Pivovarské kvasinky, spontánní kvašení (Lambic) versus infekce

Transkript

1 Pivovarské kvasinky, spontánní kvašení (Lambic) versus infekce Jarní cena českých sládků, Pivovarský dvůr Zvíkov, Dagmar Matoulková, Tatiana Kochláňová

2 Obsah prezentace 2 1) Mikroorganizmy v pivovarské výrobě 2) Pivovarské kvasinky Saccharomyces 3) Non-Saccharomyces 4) Spontánní kvašení výroba piva typu lambic 5) Závěr

3 Mikroorganizmy v pivovarské výrobě 3 Mikroorganizmy buněčné nebuněčné Prokaryota Eukaryota viry viroidy RNA Bacteria Archaea mikromycety kvasinky řasy prvoci

4 Mikroorganizmy v pivovarské výrobě 4 Grampozitivní bakterie Sporulující Bacillus, Clostridium Nesporulující Mléčné bakterie (Lactobacillus, Pediococcus) Bakterie Enterobacteriaceae Micrococcus, Kocuria Gramnegativní bakterie Striktně anaerobní bakterie Octové bakterie Legionella Divoké kvasinky (Brettanomyces, Saccharomyces, Torulaspora) Kvasinky Kulturní kvasinky (lager vs. ale)

5 5

6 6 Bakterie Grampozitivní Gramnegativní

7 7 Velikost buňky a složitost buněčné struktury bakterie vs. kvasinka Mikrobiologické školení , Velké Popovice

8 Mikroorganizmy v pivovarské výrobě 8 Vlastnosti mikrobů: Vysoká rozmanitost metabolických drah Rychlost množení Schopnost distribuce do různých prostředí přizpůsobivost různým podmínkám prostředí = výskyt v podstatě všude (voda, půda, povrch rostlin, povrch těla a sliznice živočichů, potravinářské provozy, nemocniční prostředí, horké prameny, hlubiny oceánů, vzduch ) Jarní cena českých sládků 2017

9 9 Technologie výroby piva = dekontaminační proces: - Rmutování, chmelovar usmrcení termolabilních mikrobů, antimikrobiální účinky chmelových látek (působí inhibičně na většinu grampozitivních bakterií) - Hlavní kvašení produkce alkoholu (inhibice většiny gramnegativních bakterií) - Ležení piva nízká teplota inhibuje růst většiny mikrobů - Filtrace mechanické odstranění většiny mikrobů - Pasterace tepelná likvidace většiny mikroorganizmů - Sanitace cílená dekontaminace provozu a zařízení (nutná mechanická fáze čištění) - Správná hygienická praxe důležitá součást výrobního procesu: - Dodržování základních hygienických návyků - Udržování výrobních prostor v čistotě - Oddělování čistých a nečistých pomůcek - Rozumné používání tlakové vody - Výměna produkčního kmene (kontaminace, postupná degenerace)

10 10

11 Pivovarské kvasinky 11 Kulturní kvasinky používané ke kontrolované produkci piva Druhy Saccharomyces pastorianus ( spodní ) a Saccharomyces cerevisiae ( svrchní ) Množí se pučením Přeměna cukrů mladiny na etanol a oxid uhličitý hlavní produkty metabolizmu kvasinek Vedlejší produkty metabolizmu kvasinek = pivo Základní rys produkčního kmene definované vlastnosti, které by se měly měnit pouze minimálně

12 Pivovarské kvasinky 12 Spodní pivovarské kvasinky Saccharomyces pastorianus Svrchní pivovarské kvasinky Saccharomyces cerevisiae Teplota kvašení 8-15 C Teplota kvašení C Konec kvašení shlukování buněk ve vločky a sedimentace na dně kvasné nádoby Komplexní produkce senzoricky aktivních látek Obtížná sporulace Konec kvašení vynášení buněk na hladinu, tvorba husté pěny Produkce bohatšího spektra senzoricky aktivních látek Možná sporulace Úplné zkvašování rafinózy Částečné zkvašování rafinózy (1/3) Max. teplota růstu 34 C Růst i při 37 C Celkově vyšší odolnost

