張煥海    濰坊檢驗檢疫局   261041

 

摘要：本文介紹了啤酒中的有害微生物的種類、來源、有害微生物對啤酒品質的影響。并簡單介紹了乳酸菌、乳桿菌、足球菌、發酵單胞菌、果膠桿菌、巨球菌等幾種啤酒有害微生物。

關鍵詞：啤酒、有害微生物、酸敗、HACCP

The harmful fungus which should be considered

when the HACCP System of brewery be established

Abstract: This article introduced the influence of kinds, source of harmful   microorganism to the quality of beer. In addition, it also introduced some types of harmful microorganism. For example, Lactic Acid Bacteria, Lactobacillus, Pediococcus, Zymomonas, Pectinatus, Megasphaera and so on.

Key Words: beer, harmful microorganism, rancidity

 

我國現有五百余家啤酒廠,都有不同程度的厭氧菌或野生酵母污染現象的存在,有的出現異常發酵,有的造成啤酒混濁、酸敗有異雜腐敗氣味等,嚴重影響了產量質量。

啤酒作為純粹培養物發酵的產物,保持純正清爽是最為重要的,啤酒生產過程,許多環節都可能成為有害微生物污染入侵的入口,它們的污染繁殖由于產生與正常培養酵母不同的異味而影響啤酒的風味和穩定性,甚至使之敗壞。現在許多啤酒廠按照HACCP的七個原理建立了HACCP管理體系，但是沒有分清楚啤酒中的有害微生物，所以進行的危害分析不到位，本文簡單介紹一下啤酒中的有害微生物，以供在危害分析時加以參考。

一、啤酒有害微生物

啤酒有害微生物是從原料、用水、空氣、酵母、空容器及工作人員帶來的,存在于大桶管路、車間的墻面、地面排水溝等各處。其定義為:除了啤酒釀造所必須的微生物即啤酒酵母(培養酵母)以外在啤酒廠被檢出的微生物都被視為污染微生物。而這些微生物當中能使啤酒風味及穩定性劣化的叫做啤酒有害微生物。到目前為止報道的啤酒污染細菌大都不是對人致病菌,只有一個例外,從市售混濁的啤酒中分離出的Peednillium crustostosum(足球菌的一種)可以產生毒性很強的生物堿,對人體能產生嚴重病變。

啤酒生產中造成有害的污染菌,最有害的四種microorganism是乳酸桿菌、足球菌、果膠桿菌、野生酵母。用營養瓊脂測細菌總數,用乳糖培養基測大腸菌群,它們只能檢測衛生狀況,并沒有分出啤酒的無害微生物和有害微生物。而上述厭氧菌則可使啤酒損壞,所以真正對啤酒構成危害的細菌是革蘭氏陽性兼性厭氧菌和革蘭氏陰性嚴格厭氧菌及野生酵母。對于非熱處理啤酒,即沒有巴氏殺菌工藝,所以啤酒酵母在濾過后也被列入有害微生物名單上。

按照污染細菌對啤酒生產的危害程度,可將啤酒釀造中常見的污染細菌分為啤酒有害微生物、啤酒間接有害微生物、潛在啤酒有害微生物。.

啤酒有害菌：此類菌在各種啤酒中有生長產生危害,并能通過多種途徑傳播,主要是革蘭氏陽性的乳酸菌類,革蘭氏陰性的果膠桿菌和巨球菌等及野生酵母。

啤酒間接有害微生物(或叫無害微生物)：此類微生物具有腐敗性質,但它們不能在正常的啤酒中生長,故可看作對啤酒無直接害處,例如芽抱桿菌對酒花物質非常敏感,以致不能在啤酒中生長,但它們能形成耐熱的孢子,遺留在啤酒中。霉菌是需氧菌也不能在啤酒中生長,但能在原 料、容器、包裝材料上生長成菌落,產生霉昧,間接傳到啤酒中,影響啤酒質量。,

啤酒潛在有害微生物 ：此類菌是在一定條件下危害啤酒的細菌,包括鏈球菌、明串珠菌、乳鏈球菌、克氏小球菌等。當工藝控制出現不正常,啤酒中控制因素降低時,潛在有害菌才生長,特別是在以下情況下：PH值>4.5、氧含量>1mg/L、過低的苦味質低于20EBC單位、過高的發酵度與最終發酵度的差別(大于1%)、糖化不好等。我們重點需要討論的是啤酒有害菌。

