VIEW ARTICLE    DOI: 10.1094/ASBCJ-61-0079

Impact of Attachment Immobilization on Yeast Physiology and Fermentation Performance. H.-Y. Shen (1), N. Moonjai, K. J. Verstrepen, and F. R. Delvaux, Centre for Malting and Brewing Science, Faculty of Agricultural and Applied Biological Sciences, Katholieke Universiteit Leuven, Kasteelpark Arenberg 22, 3001 Heverlee, Belgium. (1) Corresponding author. Phone: (+32)-16-321460; Fax: (+32)-16-321576; E-mail: <Huei-yi.Shen@agr.kuleuven.ac.be> J. Am. Soc. Brew. Chem. 61(2):79-87, 2003. Accepted January 9, 2003.

A novel bioreactor with immobilization matrices was constructed to study physiological differences between immobilized and free cells and to compare the fermentation behavior of the immobilized-cell system with that of a free-cell system. Although the yeast sample released from the immobilization matrix (immobilized cells) showed relatively low activity of glucose utilization according to the acidification power test, fermentation in the immobilized-cell system was completed 20 hr earlier than in the free-cell system. In addition, flavor-active compounds, such as fusel alcohols and esters, were produced at higher levels (23% more fusel alcohols and 22% more esters) in the immobilized-cell system compared with the free-cell system. Whole-cell immobilization induced a reduction of cellular fatty acid contents, as well as an increase of fatty acid saturation percentages. These alterations of cellular fatty acid compositions in the immobilized cells had negative effects on cellular metabolic activities and stress resistance. It is suggested that cell attachment on solid surfaces, mass transfer limitations within the immobilization matrix, or both are responsible for the modifications of cellular fatty acid contents in the immobilized yeast. Keywords: Acidification power test, Esters, Fermentation, Fusel alcohols, Immobilized cells, Yeast physiology

Impacto de Inmovilización a Través de Fijación en la Fisiología de la Levadura y el Rendimiento de Fermentación

Un biorreactor insólito con matrices de inmovilización fue construido para estudiar las diferencias fisiológicas entre células inmovilizadas y células libres; y para comparar el comportamiento de fermentación del sistema de células inmovilizadas con el de un sistema de células libres. Aunque la muestra de levadura que soltó la matriz de inmovilización (células inmovilizadas) demostró una actividad relativamente baja de utilización según la prueba de poder de acidificación, la fermentación de glucosa en el sistema de células inmovilizadas termino 20 horas antes que en el del sistema de células libres. Además, los compuestos activos de sabor, tales como los alcoholes de fusel y los ésteres, fueron producidos a niveles más altos (22% más en alcoholes de fusel y 23% más en ésteres) en el sistema de células inmovilizadas en comparación al sistema de células libres. La inmovilización de células enteras indujo una reducción en el contenido de células de ácidos grasosos, así como un aumento en el porcentaje de saturación de ácidos grasosos. Estas alteraciones celulares a las composiciones de ácidos grasosos en las células inmovilizadas tuvieron efectos negativos en las actividades metabólicas y resistencias de tensión celulares. Se sugiere que la fijación de células a las superficies sólidas, las limitaciones de transferencia total dentro de la matriz de inmovilización, o ambas son responsables por las modificaciones de contenido celular de ácidos grasos en la levadura inmovilizada. Palabras claves: Prueba de poder de acidificación, Ésteres, Fermentación, Alcoholes de fusel, Células inmovilizadas, Fisiología de levadura