Влияние алкилоксибензола на технологические свойства и контаминацию пивоваренного ячменя

Влияние алкилоксибензола на технологические свойства и контаминацию пивоваренного ячменя

Е.Ф. Шаненко, Л.Н. Шабурова, С.Б. Витол

Московский государственный университет пищевых производств Г.И. Эль-Регистан Институт микробиологии РАН

Степень перерабатываемости пивоваренного ячменя (качество) в значительной степени зависит от его химических, биохимических и микробиологических показателей. Основная причина порчи зерна пивоваренного ячменя и солода — развитие контаминирующей фитопатогенной микрофлоры, в подавляющем большинстве случаев представленной мицелиальными грибами. При этом развитие патогенов на зерне может происходить в поле, в хранилищах и при проращивании [8].

Оценить степень поражения зерна «полевыми» грибами достаточно сложно, так как при хранении и проращивании ячменя они вытесняются «хранилищными» грибами, а количественное определение метаболитов, образовавшихся отдельными развивающимися изолятами, для целей хемотак-сономической диагностики практически невозможно. Мицелиальные грибы загрязняют зерно микотоксинами и вызывают появление дефектов пива. Биохимические процессы, происходящие в зерне под воздействием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, приводят к изменению белково-углеводного баланса, появлению большого количества низкомолекулярных белков, повышению кислотности; в готовом пиве появляются специфические грубый вкус и аромат, снижается прозрачность напитка. Кроме того, при изготовлении пива из пораженного солода возникает проблема избыточного вспенивания, основной причиной которой принято считать изменение качества зерна вследствие развития определенных штаммов полевых ми-целиальных грибов рода Fusarium [4, 6].

Состав микроорганизмов, обсеменяющих свежеубранное зерно, весьма разнообразен и представлен в основном бактериями (до 90-98 %); очень небольшим количеством мицелиальных грибов (менее 1-4 %); а также вирусами, дрожжами, ак-тиномицетами. Общее количество микроорганизмов на одном грамме свежесобранного ячменя составляет в среднем 106 клеток. И хотя удельная доля мицелиальных грибов очень мала, они причиняют значительный ущерб, вызывая порчу зерна и зер-нопродуктов. Взаимоотношения грибов с растением ячменя разнообразны: они могут вести себя как облигатные фитопара-зиты, факультативные паразиты или сап-

рофиты. Субэпидермальные микроорганизмы вызывают более существенные изменения зерна, чем эпифитные микроорганизмы, так как они развиваются во внутренних оболочках зерна и в зародыше [8].

Поэтому очень важно максимально снизить контаминацию зерна мицелиальными грибами во время вегетации ячменя, а также не допустить их развития при солодо-ращении.

В настоящее время производителям ячменя предлагается широкий спектр препаратов, обладающих фунгицидной активностью. Однако в большинстве своем они являются ксенобиотиками — чужеродными для зерна веществами и, с одной стороны, ухудшают экологическое состояние растения, а с другой — накапливаясь в почве, отрицательно влияют на почвенную микрофлору и функционирование биоценозов. Этих недостатков лишены соединения природного происхождения с биоцидной активностью. К их числу относят алкилокси-бензолы (АОБ) — природные регуляторы роста микроорганизмов и растений, у которых они представлены смесью гомологов и изомеров, различающихся положением и числом заместителей в ароматическом ядре и длиной алкильного радикала [11]. АОБ обладают широким спектром биологических эффектов, зависящих от их структуры и концентрации, проявляют фунги-цидное, микробостатическое, антиоксидан-тное, рострегулирующее и иммуномодели-рующее действие. Они входят в защитную систему организма, стимулируют его устойчивость к стрессорным воздействиям [5, 10], а также повышают стабильность и модулируют каталитическую активность ферментов [9, 11].

Поэтому цель настоящей работы — изучение влияния АОБ на качество пивоваренного ячменя.

Исследование проводили на зерне ячменя сорта Михайловский (урожай 2003 г.), выращенного на хорошо окультуренной почве с рекомендованными до-

зами удобрений в учхозе «Михайловское» МСХА им. К.А. Тимирязева Подольского района Московской области. Ячмень в стадии колошения обрабатывали раствором одного из гомологов — АОБ-С7 с концентрацией 0,3 г/дм3 при норме расхода 100 см3 на 1 м2 посевной площади.

