Микробы и современность

Сегодня, без сомнения, каждый домашний пивовар что-то слышал о мельчайших живых существах – дрожжах и бактериях. Многие, вероятно, даже знают, что дрожжи являются друзьями и помощниками пивоваров, а бактерии чаще всего, наоборот, – врагами и противниками. Первых нужно всячески холить и создавать им самые идеальные условия для жизни и работы. Других же необходимо стараться не допускать до пива и всяческими методами уничтожать. О дрожжах, методах их выращивания и способах заботы о них современные пивовары знают гораздо больше, чем о микробах.

Почему-то, современных людей (и даже продвинутую часть человечества – домашних пивоваров) сегодня мало интересуют бактерии. Это слово давно стало привычным и совершенно не интригующим. Более того, сейчас есть вещи поинтереснее – компьютеры, Интернет, автомобиль «Феррари» и многое другое. Даже сама наука микробиология шагнула так далеко в глубину живой материи, что пугает, шокирует и удивляет нас сегодняшних уже не бактериями, а, в крайнем случае, вирусами или же успехами генной инженерии, клонированием и другими заумными вещами. Теперь даже трудно себе представить, что каких-нибудь полторы сотни лет тому назад сама микробиология только-только появилась на свет. И в те далекие времена она очень интересовалась, прежде всего, дрожжами и бактериями, и (не удивляйтесь, пожалуйста) огромное влияние на ее развитие оказало … пиво.

Я долго размышлял, как лучше преподнести вам, людям, весьма самостоятельным в своих суждениях, какие-то полезные сведения о дрожжах и бактериях? Наконец меня осенило. И я твердо решил предоставить здесь слово людям, достойным во всех отношениях, – создателям современной микробиологии.

Пусть кое-что расскажет Левенгук, кстати, сын пивовара, который, собственно, и открыл микробы с помощью изобретенного им микроскопа. Далее великий Пастер и его блестящие современники Баляр и Тиндаль могут сообщить много чего полезного. И пусть сам господин Кох поведает, чем так хороши косые агары. И, наконец, группа блестящих современных микробиологов – авторов и редакторов капитального труда «Микробиология пива», сможет вкратце рассказать, от каких бацилл себя может защитить пиво само, а каких нужно серьезно опасаться. Но к делу. Обещаю, что беседа с этими весьма незаурядными господами будет достаточно интересной. От себя я не прибавил к их просвещенным мнениям ни слова. Я позволил себе лишь дать некоторые советы домашним пивоварам по ходу изложения.

Открытие микробов

В 1632 г. в Голландии родился Антони Левенгук. Он не был ученым человеком, даже по понятиям своего времени. Знал только один язык – голландский, на котором говорили торговцы, рыбаки и землекопы (ученые люди тогда пользовались латынью). Но это скорее помогло, чем помешало Левенгуку. Голова его была свободна от всякого вздора, почитаемого тогда за высокую науку. И верил он только своим глазам и рукам. В свободное от торговли мануфактурой время Антони Левенгук, как бы сейчас сказали, в кухне и «на коленке» построил и довел до немыслимого совершенства свои микроскопы. И перед ним раскрылся невиданный мир. Двадцать лет Антони любовался им в полном одиночестве, прежде чем начал писать свои письма в только что созданное научное Английское Королевское общество.

Левенгук был совершенно незаурядным человеком. Посудите сами, кому бы еще могла прийти в голову мысль направить микроскоп на каплю чистой дождевой воды? Что в ней можно было обнаружить, кроме самой воды? Но именно в этой капле Левенгук и нашел то, что сегодня называется микроорганизмами.

Рис. 1. Современная фотография микроорганизмов во рту человека

Зеленый цвет – стрептококки (Streptococcus mutans), эти бактерии процветают при температурах 18 – 40 °С, поглощают сахарозу и вырабатывают молочную кислоту. Сиреневый цвет – бактерия Bacteroides gingivalis, может вызывать периодонтит, встречается у 90% здоровых людей. Желтый цвет – две большие клетки, дрожжевая стадия развития гриба Candida albican.

Весьма примечательно, что он сразу же заинтересовался вопросом: откуда эти микроскопические «зверюшки» могли там появиться? Может быть, они упали с неба? Откуда они берутся? И он провел опыт. Чисто вымытый фарфоровый таз был поставлен на ящик, чтобы грязь не попадала внутрь. Первую дождевую воду он вылил, чтобы таз стал еще чище. И только после этого взял каплю для исследования. Она была чиста и пуста. Там не было ничего. Но Левенгук не прекратил на этом свои наблюдения. День за днем он возвращался к этому образцу и на четвертые сутки обнаружил, что мелкие «зверьки» начинают в ней появляться вместе с частицами пыли и льняных волокон.

Необходимо отметить, что Левенгук первым наблюдал дрожжевую клетку, но из-за ее неподвижности он не распознал в ней живого организма. Как вскоре выяснил неутомимый голландец, открытые им маленькие «животные» были повсюду! Вскоре он сообщил Королевскому обществу, что нашел целые скопища этих невидимых существ … у себя во рту (см. рис. 1). Но вопрос появления на свет микроскопических «животных» оставался не ясным довольно долго. Более того, так случилось, что именно благодаря этому, казалось бы, второстепенному вопросу микробы не были забыты на долгие годы, что при другом повороте событий вполне могло случиться.

