Zakażenia w piwie
Transkrypt
Zakażenia w piwie
Koszmar piwowara, czyli zakażenia w piwie Plan wykładu • • • • • • • • • • • • • • Parę słów wstępu Objawy zakażenia Charakterystyka zakażających drobnoustrojów: -dzikie drożdże -bakterie Gram ujemne -bakterie Gram dodatnie -killer yeast -inne możliwe zakażenia Biofilm Metody rozpoznawania zakażenia, izolacji i identyfikacji Jak i kiedy dochodzi do zakażenia Wpływ charakterystyki piwa na możliwość zakażenia Minimalizowanie ryzyka Celowe zakażenie piwa – „sour is new hoppy” O co chodzi z zakażeniami w piwie? • Za PWN: zakażenie, infekcja, med. wtargnięcie do ustroju i rozwój w nim zakaźnego czynnika chorobotwórczego • Zakażenia zmieniają właściwości sensoryczne piwa, zazwyczaj w niepożądany sposób • W ekstremalnych przypadkach mogą być niebezpieczne dla zdrowia konsumenta Piwo nie jest przyjaznym środowiskiem • • • • • Niskie pH (około 4,5) Niska zawartość tlenu (warunki beztlenowe) Zawartość alkoholu Chmiel Mała zawartość składników odżywczych • Co innego brzeczka… Zakażenia piw domowych • Zjawisko znacznie bardziej powszechne, niż się sądzi! • „Stopnie” zakażenia: 1. Piwo do wylania, obrzydliwe, niepijalne 2. Piwo pijalne, ale coś w nim nie do końca pasuje 3. Piwo w porządku, osoba po dogłębym szkoleniu sensorycznym wykrywa wadę wynikającą z zakażenia 4. Piwo smakuje lepiej niż nie zakażone Zachowanie drobnoustrojów w piwie E. Żyrek(2008) Zagrożenia mikrobiologiczne przy „aseptycznym” rozlewie piwa Objawy zakażeń • • • • • • • Zmętnienie Smak i zapach octu Zgniłe jaja Kwaśność Wysoki poziom diacetylu Gushing Końska derka/skóra/wełna Dzikie drożdże Bakteria Brettanomyces B. anomalus B. bruxellensis B. claussenii B. custersianus B. lambicus B. naardenensis B. nanuss Opis Efekty zakażenia Preferowane warunki wzrostu podobne jak u drożdży piwnych, potrafią fermentować dekstryny http://withfriendship.com/images/e/21277/ Gushing, aromaty ananasa, jabłka, gruszki, końskiej derki stajni, dymu, apteczne, fekalne. Tworzą błonę na powierzchni http://investigadores.uncoma.edu.ar/ http://www.homebrewtalk.com http://www.homebrewtalk.com http://www.homebrewtalk.com Dzikie drożdże Bakteria Opis Efekty zakażenia Saccharomyces S. cerevisiae var. diastaticus i inne S. bayanus S. pastorianus Preferowane warunki wzrostu podobne jak u drożdży piwnych, potrafią fermentować dekstryny Przegazowanie piwa, aromaty apteczne, goździkowe. Candida, Torulaspora, Pichia, Kluyveromyces Tlenowce, nie potrafią przeprowadzać fermentacji Zmętnienie, produkcja błony na powierzchni, kwas octowy Rhodotorula, Cryptococcus Często wykrywane, ale w normalnych warunkach nie są w stanie zepsuć piwa Zmętnienie Bakterie Obligatoryjne/fakultatywne tlenowce/beztlenowce http://www.e-biotechnologia.pl/ Bakterie Gram ujemne Bakteria Opis Bakterie octowe: Acetobacter A. aceti A. liquefacies A. pastorianus A. hansenii Gluconobacter oxydans Obligatoryjne tlenowce Komórki w postaci pałeczek, występujących w parach bądź łańcuchach. Optymalne warunki wzrostu: 25-30°C, pH 5,4-6,3, wysoka tolerancja na alkohol (G. oxydans nawet do 13%) www.jimsbeerkit.co.uk Efekty zakażenia Zmętnienie i śliskie błony na powierzchni piwa. Utlenianie