Микробиология ячменя и солода

 

Содержание

Введение……………………………………………………...………………………3

Основная часть ………………………………………………………………………4

1. Микробиота ячменя…………………………………………………...…………..4

1.1. Полевая микробиота…………………………………….……………...……….4

1.2. Микробиота хранения…………………………………………..………..….….5

2. Микробиота солода………………………………………………………..…….11

2.1. Микробиота в ходе солодоращения…………………………………….…….11

2.2. Микробиота готового солода……………………………………...………….14

3. Влияние микроорганизмов  на солодоращение…………………….…………..15

3.1. Водочувствительность  ячменя и состояние покоя……………….....……….15

3.2. Грибы, повреждающие всходы…………………………………….....………15

3.3. Стимулирование прорастания………………………………………...………15

3.4. Анализ солода………………………………………………………...….…….16

4. Влияние микробиоты  на пиво и спирт…………………………….……...……18

4.1. Пиво……………………………………………………………………...……..18

4.2. Дистиллированный спирт………………………………………..…..…….….20

5. Риски для здоровья……………………………………………………..…..……21

5.1. Риск респираторных  заболеваний…………………………………..….……..21

5.2. Легочные заболевания  работников солодовен……………………...……….22

5.3. Микотоксины…………………………………………………………...….…..23

6. Оценка плесневой контаминации……………………………………...…...…..24

Заключение…………………………………………………………………….……27

Список использованной литературы…………………………………...…………28

 

 

 

Введение

Зерно ячменя является переносчиком ряда микроорганизмов, которые раньше называли его природной микрофлорой. В последние время от этого понятия отошли, так как оно подразумевает, что эти микроорганизмы принадлежат к царству растений. В настоящее время используется термин «микробиота», в нём отраженно наличие различных форм жизни. Микробиота ячменя в основном содержит бактерии, дрожжи, мицелиальные грибы.

Степень колонизации или контаминации зерна микроорганизмами зависит от условия переработки и произрастания зерна после сбора. У микробиоты выделяют виды микроорганизмов, контаминирующих и обсеменяющих зерно на полях, а также другие микроорганизмы, в первую очередь мицелиальные грибы, развивающиеся при хранении зерна. «Мицелиальные грибы» обычно относятся к полевым грибам – они содержат виды Alternaria, Cladosporium и другие. К плесеням относятся грибы хранения – они включают в себя виды Aspergillus и Penicillium.

 

Основная часть

1. Микробиота ячменя

1.1. Полевая микробиота

а) Колонизация и контаминация

Зерна ячменя, как и у пшеницы, вскоре после раскрытия колосьев подвергаются контаминации переносимыми по воздуху бактериями, плесенью и дрожжами. Развивающаяся в открытом цветке зерновка подвергается контаминации с воздуха. По мере созревания и роста зерновка заполняет пространство между двумя брактеолами. Дальнейшая контаминация с воздуха предотвращается. Климатические условия играют важную роль в степени контаминации зерен ячменя микроорганизмов.

Среда между зерновкой и брактеолами благоприятна для роста микроорганизмов, способных впоследствии проникать в соседние ткани. Например, споры Cladosporium. Сначала темные гифы, развивающиеся из этих спор, формируют псевдомицелий, который позднее проникает в паренхиматозные волокнистые слои лемм и палей.

Климатические условия произрастания ячменя влияют на всё зерно. Патогенные микроорганизмы включают в себя виды Cochliobolus и Pyrenophora.

Определяя степень зараженности зерна патогенными микроорганизмами, требуется кропотливое микроскопическое исследование разных срезов и органов.

б) Бактерии

В ранней стадии развития зерна в микробиоте ячменя численно преобладают бактерии. Известно, что в готовом к сбору ячмене преобладают Erwinia herbicola и Xanthomonas campstris [1]. Вероятно, до момента сбора урожая на ячмене присутствуют и другие бактерии – в частности, псевдомонады, микрококки, которые были выделены из сухого ячменя, предназначенного для солодоращения.

