Микробиология пивоваренного производства.

Пиво является слабоалкогольным напитком, приготовляемым из зернового сырья, хмеля и воды путем сбраживания сусла специальными расами пивных дрож­жей. Производство пива - сложный и длительный биохимический процесс, который состоит из следующих стадий:

•изготовление солода из ячменя;

•получение пивного сусла из солода, несоложеных материалов и хмеля;

•сбраживание пивного сусла специальными пивными дрожжами;

•выдержка (созревание) пива;

•фильтрация и розлив пива.

В качестве основного сырья для изготовления пива используется ячменный солод, но можно добавлять и несоложеные зерновые материалы. Сухой солод, при­меняемый в пивоварении, готовят в солодовнях или на специальных заводах, путем проращивания зерна ячменя, ржи, овса или проса. Во время проращивания зерно об­семеняется в большом количестве и самой разнообразной микрофлорой, включаю­щей дрожжи сахаро- и несахаромицеты, плесневые грибы, молочнокислые, уксусно­кислые бактерии, сарцины, педиококки, бациллы типа Вас. subtilis и многие другие.

Ячменный солод смешивают с теплой водой и осахаривают при температурах, благоприятных для действия амилолитических и протеолитических ферментов. По окончании осахаривания в затор вводят определенное количество хмеля и всю массу кипятят. При этом белки коагулируют, инактивируются ферменты, а хмелевые вещества растворяются и придают суслу характерную хмелевую горечь и аромат. Прокипяченный затор фильтруют, получают сусло, которое после охлаждения по­ступает в бродильное отделение на брожение. Сброженное сусло - так называемое незрелое (зеленое) пиво - передается на дображивание (созревание) в закрытые аппараты -танки, а затем готовое пиво фильтруется и поступает на разлив.

Характеристика дрожжевых культур. В пивоварении главная роль принадле­жит дрожжам. Они должны обладать следующими свойствами: быстро и глубоко сбраживать пивное сусло, при низкой температуре давать высокую полноту осветле­ния (быстро оседать на дно за счет хлопьевидности), сообщать пиву ярко выражен­ный аромат и мягкий вкус. Исходя из этих требований, в пивоварении наиболее широко применяются дрожжи низового брожения. Низовые дрожжи пивоваренного производства относятся к виду Saccharomyces carlsbergensis. Характерной особен­ностью их является способность сбраживать глюкозу, фруктозу, мальтозу, сахаро­зу солодового сусла при относительно низких температурах (6-10°С), и при темпера­туре дображивания - 0,5-1ºС. Низовые пивные дрожжи не сбраживают крахмал, дек­стрины. По морфологическим признакам они не отличаются от других видов Saccharomyces. Размножаются почкованием. Споры образуются не всегда. При t = 60-65°С клетки полностью отмирают.

В процессе брожения пивного сусла различают два периода брожения: главное и дображивание. В период главного брожения дрожжи активно размножаются и большая часть Сахаров превращается в спирт, а при дображивании дрожжи почти не размножаются, они медленно сбраживают оставшиеся сахара. При сбраживании Сахаров происходит ассимиляция дрожжами азота аминокислот, аммонийных солей с образованием при этом летучих и нелетучих кислот и некоторых азотсодержащих веществ. В период дображивания идет созревание пива, представляющее собой сложный процесс превращения различных веществ с участием и без участия дрож­жей. В результате созревания пиво приобретает свой гармоничный вкус и аромат.

Главное брожение длится 7-10 суток при t = 5-9°C, дображивание ведется в за­крытых танках в лагерном помещении при соблюдении низкой температуры. При 8-10°С в пиве могут развиваться кислотообразующие бактерии, в результате чего пиво мутнеет, ослизняется и прокисает. По окончании дображивания пиво под­вергают химическому и микробиологическому исследованию и передают на фильт­рацию и разлив. Осадки дрожжей снимают и танки дезинфицируют.

Микроорганизмы - вредители пивоваренного производства.

