Лекции по "Биотехнологии"

Клетки пивоваренных дрожжей размерами 5...10х5...13 мкм имеют круглую или овальную форму, размножаются почкованием. Разница в форме отдельных клеток зависит от изменения состава среды, питания, наличия вредных примесей, в частности тяжелых металлов, изменения температуры и т. п. Значительные изменения формы дрожжевых клеток являются признаком дегенерации дрожжей. Здоровые дрожжи всегда наряду с крупными клетками имеют часть мелких, которые в период интенсивного роста не смогли еще достичь размеров взрослых клеток. При попадании дрожжей в неблагоприятные условия возникают сумки со ссорами, при этом вегетативные клетки превращаются в сумки со спорами. В одной сумке образуется 1-4, реже 8 спор. Споры шаровидные или овальные с гладкими оболочками. В благоприятных условиях споры снова превращаются в почкующиеся клетки: перед этим происходит разбухание и копуляция прорастающих спор или их почек. На сусло-агаре обычно формируются гладкие, тускло-блестящие, белые с желтоватым оттенком колонии. Для Saccharomyces cerevisiae характерен бродильный тип усвоения сахаров; при сбраживании сахаров  образуется большое количество спирта, что определяет практическое значение дрожжей.

СТОЙКОСТЬ ПИВА

Пиво, разлитое в транспортную тару, должно в течение определенного времени сохранять свои исходные свойства, главным образом вкус и запах, прозрачность и пенистость. Видимым признаком, по которому обычно определяют товарные свойства пива, является прозрачность. Время в сутках, которое проходит при температуре 20 °С от розлива пива до появления в нем заметного помутнения или осадка, называется стойкостью. Различают помутнение биологическое, образующееся в результате размножения дрожжей или других микроорганизмов, и небиологическое (коллоидное), образующееся при нарушении физико-химического равновесия коллоидных систем пива. Пиво является бедной питательной средой. Степень его сбраживания приближается к конечной, так что пиво содержит лишь незначительное количество сбраживаемых веществ, а кроме того, вещества, тормозящие развитие микроорганизмов, - спирт, горькие хмелевые и некоторые другие. Пиво имеет кислую реакцию и в закрытом сосуде (обычные условия его хранения и транспортирования) обладает свойствами анаэробной среды. В таких условиях в нем может размножаться очень ограниченное количество микроорганизмов, которыми пиво может загрязниться в ходе технологического процесса. Размножение микроорганизмов в разлитом пиве всегда снижает его биологическую стойкость, а образующееся биологическое помутнение может быть дрожжевым или бактериальным.

В готовом пиве способны развиваться как дикие, так и культурные дрожжи. В результате своей жизнедеятельности они ухудшают товарный вид продукта, вызывая помутнение или образование осадка. Однако развитие в готовом пиве диких дрожжей более опасно, чем попадание культурных. Культурные дрожжи изменяют содержание экстракта готового пива незначительно, состав пива существенно не меняется. Дикие дрожжи более интенсивно потребляют экстракт пива, резко изменяют содержание летучих веществ, подавляют жизнедеятельность основной культуры, а также оседают хуже, чем культурные пивоваренные дрожжи, поэтому затрудняют осветление пива. В результате этого меняются органолептические показатели пива. Помутнение, вызванное культурными дрожжами, не нарушает вкус пива, однако снижает его потребительскую ценность.

Пиво, помутневшее от диких дрожжей, считается больным и испорченным. Дрожжевое помутнение образуется чаще всего в молодом пиве, содержащем значительное количество экстракта. Культурные дрожжи или проходят через фильтр, или попадают в пиво из трубопроводов и различных автоматов как вторичное загрязнение. В пиве они размножаются и за короткое время образуют густое помутнение. Крупнозернистое по своей структуре, оно быстро образует осадок. После осаждения помутнения пиво прозрачно, вкус почти не изменяется, пенистость хорошая. Помутнение, вызванное дикими дрожжами, по структуре тонкое. Оно оседает очень медленно или вообще не осаждается, а если и образует осадок, то легкий, хлопьевидный, который быстро поднимается от малейшего взбалтывания. При этом пиво приобретает посторонний привкус различного характера в зависимости от интенсивности помутнения: фруктовый, терпкий и т. д. Запах пива также изменяется. Дикие дрожжи активируются, как правило, только тогда, когда деятельность культурных дрожжей приостанавливается, т. е. в аппаратах дображивания.