Совет №1. Сегодня существует много более эффективных, чем дождевая вода, дезинфицирующих растворов для очистки оборудования от микробов. О них вы можете прочитать в специальной литературе. Главное – поймите суть давнего наблюдения Левенгука за каплей дождевой воды. Огромное число спор диких дрожжей и микроскопических грибов, разнообразных бактерий ждет своего часа в частичках пролитого вами ранее пива и сусла. Эти микроорганизмы живут на солоде, на самих пивоварах (см. рис. 1) и во многих других местах. И они могут вместе с частичками пыли перелетать с место на место. Мой совет – пользуйтесь ферментером с краном. Это простое приспособление поможет держать крышку вашего бака, наполненного будущим пивом, всегда закрытой и, соответственно, избежать прямого контакта с окружающим воздухом и пылью, где полно микробов.

Как микробы попадают в закрытые сосуды?

В восемнадцатом веке была весьма популярна теория, утверждающая, что жизнь может зародиться вполне самостоятельно, без папы и мамы (т.е. другой жизни). Большинство мыслящих людей склонялись к убеждению, что некоторые животные не имеют родителей и являются детьми отвратительного месива из разных грязных отбросов.

Какой-нибудь ученый того времени мог написать следующее: «Оспаривать, что жуки и осы зарождаются из коровьего помета, это все равно, что спорить против разума, здравого смысла и реального опыта». Этот вздор подвигнул лучшие умы своего времени на исследования, которые и теперь могут быть весьма полезны и поучительны для нашей темы.

Сначала «неистовый» Франческо Реди (Redi) своими простыми и остроумными опытами доказал существование родителей у … мух. Вдохновленный его работами, Лаццаро Спалланцани изобрел методики исследования развития микробов. По образованию юрист, по профессии священник, этот человек состоял в дружбе с Вольтером и вполне самостоятельно освоился с микроскопом.

Оппонентом Спалланцани был другой священник по фамилии Нидхэм, который опубликовал вот такие результаты. Взяв прямо с огня баранью подливку, Нидхэм слил ее в бутылку и крепко закрыл пробкой, чтобы маленькие «животные» или их «яйца» не могли попасть туда из воздуха. Для верности он подогрел бутылку еще раз. Эта процедура должна была совершенно убить маленьких «животных» и их «яйца», которые могли еще оставаться в склянке. Он дал бутылке несколько дней постоять, затем открыл пробку, и — чудо из чудес! — когда он исследовал содержимое бутылки под микроскопом, оказалось, что оно кишит микробами.

Спалланцани, как человек разумный, конечно, понимал, что Нидхэм, во-первых, вероятно, недостаточно долго кипятил свой бульон, чтобы убить имеющихся там микробов, во-вторых, скорее всего, недостаточно аккуратно закупорил сосуды. И он решил все проверить сам. Свои склянки Спалланцани частью запаял, расплавив стекло их горлышек на горелке, а частью просто заткнул пробками. Одни (и запаянные, и заткнутые) он кипятил более часа, другие всего несколько минут. Через несколько дней он тщательно изучил содержимое своих бутылей под микроскопом. В склянках, запаянных и тщательно прокипяченных, он не нашел вообще ничего живого. В других сосудах кишела жизнь: в запаянных, но кипяченых всего несколько минут, и в заткнутых пробками во всех без исключения.

Спалланцани сделал из своих опытов, по крайней мере, два важнейших вывода. Первый – что некоторые бактерии (или их «яйца», как сейчас говорят споры) могут перенести кипячение в течение нескольких минут и для того, чтобы их убить, нужно кипятить не менее часа. И второй – бактерии могут попасть из воздуха даже в закрытый пробкой сосуд.

Рис. 2. Вот так выглядит кухонная мочалка под микроскопом. Сама губка имеет темно-зеленый цвет. Синим цветом окрашены бактерии, желтым – дрожжеподобные грибы, розовым и фиолетовым – волокнистые грибы

Лаццаро Спалланцани совершил целый ряд открытий. Он установил, что микробы могут обходиться без воздуха, впервые изолировал одноклеточное существо в капле воды и подтвердил гипотезу деления микробов. Но поставить точку в споре о происхождении жизни из ничего, он так и не смог.

Микробиологам следующего века 19-го – Пастеру, Баляру, Тиндалю – довелось сказать еще несколько веских слов в этом споре.

Совет №2. Сегодня неизвестно, какими пробками пользовались Спалланцани и Нидхэм. Поэтому невозможно точно определить, каким образом наружный воздух попадал в колбы и увлекал за собой микробы. Но многие пивовары знают, что при резком охлаждении, например термостойкой колбы с будущим стартером, в колбе возникает сильное разряжение, которое может втянуть внутрь не только воздух, но и резиновую пробку, которой она заткнута. Некоторые современные авторы утверждают, что Нидхэм просто пользовался нестерильными пробками. Поэтому будьте очень внимательны к своим пробкам. Дезинфицируйте их тщательно. Меняйте их регулярно. Ведь резина может высохнуть и потрескаться. Мало того, что она будет пропускать воздух и пыль, в микротрещинах самой пробки может накопиться масса бактерий и спор.

Бутылки с замысловатыми горлышками

Микробы в пору детства Луи Пастера как будто совершенно никого не интересовали. Карл Линней, заложивший основы научной классификации живых организмов, считал их слишком малыми, чтобы быть значительными.

Свою научную карьеру Пастер начал как химик. На этом поприще ему посчастливилось сделать серьезное открытие, и он стал знаменит. Но нарушим немного хронологию описания его жизни и перенесемся в тот период, когда этот человек стал уже известным микробиологом.

Пастер был абсолютно уверен, что микробы присутствуют в воздухе. Не зарождаются в нем сами по себе, а именно присутствуют. Эта его уверенность была основана на большом числе проделанных им опытов, которые длились годами. Он заполнял колбы до половины объема молоком и мочой, кипятил их на водяной бане, запаивал горлышки и по три года хранил эти драгоценные сосуды. Затем он открывал их и убеждался, что воздух в колбах содержит прежнее количество кислорода, и что молоко даже не прокисло, и в колбах нет ни одного микроба. Но стоило эти колбы открыть, и микробы начинали кишеть там роями.

