Микробиология виноделия и пивоварения

Микробиология виноделия, прикладная наука, рассматривающая микроорганизмы с точки зрения их использования в винодельческой промышленности. Начало развития микробиологии виноделия было положено работами Л. Пастера и Э. Ганзена. Г. Мюллер-Тургау и Ю. Вортман впервые выделили и применили чистые культуры дрожжей в виноделии. Большой вклад в развитие микробиологии виноделии внесли русские ученые А. Е. Саломон, М. А. Ховренко, М. А. Герасимов, Н. Ф. Саенко, Н. К. Могилянский, Е. Н. Одинцова, Е. И. Квасников, А. М. Шумаков, Д. К. Чаленко, Г. И. Мосиашвили, Г. Ф. Кондо и мн. др., а также зарубежные: Э. Пейно, Ж. Риберо-Гайон, Г. Шандерль, Ф. Радлер, Б. Ранкин, С. Оуг и др. М. в. призвана решить 2 главные задачи: первая — наиболее полно выяснить биологические и биохимические свойства организмов, превращающих виноградное сусло в вино; вторая — осуществлять контроль за деятельностью полезных микроорганизмов и посторонних, вредных, являющихся причиной производственных потерь и порчи получаемого продукта. Круг исследований включает: оценку видов и рас дрожжей рода Saccharomyces и др. родов дрожжей, встречающихся в виноделии; определение оптимальных условий развития и биосинтеза тех или иных продуктов метаболизма с целью более эффективного использования технологии, возможностей дрожжей для повышения качества вин; определение посторонней дрожжевой флоры, являющейся возбудителем заболеваний вин; оценку возможности промышленном использования молочнокислых и уксуснокислых бактерий, способы регулирования технологических режимов для индуцирования полезных процессов и предотвращения заболеваний; методы контроля процессов, вызываемых дрожжами и бактериями, и оценку микробиологического состояния вина на различных стадиях технологии.

Можно утверждать, что не только микробиологические аспекты пивоварения, но имикробиология как наука ведет свое начало с получения пива. Большой вклад в развитие современной микробиологии внесли исследования проблем порчи пива, проведенные Луи Пастером. Пивоварение — это, по существу, слияние усилий инженеровсо знаниями из области ботаники, общей химии, биохимии и микробиологии. Археологические данные свидетельствуют о том, что пиво варили еще 4000 лет до н. э. [10], однако о микробиологическом характере этого процесса узнали лишь 150 лет назад. В последнее время одной из задач микробиологии стала оптимизация технологиидля достижения высокой эффективности и качества. Существуют два принципиальных аспекта микробиологии пивоварения: а) качество производственной культурыдрожжей и б) контроль возможного микробиологического загрязнения продукта. Ниже мы посвятим отдельную главу полному описанию различных микробиологических аспектов производства пива, а здесь дадим лишь общее представление о микробиологии в производстве алкогольных напитков, особенно пива (о других аспектахпивоварения см. 4, 8, 10]). Общая технология процесса пивоварения представлена насхеме 1.1.В большинстве стран основным сырьем для производства пива является ячменныйсолод, который служит благоприятной средой для развития микрофлоры (см. главу 4). Основная часть этих микроорганизмов в нормальных условиях не способна развиваться в пиве. Развитие большинства грибов и бактерий подавляется одним илинесколькими из нижеперечисленных факторов: антимикробными свойствами хмеля;снижением pH во время брожения с 5,0−5,2 в сусле до 3,8−4,0 в пиве; образованиемСО2 и анаэробными условиями; увеличением содержания этилового спирта. Отсутствие этих защитных факторов приводит к предрасположенности сусла к порче, воизбежание чего в сусло должны быть внесены дрожжи сразу же после, а лучше вовремя перекачки. При должном выполнении процессов, предшествующих брожению, развитие инфицирующих микроорганизмов будет подавлено внесением большого количества засевных дрожжей. Пиво с присущими ему антимикробными свойствами инизким уровнем несбраживаемых сахаров является относительно стабильной средой, однако в анаэробных условиях определенные виды бактерий и дрожжей способныразвиваться на полисахаридах или других органических соединениях, оставшихсяпосле брожения [3]. Источником инфицирования сусла и пива может являться солод, в котором содержится небольшое количество молочнокислых, уксуснокислыхмикроорганизмов и энтеробактерий (табл. 1.1), способных размножаться в благоприятных условиях. Сильное инфицирование возможно в неохмеленном .

Пиво готовится из злаков, а углеводом злаковых культур является крахмал. Дрожжи не способны его переработать, в связи с чем зерна предварительно проходят стадию солодоращения, в ходе которой происходит модификация крахмала, а затем, при затирании, крахмал гидролизуется с образованием сбраживаемых сахаров. Так как солодоращение — это контролируемый процесс, подобный натуральному проращиванию, соложению может быть подвергнута любая злаковая культура, а ячмень широко применяется для производства пива благодаря особым свойствам его оболочек, которые ограничивают развитие инфицирующих грибов и образуют натуральный фильтрующий слой при фильтровании сусла. Для солодоращения подходят не все сорта ячменя. Помимо необходимых ботанических характеристик (отсутствие периода покоя или эффективность модификации сорта), важным свойством является содержание азота. Слишком низкий уровень аминного азота в сусле ограничивает рост дрожжей, однако чаще встречаются с проблемой слишком высокого содержания в ячмене азота (превышающего необходимый для развития дрожжей уровень). Избыток азота, особенно аминного, приводит к микробной порче готового пива (прежде всего молочнокислыми бактериями, см. главу 5).Поскольку ячмень созревает только осенью, а солодоращение проводят на протяжении всего года, зерно с влажностью 20−25% должно быть высушено до содержания влаги 11%, подходящей для хранения перед солодоращением. Такая влажность предотвращает инфицирование микроорганизмами (особенно грибами), и, кроме того, при такой влажности зерно еще не теряет своей жизнеспособности. Сушка и хранение предназначенного для солодоращения ячменя должны тщательно контролироваться во избежание риска перехода зерна в состояние покоя или его гибели. Для предотвращения повреждения зерна рекомендуется щадящий режим сушки [11]. При солодоращении эндосперм крахмала зерна модифицируется в результате действия гидролитических ферментов, его структура изменяется. Одновременно происходит гидролиз белков протеолитическими ферментами до потребляемых дрожжами аминокислот и пептидов. Процесс солодоращения происходит в три этапа — замачивание, проращивание и сушка, причем каждый из этих этапов может быть подвержен микробиологическому загрязнению (см. главу 4). Замачивание в воде происходит в течение 48 ч при температуре 15−18 °С обычно в две или более стадии с воздушными паузами, стимулирующими рост зародыша, подобно тому, как это происходит в природе. Влага, тепло и аэрация при замачивании и проращивании вызывают рост микрофлоры, неизбежно присутствующей на поверхности зерна (см. главу 4). Проросший и модифицированный зеленый солод для лучшего хранения подвергают сушке, в ходе которой формируется характерный «солодовый» привкус. Так как на практике фактором, предотвращающим микробную порчу, является активность воды, а не процент содержания влаги, то влажность, достигнутую во время проращивания (46−50%) необходимо уменьшать до пригодной для хранения (5%). При этом необходимо найти компромисс между требованиям к микробиологической стабильности и энергетическими затратами на сушку. Другие аспекты сушки (усиление цвета и вкуса, сохранение гидролитической активности протеолитических и амилолитических ферментов, участвующих в затирании)