Maya Üretimi
Fulya KOLSAL

İçerik

1.Maya Nedir ?
2.Mayanın Tarihçesi
3.Mayanın Genel Özellikleri
4.Maya Üretim Prosesi
4.1 Hammadde ve büyüme ortamı
4.2 Fermentasyon tipi
4.3 Üst-Alt akım işlemleri
4.3 Maya üretiminde yan ürünler
5. Biyoteknolojik ve Endüstriyel Açıdan Mayalar

Maya Nedir?

Eukaryotik hücre yapısı gösterirler.
Tek hücreli organizmalardır.
Mantarlar (funguslar) içinde yer alırlar.
Mayanın Tarihçesi
MÖ 2000-6000 Bira yapımı (Sümerler)
MÖ 3000 Sümer bira tarifi;
– Sıvı ekmek tadında
-Arpa, baharat ve meyveden yapılır.
– Güvenli ve besleyici
– Neşelendirici bir içecektir.
Hamurun kabartılması
(Mısır)
Üzüm yapımı kültürü (Gürcistan)
1680 Mayaların mikroskopta gösterilmesi (van Leeuwenhoek)
1835 Tomurcuklanan mayayla ilişkili alkolik fermentasyon (Cagnaird-Latour).
1837 Maltta gözlemlenen maya Saccharomyces cerevisiae olarak adlandırıldı (Meyen).
1839 Mayanın üremesi için besin kaynağı olarak şekerin rolü tanımlandı (Schwann ve Kützing)
1857
Fermentasyonla ilgili maya metabolizması
(Louis Pasteur)
1880 – 1883
Tek bir maya hücresinin izolasyonu ve bira yapımında saf maya olarak kullanılması
(Christian Hansen)
2000 ‘ler

Mayaların Genel Özellikleri

Fizyoloji
Aerobik veya fakültatif anaerobik özellik gösterirler.
Obligat (zorunlu) anaerobik olarak bilinen maya türü yoktur.
Glikoz fermentasyonunu oldukça iyi gerçekleştirdikleri için endüstriyel önem taşırlar.
Üreme
Eşeyli ve eşeysiz olmak üzere iki şekilde ürerler.
Eşeysiz üreme;
Mayalarda tomurcuklanma olarak adlandırılır. Ana hücreden bir tomurcuk büyür.
Yetişkin boyuta ulaştığında şartlar uygunsa ana hücreden ayrılır.
Yeni hücrenin ana hücreden koptuğu noktada bir iz kalır.
Eşeyli Üreme
İki uyumlu mantar hücresinin bir araya gelmesi, haploid nukleusların füzyonu ve çekirdeğin mayoz bölünmesi ile oluşur.

Mayaların çeşitliliği

Maya genuslarının ayrımında fizyolojik testlerle
birlikte morfolojik testler de kullanılır.
Günümüzde 700 civarında maya türü tanımlanmıştır. Fakat bu sayı maya çeşitliliğinde sadece çok küçük bir bölümü temsil etmektedir.
Tanımlanmamış maya genus ve tür sayısı çok daha fazladır.

Mayaların Tanımlanması

Maya biyologları için maya çeşitliliğini tanımlamak kadar diğer önemli bir nokta; özellikle biyoteknolojik öneme sahip türleri belirleyip saklamak ve koruyabilmektir.
Moleküler biyoloji tekniklerinin yaklaşımıyla türler daha hızlı ve kolay bir şekilde karakterize edilebilmektedir.
Günümüzde 6 mayanın genom projesi tamamlanmış ve işlevsel genomik çalışmaları ile genlerin işlevlerinin belirlenmesine devam edilmektedir.

Besin İhtiyaçları

Maya hücreleri klorofil içermez ve zorunlu olarak kemoorganotrofiktirler.
Üremek için organik karbona gerek duyarlar.
Karbon metabolizmaları çok çeşitlidir. Örneğin basit şekerleri, polioller, organik ve yağ asitleri alifatik alkoller, hidrokarbonlar ve çeşitli heterosiklik ve polimerik bileşikleri karbon kaynağı olarak kullanabilirler.
Bu özellikleri nedeniyle farklı habitatlar için özelleşmiş türler kolaylıkla saptanabilir.

