır, fermantasyon tanklarına doldurulur, üzerine maya katılır, fermantasyon başlıkları takılır ve fermantasyon başlatılır. Fermantasyon kapları olarak; fıçı, beton, madensel tanklar, plastik kaplar ayrıca evde üretimi yapılan şaraplar için içi sırlı ve cam damacanalar kullanılır.
Fermantasyon kaplarına şıra 1/7-1/10 ‘luk bir boşluk kalacak şekilde doldurulur. Çünkü Fermantasyon başladıktan sonra kaplarda bu oranlarda bir köpürme ve kabarma meydana gelir. Bu şekilde taşmaların önüne geçilir.
Fermantasyon spontan(kendinden), şıra da üretilmiş saf maya ve kuru aktif mayalardan birinden %1.2-2 oranında katılarak yaptırılır. Maya hücrelerinin çoğalmasıyla, şıra bulanık bir hal alır. Fermantasyon 1-2 gün içinde başlar. Bununda kaplarda köpürme, kabarma ve başlıklarda CO2 gazının çıkması sonucunda anlaşılır. Fermantasyon hızlanır. Bu şekilde şiddetli fermantasyon şıranın şeker konsantrasyonuna göre 5-7 gün sürer. Bundan sonra şıra sakinleşir. Bu yavaş fermantasyon ise 1-2 hafta devam eder. Fermantasyonun sağlığı için ısı ve yoğunluk kontrolleri yapılır. Bu devrede fermantasyon kabındaki boşluk doldurulmalıdır. Aksi taktirde CO2 gazının çıkışı azalacağından, gazın koruyucu etkisi de ortadan kalkar. Ortamda hava bulan mikroorganizmalar çalışır, şarabı hastalandırabilir; şarap hava ile uzun süre temasta kalacağından okside olabilir. Fermantasyon başlamadan önce şıranın yoğunluğu 1.080 veya 12 bome derecesi civarındadır. Alkol meydana gelmesiyle yoğunluk 1’in altına ve 0.990-991 değerine kadar düşer. Bu süreçte fermantasyon ortamında ısı uygun olmalıdır. Mayalar için en uygun sıcaklık 22-27 0C’dir. Şekerin alkole dönüşümü sırasında serbest kalan enerji, şırayı ısıtır. Böylece fermantasyon ortamında kabın büyüklüğüne göre 10-20‘lik bir kendiliğinden ısınma meydana gelir. Fermantasyon sıcaklığı 32 0C’yi geçmemelidir. Bu nedenle fermantasyon mahzenlerinde sıcaklık 15-17 0C‘de tutulmalıdır. Kaliteli , iyi şarap üretiminde fermantasyon sıcaklığı 18-20 0C’yi geçmemelidir.
Türkiye’de hava sıcaklığı kampanya dönemi 35-40 0C lere kadar çıkmaktadır. Bu nedenle kaliteli bir şarap üretmek için şaraphanelerin ve şarapların soğutulması gerekmektedir.
Beyaz şarap üretiminde fermantasyon sıcaklığı 10-20 0C arasında tutulması ile şarabın kalitesi artar. Bu şekilde fermantasyon süresi uzasa da, özellikle beyaz şarapların, fermantasyon ne kadar serin bir ortamda ve yavaş devam ederse ileride bukeside daha zengin olur.
Beyaz şarap üretiminde fermantasyon sonlarına doğru maya faaliyeti yavaşlar. Tortu maddeleri ise yavaş yavaş kabın dibine doğru çöker, şarap durulmaya başlar. Bu zamanda fazla CO2 gazı ihtiva eden şarabın tadı keskin ve serttir. Fermantasyonun yavaşlamasından sonra, bir dereceye kadar durulmuş şarap, fermantasyon kabından başka bir kaba aktarılır. Birinci aktarma 4-6 hafta sonra havalı yapılır. Bu arada şarapta SO2 kontrol edilir. 40 mg/l’den az ise şaraba kükürt verilir. Şarap dinlendirmeye bırakılır. Diğer aktarmalar ise yeniden oluşacak tortunun ayrılması için havasız bir ortamda yapılır. Bunlardan sonra şarabın genel durumuna göre gerekli olan durultması, filtrasyonu, stabilizasyon işlemler yapılır. Eğer şarap olgulaşmış ise şişelenir veya yıllandırılacaksa dinlendirme mahzenlerinde bekletilir.
Kırmızı Şaraplarda Fermantasyon:
Renkli üzümler, sap ve çöplerden ayırma düzeni bulunan değirmenlerden geçirilir ve mayşe haline getirilir ve fermantasyon kaplarına alınır. Beyaz şarap üretiminde, şıra doğrudan doğruya; kırmızı şarap üretiminde ise cibre, şıra ile beraber mayşe fermantasyonuna uğratılır. Kırmızı şarapların karakteri olan burk tat ve kırmızı renk, uygulanmakta olan bu mayşe fermantasyonuyla kazanılır. Renk maddeleri tanelerle birlikte mayşe fermantasyonu aşamasında enzimatik reaksiyonlar ile ve oluşan alkolün çözündürücü etkisiyle şıraya geçer. Bunların miktarı üzüm çeşidine, olgunluğa, mayşe fermantasyonu ve süresine bağlıdır. Kırmızı üzümlerdeki renk maddesi önin ve önocyanin kabuk iç yüzeyinde hücre plazması ile sarılmış durumdadır. Mekanik olarak ezme ve sıkma ile çıkartılamaz. Mayşenin ısıtılması, enzimler ile muamele edilerek dokuların parçalanması suretiyle renk maddelerinin dışarı çıkması sağlanabilir. En çok kullanılan yöntem ise ezilmiş ve saplarından ayrılmış kabuklu üzüm tanelerinin, mayşe fermantasyonuna bırakılmasıdır. Mayşe fermantasyonu süresi 3-6 gün sürer. Bu sırada oluşan renk maddelerini çözünerek şıraya karışır ve bu nedenle kırmızı şaraplar renk, tat ve bileşim yönünden beyaz şaraplardan farklı bir duruma gelir. Ayrıca, mayşe fermantasyonu nedeniyle kırmızı şarapların şekersiz kuru madde, kül ve alkol miktarları beyaz şaraplardan fazladır.
Kırmızı şaraplarda asit miktarı fazla miktarlarda olmamalıdır. Toplam asit 4-6 g/l civarında ve beyaz şaraplardan daha az olmalıdır. Asidi fazla olan kırmızı şaraplar malolaktik asit fermantasyonu ile biyolojik asit azalmasına uğratılarak, denge sağlanmalıdır. Aslında birçok kaliteli kırmızı şarapta asit düşüktür. Kırmızı şaraplarda fazla asit tanenle bağdaşmaz. Çünkü şarap içilirken kadife gibi boğazdan geçmesi arzulanır.
Kırmızı şarap üretiminde mutlaka üzümler sap ve çöplerinden ayrılmalıdır. İşlemler sırasında sap ve çöpler ayrılmazsa, bu maddeler fazla miktarda şaraba geçmiş olacağından, şarabın tadını da kaba ve buruk olur. Çünkü, sap ve çöplerde fazla miktarda buruk tadı olan tanen vardır.
Kırmızı şarap üretiminde; sap ve çöplerden ayırma düzenli değirmenlerden geçirilmiş üzüm, değirmen altına konan bir kaba dökülür veya doğrudan doğruya tulumba ile mayşe fermantasyon kabına gönderilir. Mayşe fermantasyonu yaklaşık 3-6 gün sürer, bu anda şıranın yoğunluğuda 1020-1040 dansiteye düşer. Bundan sonra mayşe preslenir ve ham şarap elde edilir. Elde edilen ham şarap, separatörden geçirilerek kaba tortularından ayrılır ve ikinci fermantasyonda olgunlaşmaya bırakılır. Bazen yanlış bir uygulama olarak, kabuktaki renk maddeleri daha çok geçsin diye mayşe fermantasyonu uzatılmaktadır. Bu doğru bir işlem değildir. Çünkü, süre uzadıkça renk maddeleri bazı koloitlerle birlikte kabın dibine doğru çökerler. Kırmızı şarap üretiminde mayşe birkaç usulle fermantasyona uğratılır.
Mayşe Fermantasyon Yöntemleri:
Kırmızı şarap üretiminde mayşeleme yöntemini geliştirmek için, değişik uygulamalar yapılmıştır. Amaç; bir fermantasyon süreci içinde, gereken miktarda renk maddesi elde edebilmek ve şaraba zarar vermemektir. Şarap üretiminde uygulanan bazı mayşe fermantasyon yöntemleri aşağıdaki gibi uygulanmaktadır.
Açık kaplarda mayşe fermantasyon : mayşe fermantasyonu için bir tarafı kısmen açık veya tamamen açık tahta veya beton kaplar kullanılır. Mayşe bu kaplardan birine 1/7 - 1/10 boşluk kalacak şekilde doldurulur, 40-50 mg/l SO2 verilir, mayşeye % 2 oranında maya kartılır ve kaplarda 1-2 gün içinde fermantasyon başlar. Burada amaç, renk ve bir kısım tat maddelerinin şıraya geçmesini sağlamaktır. Özellikle meydana gelen alkol ve ısının etkisiyle kabukta bulunan renk maddesi şıraya geçer. Bu arada oluşan CO2 gazıda kabukları yukarı doğru kaldırır. Böylece kabın üst kısmında cibre şapkası denen bir kitle meydana gelir. Cibre şapkası, bazen üstte o kadar sıkı bir kitle oluşturur ki, bu kitle karıştırılıp şıra içinde dağıtılmalıdır. Dağıtılmazsa renk maddelerinin şıraya daha az geçmesine ve ortamda hava olduğundan ısınında katkısıyla aerop (hava isteyen) mikroorganizmalar faaliyete geçer ve şarap üzerinde olumsuz etkilere neden olurlar. Bu yüzden cibre şapkasını günde 2-3 defa karıştırılır ve şarap içinde dağılması sağlanır. Izgaralar kullanılarak kitlenin şıra içinde kalması veya şıra alttan alınarak, üsten ilave edilmek suretiyle cibrenin şıra içinde kalması sağlanır. Aksi durumda, cibre şapkası üzerinde diğer mikroorganizmalar ve sirke bakterileri kolayca gelişeceğinde sirkeleşme meydana gelebilir. Açık kaplarda yapılan mayşe fermantasyonun da % 0.7-1 oranında alkol kaybı olmaktadır.
