Enzimleri Anlamak: Evbiracılığı Bilimi
Yazar: Steve Parkes
Yayım: Kasım 2001
Çeviren ve Yorumlayan: Sertaç Akar
Mayşelemede Neler Oluyor?
Çoğu evbiracısı için bu konu biraz karmaşıktır, ilginç olan, görülüyor ki çoğu ticari bira üreten biracılar da bu konuyu pek anlamıyorlar. Önemli olan mayşelemeyi iki farklı süreç olarak görmektir: katı arpa maltının sıvı bir özüte dönüşmesi ve bu tatlı “mayşe”nin posadan elde edilmesi.
Bu makale malttaki nişastayı çözünebilir şekerlere dönüştüren mayşeleme enzimlerini inceleyecek. Enzim aktivitesini anlamak ve maniple etmek bir kuru tahıl biracısının mayşenin fermentasyonunu kontrol etmesini sağlayacaktır. (Mayşeleme bu makalede mayşe ve şerbet için genel anlamda kullanılmaktadır. Haşlama ile şerbet elde etme süreci enzimlerin çalıştığı ilk süreçtir.)
Peki, Enzimler Nedir?
Hepi topu enzimler proteindirler. Önemli bir role sahip özel tipte protein. Biyokimyasal tepkimeleri tetiklerler yani yaşayan bir organizmada belirli bir sıcaklıkta belirli bir reaksiyonun aniden gerçekleşmesini sağlayacak yetenekleri vardır. Küçük molekülleri birleştirerek daha büyük moleküller, büyük molekülleri kırarak daha küçük moleküller yaparlar ya da molekülleri öyle bir işlerler ki ortaya bambaşka bir şey çıkarırlar.
Her bir biyokimyasal tepkime özel bir enzim tarafından tetiklenir. Örneğin maltoz iki glikoz molekülünün birleşmesiyle oluşur ve bu iş sadece bir tür enzim tarafından gerçekleştirilir. Maltozu tekrar iki glikoz molekülüne dönüştürmekle görevli olan ise başka bir enzimdir. Maltoz ayrıca ikili uzun glikoz zincirlerinin moleküllerinin kırılmasıyla da elde edilir ve bu iş de başka bir enzim tarafından yapılır.
Bir protein olmasından ötürü enzimler binlerce ve binlerce farklı amino asitin birleşmesiyle teşekkül ederler (doğal yoldan oluşmuş 20 tür amino asitten seçilirler). Bu da bir zincirdir ve kendine özgü bir şekli formu vardır. Bu şekil kendine has bir işi yapmak için yaratılmıştır ve önemi de buradan kaynaklanır. Eğer bu şekil aşırı bir sıcaklık ya da kimyasal bir atakla kırılır ya da zarar görürse enzim tepkimeyi tetikleyemez. Buna (denaturing) “doğallığı bozma” denir, enzimin yapısı bir kere bozuldu mu çok nadir olarak tekrar doğal yapısına geri döner.
Enzimin üzerinde çalıştığı molekül “altlık” (substrate) olarak adlandırılır ve enzim genellikle bu altlığın adını alır, “az” (ase) eki kullanılır (beta glikonaz enzimi beta glukan üzerinde çalışır ve alfa amilaz da nişastanın bir bileşiği olan amiloz üzerinde çalışan bir enzimdir). Tepkime sıcaklık belirli bir seviyeye geldiğinde gerçekleşir ve sıcaklık artarken enzimler daha hızlı tetikleme yaparlar. Ama aynı zamanda sıcaklık yüzünden doğallıkları bozulur ve tamamen bozulmadan önce aktivitelerinin en üst seviyesine çıkarlar.
Enzimleri A’dan B’ye Mayşeleme
Bir bira mayşelemesi sözkonusu ise biz iki tür enzimle ilgileniriz, alfa ve beta amilaz.
Alfa amilaz büyük, kompleks, çözünmez olan nişasta moleküllerini kırarak daha küçük çözünebilir moleküller haline getirmekle görevlidir. Sıcak, sulu mayşe içinde stabil haldedir ama sıcaklık aralığı 62,5 ila 70° C olduğunda nişastayı çözünebilir şekerlere dönüştürmeye başlar. Yardımcı faktör olarak kalsiyuma ihtiyaç duyar.
