Микробиологический профиль производства пищевого спирта Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ОСНОВА КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ

ТЕМА НОМЕРА

УдК 663.52

Микробиологический профиль производства пищевого спирта

В. А. Сотников,

д-р техн. наук Казанский национальный исследовательский технологический университет

А. Н. Заботкин

ООО «Олса»

Постоянные спутники спиртовых производств — посторонние микроорганизмы, жизнедеятельность которых отрицательно сказывается на качестве спирта и экономике брожения [1, 2]. Представители многочисленного семейства молочнокислых микроорганизмов, сбраживая сахара в молочную кислоту, приводят к сверхнормативному закисанию бражки. Так, превышение кислотности на 0,1° сопровождается снижением содержания алкоголя в бражке на 0,1% абс. Эти потери спирта складываются за счет как потерь сахаров, так и снижения активности амилаз и глюкоамилаз при смещении рН бражки в более кислую (не оптимальную для ферментов) область. Более того, некоторые представители Lactobacillus при определенных условиях способны синтезировать акролеин, отрицательно влияющий на качество спирта. Ухудшению органолептических показателей спирта способствуют также спорообра-зующие гнилостные бактерии. Масляно-кислые и пропионовокислые бактерии, продуцируя соответственно масляную и пропионовую кислоты, даже в количестве 0,0005% угнетают размножение дрожжевых клеток: дрожжи ослабевают, бродильная энергия их снижается [3]. Эфиры этих кислот могут быть причиной появления в спирте прогорклого запаха (ворвани) и выраженного горького вкуса. Гнилостные бактерии из рода Bacillus также препятствуют активному закисанию бражки, активно разрушают белки, снижают активность ферментов и отравляют дрожжи. Не менее опасны уксуснокислые бактерии, которые обнаруживаются в бродильных аппаратах к концу процесса брожения, особенно их много в сборниках подачи зрелой

бражки на ректификацию. Окисляя спирт в уксусную кислоту, они снижают крепость зрелой бражки, а в спирте возрастает количество этилацетата.

В настоящее время на спиртзаводах для борьбы с посторонней микрофлорой успешно используются различные вспомогательные технологические средства (Нобак, Лактрол, Септрол, Ардон, Вектор и. т. п.), применяемые на стадии брожения и дрожжераще-ния. Однако входящие в их состав антибиотики активно подавляют преимущественно молочнокислые микроорганизмы с низким обеспложивающим эффектом по отношению к другим бактериям.

Поэтому создание антисептирующих средств (АС), нацеленных на подавление жизнедеятельности всего спектра посторонних микроорганизмов, в спиртовой промышленности в настоящее время остается актуальным.

При разработке состава АС необходимо учитывать не только качественный и количественный состав посторонней микрофлоры, но и источники ее возникновения.

На рисунке представлены результаты многолетних исследований по изучению микробиологического профиля спиртзаводов, использующих либо традиционный способ разваривания (132...145 °С) заторов, либо механико-ферментативную обработку крахмалистого сырья (ржаного и/или пшеничного) с последующим разжижением и осахариванием концентрированными ферментными препаратами и сбраживанием сусла периодическим способом. Микрофлору технологических потоков идентифицировали методом высева ее на соответствующие элективные пита-

20 ПИВО и НАПИТКИ 6 • 2014

тельные среды [4] с условным разделением микроорганизмов на 5 групп.

Первая группа: «плесени» — из числа «плесеней хранения» типа Aspergillus, Penicillium, Rhizopus, без учета «полевых плесеней».

Вторая группа: «гнилостные бактерии» — спорообразующие бактерии типа Bacillus, Clostridium, Pro-pionobacter и т. п.

Третья группа: «термофилы» — молочнокислые микроорганизмы из числа активных кислотообразователей, развивающихся при 40...60 °С.

Четвертая группа: «мезофилы» — молочнокислые микроорганизмы, развивающиеся при 25.35 °С.

Пятая группа: «уксуснокислые бактерии» из семейства Gluconobacter и Acetobacter.