Возникновение бактериального помутнения свидетельствует о серьезных недостатках в биологической чистоте производства. Это помутнение в пиве бывает обычно очень тонким, часто в виде вуали, и, как правило, оно не осаждается. Вкус пива в этом случае непоправимо изменяется. Бактериальные загрязнения вызываются чаще всего палочковидными и кокковидными молочнокислыми бактериями. Последние образуют тетрады, называемые пивной сарциной. Палочковидные молочнокислые бактерии при сбраживании сахаров образуют молочную, уксусную и муравьиную кислоты. Помутнение, вызванное этими бактериями, отличается сильным шелковистым блеском в период наибольшей его интенсивности, затем оно уменьшается за счет постепенного осаждения частиц и на дне появляется легкий осадок. Повышенная кислотность пива, замутненного молочнокислыми бактериями, неприятно отражается на вкусе тогда, когда образуется очень много молочной кислоты. Пивная сарцина хорошо размножается без доступа кислорода. Помутнение, вызванное педиококками, проявляется в опалесценции пива. При сильном загрязнении пивной сарциной пиво приобретает неприятно сладкие вкус и запах от повышенного содержания диацетила. Напиток в этом случае считается непригодным к употреблению. Этот вид помутнения относится к наиболее опасным биологическим недостаткам пива и встречается чаще у темных сортов напитка, чем у светлых. Помутнение, вызванное уксуснокислыми бактериями, бывает редко. Как типичные аэробы они могут размножаться в сильно аэрированном или негерметично закрытом пиве. Это помутнение выражается в опалесценции, без возникновения осадка. Вкус и запах пива при этом быстро ухудшаются. Из плесени наиболее опасными для пива являются обнаруженные в ячмене плесени Fusarium, Rhizopus, Alternaria, которые становятся причиной фонтанирования, т. е. быстрого выброса пива из бутылки после открывания пробки (эффект гашинга). Возможно заражение пива бактериями группы кишечных палочек. Они могут попасть в пиво при использовании недостаточно чистой воды, воздуха, от загрязненных рук рабочих. Пиво в этом случае приобретает сладковатый фруктовый привкус и запах вареной капусты. Содержание дрожжей и бактерий в 1 см3 пива после возникновения помутнения примерно одинаковое и составляет 600 тыс. клеток, в 1 см3 осадка мутного пива содержится до 260 млн дрожжевых и 200 тыс. бактериальных клеток. Количество дрожжей в 1 см3 пива после выпадения осадка доходит до 700 тыс. клеток, содержание бактерий - до 2,5 тыс. клеток. В 1 см3 осадка содержится до 22 млн дрожжевых и до 10 тыс. бактериальных клеток.

Инфицирование пива микроорганизмами на отдельных стадиях технологического процесса происходит от различных источников, которыми могут быть: вода, если в ней содержатся микроорганизмы, обладающие способностью развиваться в пиве и сусле; воздух, особенно загрязненный пылью зерновых складов, содержащий высохшие остатки дрожжей, сусла, пива; оборудование и коммуникации; фильтрующие и вспомогательные материалы; одежда, обувь, руки рабочих. К одному из главных источников загрязнения пива относятся производственные дрожжи.

Применение хмеля в качестве антисептика, быстрое охлаждение сусла перед сбраживанием, контроль за температурой брожения и хранения дрожжей являются неэффективными при большой обсемененности дрожжей. Это объясняется тем, что при повторном применении дрожжей в течение ряда генераций степень их биологической чистоты постепенно ухудшается, поскольку на поверхности дрожжей, осевших в период главного брожения на дно бродильного аппарата, адсорбируются не только механические взвеси, но и различные микроорганизмы. Перед повторным использованием дрожжи пропускают через вибросито и промывают холодной водой. При этом они освобождаются лишь от посторонних крупных частиц и части сопутствующих микроорганизмов, непрочно связанных с поверхностью клеток. Основную часть бактерий отделяют, промывая дрожжи растворами различных минеральных кислот, щелочей, антибиотиков и других веществ, обладающих бактерицидным действием. Строгое соблюдение определенных технологических приемов и тщательное поддержание санитарных условий производства позволяют вырабатывать пиво повышенной стойкости.