Beta amilaz nişastayı dönüşüme uğratan bir diğer mayşe enzimidir. Aktivitesi süresince fermente edilebilir şekerleri oluşturmakla görevli en önemli enzimdir. Sistematik olarak nişastayı yıkıma uğratarak maltoz üretir.
Beta amilaz 55 ila 65° C arasında etkindir. Diğer enzimler gibi etkinliği tepe noktasına ulaşır, sonra azalmaya başlar ve sıcaklık artarken büyük bir hızla son bulur. Bu süreç aynı zamanda hali hazırda var olan enzim miktarına da bağlıdır. Tüm enzimlerin tamamen bozulması zaman alır fakat son darbe çok ani biçimde gelir. Yani mayşe sıcaklığı 65 dereceye yaklaşırken beta amilaz etkinliğinin en hızlı evresine ulaşır ama aynı zamanda doğal yapısı da bozulmaya başlar. Bu abes görünebilir ama bu yüksek sıcaklıklarda doğal yapının bozulması çok hızlı olur, enzimin büyük bir kısmı 5 dakika içinde kaybolur gider.
Evbiracısının mayşeleme kazanında tahıl çok sıcak suya bırakıldığında karışım homojen bir sıcaklığa ulaşana kadar birkaç saniye içinde zarar görebilir, kırılgan enzimler bozulabilir.
Bunun pratik anlamı şudur, beta amilaz etkinliğini maniple edebilmek şerbetin verimliliğini kontrol altında tutmayı sağlar. Eğer mayşe beta amilaz aktivitesini destekleyecek sıcaklıkta “sabit” tutulabilirse malttaki şekerin çok büyük bir kısmı dönüştürülebilir ve maltoz elde edilebilir. Sonuçta şerbet daha çok oranda fermente edilebilir bir hale gelir.
__________
Mayşede Sıcaklık Demlenmeleri
45° ila 50° C arası protein ve beta glukanaz demlenmesi
62,2° ila 65° C arası fermente edilebilirlik demlenmesi
70° ila 75° C arası özüt dönüşümü demlenmesi
77,8° C mayşeleme bitimi sıcaklığı
__________
Bu Enzimler Ne İş Yapar
Bu enzimlerin ikisi de şerbette yer alan şekerleri tahıldaki nişastayı yıkıma uğratarak sağlar. 62,8 derecenin altında alfa amilaz etkinliği düşüktür ve büyük nişasta molekülleri çözünmemiş halde durmaktadır. 65 derecenin üzerinde ise beta amilaz yapısını önemli ölçüde kaybeder, mayşede çözünecek olan fermente olabilen şekerlerin limiti azalır. Bu biracıya çalışabileceği ve mayşede sonuçlanacak olan şekerler üzerindeki hakimiyetini sağlayacağı dar bir “aralık” bırakır. Daha düşük bir derece daha fermente olabilen bir mayşe sağlar ama verimlilik nispeten düşük kalır. Bunun yanı sıra daha yüksek bir derece fermente olabilmeyi kısıtlar ama özüt etkisini artırır.
Mayşe pekliği (sıklığı, yoğunluğu) verim ve fermente edilebilirlik üzerinde sıcaklığa benzer ama daha az etkili bir etkiye sahiptir. Daha pek olan bir mayşe daha kırılgan bir enzim olan beta amilaz için koruyucu bir görev üstlenir, böylece fermente edilebilmeyi artırır, bunun yanı sıra daha seyrek, daha sulu bir mayşe daha fazla özüt sunar. Bu enzimler arpa nişastası üzerinde çalıştıktan sonra haşlama kazanında bize geriye basit tatlı şekerlerden yaklaşık yüzde 15’ini bırakır, bu şekerler glikoz, fruktoz ve sukrozdur. İlk elde bunların çoğu maltta yer almaktadır ve sonra mayşede kolayca çözünürler. Elimizde bir de daha büyük parçalar olan ve nişastaya özgü molekül olarak bilinen dekstrin kalır (yüzde 20 ila 35). Genel inanışa göre ağız dolgunluğuna katkı sağlayan budur. Muhtemelen en büyük katkıyı bunlar sağlamaz ama birayı ağıza alınca amilaz tarafından hemen saldırıya uğrar ve glikoz üretir ve böylece ağıza tatlı bir rayiha yayılır. Geriye maltoz (az biraz da maltotrioz) kalıyor ve maltozun en temel kaynağı da beta amilaz enziminin etkinliğidir. Görülüyor ki mayşede enzim aktivitesini kontrol etmek çok önemlidir.
İskoçya’daki Heriot-Watt Üniversitesi’nde Profesör olan E. J. Manners 1974’de yazdığı makalede biracıların mayşeleme sırasında dikkatlerini verecekleri tek bir enzimin olduğunu yazıyordu ve bu enzim de alfa amilaz enzimiydi. Arpa nişastasını çözmek için gereken sıcaklığa dikkat çekiyordu (jelatinleşme (pelteleşme) sıcaklığı - arpa için 60° C), diğer enzimler o kadar çabuk doğallıklarını kaybediyorlardı ki aktiviteleri ciddiye alınacak durumda değildi. Sabit sıcaklıkta haşlama bu yüzden devreye girebilir durumdadır, malt sıcak su ile bir kez buluşturulur ve bu da dönüşümü sağlayacak tüm sıcaklık için yeterlidir. Yazar ayrıca İngiliz pale maltının sadece bu yöntemle bira yapmak için maltlaştırıldığını da söylemektedir. 21 yıl sonra basılan “Brewing” adlı kitaplarında Dr. Michael Lewis ve Dr. Tom Young beta ve alfa amilazlarının bağdaşık bir efora sahip olduklarını, yakın sıcaklık aralığında birlikte çalıştıklarını iddia etmektedirler. Bu eşli çalışma mayşenin fermente edilebilirliğini belirlemedeki rolü nedeniyle nihai birada daha büyük bir etkiye neden olmaktadır.
Birçok enzim sıcaklık ve zorlamalar nedeniyle doğallığını yitirip yapılarını kaybederken Amerikan iki sıralı maltı bu iki enzimi devasa miktarlarda içerir, böylece bu iki enzim tükenmelerinden önce mayşede yeterince etkili olurlar.
Bu tablo kademeli mayşeleme için sıcaklık aralığını göstermektedir. 62,8 ila 70° C “aralığında” mayşenin fermente edilebilirliği üzerinde kontrol sağlamak için ciddi bir çaba sarf edilir.
Bu tablo Dr. Michael Lewis ve Dr. Tom Young’ın “Brewing” adlı kitaplarından uyarlanmıştır.
Diğer Enzimler
Protaz enzimi biracılık bilimcileri arasında hala bir tartışma konusudur. Tarihsel olarak Britanya kökenli biracılar mayşedeki potansiyel zararlı proteinleri kıran ve çözen bu enzimi gözardı ettiler. Yüksek sıcaklıkların enzimlerin yapısının doğallığını bozduğu keşfedildikten sonra bu anlaşılır bir durum oluyor. Hele ki kademeli mayşeleme sırasında sıcaklık 62,2 derece seviyesine ulaşınca hiç bir protaz enzimi etki edecek canlılıkta kalamazken. Benzer olarak tam olgunlaşmış ve yüksek ısıda kurutulmuş olan Britanya maltı tam tersine protaz enzimini oldukça ihtiva etmektedir. 1980’de Davis’teki California Üniversitesi’nde yapılan bir araştırmada mayşedeki protaz etkinliğine odaklanılmıştır, modern maltların fırınlanmasında az biraz protaz enziminin yaşadığı sonucuna varılmıştır. Ama “protein dinlendirmesi”nde protein çözülmesini sağlayan enzimik şartlardan daha çok fiziki şartlardan kaynaklanmaktadır.
