ГЛАВА 9. БРОЖЕНИЕ ПИВНОГО СУСЛА Общие понятия о брожении

Спиртовое брожение Сахаров сусла под действием ферментов дрож­жей — это основной процесс при производстве пива. При брожении происходит изменение химического состава сусла и превращение его в ароматный вкусный напиток — пиво.

В зависимости от вида применяемой чистой культуры дрожжей и температуры в сусле проходит верховое или низовое брожение. Вер­ховое брожение сусла проводят при 12— 15°С, низовое при 5—ТС. Наиболее распространено низовое брожение. Различают две стадии брожения: главное брожение и дображиьание. При главном броже­нии, когда сбраживается основная масса Сахаров пивного сусла, получают молодое пиво, которое представляет собой мутную жид­кость со своеобразными ароматом и вкусом. При дображивании мо­лодого пива с пониженной температурой (О—2'С) происходит мед­ленное сбраживание оставшегося в нем экстракта, осветление, со­зревание пива и насыщение его диоксидом углерода. Главное брожение проводят при атмосферном давлении в течение 7-10 су­ток, а дображивание - под избыточным давлением 0,04-0,07 МПа в течение 18—90 суток.

Помещение, где находятся бродильные аппараты, называют це­хом брожения, а закрытые аппараты для дображивания располагают­ся в цехе дображивания.

Разделение процесса брожения пивного сусла на две стадии, ха­рактеризуемые разной температурой, обусловлено, главным обра­зом, низким уровнем развития холодильной техники в этой области и затруднениями поддержания указанных температур.

В настоящее время применяется технология брожения и добра­живания сусла в одном аппарате цилиндроконической формы. Со­вершенная система охлаждения к хорошая тепловая изоляция ап­паратов дают возможность легко поддерживать заданную темпера­туру во время всего процесса.

При брожении большое значение имеют первоначальный со­став сусла (содержание в нем сбраживаемых Сахаров, несбражива­емых углеводов, азотистых веществ, фосфатов, неорганических солей и др.) и дрожжи.

Для брожения применяют специальные расы чистых культур пивных дрожжей, которые должны обладать высокой бродильной активностью (бродильная активность - способность дрожжей воз­буждать спиртовое брожение), способностью к оседанию (при этом происходит осветление пива, вызываемое оседанием дрожжей на дно бродильного аппарата), приданию пиву характерного аромата и мягкого вкуса.

Пивныедрожжи

Строение дрожжевойклетки. Дрожжи — одноклеточные организ­мы, относящиеся к классу сумчатых грибов. Форма дрожжевых кле­ток бывает овальной, эллиптической, округлой.

Дрожжевая клетка (рис. 65) имеет клеточную стенку 1, под которой располагается цитоплазматическая мембрана. Цитоплазма-тическая мембрана обладает избирательной проницаемостью, ока­зывая влияние на обмен веществ между клеткой и окружающей средой. Например, молекулы аминокислот и глюкозы проникают через мембрану быстрее, чем ионы металлов, которые меньше по размеру. Внутри дрожжевой клетки содержится круглое или оваль­ное ядро 2, окруженное двойной мембраной. Ядро необходимо для реализации процессов обмена веществ, обеспечивающих рост и размножение дрожжей.

Основой клетки является цитоплазма 3, представляющая собой вязкую жидкость, где осуществляется спиртовое брожение. Здесь же находятся структурные элементы клетки: вакуоль 4, митохонд­рии 5, рибосомы 6. Митохондрии — это очень мелкие частицы кап­леобразной формы, в которых происходят процессы, связанные с окислительным обменом веществ. Рибосома представляет собой мем­бранную структуру, где происходит синтез белка. Вакуоли — поло­сти, наполненные клеточным соком и отделенные от цитоплазмы мембраной. В них находится метахроматин - запасное питательное вещество.

Величина дрожжевых клеток зависит от их физиологического состояния, возраста, а также состава сусла. Большинство клеток пивоваренных дрожжей имеют длину 9—11 и ширину 5—7 мкм.