в) Дрожжи

Дрожжи занимают второе место после бактерий по количеству жизнеспособных микроорганизмов в не собранном ячмене. В период созревания ячменя колонии дрожжей могут достигать 50-85%.  Чаще всего это розовые дрожжи Sporobolomyces и Rhodotorula.

г) Грибы Fusarium

Основной проблемой при выращивании ячменя является его заражение грибами Fusarium, поражающие во время созревания колосья мелкозерных злаков при влажных климатических условиях.

Характеристики заражённости Fusarium на колосе зависят от доминирования того или иного вида микроорганизмов.

 

1.2. Микробиота хранения

а) Бактерии, присутствующие в хранящемся ячмене

При условии отсутствия обширной контаминации экскреторными продуктами грызунов, насекомых или клещей бактерии, присутствующие в хранящемся ячмене, являются более устойчивыми, чем полевые бактерии. Среди бактерий хранящегося ячменя, предназначенного для солодоращения, было выявлено 13 таксонов, в основном грамположительные микроорганизмы. К грамположительным бактериям относятся Aureobacterium ßavescens, Bacillus spp., Brevibacterium linens, Corynebacterium spp., а к грамотрицательным — Erwinia herbicola, Pseudomonas fluorescens и Chromobacterium sp.

б) Источник грибов, развивающихся при хранении ячменя

Грибы, развивающиеся при хранении ячменя, могут образовываться не только в зернохранилищах, но и (очень редко) в зерне еще в поле. В ходе исследований, поверхность зерен дезинфицировалась так, как это обычно делают исследователи патологии семян, в итоге чего был сделан вывод, что эти грибы фактически отсутствуют. Когда же посевной материал высеяли на агаровую среду без предварительной дезинфекции поверхности зерна, некоторое количество зерен содержали пенициллы и аспергиллы.

в) Колонизация грибов после сбора урожая

Содержание влаги в ячмене во время сбора урожая может быть < 10% в сухих районах. Зерно с высоким содержанием влаги, предназначенное для хранения, должно быть высушено до содержания влаги < 14%, а для исключения возможности развития плесени во время хранения – до < 12,5%. Не смотря на то что необходимость сушки зерна очевидна, зачастую скорость сушки бывает недостаточна по сравнению с темпами сбора урожая. В результате развиваются микроорганизмы и повышается температура зерна. Один из методов уменьшения количества микроорганизмов и охлаждения зерна является продувка воздуха той же температуры, что и окружающая среда, сквозь всю массу зерна, то есть слабая вентиляция. Иногда для подсушки зерна используют горячий воздух, что отрицательно сказывается на качестве ячменя. Поскольку возможность осуществить должным образом сушку зерна для дальнейшего солодоращения имеют не многие фермеры, поставщики зерна и специалисты по солодоращению предпочитают сушить зерно сами.

Рост полевых грибов на собранном ячмене зависит от содержания в нем влаги: так, при несвоевременной сушке могут развиваться фузарии [1].

Даже если сушка проводится незамедлительно, количество зерен, контаминированных грибами хранения, повышается к тому моменту, когда зерно поступает на хранение. Увеличение уровня контаминации преимущественно связано с перекрестным загрязнением по мере прохождения технологических операций после сбора урожая.

г) Амбарные грибы как причина порчи

Несмотря на то, что готовый к хранению ячмень колонизируется широким спектром микроорганизмов, при заданных условиях хранения в зерне способны развиваться лишь определенные организмы. Содержание влаги в зерне, конечно, важно, все же большую роль в преобладании определенных микроорганизмов играет и взаимодействие других факторов (температуры, аэрации, повреждения зерна, наличие соломы и иных инородных материалов, зараженность насекомыми и клещами).

