doktoratura kastriot pehlivani, fakulteti i shkencave i natyrore

UNIVERSITETI I TIRANES

FAKULTETI I SHKENCAVE TE NATYRES

DEPARTAMENTI I KIMISE INDUSTRIALE

PROGRAMI:TEKNOLOGJIA DHE MIKROBIOLOGJIA E

USHQIMEVE DHE VLERSIMI I CILSIS DHE SIGURIS

DISERTACION

TEMA: NDIKIMI I KONCENTRIMIT TE MAJAS N FERMENTIM DHE

N FORMIMIN E ALKOOLEVE T LARTA N BIRR

Kandidati: Udhheqsi shkencor:

Msc. Kastriot Pehlivani Prof. Dr. Donika Prifti

Tiran, 2015

2

UNIVERSITETI I TIRANES

FAKULTETI I SHKENCAVE TE NATYRES

DEPARTAMENTI I KIMISE INDUSTRIALE

Programi: TEKNOLOGJIA DHE MIKROBIOLOGJIA E

USHQIMEVE DHE VLERSIMI I CILSIS DHE SIGURIS

Disertacion

i

paraqitur nga

Msc.Kastriot Pehlivani

Per marrjen e grades shkencore

DOKTOR

Tema: NDIKIMI I KONCENTRIMIT TE MAJAS N FERMENTIM DHE N

FORMIMIN E ALKOOLEVE T LARTA N BIRR

Udhheqsi shkencor: Prof. Dr. Donika Prifti

Mbrohet m dt. ../../ para juris:

1. Kryetar

2. Antar (oponent).

3. Antar (oponent).

4. Antar .

5. Antar .

3

FALENDERIME

Shpreh falnderimet e mia m t sinqerta pr Prof.Dr. Donika Prifti n

pranimin e ktij punimi t disertacionit t doktoraturs, n ndihmn gjat

zgjedhjes dhe punimit t disertacionit si dhe motivimin e vazhdueshm pr

prfundimin me sukses t saj. Prvoja e saj shum e madhe n kt fush m

mundsoi shtruarje t drejt t detyrs s studimit, prcaktimit t tezave,

vendosjes s eksperimentit dhe interpretimit t rezultateve.

Gjithashtu, nj falnderim i veant, shkon pr stafin e Fakultetit t

Shkencave te Natyres, pran Universitetit te Tirans, te udhhequr nga

Prof.Dr. Rozana Troja pr ndihmn e pakursyer, kshillave konstruktive dhe

udhzimeve gjat punimit t ktij disertacioni.

Falnderim t madh shpreh pr kolektivin ku punoj Birra Peja, ne

Pej, t cilt m ofruan ndihmn e pakursyer dhe t mueshme gjat puns

eksperimentale.

N fund, falnderim t veant shpreh pr familjen time, bashkshorten

Myrvete, djalin Kaoni, q m kan mbshtetur n do hap t puns time.

4

1 HYRJE ...................................................................................... 10

2 PJESA TEORIKE .................................................................... 12

2.1 MAJAJA ........................................................................................................................ 12 2.1.1 STRUKTURA DHE PRBRJA E QELIZS S MAJAS .................................................. 12

2.2 METABOLIZMI I QELIZS S MAJAS ............................................................................. 16

2.3 SHUMZIMI DHE RRITJA E MAJAS .............................................................................. 17

2.4 FAZA DISKONTINUALE E RRITJES .................................................................................. 18

2.5 KINETIKA E POPULLACIONIT (LUEDEKING, 1967) .......................................................... 19

2.6 KULTIVIMI KONTINUAL (HERBERT, 1961) ..................................................................... 21

2.7 KULTIVIMET SINKRONE ................................................................................................ 23

2.8 KOLONIT SIPRFAQSORE (J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976) ............................................. 25

2.9 VITALITETI I QELIZAVE T MAJAS ................................................................................ 26

2.10 KINETIKA E VDEKJES S QELIZAVE ................................................................................ 27

2.11 AUTOLIZA ..................................................................................................................... 28

2.12 OKSIGJENI DHE RRITJA E MAJAS ................................................................................. 29

2.13 PROPAGIMI I MAJAS S BIRRS .................................................................................. 32

3 METABOLIZMI I MUSHTIT ME MAJA ........................... 37

3.1 PERMEABILITETI I QELIZAVE T MAJAS ....................................................................... 37

3.2 METABOLIZMI I KARBOHIDRATEVE .............................................................................. 39 3.2.1 GLYKOLIZA - EMP Rruga ........................................................................................... 39 3.2.2 RRUGA E HEKSOZAMONOFOSFATIT HMP Rruga .................................................. 41 3.2.3 CIKLI I ACIDEVE TE TREKARBONIT ( CIKLI I KREBSIT) (J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976)

45

3.3 FORMIMI I DIKETONEVE DHE ALKOOLEVE TE LARTA (HERBERT, 1961) ......................... 47

3.4 BURIMET E KARBONIT PR QELIZN E MAJAS ............................................................. 53

3.5 METABOLIZMI I ESTEREVE DHE LIPIDEVE (WILLIAMSON, 1961) .................................... 53

3.6 METABOLIZMI AZOTIT .................................................................................................. 56

3.7 SINTEZA E AMINOACIDEVE DHE PROTEINAVE .............................................................. 58

3.8 METABOLIZMI I SULFURIT ............................................................................................ 60

3.9 FAKTORT NDIHMS T RRITJES (CAMERON,I.L. and PADILLA, G.M., 1966) ................. 63

5

4 PJESA PRAKTIKE ................................................................. 65

4.1 MATERIALI DHE METODAT E PUNS ............................................................................. 65 4.1.1 LNDA E PAR E PRDORUR .................................................................................... 65 4.1.2 MALTI ....................................................................................................................... 65 4.1.3 MAJAJA .................................................................................................................... 76 4.1.4 LUPULO (HUMULUS LUPOLUS):............................................................................... 76

4.2 PAJISJET DHE STABILIMENTET ...................................................................................... 77 4.2.1 MULLIRI PR BLUARJE T NJOM ............................................................................ 77 4.2.2 ENT PR TRAJTIM DHE PRPUNIM TEKNOLOGJIK T MUSHTIT ............................ 77 4.2.3 FERMENTORT KONUSO CILINDRIK PR FERMENTIM KRYESOR DHE MATURIM DHE

ENT N REPARTIN E ZIERJES ............................................................................................................ 77

4.3 ZIERJA ME DY DEKOKCIONE ......................................................................................... 78

4.4 METODAT E PUNES ...................................................................................................... 80

5 METODAT E PERDORURA LABORATORIKE .............. 84

5.1 PERCAKTIMI I PERQENDRIMIT TE MAJASE NE SUSPENSION ......................................... 84 5.1.1 KOMORA PER NUMRIM HEMOCITOMETRI ........................................................ 84

5.2 PRCAKTIMI ME BIOANALIZATOR ................................................................................ 86

5.3 PRCAKTIMI I ACIDEVE TOTALE N BIRR ..................................................................... 87

5.4 PRCAKTIMI I SUBSTANCAVE ME SHIJE T HIDHUR (EBC METODA) ............................. 87

5.5 PRCAKTIMI I POLIFENOLEVE T PRGJITHSHME ......................................................... 88

5.6 PRCAKTIMI I QNDRUESHMRIS S SHKUMS.......................................................... 89

5.7 PRCAKTIMI I VLERES pH .............................................................................................. 89

5.8 PRCAKTIMI I NGJYRS ................................................................................................. 90

5.9 PERCAKTIMI I NGJYRES SE MUSHTIT ............................................................................ 90

5.10 PRCAKTIMI I CO2 ......................................................................................................... 92

5.11 PRCAKTIMI I OKSIGJENIT ............................................................................................ 92

5.12 PRCAKTIMI I QENDRUESHMERISE KOLOIDALE (FORTSIR TESTI) .................................. 93

5.13 DIMETHYL SULPHIDE DHE KOMPONIMET TJERA T AVULLUESHME ME PIK T ULET T VLIMIT N BIRR ME AN T KROMATOGRAFIT T GAZT ............................................................... 93

6 REZULTATET DHE DISKUTIMET ................................... 99

7 PERFUNDIMI ........................................................................ 128

8 BIBLIOGRAPHY .................................................................. 131

6

Tabela 2.1 Prbrja e majas s buks (n 100 g) (J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976) ... 29 Tabela 2.2 Shpejtsia e absorbimit t oksigjenit gjat kultivimit laboratorik (J.S.

Hough, D.E. Briggs, 1976) .......................................................................................... 30 Tabela 3.1 Specifika e transportiti konstituiv t heksozs te Saccharomyces cerevisiae.

Heksozat jan dhn sipas rradhitjes s afinitetit t dukshm n baz t madhsis s

konstantes s Michaelis-it n mol/l, pa u marr parasysh shpejtsit maksimale n

przierjen e substratit ................................................................................................... 38 Tabela 3.2 Enzimet e rrugs s pentozafosfatit te C.utilis dhe S.cerevisiae ................ 43 Tabela 3.3 Prfitimi i energjis gjat nj rrethi t Ciklit t Krebssit ........................... 47 Tabela 3.4 Alkoolet, aldehidet, okso-acidet dhe aminoacidet e identifikuara n maja 50

Tabela 3.5 Prekursort e aminoacideve dhe t disa metaboliteve tjera ....................... 58 Tabela 3.6 Faktort e rritjes te disa lloje t majas Saccharomyces carlbergensis ...... 62

Tabela 3.7 Nutrilitet (vitaminat) e nevojshme pr rritje t plot t majas n bazn

ushqyese sintetike ........................................................................................................ 64 Tabela 4.1 Rezultatet e analizave fiziko kimike t ujit. ............................................ 65 Tabela 4.2 Parametrat e maltit pr Mostrn 1. ............................................................. 66 Tabela 4.3 Parametrat e maltit per Mostren 2. ............................................................. 66

Tabela 4.4 Parametrat e maltit per Mostren 3. ............................................................. 67 Tabela 4.5 Parametrat e maltit per Mostren 4. ............................................................. 68

Tabela 4.6 Parametrat e maltit per Mostren 5. ............................................................. 68 Tabela 4.7 Parametrat e maltit per Mostren 6. ............................................................. 69

Tabela 4.8 Karakteristikat teknike t enve n repartin e zierjes. ............................... 77 Tabela 6.1 Analizat e birrs s re, mostrat 1 -3. .......................................................... 99 Tabela 6.2 Analizat e birres se re, mostrat 4 6. ......................................................... 99

Tabela 6.3 Analizat kimike t birrs, mostrat 1 deri 3. .............................................. 102

Tabela 6.4 Analizat kimike t birrs, mostrat 4 deri 6. .............................................. 103 Tabela 6.5 Degustimi i birres menjehere pas prodhimit ............................................ 126 Tabela 6.6 Degustimi i birres pas tre muajsh ............................................................. 126

Tabela 6.7 Degustimi i birres pas gjasht muajsh, para skadimit te afatit te perdorimit

.................................................................................................................................... 127

Figura 2.1 Qelizat e majas .......................................................................................... 12 Figura 2.2 Qeliza e majas ........................................................................................... 13 Figura 2.3 Struktura e membranes qelizore ................................................................. 14 Figura 2.4 Struktura diagramatike e murit qelizor (J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976) .. 15 Figura 2.5 Struktura e membrans qelizore nga fosfolipidet me transport t proteinave

t ndikuara nga mbetjet e glykolizes. ........................................................................... 15

Figura 2.6 Ndarja apo shumimi i qelizave t majas ................................................... 17

Figura 2.7 Prcaktimi i lag-fazs s rritjes. Me gjatsin e lag-fazes nnkuptohet

periudha kohore L. (MEYNELL, 1965) ...................................................................... 18 Figura 2.8 Shpejtsia specifike e rritjes () n funksion t koncentrimit t supstratit

(S) dhe prcaktimi i Ks, konstantes s saturimit (e cila numerikisht sht e barabart

me koncentrimin e supstratit, n t ciln shpejtsia specifike e rritjes sht e njejt me

gjysmn e shpejtsis specifike maksimale t rritjes). ................................................. 20 Figura 2.9 Aktivitetet metabolike t qelizave sinkrone t majas (J.S. Hough, D.E.