Химический состав дрожжей зависит от расы, физиологического состояния дрожжей и состава питательной среды. Прессованные дрож­жи содержат около 30% сухих веществ и 70% воды. В сухих веществах дрожжей со­держится 90-95% органических веществ и 5-10% неорганических веществ. Среди органических веществ имеются белки и азотсодержащие вещества — 54-56%, уг­леводы (24-40%), жиры (2-3% к массе сухих веществ). Основная часть углево­дов дрожжей представлена гликогеном (запасное вещество), сходным по хими­ческому строению с амилопектином крах­мала. Среди неорганических веществ при­мерно половина солей фосфорной кис­лоты и 1/3 калия.

Рис. 65. Строение В золе дрожжей содержится (%): Р₂0₅-

дрожжевой клетки 47-53; К/) - 28-40; СаО - 0,4-11,3;

MgO - 3,0-7,4; SiO₂ ~ 0,28-0,73; SO₃ - 0,09-0,74; Cl - 0,10-0,65. Кроме того, в небольшом количестве имеются соединения S, Zn, Mn, Cu, Fe.

Фосфорные соединения имеют большое значение в обмене ве­ществ дрожжевых клеток, так как входят в состав промежуточных продуктов спиртового брожения, а калий активно участвует в пост­роении молекул белков и углеводов. Дрожжи богаты витаминами группы В, содержат эргостерин (провитамин D) и др. В дрожжах содержатся различные ферментные системы, участвующие в процес­сах гидролиза и синтеза, а также в процессах брожения и дыхания.

Стадии роста дрожжей. Ростом дрожжей называют увеличение числа их клеток, т. е. размножение. Дрожжевые клетки при нормальных условиях размножаются почкованием. Материнская клетка образует почку, которая вырастает в дочернюю клетку. При недостатке пита­тельных веществ или при других неблагоприятных условиях внутри клетки появляются перегородки, и клетка распадается по этим пере­городкам, образуя споры. В среде с хорошими условиями питания споры прорастают и образуют новые дрожжевые клетки. Пивное сус­ло содержит все необходимые вещества для размножения клеток, поэтому при сбраживании сусла дрожжи размножаются только поч­кованием, не образуя спор.

После введения дрожжей в сусло наблюдаются их количествен­ные и качественные изменения. Количество дрожжей увеличивается в несколько раз, однако, их концентрация в диспергированном со­стоянии вначале увеличивается, достигая максимальной величины, а затем снижается.

Размножение дрожжей при сбраживании пивного сусла прохо­дит в несколько этапов. На кривой роста (рис. 66) можно выделить 4 фазы.

В начальной фазе, называ­емой латентной или лаг-фа­зой (задержка роста), дрож­жи приспосабливаются к но­вой среде и подготавливаются к размножению. Згу фазу ус­ловно можно разделить на две части: фазу действительного покоя, когда клетки приспо­сабливаются к среде, и фазу постепенного начала размно­жения. Продолжительность латентной фазы для пивных дрожжей 1—1,5 суток. В ней клетки увеличиваются в объе­ме и удлиняются, растет доля почкующихся клеток.

При следующей фазе, называемой логарифмической, скорость раз­множения дрожжей максимальная, все клетки активны и находятся в бродящей среде во взвешенном состоянии.

После логарифмической фазы наступает стационарная фаза, ког­да размножение дрожжей замедляется, при этом скорость размноже­ния и скорость отмирания уравновешиваются, в результате чего чис­ло клеток остается без изменения.

Последняя фаза, называемая фазой затухания, характеризуется снижением активности клеток, что обусловлено уменьшением мас­сы питательных веществ и увеличением количества продуктов об­мена. Размножение прекращается, клетки отмирают и оседают на дно бродильного аппарата.