Kapalı kaplarda mayşe fermantasyonu :
Fermantasyonun yapıldığı kaplarının üstünde kapak ve fermantasyon başlığı, ayrıca manometre, termometre, boşaltma musluğu, kompresör, soğutma düzeni ve diğer musluklar bulunur. Bu kaplarda mayşe’yi hareketlendirmek için, fermantasyonda oluşan CO2 gazı 3-5 atü’yü aşınca emniyet ventilleri açılır, gaz emilerek dışarı verilir.
Bu metodun yararlı tarafları fermantasyonun sakin geçmesi, alkol kaybı az olması ve mayşe fazla ısındığı zaman cidarlar arasından soğuk su geçirilerek soğutulabilmesidir.
Kapalı mayşe fermantasyonun da mayşe ve mayşe şapkasıyla ilgilenmek daha zordur.
Sürekli Mayşe Fermantasyonu:
Fermantasyon, kontrollü özel kaplarda yapılır. Mayşe kaba alt taraftan verilir. Meydana gelen CO2 ‘in etkisiyle kabuklar daima kabın içinde yüzer durumdadır. Sitemde renk ve tanenini vermiş olan kabuklar bir vida vasıtasıyla üsten alınır, prese verilir. Kap sürekli mayşe ile dolu olduğundan yöntem bu isimi almıştır.
Dördün Üzerinde Fermantasyon:
Başlangıçta mayşe üzerine fermente olmuş alkol oranı % 4 olan şaraptan katılır ve % 4 alkol meydana geldikten sonra kaba yeni mayşe ilave edilir. Böylece temiz bir fermantasyon ortamı sağlanır. Çünkü % 4 alkol, ortamda bulunan diğer bazı mikroorganizmalar üzerine zehir etkisi yapar ve çalışmalarını engeller. Burada maya fazla enerjik çalışmadığından kendiliğinden ısınmada fazla olmaz.
Mayşe Isıtılması Şeklinde Yapılan Fermantasyon:
Bu sistemde sap ve çöplerinden ayrılan mayşe, bir ısıtma cihazı yardımıyla seçilmiş olan yöntemlerden birine göre ısıtılır. Kabuklardan renk alma işlemi gerçekleştikten sonra, mayşe süzülür ve geriye kalan posalı şıra prese alınarak sıkılır. Toplama kabında toplanan şıra ile pres şırası santrifüjden geçirilir ve şıra fermantasyon kabında beyaz şaraplar gibi fermantasyona uğratılır. Örneğin mayşe 50 0C’ye kadar ısıtılır, bu ısıda 2 saat bekletilir. Daha sonra presten geçirilen şıra 20 0C’ye soğutulur. Saf maya ile gerekli olan SO2 katılarak fermantasyona bırakılır. Bu teknikte başka yöntemlerde vardır.
Mayşe ısıtmanın yararlı tarafları: Bu yöntemde mayşe fermantasyonuna ihtiyaç kalmadan kabuktaki renk maddeleri alınmış olur. Böylece mayşe daha kolay ve çabuk sıkılır. Isıtma sırasında mayşe’ye 100 litreye 2 gram enzim preparat katılmasıyla mayşe daha kolay pres edilir. Mayşe ısıtmanın bu faydaları yanında, teknikte soğutma ve ısıtma düzenlerine ihtiyaç duyulduğundan yöntem biraz pahalı ve işçiliği de fazla olmaktadır.
Kırmızı Şaraplarda İkinci Fermantasyon: Kırmızı şaraplar mayşe fermantasyonunu veya hızlı fermantasyonu tamamladıktan sonra, ham şaraptaki tortular ayrılır. Bu işlemleri yapılan genç şarapta henüz şeker tamamen tükenmemiştir. İşte ikinci fermantasyonda çok az kalan bu şekerde tükenerek alkole dönüşür.
Şarap hammaddesi olan üzüm, önce tanelenir, sap ve salkım iskeletinden ayrılır, taneler parçalanır, kükürtlenir ve mayşe haline getirilir. Beyaz üzümlerde ise, mayşe preslenerek şırası çibreden ayrılır. Fermantasyon tanklarına gönderilir. Fermantasyon tanklarında mayşe veya şıra ya spontan yada saf maya ile fermantasyona uğradıktan sonra şarap haline dönüşür. Bu şarap fermantasyonunu daha iyi anlamak için, fermantasyonun mahiyetini ve fermantasyon ürünlerinin hatırlamakta yarar vardır.
Fermantasyon; büyük moleküllü maddelerin özellikle karbonhidratların mikroorganizmalar vasıtasıyla daha küçük moleküllü maddelere parçalanması demektir. Diğer bir tanım ise; mikroorganizmalar tarafından salgılanan enzimlerin organik maddede oluşturduğu parçalanma veya kimyasal değişikliklerdir. Fermantasyon mikroorgasnizmaları; mayalar, bakteriler ve küf mantarlarıdır. Fermantasyon hammaddelerinin başında karbonhidratlar, azotlu maddeler, yağlar, mineral maddeler ve vitaminler gelmektedir. Ayrıca, asitler, enzimler, fenolik maddeler ve aroma maddeleri önemlidir.
Fermantasyonda, karbonhidratlar dorudan doğruya hedeflenen maddelerdir ve mikroorganizmalar tarafından alkol, asetik asit ve laktik asit gibi maddelere dönüşürler. Diğer azotlu ve mineral maddeler; mikroorganizmaların beslenmesi ve yaşaması için gerekli yardımcı maddelerdir. Asitler, ortamın pH’sına etkilidir. PH ise enzimlerin ve mikroorganizmaların aktivitesi üzerinde etkili rol oynamaktadır. Ürünün, vitaminler besin değerini; fenolik maddeler ise kalitesini yükseltir.
Doğada, yaşayan hücreler tarafından meydana getirilen iki büyük olay daima bir devir halindedir: Asimilasyon Disimilasyon
Asimilasyon sentez, birleştirme; disimilasyon ise parçalama, ayırma demektir. Klorofil ihtiva eden bitkiler H2O ve CO2 ‘ten sentez ile büyük moleküllü maddeler meydana getirir. Disimilasyonda ise bu büyük moleküllü maddeler parçalanır ve depo edilmiş enerji açığa çıkar. Karbonhidratların serbest enerji vererek parçalanması yani disimilasyonu iki şekilde olur: solunum veya fermantasyon. Solunum ve fermantasyon olayları birbirlerine pek yakın olup, ikisine birden metabolizma veya madde değişimi denir.
Solunum olayında, organik maddeler tam olarak H2O ve CO2’e parçalanır ve bir enerji açığa çıkar. C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 672 Cal
Fermantasyon olayında ise organik maddelerin tam olmayan parçalanması görülür. Solunuma göre daha az enerji açığa çıkar.
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 28 Cal
Genel olarak fermantasyonlar, reaksiyona oksijenin girip girmeme durumuna göre iki guruba ayrılır. Birincisi anoksidatif fermantasyon, ikincisi oksidatif fermantasyon.
1-Anoksidatif fermantasyon; Oksijensiz veya havasız bir ortamda cereyan eden reaksiyonlardır.. Bunlar; Etil alkol fermantasyonu, Laktik asit fermantasyonu, Propyonik asit ve Butirik asit fermantasyonlarıdır.
2-Oksidatif fermantasyon; Oksijenli veya havalı ortamda gerçekleşen reaksiyonlardır. Bunlarda; Asetik asit, Sitrik asit, Oksalik asit, Furmik asit reaksiyonlarıdır.
Etil alkol fermantasyonu; bir anoksidatif fermantasyondur. Bu fermantasyonda meydana gelen ürünler; asıl fermantasyon ve yan fermantasyon ürünleri diye ikiye ayrılır. Asıl fermantasyon ürünleri; Etil alkol(alkol) ve karbon dioksittir. Yan fermantasyon ürünleri; Gliserin, asetaldehit, yüksek alkoller, asitler ve esterlerdir.
Etil Alkol(Alkol) fermantasyonunun kimyasal mekanizması; İlk olarak 1789 da Lavazyer fermantasyonda hammaddede bulunan şekerin kaybolduğunu, alkol ve CO2 ‘in meydana geldiğini tespit etmiştir. 1815 ‘ de ise Gay-Lussak günümüzde de geçerli olan aşağıdaki eşitliği belirlemiştir. C6H12O6 = 2C2H5OH + CO2 +28.2 K.cal. Formüle göre 2.mol Etil Alkol ve 2.Mol CO2 meydana gelmektedir. Fermantasyonda asıl olan bu ürünlerden başka gliserin, asetaldehit, asetik asit, yüksek alkoller vs. gibi maddelerinde ortaya çıkmaktadır.