13 Pivovarské kvasinky 13 spodní kvasinky (Saccharomyces pastorianus) Non-Saccharomyces kmeny Kmeny typu SAAZ ČR, Německo, Dánsko (Carlsberg) S. carlsbergensis No. 1, S. pastorianus RIBM 2 Kmeny typu FROHBERG Holandsko (Heineken, Oranjeboom), Dánsko (kromě Carlsbergu), USA S. pastorianus W34/70 (RIBM 95) svrchní kvasinky (Saccharomyces cerevisiae) atypické kmeny produkce atypických látek, atypické chování, nezařaditelné kmeny některé belgické styly, Saison,? fenolické kmeny produkce fenolických látek, ovocných aromat, německé hefeweizen, Belgian Ale, Trappist Ale clean-fermenting kmeny nižší produkce esterických látek, piva připomínající ležák, větší vliv zvolených surovin a podmínek kvašení než kvasného kmene, California Ale, Scottish Ale hybridní kmeny, stabilní produkce esterů i při vyšších teplotách (Kölsch), u altbieru nízké teploty kvašení, kmeny pro piva altbier a Kölsch estery kmeny vyšší produkce esterických látek, rychlejší kvašení i flokulace, srovnatelný vliv zvolených surovin a podmínek kvašení a kmene, British a Irish Ale, Australian Ale, některé belgické kmeny, Wittbier

14 Non-Saccharomyces kvasinky 14 kvasinky jiných rodů než Saccharomyces většina non-saccharomyces kvasinek se vyvíjela nezávisle od rodu Saccharomyces - speciální mechanizmy na přežití v extrémních podmínkách např. osmotoleranci (Zygosaccharomyces rouxii), termotoleranci (Kluyveromyces marxianus), toleranci na vyšší koncentrace ethanolu (Dekkera bruxellensis) atd. potencionálně technologicky využitelné non-saccharomyces kvasinky: Brettanomyces, Hanseniaspora, Kluyveromyces, Meyerozyma, Saccharomycodes, Torulaspora, Wickerhamomyces a Zygosaccharomyces využití v pivovarství: Brettanomyces, Torulaspora, Saccharomycodes viz. publikace Kochláňová et al., 2016 (Kvasný Průmysl 62, 7-8) na webu VÚPS

15 Non-Saccharomyces kvasinky 15 Brettanomyces (Dekkera) poprvé izolována v roce 1904 (N.H. Claussenem v dánském pivovaru Carlsberg). název odvozen z řeckých slov brettano (britský) a myces (houba) podle první izolace, která byla provedena z anglického piva, u něhož byla tato doposud neznámá kvasinka zodpovědná za sekundární kvašení a charakteristické aroma později (ve 20. letech) byla Brettanomyces izolována také z belgických piv typu lambik (Brettanomyces bruxellensis) a dalších anglických a belgických piv pomalu rostoucí kvasinky s krátkou životností různá schopnost zkvašování cukrů, maltodextrinů, celobiózy; respirace alkoholu na kyselinu octovou alkoholové kvašení je stimulováno kyslíkem B. anomalus a B. bruxellensis produkují senzoricky aktivní látky, pro které jsou tyto kvasinky esenciální při výrobě piva typu lambic

16 16 Non-Saccharomyces kvasinky Brett flavour = profil látek produkovaných bretanomycetami je popisován rozmanitými termíny, např. chuť a vůně po hřebíčku, po mokrém psovi, kořeněná, po myšině, kouřová, plastová, fenolová, medicinální, leukoplastová, kovová, po vlhké kůži, sušenková, zpocená, jablečná, tropická, citrusová, palčivá atd. Produkce esterů - etylkaprylátu, etylkaprátu, etyllaktátu a etylacetátu a fenolických látek - 4etylfenol (medicinální aroma) a 4-etylguajakol (aroma hřebíčku, kořeněné), v menší míře 4vinylguajakol (hřebíčková) a 4-vinylfenol (fenolová, medicinální); heterocyklických látek (chuť po myšině, chuť krekrů nebo pražené kukuřice) a mastných kyselin (např. kaprylová)

17 Spontánní kvašení výroba piva lambic 17 výroba lambiku je založena na spontánní fermentaci mladiny, na které se podílí desítky druhů divokých kvasinek (např. Brettanomyces, Candida) a některých bakterií spontánní kvašení = kvašení iniciované a probíhající mikroorganizmy přítomnými v surovinách (v případě lambiku ve vzduchu) a v prostředí výroby (z předchozí várky) piva lambik a gueuze (refermentovaný lambik v lahvích) se tradičně vaří v Belgii, převážně v oblasti zhruba 500 km 2 okolo Bruselu a v regionu Payottenland, v údolí řeky Senne River sladina ze směsi: z cca 60 % ječný slad a z cca 40 % nesladovaná pšenice chmelovar - se starým chmelem, který oxidací ztratil svou hořkost, ale zachoval si své konzervační účinky (inhibice grampozitivních bakterií) mladina se přes noc ochladí v mělkých otevřených nádobách (coolship) a během ochlazování probíhá její inokulace ( infekce ) ze vzduchu nad káděmi následující den je takto zakvašená mladina převedena do dřevěných sudů a kvašení probíhá až dva roky při teplotě 0-25 C; teplota v místnostech, kde probíhá kvašení, není regulována (závislost na průběhu ročních období)