Briggs, 1976)................................................................................................................ 24 Figura 2.10 Harxhimi i azotit dhe sinteza e proteinave n qelizat sinkrone t majas

(J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976) .................................................................................. 25

7

Figura 2.11 Karakteristikat morfologjike t kolonive gjigante (MORRIS,E.O. and

HOUGH,J.S., 1956) ..................................................................................................... 26 Figura 2.12 Raporti n mes t ngopshmris prpjesore t mushtit me oksigjen para

fermentimit dhe sasis s majas ................................................................................. 31 Figura 2.13 Paisja pr propagimin e majas sipas Hensen dhe Kuhler. A kazani; B

propagatori; C sterilizatori i mushtit. ........................................................................ 32 Figura 2.14 Propagatori kontinual pr maja (n prmasa t laboratorit) ..................... 33 Figura 2.15 Ena pr propagimin e majas (PM) dhe rezervoari i mushtit (RM) me

kmbyesin e nxehtsis n mes. Nga RM n PM mushti kalon n rrjedh t kundrt

me avullin e ujit (A). Nga PM me recirkulim ftohet me uj t ftoht (UF). ................ 34

Figura 2.16 Stacioni i madh bashkkohor pr propagimin e majas. EM ena pr

musht; PM propagatori majas. ................................................................................ 35 Figura 2.17 Rezultate tipike t puns me propagator t treguar n figuren 2.16 me

demonstrim t rritjes logaritmike t majas t shprehur me pesh t majas s presuar

sipas kohs. .................................................................................................................. 36 Figura 3.1 Rruga e Embden Meyerhof Parnasit (rruga glikolitike) ....................... 40 Figura 3.2 Rruga e heksozamonofosfatit (HMP) ........................................................ 42

Figura 3.3 Rruga e fosfoketolazes (J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976) .......................... 44 Figura 3.4 Metabolitt t cilt formohen nga acidi piruvik ......................................... 45

Figura 3.5 Cikli i Krebsit ............................................................................................. 46 Figura 3.6 Rruget e formimit dhe disimilimit te vicinal diktoneve, diacetili dhe 2,3-

pentadionit.................................................................................................................... 49 Figura 3.7 Reaksionet e transaminimit dhe lidhja e tyre me formimin e alkooleve t

larta .............................................................................................................................. 50

Figura 3.8 Rrugt e formimit t prbrsve kryesor t alkooleve t larta .................... 52 Figura 3.9 Mekanizmi i sintezs s acideve yndyrore ................................................. 54

Figura 3.10 Biosinteza e estereve ............................................................................... 55

Figura 3.11 Sinteza mono-, di- dhe triglicerideve ....................................................... 55

Figura 3.12 Mekanizmi i zbrthimit t acideve yndyrore (mekanizmi i -oksidimit). 56 Figura 3.13 Sinteza e pralines te majaja zhvillohet nprmjet acidit glutaminik ........ 57

Figura 3.14 Qifti i bazave ndrmjet dy nyjeve ADN ................................................... 60 Figura 3.15 Formimi i acidit piruvik nga cisteina........................................................ 61 Figura 3.16 Metabolizmi i joneve sulfate (J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976) ................ 62

Figura 3.17 Rritja e majas sipas ditve gjat kultivimit t llojit t caktuar t majas

n nj varg bazash ushqyese, t ndryshme n mes veti sipas prmbajtjes s faktorve

t rritjes. N bazn ushqyese 1 deficitar ka qen inozitoli, n bazn 2 acidi

panthotenik, n 3 biotina, n 4 tiamina, n 5 piridoksina, n 6 tiamina dhe

piridoksina, n 7 acidi nikotins, n 8 acidi p-aminobenzoik. Baza ushqyese 9 ka

qen complete. Me A sht shnuar rritja mesatare, kurse me B rritja e dobt e

majas. ......................................................................................................................... 63

Figura 4.1 Lageshtia e maltit sipas mostrave M1 M6. ............................................... 70 Figura 4.2 Ekstrakti i tharjes natyrore te maltit per mostrat e perdorura ..................... 70

Figura 4.3 Ekstrakti i materjes se thate per mostrat e perdorura ................................. 71 Figura 4.4 Koha e sheqerimit te maltit te perdorur per mostrat M1-M6 ..................... 71 Figura 4.5 Permbajtja e proteinave per maltin e perdorur. .......................................... 72 Figura 4.6 Azoti i tretshem ne maltin e perdorur. ........................................................ 73 Figura 4.7 Ndryshimi i ekstraktit te bluarjes se imet dhe te trashe. ............................. 73

Figura 4.8 Ngjyra e maltit sipas mostrave. .................................................................. 74 Figura 4.9 Koha e filtrimit t mushtit t kongresit, n laborator. ................................ 74

Figura 4.10 Vlera pH e maltit sipas mostrave.............................................................. 75

8

Figura 4.11 Pesha hektolitrike sipas mostrave. ............................................................ 75

Figura 4.12 Hartongu sipas mostrave. ......................................................................... 76 Figura 4.13 Diagrami i zierjes s mushtit me dy dekokcione. ..................................... 79 Figura 4.14 Prqndrimi 15.0 x 10

6 qeliza/ml (mostra 1). .......................................... 80

Figura 4.15 Prqndrimi 20.0 x 106 qeliza/ml (mostra 2)............................................ 81




Figura 4.19 Prqndrimi 35.0 x 106

qeliza/ml (mostra 6). .......................................... 83 Figura 5.1 Thoma komora me 16 katror t mdhenj ................................................ 85

Figura 5.2 Katrori i madh prmban 16 katror t vegjl .............................................. 85 Figura 6.1 Ekstrakti themelor, i vertete dhe i dukshem ne birren e re sipas mostrave.

.................................................................................................................................... 100 Figura 6.2 Shkalla e dukshme dhe e vertete ne birren e re, sipas mostrave. .............. 100

Figura 6.3 Alkooli ne birren e re, sipas mostrave. ..................................................... 101 Figura 6.4 Vlera pH ne birren e re, sipas mostrave. .................................................. 101 Figura 6.5 Ekstrakti themelor, i vertete dhe i dukshem. ........................................... 104

Figura 6.6 Shkalla e dukshme dhe e vrtet e fermentimit sipas prqndrimit t majas

.................................................................................................................................... 104

Figura 6.7 Prqindja vllimore dhe masore e alkoolit sipas prqndrimit t majas 105 Figura 6.8 Sasia e dioksidit te karbonit, sipas prqndrimit t majas ..................... 105

Figura 6.9 Ndryshimi i vlers pH sipas prqndrimit t majas ................................ 106 Figura 6.10 Ndryshimi i ngjyrs s birrs sipas prqndrimit t majas ................... 106 Figura 6.11 Ndryshimi i hidhtirs n birr sipas prqndrimit t majas ................ 107

Figura 6.12 Ndryshimi i polifenoleve sipas prqndrimit t majas ......................... 107 Figura 6.13 Ndryshimi i diacetilit sipas prqndrimit t majas. .............................. 108

Figura 6.14 Ndryshimi i pentandionit sipas prqndrimit t majas ......................... 108

Figura 6.15 Ndryshimi acetaldehidit sipas prqndrimit t majas ........................... 109

Figura 6.16 Etilacetati sipas prqndrimit t majas ................................................. 109 Figura 6.17 Isoamilacetati sipas prqndrimit t majas ........................................... 110

Figura 6.18 Propanoli sipas prqndrimit t majas .................................................. 110 Figura 6.19 Isobutanoli sipas prqndrimit t majas ............................................... 111 Figura 6.20 Isoamilalkooli sipas prqndrimit t majas .......................................... 111

Figura 6.21 Krahasimi i fermentimit te ekstraktit sipas prqendrimit t majas ....... 112 Figura 6.22 Ndryshimi i vleres pH gjate fermentimit kryesor ne mostren 1 ............. 113

Figura 6.23 Raporti i ndryshimit t vleres pH dhe ekstraktit gjat fermentimit ne

mostren 1 .................................................................................................................... 113 Figura 6.24 Ndryshimi i vleres pH gjate fermentimit kryesor ne mostren 2 ............. 114

Figura 6.25 Raporti i ndryshimit t vleres pH dhe ekstraktit gjat fermentimit kryesor

n mostren 2 ............................................................................................................... 114

Figura 6.26 Ndryshimi i vleres pH gjat fermentimit kryesor n mostren 3 ............. 115 Figura 6.27 Raporti i ndryshimit t vleres pH dhe ekstraktit gjat fermentimit n

mostren 3 .................................................................................................................... 115 Figura 6.28 Ndryshimi i vleres pH gjat fermentimit kryesor n mostren 4 ............. 116 Figura 6.29 Raporti i ndryshimit t vleres pH dhe ekstraktit gjat fermentimit kryesor

n mostren 4 ............................................................................................................... 116 Figura 6.30 Ndryshimi i vleres pH gjat fermentimit kryesor n mostren 5 ............. 117

Figura 6.31 Raporti i ndryshimit t vleres pH dhe ekstraktit gjat fermentimit kryesor

n mostren 5 ............................................................................................................... 117

Figura 6.32 Ndryshimi i vleres pH gjat fermentimit kryesor n mostren 6 ............. 118

9

Figura 6.33 Raporti i ndryshimit te vlers pH dhe ekstraktit gjat fermentimit kryesor

n mostren 6 ............................................................................................................... 118 Figura 6.34 Krahasimi i vleres pH gjat fermentimit pr t gjitha mostrat e studimit

.................................................................................................................................... 119 Figura 6.35 Ndryshimi i biomases s majas gjat fermentimit kryesor n mostren 1

.................................................................................................................................... 119 Figura 6.36 Raporti i ndryshimit t biomass s majas dhe ekstraktit gjat

fermentimit kryesor n mostren 1 .............................................................................. 120 Figura 6.37 Ndryshimi i biomass s majas gjat fermentimit kryesor n mostren 2

.................................................................................................................................... 120

Figura 6.38 Raporti i ndryshimit t biomass s majas dhe ekstraktit gjat

fermentimit, mostra 2 ................................................................................................. 121 Figura 6.39 Ndryshimi i biomases s majas gjat fermentimit kryesor n mostren 3

.................................................................................................................................... 121

Figura 6.40 Raporti i ndryshimit t biomases s majas dhe ekstraktit gjat


.................................................................................................................................... 122 Figura 6.42 Raporti i ndryshimit t biomases s majas dhe ekstraktit gjat


.................................................................................................................................... 123 Figura 6.44 Raporti i ndryshimit t biomases s majas dhe ekstraktit gjat

fermentimit, mostra 5. ................................................................................................ 124

Figura 6.45 Ndryshimi i biomases s majas gjat fermentimit kryesor n mostren 6

.................................................................................................................................... 124

Figura 6.46 Raporti i ndryshimit t biomases s majas dhe ekstraktit gjat

fermentimit, mostra 6 ................................................................................................. 125

Figura 6.47 Ndryshimi i biomases s majas gjat fermentimit pr t gjitha mostrat, 1

deri 6. ......................................................................................................................... 125

10

1 HYRJE

Prodhimi i birrs sht i lidhur me tri procese konsekuente ( t njpasnjshme)

biokimike: formimi i enzimave gjat mbirjes s kokrrs s elbit, zbrthimi

(degradimi) i amidonit nishests deri n sheqer me an t ktyre enzimeve dhe

fermentimi i sheqerit n alkool dhe CO2. Kto procese dhe rezultatet kryesore t tyre

jan njohur nga njeriu qysh para mijra vjetsh, edhe pse n fillim nuk sht kuptuar

ndrlidhja n mes tyre.