二、.啤酒有害微生物的由來

在啤酒生產上的有害微生物,一般講是隨原料、用水、空氣、酵母泥、空容器及操作人員帶來的,存在于大桶,管路設備及建筑物的每個角落。

(1)大麥和麥芽

大麥、麥芽里附著霉茵、細菌、野生酵母,釀造用水中也有各種細菌、野生酵母的存在。在糖化由于麥汁煮沸的進行,這些微生物是無法生還的。但必須注意洗刷用水的衛生。

(2)空氣

空氣中漂浮著霉菌、細菌、野生酵母。尤其是用于麥汁與啤酒接觸的空氣、壓縮空氣。微生物的狀況要十分注意。

(3)添加酵母

啤酒酵母在釀造過程一直是存在的,主發酵后沉淀的酵母經水洗為下次發酵所用,這種添加酵母經常會有細菌、野生酵母的存在。

(4)空容器

回收的空瓶、空生啤罐及回轉箱等由于野生酵母、霉菌的污染被認為是危險的微生物污染源。

(5)操作人員 在人們的身上生存著大腸菌群的細菌、野生酵母、霉菌等各種微生物,這就如同我們的手污染食品一樣。 另外,操作人員的衣服、鞋、帽也有微生物的存在而帶入工作場所。

可以通過建立衛生標準操作程序（SSOP）進行控制以上微生物傳播的途徑。

三、.啤酒有害微生物與啤酒品質的關系

啤酒有害微生物對啤酒的影響主要表現在使啤酒混濁、香味的劣化,粘著性及噴涌現象等。

   (1)微生物混濁

大家知道,啤酒是低PH值(4.1一4.3)二氧化碳飽和的嫌氣狀態,另外,由于酵母的增殖發酵,營養素的消耗處于相對低營養狀態,再加上酒花樹脂對革蘭氏陽性的抗菌作用等,可以說,不太適合于一般微生物的生長。但是Saccharomyces屬的野生酵母,啤酒乳酸菌、Pectinatus cerevisiiphilus屬的嫌氣性革蘭氏陰性菌等在成品啤酒中也能增殖,并引起微生物混濁。

(2)香味的劣化或變質

由于麥汁污染了有害微生物,啤酒〈包括發酵液〉的原味發生改變,成品啤酒的香味產生重大影響。乳酸菌由于乳酸發酵的代謝產物,使啤酒產生酸味及其轉化的雙乙酰等物質的味道。

(3)粘著性

對于使啤酒帶有粘著性,啤酒乳酸菌、醋酸菌都有發現,常見的是乳酸球菌,醋酸菌因是好氣性菌,在桶酒內好氣條件下容易生長。

（4）噴涌

瓶啤酒〈或聽啤酒〉在開蓋時瞬間,性地發泡,啤酒從瓶口噴出的現象叫噴涌。大麥在收獲時多雨或貯藏條件不良,會使啤酒產生噴涌,經過對農場及貯藏過程附著的霉菌進行研究發現有關系,F1Isari11m屬、Penicillium屬等較廣范圍內的霉菌可能產生噴涌性物質。

四、麥芽生產過程中微生物與啤酒品質的關系

大麥和麥芽污染微生物對啤酒的影響最常見的情況是降低了啤酒的氣體穩定性,即引起噴灑。噴酒的主要原因是使用了涼干大麥或貯存不當的大麥。在浸麥過程中,給大麥接種上各種污染微生物,然后檢查用不同種微生物污染的麥芽制成 的啤酒,發現引起噴灑的菌主要是Fusaria。接種污染后,都能導致麥汁和啤酒中麥汁氮和甲醒氮的增加,就常引起噴灑。

在對噴酒原因的調查中發現一個Fusari11m的分離菌能夠產生至少兩種噴灑誘導物,其中的一種是含膚的低分子物質。在培養濾液中和被這種菌污染的谷粒上也能分離出一種能夠引起噴酒的多膚,研究人員發現,能夠引起正常啤酒強烈噴灑的純凈誘導物的濃度至少應為0.05ppm。

五、.啤酒有害微生物

根據細菌和革蘭氏染液的不同染色反應,傳統上可以把它們分為兩類。一些細菌的細胞外有一層相對較厚的單層的肽葡聚糖,這是一層由微小顆粒組成的網狀結構,它能夠給細胞提供一種結構上的支持力。這些細菌若用革蘭氏復合染液結晶紫/腆染色,并用酒精或丙酮沖洗后可以著色,這些細菌稱為革蘭氏陽性菌,它們在顯微鏡下呈現為紫色。而革蘭氏陰性菌,細胞外擁有多層的外皮,包括細胞質膜、胞外質、一薄層的肽葡聚糖和一層疏水性的外膜。這些細菌若用革蘭氏染液染色,用酒精或丙酮沖洗后不能著色,在顯微鏡下呈現為粉紅色。

(1)乳酸菌(Lactic Acid Bacteria)

