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 carlsbargensis и 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.