Ekoloji

Mayalar toprak, hava ve sudan izole edilebilirler.
Bazı mayalar ekstrem ortamlarda örneğin ozmofilik mayalar şeker bakımından zengin ortamlarda yaşayabilirler. Bu tür mayalar genellikle gıda bozucu olarak bilinir.
Bunların dışında fırsatçı patojen olarak bazı maya türleride örneğin Candida albicans pek çok enfeksiyondan sorumludur.

Mayaların Önemi

Mayalar insanlar için;
– ekonomik
– sosyal
– sağlık açısından oldukça önemli en eski evcilleştirilmiş organizmalardır.
Alkollü içeceklerin üretiminde, ekmek yapımında hamurun kabarması için binlerce yıl öncesinden beri kullanılmaktadırlar.
Bira yapımı belkide dünyanın ilk biyoteknolojisini temsil etmektedir.

Ortam İstekleri

Fungusların gelişme istekleri bakterilerden farklıdır.
Genellikle inorganik tuzlarla karbonhidrat içeren hafif asidik besiyerlerinde iyi gelişebilmektedirler.
Ayrıca besiyeri pH sının 3,5-5,4 aralığındaki asidik düzeylerde tutulması bakterilere karşı doğal bir korumayı da sağlamaktadır.

Büyüme Ortamı

Çoğu maya, yüksek şekerli çevresel numunelerden izole edilebilir. Meyvelerde; örneğin üzüm, elma veya şeftaliden, bitki özsuyu sızmalarında bulunur. Bazı mayalar toprak ve böceklerde bulunurlar.

Maya üretmek için kullanılan yaygın bir büyüme ortamı patates dekstroz agar (PDA) veya patates dekstroz ortamıdır. Dilimlenmiş patatesler suyla 5-10 dakika otoklavlanır (yani basınç altında pişirilir), sıvı kısım başka bir kaba aktarılır. Dekstroz (glikoz) eklenir (10 g/L) ve ortam tekrar otoklavlanarak sterilize edilir.
Endüstriyel alanda kullanılacak mayalarda istenilen karakterler
Şekeri yüksek düzeyde kullanabilmesi
Alkol üretiminin fazla olması
Yüksek sıcaklık derecelerine dayanıklı olmaları
Yüksek alkol konsantrasyonlarına toleransının bulunması
İyi bir aroma oluşturabilmesi
Fermantasyonu hızlı gerçekleştirebilmesi ve en önemlisi genetik stabilitesinin olmasıdır (Spencer ve Spencer,1983).

Fermentasyon Tipi

Maya üretimi dört tip prosesle de yapılabilmesine karşın, daha çok kesikli-beslemeli üretim stratejisi kullanılmaktadır.
Bunun en önemli nedeni reaktör içerisindeki şeker konsantrasyonunun maksimum verim için 0.2 g/l ‘yi geçmemesi gerekliliğidir.

Üretim Sistemi

Maya Üretimi

Maya; pres maya ve kuru maya olmak üzere iki formda üretilir.
Pres maya daha çok ekmekçilik sektörünün ihtiyaçları için üretilirken kuru maya evlerde kullanılır.
Her iki tip maya da benzer proseslerle üretilir. Ancak kuru maya farklı maya suşları ile üretilir ve üretildikten sonra kurutulur.

Maya Tipleri

1.Kuru Maya
a. Aktif Kuru Maya
b. İnstant Kuru Maya
2. Yaş Maya
a.Taze Krem/Sıvı Maya
b.Yaş Pres Maya

Kuru Maya

Aktif Kuru Maya

Kuru aktif maya %92-94 kuru madde miktarına kurutulmuş yaş pres mayadır. Düşük nem içeriği nedeniyle kararlı olmakla birlikte oda rutubetini absorbe edebilir. Kullanmadan önce 35-40°C sıcaklıkta suda 10-15 dakika bekletilmesi gerekmektedir. Soğuk su kullanıldığında maya aktivitesi azalacağı gibi, tersi durumunda, yüksek sıcaklıklarda denatürasyondan dolayı maya aktivitesi yok olabilir.

