drobnoustroje_w_przemysle_browarniczym.pdf

Sylwia Bonin

Zakład Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności, Wydział Nauk o Żywności, SGGW

ul. Nowoursynowska 159C, 02776 Warszawa

tel. 225937657, mail sylwia_bonin@sggw.pl

Drobnoustroje w przemyśle browarniczym, winiarskim i piekarskim

Ludzie wykorzystywali mikroorganizmy do wytwarzania żywności, acz nieświado

mie, już około 6000 lat p.n.e., ponieważ produkcja wina, piwa i chleba możliwa była dzięki

drobnoustrojom obecnym na owocach i ziarnach zbóż.

Obecnie wiemy, że za proces fermentacji alkoholowej odpowiedzialne są drożdże,

głównie z gatunku Saccharomyces cerevisiae . Nazwę Saccharomyces cerevisiae dla drożdży

browarniczych wprowadził w roku 1838 Franz Juliusz Ferdinard Meyer. Saccharomyces , z ję

zyka greckiego, oznacza grzyby cukrowe, a cerevisiae pochodzi od słowa kerevigia z języka

Gallów, które oznacza piwo.

Z technologicznego punktu widzenia drożdże można podzielić na „szlachetne” i „dzi

kie”. „Drożdże szlachetne”, to takie które produkują znaczne ilości etanolu, wpływają ko

rzystnie na jakość końcowego produktu i wykorzystywane są w przemyśle winiarskim, bro

warniczym, gorzelniczym i piekarskim. Zalicza się je do grupy Saccharomyces sensu stricto.

„Drożdże dzikie” to drobnoustroje, których obecność nie jest pożądana w wymienionych ga

łęziach przemysłu. Do drożdży tych zalicza się takie rodzaje jak np.: Rhodotorula, Aureobasi

dium, Candida czy Hanseniospora . Szkodliwość tych mikroorganizmów wynika z ich sła

bych właściwości fermentacyjnych oraz zdolności do rozkładu etanolu, glicerolu i kwasów

organicznych, co negatywnie wpływa na cechy np. wina czy piwa.

Drożdże to grzyby mikroskopowe. Są to organizmy saprofityczne, które najlepiej roz

wijają się na podłożach zawierających cukry proste. Stąd spotyka się je na powierzchni owo

ców, kwiatów czy liści. W warunkach tlenowych drożdże asymilują cukry i utleniają je do

CO 2 i H 2 O, natomiast w warunkach beztlenowych przekształcają cukry do etanolu i CO 2 .

Drożdże z rodzaju Saccharomyces są organizmami jednokomórkowymi. Kształt ko

mórek jest owalny lub okrągły. Mają one długość 58 µm, a szerokość 37 µm. Komórka od

środowiska oddzielona jest ścianą komórkową, pod którą znajduje się błona komórkowa (cy

toplazmatyczna), odpowiedzialna za kontrolę ruchu substancji odżywczych z otoczenia do

komórki oraz wydzielanie na zewnątrz produktów przemiany materii. Wnętrze komórki wy

pełnia cytoplazma, w której znajdują się wakuole, mitochondria, jądro i substancje zapasowe

takie jak wolutyna, glikogen i kropelki tłuszczu.

Cechą charakterystyczną drożdży jest rozmnażanie bezpłciowe poprzez pączkowanie.

Polega ono na wytworzeniu na powierzchni komórki uwypuklenia, które rośnie i po osiągnię

ciu rozmiarów podobnych do komórki macierzystej odrywa się i pozostawia bliznę na obu

komórkach. Na komórce nowopowstałej blizna ta nosi nazwę podstawowej lub urodzeniowej.

Na jednej komórce może być ponad 20 blizn po komórkach potomnych. Drożdże w czasie

pączkowania mogą występować jako połączenia dwóch lub trzech komórek. Pączkowanie po

przedzone jest podziałem mitotycznym jądra, stąd komórka potomna jest identyczna z macie

rzystą. Natomiast płciowo drożdże rozmnażają się stosunkowo rzadko, najczęściej ten typ

rozmnażania zachodzi, gdy w środowisku występuje niedobór składników odżywczych.

Rysunek. Pączkujące drożdże Sac

charomyces cerevisiae , powiększe

nie x 10.000.

komórka potomna

blizny po komórkach potomnych

Przemysł winiarski

Pierwsze wina wyrabiano z owoców winorośli zwyczajnej Vitis vinifera w rejonach

Kaukazu, a później m.in. na terenach Azji Mniejszej i Egiptu. W Europie początki winiar

stwa, które datuje się na około 1600 r. p.n.e., miały miejsce w starożytnej Grecji. W Polsce

produkcja wina rozpoczęła się najprawdopodobniej wraz z przyjęciem chrześcijaństwa.