Klasik Gay-Lussak formülüne göre; 100 g glikozdan 51.1 g etil alkol, 48.9g CO2’din meydana gelmesi gerekmektedir. Ancak, pratikte 100 g glikozdan 48 g etil alkol, 46 g CO2 meydana gelmektedir. Teorik ile pratik arasında yaklaşık % 3’lük bir fark oluşmaktadır. Bu farkın oluş nedenleri arasında; mayanın, fermantasyonda şekerin bir kısmını kendisinin kullanması, bir takım yan ürünlerin oluşması ve bir kısım alkolünde fermantasyon esnasında uçması sayılmaktadır.
Alkol fermantasyonu, mayaların zimas enzimi tarafından gerçekleşir. Alkol fermantasyonunun kimyasal mekanizması ise Mayerhof ve arkadaşlarına göre 12 safhadan meydana gelmiştir. Bu teorinin en basit izahı ise; 6 karbonlu heksozun 3’er karbonlu gliserin aldehit ile, dioksiaseton halinde ayrılmaları ve bu triozların muhtelif şekillerden geçerek pirüvik aside dönüşmesi, pirüvik asidinde 2 karbonlu aset aldehit ile 1 karbonlu CO2’e parçalanması ve aset aldehitinde H2 alarak alkolü meydana getirmesi şeklindedir.
Fermantasyon ana ürünleri:
Etil alkol(Alkol): Fermantasyonda oluşan büyük üründür. Etilalkol; Renksiz, akışkan, hoş kokulu, yakıcı tat da ve C2H5OH kimyasal formülü olan bir sıvıdır. Saf (% 100’lük) alkolün özgül ağırlığı, sıcaklık durumuna göre değişir. 0 0C’de 0.80667, 15 0C’de 0.795, 20 0C’de 0.79007’dir. 1 kg alkol yanınca 7000 kcal açığa çıkar. Saf alkol 78.31 0C’de kaynar. Su ile karışımının kaynama noktası normal koşullarda 78.31-100 0C’de arasındadır. Su ile karışımında hacim küçülmesi olmaktadır. Bu küçülme en fazla 53.939 hacim alkol ile, 49.816 hacim su karışımında gerçekleşmektedir.
Kanda düzenli olarak 24-60 mg/l alkol bulunur. Normal alkol alımında bu miktar 1000-3000 mg/l’ye çıkar. Kandaki alkol miktarı % 0.35-0.4 olunca aşırı bitkinlik, % 7-8 ‘e ulaşınca öldürücü zehirlenmeler ortaya çıkar.
Karbondioksit: Fermantasyonda, alkolden sonra oluşan ikinci büyük üründür. CO2 bileşiminde, renksiz, yanmayan, zayıf kokusu ve ekşi tadı vardır. Havadan 1.5 kat daha ağırdır. 1 litre CO2’in ağırlığı, 760 mm basınçta 1.98 gramdır. 1 litre hava ise 760 mm basınçta 1.29 gramdır. Karbondioksit, normal olarak havada %0.03 hacimde veya 0.57 mg/l miktarında bulunur. Normal atmosfer basıncı altında 15 0C’de 1 litre alkolde 2-3 litre, 1 litre suda ise 1 litre CO2 erir.
Fermantasyon sırasında akma olanağı bulamazsa, bulunduğu yerin tabanına çöker, orada kalır ve birikir. Bu yüzden fermantasyon yapılan yerlerde, havalandırma sistemleri olmalıdır. Örneğin karbondioksit bacaları yanında, fermantasyon yerlerinde meyilli tabanlar olmalıdır. Canlılar üzerinde; miktarı belli sınırın aşarsa, boğucu etkisi görülür. Gazın canlılara zehirli bir etkisi yoktur. Ancak, biriken karbondioksit ortamdan uzaklaştırılmazsa, havadan ağır olduğu ve havayı da dışarı çıkardığı için oradaki canlıların ölümüne neden olabilir. Karbondioksitin % 7-8’lik atmosferini soluyan insan, önce bayılır sonra ölür.
% 20 şeker ihtiva eden 1000 litre üzüm şırasının fermantasyona uğramasından 92 Kg CO2 gazı meydana gelir. Bunun açılım;
1000 litre şırada bulunan şeker miktarı = 1000 x 20/100 = 200 Kg’dır.
200 Kg şeker = 200000 gramdır.
1 gram şekerden, 0.46 gram CO2 gazı meydana geldiğine göre, 200000 gram şekerden ne kadar CO2 gazı meydana gelir. CO2 miktarı = 200000 x0.46 / 1 = 92000 gram = 92 kg bulunur.
Şarap mahzenlerinde oluşan bu CO2 ‘in büyük kısmı, fermantasyon bacalarından çıkar gider. Şarapta kalan CO2 ‘in bir kısmı da aktarma ve dinlendirme sırasında uçtuğundan, şarapta çok az bir kısmı kalır. CO2 ‘in alkolde erime oranı yüksek olduğundan, yüksek alkollü şaraplarda miktarı daha fazladır.
Fermantasyon yan ürünleri: Mayalanma ile fermantasyonda, alkol ve karbondioksitten başka yan ürünlerde meydana gelir. Bunlar; gliserin, asetaldehit ve diğer maddelerdir. Ayrıca, şırada bulunan diğer mikroorganizmaların etkisiyle de, bir takım maddeler ortaya çıkar. Bunun yanında, bu ürünlerden bazıları da kendi aralarında reaksiyona girer ve yeni maddelere dönüşürler. Fermantasyonda alkol ve karbondioksit ana ürünlerinden başka, meydana gelen maddelere de; fermantasyon yan ürünleri denir.
Gliserin: Üç değerli bir alkol olan gliserin C3H5(OH)3 kimyasal bileşenlere sahiptir. Fermantasyon mekanizması içinde aldehit H2 alarak gliserini oluşturur.
COH.CHOH.CH2OH + H2 CH2OH.CHOH.CH2OH
Gliserin; renksiz, koyu kıvamlı, tatlı ve higroskopik bir sıvıdır. Su ve alkolde her oranda erir. Eter, benzol, petrol eterde ve kloroformda erimez. Özgül ağırlığı 1.265. 0 0C’de kristal şeklinde donar. 17 0C’de sıvı haline döner ve 290 0C’de kaynar. Fermantasyon ortamında bulunan şıranın şeker miktarına ve maya çeşidine bağlı olarak, bir miktar gliserin meydana gelir.
Şarabı yumuşatan gliserin, bu yönüyle kalite üzerine olumlu bir etki yapar. Şekerin fermantasyonundan önce ve sonra uygulanan işlemlere göre miktarı değişir. Gliserin, mineral ve azotlu maddeleri zengin şıralarda, asitliğin nötr noktaya yakın ve sıcaklığında uygun olması durumunda fazla miktarda meydana gelir. Bu miktar 5-15 g/l arasında değişir. Şarap değerlendirilmesi, alkol/gliserin oranına bakılarak yapılır. Buna göre oran; şaraba su katılmışsa düşer, gliserin katılmışsa yükselir.
Asetaldehit: CH3CHO formülünde, molekül ağırlığı 44.054 olan akışkan, yakıcı ve renksiz bir sıvıdır. Kendine özgü batıcı ve tırmalayıcı bir kokusu vardır. Özgür ağırlığı 0.8, donma noktası –120 0C ve kaynama noktası 20.2 0C’dir. Su, alkol, eter ve benzolde çözünür; çok sayıda madde için iyi bir çözücüdür. Kuvvetli ısıtıldığında metan ve CO2’e parçalanır. Buharları zehir etkisi yapar. Asetaldehit, etil alkolün bir oksidasyon ürünüdür. Fermantasyonda, alkolden bir önceki aşamada ara ürün olarak meydana gelir. Fermantasyon koşullarına ve maya şuşuna bağlı olarak dönüşme uğramadan, değişen miktarlarda ortamda kalabilir.
Şıra, gereğinden fazla kükürtlenmemelidir. Çünkü, SO2 aldehiti bağlar. Bu durum, şıraya daha fazla SO2 katılması gereğini ortaya çıkartır. Şarap üretiminde yapılan havalandırmalarda asetaldehit miktarını artırır. Bu havalandırmalar ve şarapların bulunduğu kaplarda alkol, hava ile temasa gelirse, alkol oksidasyona uğrar ve asetaldehit miktarı da artar. Ayrıca, fermantasyon sıcaklığının yüksek olması ve fazla miktarda maya aşılamada, asetaldehit miktarını artırır. Bu gibi şaraplarda hava ve ekmek tadı hissedilir.
Fermantasyonda, asetaldehit miktarını artırıcı bu koşullar için önlemler alınmalıdır. Alınan önlemler sayesinde şeker kaybı az olacağından, dolaysıyla alkol veriminin kaybı da azalmış olur.
Uçar asitler:En önemlileri; asetik asit(CH3COOH), Propiyonik asit(C2H5COOH) ve butirik asit(C3H7COOH)’dir. Fermantasyonda meydana gelen bu asitlerin miktarı 0.2-0.8 g/l arasında değişir. Yüksek alkollü şaraplarda, bu asitlerin miktarı 1-1.2 g/l arasında bulunabilmektedir. Bu asitlerden, uçar asit miktarı 1.8-2 g/l ‘yi bulursa, böyle şaraplar sirkeleşmiş sayılır. Asetik asit bakterileri, havalı ortamda alkolü asetik aside dönüştürürler. Bu fermantasyonda; alkol azalırken, asit miktarı artar.