ЭФФЕКТ ГАШИНГА

 Это явление связано с самопроизвольным вспениванием пива после открытия бутылки. При этом на стенках или донышке бутылки непрерывно выделяются пузырьки диоксида углерода, в результате чего постепенно объем над пивом заполняется пеной. Этот эффект чаще встречается в пшеничном пиве верхового брожения, но иногда наблюдается и у сортов пива низового брожения. Ниже перечислены причины фонтанирования пива в порядке убывания их значимости.

1. Поражение ячменя микроорганизмами, в частности Fusarium graminearum и F.culmorum. Даже  менее 2% инфицированных зерен может вызвать эффект фонтанирования. Грибы рода Fusarium, особеннно его видов Fusarium graminearum и F.culmorum, чаще других образуют микотоксины.

2. Ионы металлов в воде (ионы  железа и никеля с изогумулоном  образуют в пиве поверхностно активные комплексы, которые стабилизируют пузырьки).

3. Ионы тяжелых металлов и  остаточная протеолитическая активность  в пиве ответственны за так  называемое явление "Зимнее фонтанирование", наблюдаемое в США, Канаде и  Японии, где пиво пьют сильно охлажденным.

4. Кристаллы оксалата кальция  в пиве. Щавелевая кислота попадает  в пиво с солодом, она образует  в пиве аморфный осадок (пивной  камень), на котором закрепляются  пузырьки.

5. Большой объем воздуха в  верхней части бутылки.

6. Избыточное взбалтывание пива в бутылке.

7. Длительное хранение, в результате  чего происходит увеличение дисперсности  коллоидных частиц пива.

8. Шероховатые поверхности старых  бутылок.

9. Наличие инородных тел в  бутылке, оставшихся после мойки.

Показано, что озимые ячмени из-за более раннего вегетационнного периода менее инфицированы Fusarium, чем яровые. Следует отметить, что определение инфицированности солода не дает требуемого результата, так как не отражает микробиологическое состояние ячменя, который был использован для солодоращения.

Фузариоз колоса - заболевание, распространенное во всем мире, где выращиваются зерновые культуры. Вредоносность фузариоза колоса проявляется не только в прямых потерях - уменьшении урожая, но и в ухудшении его качества - накоплении токсинов, продуктов жизнедеятельности патогена. Главными факторами, определяющими уровень загрязнения зерна микотоксинами, являются степень заражения и видовой состав развивающихся на нем грибов. Колос и зерно поражаются грибами рода Fusarium в поле от фазы цветения - до уборки урожая; зерно может заражается в период хранения, если для этого складываются благоприятные условия. Чем раньше гриб колонизируют зерно, тем большему изменению оно подвергается, тем четче проявляются явные признаки поражения. Если партия зерна заражена грибами рода Fusarium, то в ней, как правило, присутствуют зерна с явно выраженными признаками поражения, а также зерна внешне не отличающиеся от здоровых, но имеющие скрытое заражение. В зависимости от глубины проникновения мицелия патогена зерно может быть невсхожим или из него развиваются слабые, пораженные гнилью проростки.

Кроме того, подобные зерна при наличии токсигенных видов грибов могут способствовать накоплению токсинов, так как высокий процент выполненных, но инфицированных зерен остается после сортировки в партиях зерна. В связи с тем, что зерно и продукты из него могут загрязняться несколькими микотоксинами одновременно, вопрос взаимовлияния этих соединений активно изучается. Предполагается, что микотоксины имеют аддитивный или синергетический эффект с другими грибными метаболитам и с метаболитами самого растения-хозяина. Трихотеценовые токсины очень стойкие, они не теряют своих свойств при хранении в течение десятков лет, не разрушаются при кипячении и автоклавировании. Концентрация дезоксиниваленол и зеараленон даже повышается в процессе приготовления солода, и эти токсины переходят в пиво.