После завершения периода послеуборочного дозревания определяли показатели качества зерна ячменя, используя стандартные методы оценки качества пивоваренных ячменей [1, 4].

Технологическая характеристика зерна контрольного и опытного (обработанного АОБ) образцов ячменя приведена в табл. 1.

Обработка препаратом АОБ улучшает основные зерновые характеристики зерна ячменя, увеличивает энергию прорастания и всхожесть зерна. Содержание белка при обработке АОБ также увеличивается, но остается в пределах нормы, предусмотренной для пивоваренных ячменей. При этом в зерне исследуемых образцов под действием препарата АОБ изменяется фракционный состав белков, а именно уменьшается доля белков альбумино-глобулинового типа, и возрастает доля фракции спирто-растворимых белков. Эти изменения можно отнести к позитивным, так как известно, что при солодоращении количество альбуминов и глобулинов практически не изменяется, а накопление низкомолекулярных фракций, служащих источником азотистого питания для дрожжей, происходит за счет гордеина (проламин ячменя). Кроме того, содержание гордеина положительно коррелирует со способностью ячменя к прорастанию.

В следующей серии экспериментов изучали влияние АОБ на основные показатели качества солода и лабораторного сусла, полученного из зерна растений, обработанных АОБ. Проращивание зерна ячменя проводили при температуре 12...14 °С с предварительным замачиванием, чередующимся с длительными воздушными паузами (4 ч — вода; 8 ч — воздух) до влажности 42-45 %. Продолжительность проращивания составила 5 сут. Сушку зерна осуществляли по следующей схеме: первую влагу удаляли теплым воздухом (около 50 °С); подвяливание солода проводили при комнатной температуре 36 ч. На следующем этапе солод подвергали сушке в воздушном термостате с постепенным поднятием температуры в течение 10 ч до 80 °С и выдерживали при этой температуре в течение 3 ч.

Анализ химических показателей солода показывает, что обработка АОБ увели-

Таблица i

Вариант Натура, г/л Масса 1000 зерен, г Крупность, % Белок, % Энергия прорастания, % Всхожесть, %

Контроль 633 45,1 89,0 11,81 88,2 89,2

АОБ 645 48,2 93,6 12,08 95,8 99,2

чивает экстрактивность, величина которой для контрольного образца составила 76 %, а для обработанного образца — 78 %; снижает на 30 % продолжительность осахари-вания, уменьшает время фильтрации сусла на 50 %, увеличивает цветность с 0,25 до 0,34 см3 0,1 н. йода на 100 см3 Н2О, что, очевидно, связано с общим повышением экстрактивности, и в частности с увеличением количества редуцирующих веществ и аминокислот, участвующих в реакции ме-ланоидинообразования.

Кроме этого в зерне опытных образцов (обработка растений препаратом АОБ) увеличивается доля растворимого азота по отношению к общему азоту солода (число Кольбаха), что обеспечивает хорошую степень белкового растворения.

Помимо зерновых и солодовенных показателей качества ячменя определяли влияние АОБ на степень микробной контаминации зерна, а именно его влияние на поверхностную и внутреннюю (субэпидер-мальную) микрофлору. Для анализа количества обсеменяющих поверхность зерна микроорганизмов получали их смывы с последующим посевом суспензий на плотные питательные среды (МПА, суслоагар) и подсчетом числа колониеобразующих единиц (КОЕ). Для определения количества субэпидермальных (внутренних) микроорганизмов ячменя применяли метод прямого посева зерна на агаризованную среду Чапека. Мицелиальные грибы и бактерии, находящиеся во внутренних тканях зерновки, в процессе прорастания зерна размножаются и образуют соответствующие колонии вокруг зерна на поверхности питательной среды [7].

