Καινοτόμος μέθοδος για παραγωγή οίνου σε οικιακή κλίμακα με ξηρές πρώτες ύλες
Authors: Σύψας Βασίλειος 
Published: August 2021

Στο πρώτο μέρος της διατριβής έγινε ανασκόπηση της βιβλιογραφίας που αφορά τις βιοτεχνολογικές διεργασίες, οι οποίες χρησιμοποιούνται τα τελευταία 30 χρόνια στην παραγωγή οίνου. Παρόλο που για τη βιομηχανική παραγωγή οίνου έχουν γίνει αρκετές προτάσεις και έρευνες, οι ερευνητικές προσπάθειες που έγιναν για την οικιακή οινοποίηση είναι ελάχιστες. Έτσι, η παρούσα διατριβή επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη μιας καινοτόμου μεθόδου για οινοποίηση σε οικιακή κλίμακα. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η δυνατότητα παραγωγής διαφόρων τύπων οίνου σε οικιακό ψυγείο με τη χρήση μιγμάτων ξηρών πρώτων υλών και λυοφιλιωμένων καθαρών στελεχών ζυμών με ελεύθερα και ακινητοποιημένα κύτταρα. Για να χαρακτηρισθεί η μέθοδος αυτή ως καινοτόμος, εξετάσθηκε αν ικανοποιούνται τα κριτήρια των κινητικών παραμέτρων της αλκοολικής ζύμωσης, ενώ τα τελικά προϊόντα που προέκυψαν αξιολογήθηκαν ως προς τη σταθερότητα και την ποιότητά τους. Ως φορείς ακινητοποίησης των κυττάρων χρησιμοποιήθηκαν απολιγνινοποιημένα κυτταρινούχα υλικά και σφαιρίδια γλουτένης, υποστρώματα που είναι φθηνά, άφθονα στη φύση και κατάλληλα για τρόφιμα. Η λυοφιλίωση των κυττάρων, ελεύθερων και ακινητοποιημένων, έγινε με ρυθμό ψύξης 3°C/min χωρίς τη χρήση προστατευτικών μέσων. Με τη χρήση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου επιβεβαιώθηκε ότι τα κύτταρα εξακολουθούν να είναι προσκολλημένα σε όλους τους φορείς μετά τη λυοφιλίωσή τους. Επίσης, αναπτύχθηκε μέθοδος λυοφιλίωσης του γλεύκους κατά την οποία τα καλύτερα αποτελέσματα ελήφθησαν όταν χρησιμοποιήθηκαν τα απολιγνινοποιημένα κυτταρινούχα υλικά ως προστατευτικά μέσα. Αρχικά, έγιναν ζυμώσεις διαλυμάτων γλυκόζης και ιμβερτοσακχάρου που προέκυψαν μετά την προσθήκη νερού σε μίγματα ξηρών σακχάρων και λυοφιλιωμένων βιοκαταλυτών. Η μέθοδος βρέθηκε κατάλληλη για την παραγωγή αιθανόλης σε εύρος συγκεντρώσεων 4-12.9% ν/ν, ενώ οι ζυμώσεις έγιναν σε περιοχή θερμοκρασιών 1-30°C. Τα λυοφιλιωμένα ακινητοποιημένα κύτταρα έδωσαν μικρότερους χρόνους έναρξης της ζύμωσης, μικρότερους χρόνους ζύμωσης, μεγαλύτερες συγκεντρώσεις αιθανόλης, μεγαλύτερες τιμές ρυθμού παραγωγής αιθανόλης, χαμηλότερες τιμές αζύμωτου σακχάρου και μεγαλύτερα ποσοστά μετατροπής, σε σχέση με τα ελεύθερα λυοφιλιωμένα κύτταρα. Επίσης, διατήρησαν