Микробиология пива

     Молочнокислые бактерии

     Типичные молочнокислые бактерии – это грамположительные не образующие споры палочки или кокки. Они не имеют каталазной активности, характеризуются бродильным типом метаболизма с образованием в качестве конечного метаболита расщепления сахаров либо смеси молочной кислоты с СО₂, уксусной кислотой и/или спиртом (гетероферментация), либо почти исключительно молочной кислоты (гомоферментация). Эти бактерии толерантны к кислоте и требовательны к составу питательной среды. Молочнокислые бактерии обычно развиваются на средах, богатых питательными веществами, – например, на молоке и молочных продуктах, овощах и фруктах, причем многие такие бактерии присутствуют в естественной микрофлоре млекопитающих (ротовой полости, кишечнике и влагалище).

     Лактобактерии в пиве

     Наиболее  типичным контаминантом при порче пива является Lactobacillus brevis. Эти облигатно гетероферментативные бактерии обычно толерантны к хмелю; оптимальные условия для их размножения — 30 °С и рН 4-5. Другие виды лактобактерий, в частности, Lb. diastaticus (амилолитическая бактерия, ответственная за гидролиз декстринов в пиве) и Lb. pastorianus (продуцирующая внеклеточный полисахарид или слизь) относятся к Lb. brevis. Lb. brevis физиологически многообразны и могут вызывать в пиве проблемы разного рода.

     Лактобактерии наиболее опасны в период кондиционирования  пива и после укупорки. Порча характеризуется «шелковистым помутнением», иногда перед этим появляется маслянистый привкус диацетила. Хотя основным продуктом метаболизма этих бактерий является молочная кислота, ее высокий вкусо-ароматический порог по сравнению с низким пороговым значением для диацетила обусловливает важность последнего как соединения, изменяющим вкус и аромат пива.

     Лактобактерии также участвуют в синтезе 3-гидроксииропиональдегида, предшественника горького соединения акролеина. Фермент глицерингидратаза присутствует в различных видах лактобактерий, включай Lb. collinoides и Lb. Hilgardii, и могут преобразовывать глицерин в 3-гидроксипропиональдегид.

     Многие  лактобактерии, включая выделяемые обычно из продуктов брожения солодового виски, могут декарбоксилировать замещенные коричные кислоты. Эти соединения (например, р-кумариновая и феруловая кислоты) входят в состав клеточной стенки ячменя. Декарбоксилирование приводит к продуцированию производных 4-винила, придающих пиву заметный фенольный привкус.

     И, наконец, некоторые лактобактерии  участвуют в образовании внеклеточных полисахаридов или «слизи» (тягучих, липких нитей), но в случае лактобактерий это серьезной проблемы не представляет – чаще это явление приписывают действию педиококков или уксуснокислых бактерий.

     Педиококки

     Педиококки  — это гомоферментативные кокки, которые из-за деления в двух плоскостях встречаются в виде дипло- и тетракокков.

     Из  выявленных в пиве педиококков, несомненно, наиболее широко распространен и опасен P. damnosus. Особый интерес представляет то, что этот микроорганизм явным образом обнаруживается лишь в пиве, пивных дрожжах и винах, в то время как в пивоваренном сырье и растительных материалах он не встречается. P. inopinatus был выделен из вина, пива и пивных дрожжей, но присутствует также в сброженных овощах и молоке. P. dextrinicus и Р. pentosaceus пыделиюг выделяются из пива и с пивоваренного оборудования, но гораздо реже, чем Р. damnosus.

     Для педиококков, традиционно ассоциируемых  с «сарциновой болезнью», характерно образование кислоты и маслянистого аромата диацетила.

     Вязкость  пива может быть обусловлена наличием педиококков, причем она зависит от присутствия некоторых сбраживаемых сахаров. Образование слизи чаще приписывают действию P. acidilactici, чем P. damnosus. Внеклеточная слизь, образуемая этими бактериями, является тиксотропной и представляет собой сложный гетерополимер глюкозы, маннозы и нуклеиновой кислоты.

     Педиококки принимают участие также в образовании тирамина из тирозина.