Многие ученые во времена Пастера считали, что микробы самопроизвольно рождаются из воздуха, который наделен таинственной силой, способной «творить» жизнь. Оппоненты упрекали Пастера, что он «портил» воздух нагреванием вместе с раствором в закрытом сосуде. Жизнь может творить только обыкновенный воздух при комнатной температуре, утверждали они. Этот весьма абсурдный по современным понятиям спор вновь заставлял (и в который уже раз!) серьезных исследователей браться за новые опыты. Но как сделать так, чтобы в нагретые колбы мог попадать прохладный воздух извне, но не могли попадать микробы? Пастер этого не знал.

Рис. 3. Обыкновенная колба (А) и колба Баляра (Б). Длинная тонкая трубочка венчает горлышко колбы. Во время кипячения жидкости трубочка заполнена выходящим из колбы паром. Когда жидкость остывает, пар конденсируется на стенках и вместо него в колбу попадает воздух извне, пылинки, к которым прикреплены микробы или их споры, оседают на влажных стенках трубочки и не попадают внутрь колбы. Содержимое колбы, таким образом, остается стерильным

Проблему помог решить еще один незаурядный человек того времени – в прошлом аптекарь, наставник Пастера во время его занятий химией, первооткрыватель химического элемента брома Антуан Джером Баляр (Antoine Jerome Balard). Нужно быть весьма неординарным человеком, чтобы открывать новые химические элементы в задних комнатах аптекарской лавки.

Он сказал Пастеру примерно следующее: «Мы знаем с вами, что микробы попадают в колбы вместе с частичками пыли, которые неизбежно содержит воздух. Давайте сделаем так, чтобы воздух мог проходить в колбу свободно, а пыль не могла. Для этого нужно изготовить длинные тонкие изогнутые трубочки, похожие на лебединые шеи. И все будет в порядке. Пылинки прилипнут к внутренней поверхности изгибов и не попадут в колбы. Ведь твердые частички пыли не могут падать снизу вверх».

Пастер с энтузиазмом принялся гнуть над пламенем горелки «лебединые шеи», «поросячьи хвостики», различные «косы» и многие другие замысловатые фигуры. Содержимое колб с этими нестандартными «пробками» всегда оставалось прозрачным и стерильным. Микроорганизмы не могли «падать снизу вверх».

Пастер был потрясающим демонстратором. Он очень эффектно показывал общественности свои колбы с «лебедиными шеями» и «поросячьими хвостами». Это было весьма поучительно. Прозрачные и стерильные растворы начинали мутнеть от сонмов микробов, после того как Пастер изящно ополаскивал изогнутые трубочки и сливал жидкость назад в колбу. Это было очень убедительно.

Совет №3. Когда вы охлаждаете сусло в вашем ферментере где-нибудь в ванной или в другом месте, не забывайте, что при этом внутрь обязательно попадет наружный воздух. А он может содержать частички пыли со многими «голодными» бактериями, а также спорами различных микроорганизмов. «Лебединая шея» вашему ферментеру очень даже не помешает, как и колбам Пастера. Ее вы можете соорудить, например, из промытого в спирте шланга или согнутой замысловатым образом тщательно продезинфицированной трубки. Если у вас есть санирующий воздушный фильтр (от 0,4 мкм и меньше), который вы используете для аэрации сусла, то вместо «лебединой шеи» будет прекрасно служить и он. Таких устройств не было во времена Пастера, иначе бы он обязательно их использовал, только помните, что фильтр оказывает воздуху определенное сопротивление и тот может «найти» какую-нибудь щелочку.

Когда вы сливаете какую-либо жидкость из вашего ферментера (дезинфицирующий раствор, промывочную воду, пиво), помните, что свободное место в нем немедленно занимает наружный воздух с пылью и микробами. Причем чаще всего этот воздух поступает сверху, и пылинки с устроившимися на них бактериями свободно падают вниз на влажное дно ферментера или непосредственно в пиво. Только в одном случае это относительно безопасно – если там только что был дезинфицирующий раствор. Бактерии, попадая в него, попросту погибнут.

Совет №4. То же самое происходит, когда вы опорожняете бутылку, заполненную дезинфицирующим раствором или промывочной водой. Наружный воздух устремляется внутрь бутылки. Что он принесет с собой? Какие формы жизни? Для того чтобы избежать инфицирования на этой стадии, пивовары часто используют следующий прием. Тщательно подготовленные ранее бутылки погружают в слабый раствор надуксусной кислоты (0,05%). Затем дают раствору стечь на специальной стойке для сушки бутылок (где они располагаются кверху дном), и после этого разливают пиво, не ополаскивая бутылки водой.

Сколько микробов в воздухе?

От домашних пивоваров часто можно услышать весьма легкомысленную фразу: ну подумаешь, попадет одна–другая бактерия, что из этого? На этот невинный то ли вопрос, то ли утверждение очень сложно что-то ответить двумя словами. Для этого требуется более тщательное обсуждение. Ему мы и посвятим последующее изложение.

Пастер провел огромную работу по исследованию воздуха на предмет содержания в нем микробов. Он собрал пробы из самых разнообразных мест: от подвала собственной лаборатории до горы Монблан.

Рис. 4. «Дикие дрожжи» Pichia pastoris. Фотография сделана с 600-кратным увеличением. Эта замечательная живность является злостным вредителем пива и повсеместно встречается в природе. Им вполне придется по вкусу и ваше пиво. Но вот вам их вкус может не понравиться совершенно. Эти одноклеточные создания также с удовольствием употребляют глицерин и метанол, образуют споры.