Instant Kuru Maya

Yeni kurutma yöntemleri kullanılmadan önce rehidrasyon için suda bekletmeye gerek duyulmayan bir kuru maya tipinin üretimini mümkün kılmıştır. Kararlılığını uzun süre koruyabilmesi ve nem değişmelerinin önlenmesi için vakum altında paketlenmiştir. Paketi açtıktan sonra buzdolabı koşullarında kapalı bir kapta saklanmalı ve 3-5 gün içerisinde kullanılmalıdır. Diğer kuru bileşenler ile birlikte kuru olarak karıştırılmalı veya yoğurma başladıktan sonra ilave edilmelidir. Bir ekmek üreticisinin kullandığı mayadan en yüksek verimi veya başka bir ifade ile en fazla CO2 gazı üretimi, en iyi hamur gelişimini ve ekmek lezzetini elde edebilmesi için mayanın da canlı bir organizma olduğu göz önüne alınarak gerek saklama gerekse kullanım koşullarına dikkat etmesi gerekmektedir.

Yaş Maya

Taze Krem / Sıvı Maya

Maya üretiminde; kesikli sistemde kademeli olarak maya çoğaltması tamamlandıktan sonra, maya hücreleri ortamdaki organik atık maddeden ayrıştırılmak suretiyle santrifüj yöntemiyle yıkanıp konsantre hale getirilir, soğutularak krem tanklarında muhafaza edilir. Krem maya, normal sıvı-işleme ekipmanları ile pompalanabilir ve miktarı ölçülebilir. Tüm ekipmanlar sağlık kurallarına uygun paslanmaz çelik olmalı ve yazılı prosedürler doğrultusunda yerinde temizleme (CIP) için ayarlanmalıdır. Depolama tankları boşaldıktan sonra hemen temizlenmelidir.

Yaş Pres Maya

Mayanın geleneksel şekli olan yaş pres maya yapımı için kuru madde miktarını %30’a çıkarmak üzere krem mayanın suyu uzaklaştırılır. Homojen bir şekilde istenilen blok formatında ekstrude edilir. Gıdaya uygun ambalaj kağıdı ile paketlenir. Yaş maya raf ömrünün kısa olması nedeniyle ambalajı üzerinde belirtilen muhafaza sıcaklığına dikkat edilmelidir. (En uygun ortam : 0-4 °C’deki kuru ve temiz ortamdır.)

Maya Üretimi

Kuru maya, aktif kuru maya ve instant kuru maya olmak üzere iki formda üretilir. İnstant kuru maya aktif kuru mayada kullanılan suşlardan daha hızlı reaksiyon veren suşlar kullanılarak üretilir.
İki maya arasındaki temel fark, aktif kuru maya kullanılmadan önce ılık suda çözündürülmesi gerekirken instant kuru mayada buna gerek yoktur.

Ekmek mayası üretiminin akış şeması

Maya Üretimi
Ekmek mayasının ilk basamağı saf mayanın bir seri fermantasyon kabında üretilmesidir.
En son fermentörden santrifüjle kazanılan maya dönerli vakum filtrelerden geçirilerek konsantre edilir.
Elde edilen konsantre maya bir sonraki aşamada az miktar su, emülsifiye edici madde ile karıştırılarak blender işleminden geçirilir. Bu işlemden sonra maya ekstruderden geçirilir. Boyutu ayarlanarak ambalajlanır. Eğer kurutma işlemi yapılacaksa bu basamakta yapılır.