乳酸菌是革蘭氏陽性的、不生孢子非運動性的桿菌或球菌。它們有絕對的發酵能力,同化作用的最終產物為乳酸、CO2、醋酸和(或)酒精的混合物(異型發酵),或者只產生單一的乳酸〈同型發酵〉。它們對酸有一定的耐受力并有復雜的營養要求。

糖的代謝：乳酸菌一般來說不能分解多糖,但也有例外,能水解淀粉。大多數的糖通過特定的透性酶被同化,在某些情況下,(如乳糖和半乳糖)糖的同化需要依靠磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的轉磷酸酶系統(PTS)。乳酸菌的己糖發酵途徑主要有兩條,其差異在于采用不同的方式劈開己糖的C6骨架,也就產生了不同的終產物.同型發酵過程中,鏈球菌、足球菌和一些乳桿菌用二磷酸果糖酶把1,6一二磷酸果糖分成兩個磷酸丙糖,再通過丙酣酸形成乳酸。乳酸菌既能產生D〈-〉也能產生L(+)乳酸,在某些情況下也能同時產生這兩種旋光異構物。 乳酸菌對丙翻酸的異化作用,還有兩條比較次耍的途徑,但這所謂的次要途徑對啤酒釀造者來說也是頗為重要的,在其過程中可產生一些揮發性物質如丁二酮等。

氮的代謝 ：乳酸菌是一種典型的需要復雜營養條件(不能在合成培養基上生長)的菌,它們的生長需要多種氨基酸和維生素。乳酸菌的蛋白分解能力較弱,但在多數情況下,它們需求的氨基酸還是由蛋白酶的活動供給的。有證明表明在乳桿菌中有表面結合膚酶,這些研究和啤酒的關系是比較大的,因為啤酒中缺乏各種氨基酸,一般認為這一點正是限制有害的乳桿菌在啤酒中生長的重要因素。

氧的需求：乳酸菌和氧之間被認為是一也耐氧的厭氧菌,即它們不能利用氧氣,但也不象嚴格厭氧菌會被氧氣殺死。人們一般認為,當細菌暴露在空氣中和超氧化物等,需氧的細菌有一套酶如過氧化氫酶和超氧化物歧化酶,可以分別將這些基因轉移。嚴格厭氧菌沒有這些酶,所以不能在有氧環境中生存。乳酸菌因為不能制造血紅素,所以也不能合成過氧化氫酶。但是應該說乳酸菌畢竟是一種厭氧菌,在培養實驗特別是初始的分離實驗中,應該讓它們在厭氧或部分厭氧的條件下生長。

(2)乳桿菌(Lactobacillus)

在啤酒和啤酒廠中至少可檢出9個種的乳桿菌菌株,乳桿菌的生長幾乎總能導致啤酒的損壞,即使發現有微量乳桿菌的存在,也應該立即把它們清除出去。因為,不同種的乳桿菌會不斷改變它們在啤酒中的生長能力和對酒花苦味質的耐受力。把乳桿菌接種到啤酒中,隨著菌的生長不斷檢驗啤酒中糖和氨基酸含量的變化,就可以了解乳桿菌在啤酒中生長所需的營養素。乳桿菌在啤酒中的生長,不僅取決于啤酒的類型,也取決于乳桿菌的種類。

乳桿菌對啤酒質量的影響：在啤酒制造的后發酵階段以及包裝后的成品啤酒中,乳桿菌的存在是最危險的。啤酒變質的特征是產生一種‘絲狀混濁’,但在混濁前啤酒首先會發出雙乙酰的味。乳酸在啤酒中的風味閾值太高,達300PPm。而雙乙酰的風味閾值較低,約為0.15PPm,這就使雙乙酰替代乳酸,成為啤酒受乳桿菌污染變質的一種強列風味物質。啤酒在沒有酵母的情況下,只要受到極少量的乳桿菌的污染,就會積聚高濃度的雙乙酰。一些乳桿菌還能產生孢外多糖和‘絲狀粘質’,但實際上啤酒中的多糖類絲狀粘質和乳桿菌關系不大,而經常和足球菌和醋酸菌有關。

 (3)足球菌（Pediococcus)

足球菌是同型發酵的球菌,在外觀上常常成雙或4個,通過兩個平面分裂。足球菌是典型的過氧化氫酶陰性菌,足球菌具有特殊的 ‘四聯’結構。

習慣上認為足球菌對啤酒的污染常常引起產酸并產生雙乙酰的奶油氣味。有證據表明足球菌生成雙乙酰的途徑和乳桿菌合成雙乙酰的的途徑是一致的,但合成的量卻隨種的不同而不同。能使懸浮液中的酵母數下降至正常的30%,并在啤酒中產生大量的雙乙酰,相對來說, P.diococcus污染積聚 的雙乙酰要更多一些。 啤酒產生絲狀混濁和足球菌有關。但取決于一些可發酵糖的存在。這些由足球菌產生的孢外粘液是可搖溶的,是一種含有葡萄糖、甘露糖和核酸的復雜的雜聚物。

