Procese microbiologice la fabricarea berii

Obţinerea berii este unul din cele mai vechi procese biotehnologice care folosesc drojdiile pentru a transforma glucidele fermentescibile în alcool etilic şi dioxid de carbon. Primele date privind microbiologia berii sunt descrise de Louis Pasteur în 1876, în cartea “Etudes sur la biere”. Drojdia de bere aparţine grupei ascosporogene, familia Saccharomycetaceae, genul Saccharomyces.

Acest gen se distinge prin următoarele caractere:

• înmulţirea celulelor se face prin înmugurire;
• formează uneori pseudomiceliu;
• sporii sunt de obicei rotunzi sau ovali;
• fermentează întotdeauna alcoolic şi nu asimilează azotaţii.

Din punct de vedere al fermentării există:

• drojdii de fermentaţie inferioară – Saccharomyces carlsbergensis – care fermentează la temperaturi scăzute, mergând până la 0÷1ºC şi care se depun pe fundul vasului la sfârşitul fermentaţiei;
• drojdii de fermentaţie superioară – Saccharomyces cerevisiae – care fermentează la temperaturi ridicate, iar la sfârşitul fermentaţiei se ridică la suprafaţa lichidului.

Primele drojdii de bere de fermentaţie inferioară au fost izolate în cultură pură la Laboratorul din Carlsberg (Danemarca) de către E.C. Hansen (1908), cultură considerată o specie distinctă, Saccharomyces carlsbergensis.

Clarificarea aspectelor microbiologice ale fermentaţiei au fost posibile şi datorită dezvoltării unor noi utilaje de fermentare. În ultimii 20 de ani, prin metode de fermentaţie noi s-a redus substanţial timpul necesar pentru fermentare, prin folosirea unor cantităţi mai mari de drojdie, folosirea de temperaturi de fermentare mai ridicate şi de menţinerea celulelor de drojdie într-o stare activă. Pe lângă acestea, tehnologia de imobilizare a celulelor de drojdie, asigură prelungirea perioadelor de fermentare, comparativ cu metodele tradiţionale.

Drojdia de bere, Saccharomyces carlsbergensis, utilizată ca starter al fermentaţiei, poate proveni din culturi pure de laborator sau prin recuperarea celulelor dezvoltate la o şarjă precedentă de fermentare. Alegerea unei anumite tulpini de drojdie pentru obţinerea berii, în condiţii specifice de aprovizionare cu materii prime, dotării şi tehnologiei folosite, se realizează luând în considerare principalele caractere specifice ale drojdiei de bere:

• gradul final de fermentare şi viteza de fermentare;
• capacitatea de asimilare a substanţelor ce participă în metabolism;
• randamentul de multiplicare;
• capacitatea de floculare şi sedimentare;
• spectrul şi cantitatea de produse secundare ale fermentaţiei cu implicaţii în gustul şi aroma berii;
• rezistenţă faţă de degenerare, contaminare, ş.a.

Realizarea acestei alegeri este mult mai dificilă decât a celorlalte materii prime pentru bere. Încercările de a caracteriza drojdiile care se comercializează au arătat că cele mai multe dintre ele sunt alcătuite din specii diferite care adeseori posedă proprietăţi de floculare. În practica industrială apar mutaţii nedorite ce împiedică flocularea.

Pregătirea culturii pure de drojdie se face în general în două faze şi anume:

• faza de laborator;
• faza dezvoltării în instalaţia de culturi pure.

Alterări microbiene ale berii

Berea , în funcţie de sortiment, prezintă o compoziţie variată, cu valoare nutritivă, iar diferitele componente ale berii pot servi drept substrat pentru activitatea microorganismelor ce contaminează berea. Alterarea poate fi dată de un număr redus de microorganisme, deoarece în bere există anumiţi factori defavorizanţi, respectiv o cantitate mică de extract uşor asimilabil, prezenţa de alcooli, pH-ul acid, anaerobioză, presiune dată de dioxidul de carbon, temperaturi reduse la păstrare (4-15ºC). Alterarea microbiologică a berii poate fi dată de drojdii şi bacterii.