Сравнение поверхностной микрофлоры зерна контрольного и опытного образцов показало значительное различие в количестве колониеобразующих единиц бактерий. Обработка вегетирующих растений АОБ позволила снизить бактериальное загрязнение ячменя с 192-104 до 68-104 КОЕ/г, т. е. практически в 3 раза. Мицелиальные грибы во внешней микрофлоре ячменя

100 100 100 100т ----

80-

60"

40---

Поверхностная АНегпапа Ематт Мисог

бактериальная п ^ ,

г . Внутренняя грибная микрофлора

микрофлора

Конроль  Опыт

Рис. 1. Влияние АОБ на поверхностную и внутреннюю микрофлору зерна ячменя

были обнаружены в незначительном количестве.

Анализ субэпидермальной микрофлоры контрольного и опытного образцов показал значительные различия в количестве ми-целиальных грибов родов Fusarium и Mucor, основных контаминирующих ячмень микроорганизмов. Обработка АОБ позволила снизить их количество на 75 и 25 % соответственно.

Обработка АОБ практически не повлияла на количество КОЕ представителя группы несовершенных грибов рода Alternaría, которые, как известно, являются универсальными обитателями зерновок пшеницы и ячменя и присутствуют в виде мицелия под наружными слоями перикарпия (околоплодника). При этом зерно сохраняет полноценный внешний вид и может иметь всхожесть не менее 95-96 % (рис. 1).

Таким образом, обработка растений ячменя препаратом АОБ в стадии колошения позволила значительно снизить загрязнение зерна как бактериями, так и мицели-альными грибами.

Микроорганизмы, поражающие зерно в процессе хранения, а также мицелиальные грибы родов Geotrichum, Mucor, Rhizopus, развивающиеся в процессе солодораще-ния, наносят значительный ущерб качеству солода и пива. Исследование влияния АОБ на эту микрофлору ячменя проводили путем обработки зерна на разных стадиях замачивания.

При замачивании зерна АОБ вносили воду в двух вариантах: первый — на стадии дезинфекции, заменяя дезинфектант; второй — в последнюю замочную воду. В контроле в качестве дезинфектанта использовали 0,5%-ный раствор КМп04. Концентрация АОБ варьировала в пределах от 0,012 до 0,75 мг/см3 дезинфицирующего раствора или замочной воды. Полученные результаты показали, что при замене дезинфектанта низкие концентрации АОБ (0,012-0,3 мг/см3) стимулируют рост как поверхностной, так и внутренней микрофлоры и только концентрации выше 1,5 мг/см3 подавляют развитие бактерий и мицелиальных грибов (рис. 2).

Обработка ячменя путем введения АОБ в последнюю замочную воду в диапазоне вышеуказанных концентраций привела к существенному снижению количества как бактериальной, так и грибной микрофлоры. В этом варианте обработки даже низкие концентрации АОБ (0,012-0,06 мг/см3) подавляли развитие наружной бактериальной обсеме-ненности на 30-65 % и внутренней на 20 %. Воздействие АОБ в концентрации 7,5 мг/см3 привело к полному подавлению внешней микрофлоры и снижению на 50 % внутренней (рис. 3). Целесообразность такой схемы обеззараживания зерна объясняется тем, что в процессе его замачивания происходит параллельное прорастание как зерна, так и покоящихся форм микроорганизмов-контами-нантов. Вегетативные клетки бактерий и грибов во много раз более чувствительны к повреждающему воздействию, в

600

200 100

"560"

96

12

___96____96

0,012

0,06 0,3

Концентрация АОБ

1,5

7,5

Поверхностная  Внутренняя

Рис. 2. Влияние различных концентраций АОБ на микрофлору ячменя при обработке перед замачиванием

140

'1 120

о

¡ 100

X

! 80

U

о

z 60

о

5 40

=г

20

90

1 48 48  48

0,012

0,06 0,3

Концентрация АОБ

1,5

7,5

Поверхностная  Внутренняя

Рис. 3. Влияние различных концентраций АОБ на микрофлору при добавлении в последнюю замочную воду

2•2005

ПИВО " "ЛПИТКИ

100

100

20

0

145

500

О 400

300

260

10

4

0

0

0

0

том числе к микробоцидному действию АОБ.

Для получения солода в лабораторных условиях и оценки влияния различных концентраций АОБ на солодовенные характеристики исследуемых образцов ячменя был выбран вариант, позволяющий провести максимальную дезинфекцию зерна: обработки зерна в последнюю замочную воду АОБ в концентрациях 0,06 и 1,5 мг/см3.

