Supergistkweek: Crabtree effect omzeilen in de praktijk (fed batch)

Gestart door RobinB, 02-12-2009 09:24 u

Vorige topic - Volgende topic

0 leden en 1 gast bekijken dit topic.

RobinB

Inderdaad: een roerder alleen geeft veel meer effect dan beluchting alleen.

Maar beluchten zal je zéker naartoe moeten als je een fed-batch systeem wilt maken Hoppie!
Met name wanneer je het crabtree-effect onder controle hebt, is het van belang ze aeroob te houden.
De efficientie van glucose assimilatie (opbouw biomassa) schiet daardoor als een speer omhoog.
50% is haalbaar...

Adrie

Citaat van: RobinB op 02-12-2009  09:24 uMet name wanneer je het crabtree-effect onder controle hebt,

Dit wordt weer erg technisch. Kun je even uitleggen wat het Crabtree effect is en waarom het niet zou mogen optreden in je starter?

RobinB

Het crabtree effect is het fenomeen dat de gist aan alcoholische fermentatie doet onder aerobe omstandigheden bij glucose concentraties boven 0,5%.
In iedere starter (tenzij fed-batch) zal dit dus gebeuren.

Dus ondanks een aeroob milieu gaat veel verloren via de (inefficiente) anaerobe pathways.

RobinB

Let bij handtellingen wel op dat je meerdere tellingen doet per sample (25) en daarbij niet teveel speriding moet hebben. Het afmeten van je volumes moet ook heel precies gebeuren, wil je het kunnen terugrekenen naar aantallen/ml.

Het is niet zozeer niet willen maar aan de uitvoer kleven haken en ogen. Als gevolg hiervan zijn de resultaten niet altijd betrouwbaar.
Ik heb hier wel eens een Excel sheetje gepost voor het noteren van je tellingen en een paar simpele spreidingswaarden.

Polleke

Citaat van: RobinB op 02-12-2009  09:47 uHet crabtree effect is het fenomeen dat de gist aan alcoholische fermentatie doet onder aerobe omstandigheden bij glucose concentraties boven 0,5%.
In iedere starter (tenzij fed-batch) zal dit dus gebeuren.

Dus ondanks een aeroob milieu gaat veel verloren via de (inefficiente) anaerobe pathways.

Dus met een fed-batch zul je niet (of minder) moeten afgieten omdat je minder afvalstoffen (alcohol) hebt?

RobinB

Minder alcohol klopt, overige mogelijk ongewenste smaakcomponenten (andere afvalstoffen) kunnen er nog steeds inzitten.
Ik giet dan ook altijd af, ook omdat je nog steeds verdund met een grote starter.

Adrie

Citaat van: RobinB op 02-12-2009  09:47 uHet crabtree effect is het fenomeen dat de gist aan alcoholische fermentatie doet onder aerobe omstandigheden bij glucose concentraties boven 0,5%.
In iedere starter (tenzij fed-batch) zal dit dus gebeuren.

Dus ondanks een aeroob milieu gaat veel verloren via de (inefficiente) anaerobe pathways.

Uit Beer - Tap into the Art en Science of Brewing van Charles Bamforth:

CiteerIn fermentation, about 14 times less energy is captured for each glucose molecule broken down than is the case in respiration—but it's still enough for the needs of the yeast, because of the high availability of its sugar feedstock.

This biochemistry is the basis of differentiation between yeast operating in a brewery and yeast being produced commercially for use in baking. In
the latter case it is economically desirable to produce large amounts of yeast from as little sugar as possible. Therefore yeast is grown in a so-called fedbatch process, in which the sugar source (usually molasses) is dosed in a bit at a time, so that at any given point its concentration is low and the yeast is switched on to using it by respiration. Plenty of oxygen is introduced, and the yield of yeast is high.
...
As respiration yields far more energy than fermentation, and ethanol is not a desired product of propagation, whereas yeast biomass is, highly aerobic conditions should be maintained in a propagator. The most efficient way to grow yeast is in fed-batch mode, which the purveyors of baker's yeast have long since appreciated (as mentioned earlier).

Polleke

Ok, als je voldoende gist heb zet je hem in de koelkast om af te laten koelen en op de brouwdag giet je hem af, laat je hem op temperatuur komen en start je nog eens door.

RobinB


Edgar

En welke wortsterkte kan je aanhouden; uitgaande van standaard moutextract of eventueel een gemiddels wort, om onder die 0,5% te blijven? Als het verschil in opbrengst zo groot is ben je met een half litertje uit een infuuszak klaar voor 50 liter gerstewijn!

Praktijk dus. Met welk SG beginnen en op welk SG handhaven danwel welke curve volgen?

RobinB

Je moet de suikerconcentratie onder de 0,5% houden.
In een bioreactor kan je alles meten, thuis niet, vandaar dat ik de voorzichtige aanpak had gekozen.

Edgar

"de suikerconcentratie", of de glucoseconcentratie? Da's nog wat anders. Kunze heeft het overigens over "sugar in concentrations of 0,1 g/l" (p. 371). Da's 0,01%!