Birra s pari sht prmendur n shkrimet e vjetra t Mesopotamis, rreth vitit

2800 p.e.r. ku prshkruhet furnizimi i racionit ditor me buk dhe birr pr fuqin

puntore. Prodhimi i birrs sht rregulluar n prmbledhjen e ligjeve t mbretit t

Babilonis, Hammurabi (1728 1686 p.e.r.).

N Evrop birra ishte pije e preferuar e fiseve Gjermane dhe Kelte. Ajo sht

zier do dit n vendbanimet e tyre dhe kryesisht kt pun e kan kryer grat, dhe

kjo pun sht kryer nga grat n t gjitha kulturat primitive.

Prodhimi industrial s pari u shfaq n birrarit e institucioneve religjioze t

Krishterimit, n Manastire, ku sht prodhuar jo vetm pr konsum vetjak por edhe

sht shitur pr t tjert, qysh ather kjo pun u krye kryesisht nga burrat.

Prdorimi i lupulos si prbrs q prmirson shijen dhe aromn filloj t

prdoret n shek.14. Gjat kalimit t kohs u prdoren edhe prbrs t tjer pr t

ndikuar n shije dhe arom, gjithashtu filluan t prdoren edhe drithra t ndryshm si

lnd e par, sot quhen surrogate, kshtu q lindi nevoja pr nj kontroll t ktyre

prbrsve nga ana e shoqrive t athershme.

M 23 Prill 1516, u nnshkrua Ligji Bavarian i Pastrtis (Reinheitsgebot)

nga Duka Wilhelm IV dhe Ludwig X, n Ingolstadt, dhe q ather ka fuqi legale.

Edhe sot, ky ligj vlen n Gjermani, pr prodhimin e birrs, ku prcaktohet n mnyre

rigoroze se pr prodhimin e birrs, si lnd e par mund t prdoret vetm malti, uji,

lupulo dhe maja (tharmi).

Sot, industria e birrs sht nj prej industrive m t rndsishme t

prodhimit t pijeve dhe luan nj rol t rndsishm n ekonomit e vendeve

prodhuese. Sot, prodhohen mbi 1500 milion hl birr ne vit. N vendet tona, birrarit

m t rndsishme jan Birra Tirana, Birra Kora, Birra Peja, Birra Stela etj.

Pr kt arsye qllimi primar i ktij punimi sht t shqyrtohen mundsit e

aplikimit t metodave m t prshtatshme t prodhimit ku kualiteti i produktit dhe

ekonomia e prodhimit jan prioriteti kryesor i veprimtaris n kushtet e repartit t

caktuar.

Punimi sht i prbr nga 7 (shtat) kapituj.

N kapitullin e par kemi hyrjen ndrsa n kapitullin dy dhe tre sht paraqitur

pjesa teorike ku jan prfshir shqyrtime nga literatura e vendit dhe botrore. Aty jan

paraqitur t dhna teorike pr majan, strukturn dhe prbrjen e majas,

metabolizmin e qelizave t majas, shumzimin dhe rritjen e majas, permeabilitetin e

qelizave t majas, metabolizmin e karbohidrateve, formimin e diketoneve dhe

alkooleve t larta, metabolizmin e estereve dhe lipideve, metabolizmin e azotit,

sintezen e aminoacideve dhe proteinave, metabolizmin e sulfurit, faktort ndihms t

rritjes etj.

N kapitullin e katrt sht paraqitur pjesa praktike e puns ku jan prshkruar

materiali dhe metodat e puns, lnda e par e prdorur, paisjet dhe stabilimentet dhe

zierja me dy dekokcione.

N kapitullin e pest jan paraqitur metodat e prdorura laboratorike.

11

N kapitullin e gjasht jan paraqitur rezultatet e analizave kimike t birrs s

gatshme n form tabelare por edhe n figura ku sht br prpjekje pr nj

prezentim sa m t detajizuar t t dhnave sht diskutuar rezultati i analizave dhe

jan diskutuar figurat dhe diagramet.

N kapitullin e shtat] sht paraqitur prfundimi dhe rekomandimet e punimit.

N kapitullin e tet sht paraqitur literatura e shfrytzuar.

Shpresoj q ky punim t jet nj kontribut me vler n shqyrtimin dhe

prcaktimin e metodave t caktuara t prodhimit t birrs n kushtet reale t repartit.

12

2 PJESA TEORIKE

2.1 MAJAJA

Majaja sht organizm njqelizor q arrin energjin q asaj i nevojitet:

- n prezenc t oksigjenit (aerobik) me frymmarrje apo respiracion dhe - n munges t oksigjenit (anaerobik) me fermentim.

Gjat prodhimit t birrs sheqeri n musht fermentohet nga majaja n alkool dhe

CO2. Pr kt qllim prdoret majaja fungi nga specia Saccharomyces cerevisiae.

Qelizat e zgjedhura t ksaj majaje jan izoluar n mnyr sistematike dhe rritur si

kultur e pastrt e majas s birrs. Qelizat tjera t ksaj majaje jan prdorur si maja

per prodhimin e buks, distilimit dhe vers (Kunze, 2004)

Pr arsye se majaja nuk prodhon vetm alkoolin por gjithashtu, si rezultat i

metabolizmit t tij, ka nj influenc t madhe n shije dhe karakter t birrs, njohja e

strukturs dhe prbrjes s majave, metabolizmit dhe rritjes s tyre sht e

rendsishme. Ekziston nj numr i dallimeve karakteristike ndrmjet tipeve t

ndryshme dhe llojeve t kulturs s majas (Narziss, 1981).

2.1.1 STRUKTURA DHE PRBRJA E QELIZS S MAJAS

Majaja procesohet n formn e nj paste t trash. Majaja e birrs e presuar

prmban afrsisht 75% uj dhe 25% lnd t that. Nj pjes e ujit nuk ndodhet

brenda qelizave por midis tyre (Kola, 2007). Kjo mas prbhet nga miliarda qeliza t

majas dhe t gjitha veprojn n mnyr t pavarur nga njra tjetra. Qelizat e majas

jan ovale n t rrumbullakta me nj gjatsi prej 8 deri 10 m dhe nj gjersi prej 5

deri 7 m (Figura 2.1) (WHITE, CHRIS, 2010).

Materja e that ndryshon n prbrjen e saj:

Proteina 45 deri 60%

Karbohidrate 25 deri 35%

Yndyr (lipide) 4 deri 7%

Minerale 6 deri 9%

Figura 2.1 Qelizat e majas

13

Mineralet prbhen ( pr 100 g materje t that) nga:

2000 mg fosfate

2400 mg kalium (potassium)

200 mg natrium (sodium)

20 mg calcium

2 mg magnesium

7 mg zink

Gjurm t hekurit, manganit dhe bakrit (Kunze, 2004)

Pr m shum, cdo qeliz e majas prmban nj numr vitaminash (Kunze,

2004), posacrisht:

Thiamine (B1) 8 deri 15 mg/100 g maja materje e that

Riboflavin 2 deri 8 mg

Nicotine acid 30 deri 100 mg

Acidi folik 2 deri 10 mg

Acidi pantothenic 2 deri 20 mg

Pyridoxal 3 deri 10 mg

Biotin 0.1 deri 1 mg.

Figura 2.2 Qeliza e majas

do qeliz e majas (Figura 2.2) prbhet nga plasma e qelizs (citoplazma,

cytosol) (1) q sht e rrethuar nga nj membran (3) dhe n t ciln nj seri e

organeleve sht e vendosur t cilat jan prgjegjse pr reaksionet metabolike

Organelja m e rendsishme n mesin e tyre sht natyrisht nukleusi i qelizs

(10), qendra komanduese e qelizs. Ai sht i rrethuar nga nj membran e dyfisht e

cila sht nj njsi e mbyllur por e cila prmban pore. Nukleusi prmban plazmn,

kore matrix dhe kromozomet. Nprmjet ktyre secila qeliz krkon planin e saj t

ndrtimit e q sht koduar n formn e gjeneve. Gjenet jan jan t ndrtuara nga

nj molekul zinxhirore polimerike, acidi deoxyribose nukleik (ADN), prbrja e

informats t s cils shtrihet ndrmjet 109 dhe 1010 bit (bytes) dhe i cili i kontrollon

t gjitha proceset metabolike, rritjen dhe zhvillimin brenda qelizs. N nukleus, nj

nukleolus gjindet i cili prbhet nga acidi ribonukleik (ARN) (Kunze, 2004).

14

Qeliza e majas prmban nj numr t madh t mitokondrias (5). Mitokondria

importon acidin piruvik i cili sht formuar n cytosol dhe e transformon at

nprmjet respiracionit n shkall t vogla t komplikuara n uj dhe CO2. Gjat ktij

procesi adenosine triphosphate (ATP) dhe adenosine diphosphate (ADP) prodhohen,

t cilt, n interaksion, funksionojn si transmitues shum t rndsishm t energjis.

Mitochondria prandaj prshkruhet si nj stacion i energjis s qelizs.

Membrana e qelizs sht e nj rendsie t vecant, e cila nuk mbshtjell vetm

qelizn n trsi por, gjithashtu, edhe nj numr t madh t organeleve n qeliz. N

retikulumin endoplasmatik paraqitet nj prodhim intensiv i ksaj membrane n fazen

e rritjes. Elementet kryesore t membranes s qelizs jan fosfolipidet. Kto

fosfolipide kan nj struktur shum tipike e cila sht shum e rndsishme pr

funksionin e tyre:

mbetje t acideve yndyrore COO-|-C-H2

mbetje t acideve yndyrore COO-|-C-H

amino acide fosfate -C-H2.

Edhepse membrana e qelizs s majas sht vetm rreth 6 nm e trash dhe

kshtu formon vetm 1/1000 e diametrit t qelizs s majas, nuk duhet t harrohet q

ajo rrethon jo vetm vllimin e trsishm t qelizs s majas por gjithashtu edhe

membranat dhe organelet e qelizs dhe formon zonat e ndarjes brenda vet qelizs.

Siprfaqja e qelizs s majas sht rreth 150 m2; kshtu q 10 g t majas s

presuar kan rreth 9 deri 10 m2 t siprfaqes kontaktuese (Kunze, 2004).

Figura 2.3 Struktura e membranes qelizore

Muri i qelizs sht i padeprtueshm (impermeable). Absorbimi i substancave t

tretura (p.sh. sheqeri, aminoacidet, acidet yndyrore, mineralet) bhet n mnyr

selektive nprmjet proteinave t patretshme transportuese t cilat jan t integruara

n membran (3) dhe lejon deprtimin vetm t disa substancave t caktuara.

Ekskretimi i produkteve t harxhuara ose toksineve si p.sh. alkooli q sht formuar,

paraqitet nprmjet t ashtuquajturs Golgi vesicles dhe jasht membranes.

N siprfaqen e jashtme t membrans qelizore grumbullohen mbetjet e

glykolizes (glycocalix) (5) (Figura 2.3). Kto prbhen nga 30 deri 40% mannan dhe

30 deri 40% glucan. Mannan i cili sht i depozituar n pjesn e jashtme, sht i

15

esterifikuar me fosfate. Glukani, i cili sht i vendosur n pjesn e brendshme, sht i

esterifikuar me sulfur dhe i integruar n kompleksin e subtancave proteinike dhe

enzimeve dhe siguron zbrthimin e substancave n mnyr q t shpejtoj transferin e

tyre npr membrane t qelizs. Prandaj, struktura e ktyre depoziteve ekstensive

sht e nj rndsie t konsiderueshme (Kunze, 2004).