Ekmek mayası üretiminde hammadde olarak saf maya kültürü ve melas kullanılır. Maya olarak Saccharomyces cerevisiae kullanılır. Diğer maya suşları özellikle aktif kuru maya ve instant kuru maya üretiminde kullanılır.
(Saccharomyces boulardii (= Saccharomyces cerevisiae HANSEN CBS 5926) ve benzer suşlara ait liyofilize formda kuru maya (E Komisyonu))

Melas Hammaddesi

(Sektörden Bir Örnek)

Şirketimiz melas satışında birinci el olup Türkiye çapında 52 şeker fabrikası ile çalışmaktayız.Yılın 12 ayı melas bulunmaktadır. (Aknak)

Birinci elden melas satışı. Hayvan besicilerine bidonlar ile yem fabrikalarına tırlarla satış imkanı. Fiyatlarımız ton bazındadır.KDV dahildir. (390 YTL.)

Şeker kamışı ve şeker pancarı mayanın üremesi için gerekli temel karbon kaynakları olarak kullanılır.
Melas %45-55 oranlarında sukroz, glikoz ve fruktoz formunda fermente edilebilir şeker içermektedir.
Şeker kamışı ve şeker pancarı kullanımı üzerinde elde edilebilirlik, fiyat, inhibitör ve toksin içerikleri rol oynar.

Maya Üretimi

Genellikle her iki melas karışım olarak ta maya üretiminde kullanılabilir. Öncelikle melas karışımı blender işlemi ile parçalanır.
pH değeri bakteri üremesini engellemek için 4,5-5,0 değerine ayarlanır. Bakteri tehlikesini gözlemlemek için pH’nın takibi son derece önemlidir.
Melas karışımı daha sonra tortular uzaklaştırılarak temizlenir ve yüksek basınçlı buhar altında sterilize edilir. Sterilizasyondan sonra su ile seyreltilir ve depo tanklarına alınarak fermantasyon işlemine kadar bekletilir.

Maya üretiminde gerekli olan bazı besin elementleri ve vitaminler vardır. Besin ve mineral gereksinimleri azot, potasyum, fosfat, magnezyum ve kalsiyum, ayrıca iz miktarda demir, bakır, mangan ve molibdendir. Normal şartlar altında azot ihtiyacı amonyum tuzları, amonyak çözeltisi veya susuz amonyağın hammaddeye ilavesi ile karşılanır. Fosfat ve magnezyum ise fosforik asit veya fosfat tuzları ile magnezyum tuzları formunda ilave edilir.

Vitaminler ise maya üretimi için gereklidir (biotin, inositol, pantotenik asit ve tiamin). Tiamin genellikle hammaddeye ilave edilir. Diğer vitaminleri ise ilave etmeye gerek yoktur melas içinde gerekli miktarda bulunur.

Fermentasyon işlemi mayaların bir seri tankın içinde aerobik koşullara tabi tutulmasıyla gerçekleşir (serbest oksijen veya hava verilir). Çünkü anaerobik koşullar altında maya fermente edilebilir şekerleri kullanarak etanol ve karbondioksit üretirken maya üretimi çok düşük oranda kalır.

Mayanın ilk üretim basamağı laboratuarda yapılır. Bir parça saf kültür melas maltı ile erlende karıştırılır ve 2-4 gün boyunca inkübe edilerek mayanın çoğalması sağlanır. Bir sonraki basamakta laboratuar koşullarında çoğaltılan maya kültürü ile ilk fermentöre aşılama yapılır. Üreme için 13-24 saat beklenir Bu basamakta bir veya iki fermentör kullanılır. Bu basamak erlende yapılan üretimin devamı niteliğinde olup farklı olarak ortama steril hava verilir ve aseptik koşullar uygulanır. Bu basamakta kesikli fermentasyon uygulanmaktadır.

Bundan sonra üretilen saf maya kültürü bir sonraki orta fermentöre aşılanır. Burada kesikli veya kesikli beslemeli yöntem uygulanabilir. Orta fermentörde elde edilen ürün bir sonraki basamakta stok fermentöre pompalanır. Bu fermentörde işlem bittikten sonra santrifüjle fermentasyon ortamdan ayrılacak ve diğer işlemlere geçilecektir. Bir sonraki aşama ara fermentörde gerçekleşir. Bu fermentörde güçlü bir şekilde havalandırma yapılır ve besin elementleri ve melas ortama adım adım verilir.

