TEIL 7 - Nachweis von Lactobacillus, Diastaticus, Pediococcus, Pectinatus, Megasphaera, ... in Bier: Wie wird ein mikrobiologisches Labor eingerichtet?

Ihre Craftbier-Brauerei ist in Betrieb, und die Nachfrage beginnt zu wachsen. Wie stellen Sie sicher, dass das Produkt, das Sie verkaufen, bei steigender Produktion in Geschmack und Qualität gleich bleibt? Zusätzlich zur CTA , die Sie wahrscheinlich bereits in Ihrem Qualitätskontrolllabor durchführen, ist die Einrichtung einer mikrobiologischen Qualitätskontrolle der Brauerei in Ihrem Labor entscheidend für die Beantwortung dieser Fragen.

Erste Schritte 
Die größte Unsicherheit für jede Brauerei (unabhängig von der Größe) ist also, wo sie anfangen soll. Die ersten wichtigen Entscheidungen, die anzugehen sind:
- Das Ziel ihres mikrobiologischen Labors
- Ermittlung des für den Betrieb des Labors erforderlichen Personalbedarf
- Ihr Budget zur Einrichtung eines mikrobiologischen Labors. 
Egal, ob Sie Ihr erstes Labor aufbauen oder Ihr bestehendes Labor erweitern, jede Brauerei sollte diese wenigen wichtigen Laborfunktionen einplanen:

Es werden Hefezellkonzentrations- und Lebensfähigkeitsmessungen zur Bestimmung der Anstiegsrate und zum Verständnis der Hefegesundheit während der Gärung empfohlen. Im Wesentlichen ist dies nur die Verwendung eines Mikroskops (mit 100- und 400-facher Vergrößerung), eines Hämozytometers mit einem Neubauer-Zählgitter und einer Lebensfähigkeitsfärbung, um Ihre Hefe zu betrachten, Zellzählungen zur Berechnung der Anstiegsrate durchzuführen und Lebensfähigkeitsdaten zu erhalten. Wenn Sie dies routinemäßig tun, können Sie die Beständigkeit Ihrer Gärungen verbessern.

Oft ist der schnellste und einfachste Weg, ein Brauerei-Mikrolabor zu starten, die Überwachung auf Milchsäurebakterien (Lactobacillus und Pediococcus) - die beiden häufigsten Verderbnis-Mikroorganismen in einer Brauerei. In letzter Zeit ist das Thema Saccharomyces var Diastaticus auch für Brauer von Interesse, da sie zu Überverdünnung und Überquellen von Fässern, Flaschen und Dosen führen kann
Das Erfassen von Mikroorganismen kann auf zwei Arten erfolgen::

Herkömmliche Mikrobiologie

Wie der Name schon sagt, basiert diese grundlegende Technik auf der Wachstumsfähigkeit der Mikroorganismen, die oft zwischen 2-4 Tagen für Bakterien und 5-10 Tagen für Hefen variiert. Für eine korrekte Durchführung muss der Techniker in den grundlegenden mikrobiologischen Methoden entsprechend geschult sein, um sicherzustellen, dass die Probe korrekt gehandhabt wird, um Kreuzkontaminationen zu vermeiden, müssen die Anforderungen an die Handhabung und Konservierung der Kulturmedien (unabhängig davon, ob es sich um ein gebrauchsfertiges oder ein dehydriertes Format handelt) sowie an die Qualitätskontrolle beachtet werden und muss die Interpretation der Ergebnisse korrekt und aussagekräftig sein im Hinblick auf das, was der Brauer und/oder der Leiter der Qualitätskontrolle wissen muss. Eine Kolonie zu züchten ist eine Sache, ihre Relevanz für die Bierproduktion und -qualität zu verstehen, ist eine ganz andere (ungeachtet dessen, was gewisse „einfach zu bedienende Lösungen“ behaupten!!) 

- Zubereitung von Kulturmedien / Aseptische Plattierungstechniken / Qualitätskontrolle Stammvermehrung / Färbetechniken (z. B. Gramfärbung) und Identifizierungstechniken

Unabhängig von der herkömmlichen Mikrobiologietechnik werden einige grundlegende Materialien benötigt
- Bunsenbrenner / Propanbrenner
- Inkubator
- (CO2-Generator für anaerobe Inkubation)    

Spatelverfahren:
- Sterile/s Kulturmediumplatte/-röhrchen + steriles Festkörpermedium
- Sterile abgestufte 1ml-Pipette + L-förmiger Glasstab oder mikrobiologische Schleife

Membran-Filtrationsverfahren:
- Verteiler (mit Filtrierbecher)
- Vakuumpumpe
- Membranffilter (0,45 µm Porengröße)