Asitler: Alkol fermantasyonunda; asetik, laktik, prüvik, suksinik asit gibi az da olsa organik asitler meydana gelmektedir. Mayalar bu asitlerden; asetik, laktik, prüvik asit’i şekerden dönüştürmektedirler. Suksinik asit ise bir aminoasit alan glutamin asitten oluşur. Suksinik asit miktarı, şırada bulunan azotlu maddelerin çeşit ve miktarına göre değişir ve miktarı 0.6-1.3 g/l arasındadır.
Şaraplarda görülen asit azalması, meydana gelen bu asitler karşılamaktadır. Bu organik asitler, fermantasyonun ilk safhasından itibaren fazla miktarda oluştukları taktirde, şaraplarda aşırı bir pH düşmesi görülür. Böyle durumlarda bu asitlerin oluşumunu engelleyecek önlemler alınmalıdır.
Metil alkol: Fermantasyonda tümüyle pektinden meydana gelir. Bu maddeyi, pektinden pektin estreraz enzimi oluşturur. Enzim için en uygun pH derecesi 5-6’dır. Buna göre, ortamdaki asitlik yani pH daha düşük ise, metil alkol oluşumu azalır. Genel olarak şaraplarda pH 3-4 derece arasında değişmektedir.
CH3OH bileşiminde olan metil alkolün molekül ağırlığı 32.04, özgül ağırlığı 0 0C’de 0.8142’dir. Saf metil alkol; renksiz, akışkan, yanıcı, hoş olmayan koku ve yakıcı tada sahip bir sıvıdır. Donma derecesi – 94 0C, kaynama derecesi 64.7 0C’dir. Metil alkol mavi bir alevle yanar 1kg’ı yandığı zaman ise 5360 kcal açığa çıkar. Su alkol ve eterle her oranda karışır.
Aynı derecede sarhoş olabilmek için alınması gereken metil alkol miktarı, etil alkolden daha fazladır. Metil alkolün içilmesi ve buharlarının solunumu sağlığa zararlıdır. Metil alkol vücutta önce formaldehide, sonra formik aside dönüşür ve zehirlenmelere neden olur. Öldürücü doz olarak 50-75 g tahmin edilmektedir. Fakat 11.5 gram alındığında da ölüm olayları görülmüştür. Metil alkol zehirlenmesinin belirtileri; kalp ve kas zayıflaması, kramplar, titreme nöbetleri, görme sinirlerinde iltihaplanmalar, görme bozukluğu, körlük ve sinirlerin tahrip olmasıdır.
Metil alkol, alkol olması yanında bir zehirdir. Bu nedenle şarap ve içeceklerde fazla olmaması gereklidir. Şarapta 100 kısım alkole(etil alkol) düşecek metil alkol miktarı, 0.033 den az olmalıdır.
Buke Maddeleri:
Şaraba güzel koku ve tat veren maddelerdir. Buke maddeleri, üzümden şaraba geçtiği gibi, üzümde bulundukları halde önceden hissedilemeyen ve sonradan şarapta açığa çıkan, şarabın olgunlaşması süresince yoğunlaşan maddelerin tamamıdır.
Üzümün kendi koku maddeleri; pirimer buke maddeleridir. Fermantasyonda iki gurup buke maddesi açığa çıkar. Bu konuda mayalar önemli rol oynar. Özellikle üzümde bulundukları halde kendini hissettiremeyen buke maddeleri; fermantasyonda açığa çıkan sekonder buke maddeleridir. Bunlarda mayanın etkisiyle üzümün belli azotlu maddelerinden ortaya çıkan; çeşit bukesidir. Şaraba asıl karakteri veren bu buke maddeleridir. Birde fermantasyon buke maddeleri vardır. Bunlarıda maya kendi proteinlerinden yapmaktadır. Fermantasyon buke maddelerini maya kendi proteininden yaptığından dolayı, her maya ırkının yaptığı buke maddeleri de deşik olabilmektedir. Bu nedenle, ayını şıra farklı maya ırklarıyla fermantasyona bırakıldığında, meydana gelen fermantasyon buke maddeside değişik olabilmektedir.
Oksidatif fermantasyonlar:
Asetik asit fermantasyonu: Kimyasal olarak bir oksidasyon olayıdır. Bu fermantasyonda sirke bakterileri ortamdaki oksijenin etkisiyle alkolü, asetik aside dönüştürürler. Asetik asit fermantasyonu, kimyasal bakımdan bir oksidasyon olayıdır.
CH3CH2OH + O2 CH3COOH + H2O
Asetik asit fermantasyonunda göze çarpan diğer bir kimyasal olayda; üst oksidasyondur. Alkol tamamen asetik aside dönüştükten sonra havanın etkisi devam edecek olursa, bu defa, bazı sirke bakterileri kendi oluşturdukları asetik asidi, su ve karbondioksite parçalarlar:
CH3COOH + 2O2 2H2O + 2CO2
Üst oksidasyon sonucu asit miktarı azaldığında, bu olay pratikte önem taşır.
Sitrik asit fermantasyonu: Günümüzde, sitrik asit daha çok fermantasyon yoluyla elde edilmektedir. Bazı küf mayaları, fermantasyon yoluyla özellikle Aspergillus niger şekerde, sitrik asit(Limon asidi) meydana getirir.
Şekerden, sitrik asidin meydana gelişini gösteren formül genel olarak aşağıda görülmektedir: CH2COOH
2C6H12O6 + 3O2 2 C(OH).COOH + 4H2O
CH2COOH
FERMANTASYON MİKROORGANİZMALARI
Fermantasyon mikroorganizmaları pratik bakımdan ve sanayideki önem derecesine göre: mayalar, bakteriler ve küf mantarları olmak üzere üç gurupta toplanır.
Bakteriler: Bakteriler çok küçük, tek hücreli, bitkisel mikroskobik canlılardır. Bakteriler genellikle bölünme ile çoğalırlar. Bazı bakteriler spor yapar. Sporlar elverişsiz dış şartlara daha dayanıklıdır. Bakterilere doğada en çok toprakta rastlanır. Bununla beraber sularda, havada ve nemli yerlerde fazlasıyla bulunurlar.
Bakteriler genel olarak nötr-hafif alkali ortamlarda gelişir ise de fermantasyon teknolojisinde önemli olanlar(asetik, laktik asit bakterileri) özellikle asit ortamda faaliyette bulunur ve asit meydana getirirler.
Bakterilerin bazıları aerob yani havaya muhtaçtır; bazıları anaerob, havaya muhtaç olmadan; bazıları ise mikroaerob, çok az havalı ortamda çalışır ve çoğalırlar.
Bakteriler genellikle hastalık ve bozulma yaptıklarında çoğunlukla zararlı mikroorganizmalardır. Ancak birçok bakteride ekonomik yönden önem kazanmıştır. Çünkü bakteriler, kompleks organik maddeleri, solunum ve fermantasyon yoluyla canlıların çeşitli şekillerde yararlanabilecekleri maddelere dönüştürürler. Buna, asetik asit ile laktik asit bakterileri örnek gösterilebilir. Fermantasyon teknolojisinde asetik asit bakterileri sirke yapımında; laktik asit bakterileri ise turşu, sofralık zeytin yapımında kullanılır. Bununla beraber bu bakteriler diğer fermantasyon dallarında zararlıdır. Örneğin; şarapta sirkeleşme en tehlikeli hastalıkların başında gelir.
Küf Mantarları: Besinler üzerinde beyaz veya renkli hifler oluşturan mantarlardır. Küf mantarlarının bazıları saprofit(ölü veya ölme derecesine gelmiş bitki ve bitki artıkları üzerinde yaşam), bazıları parazit, bazıları da diğer organizmalarla simbiyotik bir hayat yaşarlar. Küf mantarları doğada çok yaygın bulunurlar. Yaşam çevreleri, kışın toprakta başlar yazın meyveler ve çürüyen bitki kısımları üzerinde devam eder. Bu sonuncu dönemde miselyum ve üreme organı oluşturur. Miselyum oluşumu; hücreler birbirlerine ekli kalarak hif denilen iplikçikleri ve bu hiflerin artması, dallanıp budaklanması, karışık yumak gibi bir hal alması şeklindedir. Miselyum belirli bir çoğalma gösterdikten sonra tek veya çok hücreli sporlar, yani üreme organları meydana gelir. Bu üreme organları miselyumdan kolaylıkla rüzgarlarla havada dağılır. Bu nedenle yazın ve sonbaharda çok miktarda üreme organları bulunur. Hatta azda olsa bütün yıl boyunca doğada çoğalabilir durumda küf mantarı vardır. Şeker ve azot içeren bir çok madde üzerinde gelişerek “küflenme” denilen olay ortaya çıkar. Bu gibi maddeler yabancı bir tat aldıkları gibi, bazen de alfotoksin gibi sağlığa zararlı maddeler içerirler.
Küf mantarlarının sanayi alanında kullanılmaları; küf mantarlarının şekerden organik asitler, peynirlerin olgunlaşması , bazı aromatik maddelerin meydana gelmesi, çeşitli ve çok miktarda enzim içermeleri, antibiyotik yapmaları ve tarımsal atıklardan mikrobiyel protein(Tek Hücreli Protein) oluşturmaları gibi özelliklerine dayanır.
Fermantasyon teknolojisi bakımından küf mantarları, genellikle zararlı mikroorganizmalardan sayılır. Şarap, bira mahzenlerinde, fıçılarda, üzümlerde, meyvelerde, nemli v.s. yerlerde üreyerek mamullere küf kokusu ve tadı verir. Örneğin sirke ve diğer mamullerde küf bulunması yasak ve sağlık açısından da zararlıdır. Bazı küf mantarları da faydalı olup teknikte geniş ölçüde kullanılır. Bunlardan penisillium’un antibiyotik özelliği herkesçe bilinmektedir.