Obecnie w Polsce przepisy prawne dotyczące wyrobu napojów winiarskich reguluje

Ustawa „O wyrobie i rozlewie wyrobów winiarskich, obrocie tymi wyrobami i organizacji

rynku wina”, która wyróżnia wyroby winiarskie gronowe oraz fermentowane napoje winiar

skie. Do tej drugiej grupy należy kilka rodzajów produktów, różniących się m.in. rzeczywi

stym stężeniem alkoholu (czyli faktycznie stwierdzoną w produktach winiarskich zawartością

alkoholu wyrażoną w procentach objętościowych, w temperaturze 20ºC), rodzajem stosowa

nego nastawu czy ewentualnymi dodatkami. Wśród fermentowanych napojów winiarskich

wyróżniamy: „Polskie Wino”, napoje winopochodne, napoje winopodobne, miody pitne, oraz

napoje niskoalkoholowe. Wina gronowe mogą być produkowane jedynie z owoców winorośli

właściwej Vitis vinifera L. lub jej krzyżówek z innymi gatunkami z rodzaju Vitis dopuszczo

nymi do uprawy w danym kraju Wspólnoty Europejskiej.

W Polsce do produkcji wina używa się z reguły surowców krajowych, a więc owoców

ziarnkowych, pestkowych i jagodowych, przy czym głównym surowcem są jabłka. Udział

soku owocowego w nastawach win owocowych, w zależności od użytych owoców, wynosi od

20% (np. w przypadku róży) do 60% (np. w przypadku jabłek).

Wspomniany powyżej nastaw to mieszanina sporządzona z soku lub koncentratu owo

cowego, ewentualnie miodu pszczelego oraz wody, sacharozy lub innych dozwolonych sub

stancji słodzących, z dodatkiem pożywek azotowych, kwasów organicznych i związków za

wierających SO 2 . W przypadku moszczy gronowych dodatek wody i sacharozy jest zabronio

ny. SO 2 hamuje rozwój niepożądanej mikroflory – drożdży „dzikich” i bakterii octowych

i stwarza jednocześnie korzystne warunki do rozwoju drożdży "szlachetnych".

Proces fermentacji moszczu prowadzi się z zastosowaniem szlachetnych ras drożdży

winiarskich z gatunków Saccharomyces cerevisiae oraz Saccharomyces bayanus , które po

winny charakteryzować się następującymi cechami:

krótki okres adaptacji do warunków panujących w nastawie,

szybka i intensywna fermentacja o prawidłowym przebiegu,

produkcja etanolu do wymaganego poziomu, ale także odporność na podwyższone stęże

nie etanolu,

wytwarzanie produktów ubocznych fermentacji, które decydują o właściwym aromacie

i smaku wina,

mała wrażliwość na niskie pH i wysokie stężenie kwasów organicznych,

zdolność do tworzenia osadu i szybkiego osadzania się na dnie zbiornika po zakończeniu

procesu fermentacji,

odporność na obecność związków siarki,

odporność na wysokie stężenia garbników,

odporność na wysokie ciśnienie CO 2 (w przypadku drożdży wykorzystywanych do wtór

nej fermentacji – produkcji win musujących).

W zależności od rasy drożdże winiarskie wytwarzają od 9% do 18% obj. etanolu. Fermen

tacja winiarska najlepiej przebiega w temperaturze 2226ºC, jednak rasy kriofilne są zdolne

do prowadzenia fermentacji w temperaturze około 4ºC.

Do nastawu drożdże dodaje się w postaci namnożonej płynnej kultury określanej jako

matka drożdżowa lub – najczęściej – w postaci drożdży suszonych. Po dodaniu drożdży roz

poczyna się proces fermentacji, który może trwać od kilku dni do kilku tygodni. W tym czasie

wyróżnia się trzy zasadnicze fazy:

1. W fazie zafermentowania drożdże rozmnażają się do momentu wyczerpania rozpuszczone

go tlenu w nastawie, po czym rozpoczyna się fermentacja. Początkowo wydzielane są niezbyt

liczne pęcherzyki CO 2 oraz obserwuje się mętnienie cieczy. Stopniowo na jej powierzchni po

jawia się piana.

2. Fermentacja burzliwa cechuje się występowaniem bardziej lub mniej obfitej piany oraz

wzmożonym wydzielaniem CO 2 . Wzrasta stężenie alkoholu oraz maleje gęstość nastawu.