N ann e brendshme dhe t jashtme t membranes proteinat periferike

depozitohen (Figura 2.3) (2), sikurse edhe nj shtres e trehaloses n ann e

brendshme (4).

Figura 2.4 Struktura diagramatike e murit qelizor (J.S. Hough, D.E.

Briggs, 1976)

N figuren 2.5, tregohet struktura e membrans qelizore e ndrtuar nga

fosfolipidet. Proteinat transportuese t depozituara jan n gjendje t lejojn vetm

komponimet specifike t cilat jan t prshtatshme (maltoza, peptide, ose komponime

tjera) q t kalojn nprmjet membrans.

Figura 2.5 Struktura e membrans qelizore nga fosfolipidet me transport t

proteinave t ndikuara nga mbetjet e glykolizes.

16

Citoplazma (cytosol) e cila prbn m shum se 50% t vllimit t qelizs

prfaqson pjesn m t rndsishme t brendshme t qelizs. Kjo sht qendra

vepruese e qelizs ku shumica rrugve metabolike t zbrthimit t substancave

ushqyese ndodhin si dhe prodhimi i substancave t caktuara. Krejt metabolizmi

intermediar glykolisa, prodhimi i acideve yndyrore, biosinteza e proteinave dhe

shum t tjera ndodhin ktu, n forma t ndryshme dhe prkrah njri tjetrit. N nj

ambient ujor, ribozomet, enzimet dhe produktet e mbetura (waste products) lvizin n

rryma dhe shum afr njra tjetrs (Kunze, 2004).

N kohn kur ushqimi sht i bollshm, p.sh. pas fillimit t fermentimit, qelizat e

majas ndrtojn rezervat e tyre. N koh t tilla prmbajtja e glykogjenit (nj

karbohidrat rezerv) mund t rritet deri mbi 30% t materjes s that t majas; sht i

depozituar n hapsirat e deponis n citoplazm. Trehalosa, nj disakarid, sht

depozituar, sikurse edhe fosfatet dhe lipidet q i nevojiten majas pr prodhimin e

substancave t reja qelizore.

N qeliz ekzistojn hapsira t shumta t mbushura me lng acidic qelizor dhe t

rrethuara me membran, t ashtuquajturat vakuole, ku produkte t caktuara dhe

kripra, pjesrisht n form kristalore, jan t deponuara. Nprmjet mobilizimit

reverzibil t kristaleve t kriprave, qeliza mund t rregulloj presionin e saj t

brendshm, nse p.sh. presioni i jashtm osmotik sht rritur me rritjen e ekstraktit

ose alkoolit.

Majaja normalisht reprodukohet me ndarje (budding). Pas ndarjes s qelizs

vajz, gjurma e ndarjes mbetet n qelizn mm. Nga numri i gjurmve t ndarjes

sht e mundshme t njihet vjetrsia e qelizs.

2.2 METABOLIZMI I QELIZS S MAJAS

Q ti kryej proceset metabolike t nevojshme pr jetn dhe t prodhoj substanca

t reja qelizore, qeliza e majas sikur cdo qeliz tjetr, krkon energji dhe ushqim.

Majaja, sikur t gjith organizmat e tjer t gjall, e merr kt energji q ti bart kto

procese nprmjet respiracionit apo frymmarrjes. Sasia e energjis e krkuar

nprmjet respiracionit sht e madhe sepse glukoza sht trsisht e zbrthyer n

CO2 dhe H2O.

Gjat respiracionit ushqimi q merret, p.sh. sheqeri plotsisht zbrthehet n CO2

dhe uj:

C6H6O6+ 6 O2 6 H2O + 6 CO2

N munges t ajrit, majaja sht organizmi i vetm i cili mund t ndryshoj nga

respiracioni n fermentim. N kt rast, glukoza konvertohet n alkool (etanol) dhe

CO2:

C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2

Alkooli i cili prodhohet ende prmban shum energji kshtu q energjia e krkuar

nga qeliza e majas gjat fermentimit sht n mnyr disproporcionale m e vogl se

sa n respiracion.

Zbrthimi i glukozes n alkool ose, n rast t respiracionit, n CO2 dhe uj

rezulton nga nj numr i reaksioneve q paraqiten njri pas tjetrit. Secila shkall e

reaksionit katalizohet nga nj enzim i caktuar. N qelizn e majas kto enzime jan

t lidhura n struktura t caktuara t qelizs. Kshtu, enzimet pr glykolizen dhe

17

fermentimin alkoolik gjinden n cytoplazm ndrsa respiracioni ndodh nprmjet

enzimeve q ndodhen n mitokondria (Kunze, 2004).

Substancat organike t nevojshme pr respiracion t fermentimit merren nga

proteinat e integruara t murit qelizor dhe transportohen npr membran.

Proceset kryesore metabolike t majas jan:

- metabolizmi i karbohidrateve - metabolizmi i azotit - metabolizmi i yndyrrave dhe - metabolizmi i substancave inorganike.

Metabolizmi i karbohidrateve shrben kryesisht pr t siguruar energjin

nprmjet respiracionit dhe fermentimit, prderisa vetm nj sasi e vogl e sheqerit q

gjendet n musht do t deponohet si ushqim rezerv n formn e glykogjenit dhe

trehalozes.

Metabolizmi i azotit shrben, sikurse edhe metabolizmi i yndyrrave dhe

substancave inorganike, kryesisht pr riprtritjen apo rigjenerimin e substancave t

qelizs, ku prodhimi dhe proceset zbrthyese luajn nj rol t rndsishm (Kunze,

2004).

2.3 SHUMZIMI DHE RRITJA E MAJAS

Majaja normalisht riprodhohet apo shumohet me ndarje (budding). Kjo sht

edhe arsyeja pse njihen si budding fungi. N disa raste qeliza mm ndahet n trsi

nga qeliza vajz por shpesh ndodh q ato mos t ndahen n trsi por mbesin t

ngjitura me njra tjetrn n form zinxhirore. Zakonisht pas ndarjes s plot t qelizs

mm nga qeliza vajz mbetet gjurm n vendin e ndarjes (Figura 2.6). Kur mikro-

organizmat transferohen n tretje t freskt ushqyese (nutrient), sic sht rasti p.sh.

kur majaja i shtohet mushtit gjat procesit t prodhimit t birrs, ather ato fillojn t

rriten. Rritja karakterizohet nga ligjet fikse t natyrs (Kunze, 2004).

Figura 2.6 Ndarja apo shumimi i qelizave t majas

Rritja mund t definohet si shtim i regullt i prmbajtjes s disa komponenteve t

organizmit, e jo vetm e pjesve t saj prbrse. Rritja e prbrjes s secilit prej

komponenteve, si p.sh. rritja e prmbajtjes s rezervave ushqimore, nuk sht i

domosdoshm. Ky definicion nuk e ndan rritjen e prmbajtjes s ujit ose t

prmbajtjes s rezervave ushqimore nga kuptimi i rritjes. Te organizmat njqelizor,

http://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&docid=RLMD_V0O3pHF0M&tbnid=DQSiRRNOq_oW9M:&ved=0CAUQjRw&url=http://scienceteacher.org.uk/?page_id=264&ei=vk6xUuueH4TVswaV4oD4Aw&bvm=bv.58187178,d.d2k&psig=AFQjCNHU-pTvOC6_RlzATQT-Mqp5Fb9iBg&ust=1387437882600180

18

sic sht edhe majaja, rritja prfshin edhe zmadhimin e dimenzioneve t qelizs, dhe

shtimin e numrit t qelizave t caktuara. Numri i qelizave mund t prcaktohet n nj

vllim t njohur t tretjes me ndihmn e hemocitometrit, ose me ndihmen e matsit

elektronik t grimcave. Prkundr ksaj, masa e qelizave zakonisht prcaktohet me

matje t materjes s that, edhepse n shum raste sht e prshtatshme q n nj

pjes t mostrs t prcaktohet prbrja e karbohidrateve, azotit ose fosforit. Indirekt,

mund t punohet me metodat e turbidimetrit ose spektrofotometrit nn kushte t

przgjedhura, p.sh. me prcaktimin e vlers s ekstincionit n 625 nm ose n 1000

nm. N fund, pr disa qllime, rritja mund t tregohet si rritje e aktivitetit t ndonj

enzimi t caktuar ose rritje e shpejtsis s respiracionit. Do t ishte nj cudi e vrtet

sikur t gjitha kto matje t ndryshme do t tregonin rezultate t njejta, dhe pr kt

arsye, gjat shqyrtimit t shpejtsis s rritjes, pr secilin rast duhet t jepen t dhnat

se me ciln metod sht br prcaktimi (J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976).

2.4 FAZA DISKONTINUALE E RRITJES

Nse nj numr i caktuar i qelizave t gjalla t majas mbjellen n bazn e duhur

ushqyese, para se t filloj ndarja e qelizave do t kaloj nj periudh e caktuar e kohs;

kjo sht lag faza. Gjat ksaj periudhe, metabolizmi i qelizs sht aktiv. Aktiviteti

i enzimeve q bashkvepron n zbrthimin e prbrsve t bazs ushqyese rritet,

sikurse edhe aktiviteti i enzimeve q marrin pjes n sintezn e prbrsve t qelizs.

Gjat ksaj periudhe pregatitore mund t vij deri te zvoglimi i konsiderueshm i

materjes s that pr arsye se me zbrthimin e prbrsve ushqimor reserv sigurohet

energjia e nevojshme pr mobilizimin e qelis. Stadi tjetr prfaqson ndarjen e

qelizave me shpejtsi konstante, dhe quhet faza eksponenciale apo faza

logaritmike. Kalimi nga lag faza n faze eksponenciale rrall sht i shpejt. N

mnyr konvencionale, vshtrsit n prcaktimin e mbarimit t lag fazes zgjidhen n

mnyr grafike (Figura 2.7) (J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976).

Figura 2.7 Prcaktimi i lag-fazs s rritjes. Me gjatsin e lag-fazes

nnkuptohet periudha kohore L. (MEYNELL, 1965)

19

Kur qelizat e majas s birrs rriten mjaftueshm, ato ndahen me budding. Pesha

ose vllimi i qelizave t caktuara para ndarjes ndryshon n mas t konsiderueshme

(dhe mund t thuhet edhe pr kultura t ndryshme). Kshtu q, nuk befason fakti q

koha ndrmjet fazave t ndryshme n rastin e t njejtit kultivim mund t ndryshoj

ndjeshm. Megjithat, sht e prshtatshme t prcaktohet koha mesatare e gjenerats

s t gjitha qelizave, dhe q quhet koha mesatare e gjenerates. Shpejtsia e rritjes s

numrit t qelizave gjat kultivimit mund t shprehet si:

dx/dt = x

ku, x = numri i qelizave, t=koha, =konstanta pr organizmin e dhn ose bazn

ushqyese, dhe e cila quhet konstanta specifike e rritjes ose koeficienti i rritjes ose

moduli i rritjes.

Me integrimin e barazimit t siprm fitohet:

x = x0 et

Ln x/x0 = t

Shihet se, koha mesatare e gjenerates fitohet kur sht x/x0 = 2, dhe ather sht

ln2 = t, ose t=0,693/.

N baz t ksaj rrjedh se shpejtsia e rritjes s kultures nuk mundet thjesht t

shprehet me rritjen e numrit t qelizave t majas pr njsi t kohs, por ajo duhet t

jepet ose si koh mesatare e gjenerats, ose si shpejtsi specifike e rritjes. Pasoj tjetr

sht se, nse grafikisht paraqitet logaritmi i numrit t qelizave n funksion t kohs,

fitohet linja e drejt (Figura 2.7). Pr kt qllim mund t prdoren edhe logaritmet

me baz 10, dhe logaritmet me baz 2. Prparsi e puns me logaritmet me baz 2

sht se, me rritjen pr nj njsi log2x (n ordinat) popullacioni dyfishohet. Pr kto

qllime jan shtypur tabele t logaritmeve me baz 2 (MEYNELL, 1965).