etanolu, produkcja kwasu octowego i octanów – smak i zapach octu. www.homebrewtalk.com Bakterie Gram ujemne Bakteria Opis Efekty zakażenia Zymomonas mobilis Krótkie pałeczki występujące pojedynczo, w parach lub łańcuchach. Fakultatywne beztlenowce, fermentujące glukozę i fruktozę (ale nie maltozę). Optymalna temperatura wzrostu: 25-30°C, tolerancja alkoholu do 13% Produkcja siarkowodoru i aldehydu octowego, powodują tzw. smak „zgniłego jabłka”. Wytwarzają także etanol, kwas octowy, kwas mlekowy, acetoinę (masło) Obesumbacterium proteus, dawniej Hafnia protea Krótkie pałeczki. Rośnie razem z drożdżami, często obecny w gęstwie. Infekuje wyłącznie brzeczkę, wrażliwe na alkohol, odporne na chmiel. Powoduje niskie odfermentowanie i wysokie pH w piwie. Produkuje DMS, diacetyl i alkohole wyższe. Produkuje także N-nitrosaminy (czynnik kancerogenny) Bakterie Gram ujemne Bakteria Opis Efekty zakażenia Citrobacter freundii Cienkie pałeczki występujące pojedynczo lub w parach, fakultatywnie beztlenowe, fermentują glukozę. Wrażliwe na alkohol, odporne na chmiel. Przyspieszona fermentacja w początkowych stadiach, produkcja kwasów organicznych i DMS. Enterobacter (Rahnella) R. aquatilis E. agglomerans Krótkie pałeczki, fermentują glukozę z produkcją kwasów i gazów. Niska tolerancja na alkohol, odporne na chmiel. Podobne do Obesumbacterium , zakaża gęstwy drożdżowe. Produkuje wysokie ilości diacetylu. Klebsiella terrigena Klebisella oxytoca Cienkie pałeczki występujące pojedynczo, lub w krótkich łańcuchach. Fakultatywne beztlenowce, fermentują glukozę. Wrażliwe na alkohol, odporne na chmiel. Przetwarzają kwas ferulikowy na 4-winylo gwajakol Bakterie Gram ujemne Bakteria Opis Efekty zakażenia Pectinatus cerevisiiphilus Bardzo cienkie zakręcone pałeczki występujące pojedynczo lub w parach. Obligatoryjne beztlenowce, odporne na chmiel. Produkuje siarkowodór i inne związki siarki. Megasphaera cerevisiae Ziarniaki występujące Zapach i smak zgnilizny, pojedynczo lub w krótkich produkcja związków siarki, łańcuchach, obligatoryjne kwasu masłowego. beztlenowce. Wrażliwe na alkohol (powyżej 4%), odporne na chmiel. Bakterie Gram dodatnie Bakteria Opis Efekty zakażenia Lactobacillus L. brevis L. casei L. plantarum L. fermentum L. buchneri L. delbrückii Cienkie pałeczki. Fakultatywne Zmętnienie w piwie, niektóre beztlenowe. Niektóre odporne gatunki produkują na związki chmielu. polisacharydy, co daje efekt lepkiej zawiesiny. Produkują kwas mlekowy, a także kwas octowy, etanol i dwutlenek węgla, potrafią zakwasić brzeczkę Pediococcus P. damnosus P. inopinatus Ziarniaki występujące pojedynczo, w parach, tetradach i jako krótkie łańcuchy. Faktulatywne beztlenowce, wiele szczepów odpornych na związku chmielu i alkohol. Infekują fermentującą brzeczkę i piwo, produkują lepką zawiesinę powodują zmętnienia, kwasowość i wysokie stężenia diacetylu, powstrzymują wzrost drożdży. Lactobacillus Lactobacillus Bakterie Gram dodatnie Bakteria Opis Efekty zakażenia Bacillus B. coagulans Duże pałeczki. Tlenowce/fakultatywne beztlenowce. Termofilne, endospory umożliwiają im przetrwanie gotowania, wrażliwe na związki chmielu i nie rosną w środowisku o