Исследуемые на предприятиях зерновые замесы 1 (см. рисунок) в целом имели нормативную степень инфицированности (4,2106 КОЕ/г) гнилостными бактериями и плесенями. Существенную разницу в составе микрофлоры разваренной массы мы обнаружили при реализации традиционного способа разваривания замеса 2 и способа механо-ферментативной его обработки 2а. Безусловно, ввиду снижения уровня тепловой обработки общая численность организмов в заторе 2а была почти в 10 раз выше (7,0103 КОЕ/г), чем в заторе 2 (0,8103 КОЕ / г). Следует особо обратить внимание на факт присутствия в заторе 2 только гнилостных бактерий и плесеней, тогда как даже в стерилизуемом на трубчатом стерилизаторе заторе 2а начинают обнаруживаться термофилы и даже мезофилы. Их численность (2,0104 КОЕ/г) закономерно возрастает на последующей стадии вакуум-охлаждения, разжижения и осахаривания сусла 3 концентрированными и микробиологически чистыми ферментами. На этой стадии основной группой инфекций являются термофилы (35% от общего числа КОЕ). Зараженность осахариваемого сусла мезофила-ми при стабильной работе предприятия остается невысокой (15%), но в случае простоя осахаривателя (более 2 ч) количество мезофилов начинает резко увеличиваться. По мере охлаждения сусла 4 общая численность бактерий продолжает возрастать (3,0105 КОЕ/г) с преобладанием в микрофлоре мезофилов. При этом относительная численность гнилостных бактерий и термофилов закономерно снижается. Нами было выявлено, что очагом этого «мезофильного заражения» является биопленка, кото-

ССЭЛПА^уЛ^Ти _ Л^УЛОА l^AUC^TOA ППЛГ1У|/| IIJip*

б5ЕЗОПАСНОСТЬ — ОСНОВАКАЧЕСТВАПРОДУКЦИИ

БЕТАСЕПТ

БЕТАСЕПТ

h

71 %

7,0-103 КОЕ/г 15 % 15 %

0,8-103 КОЕ/г 2,0-10' КОЕ/г 1,1-103 КОЕ/г 30,0-106 КОЕ/г

Плесени Гнилостные бактерии Мезофилы Уксуснокислые бактерии Термофилы

s

и

X <

§

ш h

%

Микробиологический профиль производства спирта

рая формируется на внутренних поверхностях трубчатых или пластинчатых теплообменников. Эта биопленка, являющаяся вязкой крахмалисто-белковой субстанцией, служит прекрасной средой для размножения инкрустированных в нее бактерий.

В спиртовом производстве бактериальное инфицирование дрожжей недопустимо. Тем не менее в производственных условиях нередки случаи спорадических вспышек их заражения. Причин этого явления много: низкая эффективность кислотной обработки дрожжей (бактерии приобретают кис-лотоустойчивость); огрехи при проведении пастеризации сусла, а также недостаточная тщательность мойки и дезинфекции оборудования; использование инфицированных маточных дрожжей. В зрелых дрожжах 5 общая численность микроорганизмов невелика (1,Ы03 КОЕ/г), а мажорной инфекцией (80%), как правило, выступают гнилостные бактерии, так как они с трудом поддаются обеспложиванию в процессе пастеризации. Минорной, но тем не менее очень опасной инфекцией, являются термофилы (15%) и мезофиллы (5%) присутствие которых в дрожжах абсолютно недопустимо.

Посторонние микроорганизмы, присутствующие в сусле и привнесенные с дрожжами, начинают наиболее активно развиваться в процессе броже-

ния, достигая порой высоких величин (26,0106 КОЕ/г), что сопровождается закисанием бражки (свыше 0,6°). Мажорной микрофлорой бродящего сусла являются мезофилы (80%), а относительная численность термофилов, особенно, гнилостных бактерий, в нем закономерно снижается.

На некоторых спирзаводах (на 7 из 11 предприятий) в зрелой бражке к концу процесса брожения, а также в бражке, хранившейся в передаточном чане 7, были обнаружены уксуснокислые бактерии (15% от общего количества микроорганизмов).

На основании выявленного микробиологического профиля технологической цепочки производства спирта была разработана концепция создания анти-септирующих средств (АС), применение которых позволило бы максимально предотвратить вероятность инфицирования на каждом технологическом участке и на производстве в целом.

При разработке этой концепции мы руководствовались тремя принципами. В соответствии с первым принципом, когда «болезнь легче предупредить, чем лечить» — применение АС должно начинаться уже со стадии осахарива-ния сусла для всех схем разваривания крахмалистого сырья, но в особенности для схем механико-ферментативной обработки заторов. Исходя из этого же принципа процесс дрожжегенерации

6 • 2014 ПИВО и НАПИТКИ 21 ™

БЕЗОПАСНОСТЬ-ОСНОВАКАЧЕСТВАПРОДУКЦИИ'

Антисептик Длительность брожения, ч 0 24 48 72 Бактерии в млн/см3 Кислотность, о Показатели брожения Несброженные Живые дрожжи, сахара, мг/100 см3 млн/см3 а-амилаза, % от исх.

Без антисептиков 0,62 49,6 59,2 77,3 1,2 0,83 0,0017 8

Формалин 0,23 18,7 24,3 26,0 0,65 0,61 0,12 65

Бетасепт 0,28 2,8 3,7 15,1 0,40 0,41 0,4 72

Бетасепт для осахаривателя 0,02 2,8 3,2 14,3 0,35 0,34 0,8 77

Бетасепт + Бетасепт для осахаривателя 0,04 1,1 1,9 9,0 0,30 0,20 2,8 84

должен осуществляться в присутствии АС, надежно препятствующих развитию посторонних микроорганизмов всех типов. При этом АС не должны подавлять жизнеспособность и бродильную активность спиртовых дрожжей.