   (4)發酵單胞菌〈Zymomonas〉

發障單胞菌是細胞呈短粗型的革蘭氏陰性的桿菌；1.0~ 1.4μm×2.0~6.0μm。常成雙成對、但單個的細胞也常出現；不產生內生孢子。大多數菌株是不運動的,運動的菌株則具1 ~4根極生鞭毛。葡萄糖和果糖發酵可產生近等克分子量的乙醇,和CO2,同時還生成少量的乙醛、乙酸、乳酸和甘油。不能發酵麥芽糖;過氧化氫酶陰性且厭氧,但能耐受一些氧氣。在營養瓊脂培養基上不能生長。在PH3.5一7.5能夠生存,而且耐酒花苦味,酒精耐受低于6%〈體積〉。發酵單細胞菌的 ,G+C含量為47.5~49.5mol%。

對啤酒的污染 ：研究表明發酵單孢菌污染可在包裝啤酒中產生硫化氫和乙腔,另外,還能產生痕量的二甲基硫和二甲基二硫。發酵單 抱菌是上面發酵啤酒廠中一種重要的污染菌。 在下面發酵啤酒廠中,還沒有發酵單抱菌污染的報道。它們有相對水平較高的碳水化合物需求,使它們局限在上面發酵的啤酒廠。但是,也不能忽視它們在下面發酵啤酒廠中出現的可能性。只是下面發酵較低的發酵溫度 (9~12℃)不適于發酵單孢菌的生長。

(5)果膠桿菌〈Pectinatus〉

Pectinatus是革蘭氏陰性、過氧化氫酶陰性的嚴格厭氧菌。它首先是從美國的包裝啤酒中分離出的,然后,又從損壞的德國和芬蘭啤酒中分離出。從包裝啤酒中分離出了同樣的厭氧桿菌。

P.cezevisiiphilus是細胞略呈孤形的桿菌,0.7~0.8μm ×2.0~32μm,末端鈍圓,常成單或成雙,極少的情況也呈短鏈狀,較老的細胞趨向于形成螺旋,外觀呈球形,可依靠端生鞭毛運動;因為是嚴格厭氧菌,在有氧或二氧化碳氣條件下的瓊脂培養基上不能生長,但卻可在硫代乙醇酸鹽瓊脂培養基上生長;可利用乳酸鹽產生乙酸、丙醇、丁二酸、乳酸和CO2; DNA的G+C含量為39.8mol%。

對啤酒的污染 ：Pectinatus可在麥汁和包裝啤酒中產生大量的乙酸、丙酸和3一羥基丁酮。在被Pectinatus污染的啤酒中還可檢出高濃度的H2S,啤酒出現混濁,并帶有一股臭雞蛋味。

在混有啤酒和水的潤滑油中及排水系統中都可分離出Pectinatus的菌株,有關這種菌在啤酒廠中的傳播機制還沒有搞清。

(6)巨球菌(Megasphaera)

Back從被污染菌污染、出現霧狀混濁并帶有不愉快異味的啤酒中分離出了專性厭氧的、革蘭氏陰性、過氧化氫酶陰性的球菌。這些球菌分離物在表型上和Megasphaera elsdenii類似,但其DNA的G+C值和M·elsdenii卻有不同,所以把 它們稱為Megasphaera的種I和種II。Megasphaera的污染可在啤酒中產生大量的丁酸,同時產生少量的乙酸、異戊酸及3一羥基丁酮。麥汁受到Measphaera污染后,也會產生大量的丁酸和乙酸及少量的戊酸和異戊酸,但不會產生3一羥基丁酮。可以認為Megasphaera是一種真正的啤酒污染菌。

〈7〉野生酵母

啤酒生產中的野生酵母有的為酵母屬內的酵母,如糖化酵母,還有非酵母屬的野生酵母,如漢遜氏酵母屬、畢赤氏醇母屬、假絲酵母屬、球擬酵母屬、裂殖酵母屬、酒香酵母屬、克勒克酵母屬等。嚴格說來,非本廠純粹培養的酵母都稱為野生酵母.顯微鏡檢查不能區別野生酵母和培養酵母,但野生酵母 易形成子囊孢子；耐熱性強。

 

 

 

作者：張煥海： 男，工作單位：濰坊檢驗檢疫局，農學士、高級工程師，研究方向：食品安全