Me rritjen e shpejtsis s shumzimit, gradienti i drejtzave n diagramet

semilogaritmike (logaritmi i numrit n funksion t kohs) ndryshon. Sa m i madh

gradienti, shpejtsia e rritjes sht m e madhe. Pr bazn e dhn ushqyese,

shpejtsia eksponenciale e rritjes mbetet konstante deri sa n mnyr t ndieshme nuk

ndryshon koncentrimi i prbrsve ushqimor t prfaqsuar n sasin m t vogl

relative. Pastaj shpejtsia e rritjes zvoglohet, deri sa ndryshimi i numrit t qelizave

me kohn nuk ndalet plotsisht. Zvoglimi i shpejtsis s rritjes njihet si faza e

frenimit, kurse gjendja e fundit quhet faza stacionare.

Vllimi i rritjes s ndonj baze ushqyese t kultivuar varet nga nj varg faktorsh.

Mund t vie deri te shpenzimi i njrit ose m shum prbrsve ushqimor t

domosdoshm dhe kta prbrs quhen prbrs t limituar ushqyes ose supstrate.

N mnyr alternative, mund t vie deri te prishja progresive e bazs ushqyese si

pasoj e akumulimit t produkteve prfundimtare t metabolizmit. Pr shkak t

harxhimit t prbrsve t bazs ushqyese ose akumulimit t produkteve t

metabolizmit, mund t vie deri te ndryshimi i ndjeshm i vlers pH, q ndikon

negativisht n organizmin q kultivohet (MEYNELL, 1965).

2.5 KINETIKA E POPULLACIONIT (LUEDEKING, 1967)

Nse ndrprerja e rritjes sht vrtet pasoj e nj prbrsi ushqimor t limituar,

shpesh sht n interes q t prcaktohet shpejtsia specifike e rritjes () n disa baza

20

ushqyese t cilat dallojn n njra tjetrn vetm sipas koncentrimit t supstratit t

limituar. N qoft se paraqitet grafikisht n funksion t koncentrimit t ktij

supstrati [S] , fitohet lakorja (Figura 2.8) e cila mund t tregohet me barazimin vijues:

= max [S] / [Ks + S] (3)

(ku Ks sht konstanta saturimit, e cila sht numerikisht e barabart me

koncentrimin e supstratit, n t ciln shpejtsia e rritjes sht e njejt me gjysmn e

vlers max). Vlera Ks sht zakonisht shum e vogl, dhe pr karbohidrate sht

madhsi e rendit g/ml, kurse pr aminoacide g/l.

Meqense sht

dx/dt = x,

rrjedh se sht

dx/dt = max x{ [S] / Ks + [S] } (4)

Sipas kesaj, shpejtsia e rritjes pr kohen e kultivimit sht funksion (i) i

koncentrimit t qelizave, (ii) i shpejtsis specifike maksimale t rritjes, dhe (iii) i

koncentrimit t supstratit t limituar.

Figura 2.8 Shpejtsia specifike e rritjes () n funksion t koncentrimit t

supstratit (S) dhe prcaktimi i Ks, konstantes s saturimit (e cila numerikisht

sht e barabart me koncentrimin e supstratit, n t ciln shpejtsia specifike e

rritjes sht e njejt me gjysmn e shpejtsis specifike maksimale t rritjes).

Nse koncentrimi i supstratit t limituar sht i madh, Ks ndikon pak, dhe n keto

kushte shprehja n kllapa praktikisht sht e barabart me nj, kshtu q mund t

pritet rritje t qelizave me shpejtsi maksimale.

Nse e marrim q rritja e peshs s mikroorganizmave sht proporcionale me

sasin e shpenzuar t supstratit t limituar, athere sht

dx / ds = Y (konstanta e rritjes / rritja e mases)

dhe prandaj

21

-ds /dt = max x(s) / Y(Ks + s)

N realitet, ky proporcionalitet n shum raste nuk vlen. P.sh. mund t vie deri te

formimi i produkteve jashtqelizore p.sh.alkoolit, acidit laktik ose 2,3-butandiolit,

n vend t biomass. N mnyr alternative, deri te ndryshimi i rritjes s mass mund

t vije nga formimi i rezervave brenda qelizore amidoni, yndyrrat ose trihaloza.

Ndrvarshmria n mes t disa prbrsve ushqimor shpesh ndikon n mnyr shum

t ndrlikuar n disa mikroorganizma. P.sh. nse prbrsi A gjendet me tepric, kurse

prbrsi B prfaqson supstratin e limituar, ndryshimi i raportit A : B mund t ket

ndikim shum t madh. Te majaja, t nj rndsie t veant jan rolet e glykozes dhe

oksigjenit si suptrat t limituar ose jo t limituar, pr shkak t ndikimit t tyre t

theksuar n formimin e etanolit.

Rritja e mass dhe energjia n dispozicion t supstratit munden t lidhen ndrmjet

veti. Energjia shprehet n form t adenozintrifosfatit (ATP). Nse supstrati

shfrytzohet edhe si burim i substancs pr sintezn e prbrsve t qelizs, edhe si

burim i energjis, ather neto energjia n dispozicion mund t lidhet me rritjen e

mass.

Kjo qasje sht shfrytzuar pr studimin e ndikimit t faktorve t ndryshm n

rritjen e majas s birrs.

Gjat shqyrtimit t rritjes s mass, duhet t shikohet ndikimi eventual i sasive

minimale t nevojshme t disa prbrsve ushqimor pr fillimin e rritjes, n rritjen e

mass. Pr mirmbajtjen e integritetit t qelizave mund t jen t nevojshme nj

numr i prbrsve ushqimor. Me fjal t tjera, mund t jen t dodmosdoshme nj

numr i supstancave pr procesin e metabolizmit endogjen, ose pr fitimin e energjis

t nevojshme pr jet.

Mundsit e prdorimit t kinetiks konvencionale t rritjes s mass dhe

fermentimit n shqyrtimin e fermentimit n birrari jan shum t kufizuara. Shumica e

sistemeve modele t cilat aplikohen gjat shqyrtimeve konvencionale t kinetikes

bazohen n (i) studimin e tankave me przierje ideale, (ii) kushtet aerobe, dhe (iii)

prdorimin e bazave ushqyese t thjeshta dhe kimikisht t definuara. Por, edhe

prkundr ksaj, keto studime mundsojn q m leht t kuptohen karakteristikat e

fermentimit n birrari, stimulojn prpjekjet q t vazhdohet q kto karakteristika t

shprehen nprmjet treguesve kuantitativ, dhe paraqesin bazat e dobishme pr

modelet matematikore t fermentimit n birrari (prodhimin e birrs). Modele t tilla

mund t prdoren pr parashikimin e rezultatit n qoft se ndonj nga parametrat duhet

t korigjohet. Kjo sht vecanarisht e rndsishme gjat shqyrtimit t fermentimit

kontinual.

2.6 KULTIVIMI KONTINUAL (HERBERT, 1961)

Marrdhnjet e njejta fundamentale mund t aplikohen gjat shqyrtimit t

kultivimit diskontinual dhe disave kontinuale. Kultivimi kontinual mundet leht t

vendoset n reaktort me przierje, ku shpejtsia e dozimit t bazs s re ushqyese

sht n baraspesh me shpejtsin e shpenzimit t bazs ushqyese paraprake dhe

mikroorganizmave. Sistemi i till, ku n bazn ushqyese ndodhet supstrat i limituar,

quhet sistem hemostat. N cdo hemostat, ekziston shpejtsia maksimale e rrjedhs e

cila nuk guxon t kalohet sepse do t vinte deri te shprlarja e plot e qelizave t

populacionit nga ena. Nse baza ushqyese dozohet ngadal, shumimi i qelizave rrjedh

ngadal, sepse ato kan n dispozicion pak supstrat t limituar. N ann tjetr, nse

baza ushqyese dozohet shpejt, qelizat do t ken n dispozicion pr rritje sasi t

22

konsiderueshme t supstratit, mirpo edhe shpejtsia e daljes nga sistemi sht e

madhe. sht e kjart se n nj rrjedh t caktuar shpejtsia e rritjes s mass sht

maksimale.

Karakteristika t veanta t kultivimit hemostatik jan: (i) shpejtsia e rrjedhs

prcakton shpejtsin e rritjes s qelizave, dhe (ii) n sistemin hemostatik vjen deri te

vendosja e kushteve stacionare duke pas n konsiderat dendsin e populacionit,

karakteristikat metabolike dhe karakteristikat biokimike dhe fizike t bazs ushqyese

e cila gjendet n reaktor. Kshtu, duhet t jen konstante koncentrimet e

karbohidrateve dhe proteinave n qeliza, si dhe aktiviteti i enzimeve qelizore,

shpejtsia e asimilimit t supstratit, shpejtsia e formimit t dioksidit t karbonit,

etanolit, etj.

sht e zakonshme q shpejtsia e rrjedhs t shprehet nprmjet vllimit punues

t ens. Shpejtsia hollimit (D) paraqet shpejtsin e rrjedhs pjestim me vllimin

punues, dhe sht reciproke me kohn e mbajtur n or. Shpejtsia e daljes s qelizave

nga sistemi mund t shprehet si:

-dx / dt = Dx (6)

Shpejtsia e neto ndryshimit t numrit t qelizave sht dhn si:

dx / dt = x ( - D) (7)

Sipas ksaj, nse D sht m e madhe se max, vie deri te zbrazja e plot e

populacionit m nj shpejtsi eksponenciale. Mirpo, pr vlera D q jan nn kt

pik kritike, vlerat e dhe D do t jen t barabarta gjat kultivimit t stabilizuar

kontinual, kshtu q sht:

D = max (s) / (Ks + S) (8)

Kjo dmth se t gjitha vlerat t fituara kultivimi kontinual duhet t jen m t

vogla se vlera max e matur pr kultivime gjegjse diskontinuale. Kjo, gjithashtu,

dmth q shpejtsia e hollimit sht funksion i koncentrimit t supstratit n en, pasi q

pr organizmin e dhn, bazn ushqyese dhe kushtet e ambientit, vlerat e max dhe

Ks jan konstante. Vrehet kjart se, vlera s nuk varet nga koncentrimi i supstratit n

bazn ushqyese furnizuese (Sr), edhe pse kjo vler ndikon shum n populimin e

qelizs.

Nse supozohen kushtet e baraspeshs, ku jan ds / dt = 0, del se sht

DSr = Ds Dx / Y (ose: hyrja = dalja shpenzimi) (9)

ose

x = Y (Sr S) (10)

Sipas ksaj, nn supozimin s prurja sht konstante, popullimi i qelizave sht

funksion i sasis s supstratit t harxhuar.

Nse supozohet, m tutje, se vlerat max, Ks dhe Y jan t njohura, n baz t

ekuacioneve (8) dhe (9) mundet q pr kultivimet kontinuale, pr vlerat e dhna D

dhe Sr, t parashikohet sa do t jet koncentrimi i qelizave, prkatsisht koncentrimi

supstratit, n fazn stacionare.

23

N procesin e prodhimit t birrs, fermentimi kontinual zakonisht udhhiqet te

koncentrimet e mdha t qelizave t majas, t cilat arrihen me recirkulimin e majas.

Ktu situata sht shum m ndryshe nga ndodhit n hemostatin me przierje ideale.