Солодовое сусло и пиво являются благоприятной средой для многих микроорга­низмов, которые попадают в производство с сырьем, водой, воздухом, от плохо промытых и недостаточно продезинфицированных производственных емкостей, через коммуникации и от инвентаря. Среди микроорганизмов, наиболее часто развивающихся в сусле и пиве, встречаются дрожжеподобные организмы - дикие и пленчатые дрожжи и различные бактерии. Большинство из них придают пиву посто­ронний запах и вкус, вызывают быстрое его помутнение, а следовательно, являются вредителями производства. Из диких и пленчатых дрожжей развивается вид Saccharomyces pasteurianis. Клетки этого вида бывают круглой, овальной, но ча­ше удлиненной формы. Они легко образуют споры в течение 24-28 час. Попадают в производство из воздуха. Придают пиву посторонний запах, горечь. Пиво становит­ся мутным и трудно осветляется. Накапливаются они в засевных дрожжах, что ука­зывает на необходимость постоянного контроля за чистотой дрожжей. В производ­стве может появиться другой вид дрожжевых грибов Saccharomyces turbidans. Клет­ки его имеют овальную форму. При соответствующих условиях они образуют споры в течение 20-22 часов. Чаше всего попадают в пиво с воздухом. Развиваясь в пиве, изменяют его вкус и вызывают сильное помутнение. Из других видов рода Saccharomyces порчу пива вызывают Sacch. willianus, а также Hanseniaspora apicula-ta (Sacch. apiculata) - лимонообразные дрожжи, встречающиеся на плодах и ягодах. Они в пиве образуют осадок и придают неприятный запах.

Из несовершенных дрожжей пиву приносят вред представители родов Torulopsis и Candida. Представители рода Torulopsis отмирают и автолизируются в пиве рань­ше культурных дрожжей, чем создают условия для развития педиококков. Candida развивается на поверхности готового пива (после розлива) в виде белой или серова­той пленки. Вызывает помутнение пива, а также придает ему неприятный вкус.

Порчу сусла и пива вызывают также разнообразные бактерии. Наибольшую опасность для пивоваренного производства представляют педиококки (пивные сарцины - Pediococcus cerevisiae). Клетки у них обычно соединены по четыре, но бывают соединены попарно и одиночные. Педиококки приспособились к темпера­турным условиям и рН среды пивоваренного производства. Они могут развиваться даже при 0°С. Оптимум рН для их роста лежит в пределах 5,7-5,9, минимум -3,7 - 4,9, максимум - 6,9 - 7,1. Их развитию благоприятствуют также анаэробные условия брожения пива (микроаэрофилы). В производство они попадают с сырьем и воздухом. Встречаются на всех стадиях производства, а следовательно, попадают и в засевные дрожжи. В сусле и пиве они образуют муть и мелкозернистый осадок, иногда ослизняют пиво, придают пиву неприятный вкус и запах.

Наиболее активно размножаются педиококки в присутствии дрожжей, так как получают от последних нужные им витамины - тиамин и рибофлавин. Своими про­дуктами жизнедеятельности педиококки затормаживают размножение дрожжей.

 

Микробиология виноделия

Вино представляет собой продукт спиртового брожения виноградного или плодово-ягодного сока. В виноградном соке (сусле) содержится вода - до 80%, сахара (глюкоза, фруктоза) - 15%, пектиновые, красящие, дубильные, азотистые вещества, органические кислоты, витамины и др. Химический состав сока (сусла) зависят от сорта винограда и почвенно-климатических условий его произрастания.

Важнейшей операцией в виноделии является брожение сока. В процессе брожения, сахар содержащийся в соке сбраживается дрожжами с образованием этилового спирта и СО₂.

Первичный процесс брожения протекает в больших емкостях (бочках, бутах) или непрерывным способом в бродильных резервуарах. Оптимальные условия брожения: t= 20-25°C, содержание сахара 10-20%, кислотность сусла 8-10 г/л. В ходе брожения образуются соли органических кислот - кислый винно-кислый калий и кальций, которые выпадают в осадок в виде винного камня.

По окончании брожения вина снимают с осадка и фильтруют. Некоторые из них в таком виде уже считаются готовыми, другие являются лишь полуфабрикатами виноматериалами и используются для дальнейшей переработки - купажа вин и шампанского, а также используются для переработки на коньячные виноматериалы (вторичное виноделие).

Ведущую роль при брожении виноградного и плодово-ягодного соков выполняют дрожжи. Соки являются идеальной питательной средой для развития самых разнообразных видов дрожжей, которые всегда в больших количествах присутствуют на поверхности спелых ягод и плодов. Далеко не все виды дрожжей играют положительную роль в брожении. Многие из них тормозят процесс и ухудшают качество продуктов.

Винодельческие ("культурные") дрожжи должны быть устойчивыми к низким t, спирту, высокой кислотности, высокому давлению углекислоты, накапливать до 20% спирта, давать хорошие осадки.

Типичными представителями этой группы являются дрожжи Saccharomyces vini и Saccharomyces oviformis. В большинстве случаев указанные дрожжи имеют овальную форму клеток, строение которых не отличается от строения клеток других сахаромицетов. Размножаются почкованием и способны образовывать споры. Сбраживают глюкозу, фруктозу, мальтозу, сахарозу; образуют до 18% спирта. Кроме "культурных" дрожжей в виноградное сусло постоянно попадают (иногда в больших количествах) так называемые "дикие" дрожжи, которые слабо сбраживают сахара и образуют побочные продукты, резко ухудшающие качество вин ("болезни вина").