Ara fermentörde elde edilen maya ya santrifüj edilerek son fermentöre iletilinceye kadar depolanır veya son fermentörde maya üretimini başlatmak için parça parça ilave edilir.
Son fermentör ticari ölçekte olup yüksek oranda havalandırma, melas ve diğer besin elementlerinin ilavesi için gerekli donanıma sahiptir. İşlem süresi 11- 15 saattir. Gerekli melas ilavesinden sonra 0,5- 1,5 saat ilave havalandırma yapılarak mayaların depo stabilitesi artırılır.

Maya üretiminde üretilen maya miktarı fermentasyon basamakları ilerledikçe artar. Örneğin; orta fermentörde üretilen maya miktarı 120 kg iken, stok fermentöründe 420kg’a yükselir. Ara fermentörde miktar 2500kg’a yükselir. Ticari ölçekli fermentöre geçildiğinde ise bu rakam 15000- 1000000 kg’a kadar yükselir.

Anlatılan ekmek mayasının üretim aşamaları ticari boyutta farklılıklar gösterebilir. Ticari üretimler bazı işletmelerde iki aşamalı fermentasyonla diğerleri dört aşamalı fermentasyonla gerçekleştirilir. İki aşamalı fermentasyonda saf kültürü laboratuar koşullarında ürettikten sonra bunu stok fermentasyon ve ticari ölçekli fermentasyon üretimi takip eder. Dört aşamalı fermentasyonda ise saf kültür eldesini orta fermentör, ara fermentör ve ticari ölçekli fermentör takip eder.

Son aşamada elde edilen üründen mayanın ayrılması için santrifüj işlemi gerçekleştirilir. Elde edilen ürün de filtrasyondan veya dönerli vakum filtrelerden geçirilir. Bu aşamada elde edilen filtrat %27-32 oranında kuru madde içerir. Bu filtrat bir blender yardımıyla bir miktar su emülisifiye edici madde ve parçalamaya yardımcı yağ ilavesi ile karıştırılır. Daha sonra elde edilecek mayanın formuna göre paketleme işlemine geçilir

Pres maya üretiminde mayaya beyaz ve kremsi görünüm vermek ve mayada su sızmasını engellemek için emülsifiye edici maddeler eklenir. Maya kekinin ekstrüderler den şerit şeklinde çıkmasına yardımcı olmak için soya veya pamuk yağı eklenir. Daha sonra maya şeritleri kesilerek ambalajlanır ve 8°C altında bir sıcaklıkta depolanır.

Kuru ekmek mayası üretiminde ise filtrasyondan sonra ürün ekstrudere gönderilir ve hem tekstür düzenleme hem de ekstruderden çıkışın kolaylaşması için yağ ve emülsifiye edici ajanlar ilave edilir. İnce şeritler halinde ekstruderden çıkan maya kesilerek kesikli veya sürekli sistemle çalışan kurutuculara gönderilir. Kurutma işlemi sonrası maya vakum altında veya nitrojen gazı altında ambalajlanır. Kuru ve instant mayaların uygun depolama koşullarında depo ömrü 1-2 yıldır.

Maya üretiminde oluşabilen yan ürünler

Etanol, asetaldehit, bütanol, izopropil alkol, organik asitler ve asetatlardır. Bu yan maddelerin %80-90’ını etanol oluşturur. Geriye kalan %10-20 kısmı ise diğer alkoller ve asetaldehit oluşturur.
Asetaldehit hava kirliliğine yol açan tehlikeli bir maddedir.