pH niższym niż 5. Potrafią rosnąć w brzeczce w temperaturach zacierania (5570°C), produkując kwas mlekowy. Micrococcus M. kristinae Zazwyczaj obligatoryjne tlenowce, lub fakultatywne beztlenowce. Wrażliwe na związki chmielu i niskie pH. Często spotykane w browarach, ale nie powodują zakażeń piwa. Killer yeast • Drożdże Saccharomyces cerevisiae mogą wytwarzać toksyny zabijające komórki tego samego gatunku należące do innego szczepu. • Istnieją drożdże K (killer), S (sensitive) i N (neutral). • Drożdże piwowarskie należą najczęściej do grupy S • Do 90% drożdży może zgniąć podczas fermentacji H.J.J. van Vuuren (1986) Killer Yeast – cause of stuck fermentations in a wine cellar H.J.J. van Vuuren (1986) Killer Yeast – cause of stuck fermentations in a wine cellar Inne możliwe zakażenia Organizm Pleśnie Alternaria, Aspergillus, Cladosporium, Fusarium, Rhizopus Opis Tlenowce, infekują słody i produkty zbożone http://www.ag.ndsu.edu/ Efekty zakażenia Posmaki melasy, palone, winne, „starości”; zmiany barwy, zwiększony poziom azotu, zmętnienie, gushing Toksyny mogą być niebezpieczne dla zdrowia ludzi i drożdży – jeden z możliwych powodów niedofermentowania piwa Primary gushing • Wywoływane między innymi przez metabolity grzybów Fusarium, Aspergillus i Penicillum • Infekcja jęczmienia na polu, lub słodu podczas przechowywania • Pięć zainfekowanych ziaren na 100g słodu wystarcza do wywołania tego zjawiska średnia strata piwa [g] http://www.crc.dk/flab/fusarium.htm Próba kontrolna Słód z Fusarium Słód z Aspergillus Słód zakażony Fusarium 0 64 22 55 Secondary gushing • Czyli po prostu przegazowanie • Powody nie związane z zakażeniem: za niskie odfermentowanie, za dużo cukru do refermentacji • Zakażenie np. dzikimi drożdżami Brettanomyces Biofilm • Trójwymiarowa kolonia bakterii zawartych w macierzy zewnątrzkomórkowych polimerów (egzopolisacharydów) wykazujących zdolność adhezji do wilgotnych powierzchni stałych oraz do siebie nawzajem http://textbookofbacteriology.net/biofilm_formation.gif Biofilm w browarze • Występują w nim głównie Pseudomonas, Escherichia, Lactobacillus, Acetobacter i Saccharomyces 1-2mm wysokości, 6mm średnicy. Śluzowate, barwy od kremowej poprzez czerwoną do czarnej http://www.microbehunter.com Bakterie z biolifmu w browarze L. Shabani, A. Devolli (2010) Microbial spoilage in beer processing by biofilms Grzyby z biolifmu w browarze L. Shabani, A. Devolli (2010) Microbial spoilage in beer processing by biofilms Test wyizolowanych drobnoustrojów •- brak wzrostu •+/T+ wzrost i zmętnienie •A+ wzrost, zmętnienie i zakwaszenie L. Shabani, A. Devolli (2010) Microbial spoilage in beer processing by biofilms Metody rozpoznawania zakażenia, izolacji i identyfikacji • • • • • • Ocena wizualna (zmętnienie, kożuch) Ocena zapachowa Ocena smakowa Obserwacja pod mikroskopem Posiew na pożywce agarowej Posiew na pożywce płynnej www.homebrewtalk.com www.homebrewtalk.com Obserwacje pod mikroskopem • Potrzebny jest mikroskop • Powiększenie 40x nadaje się do obserwacji drożdży • Do bakterii potrzeba powiększenia 100x i użycia olejku imersyjnego • Można określić czystość (szczególnie przydatne przy gęstwach), wyróżnić bakterie