В живой дрожжевой клетке жизнедеятельность поддерживается различными биохимическими процессами, а при ее отмирании со­гласованность этих процессов нарушается и начинается автолиз, т. е, распад составных частей клетки под действием собственных фер­ментов. При этом структура клеток нарушается, активность одних ферментов повышается, других ослабевает. Например, гидролити­ческие ферменты активизируются, а действие ферментов дыхания и брожения прекращается. При автолизе дрожжей происходит рас­пад белковых веществ, углеводов, жиров, органических фосфор­ных соединений; образуются низкомолекулярные продукты распа­да, которые диффундируют через стенки клеток в пиво и изменя­ют его вкус. При незначительном автолизе появляется слабый дрожжевой привкус, а при сильном автолизе — горький посторон­ний вкус. Выделяемые при автолизе азотистые вещества могут быть причиной коллоидного помутнения пива.

Расы пивных дрожжей. В пивоваренном производстве используют только культурные дрожжи, которые относятся к семейству Saccharomycetaceae и роду Saccharomyces. Различают дрожжи низо­вого брожения и дрожжи верхового брожения. Дрожжи верхового брожения относят к виду Saccharomyces cerevisiae, дрожжи низово­го брожения первоначально были отнесены к виду Sacch. carlsbergensis, затем Sacch. uvarum или к Sacch. cerevisiae. Но в насто­ящее время пивовары-практики продолжают считать низовые дрожжи относящимися к виду Sacch. carlsbergensis.

Первоначально были известны дрожжи верхового брожения, так как брожение проходило только при обычной температуре (в вино­делии, хлебопечении). Желая получить напитки, насыщенные диок­сидом углерода, стали проводить брожение при низких температурах. Под влиянием изменившихся внешних условий и были получены дрожжи низового брожения с определенными свойствами.

В пивоваренном производстве применяют разновидности дрож­жей, отличающихся друг от друга одной или несколькими осо­бенностями. Их получают из одной клетки. Такие культуры назы­вают расами (штаммами).

Дрожжи верхового брожения в процессе интенсивного брожения всплывают на поверхность сбраживаемой жидкости, накапливаются в виде слоя пены и остаются в таком виде до конца брожения. Затем они оседают, образуя весьма рыхлый слой на дне бродильного аппа­рата. По своей структуре эти дрожжи относится к пылевидным дрож­жам, не слипающимися между собой, в отличие от хлопьевидных низовых дрожжей, оболочки которых клейкие, что приводит к сли­панию (агглютинации) и быстрому осаждению клеток.

Дрожжи низового брожения не переходят в поверхностный слой пива — пену, а по окончании брожения быстро оседают и образуют плотный слой на дне бродильного аппарата-

Флокуляция — это объединение дрожжей в рыхлые хлопьевидные агрегаты. В пивоварении под флокуляцией понимают обратимую аг­регацию дрожжевых клеток, которая зависит как от свойств расы дрожжей, так и от состава, концентрации, температуры сусла.

После образования дрожжами хлопьев начинается физический процесс седиментации — оседание под действием сил тяжести.

Способность дрожжей к хлопьеобразованию (флокуляции) имеет большое значение для технологии сбраживания пивного сусла, так как способствует ускорению осветления пида и облегчает съем дрож­жей из бродильного аппарата после брожения с последующим по­вторным использованием их в качестве семенных дрожжей. Низкая температура при брожении, кислотность среды (рН 4-4,4) содей­ствуют хлопьеобразованию.

Реакция среды сильно влияет на свойства дрожжей. Например, в кислой среде при рН менее 3 и в щелочной среде при рН более 8 хлопьевидные дрожжи становятся пылевидными. Хлопьевидные дрожжи по сравнению с пылевидными имеют более крупные клет­ки, меньше подвержены автолизу, дают больший прирост биомас­сы, обладают меньшей бродильной активностью, образуют меньше диацетила и высших спиртов в пиве, что положительно сказывает­ся на его качестве.

Дрожжи низового брожения отличаются от дрожжей верхового брожения тем, что они полностью сбраживают рафинозу, имеют оптимальную температуру для роста 25—27°С и минимальную 2—3°С, а при 60~65°С — отмирают. Максимальное размножение низовых дрож­жей происходит при рН 4,8—5,3. Кислород, растворенный в сусле, способствует размножению дрожжей, в то время как продукты бро­жения (этиловый спирт, диоксид углерода, высшие спирты, аце-тальдегид, кислоты), а также повышенная концентрация сахара уг­нетают развитие дрожжей.

