Обзор: дрожжи рода Brettanomyces в технологии пива

DOI:

В пивоварении, как и в других отраслях бродильной промышленности, сегодня зачастую применяются исключительно чистые культуры дрожжей, такие, как Saccharomyces cerevisiae . Однако использование одного штамма для эффективной и высококачественной ферментации, может оказаться затруднительным, так как существует определенная вероятность заражения дикими дрожжами и бактериальной микрофлорой. Они могут создать особый профиль брожения и вкуса, а это влечет за собой сложности по устранению нежелательных ароматических нот в продукте [ 1, 2]. Поэтому сегодня все более популярным в промышленности становится применение прочих видов дрожжей [ 3–6]. В то время как многие из этих видов дрожжей рассматриваются в качестве микроорганизмов-вредителей

высокоэффективным метаболизмом, а их способность к жизнедеятельности в условиях высокой концентрации этанола нашло применение в производстве биоэтанола [11].

Brettanomyces в пищевой промышленности

Наиболее известные случаи образования Brettanomyces в промышленности – в процессах спонтанного алкогольного брожения, безалкогольных напитках, молочных продуктах, заквасках и при производстве оливок [1 2, 13]. Эти области производства характеризуются различными сочетаниями производственных стрессов: высокими концентрациями этанола, низким pH, отсутствием легкоферментируемых источников азота и углерода, низким содержанием кислорода и др.

Однако, как упоминалось ранее, отношение к Brettanomyces часто неоднозначно. В некоторых производствах, таких, как бельгийский стиль пива ламбик (lambic) или американский эль кулшип (coolship), присутствие Brettanomyces является необходимым для ароматики напитка, тогда как эти же профили аромата в вине категорически недопустимы [ 9, 14]. Кроме того, отмечают частое непреднамеренное присутствие Brettanomyces на заводах по производству биоэтанола, при этом некоторые из этих штаммов могут превосходить по эффективности производственные [1 5, 16].

Характеристика дрожжей Brettanomyces

В современной классификации дрожжи рода Brettanomyces (семейство Saccharomycetaceae ) неспорообразующие. Brettanomyces способны сбраживать широкий спектр источников углерода, но с различной скоростью. Например, установлено, что Brettanomyces способны к сбраживанию мальтозы и фруктозы, хотя и с меньшей скоростью по сравнению с глюкозой [1 7, 18]. Сбраживание сахарозы также может говорить о высокой конкурентоспособности этих дрожжей [1 9, 20]. Интересна различная способность сбраживать галактозу [21].

Brettanomyces в отличие от Saccharomyces способны сбраживать сложные сахара, такие, как целлобиоза и декстрины. Целлобиоза – дисахарид, который формируется неполным гидролизом целлюлозы и содержится в древесине (например, в бочках, используемых для выдержки вина или пива) [16, 22]. Декстрины, такие, как мальтотреоза и мальтопентоза, присутствуют в качестве остаточного сахара после главного брожения пива. Brettanomyces произ- водит фермент α-глюкозидазу, позволяя гидролизовать сложные сахара в глюкозу [14, 23]. При этом возможно получить пиво с чуть более высокими уровнями этанола и сниженными концентрациями остаточного сахара (меньшим содержанием калорий).

Большинство штаммов Brettanomyces обладает высокой устойчивостью к этанолу, что имеет решающее значение для выживания в среде брожения. Однако в целом Brettanomyces несколько более чувствителен по сравнению с большинством штаммов S. cerevisiae [24]. Исследования показывают, что содержание этанола 14,5–15,0% об. в винах – верхний предел роста для Brettanomyces . Однако эта граница зависит от штамма и от факторов окружающей среды, таких, как pH и концентрация свободного сульфита [25]. Важно отметить, что различные концентрации этанола влияют на вкусовые профили Brettanomyces с положительной корреляцией между величиной концентрации этанола и выходом этиловых эфиров, фенилового этанола и 4-этилгваякола [26].

Brettanomyces в пивоварении

В то время как подавляющее большинство стилей пива сбраживается чистыми культурами дрожжей S. cerevisiae (эль) или S. pastorianus (лагер), существует несколько видов специального пива спонтанного брожения [2 7–29]. Наиболее известными спонтанно сбраживаемыми стилями пива являются ламбик и гёз (gueuze), исторически произведенное в окрестностях Брюсселя (Бельгия).