Помощники Пастера приготовили сотни колб с питательным бульоном. Они кипятили их (погружали на некоторое время в кипящую воду) и сразу запаивали. Первым делом Пастер посетил старые сырые парижские подвалы, где воздух чист и спокоен. С помощью специальных длинных прокаленных на огне щипцов были отбиты горлышки у десяти колб. Колбы по очереди с легким шипением втягивали в себя воздух. Помощники Пастера тотчас же запаивали их газовой горелкой. Такая же точно работа была проделана на дворе лаборатории. Через несколько дней инкубации в термостате выяснилось, что девять бутылок из десяти, открытых в подвале, абсолютно прозрачны и не содержат микробов, а десять из десяти бутылок, открытых во дворе, кишат микроорганизмами.

Другие склянки с питательными бульонами поехали в горы. При этом выяснилось, чем выше Пастор поднимал свои колбы и чем чище становился горный воздух, тем меньше склянок мутнело. Пастер даже мечтал подняться на воздушном шаре, единственном летательном аппарате того времени, чтобы продолжить это исследование. Но в общем и целом все или почти все было уже ясно. Просвещенная публика и научная общественность ликовали.

Предупреждение №1. Когда ваше сусло или пиво соприкасается с воздухом в квартире или на улице, помните, что примерно с вероятностью 50/50 туда могут попасть и начать там размножаться какие-нибудь непрошеные микроскопические гости, что может  повлиять на вкус вашего напитка.

Сенной отвар

Но что-то мы давно не вспоминали о «животворящей силе», которая якобы прямо из воздуха создает сонмы микробов (spontaneous generation) и, возможно, других живых существ. Блестящие эксперименты Пастера, а особенно сокрушительный успех его публичных выступлений, не оставили равнодушными ученых сторонников самопроизвольного зарождения жизни.

Рис. 5. Сенные палочки. Их споры легко переносят длительное кипячение

Примерно с таким же набором склянок эти господа отправились в горы. Там, рискуя сорваться в пропасть, экспедиция забралась даже выше, чем поднимался Пастер. Со всеми предосторожностями были взяты пробы воздуха. Только вместо дрожжевого бульона, который применял Пастер в качестве питательной среды, в этом исследовании использовался сенной отвар.

И научные оппоненты Пастера добились, чего хотели. В их склянках вскоре было обнаружено огромное количество бактерий! Что тут началось!.. Дискуссии быстро перешли из чисто научной плоскости на личности спорящих. Казалось, что истина надсмехается над учеными. Что самое интересное – правы были обе стороны. Но для того чтобы это понять, нужен был холодный британский гений Тиндаля (John Tyndall).

Джон Тиндаль – английский физик. Кроме того, он строил железные дороги и был геодезистом. Как физик, он занимался разными оптическими явлениями и в том числе провел блестящие эксперименты, объясняющие синий цвет неба. Альпинист и исследователь ледников, Тиндаль остался в истории науки одним из авторов теории великих оледенений, покрывавших в древние эпохи полконтинента. Чем он только ни занимался в своей жизни! И микробиологией тоже.

Как Тиндаль изобрел свой метод стерилизации, в точности неизвестно. Возможно, он вспомнил исследования Спалланцани, который первым показал, что кратковременное нагревание не может погубить всех микробов. Возможно, шел каким-то иным путем. Сейчас наука совершенно точно установила, что многие споры бактерий гибнуть лишь при нагревании во влажной среде до 120°С. Например, споры очень распространенной в природе сенной палочки легко переносят длительное кипячение. Если использовать «сухой жар», то некоторые микробы выдерживают и большие температуры. Во времена Тиндаля этого, естественно, не знал никто. Ему первому удалось показать, что в сенном отваре, использованном незадачливыми исследователями, бактерии оказались не из-за «производящей силы» чистого горного воздуха, а из сена.

Совет №5. Метод Тиндаля (тиндализация) может быть весьма полезен домашним пивоварам, особенно при получении чистой культуры дрожжей, когда стерильность важна особенно (иначе в чашках Петри вместо дрожжей может запросто вырасти плесень). Суть его заключается в том, что питательную среду, например сусло, доводят до кипения (100 градусов) несколько раз. Можно нагревать на водяной бане – поставить колбу с суслом в кастрюлю с водой. После каждого нагрева следуют охлаждение и выдержка в течение суток (при этом необходимо соблюдать условия стерильности – применять трубки в виде «лебединых шей» или фильтры). Когда сусло остынет, споры, которые могут в нем развиваться, прорастут. Второе кипячение их убьет. Для верности кипятят еще и в третий раз.

Дрожжи и бактерии

Вы спросите, зачем все эти ухищрения? Что мы так ополчились на микробов? Чем они опасны для домашнего пива? Хороший вопрос. Настало время снова «предоставить слово» Пастеру, потому что именно этот человек первым среди людей смог разобраться, что к чему.

Пока молодой химик Луи Пастер занимался кристаллами виннокаменной кислоты, произошли некоторые события. Другой француз Каньяр де ля Тур в 1837 г. извлек из пивного бродильного чана каплю пены и обнаружил под микроскопом, что крошечные шарики дрожжей (задолго до него увиденные Левенгуком) выпускают отростки, которые превращаются в такие же точно шарики, и все повторяется. Далее он сделал весьма смелое предположение, что именно эти шарики делают пиво из солода и хмеля (ибо сами по себе ни солод, ни хмель пивом не становились).