Полученные данные показывают, что при такой обработке ячменя увеличивается экстрактивность солода, снижается продолжительность осахаривания, увеличивается цветность лабораторного сусла (табл. 2). При этом повышение качественных характеристик солода отмечали во всем диапазоне применяемых концентраций АОБ.

Таким образом, исследование влияния АОБ на технологические показатели и контаминацию зерна ячменя показало, что обработка зерна в поле в стадии колошения приводит к улучшению зерновых и солодовенных показателей ячменя и уменьшению контаминации зерна поверхностной и внутренней микрофлорой.

Для элиминации микрофлоры, обсеменяющей зерно, как в процессе созревания зерна в поле, так и при его хранении и со-

Таблица 2

Вариант Экстрактивность, % Продолжительность осахаривания, мин Цветность лабораторного сусла, см3 0,1 н. йода на 100 см3 Н20

Контроль 75 35 0,20

0,06 мг/см3 АОБ 80 30 0,30

1,5 мг/см3 АОБ 80 30 030

лодоращении целесообразно проводить деконтаминацию зерна при его замачивании. Максимального снижения уровня об-семененности удалось достичь в вариантах обработки зерна путем внесения АОБ в последнюю замочную воду в концентрациях 0,06 и 1,5 мг/см3. При этом наряду с существенным снижением обсемененно-сти зерна улучшаются и такие важные солодовенные характеристики, как экстрак-тивность и продолжительность осахарива-ния.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ермолаева Г.А. Справочник работника лаборатории пивоваренного предприятия. — СПб.: Профессия, 2004.

2. Запрометов М.Н. Фенольные соединения и их роль в жизни растений. — М.: Наука, 1996.

3. Кунце И., Мит Г. Технология солода и пива/ Пер. с нем. — СПб.: Профессия, 2001.

4. Мальцев П.М., Великая Е.И. Химико-технологический контроль производства солода и пива. — М.: Пищевая промышленность, 1976.

5. Мартиросова Е.И. Карпекина Т.И., Эль-Ре-гистан Г.И. Модификация ферментов естественными шаперонами микроорганизмов// Микробиология. 2004. Т.73. № 5. С. 708-715.

6. Мюллер К. Возможности оценки состояния пивоваренного ячменя и солода//Brauwelt Мир пива. 1996. № 4. С. 74-79.

7. Руководство к практическим занятиям по микробиологии/Под ред. Н.С. Егорова — М.: Изд. МГУ, 1983.

8. Смирнова Т.А., Кострикова Е.И. Микробиология зерна и продуктов его переработки. — М.: Агропромиздат, 1989.

9. Степаненко И.Ю., Шаненко Е.Ф, Попов М.П., Эль-Регистан Г.И. Влияние алкилоксибензо-лов на белковое растворение солода//Пиво и напитки. 2001. № 2. С. 36-38.

10. Степаненко И.Ю., Страховская М.Г., Беле-никина Н.С., Николаев Ю.А., Мулюкин А.Л., Козлова А.Н., Ревина А.А., Эль-Регистан Г.И. Защита Saccharomyces cerevisiae от окислительного и радиационного поражения//Мик-робиология. 2004. Т. 73. № 2. С. 204-210.

11. Kozubek A, Tyman J. H. P. Resorcinolic lipids, the natural non-isophenoide phenolic amphiphiles and their biological activity//J. Chemical reviews. 1999. V. 99. № 1. Р. 1-25.

ХИММЕ

Комплектация исследовательских лабораторий и лабораторий контроля качества

Тест-наборы и реактивы для анализа воды Расходные материалы для хроматографии и других физико-химических методов анализа Аналитические приборы Лабораторная посуда и вспомогательные приборы (рН-метры, весы, термостаты, печи, мешалки и др.) Реактивы для биохимических и микробиологических исследований, питательные среды Пищевые добавки и эфирные масла

115230, Москва,Каширское ш., д. 9, корп. 3

Тел.: (095) 728-4192, 777-8495, факс: (095) 742-8341 E-mail: mail@chimmed.ru http://www.chimmed.ru