Bedarf an Geräten zur Identifizierung von isolierten Mikroorganismen 
- Möglichkeit zur Gramfärbung (Objektträger, Gramfärbe-Testset, Mikroskop)
- Möglichkeit zur Durchführung grundlegender Orientierungstests (z. B. Katalasetest)
- Möglichkeit zur Durchführung von chemischen und metabolischen Standardtests (z. B. Zuckergärungstests)

PCR-Analyse
PCR-Analyse (Polymerase Chain Reaction) ist eine moderne Technik, die ein Segment der DNS des Ziel-Mikroorganismus analysiert, um dessen Anwesenheit nachzuweisen. Bei der PCR-Amplifikation wird die interessierende DNS wiederholt kopiert, bis genug davon für die Analyse und den Nachweis vorhanden ist. In den letzten 5 Jahren wurde diese Technik so weit vereinfacht, dass sie nun regelmäßig in Brauereilaboren eingesetzt wird, ohne dass eine spezielle mikrobiologische Schulung oder die sterilen Raumbedingungen erforderlich sind, die früher zur Vermeidung von Kreuzkontaminationen notwendig waren. Die gute Nachricht ist, dass die PCR innerhalb von Stunden ein Ergebnis liefert, sehr spezifisch und empfindlich ist und im Allgemeinen, je nach System, sehr wenig Aufwand für den Bediener erfordert.

Gerätebedarf:
- Zentrifuge
- Thermocycler
- Pipetten + Pipettenspitzen
 

Ein wichtiger Teil im Qualitätskontrollprogramm jeder Brauerei. Neben der Temperatur ist einer der wichtigsten Aspekte für eine erfolgreiche Gärung der gelöste Sauerstoff (Dissolved Oxygen, DO). Hefe benötigt Sauerstoff, um die Lipide zu bilden, die sie für ihr Wachstum und ihre optimale Funktion benötigt. Für eine ausreichende Sauerstoffversorgung der Kulturlösung zu sorgen, ist jedoch eine kleine Herausforderung. Das Lösen von Sauerstoff in Flüssigkeit ist stark von nicht statischen Faktoren abhängig, wie z. B. Temperatur und Dichte der Kulturlösung sowie dem Kopfdruck des Tanks. Sauerstoff geht auch sehr leicht aus der Lösung heraus, daher ist die Sauerstoffzufuhr zur richtigen Zeit und am richtigen Ort direkt sehr wichtig.

Sobald Sie die Gärung unter Kontrolle haben, sollten Sie sicherstellen, dass Sie die Leistung der Gärung verfolgen, um Probleme frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Ein großer Teil davon umfasst die einfache Verfolgung und Aufzeichnung der wichtigsten Matrizen für Stammbiere (z. B. Schwerkraft und pH-Wert) und die Möglichkeit, Abweichungen vom normalen Hefeverhalten zu erkennen. Es gibt Softwareprogramme, die Sie dabei unterstützen.

Oft übersehen, aber diese einfache Maßnahme ermöglicht es einem Brauer, die Lagerstabilität von verpacktem Bier zu überwachen. Idealerweise sollten 2 Räume in der Brauerei zur Verfügung stehen, einer bei Raumtemperatur und einer im Kühlschrank. Neben der mikrobiologischen Kontamination können diese Proben auch für andere Tests wie pH-Wert, CO2 und Veränderungen des Geschmacksprofils verwendet werden.

Es wird empfohlen, von jeder Charge 6-10 Flaschen abzulegen. Die Ablage von Bier dient dazu, die Haltbarkeit zu definieren und zu verbessern und eventuelle Probleme auf dem Markt vorherzusehen oder zu steuern.

• Es ist wichtig, dass Sie von Anfang an Ihre Ziele für Ihre mikrobiologische Einheit im  Labor festlegen
• Man braucht einen eigenen Raum, entsprechend geschulte Personen und ein Budget, um dies zu realisieren.
• 2 wichtige mikrobiologische Aktivitäten
    - Hefemanagement
    - Mikrobiologischer Nachweis 
• Die Investition in die richtige Ausrüstung je nach durchzuführenden mikrobiologischen Tests ist notwendig
• Mikrobiologische Qualitätskontrolle: Es werden 2 Technologien berücksichtigt
    - Herkömmliche Mikrobiologie
    - Mikrobiologische PCR-Schnelltests
• Es ist wichtig, dass ein eigener Raum zum Ablegen der Flaschen aus verschiedenen Produktionschargen während der Dauer der Haltbarkeit zu Zwecken der Qualitätssicherung zur Verfügung steht