     Лейконостоки

     Гетероферментативные кокки, иногда овальной формы, а чаще в форме коротких палочек, встречающиеся парами или короткими цепочками, относят к роду Leuconostoc. Эти микроорганизмы обнаруживаются в основном на овощах, фруктах и в бродящих овощных материалах (на пивоваренных предприятиях они встречаются редко).

     Лейконостоки  встречаются на ранних стадиях брожения шотландского виски, и современные  количественные таксономические анализы  относят большинство изолятов этих организмов к двум группам: Leuc. mesenteroides и к каким-то новым видам. Данных о том, что Leuc. oenos (бактерия, вызывающая молочное брожение вина) может встречаться на спиртовых заводах, нет. Единственным выявленным на пивоваренных предприятиях видом оказался Leuc. mesenteroides, но он не связан с порчей пива. Из фруктовых смесей были выделены лишь кислототолерантные штаммы Leuc. mesenteroides; их иногда ассоциируют с некоторыми традиционными африканскими напитками.

     Гомоферментативные  кокки

     Грамположительные гомоферментативные кокки, встречающиеся  парами или в виде цепей, относят к родам Enterococcus, Lactococcus, Streptococcus и Vagococcus. Эти бактерии часто встречаются в сыром молоке и молочных продуктах, на растительных материалах, в ротовой полости и кишечнике человека и животных. Единственный представитель этой группы, иногда встречающийся на пивоваренных предприятиях, –   Lactococcus lactis, который обычно загрязняет оборудование, но более известен продуцированием диацетила из цитрата и своей ролью в производстве сливочного масла.

     Кокурии, микрококки и стафилококки

     К родам Micrococcus и Staphylococcus относят грамположительные кокки, образующие каталазу и не характеризующиеся метаболизмом типа молочного брожения. Эти бактерии формируют скопления клеток, которые не всегда заметны, в связи с чем эти микроорганизмы фактически неотличимы от молочных кокков. Вместе с тем их легко различить по способности к размножению на питательном агаре при рН 7,0 и по каталазному тесту.

     В пивоваренной промышленности эти бактерии обычно важными не считают, но недавние исследования показали, что в пиве и на пивоваренных предприятиях они широко распространены и в некоторых случаях могут приводить к порче пива.

     Бактерии, образующие эндоспоры

     Известны  случаи, когда проблемы в производстве пива были вызваны аэробными бактериями, образующими эндоспоры и относящимися к роду Bacillus. Споры этих бактерий присутствуют в солоде и в зерновых добавках; они выживают при кипячении сусла, но после этого не способны к росту из-за низких значений рН бродящего сусла и пива. Более того, все виды Bacillus чувствительны к хмелю, так что в пиве с ними проблем не бывает. Тем не менее существует серьезная опасность, что в современной пивоваренной промышленности серьезные проблемы могут возникнуть со сповообразующим вариантом Lb. brevis.

     Из  пивоваренного оборудования, солода и сусла после кипячения были выделены термофильные бациллы, образующие эндоспоры. Идентифицированные как В. coagulans и промежуточный вид B. coagulans – B. stearothermophilus, эти бактерии в сусле, выдерживающемся при 55-70 °С более 2 ч, продуцируют большое количество молочной кислоты. Хотя обычно подкисление считается вредным, контролируемое подкисление сусла может оказаться полезным, так как улучшает вкусо-ароматический баланс и микробиологическую стабильность пива.

     Грамотрицательные бактерии в пивоварении

     Присутствие в ходе пивоварения грамотрицательных  бактерий считается нежелательным. Основные грамотрицательные бактерии порчи – уксуснокислые бактерии и микроорганизмы родов Enterobacteriaceae, Zymomonas, Pectinatus cerevisiiphilus, Pectinatus frisingensis, Selenomonas lacticifex, Zymophilus raffinosivorans, Zymophilus paucivorans, а также Megasphaera.

     Уксуснокислые бактерии

     Уксуснокислые бактерии образуют важную группу грамотрицательных  палочкообразных бактерий, способных превращать спирт в уксусную кислоту. Они используются для промышленного производства уксуса и могут приводить к порче пищевых продуктов, безалкогольных и алкогольных напитков (пива, вина, сидра).

     Уксуснокислые бактерии были выделены из окружающей среды пивоваренных предприятий, а поскольку они характеризуются стойкостью к бактериостатическим свойствам хмеля, к кислотам и к этиловому спирту, то способны размножаться в пиве и его портить.