Gjat puns me enn me przierje me recirkulim dhe mbajtje t koncentrimit t madh

t majas, n vend t

dx / dt = ( - D) x (7)

kemi

dx1 / dt = x1 D x2 (11)

( ku x1 dhe x2 jan koncentrimet e qelis n en, respektivisht n kominn e

nxeht). N kushte stacionare, kur vlera e ans s majt t ekuacionit sht e barabart

me zero, dhe kur x1 dhe x2 jan konstante, fitohet:

= D x2 / x1 (12)

Ktu, megjithat, ekzistojn s paku dy faktor q shkaktojn vshtrsi. Faktori i

par sht energjia e nevojshme pr mbajtjen e qelizs, e cila si duket sht e nj

rndsie t vecant n kushtet e koncentrimeve t mdha t majas. Faktori i dyt sht

fakti se vllimi i vrtet i tretsirs n en sht m i vogl se vllimi i dukshm, n

koncentrimet e mdha t prbrsve t qelizs. Tani, nse x1 sht m e madhe se x2,

sht m e vogl se D, kshtu q mund t aplikohen shpejtsi shum m t mdha t

hollimit, dhe fitohet sasi m e madhe e produktit pr njsi t kohs, para se t filloj

shprlarja apo largimi i qelizave. Me modifikimin e barazimeve (8) dhe (10) fitohet

x2 = Y (Sr S) (13)

dhe

D x2 = x1 max (s) / (Ks + s) (14)

Kjart, vlera s, dmth koncentrimi i supstratit n en n kushtet e koncentrimit t

madh t majas, pr vlern e dhn t shpejtsis s hollimit dhe koncentrimin e

supstratit n ujin furnizues, sht shum m e vogl, sesa n kultivimin gjegjs

diskontinual. Matematikisht jan studjuar edhe sistemet me recirkulim pr

fermentimin kontinual t tipit kaskad (HERBERT, 1961).

2.7 KULTIVIMET SINKRONE

Disa lloje t majas bhen sinkrone n kohn e shumimit t qelizave vetm n

kohn e mplakjes apo uris. Pasi t arrin fazn stacionare t rritjes, popullacioni

prbhet n pjesn m t madhe nga qelizat e ardhura individuale, t cilat praktitkisht

ndodhen n ciklin e njejt t qelizs. Pas bartjes n baz t freskt ushqyese kto

qeliza shumohen me shkall m t lart t sinkronimit, mirpo sinkronimi nuk zgjat pr

shum koh. Kulturat sinkrone mund t fitohen n mnyr m efikase me zgjedhjen e

qelizave t dimenzioneve t njejta nga faza stacionare, dhe ekspozimit t

kohpaskohshm ndaj ushqimit dhe uris. N mnyr alternative, sinkronimi mund t

arrihet me aplikimin e dozes prkatse t x-rrezeve; me kt metod , gjithashtu,

mbytet nj pjes e madhe e qelizave.

24

Efikasiteti i metods s sinkronimit induktiv normalisht matet nprmjet indeksit

t sinkronimit.

( n / n0 - 1) (1- t/g)

Ku n0 sht numri i organizmave para ndarjes-shumimit sinkron, kurse n numri i

organizmave pas shumimit sinkron, t koha e trsishme, dhe g koha e gjenerats.

Rndsia e studimit t kulturave t sinkronizuara t majas sht se mund t

prcaktohet radhitja e ngjarjeve n kohn e shumimit t qelizs (Figura 2.9).

Njohurit e fituara n kt mnyr jan me vler pr t kuptuar ngjarjet n birrari,

ku n stadet fillestare t fermentimit n mas t madhe sht i prfaqsuar sinkronimi.

Kshtu, n mes t dy ndarjeve rritet prmbajtja e proteinave dhe ARN n qeliz n

mnyr t pandrprer. Prkundr ksaj, prmbajtja e trsishme e azotit n maja rritet

me krcim si t fillon ndarja, dhe pastaj mbetet prafrsisht konstante. sht e kjart

se, rezervat e aminoacideve dhe komponimeve tjera me azot ndryshojn n mynyr t

dukshme gjat ciklit t rritjes s majas. Harxhimi i oksigjenit, ngjajshm sikur

prmbajtja e azotit, rritet me krcim, ku kjo rritje sht edhe m e theksuar.

Prafrsisht n kohn e ndarjes s qelizs, fillon dyfishimi i ADN. Masa e trsishme e

qelizs rritet n mnyr uniforme derisa sa t filloj ndarja, dhe pastaj rritet me

shpejtsi t dyfisht. Kto studime jan shum t vshtira jo vetm pr shkak se

kulturat n mnyr progresive humbin sinkronimin (WILLIAMSON, 1961)

Figura 2.9 Aktivitetet metabolike t qelizave sinkrone t majas (J.S. Hough,

D.E. Briggs, 1976).

25

Figura 2.10 Harxhimi i azotit dhe sinteza e proteinave n qelizat

sinkrone t majas (J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976)

2.8 KOLONIT SIPRFAQSORE (J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976)

Edhepse gjat fermentimit n birrari nuk ka rritje t kolonive siprfaqsore, pr

koloni gjigante ka shum interesim, duke pas parasysh q morfologjia e tyre

shfrytzohet pr njohjen e llojeve t majas.

Kinetika e rritjes siprfaqsore ka trhek shum m pak vrejtjen se rritja n bazn

ushqyese t lngt. Prap, sht

dx / dt = x (15)

dhe

ln x = t + ln x0

Nn supozimin se x sht masa e mikroorganizmit, r radiusi hemisferes, t ket

vllimin 2/3 r3, dhe niset nga masa x0 me radius r0, kemi

ln r = t/ 3 + ln r0,

q dmth se radiusi duhet t rritet n mnyr eksponenciale. N disa raste ku kjo

dukuri sht studjuar, sht treguar se rritja e radiusit pr njsi t kohs sht m par

linear se sa eksponencial, dhe mund t shprehet si

26

r t = Kr t + r0

( ku Kr sht konstanta e rritjes radiale, r radiusi i kolonis pr kohn t, dhe r0

radiusi pr kohn t = 0).

Sikur edhe sht prmend, te kolonit e majas t cilat rriten n bazn e ngurt

ushqyese vie deri te zhvillimi i vijave, struktures dhe formes karakteristike (Figura

2.11). Kjo sidomos ndodh gjat rritjes n zhelatinen e maltit n temperatur nn 20C

n kohzgjatje prej 6 javsh. Karakteristikat morfologjike jan tepr t ndrlikuara

dhe shpesh mund t ndihmojn n dijagnostikn e llojeve S.cerevisiae dhe

S.carlsbergensis. N prerjen vertikale t kolonis gjigante shihet se ajo prbhet nga

shtresa e jashtme e qelizave t palvizshme (ndonjher nga askuset), zona t

autolizuara t qelizs, dhe nga nj numr relativisht i madh i qelizave t shndosha.

Te majat q shumohen n form zinxhirore, n skajet e kolonive dhe nn siprfaqe

mund t vie deri te formimi i pseudomicelijumit (MORRIS,E.O. and HOUGH,J.S.,

1956).

Figura 2.11 Karakteristikat morfologjike t kolonive gjigante

(MORRIS,E.O. and HOUGH,J.S., 1956)

2.9 VITALITETI I QELIZAVE T MAJAS

Gjat shqyrtimit t kinetiks s rritjes s majas sht supozuar se t gjitha qelizat

jan vitale. Kjo nuk sht e sakt n do rast, dhe prandaj, sht futur termi i vitalitetit

dhe sht prshkruar mnyra e matjes s vitalitetit t qelizave.

M hert sht prmendur metoda e prcaktimit t numrit t qelizave me

hemocitometer dhe numratorit elektronik t grimcave; me kt prcaktohet numri i

prgjithshm i qelizave, dhe jo edhe numri i organizmave t gjall. Numri i

27

organizmave t gjall m s shpeshti prcaktohet me rrjedhjen e suspenzionit t

qelizave me koncentrim t njohur n bazn e ngurt ushqyese n pjatat e petrit dhe

numrimin e kolonive t rritura pas inkubimit (WILSON,G.S. and MILES,A.A., 1964).

N mnyr alternative, suspenzioni przihet me bazn ushqyese t tretur n

temperatur mbi pikn e ngurtsimit, dhe pastaj bhet rrjedhja n pjatn e petrit. Pr

arsye ende t panjohura, me kto metoda pr majan n birrari fitohet vitalitet i vogl,

edhe nse merret parasysh grumbullimi i qelizave gjat flokulimit ose lidhja e tyre n

form zinxhirore, ku nga nj numr i madh i qelizave formohet vetm nj koloni.

Metoda me objektin e qelqit, ku zhelatina e tretur e maltit przihet me suspenzionin e

majas jep m shum rezultate pr vitalitet. Suspenzioni rregullohet ashtu q, kur

qelqi mbulues lshohet mbi disa pika t przierjes, mund t vie deri te prcaktimi i

mikrokolonive t zhvilluara nga secila qeliz e vetme pas disa or rritjeje.

Konsiderohet se qelizat prej t cilave zhvillohen mikrokolonit jan t gjalla, kurse

qelizat tjera jan t vdekura (J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976)

Metoda shum e shpejt e prcaktimit indirekt t vitalitetit t qelizave t majas

bazohet n supozimin se qelizat e vdekura ngjyrosen n tretjen e holluar t metilenit

blu n pH=5, prderisa qelizat e gjalla nuk ngjyrosen. Me kt metod fitohen

rezultate t cilat prputhen me rezultatet e fituara me objektin e qelqit, me kusht (a) q

qelizat nuk ju kan nnshtruar temperaturave t larta ose supstancave toksike, dhe (b)

q pjesmarrja e qelizave t gjalla e kalon 85% (J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976)

Pr kulturat e dhna t majas me rrjedhje, me ndihmn e objektit t qelqit dhe

me metodn me ngjyrosje, mund t fitohen rezultate shum t ndryshme. N esenc,

mosprputhjet ndodhin pr shkak t kriterijumeve t ndryshme pr vdekjen e qelizave

n metodat e caktuara, kshtu q gjat dhnjes s rezultateve pr vitalitet duhet t

tregohet se me ciln metod sht prcaktuar. Kshtu, ndonj qeliz mund t ket

metabolizm aktiv, por t mos mundet mu nda, gj q qon te shfrytzimi i supstratit

dhe lirimi i metabolitit ose enzimit n bazn ushqyese.

2.10 KINETIKA E VDEKJES S QELIZAVE

Ndikimi i substancave toksike, temperaturave t larta dhe vlerave jo normale t

pH n mikroorganizma ka trhequr vmendje t konsiderueshme. Nga kndvshtrimi

kinetik, shpejtsia e vdekjes sht e ngjajshme me shpejtsin e reaksioneve kimike

monomolekulare. Ajo prfaqson prodhimin e koncentrimit t supstancs toksike dhe

konstants q varet nga lloji i supstancs s prdorur toksike. Kjo dukuri sht shum

e ndrlikuar dhe gjat vdekjes s popullacionit t mikroorganizmave mund t ndodhin

s paku tri faza:

(1) Disa nga aktivitetet metabolike t qelizave dobsohen pa humbje t vitalitetit (q i prgjigjet lag-fazs fillestare t rritjes).

(2) Shpejtsia e vdekjes rritet derisa nuk bhet eksponenciale. Sa do t mbijetojn qelizat individuale nuk mund t parashikohet, pasi q kjo varet nga ngjarjet e

rastit; n kt mnyr, qelizat t cilat mbijetojn nuk jan m mir t adaptuara

n supstanca toksike se ato t cilat vdesin.

(3) Kur numri i konsiderueshm i qelizave vdes, shpejtsia e vdekjes mund t zvoglohet dhe ndalon t jet eksponenciale. Kjo sht pasoj e faktit q

organizmat t cilt kan vdekur pjesrisht i mbrojn t gjallat. Gjithashtu, ato

28

mund t jen pjesrisht pasoj e adaptimit t konsiderueshm t qelizave t

gjalla n supstanca toksike. Pr shkak t gjith ksaj sht problematike t

parashikohet rezultati pr kombinimin e dhn t kushteve n baz t rezultatit

t fituar me kushte t tjera (WILSON,G.S. and MILES,A.A., 1964).