В это же время доктор Шванн в Германии впервые указал на маленьких «животных» (бактерий) как на виновников порчи продуктов. Он писал: «Сварите хорошенько мясо, положите его в чистую бутыль и пропустите в нее воздух, проходящий через раскаленные докрасна трубки, — мясо останется несколько месяцев совершенно свежим. Но через день или два после того, как вы уберете эти трубки и впустите обыкновенный воздух, содержащий в себе маленьких «животных», мясо начинает издавать отвратительный запах; в нем появляются целые скопища крошечных извивающихся созданий. Таким образом, не подлежит никакому сомнению, что именно эти зверьки разлагают и портят мясо».

Эти пионерские работы почему-то не произвели должного впечатления на современников, даже на специалистов. Мир, казалось, просто хотел дождаться, когда Пастер закончит возиться с кристаллами и займется, наконец, микробами. Вскоре это случилось в городе Лиле, куда Пастер был назначен деканом и профессором местного учебного заведения.

Однажды один бизнесмен пригласил Пастера на свой винокуренный завод и попросил помочь ему в решении некой производственной проблемы. Сын этого человека был студентом Пастера.

В двух словах проблема заключалась в том, что некоторые бродильные чаны совсем не производили спирт из сладкой свекольной массы. Что же там могло произойти? Сейчас понятие «брожение», результатом которого является превращение сахара в алкоголь, однозначно связано с понятием «дрожжи». Однако тысячи лет человечество употребляло пиво, вино, а потом и добывало спирт из свеклы, не имея об этом ни малейшего представления.

Рис. 6. Пивные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae)

Весьма примечательно, что свои исследования Пастер начал не с изучения дрожжей (ведь в тех чанах, где они присутствовали, все было в порядке). Он начал именно с микроорганизма вредителя и вскоре определил, что эти маленькие (в несколько раз тоньше дрожжей) палочки производят огромнее количество молочной кислоты. И, соответственно, никогда не производят спирт.

Только после этого Пастер принялся за виновников появления спирта. Необходимо было провести большую экспериментальную работу, чтобы доказать причастность дрожжей к брожению и конечному его результату – алкоголю. Потому что многие ученые светила того времени так не считали.

«Разбить» научных оппонентов Пастеру отчасти помогли сами дрожжи. Как теперь хорошо известно, рост дрожжей может происходить в очень простой по составу среде. Кроме сбраживаемых сахаров для питания им необходим только источник азота, например аммоний (растущие клетки, конечно, нуждаются кое в чем еще, но Пастер об этом пока не догадывался). Вот эту роль аммония в жизни дрожжей и установил Пастер экспериментально. Он обнаружил, что аммониевая соль быстро исчезает из раствора, а дрожжи размножаются. В те времена считалось, что превращение сахаров в спирт происходит чисто химическим путем, с помощью некоторых белков. А тут нате вам, никакого белка, кроме активно размножающихся дрожжей. Что и требовалось доказать.

Оказывается, море вина и океан пива производили вовсе не люди, а одноклеточные существа – дрожжи. Люди только помогали им в этом. У Пастера возникло также весьма серьезное подозрение, вскоре переросшее в уверенность, что некоторые еще более мелкие микроорганизмы могут мешать дрожжам делать эту огромную и полезную работу.

Как утверждают современные специалисты Хенни Дж. Ван Вуурен и Фергус Г. Прист, присутствие посторонних микроорганизмов «на разных стадиях производства пива или в уже готовом продукте влияет на концентрацию некоторых летучих веществ, которая зависит иногда от степени инфицированности. Сложный и тонкий баланс вкусо-ароматических соединений определяет вкус, аромат и качество пива. Чтобы гарантировать постоянство вкуса и аромата пива, в пивоваренном производстве должно быть исключено присутствие (посторонних микроорганизмов)… Особое внимание нужно уделять обеспечению надлежащей мойки и дезинфекции помещений и оборудования».

Однако все это стало известно лишь после появления на свет в 1876 г. статьи Пастера «Исследование пива, его болезней и вызывающих их причин. Способы сохранения качества пива и новая теория брожения». (Все, кто читает по-французски, могут ознакомиться с этими трудамина на http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k73599).

Статья Пастера стала итогом его многочисленных поездок по пивным заводам Франции и Англии, результатом осмотра под микроскопом содержимого сотен бродильных чанов и, наконец, даже постройки в лаборатории маленькой пивоварни. Пастером двигали в том числе и патриотические чувства. Он хотел сделать французское пиво лучшим в мире, лучше немецкого и английского.

Рис. 7. Так изображал Пастер микроорганизмы, наблюдаемые им в пиве. Крупные овалы – дрожжи; вытянутые и короткие палочки – бактерии, – виновники порчи

Но Пастеру, как и всякому французу, вино, по-видимому, было ближе и роднее пива. С него он и начал свои исследования дефектов вкуса с помощью… микроскопа. Пастер любил демонстрировать свои опыты широкой публике. После того как он изучил огромное количество различных больных вин своим оригинальным способом, он решил поразить своих земляков – виноделов из города Арбуа – настоящим шоу. Он пригласил всех желающих принести испорченное вино и пообещал, что определит дефект, не пробуя вина на вкус. Виноделы решили подшутить над профессором и вместе с больным вином принесли абсолютно здоровое. Пастер рассмотрел каплю в микроскоп и заявил, что у этого вина должен быть нормальный вкус. Далее на глазах совершенно ошеломленных виноделов он безошибочно указал горькое, маслянистое и вязкое вино. Так зарождалась современная микробиология.

Предупреждение №2. Очень часто домашние пивовары недооценивают влияние посторонних микроорганизмов на вкус своего пива. Это происходит, вероятно, потому, что заражение представляется им бедствием, подобным урагану, последствия которого легко заметны по резким и одновременно неприятным запахам, шапке плесени или еще чего-нибудь, очень кислому и совершенно невозможному вкусу. Все это, конечно, возможно, когда условия стерильности были нарушены злостно. Чаще наблюдается совсем другая картина, когда из-за невнимательности или пренебрежения каким-либо фактором в пиво попадает и развивается относительно небольшое число посторонних микроорганизмов. В этом случае дефекты вкуса могут варьироваться в широких пределах: от весьма заметных до едва различимых.

