由于乙醇含量高、酸度高、溶氧含量低、二氧化碳含量高,啤酒看起來似乎不太適合腐敗和病原微生物生長,煮沸、巴氏殺菌、無菌過濾和冷卻等生產流程也進一步降低了微生物生長的可能性。但是,事實上細菌和野生酵母等可以在這樣惡劣的條件下茁壯成長,從而形成不良味道、氣味、煙霧和沉積物,這一過程可能會發生在釀造的任何階段,影響啤酒的最終感官特征。
為了保持啤酒的高品質,啤酒廠需要進行生物質量控制。
啤酒廠的微生物爆發會給企業帶來很大的風險,輕則花費大成本召回不合格產品,重則對品牌聲譽帶來致命損害。
基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜(MALDI-TOF MS)法,是一種快速、高通量、高準確度鑒定微生物的技術,目前已經被應用于啤酒廠中,進行質量控制中啤酒腐敗微生物的鑒定。然而,MALDI-TOF MS法的適用性受到混合培養物相關問題的阻礙,使得技術人員在鑒定之前需要耗費很長時間去做微生物選擇性培養。
南澳大利亞大學未來工業研究所進行了一項研究,提出了一種新型的低成本方法,將慣性微流體和螺旋微通道中二次流相結合,從啤酒腐敗微生物(短乳桿菌和啤酒片球菌)中高通量和高效地分離酵母(巴氏酵母和釀酒酵母),然后使用MALDI-TOF MS平臺進行微生物物種鑒定。
圖1 巴氏酵母和短乳桿菌分離的實驗裝置示意圖。在入口處(即A-A),巴氏酵母和短乳桿菌隨機分散。在慣性分餾(即B-B)之后,巴氏酵母沿著通道的內壁聚焦,并且通過在分叉點處放置適當的出口,可以分離這些細胞。
在梯形截面的螺旋通道中,通過慣性升力和迪恩阻力的聯合作用,內壁受力大于外壁,酵母細胞向出口內壁遷移。研究人員通過評估,選擇1.5 mL/min的流速作為最佳流速,對巴氏酵母可以實現超過90%的分離效率。此外,為了提高短乳桿菌的分離效率,將其通過螺旋微通道再循環三次,分離效率可達90%以上。
該研究證明,微流體分離與MALDI-TOF MS鑒定相結合,可以提高MALDI-TOF MS物種水平鑒定的檢測限,而無需在選擇性培養基上進行耗時的培養,為啤酒腐敗微生物的檢測提供一種新的、快速、靈敏的方法,可用于啤酒廠的質量控制。
雖然啤酒中條件艱苦,“菌”生艱難,但是總有那么一小撮細菌可以頑強生長,而MALDI-TOF MS微生物鑒定質譜可以快速幫助把這些微生物“揪”出來。