18 Spontánní kvašení výroba piva lambic 18 sudy, ve kterých probíhá kvašení, obsahovaly původně víno nebo předchozí várku piva na kvašení se tedy podílí mikroorganizmy ze stěny sudů pocházející z předchozích fermentací kvašení se účastní desítky až stovky druhů mikroorganizmů sezóna vaření lambiku začíná v září a končí v dubnu následujícího roku (tj. chladnější měsíce) celková doba kvašení lambiku může trvat až tři roky pokud následuje výroba gueuze (smícháním starších a mladších lambiků a sekundární fermentací v lahvích), probíhá kvašení dalších 6 až 12 měsíců, dokud nedojde k nasycení piva oxidem uhličitým

19 Spontánní kvašení výroba piva lambic 19 Výrobu lambiku lze rozdělit do 4 základních fází: 1) Enterobakteriální fáze během ochlazování mladiny a v průběhu prvního měsíce kvašení převažují enterobakterie (Enterobacter, Escherichia, Klebsiella, Hafnia, Citrobacter) společně s kvasinkami, které nezkvašují maltózu (např. Kloeckera apiculata); převládá produkce butandiolu, DMS, formiátu 2) Fáze Saccharomyces - po vyčerpání glukózy kvasinky nezkvašující maltózu vymizí a snížením ph a současně zvýšením koncentrace etanolu nad 2 % je zcela inhibována aktivita enterobakterií. Nastává fáze hlavního alkoholového kvašení, které dominují kvasinky rodu Saccharomyces. Ty jsou zodpovědné za hlavní alkoholové kvašení; převládá produkce ethanolu, vyšších alkoholů a esterů 3) Acidifikační fáze nastává po cca 3-4 měsících kvašení - ve větším množství se objevují mléčné a octové bakterie. Nejvyššího počtu buněk mléčných bakterií je dosaženo cca mezi 6. a 8. měsícem kvašení. Kvasinky Saccharomyces jsou přibližně osmém měsíci kvašení nahrazeny kvasinkami rodu Brettanomyces. Bretanomycety se vyšších počtech vyskytují v kvasícím lambiku dalších přibližně 8 měsíců; převažuje produkce kyseliny mléčné a etyllaktátu 4) Fáze zrání nastává po přibližně 10 měsících kvašení počet mléčných i octových bakterií postupně klesá a později i bretanomycet. Zkvašení vyšších dextrinů, odbourání DA a DMS. Fáze zrání trvá přibližně dvanáct měsíců, během kterých opět postupně narůstá počet mléčných bakterií (přechod do teplejších letních měsíců druhého roku kvašení)

20 20

21 Spontánní kvašení výroba piva lambic 21 Refermentační fáze v lahvích (výroba gueuze) převládá aktivita kvasinek Brettanomyces a mléčných bakterií. Přítomny jsou kvasinky dalších rodů - Pichia, Candida, Cryptococcus, Hanseniaspora, Debaryomyces, Torulopsis a další. Refermentací směsi zpravidla tříletého a mladého lambiku v lahvích vzniká pivo gueuze. Při refermentaci roste v pivu podíl kyseliny mléčné a etyllaktátu, naopak klesá množství izoamylacetátu a etylkaproátu. Lambik - základ i pro další druhy piva přídavek ovocných šťáv nebo celého ovoce spouští další kvašení a extrakci aromat do piva (Kriek, Framboise) Obsah alkoholu v gueuze se pohybuje v rozmezí 5,3-6,2 % (v/v), u ovocných lambiků je průměrně 6,5 % alkoholu

22 Závěr 22 existuje spousta alternativ spontánně kvašených nápojů za spontánní kvašení nemůže být považována neúspěšná výroba piva, které je poškozeno činností kontaminujících mikroorganizmů v jakékoliv části výroby častá je kontaminace piva kvasinkami Brettanomyces pivo je kontaminováno během výroby (kvasnice, otevřené kvašení, nízká hygiena výroby) a v obalech pak různou rychlostí probíhá produkce kyseliny octové znehodnocení piva doprovázeno kontaminací enterobakteriemi (bakterie z prostředí, z vody) fekální příchuť piva, nepitelné

23 23 Děkuji za pozornost