Adrie

Citaat van: RobinB op 02-12-2009  11:09 uJe moet de suikerconcentratie onder de 0,5% houden.
In een bioreactor kan je alles meten, thuis niet, vandaar dat ik de voorzichtige aanpak had gekozen.

0,5% is natuurlijk heel laag. Dat is een SG van 1002. Dan ontkom je niet aan een fed-batch.

Edgar

Citaat van: Adrie op 02-12-2009  16:46 u0,5% is natuurlijk heel laag. Dat is een SG van 1002. Dan ontkom je niet aan een fed-batch.

Totale suikerconcentratie dus? 0,5% totaal en 0,01% glucose? Alleen enkelvoudige suikers? (dus maltose mag wel?) Danstar heeft het over 0,2% ('sugar'). Voorlopig ga ik er maar even van uit dat Kunze zich weer eens vergist en dat verder niemand het weet.

Het lijkt me wel een erg leuk ding om uit te zoeken met een blik op de praktijk, omdat die infuuszakjes niet moeilijk te krijgen zijn en simpel te bedienen en, misschien zelfs simpel te steriliseren en hergebruiken. Dus eh, wie bruikbare info heeft mag het zeggen :)

Good old Steve Alexander heeft zich er ook al mee beziggehouden.

De-Geert

Citaat van: Edgar op 02-12-2009  17:10 uAlleen enkelvoudige suikers? (dus maltose mag wel?)
Maltose is geen enkelvoudige suiker he, 2x glucose.
Citeeromdat die infuuszakjes niet moeilijk te krijgen zijn
Hoe komt men daar aan, dan?

Voor wat het waard is, bij een vak wat ik momenteel volg gaan we er vanuit dat het niet zozeer gaat om de concentratie suiker maar om hetgeen benodigd is voor exponentiele groei.
Een makkelijke methode is om te zorgen dat de hoeveelheid suiker de limiterende factor is. Je hoeft niet per se de maximale groeisnelheid te halen, zolang je maar voorkomt dat er alcohol geproduceerd wordt.

RobinB

Citaat van: De-Geert op 02-12-2009  17:34 uEen makkelijke methode is om te zorgen dat de hoeveelheid suiker de limiterende factor is. Je hoeft niet per se de maximale groeisnelheid te halen, zolang je maar voorkomt dat er alcohol geproduceerd wordt.

Beetje moeilijk geschreven, maar volgens mij bedoel je hetzelfde?
Je probeert het crabtree effect te voorkomen dmv glucose gelimiteerde groei.
Een teveel aan glucose zal via dankzij de verzadigde aerobe pathway, gefermenteerd worden tot alcohol

Edgar

Citaat van: De-Geert op 02-12-2009  17:34 uMaltose is geen enkelvoudige suiker he, 2x glucose.

Ik vraag me af hoe je me leest, want dat bedoelde ik ook. Maar inmiddels is me wel duidelijk (zie de Steve Alexander HBD link en verder), dat dat niet werkt. De verbinding van de term 'glucose' aan het Crabtree-effect blijkt nogal arbitrair; andere suikers geven vergelijkbare effecten zij het in andere concentraties.

Glucose alleen beperken gaat dus niet werken. Het hele boeket aan suikers moet omlaag in concentratie.

CiteerCrabtree says that
even in the presence of oxygen, when you increase glucose >0.4P this
represses aerobic metabolism.  It says too much glucose represses
aerobesis.  BUT what Crabtree didn't bother to explicitly mention is
that 0.4 of fructose or ~0.8P of maltose also represses aerobic and
the effect of these sugars is additive. You can get catabolite
repression with almost any sugar including non-fermentables.
 Glucose
and fructose are about equal and maltose, mannose are about half as
effective, galactose about 1/4th as effective.

To prevent the Crabtree effect you need to keep the wort
concentration down around 1P (SG=1.004) roughly.  So you'll need to
incrementally feed.  Your 5P wort forces catabolite repression and
anaerobic fermentation
.

Edgar

Overigens, betekent dit hele Crabtree verhaal nu eigenlijk dat het beluchten van starters nutteloos is? Want als het aerobe metabolisme wordt geblokkeerd boven de 0,4 Plato, dan kunnen we net zo goed helemaal niet beluchten. Tenzij we met echt héél lichte startertjes gaan werken, en gruwelijke hoeveelheden lucht en voeding kunnen toevoegen.

Adrie

Citaat van: Edgar op 02-12-2009  20:18 uOverigens, betekent dit hele Crabtree verhaal nu eigenlijk dat het beluchten van starters nutteloos is? Want als het aerobe metabolisme wordt geblokkeerd boven de 0,4 Plato, dan kunnen we net zo goed helemaal niet beluchten. Tenzij we met echt héél lichte startertjes gaan werken, en gruwelijke hoeveelheden lucht en voeding kunnen toevoegen.

Nou, dat is niet helemaal waar, gezien de experimenten van Zainasheff. Beluchten is bijna net zo effectief als roeren. Schudden en wegzetten levert duidelijk minder gist op. Misschien is het ook een opwoelingseffect. Door de luchtbellen blijft de gist beter in suspensie, net zoals bij roeren.