Alterări produse de drojdii

Dezvoltarea drojdiilor de cultură – când filtrarea nu a fost eficientă, drojdii din genul Saccharomyces carlsbergensis pot continua fermentaţia , produc tulburare, formează rapid un sediment stabil, iar la deschiderea ambalajului spumarea este mai intensă, berea are extractul mai redus şi o cantitate mai mare de alcool.

Dezvoltarea drojdiilor de contaminare – unele drojdii atipice Saccharomyces pasteurianus, Saccharomyces turbidans, pot produce contaminarea drojdiei de cultură şi dau un gust specific, berea este tulbure, tulburarea este mai stabilă deoarece aceste drojdii au celule mai mici ce rămân mai mult timp în suspensie, iar sedimentul este pulverulent.

Alte drojdii de alterare aparţin genurilor Brettanomyces, Candida, Debaryomyces, Hanseniaspora, Hansenula, Pichia etc. Prezenţa lor poate avea efect negativ asupra stabilităţii spumei deoarece ele pot elibera proteaze prin autoliză. Unele specii pot câştiga în competiţie datorită avantajului de a utiliza dextrine sau de a avea caracter killer.

Alterări produse de bacterii

Unele bacterii sunt adaptate la condiţiile existente în bere şi prin activitatea lor de metabolism, produc opalescenţă persistentă şi importante modificări ale gustului, iar berea nu este acceptată în consum. O cauză a alterării berii este datorată contaminării secundare; se consideră că 60% din contaminarea secundară are loc la umplere şi capsare, datorită existenţei unor locuri greu accesibile pentru dezinfecţie la maşina de îmbuteliat.

Printre bacteriile de alterare a berii se numără lactobacili heterofermentativi, care sunt mai puţin sensibili la acţiunea microbiostatică a răşinilor din hamei, pot produce diacetil, opalescenţă şi creşterea vâscozităţii. Alterarea berii cu lactobacili se caracterizează prin turbitate fină asociată de gust acid şi arome nedorite de acetoină sau de unt (diacetil).

Bacteriile aerobe din genul Acetobacter sunt active dacă berea este păstrată cu gol de aer; produc acid acetic, peliculă şi opalescenţă. Acrirea berii poate fi dată de Acetobacter pasteurianus şi Acetobacter xylinum. Prin activitatea lor în bere se produce turbiditate, creşterea vâscozităţii asociată cu o pierdere în conţinutul de alcool datorită formării acidului acetic. Berea devine filantă, acră şi are o culoare modificată.

Bacterii din genul Zymomonas au fost izolate din bere, de pe suprafaţa echipamentelor din fabrici de bere şi de pe periile folosite la maşinile de spălat sticle. Când berea este alterată cu Zymomonas se formează turbiditate şi un miros neplăcut de mere putrede, datorat urmelor de aldehidă acetică, H₂S şi alţi compuşi cu sulf, acizi graşi, compuşi fenolici, diacetil, creşterea vâscozităţii. În timpul verii prin păstrarea la cald, alterarea poate avea loc în 2-3 zile ca urmare a creşterii bacteriilor şi a formării de aldehidă acetică. În berea obţinută prin fermentare la temperaturi scăzute (8-12ºC) nefavorabile pentru creşterea lui Zymomonas incidenţa acestor bacterii este redusă.

Bacteriile anaerobe din genul Pectinatus produc în bere H₂S, acid acetic, acid propionic şi opalescenţă.

Prezenţa dioxidului de carbon şi nivelul redus de oxigen previne creşterea multor microorganisme, dar facilitează supravieţuirea şi multiplicarea bacteriilor anaerobe din g. Pectinatus şi Megashera ce pot fi cauza a 5-54% din alterări.

Bacteriile sporulate nu au fost detectate în bere.

Bacteriile patogene şi facultativ patogene nu rezistă în bere, prin inocularea berii cu Escherichia coli celulele şi-au pierdut viabilitatea după 48 ore.

Berea este un produs stabil datorită pH-ului redus, prezenţei constituenţilor hameiului, nivel redus de oxigen şi nutrienţi, prezenţa alcoolului care limitează creşterea patogenilor, în schimb riscul de creştere a acestora, există la berea fără alcool.