τη ζυμωτική τους ικανότητα ανεξάρτητα από το χρόνο αποθήκευσης των μιγμάτων στους 4°C, κάτι που δε συνέβη για τα ελεύθερα λυοφιλιωμένα κύτταρα. Τέλος, τα προϊόντα που προέκυψαν από ζυμώσεις με λυοφιλιωμένα ακινητοποιημένα κύτταρα σε χαμηλές θερμοκρασίες είχαν καλύτερη ποιότητα, καθώς περιείχαν υψηλότερες συγκεντρώσεις οξικού αιθυλεστέρα και χαμηλότερες συγκεντρώσεις ανωτέρων αλκοολών. Αναφορικά με τις κινητικές παραμέτρους και τα πτητικά παραπροϊόντα των ζυμώσεων, τα απολιγνινοποιημένα κυτταρινούχα υλικά έδωσαν καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με τη γλουτένη. Στη συνέχεια μελετήθηκε η παραγωγή σταφιδίτη οίνου σε διάφορες θερμοκρασίες με τη χρήση μιγμάτων ξηρής σταφίδας και λυοφιλιωμένων βιοκαταλυτών ελεύθερων και ακινητοποιημένων κυττάρων. Σε όλες τις περιπτώσεις οι ζυμώσεις έγιναν σε αποδεκτούς χρόνους, ενώ η ολική και πτητική οξύτητα των οίνων βρέθηκαν στα επίπεδα που συναντιόνται στα εμπορικά προϊόντα. Σε κάθε θερμοκρασία ζύμωσης, τα λυοφιλιωμένα ακινητοποιημένα κύτταρα προήγαγαν το ρυθμό της ζύμωσης και οδήγησαν σε χαμηλές τιμές αζύμωτου σακχάρου. Όταν οι ζυμώσεις έγιναν σε οικιακό ψυγείο με λυοφιλιωμένα ακινητοποιημένα κύτταρα, προέκυψαν προϊόντα βελτιωμένης ποιότητας, που ήταν διαυγή και είχαν χαμηλή πτητική οξύτητα, ενώ περιείχαν υψηλά ποσοστά οξικού αιθυλεστέρα και χαμηλά ποσοστά ανώτερων αλκοολών στο σύνολο των πτητικών. Η αύξηση του χρόνου αποθήκευσης των μιγμάτων δεν επηρέασε τη γλυκολυτική δράση των λυοφιλιωμένων ακινητοποιημένων κυττάρων, κάτι που δεν συνέβη στον ίδιο βαθμό για τα ελεύθερα λυοφιλιωμένα κύτταρα. Τέλος, η ποιότητα των τελικών προϊόντων δεν επηρεάσθηκε αρνητικά από την αύξηση του χρόνου αποθήκευσης των μιγμάτων, καθώς μακροσκοπικά δεν παρατηρήθηκε μόλυνση του ζυμούμενου υγρού και τα κύρια πτητικά παραπροϊόντα παρέμειναν σταθερά. Στο τελευταίο μέρος της διατριβής εξετάσθηκε η πιθανότητα οινοποίησης σε οικιακό ψυγείο. Προς τούτο έγιναν ζυμώσεις γλεύκους που προήλθε από μίγματα λυοφιλιωμένου γλεύκους και λυοφιλιωμένων βιοκαταλυτών. Η καινοτόμος μέθοδος οινοποίησης χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία για την παραγωγή οίνων με συνήθη και χαμηλή περιεκτικότητα σε αλκοόλη, αφού σε όλες τις περιπτώσεις καταγράφηκαν αποδεκτοί χρόνοι ζύμωσης, συγκεντρώσεις αιθανόλης παρόμοιες με αυτές των ξηρών οίνων και χαμηλό αζύμωτο σάκχαρο. Επίσης, η ολική και η πτητική οξύτητα ήταν στα επιτρεπτά όρια των ξηρών οίνων. Για