Чистые культуры и дикие дрожжи

За пределами нашего внимания осталась одна очень серьезная проблема, весьма актуальная для домашнего пивоварения и по сей день. Как убить микробов в колбе с питательным раствором, мы уже знаем – нужно просто прокипятить содержимое. Но каким образом устранить вредоносные микроорганизмы из культуры дрожжей? Кипячение здесь явно не годится. При этом погибнут и вредные микробы, и полезные дрожжи.

До 1883 г. дрожжевые закваски, которыми пользовались пивовары, представляли собой жуткие смеси, содержащие различные формы пивных и диких дрожжей,  бактерий и микроскопических грибов. Пивоварение с этими смесями было чрезвычайно сложным, а порча пива –  обычным делом. Качество пива (в том числе и его вкус) изменялось в самых широких пределах.

Рис. 8. Дрожжи, выращенные на твердой питательной среде в чашке Петри

Однажды сельскому врачу из небольшой деревушки на востоке Германии супруга сделала оригинальный подарок ко дню рождения – микроскоп. Вскоре она об этом немного пожалела, потому что с ее подарком супруг стал проводить гораздо больше времени, чем с ней. Имя сельского доктора было Роберт Кох. Произошло это как раз на исходе того десятилетия (1860—1870 гг.), когда Пастер спасал по очереди винную, уксусную и пивную промышленности Франции и пророчествовал о страшных угрозах, которые таят в себе микробы.

Кох никогда в жизни не занимался ни болезнями пива, ни пивными дрожжами. Но это был гениальный человек, сумевший в деревенском захолустье доказать микробную природу страшной болезни людей и животных – сибирской язвы. Причем в своей сельской больнице он даже ничего не слышал о пастеровских микробных пророчествах. До этого открытия Коха врачи просто смеялись над Пастером и даже слушать не хотели о том, что один маленький микроб может быть причиной такой тяжелой болезни, как, например, туберкулез.

Кох научился окрашивать и фотографировать микробы. Но, как никто другой, он понимал значение другого своего изобретения – простого и надежного метода, который позволял исследователю быть абсолютно уверенным, что он имеет дело только с одним видом микроба. Яблоко помогло Ньютону открыть закон всемирного тяготения. Коху помогла половинка картофелины. Да-да, самой обыкновенной вареной картофелины.

Однажды на столе в своей лаборатории он заметил на поверхности забытой картошки разноцветные пятна – колонии попавших из воздуха микробов. Через некоторое время он уже восторженно писал: «Каждая из этих капелек представляет собой чистую культуру микроба определенного типа, чистую колонию одного вида зародышей. Как это просто! Когда зародыши попадают из воздуха в жидкую среду бульона, который мы употребляем для своих опытов, то все они между собой смешиваются. Но если разные микробы падают на твердую поверхность картошки, то каждый из них остается на том месте, где упал, — он застревает там, а затем начинает расти и размножаться и, в конце концов, дает чистую культуру одного определенного вида».

Это была революция. Кох и два его помощника наносили на поверхность картофеля самые замысловатые смеси различных бацилл, которые прорастали на благодатной и твердой картофельной почве отдельными колониями чистых культур. Впоследствии картофель был заменен различными смесями питательных растворов: сначала с желатином, а в дальнейшем агар-агаром (что в переводе с малайского означает водоросли).

Эмиль Христиан Хансен в юности был художником, как и его отец. Позже он провалился на вступительных экзаменах в Королевскую академию искусств и выбрал себе другую профессию. В 1876 г. получил золотую медаль Копенгагенского университета за исследование грибов, а в 1877 г. он уже работал на пивоваренном заводе Карлсберг.

Его обязанностью было ежедневное изучениее пива с помощью микроскопа. Многочисленные исследования непригодного к употреблению напитка привели Хансена к выводу, что проблемы были вызваны, чаще всего, не бактериальными инфекциями, а дикими дрожжами. Эти микроорганизмы повсеместно распространены в природе. Но как выяснил Хансен, их присутствие в пиве совершенно нежелательно.

Рис. 9. Возможно, именно этих созданий видел Хансен в свой микроскоп. Так выглядят дикие дрожжи Hanseniaspore и Kloeckera, они сбраживают сахара и образуют споры. По способу размножения эти дрожжи сильно отличаются от своих культурных собратьев – перед делением клетки становятся похожи на лимон, из-за образования двух почек на полюсах. По этому признаку их легко можно отличить под микроскопом

Рис. 10. «Дикие дрожжи» Dekkera bruxelensis. Эти организмы способны добавить в ваше пиво изрядное количество уксусной кислоты, но для этого им нужен кислород. Могут вытеснить популяцию культурных дрожжей даже во время главного брожения. Их споры имеют форму шляпы. Эти микроорганизмы являются важным компонентом бельгийского стиля «Ламбик», но совершенно неуместны в другом пиве

Используя смесь пивного сусла с желатином, Хансен, по методу Коха, начал свою охоту за настоящими пивными дрожжами. В 1881 г. он добился успеха. В 1883 г. с помощью чистой культуры дрожжей уже было получено первое пиво. Выделенные дрожжи были названы Хансеном Saccharomyces carlsbergensis (это наименование долго применялось ко всем дрожжам низового брожения, иногда оно используется и сегодня). Традиционные английские и немецкие верховые дрожжи Хансен назвал Saccharomyces cerevisiae.