Teknikte en önemli küf mantarlarının başlıcalar; Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mukor Rhizopus, Botriytis cinerea, Chladosporium cellare (Mahzen küfü)’dür.
Üzüm şırası kükürtlenip fermantasyondan önceki işlemleri yapıldıktan sonra fermantasyon kaplarına alınır. Fermantasyon ya spottan(kendinden) veya saf maya ile gerçekleşir. Spontan fermantasyon; üzümlerden doğal olarak geçen üzümün kendi tabi mayalarıyla yapılan fermantasyondur. Saf maya fermantasyonu; Şıraya doğrudan doğruya yetiştirilmiş bir saf maya veya saf maya karışımının katımıyla yapılan fermantasyondur. Fermantasyon ortamındaki hammaddelerin bileşim unsurları başlıca; karbonhidratlar, azotlu maddeler, yağlar, madensel maddeler ve vitaminlerden oluşur. Ayrıca asitler, enzimler ve flavör maddelerde fermantasyon teknolojisinde önem taşırlar. Bu maddelerde karbonhidratlar fermantasyon teknolojisinde doğrudan hedeflenen maddelerdir. Mikroorganizmalar tarafından alkol, asetik asit, laktik asit vs. maddelere çevrilir.
Hammaddenin diğer unsurları; azotlu ve madensel yardımcı maddelerdir. Bu maddeler, fermantasyonda mikroorganizmaların yaşam ve faaliyetleri için mutlak gerekli maddelerdir. Asitler ve ortamın pH’sı ise mikroorganizmaların ve enzimlerin optimum çalışmasını ve elde edilen ürünün tadını etkiler. Vitaminler ürünün besin değerini, flavör ise mamul maddenin kalitesini yükseltir.
Şarap teknolojisinde fermantasyon; saf maya ve spontan olan mayalar ile gerçekleşir. 1- spontan fermantasyon bazı durumlarda uygulanır ve iyi sonuç alınabilir. Buda taze üzüm işlenildiği ve yılların tecrübelerinden, o yöre bağlarının tabi mayalarının iyi özellikte ve kuvvetli oldukları sonucuna varıldığı hallerde önerilmektedir. 2- Saf maya fermantasyonu, spontan fermantasyonda sonuç daha çok tesadüfe bırakılmaktadır. Saf maya fermantasyonunda ise her zaman istenilen sonuç elde edilebilir ve emindir. Saf mayalar özel laboratuarlarda üretilir.
ŞARAP MAYASI:
Şarap mayaları Ascomycetes sınıfının saccharomyces cinsinin saccharomyces cerevisiae vini. Türündendir. Bu türünde bir çok ırkları vardır.
Maya hücresi bitki hücresi gibidir. Bir hücre duvarı, sitoplazma ve çekirdek kısımlarından oluşmuştur. Mayanın normal yaşamı bir çok koşullara bağlıdır. Özellikle ortamda besin kaynağının bulunması, ortam reaksiyonun ve ısısının uygun olması gereklidir. İşte üzüm şırası mayalar için iyi bir ortamdır. Çünkü şırada besin kaynağı olarak şekerler(CHO’lar) azotlu ve madensel maddeler vardır. Reaksiyonda 2.8-4.5 pH arasındadır(asidik ortam). Isı derecesi de normal olursa maya kolaylıkla fermantasyon yapabilir.
Kalite şarap elde etmek için şırayı kendi haline bırakmak doğru değildir. Fermantasyon gidişi, aksaklık akışı, şarabın geleceği üzerinde etkili olduğundan fermantasyon devamlı kontrol edilmelidir. Fermantasyon koşullarının elverişsiz olması ve mayanın çalışmasını sağlayacak durumun olmaması veya ihmal edilmesi halinde zararlı mikroorganizmalar hemen gelişip ortamı kendileri için kazanmaya çalışırlar; sonra şarabı bozarlar. Örneğin asetik asit bakterileri şarabı sirkeleştirirler. Laktik asit ve mannit bakterileri de şekerden laktik asit ve mannit üreterek, şarabı hastalandırırlar.
Alkol fermantasyonunda maya gereksinim duyduğu enerjiyi, şekeri parçalayarak sağlar. Hızlı şıra fermantasyonda meydana gelen CO2 ‘in çıkacağı ve havanın giremeyeceği kabın üstünde CO2 atmosferi oluşur ve bu nedenle kaba dışarıdan hava giremez. Havaya ihtiyaç duyan mikroorganizmalara bu ortam olumsuz bir etki yapar.
Fermantasyon sırasında maya rakipleriyle beraber çalışır. Ancak rakiplerinin bir kısmı şıranın hidrojen iyonları konsantrasyonunda ölür, bir kısmı da çoğalamaz. Daha çok aside hassas bakteriler bu ortamda etkili olamazlar. Ayrıca ortamdaki şekerde bazı bakteriler üzerine zehir etkisi yapar. Bu şekilde şıra mikoflorasında bir seleksiyon olur. Böylece geride maya ile aside ve şekere dayanıklı mikroorganizmalar kalır.
Şıraya katılan SO2’ de ikinci bir seleksiyon yapar. Çünkü SO2 şıradaki oksijeni alır. Bu nedenle havaya ihtiyaç duyan mikroorganizmaların çoğalma olanakları bozulur. Ortam kuvvetli kükürtlenmiş olsa bile, hakiki şarap mayaları çalışmaya devam eder. Çünkü bunlar kükürde alıştırılmış olup diğer mikroorganizmalar gibi hassas değildir. Mayalar ancak 450-600 mg/l SO2 bulunan ortamda ölür.
Fermantasyonda üçüncü bir seleksiyonda ortamdaki alkol miktarıyla olur. Fermantasyonda % 4 alkol meydana gelince şarap mayası ortama tamamen hakim olur(diğer mikroorganizmaların birçoğu %4 alkol derecesinde ölür). Alkol miktarı % 10 bulunca, ortamda şarap mayasının rakiplerinden pek azı kalabilir.
Mayanın yaşamı doğada bir devir halindedir. Mayaya daha çok bağ ve meyve bahçelerinde rastlanır. Üzümlerin olgunluk devresinde kuşlar, böcekler ve rüzgâr vasıtasıyla topraktan bitki bünyesine, yaralanmış ve bereli taneler üzerine geçer, burada ise tomurcuklanma ile çoğalırlar. Bu tanelerin toprağa düşmesi ile yine toprağa geçer ve etrafa yayılırlar. Daha çok toprağın üst kısımlarında 0-10 cm derinliklerde kış mevsimini spor yaparak geçirirler. Yeni yılda üzümler olgunlaşınca taneler üzerine taşınarak gelirler. Yani maya için ölüm yoktur. Devamlı bu şekilde devir halinde yaşarlar. Bu da bize göstermektedir ki üzüm üzerinde tabi halde devamlı maya bulunmaktadır. Oysa fermantasyon için durum böyle değildir. Maya fermantasyonunu bitirdikten sonra en geç 4-6 hafta sonra ölür ve dibe doğru çöker. Fermantasyon bittikten sonra mayaya artık ihtiyaç kalmaz. Çünkü mayanın vücudu şaraba zararlıdır. Ölü mayalar çürümeye başlar şarabı bulandırır. Fena bir koku ve tat meydana getirir. Bunun için ölü mayalar aktarma yapılarak şaraptan ayrılmalıdır.
Mayanın Bileşimi: Mayanın bileşiminin iyi bilinmesi organizmanın gereksindiği besin maddelerinin ve biyokitle olarak beslenmedeki yerinin tayininde önemli bir rol oynar. Mayada, bitkiler evreninde olduğu gibi, başlıca su, azotlu maddeler, karbonhidratlar, anorganik tuzlar, yağ ve yağ benzeri maddeler, enzim ve vitaminler bulunmaktadır.
Genel olarak taze mayanın ortalama % 75 kadarı su ve %25 kadarı (20-30) kuru maddeden ibarettir. Kuru maddenin de yaklaşık % 45-60’ı hamprotein, % 25-35’i karbonhidrat, % 6-9’ u madensel maddeler, % 1-7’ si yağ ve yağ benzeri maddelerden ibarettir. Mayalar vitamin bakımından da zengindir. Mayalarda, A,D,E,K ve C vitaminleri az olmakla beraber, B1, B2 vitaminlerince çok zengindir. Ayrıca, B gurubundan B3-B6 vitaminleri de fazla miktarda bulunur.
Mayanın bileşimindeki maddeler genel çizgisiyle yukarıdaki miktarlarda olmakla beraber, bu miktarlar mayadan mayaya ve beslenme koşullarına göre değişebilir.
Yaşam devreleri:
Fermantasyon sürecinde mayaların geçirdiği devreler; 1-Çoğalma, 2-Fermantasyon, 3-Dinlenme ve açlık devresi, 4-Oksidatif, 5- Ölüm devresi olarak ayrılmaktadır.
1-Çoğalma devresi: Taze sıkılmış bir şıra kendi haline bırakıldığı veya maya ile aşılandıktan sonra ilk 24 saat veya 48 saat içerisinde fermantasyona başlar. Bu zaman içerisinde maya tomurcuklanma ile çoğalır. Çoğalması için maya gerekli olan enerjiyi şırada bulunan şekerden değil, ortamda bulunan oksijenden alır.