όλες τις ζυμώσεις, τα λυοφιλιωμένα ακινητοποιημένα κύτταρα έδωσαν μεγαλύτερες παραγωγικότητες οίνου και αιθανόλης, καθώς και μεγαλύτερα ποσοστά μετατροπής σε σχέση με τα ελεύθερα λυοφιλιωμένα. Η χρήση των λυοφιλιωμένων ακινητοποιημένων βιοκαταλυτών σε θερμοκρασίες μικρότερες των 10°C έδωσε οίνους με βελτιωμένη ποιότητα, που περιείχαν υψηλές συγκεντρώσεις οξικού αιθυλεστέρα και χαμηλές συγκεντρώσεις αμυλικών αλκοολών και ακεταλδεΰδης. Η αύξηση του χρόνου αποθήκευσης των μιγμάτων δεν επηρέασε αρνητικά την ζυμωτική ικανότητα των λυοφιλιωμένων ακινητοποιημένων κυττάρων και την ποιότητα των τελικών προϊόντων. Τα λυοφιλιωμένα ακινητοποιημένα κύτταρα σε απολιγνινοποιημένα κυτταρινούχα υλικά οδήγησαν σε μικρότερους χρόνους ζύμωσης σε χαμηλές θερμοκρασίες, καθώς και σε υψηλότερες συγκεντρώσεις οξικού αιθυλεστέρα και χαμηλότερες συγκεντρώσεις αμυλικών αλκοολών, σε σχέση με το λυοφιλιωμένο βιοκαταλύτη της γλουτένης. Η ανάλυση με αέρια χρωματογραφία-φασματοσκοπία μάζας επιβεβαίωσε την καλύτερη ποιότητα των οίνων που προήλθαν από τα λυοφιλιωμένα ακινητοποιημένα κύτταρα σε χαμηλές θερμοκρασίες. Οι περισσότερες από τις ενώσεις που ταυτοποιήθηκαν ήταν εστέρες, αλκοόλες και οξέα. Για τα λυοφιλιωμένα ακινητοποιημένα κύτταρα ανιχνεύθηκαν περισσότεροι εστέρες σε όλες τις θερμοκρασίες, ενώ με τη μείωση της θερμοκρασίας το ολικό ποσό των εστέρων αυξήθηκε και των ανωτέρων αλκοολών μειώθηκε. Η τελική αξιολόγηση της ποιότητας έγινε με προκαταρκτικό οργανοληπτικό έλεγχο, κατά τον οποίο οι δοκιμαστές έδειξαν προτίμηση στους οίνους από λυοφιλιωμένα ακινητοποιημένα κύτταρα σε απολιγνινοποιημένα κυτταρινούχα υλικά. Συμπερασματικά, η καινοτόμος μέθοδος οινοποίησης που προτείνεται στην παρούσα διατριβή φαίνεται να είναι κατάλληλη για την παραγωγή σταφιδίτη οίνου, καθώς και ξηρών οίνων με συνήθη και χαμηλή περιεκτικότητα σε αλκοόλη σε οικιακή κλίμακα. Οι ζυμώσεις έγιναν με τη χρήση λυοφιλιωμένων ελεύθερων και ακινητοποιημένων κυττάρων. Η οινοποίηση σε οικιακό ψυγείο με τα λυοφιλιωμένα ακινητοποιημένα κύτταρα οδήγησε σε αποδεκτές τιμές παραγωγικότητας, καθώς και σε προϊόντα βελτιωμένης ποιότητας και οργανοληπτικού χαρακτήρα. Το γεγονός αυτό πιστοποιήθηκε τόσο με ενόργανες μεθόδους ανάλυσης, όσο και με προκαταρκτική οργανοληπτική δοκιμασία. Σε όλες τις περιπτώσεις, τα καλύτερα αποτελέσματα ελήφθησαν όταν χρησιμοποιήθηκαν λυοφιλιωμένα ακινητοποιημένα κύτταρα σε απολιγνινοποιημένα κυτταρινούχα υλικά.