Хансен не только выделил отдельные клетки культурных дрожжей. Он разработал методику выращивания из этих клеток необходимого для производства объема дрожжевой массы, свободной от посторонних микроорганизмов. Он разработал методику хранения дрожжей. Дело в том, что во времена Хансена холодильников не было, и пивные заводы летом не работали – из-за жары невозможно было проводить брожение. Поэтому дрожжи нужно было как-то хранить. Хансен использовал для этого 10-процентный раствор сахарозы.

В лаборатории компании «Карлсберг» имеются интереснейшие данные о сохранности дрожжей. В 1935 г. там удалось реанимировать 10% дрожжевой культур, подготовленных Хансеном 47 лет назад, и 25% культур имеющих 30-летний возраст.

Совет №6. Этот совет, наверное, один из самых важных. Часто угроза может таиться там, где ее меньше всего ожидает пивовар – в дрожжах. Пожалуйста, будьте очень внимательны при выборе конкретных культур. Не берите сухие дрожжи в различных полиэтиленовых пакетиках и кулечках, насыпанных неизвестно где и неизвестно из каких источников. Пользуйтесь сухими дрожжами только в фирменной упаковке известных производителей именно пивных дрожжей (ибо условия сушки могут быть не очень подходящими на разных предприятиях). А еще лучше применяйте жидкие чистые культуры. Только при таких условиях вы сможете насладиться подлинно божественным вкусом вашего домашнего пива.

Заключение

Теперь можно попытаться кратко резюмировать, о чем же все-таки эта статья. Ведь автор почти ни слова не сказал ни о методах дезинфекции оборудования, ни о правилах использования современных дезинфицирующих средств, ни о многом другом, о чем принято обычно писать в этой связи. Скажу по секрету, я это сделал намеренно. Моя цель была совершенной иной – по возможности достоверно и убедительно показать, каким образом микробы попадают и на оборудование, и непосредственно в пиво, а также описать последствия такого попадания для вкусовых качеств готового продукта. Не погрешив против истины, можно смело сказать, что эти сведения и составили основу той революции, которая началась в пивоварении в конце девятнадцатого века.

После прочтения этой статьи у кого-то, наверное, может возникнуть впечатление, что домашнее пивоварение – абсолютно безнадежная вещь. Слишком много кругом опасных и «злых» микроорганизмов, чтобы получилось путное пиво. На самом деле это не совсем так. Микроорганизмов действительно очень много, но дело в том, что большая их часть не способна развиваться в пиве. При этом, конечно, нельзя забывать про меньшую часть, которая может все-таки подпортить вкус.

Развитию одноклеточных грибов и бактерий, каким-то образом попавшим в пиво, препятствует сразу несколько факторов: антимикробные свойства хмеля, низкое значение рН (5,2 – в сусле и 3,8-4 – в пиве), образование СО2, анаэробные условия и заметное содержание этилового спирта (наоборот, отсутствие каких-то из перечисленных компонентов приводит к предрасположенности сусла и пива к порче).

Точный механизм антимикробного действия хмеля не известен, но, по всей видимости, вещества, получившие название альфа-кислот, препятствуют росту большинства грамположительных* бактерий. Они же препятствуют размножению спорообразующих бактерий. (Известно также, что термоустойчивые споры при рН ниже 5,0 не прорастают). Более опасными в пивоварении считаются грамотрицательные* бактерии. Например, в пиве встречаются микроорганизмы этой группы из семейства энтеробактерий. Однако на пивоваренных предприятиях ни разу не были выявлены энтеробактерии, опасные для здоровья человека, например рода Esherichia (некоторые штаммы вызывают инфекционные заболевания со смертельным исходом), и патогенные бактерии родов Salmonella и Shigella (возбудители опасных заболеваний сальмонеллеза, брюшного тифа, дизентерии и др.).

*В 1884 г. датский врач Кристиан Грам придумал метод окраски бактерий, который играет очень большое значение для их изучения и классификации. Теперь все бактерии, имеющие после процедуры окраски фиолетово-красный цвет, называют грамположительными, розовый цвет – грамотрицательными.

Антимикробные свойства пива еще не до конца изучены. В 1980 г. был проведен такой эксперимент. 13 видов лактобацилл внесли в 31 образец различных типов пива. Оказалось, что все лактобациллы смогли размножаться только в трех сортах пива. В пяти образцах не развился ни один микроорганизм. Это исследование, в частности, можно интерпретировать в том смысле, что заражение пива – в известной мере лотерея, может случиться, а может, и нет при одних и тех же внешних условиях. Поэтому о мерах соблюдения микробиологической чистоты и говорят как о путях повышения стабильности качества, в том числе и вкуса.

Микроорганизмы, способные выживать в пиве, размножаться в нем и приводить к нежелательному изменению его свойств и вкусовых качеств, проще говоря, к порче, получили название контаминантов. К этой группе относятся грамположительные молочнокислые бактерии (вышеупомянутые лактобациллы), грамотрицательные уксуснокислые бактерии, некоторые роды уже названных энтеробактерий и ряд других грамотрицательных штаммов (например, Zymomonas), а также дикие дрожжи. Опасность этих микроорганизмов объясняется тем обстоятельством, что пиво беззащитно перед ними (правда, Zymomonas почему-то встречаются только в элях). Различные штаммы диких дрожжей и бактериальных контаминантов прекрасно переносят действие альфа-кислот хмеля, их не угнетает углекислота, спирт и даже высокая кислотность пива.