pałeczkowate i ziarniaki Selektywne podłoża • Podłoża o odpowiednim składzie, umożliwiające wykrycie konkretnych drobnoustrojów • HLP - Hsu's Lactobacillus/Pediococcus Medium • SDA/LMDA - Lee's Multi-Differential Agar/Schwarz Differential Agar • LWYM - Lin's Wild Yeast Medium • Selektywne pożywki są drogie – 500g za prawie 500 złotych, 20 płytek za 80-300 złotych • Alternatywa – pożywka z brzeczki/piwa E. Żyrek(2008) Zagrożenia mikrobiologiczne przy „aseptycznym” rozlewie piwa Posiew • Potrzebujemy: środek do dezynfekcji w spraju, palnik, płytki z pożywką, próbkę którą chcemy zbadać, ciepłe miejsce do inkubacji,ezę, głaszczkę (lub coś w zastępstwie) http://pl.wikipedia.org http://www.homebrewing.pl Podłoża płynne • Najprościej jest stosować dwa rodzaje pożywki płynnej: brzeczka i piwo • Probówki typu Falcon 15/50ml. Tanie (ok. 20pln/50sztuk), sterylne, przydają się do produkcji skosów itp. http://www.homebrewersassociation.org Test na obecność katalazy • Posiadając czyste kultury bakterii/drożdży możemy przeprowadzić test na obecność katalazy za pomocą wody utlenionej. • Pośród interesujących nas drobnoustrojów Lactobacillus i Pediococcus dają wynik ujemny, reszta dodatni http://nhscience.lonestar.edu/biol/wellmeyer/media/CatalaseResults2.jpg http://stopmyclock.com/wp-content/uploads/2011/10/Catalase-Test.gif • Barwienie bakterii metodą Grama – trudne do wykonania w warunkach domowych • Alternatywa – test z użyciem 3% r-r KOH. 91,4% bakterii G+ i 88% bakterii G- można prawidłowo oznaczyć za pomocą tego testu http://jjkaos.tistory.com/tag/KOH%20test Postulaty Kocha • Postulat 1 – Drobnoustrój musi być obecny we wszystkich piwach mających daną chorobę i powinien mieć związek ze zmianami chorobowymi. • Postulat 2 – Drobnoustrój musi być wyizolowany w czystej kulturze od chorego piwa. • Postulat 3 – Drobnoustrój, wyosobniony z chorego piwa, po wprowadzeniu do piwa lub brzeczki musi wywołać tę samą chorobę. • Postulat 4 – Drobnoustrój należy ponownie wyosobnić w czystej kulturze z eksperymentalnie zakażonego piwa lub brzeczki w celu spełnienia trzeciego postulatu. Jak i kiedy dochodzi do zakażenia • Zakażające drobnoustroje są obecne: Na słodzie Na sprzęcie używanym do produkcji piwa, głównie na plastiku W gęstwach Mogą być w wodzie kranowej W powietrzu Powietrze w browarze Bakterie beztlenowe Jesień średnia Zakres (cfu/m3) Wiosna średnia Zakres (cfu/m3) Powietrze wchodzące 50 10280 50 Rozlewnia 560 103900 Powietrze wychodzące 210 101100 Drożdże Jesień średnia Zakres Wiosna (cfu/m3) średnia Zakres (cfu/m3) 10-410 20 10150 30 10230 240 101500 10780 90 101300 90 10-380 40 10310 20 10100 110 Haikira A., Henriksson E. (1992) Detection of airborne microorganisms as a means of hygiene control in the brewery filling area Wpływ charakterystyki piwa na możliwość zakażenia • Cechy piwa zmniejszające ryzyko: Wysoka zawartość alkoholu Wysokie odfermentowanie Fermentacja w niskich temperaturach (dolna fermentacja) Ciemna barwa piwa Wpływ charakterystyki piwa na możliwość zakażenia • Cechy piwa zwiększające ryzyko: Niska zawartość alkoholu Niedofermentowanie Duża zawartość dekstryn Obecność skrobii, laktozy Wysoka temperatura