Z czasem, w miarę obniżania zawartości nieodfermentowanego cukru, proces fermentacji

słabnie. Po paru dniach zmniejsza się wydzielanie CO 2 i zanika piana.

3. Ostatnim etapem fermentacji winiarskiej jest tzw. dofermentowanie . Faza ta charakteryzuje

się łagodnym wydzielaniem CO 2 oraz zanikiem wydzielania piany. Resztki cukru, ze względu

na jego małą ilość, ulegają powolnemu rozkładowi. Po wyczerpaniu zapasów cukru fermenta

cja ustaje. Czynnikiem hamującym fermentację może też być toksyczne działanie alkoholu.

Wino ulega powolnemu procesowi klarowania. Na dnie zbiornika widoczny jest osad, który

składa się z pozostałości części stałych, komórek drożdży oraz strąconych składników wina.

Młode wino można ściągnąć znad osadu już po około tygodniu od zakończenia fazy fermen

tacji burzliwej.

Po fermentacji wino poddaje się leżakowaniu. Proces leżakowania (dojrzewania) wina

jest niezbędny do tego, aby produkt końcowy osiągnął odpowiednią harmonię smaku i zapa

chu. W trakcie leżakowania wytwarza się bukiet wtórny, obniża się kwasowość, wytrąceniu

ulegają substancje nierozpuszczalne. Okres leżakowania zależy od typu wina i waha się od

trzech miesięcy do kilku lat. Wina wysokiej jakości zazwyczaj leżakowane są w dębowych

beczkach lub kadziach. Temperatura dojrzewania wynosi 515ºC.

Przemysł browarniczy

Początki produkcji piwa, podobnie jak wina, datuje się na około 6 tys. lat p.n.e. Z tego

bowiem okresu pochodzą najstarsze znaleziska, na terenie obecnego Iranu, szczątków naczyń

do produkcji i przechowywania piwa. Natomiast informacje o wytwarzaniu i rodzajach piwa

zapisane są na glinianych tabliczkach Sumerów i pochodzą sprzed około 3 tys. lat. Piwo było

także napojem popularnym w starożytnym Egipcie, a na licznych freskach i papirusach moż

na znaleźć opisy jego produkcji. Przed 4 tysiącami lat piwo znali również Chińczycy. Nato

miast starożytni Grecy i Rzymianie woleli od piwa wino. Piwo wytwarzane było także przez

barbarzyńskie ludy północy – Celtów, Germanów, Słowian.

Piwo to napój otrzymany w wyniku fermentacji alkoholowej brzeczki piwnej. Brzecz

ka jest wodnym wyciągiem składników wyekstrahowanych ze słodu, chmielu, czasami z do

datkiem surowców niesłodowanych, np.: kukurydzy, ryżu, cukru. W Polsce dozwolony jest

dodatek surowców niesłodowanych w ilości nie przekraczającej 45%.

Słód to skiełkowane i wysuszone ziarno jęczmienia. W Polsce do produkcji piwa sto

sowane są głównie słody jasne (typu pilzneńskiego). Słody ciemne (typu monachijskiego)

wykorzystywane są do produkcji piw ciemnych. W celu uzyskania piw różniących się aroma

tem, barwą i smakiem stosowany jest dodatek słodów specjalnych, np. karmelowego czy bar

wiącego. Słód może być także wytwarzany z pszenicy. Tego typu słody są stosowane głównie

do produkcji piw pszenicznych, które w Polsce są mało popularne.

Chmiel zawiera substancje goryczkowe i olejki chmielowe, stąd nadaje piwu szlachetną

i przyjemną goryczkę oraz specyficzny aromat. Ponadto związki goryczkowe mają właściwo

ści antyseptyczne i ułatwiają utrzymanie czystości mikrobiologicznej oraz wytrącanie osa

dów, stąd wpływają na trwałość piwa. Obecnie, często zamiast chmielu stosuje się ekstrakty

lub granulaty chmielowe, które odznaczają się lepszym wykorzystaniem substancji goryczko

wych, większą trwałością i są łatwiejsze w użyciu.

Drożdże stosowane w piwowarstwie to różne rasy, które należą do gatunków Saccharo

myces cerevisiae , S. uvarum , S. pastorianus (synonim S. carlsbergensis ). Są one zdolne wy

tworzyć około 512% obj. etanolu,a w praktyce dzieli się je na dwie grupy:

Drożdże fermentacji dolnej fermentują w niższych temperaturach (513°C), mają zdol

ność kłaczkowania i pod koniec fermentacji osiadają na dnie zbiornika. Są powszechnie sto

sowane do produkcji piwa w Polsce.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: