Μαγνήσιο & Ασβέστιο – Σημασία στην αλκοολική ζύμωση και ο ανταγωνισμός μεταξύ τους.

Το μαγνήσιο, το ασβέστιο και ο ψευδάργυρος (όπου θα αναπτύξω σε επόμενο άρθρο τη σημασία και τη σχέση με το μαγγάνιο στη ζωτικότητα και την τοξικότητα) είναι απαραίτητα ανόργανα θρεπτικά συστατικά και απαιτούνται σε συγκεντρώσεις mg/Lt (για κύρια ιόντα όπως το Mg) ή σε μg/Lt (για ιχνοστοιχεία όπως ο Ζn). Παρά τη διαφορά τους στη συγκέντρωση, αυτά τα μέταλλα είναι απολύτως απαραίτητα για τις κυτταρικές λειτουργίες των ζυμών. Όλα αυτά τα στοιχεία έχουν διπλό θετικό φορτίο (δισθενή κατιόντα) και στη ζύμωση η χρήση τους συχνά επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των άλλων αλληλεπιδράσεων (ως χηλικές ενώσεις) παρουσία άλλων ιόντων που θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως ανταγωνιστές.

Μαγνήσιο
Το μαγνήσιο είναι το πιο άφθονο δισθενές κατιόν στα ζωντανά κύτταρα και είναι απολύτως απαραίτητο για την ανάπτυξη και το μεταβολισμό της ζύμης.
Κατά τη φάση ανάπτυξης, η χρήση του διαθέσιμου Mg επιτρέπει τον συγχρονισμό της κυτταρικής διαίρεσης και την αύξηση του ρυθμού ανάπτυξης.
Όσον αφορά τον μεταβολισμό, το μαγνήσιο είναι συμπαράγοντας για περισσότερα από 300 ένζυμα και κατά τη φάση της ζύμωσης διεγείρει γλυκολυτικά ένζυμα, συμπεριλαμβανομένης της πυροσταφυλικής δεκαρβοξυλάσης (PDC), η οποία διευκολύνει την παραγωγή αιθανόλης.
Η έλλειψη Mg επιτρέπει την ενεργοποίηση της πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης (PDH) που διευκολύνει τον αναπνευστικό μεταβολισμό. Στο παρακάτω σχήμα συνοψίζει ένα μοντέλο ελέγχου του μεταβολισμού της ζύμης που βασίζεται στην αλλοίωση του βιοδιαθέσιμου Mg. 

Ελεγχόμενες προσθήκες μαγνησίου (για παράδειγμα με τη μορφή θειικού μαγνησίου) μπορούν να λύσουν τα προβλήματα πιθανής ανεπάρκειας αυτού του μετάλλου στο μέσο καλλιέργειας (Walker et al., 1996). Εναλλακτικά, είναι δυνατόν να εμπλουτιστούν τα κύτταρα με Mg πριν τον εμβολιασμό τους στο μέσο καλλιέργειας, αξιοποιώντας την ικανότητα που έχουν τα κύτταρα για να αφομοιώσουν αυτό το στοιχείο με κανονικό τρόπο (Walker and Maynard, 1997; Walker and Smith, 1999). Είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι το μαγνήσιο ενεργοποιεί τις αντλίες πρωτονίων ATPase της μεμβράνης πλάσματος (Jones and Greenfield, 1984) και ρυθμίζει τη λειτουργία των ενεργών αντλιών για το K + και Na +, των οποίων διευκολύνεται η είσοδος στο κύτταρο.
Το μαγνήσιο συμβάλει στη σταθεροποίηση της κυτταρικής μεμβράνης και εξουδετερώνει τις φωσφολιπιδικές μεμβράνες.
Αυτή η ιδιότητα εξηγεί γιατί τα κύτταρα προ-εμπλουτισμένα με Mg γίνονται πιο ανθεκτικά στο στρες της αιθανόλης ή σε υψηλές θερμοκρασίες (Birch and Walker, 2000).

Η κυτταρική ανάγκη για ιόντα Mg είναι περίπου 50-100 mg/Lt και η συγκέντρωσή του στο σταφύλι πρέπει να κυμαίνεται από 40 έως 160 mg/Lt (Cabanis and Flanzy, 1999). Δυστυχώς όμως, το Mg, στο γλεύκος , μπορεί να μην είναι πάντα βιοδιαθέσιμο. Για παράδειγμα, θα μπορούσε να συμπλοκοποιηθεί με αμινοξέα και οι ζύμες δεν θα είναι σε θέση να το μεταφέρουν με ευκολία σε όλη την κυτταρική μεμβράνη. Το μεγαλύτερο μέρος του Mg που σχετίζεται με το κύτταρο δεν είναι διαθέσιμο για κυτταρικές λειτουργίες επειδή συνδέεται με μη ειδικές ομάδες του κυτταρικού τοιχώματος (Walker, 1978; Saltukoglu and Slaughter, 1983). Υψηλές συγκεντρώσεις άλλων ιόντων, συμπεριλαμβανομένου του ασβεστίου, θα μπορούσαν να επηρεάσουν την απορρόφηση και χρήση μαγνησίου.

Ασβέστιο
Το ασβέστιο έχει θεμελιώδεις λειτουργίες για τις κυτταρικές λειτουργίες αλλά σε πολύ χαμηλές ενδοκυτταρικές συγκεντρώσεις. Στην πραγματικότητα, τα κύτταρα  αναπτύσσονται πολύ καλά με πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις ασβεστίου. Συνδέεται σταθερά με τα κυτταρικά τοιχώματα του ζυμομύκητα και παίζει διάφορους ρόλους στις αλληλεπιδράσεις κυττάρου-κυττάρου (για παράδειγμα στην κροκίδωση) και στον διαχωρισμό του θυγατρικού κυττάρου κατά τη διαδικασία της πολλαπλασιασμού (Anraku et al., 1991).

Ο Saccharomyces cerevisiae τείνει να αποκλείσει ενεργά το Ca από το κύτταρο (Helin and Slaughter, 1977). Το μαγγάνιο μπορεί να αντικαταστήσει το ασβέστιο και είναι 500 φορές πιο αποτελεσματικό στη στήριξη διαδικασιών κυτταρικού κύκλου (Louking and Kung, 1995). Η βέλτιστη συγκέντρωση Ca για την ανάπτυξη κυττάρων ζύμης είναι 20-200 mg/Lt, αλλά υποτίθεται ότι αυτή η τιμή είναι πολύ χαμηλότερη για τον S.cerevisiae (Jones and Greenfiled, 1984). Ωστόσο, στα περισσότερα γλεύκη, η συγκέντρωσή του είναι πολύ μεγαλύτερη (Walker, 1994). Αυτή η κατάσταση θα μπορούσε να οδηγήσει σε σοβαρά προβλήματα ανάπτυξης και ζύμωσης των κυττάρων (Tajima et al., 1996), κυρίως λόγω του ανταγωνισμού του με το μαγνήσιο.

Ανταγωνισμός μεταξύ μαγνησίου και ασβεστίου
Ο βιοχημικός ανταγωνισμός μεταξύ ασβεστίου και μαγνησίου είναι γνωστός. Λόγω της χημικής του φύσης και του μεγαλύτερου αριθμού συντονισμού, το ασβέστιο έχει μεγαλύτερη ικανότητα από το μαγνήσιο να δεσμεύεται με πρωτεΐνες και με άλλες ενώσεις. Αυτός είναι ο κύριος λόγος που αντικαθιστά το μαγνήσιο (Williams, 1974). Αναστέλλει τη μεμβρανική μεταφορά του μαγνησίου και τη λειτουργία της εξαρτώμενης ΑΤΡάσης, μειώνοντας δραστικά την είσοδο θρεπτικών συστατικών. Βρέθηκε θετικός συσχετισμός μεταξύ κυτταρικού θανάτου και υψηλών συγκεντρώσεων Ca. Η ίδια συσχέτιση είναι αρνητική για Mg. Η βέλτιστη κυτταρική αναλογία μεταξύ Ca και Mg είναι 1:30 και είναι σαφές πώς μια μεγαλύτερη αναλογία μπορεί να ευνοήσει την κυτταρική ανάπτυξη ζυμομυκήτων και να βελτιώσει τις διαδικασίες ζύμωσης όπως το παρακάτω πίνακα. Το σταφύλι είναι γενικά πλούσιο σε ασβέστιο . Είναι δυνατόν να μειωθεί το Ca με κατεγασίες / χημική καθίζηση ή είναι δυνατόν να αυξηθεί η αναλογία Mg: Ca με προσθήκη αλάτων μαγνησίου.

–  Νικόλαος Αγοραστός

Add a Comment

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.