По второму принципу — «необходимости и достаточности» — рецептурный состав АС должен обеспечивать эффективное уничтожение специфической микрофлоры той или иной технологической среды (осахариваемое, охлаждаемое и сбраживаемое сусло, дрожжевая масса). Кроме того, принимая во внимание склонность бактерий к адаптации к различным обеспложивающим веществам, в состав АС должны входить абиотики функционально разнонаправленного действия на метаболизм бактериальной клетки, обеспечивая тем самым возможность длительного использования АС без эффекта «привыкания» к нему бактериальной микрофлоры.

Третий принцип — «технологической приемлемости» — в соответствии с которым АС, применяемые на стадии оса-харивания сусла, должны максимально проявлять свою антисептическую активность при температуре осахарива-ния (55.60°С), но в выварочной части бражной колонны, т. е. при температуре 101.103 °С, должны инактивироваться, обеспечивая тем самым отсутствие АС в барде и спирте. Также они должны иметь хорошую растворимость для удобства их дозирования и не снижать активность разжижающих и осахаривающих ферментов. С целью повышения эффективности АС в их состав должны входить технологические присадки — тензиды, облегчающие проникновение действующих (абиотических) веществ в биопленку, что усиливает эффект обеспложивания инкрустированных в нее бактерий. Кроме того, АС должны обладать пролонгированностью обеспложивающего эффекта на протяжении всего процесса брожения.

Учитывая сказанное, были созданы многофункциональные антисептирую-щие средства и налажено их производство под торговыми марками «Бета-септ» и «Бетасепт для осахаривателя», которые более 11 лет с успехом исполь-

зуются в спиртовои промышленности России и стран СНГ.

Препарат «Бетасепт» нацелен на уничтожение всего спектра посторонних микроорганизмов с усилением бактерицидных своИств по отношению к мезофилам, термофилам и уксуснокислым бактериям. Этот препарат, благодаря ограниченнои растворимости в воде, обладает пролонгированностью деИствия, поэтому особенно рекомендован к применению на стадии брожения и дрожжегенерации.

Термостабильный, хорошо растворимый препарат «Бетасепт для осахарива-теля» рекомендуется к использованию на стадии осахаривания сусла, но также может быть использован при приготовлении дрожжей. Его действие направлено на уничтожение всей бактериальной микрофлоры, но усилен по отношению к гнилостным бактериям (маслянокис-лым, пропионовокислым и бактериям рода Bacillus), а также к термофильным молочнокислым микроорганизмам.

Оба эти препарата выпускаются в виде двух композиций: «А» и «Б», поочередное использование которых (в «шахматном» порядке) обеспечивает отсутствие эффекта «привыкания» в течение долгих лет применения этих АС.

Усредненные результаты промышленных исследований влияния различный антисептиков на показатели процесса брожения представлены в таблице.

Использование традиционного антисептика — формалина — при нормируемом расходе (25 кг/1000 дал) не обеспечивает надлежавшего уровня обеспложивания посторонней микрофлоры. Так, закисание зрелой бражки было сверхнормативным (0,65°), что коррелировало с высокой численностью в ней бактерий (26,0 млн/мл). В первом эксперименте, заменив формалин на препарат «Бетасепт», который вносили одновременно в дрожжанку и бродильные аппараты на момент внесения в них дрожжей из расчета соответственно 2,0 г/м3 дрожжанки и 0,5-1,5 г/м3 бродильного аппарата, показатели брожения заметно улучшились. Несколько более значимый эффект антисептирова-ния мы наблюдали во втором экспери-

менте, применяя препарат «Бетасепт для осахаривателя», который непрерывно вводился в осахариватель из расчета на 0,5-1,5 г/м3 сусла и которым также антисептировались дрожжи (2,0 г/м3 дрожжанки). В третьем эксперименте использовался и тот и другой препарат, т. е. антисептированию подвергалась уже вся технологическая схема производства, а их суммарный расход не превышал такового для отдельно взятых препаратов. Именно при таком совокупном обеззараживании осахари-ваемого и сбраживаемого сусла, а также дрожжевых масс были достигнуты наилучшие результаты по показателям зрелой бражки: общая обсемененность, кислотность, количество несброженных сахаров были даже ниже регламентируемых. Объяснить этот факт можно устранением эффектов «отравления» дрожжей и ферментов продуктами жизнедеятельности бактерий. Примечательно, что остаточное количество жизнеспособных дрожжей в зрелой бражке было максимальным и составляло 2,8 млн / мл по сравнению с таковым в процессах, где использовался формалин (0,12 млн/мл) и уж тем более тогда, когда процесс вели без антисептиков (0,0017 млн/мл). Ту же закономерность мы наблюдали для остаточной активности а-амилазы: чем ниже уровень ин-фицированности бражки (9,0 млн/мл), тем выше ее остаточная активность (84% исх. акт.), и наоборот (77,3 млн/мл = = 8% исх. акт.). Столь высокая физиологическая активность дрожжей и сохранность амилолитической и глюкоа-милолитической активности не могли не сказаться на фактической длительности процесса брожения, которая сократилась на 4-10 ч по сравнению с процессами, где использовался формалин. Произведенный ректификованный спирт отвечал всем требованиям по физико-химическим показателям, а по данным дегустационной комиссии, отмечалось уменьшение посторонних привкусов и запахов в спирте, выработанном в экспериментах с наименьшей инфицированностью бражки.