2-Fermantasyon devresi: Bu devrede maya gerekli enerjiyi şekerden alır. Maya enzimi, fermantasyon devresinde şeker molekülü parçalayarak alkol ve karbondioksit gazına dönüştürür. Ayrıca yan ürün olarak ta gliserin, asetaldehit, organik asitler vs. gibi maddeler meydana gelir. Bu devrede maya kendine ihtiyat maddeleri toplar. Bol miktarda glikojen, protein ve yağ maddeleri biriktirir. Bu devrede mayalar en fazla % 17.5 hacim civarında alkol meydana getirebilirler. Bundan fazla alkole dayanamazlar. Ortamda şeker olsa bile bu yüksek alkolün etkisiyle, şekeri parçalayacak daha fazla enzim salgılayamaz ve artık daha fazla alkol üretemezler.
3-Dinlenme ve açlık devresi: Maya ortamda fermente edecek şeker bulamayınca veya alkol miktarı en üst seviyeye çıkınca veya fermantasyonu bitiren maya dinlenme ve açlık dönemine girer. Bu devrede daha önceden biriktirdiği yedek besin maddelerini kullanarak bir miktar daha idare eder. İhtiyat maddeleri bitince maya açlık devresine girer.
4- Oksidatif devre
inlenme sırasında maya ortamda hava bulursa ortamdaki alkolü yağ asitlerine dönüştürür. Oksidasyon sırasında asetaldehitte meydana geldiğinden, bu maddelerinde kimyasal reaksiyonu sonucu esterler oluşur. Böylece şarapta fermantasyon buke maddeleri ortaya çıkmış olur.5-Ölüm devresi: Dinlenme ve açlık devresine giren maya, fermantasyonda yoğun bir şekilde oluşan maddelerden(alkol gibi) ve gerekse yaşaması için bir enerji bulamadığından ölmeye başlar. Bu aşamada ancak % 1-2 kadarı ortamda kalabilir.
Fermantasyonda saf maya kullanmanın faydaları:
1-Şıraya konan maya aktif olduğundan hemen çoğalmaya başlar ve kısa zamanda üremesini bitirip fermantasyona başlar. Bu nedenle diğer mikroflora çoğalmaya başlamadan saf maya ortama hakim olur.2- Spontan fermantasyonda istenmeyen mikroorganizmaların çalışmasını engellemek için ortam kükürtlenir. Saf maya fermantasyonunda katılacak kükürt dozu daha aza iner.3- Fazla SO2 karışımında zararlı mayalar, bakteriler ve şıranın tabi mayaları zarar görüp fazla dayanamazlar. Saf mayalar SO2 alıştırılmış olduklarından fermantasyonda çok etkilenmezler. 4- Saf mayalar dış etkilerden fazla etkilenmezler Özellikle sıcak ve soğukta faaliyet gösterebilirler. 5- Saf maya kuvvetli olduğundan fermantasyonda ortamdaki şekerin hepsini alkole dönüştürebilir. 6- İyi seçilmiş bir maya, şaraba kendine özgü buke maddeleri kazandırır.
Bütün bunlara rağmen saf mayanın her zaman olumlu sonuç verebileceği düşünülmemelidir. Ancak olumlu şartlarda en iyi şekilde yararlanılabilir. Örneğin bozuk ve küflenmiş üzümlerde normal bir fermantasyonu sağlaması yanında hiçbir zaman küf kokusunu gideremez.
Fermantasyon üzerine tesir eden faktörler:
Fermantasyon üzerine tesir eden faktörlerden başlıcalar; sıcaklık, şeker konsantrasyonu, alkol, karbondioksit basıncın etkisi, havanın etkisi, SO2 ‘in etkisi ve diğer faktörlerdir.
Sıcaklık: Fermantasyonda, sıcaklı en önemli faktörlerden biridir. Fermantasyonu gerçekleştiren mayada her canlı gibi sıcaklıktan olumlu ve olumsuz yönde etkilenmektedir. Çalışması ve çoğalması büyük ölçüde sıcaklıkla etkilidir. Çoğunlukla mayaların gelişme ve çoğalmaları 0-45 0C arasında olmaktadır. Şarap mayaları için optimum sıcaklık 22-27 0C’dır. Sıcaklık 25 0C ‘nin altına düştükçe giderek faaliyetleri yavaşlar. 7-8 0C’de bile yavaşta olsa fermantasyona devam edebilirler. 40 0C ise mayalar fermantasyon yeteneklerini önemli ölçüde yitirmiş olurlar. Bu arada önemli bir husus fermantasyondaki şıranın kendiliğinden ısınmasıdır. Şıranın ısınması şekerin parçalanmasıyla olmaktadır. Fermantasyonda şeker parçalanınca yaklaşık 28 kalori açığa çıkar. Fermantasyonda kendiliğinden ısınma şeker konsantrasyonuna ve kabın büyüklüğüne bağlı olarak az veya çok olabilir. Buna göre sıcaklık artışı 10-20 0C arasında değişir. Bu durumda koşullar uygun değilse, fermantasyon sırasında mahzen sıcaklığının 13-15 0C’ yı geçmemesi için tedbirler alınmalıdır. Yüksek sıcaklık şarapta aroma maddelerinin, bir miktar alkol kaybına ve ayrıca asetik asit, laktik asit ve mannit gibi bakterilerin faaliyetine uygun olması durumunda şarabın hastalanmasına neden olmaktadır. Son yıllarda maya ıslahındaki gelişmeler ile çok düşük sıcaklıklarda (4-100C) iyi çalışabilen mayalar elde edilmiştir.
Yüksek sıcaklık durumunda alınacak başlıca tedbirler;
1-Şıra ve mayşe kuvvetli kükürtlenerek saf maya kullanılmalıdır.
2-Fermantasyon kapları fazla büyük seçilmemelidir.
3-Soğutma düzeneği olan çift cidarlı kaplar kullanılmalıdır.
Şeker konsantrasyonu: Şaraplık üzümlerde ortalama % 20-25 kadar şeker vardır. Fermantasyonda maya bu şekeri kolaylıkla fermantasyona uğratabilir. Ancak şeker miktarı % 25’i geçmeye başlayınca mayanın çalışması güçleşir. Şeker konsantrasyonu % 30’u bulursa % 5-7 kadar alkol meydana getirebilir. Bu durumda ise, şekerin bir kısmı fermente olmadan şarapta olduğu gibi kalır. Şeker konsantrasyonu % 50’yi geçince fermantasyon sonucu meydana gelen alkolünde etkisi eklenerek, hücre suyunu kaybetmeye başlar(plazmoliz) ve bu halin devamında ise ölür. Sonuç olarak ortamda şeker konsantrasyonu arttıkça maya hücre suyunu kaybeder ve bu durumun devamı halinde ise ölür.
Alkolün etkisi: Fermantasyonda maya metabolizma ürünü olarak alkol meydana getirir. Her ne kadar kendisi enzim gücü ile bu maddeyi oluşturmakta ise de ancak belli alkol konsantrasyonuna dayanabilmektedir. Her maya için durum başka başkadır. Fermantasyonda oluşan % 2.5 alkolün dahi maya üzerine etkisi görülür. Alkol miktarı % 12.5’ i bulunca gelişme durur. Fakat fermantasyon faaliyeti devam eder. Kültür mayalarında kuvvetli olanları %18.7 ve çok seyrek olarak ta %20.8’oranına kadar alkol yapabilirler.
Yabani mayalar üzerine etilalkolün etkisi daha başkadır. Örneğin Apiculatus mayaları alkol derecesi %4-6 olunca faaliyetten tamimiyle kalırlar. Mycoderma’lar ise kendileri alkol yapmadıkları gibi, alkol miktarı % 12 den yukarı olan ortamlarda faaliyette bulunamazlar.
Karbondioksit basıncının etkisi: Fermantasyon sırasında oluşan karbondioksit atmosferi mayanın çoğalması ve fermantasyon hızını olumlu veya olumsuz etkiler. Buna bağlı olarak alkol verimi de etkilenir. Mayaların çoğalması 1 atmosferlik basınçtan etkilediği, artan basınçla gelişmenin yavaşladığı ve 20 atmosferin üzerinde tümüyle durduğu belirlenmiştir. Etkilenmenin basınç nedeniyle değil, artan CO2 konsantrasyonuyla olduğu tespit edilmiştir. Fermantasyonda oluşan CO2 gazının kültür mayaları üzerine olan etkisi pek azdır. Ancak 8 atmosfer civarındaki bir basınç fermantasyonu durdurabilir. Buna rağmen fermantasyon kaplarında pek basınç olmaz. Çünkü, CO2 gazı basınç kaplardan fermantasyon başlıkları sayesinde dışarı atılır. Ancak bu gazın bir kısmı kapta kalacak şekilde tutulursa, fermantasyon kontrolü basınç altında yaptırılmış olur. Bu şekilde kapta 3-4 atmosfer basıncın olması ile fermantasyon daha sakin geçer ve maya daha enerjik çalışır; kediliğinden ısınma, alkol ve aroma kaybı da azalır. Fermantasyonda meydana gelen CO2 gazının etkisi, mayanın faaliyeti üzerine etkisi pek azdır. Daha fazla yabani mayalar, küf mantarları ve bakteriler gibi havaya muhtaç, şarap için zararlı sayılan mikroorganizma faaliyetleri üzerine önleyici etki yapar.