Gjat sterilizimit me supstanca kimike temperatura ka ndikim t madh. Sa m e

madhe temperatura, m pak sht e nevojshme supstanc toksike. Kjo sht:

t2 Q (T2 T1) = t1

ku T1 dhe T2 jan temperaturat, kurse t1 dhe t2 koha e duhur pr veprimin e ktyre

temperaturave. Q sht koeficienti i temperatures pr ndryshimin e dhn t

temperatures. Ngjajshm, nj veprim t dukshm mund t ket edhe ndryshimi i pH,

mirpo ktu raportet jan shum m t ndrlikuara (WILSON,G.S. and MILES,A.A.,

1964).

2.11 AUTOLIZA

Vdekja e qelizave ndodh pr shkak t uris ose pr rrethana tjera jo t

prshtatshme, prej t cilave disa tashm ve i kemi prmend. Vdekja e qelizave

shpesh sht e lidhur me tretjen e protoplazms si pasoj e veprimeve t enzimeve

brenda qelizs. Gjat marrjes s preparateve komerciale t ekstraktit t majas,

autoliza shkaktohet me aplikimin e (i) temperaturave relativisht t larta, p.sh. 45C,

dhe (ii) me aplikimin e reagensave q shkaktojn plazmolizn, p.sh. klorurin e

natriumit, ose (iii) tretsve t lipideve, p.sh.etilacetatit. Qelizat e majas t cilat jan

rritur n prani t koncentrimit t lart t zinkut (mbi 50mg/l) jan jashtzakonisht t

gatshme pr autoliz, prkundr faktit q zinku stimulon fermentimin. Autolizn e

qelizave t cilat gjenden n fazn stacionare, gjithashtu, e stimulon prania e

proteinave n bazn ushqyese (MADDOX, 1970).

sht e njohur q gjat autolizs s qelizave Saccharomyces cerevisiae lirohen

katr proteaza: prej tyre, n pjesn m t madhe sht e prfaqsuar proteaza e cila

hidrolizon peptide deri ne aminoacide, kurse tri t tjerat japin prodhime me mas t

madhe molekulare. Kto proteaza jan glykoproteina, t cilat jan t ngjajshme me

proteazat q qelizat e shndetshme t majas i sekretojn (nxjerrin) n ambientin

rrethues. N detale m t thella, kto dy grupe t proteazave dallojn me njra tjetrn .

Pr stadet e autolizs dhe pr at nse ndonj nga kto stade sht reverzibil, nuk ka t

dhna. Autoliza mund t ndodh pr shkak t permeabilitetit t madh t membranes,

ashtu q shkatrron strukturn e qelizs dhe vie deri te lirimi i enzimeve nga lizozima.

N mnyr alternative, autoliza mund t jet si pasoj e shuarjes s anabolizmit, pa

humbjen e njkohshme t aktivitetit katabolik. sht e njohur q te majaja vie deri te

ndryshimi i permeabilitetit; p.sh. shoku osmotik mund t sjell deri te lirimi i

aminoacideve dhe nukleotideve. Nga ana tjetr, qeliza e majas sillet n mnyr

normale si nj thes poroz, ku invertaza, fosfataza acidike dhe enzimet tjera ndahen

nga plazma e membrans dhe lidhen me murin qelizor. Me kusht q autoliza e qelizs

sht pasoj e shpenzimit t prbrsve ushqimor, me lirimin e aminoacideve,

nukleotideve, karbohidrateve dhe faktorve tjer t rritjes fitohet supstrat i freskt pr

qelizat e mbijetuara.

sht miratuar nj mendim i prgjithshm q prania e nj numri t madh t

bakterjeve n majan e presuar vepron n mnyr stimulative n autolizn e majas. A

29

sht kjo autoliz pasoj e veprimit t produkteve metabolike t bakterjeve, nxehtsis

s liruar me veprimin e bakterjeve apo produkteve t fituara me autolizn e vet

bakterjeve, nuk sht e njohur (MADDOX, 1970).

2.12 OKSIGJENI DHE RRITJA E MAJAS

Roli i oksigjenit n prodhimin e majas s buks sht i dukshm, kshtu q sht

e domosdoshme ti kushtohet rendsi fenomenit t bartjes s mass s oksigjenit gjat

propagimit t majas. N tretjet ujore tretshmria e oksigjenit sht e vogl; n bazn

ushqyese n 25C treten vetm 0,2mM oksigjen. N kushtet e laboratorit majaja e

buks mund t shumzohet aq intensivisht, sa q edhe n bazn plotsisht t ngopur

me oksigjen vie deri te harxhimi i plot i oksigjenit, nse ndalon ajrimi pr vetm 15

20 sekonda. sht e kjart, pr shkak t rezervave kaq t vogla t oksigjenit n

dispozicion, problem t rendsishm paraqet furnizimi i sasive t nevojshme t

oksigjenit pr mbajtjen e shpejtsis s madhe t rritjes s majas (MEYNELL, 1965).

Tabela 2.1 Prbrja e majas s buks (n 100 g) (J.S. Hough, D.E. Briggs,

1976)

Perbersit Perberesit ne gram-ekvivalent

C H O N S

Karbohidratet 1.7 2.84 1.42

Proteinat 1.77 2.76 0.5 0.46 0.017

Bazat azotike 0.12 0.12 0.02 0.1

Amonjaku 0.15 0.05

Yndyrerat 0.13 0.24 0.01 0.01

Q t rritet sasija e oksigjenit, shpesh n bazn ushqyese bhet barbotimi me

ajr; kjo ka vler t vogl nse fluskat e ajrit dalin leht. Fluskat e vogla sigurojn

siprfaqe m t madhe pr bartjen e oksigjenit, derisa ndarjet e ndrtuara n muret e

ens i ndihmojn mbajtjes s fluskave n tretsir. Me przierje t bazs ushqyese

rritet siprfaqja efektive e tretsirs duke ju ekspozuar veprimit atmosferik.

Gjithashtu, vorbulla e krijuar me veprimin e przierjes ka efekt t ngjajshm.

Shpejtsia me t ciln oksigjeni kalon prej atmosferes n tretsir varet nga:

(1) shkalla e ngopshmris s bazs ushqyese me oksigjen, (2) madhsis s siprfaqes ndrsjellse t atmospheres dhe bazs ushqyese, (3) lehtsis s kalimit t oksigjenit n siprfaqen ndrsjellse.

Kjo shpejtsi sht dhn me shprehjen

KL a (C* - CL),

Ku, KL sht koeficient i kalimit t oksigjenit npr siprfaqen ndrmjetse, a

madhsia e siprfaqes ndrmjetse, C* - koncentrimi i oksigjenit ku atmosfera dhe

30

baza ushqyese jan n barazpesh, dhe CL koncentrimi i vrtet i oksigjenit n

bazn ushqyese. sht e njohur q rezistenca e bartjes s oksigjenit nga tretsira deri

te vendi ku ndodhen enzimet sht shum e vogl te mikroorganizmat.

Tabela 2.2 Shpejtsia e absorbimit t oksigjenit gjat kultivimit laboratorik

(J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976)

Ena Vellimi i

bazes

ushqyese

Rrjedha e

ajrit l/min

KLaC*

mM

O2/l.min

Epruveta

18x150mm

10 ml Stacionare _ 0,03

Erlenmayer

500 ml

20 ml Stacionare _ 0,32

Erlenmayer

500 ml

20 ml Mikseri

ekscentrik me

250 o/min

_ 1,1

Erlenmayer

special

Przirs

ekscentrik me

250 o/min

_ 2 9,5

500

ml

20 ml Przirs

reciprok

100

ml

50 ml 80-

100dridhje/min

Przirs

reciprok

_

80-

100dridhje/min

0,78-1,5

1000

ml

200 ml

_ 0,22 0,78

Me przirs:

Tanku me

pengesa

750 o/min 5,8 3,6

Prej 3,5 l 1460 ml 1100 o/min 6,1 6,33

Shpejtsia e absorbimit t oksigjenit n fermentor mund t matet n mnyr

indirekte. N tabelen 2 jan dhn vlerat KL a C* pr lloje t ndryshme t enve.

Duhet t theksohet q KL zvoglohet me shkumn, me lagjen e filterit nga pambuku,

dhe nga prania e yndyrs n mes-siprfaqe. Nse n vend t ajrit aplikohet oksigjen i

pastrt, n baz t ligjit t Henrit, vlera C* rritet (n kufijt e presionit t oksigjenit i

31

cili aplikohet gjat kultivimit t majas). Oksigjeni i pasrt te presionet e larta vepron

si inhibitor i theksuar n mikroorganizma t ndryshm si edhe n maja.

Roli i oksigjenit gjat fermentimit n procesin e prodhimit t birrs sht studjuar

me prdorimin e fermentorve me vllim t dobishm 49 hl. Mushti me 11% ekstrakt

sht mbjell me 55 g maja pr hl n 18C dhe shkalla e ngopshmris me oksigjen

para mbjelljes variron ndrmjet 5 dhe 100%. Sasia e majas s fituar ka qen funksion

hiperbolik i koncentrimit fillestar t oksigjenit n musht. Pr ngopshmrit prej rreth

mbi 20%, efekti i ngopshmris s plot t mushtit me oksigjen nga ajri sht i

paprfillshm. Ndr kto ngopshmri, sasia apo rritja e majas n mas t madhe

varet nga koncentrimi fillestar i oksigjenit, dhe lloji i prdorur i majas, si duket, n

munges t plot t oksigjenit nuk ka rritje (Figura 2.12). N baz t rezultateve t

fituara pr ngopshmri t ndryshme fillestare t mushtit me oksigjen jan llogaritur

vlerat max dhe sht vrtetuar nj varshmri lineare n mes t max dhe

ngopshmris s mushtit me oksigjen, ku koeficienti i drejtimit ka qen negativ. sht

interesante q sasia e trsishme e etanolit t formuar gjat fermentimit nuk ka qen e

varur nga shkalla e ngopshmris me oksigjen para mbjelljes. Varshmria funksionale

e shpejtsis s fermentimit nga ngopshmria e mushtit me oksigjen ka pasur nj

form shum t ngjajshme, sikur edhe lakorja ne figuren 2.12. Prkundr ksaj,

prpjesa e qelizave t vdekura zvoglohet shum me rritjen e shkalls s ngopshmris

s mushtit me oksigjen, me qrast fitohet lakorja e cila sht inverse me lakoren e cila

e lidh rritjen e majas dhe fermentimin.