Пивные дрожжи должны отвечать следующим требованиям: бы­стро сбраживать сусло, придавать пиву чистый вкус и приятный аромат, активно образовывать хлопья, осветляя таким образом пиво входе брожения.

Бродильную активность дрожжей определяют по степени сбражи­вания сусла. Степень сбраживания { V) — это показатель, выражен­ный в процентах, характеризующий отношение массы сброженного экстракта (Е—е) к массе сухих веществ в начальном сусле (Е):

V = flOO(E-e)]/E, где е — содержание экстрактивных веществ в пиве, % к массе пива.

По степени сбраживания дрожжи делятся на сильно- или высоко­сбраживающие (степень сбраживания 90—100%), среднесбраживаю-щие (80-90%), слабо- или низкосбраживающие (менее 80%).

К сильносбраживающим относятся дрожжи рас: 11, f-чешская, 34, 308, 129, Ф-2, 8аМ, 70. Дрожжи расы 11 сразу начинают сбра­живать мальтозу (в отличие от других дрожжей, которые сначала сбраживают глюкозу), не требовательны к качеству сырья, хорошо оседают, пиво характеризуется полным вкусом. Дрожжи расы f-чешская хорошо осветляют пиво, придают ему приятный аромат, устойчивы к инфекции и автолизу. Дрожжи штамма 8аМ имеют высокую бродильную активность, повышенный коэффициент раз­множения, хорошо оседают, а дрожжи штамма Ф-2 способны сбра­живать мальтотетрозу и низкомолекулярные декстрины, поэтому глубоко выбраживают сусло. Использование дрожжей этих двух рас дает возможность сократить длительность главного брожения с 7 до 5 сут и получить пиво с хорошим вкусом. Дрожжи расы 34 быстросбраживающие, но прихотливы к качеству сырья. Также по­вышенные требования к сырью у дрожжей расы 308. Пиво, сбро­женное дрожжами рас 8аМ, 11, f-чешская, более устойчиво к хо­лодному помутнению.

К среднесбраживающим относятся дрожжи рас 776,41,44, S-львов-ская, Р (получена из Чехии), А (выделена на рижском пивоваренном заводе «Алдарис»), гибрид 131-К. Дрожжи расы 776 неприхотливы к сырью, их можно использовать для приготовления пива с примене­нием несоложеных материалов. Готовое пиво имеет удовлетворитель­ный вкус, резкую хмелевую горечь. Дрожжи рас 41, 44, S и Р обладают хорошей способностью оседания, вкус пива получается чистым, мягким. Дрожжи расы 44 дают возможность получать хоро­шее пиво при применении воды повышенной жесткости. Дрожжи расы А хорошо осветляют пиво, устойчивы к инфекции.

Дрожжи расы 131-К не сбраживают сахарозу, лактозу и рафи-нозу и используются только для приготовления темных сортов пива со сладким вкусом.

Для темных и специальных сортов, вырабатываемых на некото­рых минипивоваренных заводах, и для домашнего приготовления рекомендуется применять дрожжи верхового брожения.

Для сортов пива с повышенной массовой долей сухих веществ в начальном сусле следует использовать расы 8аМ, 11,41 и S-Львове -кая для сортов с концентрацией СВ в сусле 18% и дрожжи расы 11 для 22%-ного.

Хранят дрожжи чистой культуры в стерильных пробирках на ско­шенном охмеленном сусло-агаре при температуре 4°С и пересевают раз в полгода.

Следует учитывать, что дрожжи могут быть кислородзависимы-ми и кислороднезависимыми, то есть их жизнедеятельность зависит или не зависит от количества растворенного в сусле кислорода. На­пример, дрожжи 11-й расы кислороднезависимые, 776-й — средне-кислородзависимые, а для дрожжей штамма 8аМ требуется допол­нительная аэрация сусла.