Havanın etkisi: Fermantasyonda maya özellikle havaya çoğalma devresinde ihtiyaç duymaktadır. Mayanın hızlı bir fermantasyon yapabilmesi ve ortamdaki şekerin tamamını fermente edebilmesi için, yeterli enzim ve aktiviteye sahip olması gerekmektedir. Buda fermantasyondan önce ve başlangıç fermantasyonu sırasında hızlı çoğalma teşvikiyle sağlanabilir. Bunun için başlangıçta fermantasyon ortamına hava verilir; mayanın tomurcuklanmayla istenilen miktarda çoğalması sağlanır. Bundan sonra fermantasyon safhası başlar. Bu aşamada şeker, alkol ve karbondioksite parçalanır. Ayrıca gliserin asetaldehit vs. yan ürünlerde meydana gelir. Asıl fermantasyon safhasına girildikten sonra mayanın hava ile teması sakıncalıdır. Çünkü hava, mayayı hücresel çoğalmaya ve fermantasyon yan ürünlerinin artmasına teşvik eder.
Fermantasyonda bazen uygun olmayan koşullarda fermantasyon ve mayanın faaliyeti durabilir. Bu taktirde şırayı çeşitli yollarla karıştırmak ve hava vermek gerekmektedir. Fermantasyonda havalandırmayı ihtiyaç olduğu zaman, ortama hava verilmelidir. Aksi taktirde şarap okside olabildiği gibi, Diğer mikroorganizmaların(Küf ve sirke bakterileri...) çoğalması ve faaliyetleri teşvik edilmiş olur.
Kükürt di oksidin etkisi: Bütün mikroorganizmalar SO2 ‘e karşı hassastır. Bu gazdan mayalar daha az etkilenir. Çünkü SO2 maya üzerine etki yapsa da mayaların bu gaza alışma özellikleri vardır. Genel olarak 20-30 mg/l SO2 gazı maya üzerinde uyarıcı bir etki yapmaktadır. Ancak bu gazın miktarı artıkça mayanın faaliyeti gecikmektedir. Fermantasyonun gidişi ortamdaki SO2 gaz miktarıyla da ilgilidir. Miktar arttıkça mayanın faaliyeti aksamaktadır.
Ortamda bulunan 100 mg/l SO2 maya üzerine etkide bulunur ve fermantasyonu üç gün, 150 mg/l SO2 8 gün, 200 SO2 mg/l 20 gün 300 mg/l SO2 dört hafta geciktirir. Ortamda SO2 miktarının dozu 300 mg/l ‘den daha fazla bulunuyor ise maya ya çalışamaz veya ölür. 300 mg/l dozların altında maya ölmemekte ve yavaş yavaş SO2’ye alışmaktadır. Buna göre mayalar, mikroorganizmalar içinden yüksek dozda SO2 konsantrasyonuna alışabilme özelliklerine sahiptirler. SO2 gazına alıştırılmış bu mayalara da sülfit mayaları denir. Şaraba verilen SO2 gazı şarabın rengini koruduğu gibi, hastalanmasını(diğer mikroorganizmaların faaliyetini) önler ve şarabın olgunlaşmasına da yardımcı olur.
Aşılama oranı: Fermantasyonda aşılama oranı önemli olup, uygulanan fermantasyon yöntemine göre değişir. Aşılanan maya miktarı kullanılan mayşeyi kısa sürede ve hızlı fermente ederek, tüm şekeri fermantasyon süresinde alkole dönüştürmesi gerekmektedir. Oran düşük ise fermantasyon yavaş seyreder ve uzun sürer. Bu ise hem bulaşmalara hem de şeker ve zaman kaybına neden olmaktadır.
Birçok işletme, hala çoğaltma maya ile çalışmaktadır. Ön çoğaltma ile ürettikleri mayayı fermente edilecek mayşeye aşılama şeklinde yapmaktadırlar. En yüksek alkol verimi % 1,2-2 oranında aşılamakla elde edilir. Kuru maya kullanıldığında oran 0.1-0.2 g/l ‘dir. Bu arada kullanılacak mayada önemlidir. Maya, mayşede bulunan şekerleri fermente etme yeteneğinde olmalı ve ayrıca fermantasyonu istenilen süre içinde bitirebilmelidir.
Diğer faktörler: Mayaların çoğalması ve fermantasyon üzerine bazı asitler ve metallerin etkisi vardır. Fermantasyon ortamında metallerin miktarı arttıkça maya üzerine bir zehir etkisi yapar, mayayı yaşayamaz kılar ve böylece fermantasyonda durmuş olur. Örneğin ortamda % 0.015 oranında bulunan bakır kalıntısı mayayı öldürür. Kurşun ve Alüminyum metallerinde, bakır gibi etki yapar. Mayalar organik asitlere karşı dayanıklıdırlar. Ancak, sirke asidine karşı hassastır. Fermantasyonu engelleyen faktörlerden biri olan sirke bakterilerin etkisi, meydana getirdikleri uçar asit(asetik asit) ile olmaktadır. Uçar asidin etkisi 2 g/l ’den sonra başlar ve 8 g/l ’den sonra ise fermantasyon tamamen durur. Maya, anorganik asitlerden HCl ve H2SO4 ‘de karşıda pek hassastır. Bunların düşük konsantrasyonları dahi fermantasyona zehir etkisi yapar.
Beyaz Şaraplarda Fermantasyon:
İşetmeye gelen beyaz üzümler preste sıkılır, kükürtlenir, tortusundan ayrılır, fermantasyon tanklarına doldurulur, üzerine maya katılır, fermantasyon başlıkları takılır ve fermantasyon başlatılır. Fermantasyon kapları olarak; fıçı, beton, madensel tanklar, plastik kaplar ayrıca evde üretimi yapılan şaraplar için içi sırlı ve cam damacanalar kullanılır.
Fermantasyon kaplarına şıra 1/7-1/10 ‘luk bir boşluk kalacak şekilde doldurulur. Çünkü Fermantasyon başladıktan sonra kaplarda bu oranlarda bir köpürme ve kabarma meydana gelir. Bu şekilde taşmaların önüne geçilir.
Fermantasyon spontan(kendinden), şıra da üretilmiş saf maya ve kuru aktif mayalardan birinden %1.2-2 oranında katılarak yaptırılır. Maya hücrelerinin çoğalmasıyla, şıra bulanık bir hal alır. Fermantasyon 1-2 gün içinde başlar. Bununda kaplarda köpürme, kabarma ve başlıklarda CO2 gazının çıkması sonucunda anlaşılır. Fermantasyon hızlanır. Bu şekilde şiddetli fermantasyon şıranın şeker konsantrasyonuna göre 5-7 gün sürer. Bundan sonra şıra sakinleşir. Bu yavaş fermantasyon ise 1-2 hafta devam eder. Fermantasyonun sağlığı için ısı ve yoğunluk kontrolleri yapılır. Bu devrede fermantasyon kabındaki boşluk doldurulmalıdır. Aksi taktirde CO2 gazının çıkışı azalacağından, gazın koruyucu etkisi de ortadan kalkar. Ortamda hava bulan mikroorganizmalar çalışır, şarabı hastalandırabilir; şarap hava ile uzun süre temasta kalacağından okside olabilir. Fermantasyon başlamadan önce şıranın yoğunluğu 1.080 veya 12 bome derecesi civarındadır. Alkol meydana gelmesiyle yoğunluk 1’in altına ve 0.990-991 değerine kadar düşer. Bu süreçte fermantasyon ortamında ısı uygun olmalıdır. Mayalar için en uygun sıcaklık 22-27 0C’dir. Şekerin alkole dönüşümü sırasında serbest kalan enerji, şırayı ısıtır. Böylece fermantasyon ortamında kabın büyüklüğüne göre 10-20‘lik bir kendiliğinden ısınma meydana gelir. Fermantasyon sıcaklığı 32 0C’yi geçmemelidir. Bu nedenle fermantasyon mahzenlerinde sıcaklık 15-17 0C‘de tutulmalıdır. Kaliteli , iyi şarap üretiminde fermantasyon sıcaklığı 18-20 0C’yi geçmemelidir.
Türkiye’de hava sıcaklığı kampanya dönemi 35-40 0C lere kadar çıkmaktadır. Bu nedenle kaliteli bir şarap üretmek için şaraphanelerin ve şarapların soğutulması gerekmektedir.
Beyaz şarap üretiminde fermantasyon sıcaklığı 10-20 0C arasında tutulması ile şarabın kalitesi artar. Bu şekilde fermantasyon süresi uzasa da, özellikle beyaz şarapların, fermantasyon ne kadar serin bir ortamda ve yavaş devam ederse ileride bukeside daha zengin olur.
Beyaz şarap üretiminde fermantasyon sonlarına doğru maya faaliyeti yavaşlar. Tortu maddeleri ise yavaş yavaş kabın dibine doğru çöker, şarap durulmaya başlar. Bu zamanda fazla CO2 gazı ihtiva eden şarabın tadı keskin ve serttir. Fermantasyonun yavaşlamasından sonra, bir dereceye kadar durulmuş şarap, fermantasyon kabından başka bir kaba aktarılır. Birinci aktarma 4-6 hafta sonra havalı yapılır. Bu arada şarapta SO2 kontrol edilir. 40 mg/l’den az ise şaraba kükürt verilir. Şarap dinlendirmeye bırakılır. Diğer aktarmalar ise yeniden oluşacak tortunun ayrılması için havasız bir ortamda yapılır. Bunlardan sonra şarabın genel durumuna göre gerekli olan durultması, filtrasyonu, stabilizasyon işlemler yapılır. Eğer şarap olgulaşmış ise şişelenir veya yıllandırılacaksa dinlendirme mahzenlerinde bekletilir.
