Микробиология ячменя и солода

 

Развитие крупного очага инфекции может начинаться с роста плесеней в очень маленьком объеме влажного зерна. При этом влага мигрирует в другие слои зерна, что способствует дальнейшему размножению грибов и образованию «горячих зон». Существуют несколько причин появления очагов зерна с более высокой по сравнению с остальной частью влажностью, где возможно развитие плесеней. Во-первых, зерно могло быть не высушено до безопасного уровня. Результаты измерений содержания влаги являются средними значениями - партии зерна не одинаковы, и одно зерно может отличаться по влажности от другого. Может оказаться так, что в партии зерна, подвергшегося сушке на основе данных о средней влажности и собранного днем, были зерна, оставшиеся от вечернего сбора, и, следовательно, с более высоким содержанием влаги. Может быть также, что часть зерна после сушки не была должным образом охлаждена и охлаждалась в бункере или силосе, в результате чего на поверхности зерен образовался конденсат. Влага, достаточная для развития плесени, может появиться на поверхности зерна и в результате ежедневных процессов испарения/конденсации, вызванных действием солнечных лучей на поверхность бункера хранения. Кроме того, при сооружении бункера хранения или силоса могли быть допущены просчеты, и в результате в зерно может проникать влага.

 

2. Микробиота солода

2.1 Микробиота в ходе солодоращения

Микроорганизмы зерна находящиеся в состоянии покоя, активируются во время замачивания: споры плесени прорастают, а бактерии и дрожжи начинают размножаться. При солодоращении обнаружено, что при прерывании замачивания воздушным паузами к концу первого этапа замачивания количество бактерий в зернах возрастает в 4-25 раз, а к моменту прорастания зерна – в 35-150 раз. В разные годы солодоращения количество гетеротрофных бактерий в зерне во время первого этапа замачивания падает (табл.3), а к концу второго этапа увеличивается  в 4 раза. Разнообразие бактерий в ячмене на первом этапе замачивания не так широко, как в сухом ячмене. В конце второго этапа замачивания разнообразие микроорганизмов повышается за счёт грамположительных бактерий [3].

Сульфитирование, выполняемое при сушке светлого солода, приводит к уменьшению количества бактерий. Количество бактерий в готовом солоде примерно совпадает с их количеством в исходном ячмене. Наблюдается, что в сульфитированном солоде количество бактерий по сравнению с ячменём больше в 0,5–2 раза.

Также при замачивании увеличивается и количество дрожжей.

Кроме появления плесени, находящихся при хранении в состоянии покоя, во время замачивания происходит смывание находящихся на поверхности зерна контаминантов. Причиной увеличения количества микроорганизмов может стать рост мицелия, который переходит с одного зерна на другое,  впрочем, чтобы вызвать перекрестную контаминацию, этот фактор, кажется маловероятен. Увеличение количества контаминированных Fusarium spp. Зерен к концу первого этапа замачивания на некоторых промышленных солодовнях может служить индикатором быстрого увеличения общего количества микроорганизмов.

 

Таблица 3

Количество жизнеспособных микроорганизмов (г) в зерне во время коммерческого производства сульфитированного солода

Стадия	Аэробные гетеротрофные бактерии	Лактобациллы	Плесени	Дрожжи
Хранящийся ячмень
Первый этап замачивания
Второй этап замачивания
Зеленый солод (5 дней)
Высушенный солод
Отсортированный солод

 

И в промышленных, и в лабораторных условиях солодоращения количество дрожжей и бактерий на зеленом солоде всегда выше, чем в сухом ячмене. Количество бактерий в проросшем ячмене увеличивается в 400 раз относительного сухого ячменя, а дрожжей – в 100 раз. При содержании бактерий  
среднее количество КОЕ оказалось в 700 раз больше, чем в исходном ячмене. Количество мезофильных молочнокислых бактерий увеличилось параллельно с общим количеством, однако оказалось на 2% меньше.

Несмотря на неизменный рост общего количества дрожжей и бактерий в ходе проращивания, при разнообразных способах солодоращения соотношения между их ростом могут быть разнообразными.

При лабораторном солодоращении обнаружено, что при проращивании здорового ячменя изменений в количестве жизнеспособных плесеней не происходит. А в сухом ячмене наблюдается четырехкратный рост их присутствия.