Дрожжи Hanseniaspora (апикулятус) всегда присутствуют на винограде и других ягодах и плодах. Иногда составляют до 90% всей микрофлоры сусла. Клетки имеют лимонообразную форму, чрезвычайно быстро размножаются. Образуют всего 4-7% спирта. Угнетают культурные дрожжи. Вино приобретает посторонние запах и вкус.

Дрожжи Pichia (пихия). Форма клеток овальная, эллипсовидная, колбасовидная. Спиртовое брожение не вызывают. Окисляют сахара до С0₂ и Н₂0. Образуют пленку ("цвель", помутнения). Вино приобретает фруктово-эфирный и лекарственный привкус. Продукты метаболизма тормозят рост винных дрожжей и снижают их бродильную способность.

Дрожжи Hansenula (ганзенула). Клетки различной формы. Образуют споры шляповидной формы. При брожении образуется не более 3-4% спирта, пленка, осадок, большое количество эфиров, которые придают вину резкий посторонний запах.

Дрожжи Saccharomycodes Ludwigii (сахаромикод Людвига). Крупные клетки, образуют 9-11% спирта, тормозят развитие культурных дрожжей, вызывают помутнение полусладких вин. Способны развиваться в сульфитированном сусле при содержании до 600 мг/л.

Дрожжи Brettanomyces - клетки овальные, удлиненные. Тормозят развитие шампанских дрожжей. Вредитель производства шампанских вин, является причиной возникновения "мышиного" запаха.

Пленчатые дрожжи (Mycoderma) имеют клетки овальной и колбасовидной формы. Спор не образуют, аэробы. На сусле и вине образуют сухую, матовую, морщинистую пленку. В вине снижается содержание спирта, увеличивается количество летучих кислот, что придает ему кислый вкус. Снижается активность развития винных дрожжей. Не развивается при концентрации спирта более 12%. Микодерма является главным возбудителем "цвели". В результате действия пленчатых дрожжей, вино в конце-концов превращается в водянистую жидкость с неприятным запахом и вкусом. Портятся легче всего сухие виноградные вина с невысокой крепостью, хранящиеся в неполной таре (бочках, бутах).

Из числа бактерий вредители виноделия представлены в основном палочковидными формами.

Acetobacter (уксуснокислые). Палочковидные, аэробные, подвижные, спор не образуют. Окисляют спирт до уксусной кислоты. При содержании кислоты 1 г/л вино приобретает уксусный привкус, а при содержании 2 г/л непригодно для употребления. Разные виды уксуснокислых бактерий образуют пленки, развиваются при содержании спирта от 9 до 14%, при t° от 8 до 35°С. Чаще встречаются в белых винах, чем в красных.

Lactobacillus (молочнокислые). Молочнокислое брожение в сухих винах происходит за счет разложения яблочной кислоты на молочную и С02. (яблочно-молочнокислое брожение). В результате разложения Сахаров образуются также молочная и летучие кислоты. Больное вино приобретает резкий, сладковато-кислый, "царапающий" вкус и запах квашенных овощей. Возбудителями являются палочки видов Lactobacillus gracile, L. Buchneri, L. Breve, L. Plantarum и др. Многие виды очень устойчивы к спирту (до 23%). Оптимальная t(развития 22-30(С. В крепких винах, с содержанием сахара 16-20% наблюдается образование "шелковистых" нитей (на свет). Вино приобретает острый, кислый вкус, запах квашенной капусты.

Некоторые виды бактерий могут вызывать образование слизи в Вине (ожирение). Возбудителем являются мелкие, короткие палочки, образующие цепочки анаэробы - Bacterium Viscosus. Заболевание происходит в результате разложения остаточного сахара с образованием декстриноподобного углевода - вискозы. Подвержены в наибольшей степени молодые, малокислотные белые вина с остатками сахара и содержанием спирта не более 12%. Вино становится слизистым, "пустым" с неприятным вкусом.

Bacterium tartarophtorum - Короткие палочки образуют нити, неподвижны, спор не образуют, факультативные анаэробы. Отличительной особенностью их является способность образовывать маннит из фруктозы. Кроме того, они разлагают яблочную и винную кислоты, глицерин с образованием уксусной, молочной, пропионовой кислот и С02. В результате в винах наблюдается помутнение, побурение, образование вялого "плоского" вкуса запаха уксусного эфира. Заболеванию (турн) подвержены столовые и крепкие вина.