Figura 2.12 Raporti n mes t ngopshmris prpjesore t mushtit me

oksigjen para fermentimit dhe sasis s majas

N baz t rezultateve t dhna, sht e qart q shkalla e ngopshmris s

mushtit me oksigjen ka rendsi t madhe pr fementimin e birrs. Gjat kohs s

shumzimit t majas s birrs, kur sasit e rritjes s majas jan t rendsisi edhe

m t madhe, sht e rndsishme aplikimi i njohurive tona n lidhje me ajrimin dhe

shkalln e ngopshmris s mushtit me oksigjen (FINN, 1967)

32

2.13 PROPAGIMI I MAJAS S BIRRS

Prej vitit 1880 dhe tutje, Emil Christian Hansen ka br prpunimin e metodave

t izolimit t qelizave t caktuara t majas s birrs me hollimin e pandrprer t

suspenzionit t majas. Ai pra, pati mundsin e ndarjes s llojeve t majas nga

przierja, dhe testimin e tyre individual. Meqense shumimi seksual i majas s birrs

sht i rrall, pas kultivimit t prsritur nga qelizat individuale fitohet gjinia, ose me

fjal t tjera, fitohet majaja ku t gjitha qelizat, me prjashtim t mutantve, kan

konstituim t njejt gjenetik. Hanseni, pra, ka mundur t merr maja komerciale t

birrs ( i cili me siguri prbn nj przierje t llojeve-tipeve), dhe nga ai t izoloj nj

sere t qelizave individuale n epruvetat e vecanta me musht, dhe nga secili prej tyre

t izoloj kulturn e pastrt. Llojet-tipet kan mundur t testohen n kushte

laboratorike ose kushte gjysmindustriale t fermentimit. Me kultivimin n sasi

gjithnj e m t mdha t mushtit steril, lloji-tipi i zgjedhur, si kultur e pastrt, ka

mundur t shumohet deri n prmasa industriale. N qoft se majaja, pr qfardo arsye,

nuk ka dhn rezultate t knaqshme gjat prodhimit t birrs, ai ka mundur t

ndrrohet ose me propagimin e majas s gjinis t njejt duke u nisur nga laboratori,

ose me shumimin e gjinis apo llojit tjetr t majas (J.S. Hough, D.E. Briggs, 1976).

Figura 2.13 Paisja pr propagimin e majas sipas Hensen dhe Kuhler. A

kazani; B propagatori; C sterilizatori i mushtit.

Kjo teknik ka ofruar mundsi q majaja t pastrohet nga bakterjet prcjellse

dhe majat e egra, pasiq jan prdorur si materjal fillestar vetm kulturat e

pakontaminuara. Teknika e Hensenit, prbhet nga (i) seleksionimi i gjinis-llojit t

duhur, (ii) ruajtja e ksaj gjinie-lloji pr koh t gjat t pacaktuar, dhe (iii) zvoglimi i

mundsis s pranis s bakterjeve dhe majave t egra n majan mm. Hansen dhe

Kuhle kan konstruktuar propagatorin gjysmkontinual pr maja. Paisja (Figura 2.13)

prbhet nga rezervari pr pranimin e mushtit ( i cili mund t sterilizohet me avull)

dhe ena pr propagimin e majas. N enn pr propagimin e majas futet mushti

steril, kultura e pastrt e majas nga laboratory, dhe ajri i filtruar steril. Przierja bhet

33

me ndihmn e prziersit t dors. Majaja e fituar s bashku me birrn lshohen

kohpaskohe, dhe shfrytzohen pr mbjellje n fermentor n birrari. Nj pjes e

majas gjithmon mbetet n propagator dhe i shtohet musht i freskt steril me qllim

t shumimit t mtutjeshm t majas. Ky sistem prfaqson bazn e shum

propagatorve modern pr prfitimin e majas s fermentimit t poshtm.

Jan prshkruar, gjithashtu, edhe propagatort kontinual pr prfitimin e cultures

s pastrt t majas (Figura 2.14). Nse majaja nevojitet cdo t dhjeten dit ose m

rrall, dhe nse dshirohet q seciln here t fillohet me shumzimin e majas nga

kultura e pastrt e laboratorit, propagatort diskontinual kan prparsi. Disa birrari

izolojn, seleksionojn dhe mirmbajn gjinit-llojet e tyre (vetanake) t majas,

prderisa birrarit tjera n kt aspect, mbshteten n shrbimet komerciale t

laboratoreve t ndryshme.

Figura 2.14 Propagatori kontinual pr maja (n prmasa t laboratorit)

Gjithmon ekzistojn mendime t ndryshme n mesin e ekspertve t birrs n

shtjen nse e tr sasia e majas pr prodhimin e birrs duhet t rrjedh nga nj qeli

e vetme, apo nga nj numr m i madh i qelijave t majas. Metodat e ndryshme n

praktik prfshijn: (i) kultivimin duke filluar nga nj qeliz e vetme, (ii) kultivimin

duke filluar nga disa qeliza t izoluara, (iii) izolimin e nj culture individuale t

majas nga pllaka e rrudhur-valzuar, ose (iv) prdorimin e disa kolonive si inokulum.

Disa birrari izolojn dhe ndajn dy ose m shum gjini-lloje t majas, t cilat i

prdorin ose n przierje ose pr fermentim n en t veanta. Prparsia e kultures

nga qeliza e vetme sht n mundsin m t vogl t variacionit apo ndryshimit,

meqense t gjitha qelizat kan konstituim t njejt t gjeneve, dhe te kto mund t

vie vetm rastsisht deri te mutacioni ose ndryshimi i materjalit t kromozomeve gjat

rritjes vegjetatitve. Prkundr ksaj, pjesmarrja e komponenteve t vecanta n

przierjen e gjinis apo llojit mund t ndryshoj gjat ndrrimit t prbrjes s mushtit,

procedures s fermentimit, ose kontaminimit me bakterje ose maja t egr.

Ndryshimet e pakontrolluara t prbrjes s majas n shum raste jan t dmshme,

dhe mund t qojn deri te humbja e gjinis apo llojit t mire t majas. Megjithat,

kto ndryshime mund t mundsojn adaptimin e majas pr kushtet e ndryshuara t

ambientit.

Kultura e majas duhet ruajtur n laborator n agarin e maltit n temperatur

ndrmjet 10 dhe 20C, pr arsye se n temperatur m t ult (0 - 4C) sht

34

mundsia m e madhe e formimit t sporeve. Shum laboratore i japin prparsi

ruajtjes s majas n baza ushqyese t lngta, p.sh. n (i) musht, (ii) bazn e

Wickerham-it nga ekstrakti i maltit, e cila zakonisht quhet MYGP, ose, (iii)

saharozn 10%-she. Kulturat e lngta zakonisht ruhen n rreth 4C. N intervale t

regullta kohore , m s miri pas cdo tre muajsh, duhet br mbjellja. N t gjitha rastet

duhet rekomandohet ruajtja e nga dy kulturave t t njejts gjini-lloj, me crast njra

shfrytzohet pr mbjellje kurdo q sht e nevojshme (kultura e puns), prderisa

tjetra shrben si reserve kryesisht pr mbjellje t regullta (ose pr raste t rralla t

kontaminimit t cultures s puns). Kulturat e liofilizuara (t thara nga ngrirja) t

majas n prodhimin e birrs nuk jan t popullarizuara, sepse vdekja gjat tharjes

nga ngrirja sht shum e madhe. N disa raste sht shqyrtuar edhe seleksionimi i

mutantve t majas pr fermentim t birrs.

Kultura e majas n birrari fitohet zakonisht me izolimin nga majaja e cila vec

sht n prdorim. Aq m shum, disa birrari izolojn kulturat e pastra nga majaja e

tyre meme para cdo program t madh t propagimit. Qllimi i ksaj sht q t

shmanget n masn m t madhe t mundshme ndryshimi i karakteristikave t majas

gjat ruajtjes n laborator, dhe koha e ruajtjes s majas n laborator shkurtohet n

masn m t madhe t mundshme. Seleksionimi bazohet n rezultatet laboratorike t

fermentimit, shkalla e dukshme e fermentimit, shpejtsia e fermentimit etj. Nj

metod bazohet n izolimin e kultures s pastrt nga nj qeliz e vetme, dhe

seleksionimi fillestar n baz t aftsis s flokulimit, formimit t qelizave zinxhirore,

formimit t shtress s eprme dhe fundrrins s majas. Seleksionimi i mtejshm

bazohet n rezultatet e puns gjat fermentimit t 3 litrave musht.

N gjykimet e mtejshme pr dimenzione m t mdha (p.sh. 0,8 8 hl) testohen

numr m i vogl i kulturave t zgjedhura t majas. Lloji apo tipi zgjedhet n baz t

shijes dhe ers s birrs s fituar, nga shkalla e fermentimit t arritur, sasia e majas s

mbetur n suspension, dhe sasis s fituar t majas.

Figura 2.15 Ena pr propagimin e majas (PM) dhe rezervoari i mushtit

(RM) me kmbyesin e nxehtsis n mes. Nga RM n PM mushti kalon n

rrjedh t kundrt me avullin e ujit (A). Nga PM me recirkulim ftohet me uj t

ftoht (UF).

Majaja e zgjedhur duhet t shumzohet, duke filluar nga kultura laboratorike, n

musht t sterilizuar. Me nj kujdes t duhur, inokulumi mund t jet mjaft i vogl. Pa

35

marr parasysh n kt, sht praktik e zakonshme q n do faze vllimi t rritet

vetm pr 10 her. Nse prdoren ent e hapura ( gj q nuk sht e preferueshme),

vllimin duhet rritur vetm deri n pes here. Temperatura e fermentimit duhet t jet

rreth 10C pr maja t fermentimit t poshtm, respektivisht rreth 20C pr maja t

fermentimit t lart.

sht e nevojshme t prmenden dy propagator bashkkohor: te njri prej tyre

n mnyr interesante shfrytzohet kmbyesi pllakor i nxehtsis (Figura 2.16).

Mushti, i cili pranohet n njrn prej enve, sterilizohet me avull dhe kalon n

propagator t sterilizuar paraprakisht me avull. Mushti ftohet me recirkulim npr

kmbyes t nxehtsis dhe prapa n propagator, gjat s cils kalon npr rrugn ku

m pare ka kaluar avulli i ujit, derisa uji i ftoht cirkulon n rrjedh t kundrt n

rrugn ku m hert ka kaluar mushti.

Figura 2.16 Stacioni i madh bashkkohor pr propagimin e majas. EM

ena pr musht; PM propagatori majas.

Tipi tjetr i stacionit t propagimit prbhet nga dy propagator nga celiku qe nuk

ndryshket, inox, me vllim pune prej 33 hl, dhe ena pr sterilizimin e mushtit me

vllim t shfrytzueshm 66 hl (Figura 2.16). Mushti sterilizohet pr 15 minuta n

106C dhe pastaj ftohet n 21C me kalimin npr kmbyes t nxehtsis. Secili

propagator mbjellet me nga 90 g maja, dhe pas cdo 4 min kryhet ajrimi me 0,11 m3

ajr pr en. Pr 48 or n kt stacion mund t mbledhet nga 54 kg maja me 17 g/l

maja t presuar. Gjat ksaj kohe sasia e majas n en rritet n mnyr eksponenciale

(Figura 2.17). Largimi i prmbajtjes s propagatorit kryhet kur pesha specifike n t

bie nga 1036 n 1016 (nga 9 n 4 Plato). Kur futet n musht t freskt, majaja e

prodhuar n kt mnyr ka aktivitet t madh dhe nuk ka lag-faz. Duhet vrejtur se te

disa lloje t majas n propagator fitohet birr me vler t ult t pH dhe qeliza me

form t zgjatur. M von gjat fermentimit normal kto pasoja zhduken (J.S. Hough,

D.E. Briggs, 1976)

Propagatort e majas s birrs jan relativisht t vegjl pr kah madhsia dhe

prdoren koh pas kohe.

36

Figura 2.17 Rezultate tipike t puns me propagator t treguar n figuren

2.16 me demonstrim t rritjes logaritmike t majas t shprehur me pesh t

majas s presuar sipas kohs.

37

3 METABOLIZMI I MUSHTIT ME MAJA

3.1 PERMEABILITETI I QELIZAVE T MAJAS

Pjesa m e madhe e substancave t tretura n bazn t ciln e rrethon qelizn e

majas difundon lirshm npr muret qelizore deri te membrana e plazms. Gjat ktij

difuzioni disa nga prbrsit adsorbohen n shtresat e jashtme t mureve qelizore. P.sh.

afinitet pr adsorbim t till tregojn supstancat e hidhura t lupulos, polifenolet dhe

supstancat azotike t mushtit. Membrana e plazms e ndan qelizn e gjall, prkatsish

doktoratura kastriot pehlivani, fakulteti i shkencave i natyrore

Documents