На количество бактерий в солоде основное воздействие оказывает сушка. Число бактерий на зеленом солоде по сравнению с ячменём до замачивания уменьшается приблизительно до 63% от количества КОЕ перед замачиванием и примерно в 8 раз – их количество по сравнению с ячменём было в 100 раз больше. При исследовании двух систем солодоращения обнаружено, что наибольшая степень солодовне сокращения количества микроорганизмов встречалась в традиционной токовой солодовне при сушке, основанной на сжигании антрацита (см. табл. 4). Как показано в табл. 4, при сушке солод содержит большое количество всех видов бактерий, дрожжей, грибов и плесеней по сравнению с исходным несоложеным ячменём.

В целом сушка приводит к уменьшению количества плесеней на проросшем зерне. А в солоде, произведенном из ячменя, подвергшегося после сушки атмосферному воздействию, количество плесеней возрастает в 5-7 раз.

Сушка с сульфитированием обеспечивает существенное уменьшение количества плесеней. Процент зерен, пораженных плесенью, по сравнению с несульфитированным солодом уменьшается. Наблюдается, что в целом уровне полевых грибов и пенициллов хранения часто понижается ниже приделов, разрешающих определить их присутствие посевом методом разведения.

Надо отметить, что на возможность выживания плесеней может влиять конструкция сушилки.

 

 

 

2.2. Микробиота готового солода

Микробиологическое состояние солода, предназначенного для производства спирта и пива, существенно зависит от обращения с ним в ходе его последующей обработки. При транспортировке влажность солода обычно повышается.

 

Таблица 4

Сравнение воздействия различных типов сушки на популяции бактерий и грибов в сушеном солоде (по сравнению с зеленым солодом и несоложеным ячменём)

Тип сушки	Разница в КОЕ между	Все аэробные бактерии	Псевдомонады	Энтеробактерии	Молочнокислые бактерии	Грибы (дрожжи и плесени)
Газовые сушилки	Высушенным и зеленым солодом	-92%	-99,95%	-92%	-99,6%	-98,4%
	Высушенным солодом и ячменем	×64	×13	×10	>×6000	>×400
Сушилки, обогреваемые антрацитом	Высушенным и зеленым солодом	-99,8%	-99,8%	-99,8%	-99,8%	-99,6%
	Высушенным солодом и ячменем	-82%	-92%	-90%	×1000	×1,3

 

 

3. Влияние микроорганизмов на солодоращение

3.1. Водочувствительность ячменя и состояние покоя

Гидрофильностью ячменя является присутствие в лемме (нижняя цветковая оболочка зерна), палее (верхняя цветковая оболочка зерна), тесте и перикарпе (плодовой и семенной оболочке) огромных популяций полевых микроорганизмов, конкурирующих за доступ к кислороду во время и сразу же после сбора урожая. Со временем жизнеспособность полевой микробиоты падает, снижается и гидрофильность. Если водочувствительный (гидрофильный) ячмень поместить в условия с избытком воды, результатом станет ограничение поступления кислорода к зародышу зерна, либо прекращение процесса проращивания. При таких условиях микроорганизмы способны проникать в зародыш, следствием чего становится потеря жизнеспособности зерна.

 

3.2. Грибы, повреждающие всходы

Известно, что в полевых условиях повреждение всходов и корневая гниль вызываются жизнедеятельностью Fusarium spp. и Cochiobolus sativus.

При инокуляции ячменя в поле несколькими видами F. avenaceum и F. culmorum было продемонстрировано, что уменьшение скорости и энергии прорастания контаминированных зерен меньше зависит от штамма, а больше от погодных условий в период между цветением и сбором урожая.

При наличии большого количества спор на зерне при солодоращении происходит интенсивное развитие фузарий, которые образуют «розовый мицелий». Развитие Fusarium spp. может сопровождаться обесцвечивание корешков.

 

3.3. Стимулирование прорастания

Некоторые микроорганизмы, находящиеся на злаках, продуцируют вещества, известные как растительные гормоны, которые способны влиять на процесс солодоращения.

 

3.4. Анализ солода

Ячмень, подвергшийся атмосферному воздействию, не только характеризуется низкой способностью к прорастанию, но и даёт солод с нежелательными свойствами, одним из которых является большой уровень содержания модифицированного белка и, как следствие, - высокий уровень азота в сусле.

На качество солода влияют и другие микроорганизмы, которые выявляются на зерне. За исключением фузарий на содержание азота в сусле влияет относительно небольшое количество микроорганизмов, причем никакие из них не влияют на активность α-амилазы или ДС. Среди бактерий, повышающих уровень азота в сусле, можно выделить несколько родов [2].

