Микробиология спиртового производства
Характеристика дрожжей спиртового производства. В спиртовом производстве используют различные расы дрожжей Saccharomyces cerevisiae верхового брожения. Основные требования к спиртовым дрожжам: способность быстро размножаться; иметь высокую энергию брожения; полностью выбраживать субстрат; обладать устойчивостью к высоким концентрациям сахара и спирта; обладать устойчивостью к внезапным изменениям внешних условий. Активность дрожжей зависит от полноценности питательной среды и ее концентрации. Скорость роста культуры зависит от полноценности среды, а концентрация оказывает влияние на выход биомассы (урожай дрожжей).
Фазы развития дрожжевой популяции. Развитие дрожжевой популяции аналогично кривой роста бактерий.
1. Лаг-фаза. Продолжительность фазы около 1 ч. Дрожжи в этот период практически не размножаются. Увеличивается объем и масса клеток. Только к концу лаг-фазы дрожжи начинают почковаться, количество почкующихся клеток составляет 4-6%.
2. Фаза логарифмического роста. Продолжительность фазы 12-16 ч. Дрожжи энергично размножаются. К шестому часу этой фазы количество почкующихся клеток составляет 32% и более. В период наиболее интенсивного почкования (середина логарифмической фазы) масса клеток наименьшая. К концу фазы масса клеток возрастает в 1,5-2 раза. В клетках интенсивно накапливаются резервные вещества (гликоген, трегалоза, полифосфаты).
3. Стационарная фаза. В этой фазе размножение клеток практически прекращается, но продолжается синтез клеточных веществ. Дрожжевые клетки достигают максимальной массы.
4. Стадия зрелости. По мере истощения питательных веществ и накопления продуктов обмена клетки начинают использовать свои резервные вещества. Масса клеток снижается на 20-37%.
Таким образом, размножение дрожжей происходит главным образом только в логарифмической фазе, а синтез биомассы – в лаг-фазе, логарифмической и стационарной фазах.
Морфологические изменения дрожжей. Дрожжевая популяция в разных фазах развития приобретает морфологические возрастные изменения (рисунок Е.6).
Молодые дрожжи. Такие дрожжи преобладают в середине логарифмической фазы. У них тонкая оболочка, гомогенная цитоплазма, вакуоли отсутствуют или только намечаются. Такие дрожжи интенсивно размножаются, в состоянии почкования находится около 70-80% клеток.
Зрелые дрожжи наблюдаются в конце логарифмической и в стационарной фазах роста. Они характеризуются появлением зернистости в цитоплазме, наличием в клетках больших вакуолей и замедленным размножением. Почкующиеся клетки составляют не более 10-15%.
Старые дрожжи появляются в фазе зрелости. Они характеризуются утолщенной оболочкой, зернистой и гетерогенной цитоплазмой, крупными вакуолями (иногда их несколько в клетке), наличием в клетках жировых включений. Характерным является наличие большого количества мертвых клеток (цитоплазма собрана в комок в центре клетки).
Динамика брожения. В процессе спиртового брожения можно выделить три периода. 1) Взбраживание. Этот период начинается с момента засева дрожжей в осахаренную массу. Отдельные дрожжевые клетки начинают размножаться почкованием. До накопления значительного количества дрожжевой массы брожение протекает медленно. 2) Главное брожение. После накопления дрожжевой массы процесс брожения ускоряется и начинается второй период – главное брожение. В этот период замедляется размножение клеток, а брожение становится наиболее интенсивным. Затем по мере истощения питательных веществ и увеличения содержания спирта и других продуктов метаболизма, интенсивность брожения понижается. 3) Дображивание. Оставшиеся сахара превращаются в спирт медленно, они дображиваются дрожжами. В производственных условиях при введении большого количества дрожжей период взбраживания незаметен, так как клетки сразу же приступают к активному сбраживанию сахаров, т.е. главному брожению
Вредители спиртового производства.Наиболее опасными являются молочнокислые бактерии рода Leuconostoc. Эти микроорганизмы вызывают ослизнение и склеивание. Некоторые представители рода Leuconostoc являются очень спиртоустойчивыми, выдерживают спирт в количестве 16-180. Они снижают бродильную активность дрожжей, повышают содержание в этиловом спирте посторонних примесей. Определенную опасность представляют также молочнокислые палочки рода Lactobacillus. К концу брожения могут развиваться уксуснокислые бактерии, образующие на поверхности бражки кожистую пленку серого цвета. При длительной задержке зрелой бражки в бродильных аппаратах эти бактерии наносят значительный урон. В результате окисления спирта в уксусную кислоту потери его могут составлять до 25-50%.
Опасным является развитие маслянокислых бактерий, так как онилегко гидролизуют крахмал, расщепляют сахара с образованием кислот. Образуемая бактериями масляная кислота даже в минимальном количестве угнетает размножение дрожжевых клеток, вызывает снижение их бродильной активности. На стенках бродильных аппаратов и в сырых местах цеха могут развиваться мицелиальные грибы, которые попадают в бражку, потребляют углеводы, повышают кислотность и уменьшают выход спирта.
