Микробиология пива - микробиота ячменя

Зерно ячменя является переносчиком ряда микроорганизмов, которые ранее называли его природной микрофлорой. В последние годы от этого понятия отошли, поскольку оно подразумевает, что эти микроорганизмы принадлежат к царству растений (на самом деле к нему относятся лишь некоторые микроводоросли). В настоящее время преимущественно используется термин «микробиота», так как в нем отражено наличие различных форм жизни. Микробиота ячменя в основном включает в себя бактерии (Eubacteria и мицелиальные Actinomycetes), мицелиальные грибы и дрожжи.

Степень контаминации или колонизации зерна микроорганизмами зависит от условий произрастания и переработки зерна после сбора. К микробиоте относятся виды микроорганизмов, обсеменяющих и контаминирующих зерно на полях, а также другие микроорганизмы, в первую очередь мицелиальные грибы, развивающиеся при хранении зерна. Понятие «мицелиальные грибы» («плесени») обычно относят к полевым грибам — они включают в себя виды Altemaria, Cladosporium, Epicoccum, Fusarium и некоторых других родов. К плесеням относят также грибы хранения — в основном это виды Aspergillus, Eurotium и Pénicillium. Несмотря на то что в работе приведен широкий ряд микроорганизмов, выделенных с зерен ячменя (последующие публикации пополнили этот список), микробиота разных сортов ячменя и других злаков в большой степени схожа, причем обычно преобладает ограниченное число видов.

Здесь необходимо упомянуть, что по сравнению в настоящее время в номенклатуре грибов произошли значительные изменения. К сожалению, в более позднем списке, приведенном как часть обзора микробиоты ячменя и солода, ее влияния и контроля над ней, не были учтены некоторые важные изменения.В настоящей главе произошедшие изменения в номенклатуре учтены, причем современные названия микроорганизмов, если авторами цитируемых работ они приводились по-старому, сопровождаются старыми названиями, заключенными в круглые скобки. Учтено также правило Международной комиссии по ботанической номенклатуре (ICBN), согласно которому в случаях если грибы имеют как половые (телеоморфные), так и бесполые (анаморфные) фазы, то в качестве приоритетного названия должно приводиться телеоморфное.

Следовательно, в этой главе к анаморфным родам, имеющим половые стадии (Aspergillus, Fusarium, Pénicillium) применяются телеоморфные имена, а анаморфное название приводится в круглых скобках после аббревиатуры «апа». Helminthosporium является анаморфным родом, от которого образовались три других анаморфных рода Bipolaris, Drechslern и Exserohilum с различными телеоморфными стадиями (Cochliobolus, Pyrenophora и Septosphaeria), причем для используемых в пивоварении злаков значение имеют лишь первые два из них. В эти два рода входят патогенные микроорганизмы растений С. sativus (ana. Bipolaris sorokiniana — наименования Drechslera sorokiniana, Helminthosporium sow— kinianum, и Я sativum являются анаморфными синонимами и более не применяются) и P. teres (ana. D. teres, устаревшее название — Я. teres).

Полевая микробиота

Контаминация и колонизация. Как и у пшеницы, зерна ячменя вскоре после раскрытия колосьев подвергаются контаминации переносимыми по воздуху бактериями, дрожжами и плесенью. Развивающаяся в открытом цветке зерновка подвергается контаминации с воздуха так же, как и внутренняя поверхность лемм и палей, позднее формирующих мякинную оболочку. По мере роста и созревания зерновка заполняет пространство между двумя брактеолами так, что дальнейшая контаминация с воздуха предотвращается, хотя внешняя поверхность лемм и палей остается уязвимой.

Важную роль в степени контаминации зерен ячменя микроорганизмами играют климатические условия. Было установлено, что количество спор Cladosporium на внешней поверхности лемм и палей коррелирует с количеством спор в атмосфере, причем их количество существенно увеличивается после дождя. Количество спор, прорастающих вне брактеол, также повышается после дождя, но остается небольшим при условии проникновения основных тканей из внешней поверхности этих органов.Тем не менее среда между зерновкой и брактеолами благоприятна для роста микроорганизмов, способных впоследствии проникать в соседние ткани. Примером могут служить споры Cladosporium. Сначала темные гифы, развивающиеся из этих спор, формируют псевдомицелий, который позднее проникает в паренхиматозные волокнистые слои лемм и палей. На внутренних поверхностях и в пределах брактеол был замечен также мицелий других полевых грибов — таких, как Altemaria и Coch-liobolus sativus (ana. Bipolaris sorokiniana, Helminthosporium sativum).

Существует возможность развития мицелия в перикарпе зерновки, правда, в меньшей степени, чем в леммах и палеях. Хотя в большинстве работ отмечается увеличение степени колонизации при прорастании спор на внутренней поверхности брактеол и зерновки, существуют данные о том, что мицелий Cladosporium, проникающий в брактеолы и внешний слой зерновки, может развиваться в закрытых пыльниках, которые ранее были колонизированы и контаминированы.

Климатические условия произрастания ячменя влияют как на колонизацию внешней поверхности зерна, так и самого зерна. Распространенность фитопатогенных микроорганизмов в восточной Канаде объясняется, в частности, более влажным, чем в других регионах страны, климатом. Патогенные микроорганизмы включают в себя различные виды Cochliobolus (ana. Bipolaris) и Pyrenophora (ana. Drechslera), которые ранее причислялись к анаморфному роду Helminthosporium. Присутствие большого числа микроорганизмов, включая реснитчатую протозоа и плесневый грибок Physarum polycephalum в потемневшем и подвергшемся атмосферным воздействиям ячмене, связывают с высоким уровнем относительной влажности (RH) или большим количеством осадков после обмолота.

Зачастую к росту плесени приводят условия хранения урожая — высокий уровень RH в течение продолжительного времени может привести к прорастанию на поверхности зерна спор, образующих темные колонии (особенно Cladosporium). Вместе с тем число жизнеспособных микроорганизмов в потемневшем ячмене (подвергшемся атмосферному воздействию) не обязательно будет выше, чем в светлом. Причиной этого могут быть несовершенство методов исследования и/или гибель темного мицелия или спор.Определение степени зараженности зерна патогенными микроорганизмами требует кропотливого микроскопического исследования разных срезов и органов. Попытки получения количественной оценки грибного мицелия описаны в работах. В первой из них детально исследовались 20 зерен, и общая длина гифов в каждом зерне составляла в среднем 19-177 см со средним значением 60-74 см. Их масса примерно равна 1,5-1,9мкг, причем несмотря на то, что споры полевых грибов (включая Cladosporium) вполне идентифицируемы и могут быть подсчитаны, мицелий одного вида редко отличается от мицелия другого вида. Для определения происхождения мицелия того или иного вида следует применять методику флуоресцентного анализа с помощью антител в сочетании с внимательным микроскопическим исследованием.

Помимо больших затрат времени на проведение этих анализов возникает еще одна проблема: невозможно различить живые и мертвые споры и мицелий. Более того, хотя на внутренней поверхности лемм и палей и отмечаются скопления дрожжевых клеток, идентифицировать их не представляется возможным. Основная информация о составе микробиоты получена при исследованиях жизнеспособности микроорганизмов с применением метода прямого подсчета (с разведением или без него).