     Уксуснокислые бактерии чаще всего присутствуют в  пиве, разливаемом из бочек, –  оно быстро окисляется под влиянием проникающего в бочки воздуха. Эти бактерии портят пиво, придавая ему кислый вкус, посторонние привкусы и ароматы, вызывают появление мути и образование слизи. Возникновение посторонних привкусов и ароматов без подкисления возможно в случае окисления полиспиртов (например, глицерина) до дигидроксиацетона. Образование слизи часто наблюдается в виде покрытия поверхности пива маслянистой пленкой. Степень порчи пива уксуснокислыми бактериями зависит от штамма и содержания спирта. Было обнаружено, что при концентрации спирта выше 6% размножение этих бактерии полностью подавляется. Тем не менее, некоторые штаммы способны к росту в средах с 10%-ным содержанием этилового спирта.

     В ячмене и хмеле обнаружить уксуснокислые бактерии не удалось, однако некоторые образцы солода, сусла, дрожжей и воздуха оказались ими контаминированы, причем наиболее сильно контаминированными оказались емкости для хранения и клапаны регулирования давления. Тем не менее, редкое обнаружение уксуснокислых бактерий в пробах воздуха весьма неожиданно, так как в пивоваренном производстве они встречаются повсеместно, а пиво, подвергающееся воздействию воздуха, быстро окисляется. Уксуснокислые бактерии встречаются на многих видах растений, и, следовательно, нельзя не учитывать возможность их попадания в пиво с растительных материалов и из воздуха. Уксуснокислые бактерии характеризуются стойкостью к антисептическому действию хмеля и кислых сред, а также толерантны к этиловому спирту, в связи с чем в присутствии кислорода они могут размножаться и портить пиво.

     Энтеробактерии

     Семейство Enterobacteriaceae включает в себя большое количество родов бактерий, выделяемых из различных источников. Некоторые виды являются безвредными, тогда как другие – патогенны для людей, животных, насекомых и растений. В данное семейство входят многочисленные роды, из которых на пивоваренных предприятиях встречаются следующие: Citrobacter, Enterobacter, Hafnia, Klebsiella, Obesumbacterium, Proteus, Rahnella и Serratia.

     Представители этого семейства – грамотрицательные палочки. Встречаются как подвижные, так и неподвижные виды. Подвижные штаммы имеют перитрихиальные жгутики. Они являются факультативными анаэробами, устойчивы к желчным солям и способны расти в основном на средах из минеральных солей, содержащих в качестве единственного источника углерода (и энергии) глюкозу.

     В настоящее время хорошо известно, что энтеробактерии тормозят или ускоряют процесс брожения и существенно влияют на вкус и аромат готового продукта. Обычно полагают, что энтеробактерии не могут выживать в неблагоприятных условиях брожения. Однако бактерии могут существовать в «необнаруживаемом» состоянии (то есть когда на стандартных лабораторных средах их размножения не наблюдается), но они жизнеспособны и находятся в «спящем» состоянии. Такие «необнаруживаемые» бактериальные контаминанты могут поставить перед пивоваренной промышленностью сложные проблемы и подвергнуть сомнению общепринятую точку зрения, что многие энтеробактерии не выживают в неблагоприятных условиях брожения. При их присутствии в многократно используемых засевных дрожжах они практически не обнаруживаются стандартными методами на стандартных культуральных средах, и, следовательно, при их размножении в благоприятных условиях в ходе повторного брожения может произойти контаминация и порча пива.

     Zymomonas

     Клетки  Zymomomis - это короткие толстые грамотрицательные палочки. Встречаются они преимущественно парами, но бывают иногда и одиночные клетки. Некоторые штаммы образуют цепи, розетки, а у многих штаммов заметны нитевидные (гифоподобные) клетки. Большинство штаммов неподвижны. У клеток подвижных штаммов от одного до четырех полярных жгутиков. Глюкоза и фруктоза сбраживаются этими микроорганизмами с образованием спирта почти до эквимолярных количеств (мальтоза ими не сбраживается). Zymomonas оксидазо-отрицательны и анаэробны, но толерантны к небольшому количеству кислорода. На питательном агаре их размножения не наблюдается.