Microbes in the tailoring of barley malt properties

Microbes have a decisive role in the barley-malt-beer chain. A major goal of this thesis was to study the relationships between microbial communities and germinating grains during malting. Furthermore, the study provided a basis for tailoring of malt properties with natural, malt-derived microbes. The malting ecosystem is a dynamic process, exhibiting continous change. The first hours of steeping and kilning were the most important steps in the process with regard to microbiological quality. The microbial communities consisting of various types of bacteria, yeasts and filamentous fungi formed complex biofilms in barley tissues and were well-protected. Inhibition of one microbial population within the complex ecosystem led to an increase of non-suppressed populations, which must be taken into account because a shift in microbial community dynamics may be undesirable. Both bacterial and fungal communities should be monitored simultaneously. Using different molecular approaches we showed that the diversity of microbes in the malting ecosystem was greater than expected. Even some new microbial groups were found in the malting ecosystem. Suppression of Gram-negative bacteria during steeping was advanategous for grain germination and malt brewhouse performance. Fungal communities including both filamentous fungi and yeasts significantly contributed to the production of microbial beta-glucanases and xylanases, and were also involved in proteolysis. Well-characterized lactic acid bacteria (Lactobacillus plantarum VTT E-78076 and Pediococcus pentosaceus VTT E-90390) proved to be an effective way of balancing the microbial communities in malting. Furthermore, they had positive effects on malt characteristics and notably improved wort separation. Previously the significance of yeasts in the malting ecosystem has been largely underestimated. This study showed that yeast community was an important part of the industrial malting ecosystem. Yeasts produced extracellular hydrolytic enzymes with a potentially positive contribution to malt processability. Furthermore, several yeasts showed strong antagonistic activity against field and storage moulds. Addition of a selected yeast culture (Pichia anomala VTT C-04565) into steeping restricted Fusarium growth and hydrophobin production and thus prevented beer gushing. Addition of P. anomala C565 into steeping water tended to retard wort filtration, but the filtration was improved when the yeast culture was combined with L. plantarum E76. The combination of different microbial cultures offers a possibility to use ther different properties, thus making the system more robust. Improved understanding of complex microbial communities and their role in malting enables a more controlled process management and the production of high quality malt with tailored propertiesMikrobit muokkaavat ohramaltaan ominaisuuksia Arja Laitila on väitöstutkimuksessaan selvittänyt, miten bakteerit, hiivat ja homeet vaikuttavat ohran itämiseen ja maltaan laatuun. Hän on kartoittanut mallastusprosessiin soveltuvat hallintakeinot ja tutkinut, miten luontaisilla maitohappobakteereilla ja hiivoilla voidaan ohjata mikrobiyhteisöä. Oluen valmistuksen alkuvaiheessa - mallastuksessa - itävä jyvä ja sen kanssa elävä mikrobiyhteisö muodostavat eliöyhteisön, jonka toiminnan seuraamisen ja hallinnan avulla voidaan oleellisesti vaikuttaa maltaan prosessiteknisiin ominaisuuksiin, mikrobiologiseen turvallisuuteen ja oluen laatuun. Väitöstyössään Arja Laitila osoittaa, että mikrobeilla on keskeinen rooli mallastuksessa. Mallastusprosessissa vallitsee mikrobien kasvun kannalta edulliset olosuhteet ja mikrobiyhteisö pystyy mukautumaan erittäin nopeasti vaihtuviin ympäristöolosuhteisiin. Mikrobiyhteisö osoittautui huomattavasti monipuolisemmaksi kuin aiemmin on osoitettu. Laitila tunnisti mallastuksesta uusia bakteeri- ja hiivalajeja. Tutkimuksessa tehostettiin ohran itämistä ja parannettiin maltaan prosessiteknisiä ominaisuuksia muokkaamalla mikrobiyhteisöä. Maltaan prosessointia haittaavien bakteerien ja homeiden kasvua rajoitettiin lisäämällä ohran liotusveteen Lactobacillus plantarum VTT E-78076- ja Pediococcus pentosaceus VTT E-90390 -maitohappobakteereja. Tutkimus osoitti, että ohran ja maltaan luontaisten hiivojen vaikutus mallastus- ja panimoketjussa on suurempi kuin tähän asti on tiedetty. Hiivat tuottavat entsyymejä, joilla voidaan Laitilan mukaan parantaa maltaan prosessiteknisiä ominaisuuksia. Lisäksi tiettyjen hiivojen avulla voidaan estää haittahomeiden, erityisesti Fusarium-punahomeiden, kasvua. Mallastuksen luontaiseen mikrobiyhteisöön kuuluvan Pichia anomala VTT C-04565 -hiivan lisäys ohran liotusveteen estää Fusarium-homeiden tuottamien oluen ylikuohuntatekijöiden muodostumisen. Toisaalta tämä hiiva yksinään lisättynä hidastaa vierteen erotusta. Epäedulliset vaikutukset maltaan prosessointiin voidaan kuitenkin poistaa, kun Pichia anomala -hiivaa käytetään yhdessä Lactobacillus plantarum maitohappobakteerin kanssa. Laitilan mukaan uusimmat mallastuksen seuranta- ja ohjauskeinot antavat mahdollisuuksia entistä parempaan prosessin hallintaan. Lisäksi ne tuovat uusia keinoja räätälöidä viljojen laatutekijöitä vastaamaan teollisuuden ja kuluttajien toiveita