Characterization of Sourdough Yeasts and Their Application to Low-Alcohol Brewing

Abstract

Consumer interest in diverse and innovative beers, as well as the market demand for low-alcohol beers has encouraged more studies into nonconventional yeasts. This has, in turn, led to increased efforts to isolate new yeast strains from different sources. To ensure safety of consumption, potentially applicable sources for new yeasts are fermented foods, such as sourdough.

This thesis was carried out at VTT Technical Research Centre of Finland Ltd, in the Research Area Industrial Biotechnology and Food Solutions. The aim of the thesis was to study sourdough yeasts and assess their potential suitability for low-alcohol brewing. The yeasts used in the study were isolated from diverse de novo sourdough cultures produced specifically for this study. Reference yeast strains were obtained from the VTT Culture Collection. Isolated yeasts were later added to the VTT Culture Collection.

Characteristics of different sourdough yeast isolates were determined for suitability in brewing. Fermentation trials were conducted and alcohol production, pH, flavour and carbonyl compounds were measured. Stress factors such as temperature, ethanol and osmotic tolerance were evaluated for each yeast.

Screening of 10 different species from sourdough yeasts indicated their respective suitabilities for brewing. All tested strains produced low levels of alcohol due to an inability to ferment the wort sugar maltose. The results show that most of the non-conventional yeasts are capable of aldehyde reduction and could be used to remove the raw ‘worty’ flavour notes typical of low-alcohol beers. Production of aromatic volatiles were limited, but a strain of Kazachstania servazzi, isolated from rye malt sourdough, showed some potential in this regard, producing high levels of the floral aroma compound phenylethyl acetate. Results suggest that isolation of yeasts from de novo sourdough cultures is a feasible strategy for obtaining phenotypically diverse strains for low-alcohol brewing applications.

Kuluttajat ovat yhä kiinnostuneempia oluiden ominaisuuksista, ja monipuolisten ja innovatiivisten oluiden kysyntä on lisääntynyt markkinoilla, lisäksi tämä on kannustanut tutkimusten lisääntymistä vaihtoehtoisiin hiivoihin. Tämä on puolestaan johtanut tutkijoiden lisääntyneeseen kiinnostukseen eristää uusia hiivakantoja eri lähteistä. Kulutuksen turvallisuuden takaamiseksi soveltuvat lähteet uusille hiivoille ovat käymisteitse tuotetut elintarvikkeet, kuten hapanleipäjuuri.

Tämä insinöörityö suoritettiin Teknologian tutkimuskeskus VTT:llä, teollisen bioteknologian ja elintarvikeratkaisujen tutkimusosastolla. Insinöörityön tavoitteena oli hapanleipähiivojen tutkiminen ja niiden potentiaalinen soveltaminen vähäalkoholisen oluen valmistukseen. Työssä käytetyt hiivat eristettiin erilaisista hapanleipäviljelmistä, jotka oli tuotettu erityisesti tätä tutkimusta varten. Viitteinä käytetyt hiivat olivat VTT:n kantakokoelmasta. Hapanleipäjuuresta eristetyt hiivat lisättiin myöhemmin VTT:n kantakokoelmaan.

Työssä tutkittiin hapanleipähiivojen ominaisuuksien soveltuvuutta oluen valmistuksessa. Fermentointikokeita suoritettiin ja alkoholin tuotanto, pH, aromi sekä karbonyyliyhdisteet analysoitiin. Hiivakantojen stressitoleranssi tutkittiin lämpötilan, etanolin ja osmoottisen sietokyvyn suhteen.

Kymmenen eri hapanleipähiivalajin seulonta osoitti niiden soveltuvuuden oluen valmistukseen. Kaikki tutkitut hiivat tuottivat matalia alkoholipitoisuuksia, johtuen kyvyttömyydestä fermentoida vierteen sisältävää maltoosia. Tulokset osoittivat, että suurimmalla osalla vaihtoehtoisista hiivoista on kyky pelkistää aldehydiyhdisteitä, eli niitä voitaisiin käyttää ”vierremaisen” maun poistamiseksi. Vierremainen maku on tyypillinen vähäalkoholisissa oluissa. Aromaattisten haihtuvien yhdisteiden tuotanto oli matala, mutta rukiin mallashapanleipäjuuresta eristetty Kazachstania servazzi -hiiva osoitti potentiaalia, sillä se tuotti runsaasti kukille tuoksuvaa fenyylietyyliasetaattia. Tulokset viittaavat fenotyyppisesti monipuolisten hiivakantojen mahdollisesta löytämisestä vähäalkoholisen oluen valmistukseen hapanleipäjuuresta eristämällä.