Микробиологическими методами подтверждено полное отсутствие остаточ-

22 ПИВО и НАПИТКИ

6 • 2014

Антисептирующие препараты для производства спирта

Производитель: ПРОМАСЕПТИКА (ИП Сотников В. А) Дистрибьютор: ООО «ОЛСА»

Тел.:+7(843)2486858, 89063238531; Факс: +7(843)2628830 Тел,: +79031429063; Факс: (495)5151981 Е,ппа!!:swa862@marl.ru Е.таН: sizab@maH.ru

ш §

0

1 <

§

ш h

БЕЗОПАСНОСТЬ

■ ОСНОВАКАЧЕСТВАПРОДУКЦИИ

ных количеств используемых препаратов в ректификованном спирте и в барде.

Таким образом, на основе данных по микробиологическому профилю технологической цепочки производства спирта были разработаны разнонаправленные антисептирующие препараты типа «Бетасепт» и обоснованы необходимость и технология их использования

с целью повышения как эффективности спиртопроизводства, так и качества спирта посредством максимального подавления жизнедеятельности всего спектра посторонних микроорганизмов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Смирнов, В. А Технология спирта / В. А. Смирнов. — М.: Легкая промышленность, 1981, 320 с.

2. Матвеев, В. Е. Научные основы микробиологической технологии / В. Е. Матвеев. — М: Агропромиздат, 1985, 224 с.

3. Микробиология пищевых производств / Н. Е Ильяшенко [и др.]. — М: КолосС, 2008, 412 с.

4. Лабинская, А. С. Микробиология с техникой микробиологических исследований / А.С. Лабинская. — М: Медицина, 1972, 480 с. &

Микробиологический профиль производства пищевого спирта

Ключевые слова

антисептирующие средства; брожение; дрожжегенерация; осахаривание сусла; посторонние микроорганизмы.

Реферат

На основании выявленного микробиологического профиля спиртовых производств разработаны антисептирующие препараты типа «Бетасепт» с обоснованием необходимости их применения с целью повышения эффективности спиртопроизводства и улучшения качества спирта посредством максимального подавления жизнедеятельности всего спектра посторонних микроорганизмов.

Авторы

Сотников Валерий Александрович, д-р техн. наук

Казанский национальный исследовательский технологический университет,

420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 68, swa862@mail.ru

Заботкин Андрей Николаевич

ООО «Олса»,

sizab@mail.ru

Microbiological Profile of Food Splitdecision Characteristics at the Expense of its Constituent Components

Key words

anti-septicaemia means; fermentation; greggersen; the saccharification of the mash; foreign microorganisms.

Abstract

Based on the identified microbiological profile of alcohol production developed anti-septicaemia means type "Betasept" with justification for their use in order to improve the efficiency of spiroperidol and improve the quality of alcohol by maximum suppression functioning of the entire spectrum of foreign microorganisms.

Authors

Sotnikov Valeriy Aleksandrovich, Doctor of Technical Science Kazan National Research Technological University, 68 Karl Marx st, Kazan, 420015, Russia, swa862@mail.ru Zabotkin Andrey Nikolaevich LLC "Olsa", sizab@mail.ru

expert HoReCa Expo Ural

EXHIBITION COMPANY СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА ИНДУСТРИИ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ И ГОСТЕПРИИМСТВА

3-5 марта 2015, МВЦ «Екатеринбург-ЭКСПО»

В программе мероприятий: I открытый чемпионат Урала по хлебопечению Гастрономические мастер-классы Тренинги от ведущих специалистов Семинары, конференции, круглые столы и многое другое.

Выставочная компания «Эксперт» Адрес: 620144, г.Екатеринбург, ул. Московская 195, офис 735 Телефон/факс: +7 (343) 384-85-85, e-mail: expert@expo96.com, www.expo96.com ^

24 ПИВО и НАПИТКИ 6 • 2014