Einfluss der Stickstoffassimilation und Genexpression auf sensorisch aktive Aminosäuremetabolite von Saccaromyces Hefen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Gegenstand des Forschungsprojekts war die Ermittlung der Aminosäureaufnahmesequenz der in der Getränketechnologie verwendeten Hefen Saccharomyces pastorianus var. carlsbergensis S 23 und Saccharomyces cerevisiae S 81 und der damit verbundenen Synthese aromaaktiver Metabolite. Im Zentrum stand die Untersuchung der Beeinflussung von Schlüsselaminosäuren auf den Expressionslevel aromarelevanter Gene, die an der Synthese sensorisch aktiver Aminosäuremetabolite wie höhere Alkohole und Ester beteiligt sind. Des Weiteren wurden Mechanismen bzw. Kinetiken der Aminosäureabsorption sowie des Aminosäuremetabolismus und der daraus resultierenden unterschiedlichen Geschmacksprofile unter Berücksichtigung eines variierenden Kohlenstoff- und insbesondere Stickstoffangebotes untersucht. Zur Filterung der relevanten Substratvariationen wurde eine multifaktorielle Varianzanalyse durchgeführt. Hierzu wurde jede Aminosäure als Faktor über 3-Level variiert. Zur anfänglichen Reduzierung von nicht aussagekräftigen Parametervariationen wird für die Versuchsplanung die Response Surface Methodology mit der Software Design-Expert eingesetzt. In Abhängigkeit der sich ergebenden Signifikanzen wurde der Parameterraum in weiterführenden Versuchen konkretisiert. Als Response dienten einzelne Konzentration an höheren Alkoholen und Estern nach der Beendigung der Fermentation. Um den Einfluss der einzelnen Aminosäurevariation auf die Bildung des Aromakomponentenprofils in einer Art Fingerprinting zu ermitteln, wurden statistische Methoden wie PLS und VIP verwendet. Nach Ermittlung der signifikanten Aminosäuren wurde in weiteren Schritten der Einfluss dieser auf das Aminosäureabsorptionsverhalten der Saccharomyces Hefen sowie deren Expressionslevel aromarelevanter Gene analysiert. Im Rahmen dessen wurden mittels zu entwickelnden HILICMS/MS-Methoden die Primärmetabolite des Hefestoffwechsels und mittels GC/MS die von den Aminosäuren abgeleiteten höheren Alkohole und volatilen Ester umfassend quantitativ bestimmt werden. Durch Verwendung markierter Aminosäuren wurden zudem mittels HILIC-TOF-MS-basierter Isotopologenanalyse Erkenntnisse zur Kinetik des Aminosäurestoffwechsels erarbeitet. Neben Ermittlung dieser Stoffwechselaktivitäten wurde die damit verbundene Genexpression der Hefe mittels Mikroarraytechnologie und Real-Time PCR analysiert, um die Zusammenhänge einzelner Aminosäuren, deren Einfluss auf die Transkription und die damit verbundene Synthese sensorisch aktiver Aminosäuremetabolite im Ferment aufzuklären.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Function and regulation of yeast genes involved in higher alcohol and ester metabolism during beverage fermentation. European Food Research and Technology 233 (2011), 721-729
Procopio, S., Qian, F., Becker, T.
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Significant amino acids in aroma compound profiling during yeast fermentation analyzed by PLS regression. Food Science and Technology 51 (2013), 423-432
Procopio, S., Krause, D., Hofmann, T., Becker, T.
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Differential transcribed yeast genes involved in flavour formation and its associated amino acid metabolism during brewery fermentation. European Food Research and Technology 239 (2014), 421-439
Procopio, S., Brunner, M., Becker, T.
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Effect of amino acid supply on the transcription of flavour-related genes and aroma compound production during lager yeast fermentation. Food Science and Technology 63 (2015), 289–297
Procopio, S., Sprung, P., Becker, T.