RobinB

Citaat van: C.Boulton Brewing Yeast and fermentationThe short term Crabtree effect is typified by production of ethanol under  aerobic
conditions when the glucose  concentration is higher than a critical value. Postma et al.
(1989) reported  that in chemostat  cultures  of S. cerevisiue operated  at low dilution
rates under glucose  limitation growth was entirely oxidative. With increase in dilution
rate a critical value was reached at which alcoholic fermentation ensued and  there was
a concomitant decline in the biomass concentration. At higher dilution rates there was
an increase in rates of oxygen consumption and carbon dioxide production and this
was  accompanied by  production  of  exogenous  pyruvate  and acetate. With  further
progressive increase  in dilution  rate aerobic ethanol production ensued with  simul-
taneous high rate of respiration. This phenomenon was  termed  the long-term Crab-
tree effect.
Postma et  al.  (1989) suggested that  the organic acids produced  under  these con-
ditions produced an uncoupling effect which caused the observed increase in rates of
respiration.  The  effects due  to  the  progressive  increase  in  dilution  rate  could  be
explained  in  terms  of  overflow metabolism.

Behalve het roer effect van beluchten kunnen gisten kennelijk toch aeroob fermenteren (ethanol productie) en respireren

Edgar

Ik zie hier ook iets broeien. Te overkomen hordes:

-concentratie voedingsstoffen bepalen: moet het toegedruppelde, sterke wort ook alle stikstof en andere stoffen bevatten? Of kan je het startmedium van 0,4P voorzien van deze overdaad zonder gevaar voor de gist, zodat je alleen wort kunt toevoeren?
-verstopping van de druppelaar: je wilt geen eiwittenfile in je toegeknepen druppelaar, dus lang koken en evt filteren om helder extract te krijgen.
-infectiegevaar: het dunne wort en het extra gedoe eromheen zal het infectiegevaar misschien vergroten. Anderzijds zal de enorme hoeveelheid gist het weer verkleinen.
-flow-rate: omdat je moeilijk kunt meten voor elke druppel, zal je moeten gissen naar de snelheid van toevoeren. De enorme gistgroei zal een indicatie zijn dat je in het juiste gebied zit.
-schuimvorming: hoewel het een zeer dun wort is, zal het nodig zijn extreem intensief te beluchten, dus is schuimvorming een reëel probleem. Eigenlijk is pure zuurstof in combinatie met een zeer fijne bruissteen de meest logische oplossing, maar een methode met lucht lijkt me de voorkeur te hebben.
-is het steeds ondervoed houden van de gist een bezwaar? Omdat we geen continumeting doen, zullen we aan de veilige kant moeten blijven dus steeds met uitgehongerde gist te maken hebben. Dat kan de gist belasten en misschien verzwakken. De effecten kunnen ook meevallen in de praktijk.

Zal ik dit afsplitsen naar een Fed-batch praktijkdraadje?

De-Geert

Volgens mij kan je andere voedingsstoffen (stikstof, fosfaat etc.) gewoon aan het begin toevoegen. Het 'ondervoed' houden van de gist lijkt me ook geen praktisch probleem, want als de voedingsstoffen er niet zijn kan de gist niet delen.

Het lijkt dus wel zaak om aan het eind van het verhaal voor andere suikers dan glucose en fructose te zorgen.

RobinB

Mijn idee is ook inderdaad een "basis medium" van ca 1 liter, waarin de voedingsstoffen zitten zonder de suiker(s).
Die kan je dan met een geconcentreerde oplossing indruppelen. Gezien je al een basismedium hebt wat geroerd wordt, heb je ook een kleinere kans op plaatselijke hoge concentraties, dan wanneer je de infuusvloeistof aan een kleine hoeveelheid toedient.

Voor het gemak gebruik ik dan een sucrose oplossing, aan het eind lijkt het inderdaad verstandig moutextract toe te voegen. Bijvoorbeeld een uur voor je het in de koelkast zet om te bezinken. Dan weer opstarten met moutextract of alleen opstarten met moutextract (moet mi ook kunnen) op de dag van brouwen.

Adrie

Kan iemand mij nog even uitleggen waarom je je dit allemaal op de hals moet halen terwijl je met een een voudige erlenmeyer en een magneetroerder gemakkelijk meer dan genoeg gist kunt kweken?

De-Geert

Omdat het kan. Meer gedoe =  meer hobby.

Je kan het starters maken ook gewoon geheel vermijden door meer zakjes Wyeast te gebruiken. Maar ja, je hebt geen hobby om het zo makkelijk mogelijk te maken, toch?

Daarnaast is het niet zo makkelijk om voldoende gist te kweken als je begint vanaf een agar-plaat of zo. Met fed-batch kan dat veel beter/makkelijker.

Tags:

Zoeken met Google op deze site.
Brouwspullen zijn ook te koop via Bol.com.
Als je iets bestelt bij Bol.com (ook andere zaken dan brouwspullen) via deze link steun je het forum.


Het boek van de beheerder van deze site.