Kırmızı Şaraplarda Fermantasyon:
Renkli üzümler, sap ve çöplerden ayırma düzeni bulunan değirmenlerden geçirilir ve mayşe haline getirilir ve fermantasyon kaplarına alınır. Beyaz şarap üretiminde, şıra doğrudan doğruya; kırmızı şarap üretiminde ise cibre, şıra ile beraber mayşe fermantasyonuna uğratılır. Kırmızı şarapların karakteri olan burk tat ve kırmızı renk, uygulanmakta olan bu mayşe fermantasyonuyla kazanılır. Renk maddeleri tanelerle birlikte mayşe fermantasyonu aşamasında enzimatik reaksiyonlar ile ve oluşan alkolün çözündürücü etkisiyle şıraya geçer. Bunların miktarı üzüm çeşidine, olgunluğa, mayşe fermantasyonu ve süresine bağlıdır. Kırmızı üzümlerdeki renk maddesi önin ve önocyanin kabuk iç yüzeyinde hücre plazması ile sarılmış durumdadır. Mekanik olarak ezme ve sıkma ile çıkartılamaz. Mayşenin ısıtılması, enzimler ile muamele edilerek dokuların parçalanması suretiyle renk maddelerinin dışarı çıkması sağlanabilir. En çok kullanılan yöntem ise ezilmiş ve saplarından ayrılmış kabuklu üzüm tanelerinin, mayşe fermantasyonuna bırakılmasıdır. Mayşe fermantasyonu süresi 3-6 gün sürer. Bu sırada oluşan renk maddelerini çözünerek şıraya karışır ve bu nedenle kırmızı şaraplar renk, tat ve bileşim yönünden beyaz şaraplardan farklı bir duruma gelir. Ayrıca, mayşe fermantasyonu nedeniyle kırmızı şarapların şekersiz kuru madde, kül ve alkol miktarları beyaz şaraplardan fazladır.
Kırmızı şaraplarda asit miktarı fazla miktarlarda olmamalıdır. Toplam asit 4-6 g/l civarında ve beyaz şaraplardan daha az olmalıdır. Asidi fazla olan kırmızı şaraplar malolaktik asit fermantasyonu ile biyolojik asit azalmasına uğratılarak, denge sağlanmalıdır. Aslında birçok kaliteli kırmızı şarapta asit düşüktür. Kırmızı şaraplarda fazla asit tanenle bağdaşmaz. Çünkü şarap içilirken kadife gibi boğazdan geçmesi arzulanır.
Kırmızı şarap üretiminde mutlaka üzümler sap ve çöplerinden ayrılmalıdır. İşlemler sırasında sap ve çöpler ayrılmazsa, bu maddeler fazla miktarda şaraba geçmiş olacağından, şarabın tadını da kaba ve buruk olur. Çünkü, sap ve çöplerde fazla miktarda buruk tadı olan tanen vardır.
Kırmızı şarap üretiminde; sap ve çöplerden ayırma düzenli değirmenlerden geçirilmiş üzüm, değirmen altına konan bir kaba dökülür veya doğrudan doğruya tulumba ile mayşe fermantasyon kabına gönderilir. Mayşe fermantasyonu yaklaşık 3-6 gün sürer, bu anda şıranın yoğunluğuda 1020-1040 dansiteye düşer. Bundan sonra mayşe preslenir ve ham şarap elde edilir. Elde edilen ham şarap, separatörden geçirilerek kaba tortularından ayrılır ve ikinci fermantasyonda olgunlaşmaya bırakılır. Bazen yanlış bir uygulama olarak, kabuktaki renk maddeleri daha çok geçsin diye mayşe fermantasyonu uzatılmaktadır. Bu doğru bir işlem değildir. Çünkü, süre uzadıkça renk maddeleri bazı koloitlerle birlikte kabın dibine doğru çökerler. Kırmızı şarap üretiminde mayşe birkaç usulle fermantasyona uğratılır.
Mayşe Fermantasyon Yöntemleri:
Kırmızı şarap üretiminde mayşeleme yöntemini geliştirmek için, değişik uygulamalar yapılmıştır. Amaç; bir fermantasyon süreci içinde, gereken miktarda renk maddesi elde edebilmek ve şaraba zarar vermemektir. Şarap üretiminde uygulanan bazı mayşe fermantasyon yöntemleri aşağıdaki gibi uygulanmaktadır.
Açık kaplarda mayşe fermantasyon : mayşe fermantasyonu için bir tarafı kısmen açık veya tamamen açık tahta veya beton kaplar kullanılır. Mayşe bu kaplardan birine 1/7 - 1/10 boşluk kalacak şekilde doldurulur, 40-50 mg/l SO2 verilir, mayşeye % 2 oranında maya kartılır ve kaplarda 1-2 gün içinde fermantasyon başlar. Burada amaç, renk ve bir kısım tat maddelerinin şıraya geçmesini sağlamaktır. Özellikle meydana gelen alkol ve ısının etkisiyle kabukta bulunan renk maddesi şıraya geçer. Bu arada oluşan CO2 gazıda kabukları yukarı doğru kaldırır. Böylece kabın üst kısmında cibre şapkası denen bir kitle meydana gelir. Cibre şapkası, bazen üstte o kadar sıkı bir kitle oluşturur ki, bu kitle karıştırılıp şıra içinde dağıtılmalıdır. Dağıtılmazsa renk maddelerinin şıraya daha az geçmesine ve ortamda hava olduğundan ısınında katkısıyla aerop (hava isteyen) mikroorganizmalar faaliyete geçer ve şarap üzerinde olumsuz etkilere neden olurlar. Bu yüzden cibre şapkasını günde 2-3 defa karıştırılır ve şarap içinde dağılması sağlanır. Izgaralar kullanılarak kitlenin şıra içinde kalması veya şıra alttan alınarak, üsten ilave edilmek suretiyle cibrenin şıra içinde kalması sağlanır. Aksi durumda, cibre şapkası üzerinde diğer mikroorganizmalar ve sirke bakterileri kolayca gelişeceğinde sirkeleşme meydana gelebilir. Açık kaplarda yapılan mayşe fermantasyonun da % 0.7-1 oranında alkol kaybı olmaktadır.
Kapalı kaplarda mayşe fermantasyonu :
Fermantasyonun yapıldığı kaplarının üstünde kapak ve fermantasyon başlığı, ayrıca manometre, termometre, boşaltma musluğu, kompresör, soğutma düzeni ve diğer musluklar bulunur. Bu kaplarda mayşe’yi hareketlendirmek için, fermantasyonda oluşan CO2 gazı 3-5 atü’yü aşınca emniyet ventilleri açılır, gaz emilerek dışarı verilir.
Bu metodun yararlı tarafları fermantasyonun sakin geçmesi, alkol kaybı az olması ve mayşe fazla ısındığı zaman cidarlar arasından soğuk su geçirilerek soğutulabilmesidir.
Kapalı mayşe fermantasyonun da mayşe ve mayşe şapkasıyla ilgilenmek daha zordur.
Sürekli Mayşe Fermantasyonu:
Fermantasyon, kontrollü özel kaplarda yapılır. Mayşe kaba alt taraftan verilir. Meydana gelen CO2 ‘in etkisiyle kabuklar daima kabın içinde yüzer durumdadır. Sitemde renk ve tanenini vermiş olan kabuklar bir vida vasıtasıyla üsten alınır, prese verilir. Kap sürekli mayşe ile dolu olduğundan yöntem bu isimi almıştır.
Dördün Üzerinde Fermantasyon:
Başlangıçta mayşe üzerine fermente olmuş alkol oranı % 4 olan şaraptan katılır ve % 4 alkol meydana geldikten sonra kaba yeni mayşe ilave edilir. Böylece temiz bir fermantasyon ortamı sağlanır. Çünkü % 4 alkol, ortamda bulunan diğer bazı mikroorganizmalar üzerine zehir etkisi yapar ve çalışmalarını engeller. Burada maya fazla enerjik çalışmadığından kendiliğinden ısınmada fazla olmaz.
Mayşe Isıtılması Şeklinde Yapılan Fermantasyon:
Bu sistemde sap ve çöplerinden ayrılan mayşe, bir ısıtma cihazı yardımıyla seçilmiş olan yöntemlerden birine göre ısıtılır. Kabuklardan renk alma işlemi gerçekleştikten sonra, mayşe süzülür ve geriye kalan posalı şıra prese alınarak sıkılır. Toplama kabında toplanan şıra ile pres şırası santrifüjden geçirilir ve şıra fermantasyon kabında beyaz şaraplar gibi fermantasyona uğratılır. Örneğin mayşe 50 0C’ye kadar ısıtılır, bu ısıda 2 saat bekletilir. Daha sonra presten geçirilen şıra 20 0C’ye soğutulur. Saf maya ile gerekli olan SO2 katılarak fermantasyona bırakılır. Bu teknikte başka yöntemlerde vardır.
Mayşe ısıtmanın yararlı tarafları: Bu yöntemde mayşe fermantasyonuna ihtiyaç kalmadan kabuktaki renk maddeleri alınmış olur. Böylece mayşe daha kolay ve çabuk sıkılır. Isıtma sırasında mayşe’ye 100 litreye 2 gram enzim preparat katılmasıyla mayşe daha kolay pres edilir. Mayşe ısıtmanın bu faydaları yanında, teknikte soğutma ve ısıtma düzenlerine ihtiyaç duyulduğundan yöntem biraz pahalı ve işçiliği de fazla olmaktadır.
Kırmızı Şaraplarda İkinci Fermantasyon: Kırmızı şaraplar mayşe fermantasyonunu veya hızlı fermantasyonu tamamladıktan sonra, ham şaraptaki tortular ayrılır. Bu işlemleri yapılan genç şarapta henüz şeker tamamen tükenmemiştir. İşte ikinci fermantasyonda çok az kalan bu şekerde tükenerek alkole dönüşür.