Yan Ürünler

Yan ürünlerin oluşumunun bir nedeni fermentörde yeterli oksijenin sağlanmaması veya aşırı miktarda şeker (melas) bulunmasıdır. Bu şartlar anaerobik koşulların oluşmasına ve şekerin alkol ve karbondioksite dönüşmesine yol açar. Anaerobik koşullar altında 1mol şekerden 2mol etanol ve 2mol karbondioksit oluşur. Bu da ortamda etanol miktarının artmasına ve maya üretiminin düşmesine neden olur. Özellikle son fermentasyon ünitesinde etanol oluşumunu baskılamak için fermentöre yeterli hava sağlanırken aynı zamanda ortama melas beslemesi de azar azar yani kontrollü yapılmalıdır.

Neden?

İlk fermentörlerde daha çok etanol oluşur cevap sistemin kesikli olması ve yetersiz havalandırma nedeniyle !!

POLYSACC – Maya Kültürü

Polysacc Saccharomycess cerevisiae’ nin oksijensiz ortamda üretimi esnasında, özel fermentasyon tekniği ile elde edilen metabolitleridir.
Bu metabolitler, rumen mikroorganizmalarının çoğalmasını ve güçlenmesini sağlar.
Tüketilen yemin lezzetini de artırmak suretiyle verim artışını sağlar.

Bottleneck Hipotezi (Darboğaz Teorisi)

1986’da Sonnleitner ve Kappeli
tarafından geliştirilen darboğaz teorisi;
Mayanın oksijen limitasyonu ve/veya aşırı glukoz konsantrasyonu koşulları altında etanol oluşumuna neden olan sınırlayıcı bir oksijen kapasitesi olduğunu kabul eder.
Sınırlayıcı oksidasyon kapasitesi, sıvı fazdaki oksijen konsantrasyonu tüm tüketilen glukozu okside edebilecek kadar yüksekse, bu durumda arta kalan glukoz etanol fermentasyonuna yol açan indirgeyici metabolizmaya göre tüketilir.

Böylece etanol oluşumu başlar ve ortamda glukoz ile birlikte aynı zamanda etanolün bulunması maya hücreleri tarafından glukoz ile birlikte eşzamanlı olarak etanolün de tüketilmesine neden olur. Birlikte tüketilen etanol miktarı, oksidasyon kapasitesi tarafından sınırlanır. Böylece maya hücreleri için ilk olarak glukozun tüketildiği ardından etanolün okside edildiği diauxic büyüme başlar.

YAC (Yeast Artificial Chromosome)

Maya Yapay Kromozomu
•Maya yapay kromozomları (YACs)
genellikle yabancı DNA’ların (Örneğin insan DNA’sı) çok
büyük bir parçasını klonlamak için kullanılan vektörlerdir.
•YAC’lar karakteristik olarak 250.000 ile 1 milyon baz çifti uzunluğundadır.
§YAC; sentromer, replikasyon orijini ve S.cerevisiae’nın içine girebilmesini kolaylaştıran iki telomere sahiptir. Ek olarak her kromozom kolu seçilebilir ürünleri kodlayan genleri içerir.
Tüm Hücre Maya Kütlesinin Kullanım Alanları
Tüm Hücre Maya Kütlesinin Kullanım Alanları

Kaynaklar
1. Food and Agricultural Industry. Emission Factor Documentation for AP-42 Section 9.13.4 Yeast Production Final Report For U.S. Environmental Protection Agency Office of Air Quality Planning and Standards Emission Inventory Branch
2.Mauri Maya; Maya tipleri
3.Maya Teknolojisi ve Türkiye, Pakmaya, Doç.Dr. Türker Mustafa, İzmit
4.Applied Microbiology and Biotechnology, Spinger Berlin, vol.24,No:5, Spencer, 1986
5.Brock Biology of Microorganism, 10th Edition, Madigan, Partinko, Marker, 2001
6.S. L. Chen and M. Chigar, “Production Of Baker’s Yeast”, Comprehensive Biotechnology,Vol 20, Pergamon Press, NY, 1985.
7.Yeast Protocols, Xiao Wei, 2nd Edition, 2006
8.Polysacc, İnterkim, Derleme; Ay Seyfi, Çınar Halit.

…