Buna karşılık bazı protein yıkımının gerçekleştiğine ilişkin kesin kanıtlar da var, enzimlerin mayşede yer alan amino asitlere ilave üretim yapmakla görevli olması da bu işin adını koymakta. Amino asitler maya için hayati besinlerdir yani eğer yüksek oranda takviyeler (adjucts) kullanılırsa ilave amino asitler büyük bir yarar sağlayabilir. Düşük sıcaklık seviyelerinde yapılan demlendirmeler amino asit miktarını mayşede ikiye katlayacaktır. Bu amino asitin artık miktarda oluşmasına neden olabilir ve hem biranın rayihasını hem biranın mikrobiyolojik kararlılığını negatif olarak etkileyebilir. Ders kitaplarında protaz enziminin büyük proteinleri küçük proteinlere indirgediği konusu hala tartışılmaktadır ama sadece 50 ila 60° C sıcaklık aralığında. “The Practical Brewer” kitabı Master Brewers Association of the Americas tarafından basıldı ve kitapta deniliyor ki protein parçalanması (proteolysis) maltlama sürecinde olduğu kadar mayşeleme sürecinde de gerçekleşmektedir. Sayısız miktarda yayınlanmış metinde kompleks proteinlerin polipeptitlere ve peptitlere yıkıldığı konusu ele alınmaktadır. Arpada yer alan büyük proteinlerin yıkılarak oluşan çözünebilir büyük parçaları köpüğün artışıyla görevlidirler, damakta doygunluk hissi uyandırırlar ve bulanıklığa neden olurlar. Küçük parçalar ise maya besinini takviye ederler.
Beta glikonaz enzimi ticari biracılıktaki süreçlerde ve biranın kalitesi üzerinde negatif etkiye sahip olabileceği için önemlidir. Beta glukan sakızımsı bir karbonhidrattır ve net bir şekilde hem biranın hem de mayşenin ağdalığını (viscosity) artırır. Bu artmış ağdalılık posadan ayırma ve birayı filtreleme sırasında kesin probleme neden olur.
Maltı posasından ayırma işleminin biraz zaman alması dışında bu dertler evbiracısı için bir sorun teşkil etmez. Pek az evbiracısı birasını fitre etme gereği hisseder. Bu enzim büyük beta glukanları parçalar daha küçük olanlarını yapar, daha az problem çıkarmalarını sağlar. Sınırlı bir ölçüde düşük mayşe sıcaklığında etkindir.
Fitaz bir enzimdir, arpadaki fitik asiti (fosfat için devasa bir kaynaktır) serbest fosfatlara çevirir, fosfatlar enzimlerin yardımcı faktörleri olarak maltlama sürecinde ve pH düzenlemesinde hayati önem taşırlar. Günümüz maltında fırınlama sürecinde tümüyle yapısını yitirir. Ama yarı olgunlaşmış maltın hafif fırınlanması ve sabit sıcaklıkta haşlama yöntemi uygulanması ile bu enzim mayşe pH’ını seviye sınırlarına taşımakta bir faktör olabilir.
Lipoksigenaz biracıların ilgisini çeken bir diğer enzimdir. Bu enzim biranın bayatlamasına neden olur diye yapılan spekülasyon üzerine bira bilimcileri son yıllarda kendi aralarında yaptıkları dostane tartışmaları kavgaya çevirmektedir. Destekçilerin iddiasına göre mayşede okside olan lipitler rayiha öncülerinin bayatlamasına neden olmaktadır. Diğer yandan muhalifler onun bağlantısının ve etkisinin tartışmalı olduğunu savunmaktadırlar. Hangisi olursa olsun bu bir evbiracısını ilgilendiren bir mesele değildir.
Mayşe pH’ının Rolü
Mayşe pH’ı birçok enzimin aktivitesini etkileyen bir diğer önemli faktördür. Damacana suyu ile yapılan mayşeleme 5,8 ila 6,0 aralığında son bulur. Sudaki yeterli sayıdaki kalsiyum iyonları mayşe pH’ının 5,5 ila 5,6 değerine düşmesine neden olur. Kalsiyum iyonu eklemesi pH’ı 5,2 seviyesine kadar düşürebilir. Böylece iki temel mayşe enzimi alfa ve beta amilaz için optimal seviyeye ulaşmış oluruz. Ayrıca optimal seviyedeki pH, enzimi sıcaklığın etkilerinden biraz da korumuş olur.
https://byo.com/mead/item/1543-understanding-enzymes-homebrew-science