6.1.4.4 Микробиология пивоваренного производства
Пивоварение – это первое бродильное производство, на котором стали применять чистые культуры дрожжей. Наиболее часто применяют низовые пивные дрожжи Saccaromyces carlsbargensisи верховые пивные дрожжи Saccaromyces cerevisiae. Пивные дрожжи верхового брожения применяют для приготовления темных или специальныхсортов пива. При выборе штамма производственных дрожжей критериями служат: форма и размер клеток; бродильная активность; флокуляционная способность; обеспечение требуемых вкусовых свойств пива. В свою очередь бродильная активность, предопределяющая ход брожения, зависит от генетических свойств дрожжей, состава сусла, размножения клеток, температуры брожения, аэрации. Наиболее часто бродильную активность дрожжей характеризуют количеством выделившегося в единицу времени диоксида углерода. По степени сбраживания сусла пивные дрожжи делят на: сильносбраживающие – тип Фроберг (Froberg); слабосбраживающие – тип Заац (Zaaz). Большинство пивных дрожжей верхового и низового брожения относится к типу Фроберг.
Вредители пивоваренного производства.Горячее готовое пивное сусло практически стерильно. Но на последующих этапах производства в пиво попадают дрожжи и бактерии, которые вследствие их сильного размножения и образования продуктов обмена могут вызвать помутнение пива и сделать его непригодным во вкусовом отношении.
Дрожжевое помутнение пива обусловлено размножением культурных и диких дрожжей. Дрожжи S. pasteurianum придают пиву посторонний запах и горечь, а S. turbidans вызывают сильное помутнение Дрожжи родов Torulopsis и Candida способствуют образованию на пиве белой или сероватой пленки, придают пиву неприятный вкус, их развитию способствует недолив, плохая укупорка.
Бактериальное помутнение пива могут вызывать пивные сарцины, уксуснокислые и молочнокислые бактерии, термобактерии. Наибольшую опасность представляют молочнокислые бактерии рода Pediococcus, так как они могут развиваться при 00С. Эти бактерии встречаются на всех стадиях производства. Они затормаживают развитие культурных дрожжей. P.viscosum вызывают ослизнение пива. Бактерии рода Lactobacillus(L. pasteurianum и L.delbrueckii) вызывают помутнение и закисание пива. Уксуснокислые бактерии Acetobacter aceti и A. pasteurianum вызывают на поверхности пива пленку беловатого или серого цвета, A.viscosum и A.capsulatum вызывают ослизнение пива. Причиной развития уксуснокислых бактерий может послужить недостаточное заполнение емкостей, их негерметичность, температура около 250С. Маслянокислые бактерии в пиве развиваются редко. При их развитии сусло приобретает запах прогорклого масла. Термобактерии могут присутствовать в пивном сусле. Они вызывают ухудшение процесса брожения, помутнение пива, придают пиву запах и привкус сельдерея, затем запах переходит в затхлый. В пиво могут попадать БГКП, а бактерии рода Bacillus обычно не развиваются.
Для удаления микроорганизмов пиво пастеризуют или подвергают стерилизующей фильтрации.
Микробиология виноделия
Основными стадиями виноделия являются получение виноградного сока, сбраживание сока дрожжами, обработка и выдержка молодого вина. Применение чистых культур в виноделии связано с введением в практику антисептика (сернистого ангидрида). Виноградное сусло подвергают сульфитации, а затем сбраживают чистыми культурами дрожжей. Используют низовыедрожжи Saccharomyces viniили S.oviformis. Требования к винным дрожжам следующие: способность к глубокому выбраживанию сусла; образование плотного трудно взмучивающегося осадка после брожения; осветление вина путем оседания дрожжей; ароматообразование; устойчивость к спирту, кислотам, антисептикам. Дрожжи для красных вин должны быть устойчивыми к повышенному содержанию дубильных и красящих веществ. Дрожжи для шампанских вин должны обладать способностью бродить при высоком давлении диоксида углерода. Расы хересных дрожжей (S.oviformis cheresienus) способны образовывать на поверхности вина в неполных бочках пленку, благодаря развитию которой вино приобретает особый вкус и аромат.
Возбудители порчи вин. Аномальные изменения в вине связаны с развитием в нем микроорганизмов.
Цвель, или цветение вызывается пленчатыми дрожжами родов Pichia, Hansenula, Candida, устойчивых к сульфитации. При доступе воздуха на поверхности вина в неполных емкостях образуется пленка, происходят глубокие химические изменения, портящие вкус.
Возбудителями уксуснокислого скисания являются представители рода Acetobacter. Скисание начинается в верхних соях и постепенно идет вниз, образуется пленка, появляется характерный запах. Возбудителями молочнокислого скисания являются бактерии рода Lactobacillus. Вина мутнеют, теряют прозрачность и блеск, возникает неприятный сладковато-кислый вкус. Ожирение поражает вина молодые, низкоспиртуозные, малокислые, в основном столовые белые вина. При этом пороке вино льется, как масло. При глубоко зашедшем процессе возникает слизистая вязкая масса. Порок вызывается целой группой микроорганизмов, составляющих симбиоз, среди которых присутствуют и молочнокислые слизеобразующие бактерии Leuconostoc mesenteroides.
Прогоркание поражает бутылочные вина, в основном столовые красные вина. Вино мутнеет, становится грязно-бурого цвета, горького вкуса вследствие разложения глицерина, имеет резкий запах. Возбудителями этого вида порчи являются разнообразные бактерии - микрококки, спорообразующие и неспорообразующие палочки.
Помутнение вин вызывается различными причинами: физическими, химическими и биологическими. Биологическое помутнение бывает двух видов - дрожжевое и бактериальное. Возникают эти виды помутнения вследствие вторичного обсеменения вина дикими дрожжами и гетероферментативными молочнокислыми бактериями.
Для предотвращения порчи вина применяют различные операции - переливку вина, сульфитацию, оклейку, обработку холодом, фильтрование, широко применяется пастеризация.