Что касается ячменя, подвергшегося атмосферным воздействиям, и защищенного от действия бактерий и грибов, то сельхозпредприятия, специалисты солодовен и поставщики зерна обычно обращают внимание на содержание влаги, а микробиологи — на активность воды , то есть на показатель, влияющий на развитие микроорганизмов. В физиологии и патологии растений принят еще один показатель доступности воды — так называемый водный потенциал (ψ). Для гигроскопичных или пористых материалов определяют как отношение давления водяного пара в материале к давлению пара чистой воды при тех же температуре и давлении. В численных значениях равен 1/100 равновесной относительной влажности (РОВ). Содержание влаги в зерне зависит от его химической природы. Богатые липидами зерна характеризуются более низким содержанием влаги, чем зерна, содержащие много крахмала при той же . Активность воды зерна можно определить косвенным методом путем определения ОВ в герметичном контейнере, в котором содержание влаги в зерне достигает значения равновесия. Относительная влажность в этой равновесной системе является равновесной относительной влажностью (РОВ).

Ряд зависимостей между содержанием влаги, , и РОВ ячменя, влияющих на рост плесеней, приведен в табл. 1, где также даны значения ψ, соответствующие = 0,6-1,0. На рис. 1 показаны зависимости между содержанием влаги и для ячменя и солода. При = 1,0 зерно полностью гидратированно, то есть при наличии других необходимых условий в нем могут развиваться все бактерии и плесени; = 0,6 не способна развиваться даже плесень, для роста которой необходимо наименьшее количество влаги.

Как и , ψ является показателем доступности воды, которая выражается в единицах давления, например в барах (1 бар = 0,987 атм) или мегапаскалях (1 МПа = 10 бар), и мерой энергии на единицу объема воды. Водный потенциал чистой воды равен нулю, а так как водопоглощение из водного раствора требует расхода энергии, растворение с точки зрения потребления является отрицательным.

Таблица 1

Зависимость между РОВ,

, ψ и содержание влаги в ячмене

РОВ, %		Ψ, МПа	Содержание влаги (примерно), %
60	0,6	-69	12,3
70	0,7	-47	14,0
80	0,8	-30	16,6
90	0,9	-14	20,3
95	0,95	17	24,8

 

Рис.1. Зависимость между содержанием влаги и при : в ячмене и в солоде

Для тканей растений, использующих фотосинтез, водный потенциал составляет примерно от -0,5 до -4 МПа. Водный потенциал можно выразить формулой , где R – газовая постоянная; T – температура; - молярный объем воды.

Взаимосвязанные параметры (или ψ) и температура определяют, будут ли споры различных микроорганизмов прорастать и с какой скоростью. В табл. 2 приведены пределы температур и минимальные значения , при которых способны развиваться некоторые из основных видов актиномицетов и плесеней, выделенных из хранящегося ячменя.

 

Таблица 2

Физиологическая классификация плесеней хранения и актиномицетов по их  
предельным температурам, минимальным значениям

и ψ для размножения

Категория	Низшие мезофилы,	Высшие мезофилы,	Термотолерантные/ термофильные,	Строго термофильные,
Строго ксерофильные, (минимальное значение для роста < 0,75 [ψ = -40МПА])		Aspergillus restrictus Eurotium spp.
Строго ксерофильные, (минимальное значение для роста =0,75-0,79  [ψ = -40 МПА])	Asp. versicolor	Asp.candidus Asp.flafus Asp.niger Asp.ochraceus	Asp.fumigatus

 

Продолжение таблицы 2

Категория	Низшие мезофилы,	Высшие мезофилы,	Термотолерантные/ термофильные,	Строго термофильные,
Слабые ксерофильные, (минимальное значение для роста =0,80-0,89[ψ = -30 -16  МПА] )	Pénicillium glabrum (P.frequentans) P. rugulosum P. piceum	P. capsulas P. citrinum P.funiculosum
Гидрофилы минимальное значение для роста =0,90 [ψ = -14 МПА]	Fusarium spp. Mucor hiemals M. racemosus R. stolonifer S.aureafaciens S. olivaceus	Absidia corymbifera Rhizorpus arrhizus Streptomyces griseus	Rhizomucor pusillus Thermoascus crustaceus S. albus	Thermomyces lanuginosus P. dupontti Saccharopolyspora (Faenia) rectivirgula Thermoactionmyces vulgaris