fermentacji Chmiel • Antybakteryjne działanie chmiel zawdzięcza obecności α- i βkwasów • Chmiel wpływa na bakterie G+, nie G! • Szczepy Lactobacillus brevis i Pediococcus damnosus potrafią być odporne na chmiel http://www.homebrewparty.com/ http://entheology.com Minimalizowanie ryzyka • Śrutowanie w innym pomieszczeniu niż to, w którym pracujemy z brzeczką Płytki z brzeczką 10Blg, niechmieloną. Od lewego górnego rogu zgodnie z ruchem wskazówek zegara: Powietrze w łazience Powietrze w kuchni Próbka słodu Powietrze z pokoju, w którym odbywało się śrutowanie Minimalizowanie ryzyka • Praca w pomieszczeniach bez kiszonek, owoców • Praca w pomieszczeniach czystych, chłodnych i suchych • Nie odkurzać/wietrzyć tuż przed pracą z brzeczką • Porządne mycie i dezynfekcja WSZYSTKIEGO! Celowe zakażenie piwa – „sour is new hoppy” • „nowa” moda, głównie pośród amerykańskich mikrobrowarów • Celowe zakażanie piwa dzikimi drożdżami i/lub bakteriami http://www.ratebeer.com/ http://en.wikipedia.org/ http://www.smaki-piwa.pl/ Jak ukwasić piwo? • Piwo bazowe – najlepiej o wysokim FG, niskim aromacie chmielowym (i tak zaniknie) i nie agresywnie chmielone/palone/przyprawione • Dobrze mieć osobne fermentory/plastiki do kwaszonych piw • Dzikie mikroby można kupić/upolować/wyciągnąć z kwaśnego piwa http://cdn.discusscooking.com Zdobywanie mikrobów • Wyeast 5112 Brettanomyces bruxellensis, 5335 Lactobacillus, 5526, Brettanomyces lambicus, 5733 Pediococcus • White Labs WLP630 Berliner Weisse Blend, WLP645 Brettanomyces claussenii, WLP650 Brettanomyces bruxellensis, WLP653 Brettanomyces lambicus, WLP655 Belgian Sour Mix 1, WLP670 American Farmhouse Blend, WLP675 Malolactic Bacteria, WLP677 Lactobacillus Bacteria Zdobywanie mikrobów • W postaci osadu z butelek z zakwaszanym piwem • Wyłapywanie z powietrza, najlepiej na wiosnę i jesienią. http://www.themadfermentationist.com Mikroby do kwaszenia • Brettanomyces – wnoszą aromaty (zależnie od szczepu): ananasa, jabłka, gruszki, końskiej derki stajni, dymu, apteczne, fekalne • Pediococcus - główny producent kwasu mlekowego w zakwaszanych piwach, potrzebują nawet kilka miesięcy do działania. Używać w połączeniu z Brettanomyces • Lactobacillus – stosowane właściwie wyłącznie w Berliner Weisse • Acetobacter – niewielkie znaczenie, częściej są zagrożeniem dla piwa Berliner Weisse www.homebrewtalk.com Brettanomyces - gatunki • Brettanomyces po grecku oznacza „brytyjskie grzyby” • Brettanomyces claussenii – najmniej intensywne, pochodzą z angielskiego piwa z początku XX wieku. Wnoszą owocowe, ananasowe aromaty • Brettanomyces bruxellensis – średnio intensywny gatunek, używany w Belgii • Brettanomyces lambicus – najbardziej intensywny charakter, produkuje typowe nuty dla lambików. Fermentacja • Najlepsze efekty przy jednoczesnym zadawaniu drożdży piwowarskich i reszty mikrobów • Minimum 6 miesięcy dla uzyskania pożądanych efektów http://www.themadfermentationist.com http://www.themadfermentationist.com Jeśli już trafi się kwasiżur… Zamiast wylewać w kanał można przelać do szklanego balonu, zostawić na rok-dwa i może wyjdzie całkiem smaczne sour ale :) Dziękuję za uwagę! http://andragy.files.wordpress.com