Кроме того, дикие дрожжи, как правило, образуют споры, способные прорастать в пиве и обладающие высокой жизнестойкостью (они, в частности, могут пережить пастеризацию). В отличие от культурных дрожжей, которым для размножения требуется кислород, некоторые «дикие» штаммы, например, рода Pichia могут расти в анаэробных условиях. В борьбе за выживание дикие дрожжи обладают и другими преимуществами. Например, близкие «родственники» пивных дрожжей дикие штаммы рода Saccharomycess имеют более простой, чем их культурные сородичи обмен веществ и, следовательно, более высокую скорость усвоения питательных сахаров сусла, и большую продуктивность при размножении. Даже очень низкий уровень контаминации, например дрожжами S.diastaticus, при дображивании пива (вплоть до наличия всего одной живой клетки) может привести к образованию мути, фенольного и других посторонних запахов и вкусов. В питании эти дрожжи «неразборчивы», употребляют то, что осталось, например, декстрины.

Дикие дрожжи устойчивы к низким значениям рН (при которых гибнут бактериальные контаминанты), поэтому некоторые стандартные процедуры очистки дрожжевой культуры, как «кислотная промывка», оказываются неэффективными. Более того, при заражении дикими дрожжами существует риск, что кислотная обработка может привести к повышению содержания этих контаминантов. Остается один путь – с помощью санитарно-гигиенических мероприятий стремиться к тому, чтобы заражение оставалось на допустимо низком уровне.

Некоторые уникальные свойства культурных дрожжей позволяют пивоварам поддерживать их популяцию в чистоте без присутствия посторонних и вредных микроорганизмов. Так, верховые дрожжи, чаще всего используемые в домашних условиях, наделены уникальным свойством – создавать при брожении шапку пены. Дикие дрожжи и бактерии*, которые выживают в пиве, остаются при этом в толще бродящего сусла. Пивовару нужно только снять, по возможности в стерильных условиях, часть дрожжевой пены для последующего использования. Во многих пивоварнях использовали и используют этот метод на протяжении десятилетий.

*Необходимо отметить, что одна из энтеробактерий (obesumbacterium proteus) обладает способностью подниматься на поверхность сусла вместе с верховыми дрожжами и оставаться в жизнеспособном состоянии в течение 60 – 70 часов.

Этот пример иллюстрирует одну очень простую мысль – применяя несложные приемы, можно добиться идеально чистого пива, настолько чистого, насколько вам позволят определить ваши органы чувств, в особенности те, которые отвечают за вкус, ведь они так не одинаковы у разных людей. Точно так же и успех в борьбе с микроорганизмами – контаминантами пива – зависит от каждого пивовара, в основном от его опыта и здравого смысла.
.
В заключение я хотел бы подчеркнуть еще один момент. Автор этой статьи ни в коей мере не является сторонником немедленного перевода домашнего пивоварения в условия сверхстрогой стерильности. Соответственно и цель данной работы не в том, чтобы вызвать «брожение умов» в среде домашних пивоваров. Пивоварение – очень древнее занятие человечества. Пиво варили за сотни лет до появления на свет работ Пастера и Хансена. Поколениями пивоваров накоплен определенный опыт, позволяющий, мягко говоря, в нестерильных условиях сварить пиво. Современные методы домашнего пивоварения, описанные в учебниках, впитали в себя и этот опыт, и современные знания. Таким арсеналом только нужно уметь воспользоваться.

Если вы домашний пивовар со стажем и вполне довольны вкусом вашего пива, то вам, вероятно, и не надо ничего менять в своей технологии. Но совершенно нелишне будет помнить, что стандартные процедуры домашнего пивоварения не гарантируют от заражения. И если вдруг ни с того ни с сего в вашем пиве появятся какие-то непонятные и неприятные привкусы, имейте в виду, что, тому виной могут быть непрошеные микроскопические гости.

Если же вы новичок, сделавший свою первую варку по инструкции и у вас еще не прошло удивление оттого, что вы сделали ПИВО и содержимое красивой белой бочки не нужно выливать в унитаз, вам тем более не стоит забивать себе голову ничем лишним. Кроме, разумеется, той волшебной инструкции, благодаря тщательному соблюдению которой все и случилось. Не забывайте об этом, когда будете варить второе пиво!

В этой статье почти нет ссылок на источники информации. Поэтому я хочу сообщить читателям, что эпизоды биографий Левенгука, Спалланцани, Пастера и Коха изложены по замечательной книге: Поль де Крайф, «Охотники за микробами» (перевод с английского И.П. Червонского, издательство «Молодая гвардия», 1957). Материал для небольшого очерка жизни Эмиля Хансена заимствован из прекрасного труда о разведении чистых культур: Rajotte, Pierre, First Steps in Yeast Culture: volume 1, 1994. Высказывания современных микробиологов, сведения о бактериях и диких дрожжах, приведенные в заключении, взяты из капитального произведения «Микробиология пива» (3-е изд., под ред. Фергюса Дж. Приста и Йена Кэмпбелла; издательство «Профессия», Санкт-Петербург, 2003). Биографии Баляра и Тиндаля стали известны автору, прежде всего, благодаря http://en.wikipedia.org. Прекрасные цветные фотографии микроорганизмов взяты из замечательного собрания (http://www.denniskunkel.com). Фото культур на чашках Петри – из упомянутой уже книги Yeast Culture. Рисунки колб Баляра и микроорганизмов – из трудов Пастера (http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k73599). Фотографии дрожжей Kloeckera (рис. 9) из работы: EVA STREIBLOVA, K. BEIRAN, AND V. POKORNV, MULTIPLE SCARS, A NEW TYPE OF YEAST SCAR IN APICULATE YEASTS, JOURN. OF BACTERIOLOGY, Vol. 88, No. 4, p. 1104 – 1111 October, 1964. Фотография дрожжей dekkera (рис. 10) – из http://www.lge.ibi.unicamp.br/dekkera/

Новые статьи публикуются на Pro версии сайта. Подписку можно оформить здесь.