Пиво в стиле ламбик характеризуется длительным временем брожения (которое может достигать несколько лет) и богатым, сложным вкусом со специфическими тонами, ассоциирующимися с богатой бактериальной и грибковой микрофлорой. Микробиом при таком брожении сложен – несколько видов дрожжей и бактерий, сосуществующих и меняющихся со временем [29]. Состав среды пива ламбик был впервые подробно описан в 1977 году [30]. Сегодня, используя современные методы исследования: секвенирование [27], денатурирующий градиентный гель-электрофорез (ДДГЭ) [7], масс-спектрометрирование [1], установлено, что микробная популяция состоит в основном из дрожжей и бактерий (лактобактерии и пе-диококки) [31–33]. В то время как большая часть спиртового брожения такого пива осуществляется дрожжами S. cerevisiae в более поздних стадиях, когда олигосахариды (мальтозы и мальтотриозы) исчерпаны, дрожжи S. cerevisiae постепенно прекращают процесс сбраживания, тогда как Brettanomyces действуют еще 4–8 месяцев [27, 30]. Это наиболее распространенный род дрожжей, который остается до конца брожения. В течение этого этапа «тихого брожения» наблюдается метаболическая активность эстеразы, ß-глюкозидазы, α-глю-козидазы, а также обмена веществ с бактериями, что и является причинами кардинальных изменений в сенсорном профиле напитка и получении неповторимого вкуса [34].

Летучие компоненты Brettanomyces

Brettanomyces, как указывалось ранее, может сильно влиять на аромат продуктов брожения. Существуют различные термины для описания ароматики Brettanomyces , в том числе гвоздичный, пряный, мышиный, скотного двора, дымчатый, пластиковый, фенольный, медицинский, бинтов, металлический, печенья, яблочный, цветочный, тропических фруктов, цитрусовый и/или пряный [3 5, 36], но их более удобно объединить в термин «ароматика Brettanomyces ».

Летучие фенольные соединения отвечают за основные ароматические профили, связанные с Brettanomyces [2 1, 3 7, 38]. Существует шесть соединений, отвечающих за фенольную ароматику: 4-этилгваякол, 4-этилфенол, 4-этилкатехол и их прекурсоры: 4-винилгваякол, 4-винилфенол и 4-винилкатехол.

Известно, что 4-этилгваякол, 4-этилфенол способствуют нежелательному аромату в зараженных винах [39] (лекарственный, бинтов), однако при этом они же являются необходимыми в создании ароматики (гвоздичный или пряный аромат) пива ламбик, американского эля кулшипи, различных бельгийских кислых элей, что связано с различной концентрацией и соотношением этих компонентов в напитке [4 0–42].

Эфиры образуют важную группу ароматических соединений, в виду того что они ответственны за фруктовые и цветочные ноты напитков [43]. Доля эфира в пиве ламбик, как правило, характеризуется низким содержанием изоамилацетата, высокой концентрацией этилка-прилата и этиллактата и значительным количеством этилового капрата в сравнении с пивом, произведенным с использованием традиционных дрожжей S. cerevisiae и S. pastorianus [5]. Исследования подтвердили, что эстеразы, присутствующие в Brettanomyces, отвечают за образование этиловых эфиров, таких, как этилацетат и этиловый лактат, наряду с гидролизом ацетатных эфиров, например, изоамилацетата и фенилацетата [30, 44]. Разница между концентрацией ацетата и этилового эфира связана с гидролизом уксусных эфиров эстеразой Brettanomyces.

Пропагация Brettanomyces

Разведение стартовой культуры Brettanomyces можно проводить с использованием аналогичных методов размножения элевых дрожжей, но каждый этап роста занимает больше времени. Предлагается разведение культуры сначала до 50 см³, затем до 150 см³ при подготовке 20 дм³ объема и далее по объему пропагатора. Можно применять неохмеленное сусло (средняя плотность 9–12%) с добавлением питательных веществ. В среднем процесс длится от семи до восьми дней при 28 °C и непрерывной аэрации для достижения максимального выхода клеток Brettanomyces [45].

Если стоит цель получить пиво с нотами уксусной кислоты, можно использовать весь объем стартера. Чтобы уменьшить количество уксусной кислоты в готовом пиве, необходимо после нескольких дней декантировать стартер, прежде чем задавать его в пиво. Внесение и распределение Brettanomyces в слое пива займет больше времени, чем для большинства дрожжей, потому что клетки Brettanomyces имеют меньший размер и не обладают высокой флокуляцией. Чтобы компенсировать более медленный темп роста, рекомендуется задавать Brettanomyces в количестве(по объему на сусло), которое обычно применяется для лагеров, что примерно в два раза больше стандартной задачи для элей.

Заключение

В последние десятилетия интерес к использованию нетрадиционных видов дрожжей для процессов брожения несколько ограничен. Однако информация, обобщенная в этом обзоре, подчеркивает потенциал Brettanomyces для промышленного использования. Так, Brettanomyces часто превосходят S . cerevisiae по применению в специфических условиях – низкое содержание азотного питания, низкий pH и высокий уровень этанола, а в условиях ограниченного содержания углеводов и кислорода часто показывают более эффективный рост, чем S . cerevisiae. Широкое применение Brettanomyces нашли в спонтанносбраживае-мых напитках, таких, как пиво ламбик, где они необходимы для получения типичного ароматического профиля.