Продуцирование микотоксинов грибами рода Fusarium исследовалось  в ходе солодоращения ячменя, зараженного в поле фузариями, среди которых доминирует F. graminearum. В четырех различных сортах ячменя потери присутствовавшего в зерне DON составили в ходе замачивания > 89% (рис. 2). По всей видимости, причиной этих потерь стало сочетание вымывания из зерна DON-содержащих частиц и растворения данного токсина в замочной воде. Как показано на рис. 3, развитие грибов оценивается по увеличению содержания эргостерола во время проращивания и сушки, что происходит, скорее всего, в течение ранних стадий сушки. Усиление синтеза DON наблюдалось после проращивания ячменя в течение 3 дней. Впоследствии изменение концентрации DON в ходе проращивания по сравнению с исходным уровнем составило от 18 до 114%. Сушка пятидневного зеленого солода приводит либо к небольшому изменению уровня содержания этого термостабильного токсина, либо содержание токсина остается неизменным. Повышение уровня ZEA и 15-ADONбыло примерно таким же (рис. 4). К концу замачивания концентрации этих токсинов в исходном ячмене упали ниже пределов возможности количественного определения, а синтез происходил в ходе проращивания. Следовательно, выделение ZEA и 15-ADON, по-видимому, увеличивается во время сушки (как и биомассы, рис. 3), но только на начальных ее стадиях. Концентрация З-ADON-токсина, содержащегося в предназначенном для солодоращения ячмене, наоборот, существенно не изменяется по сравнению с исходным уровнем [3].

Рис.2. Развитие диоксиниваленола (DON) в ходе солодоращения двух сортов

культурного ячменя сразу после сбора урожая

Рис.3. Развитие диоксиниваленола (DON) и грибной биомассы, измеряемой по

эргостеролу, в ходе солодоращения ячменя сорта Robust

Рис.4. Развитие зеараленона (ZEA) и 15 – ацетилдиоксиниваленола (ADON) в ходе

солодоращения ячменя сорта Excel

 

Фузарии – не единственные токсигенные грибы, способные размножаться в ходе солодоращения.

 

4. Влияние микробиоты на пиво и спирт

4.1. Пиво

Известным эффектом влияния микробиоты ячменя и солода является эффект гашинга. Этот эффект особенно присущ урожаем зерновых, собираемых поздней осенью или произрастающих в условиях повышенной влажности.

При работе с некоторым выделенными штаммами установлено, что эффект гашинга зависит не от замачивания, а является результатом развития плесеней на прорастающем ячмене. После было продемонстрировано, что эффект гашинга вызывается солодом, приготовленным из ячменя, зараженного в поле. На гашинг, вызываемый F. avenaceum и F. culmorum, оказывают влияние атмосферные условия и особенности тех или иных штаммов. Вероятно, существует зависимость между эффектом гашинга и способностью того или иного вида микроорганизма продуцировать микотоксин ZEA. Было также отмечено, что гашинг, вызванный солодом, конта-минированным F. graminearum, является непредсказуемым и может проявиться как сразу после розлива в бутылки, так и через несколько недель [2].

Обнаружены и другие грибы, способные вызывать эффект гашинга - он проявляется при добавлении в пиво фильтратов Altemaria spp., Nigrospora spp. и Stem-phylium spp. Из культуральных фильтратов и зерна, контаминированного Nigrospora spp. был выделен некий полипетид который в чистом виде при концентрации 0,05 ppm вызывает сильный гашинг - эффект. Гриб Nigrospora spp. морфологически очень схож с N.oryzae, также вызывающим гашинг, а из Stemphylium spp. был выделен пептидоглюкан, вызывающий гашинг при концентрации 4 ppm.

Этот эффект может рождаться различными грибами хранения, а именно Eurotium spp. (группа Asp. glaucus), Реп. chrysogenum (включая виды, прежде называвшиеся Реп. notatum), Реп. griseoroseum (Реп. cyaneofulvum) и Rhizopus spp., а также присоединившиеся к ним при замачивании Е. amstelodami к Asp. Fumigatus.

При изучении влияния плесеней на органолептические свойства пива было показано, что присутствие Asp. niger, Asp. ochraceus, R. arrhizus и не идентифицированных видов Cladosporium, Coniothyrium и Fusarium вызывают значительные изменения его органолептических свойств. Микроорганизмы первой группы придают пиву привкус жженой мелассы, а второй - грубоватый винный привкус.