Активность дрожжей зависит от состава сусла, содержания солей в воде, поэтому на разных заводах пиво, полученное с применением одних и тех же дрожжей, имеет разный вкус.

Требования, предъявляемые к качеству дрожжей, не всегда удов­летворяются одной расой, поэтому иногда в производстве применя­ют смесь рас или редут брожение сусла отдельно на разных расах, а затем смешивают молодое пиво.

Разведение дрожжей чистой культуры. Под разведением понимают увеличение массы дрожжей в количестве от массы в одной пробир­ке до массы маточных дрожжей, необходимой для внесения в бро­дильный аппарат.

Весь процесс разведения состоит из двух стадий: лабораторной (разведение дрожжей в микробиологической лаборатории) и цехо­вой (разведение в отделении чистой культуры).

Лабораторная стадия состоит из нескольких последовательных пересевов. Вначале чистую культуру из пробирки пересевают на сте­рильное охмеленное сусло с массовой долей СВ 11—13% через каж­дые 34—36 ч, затем проводят пересев дрожжей со стерильным сбро­женным суслом на новое стерильное сусло, объем которого от пере­сева к пересеву увеличивается в несколько раз: 20 см^э-»100 см³-» -»500 см³-»2,5 дм³. На первой стадии температура 20—23°С, затем 8— 10°С. Лабораторная стадия заканчивается сбраживанием 6—10 дм³ сус­ла в медной колбе Карлсберга в течение 5-6 суток при 7-8°С,

Цеховая стадия — это разведение дрожжей на стерильном охме­ленном пивном сусле в специальных аппаратах.

На рис. 67 приведена установка для разведения чистой культуры дрожжей в цехе.

Установка состоит из стерилизатора 4, двух бродильных цилинд­ров 3, число которых изменяется в зависимости от количества ис­пользуемых дрожжей, резервуара для предварительного брожения 1 и сосуда 2 для посевных дрожжей.

Стерилизатор и резервуар предварительного брожения оборудова­ны змеевиками для нагревания и охлаждения сусла, воздушными фильтрами и контрольно-измерительными приборами.

Бродильные цилиндры имеют сосуды для посевных дрожжей вме­стимостью 10дм³.

Стерилизатор 4 предназначен для кипячения сусла (стерилиза­ции) и последующего его охлаждения, бродильный цилиндр 3 - для

Рис. 67. Установка для разведения чистой культурыдрожжей

первой стации размножения дрожжей, резервуар предварительного брожения 1 — для стерилизации и охлаждения сусла, а также прове­дения второй стадии размножения чистой культуры. Температура воз­духа в отделении чистой культуры поддерживается 8—9"С.

Разведение чистой культуры происходит следующим образом. В стерилизатор 4 из сусловарочного аппарата набирают горячее охме­ленное сусло, кипятят его в течение 1 ч и охлаждают до 8°С. Затем с помощью сжатого стерильного воздуха охлажденное сусло пода­ют в бродильный цилиндр 3, куда через специальный кран из мед­ной колбы Карлсберга вводят чистую культуру и сбраживают сусло в течение 3 сут. При этом дрожжи размножаются, масса их увеличи­вается. К концу третьих суток резервуар предварительного броже­ния 1 заполняют суслом, которое тоже нагревают до кипения, а затем охлаждают. Часть чистой культуры из бродильного цилиндра 3 отбирают на хранение в сосуд 2 для посевных дрожжей, где оно хранится до следующей разводки, а основную часть перекачивают в резервуар 1, где осуществляют предварительное брожение при 8°С в течение 3 суток.

В следующих циклах разведения дрожжи для посева в стерильное сусло, находящееся в бродильном цилиндре 3, берут из сосуда 2. Процесс разведения чистой культуры в установке повторяют много­кратно до обнаружения в дрожжах посторонней микрофлоры.

Сбраживаемую массу из резервуара 1 перекачивают в специаль­ный аппарат для предварительного брожения, в котором процесс накопления биомассы дрожжей осуществляют с доливом. Для этого после активного разбраживания, когда дрожжи находятся во взве­шенном состоянии, к бродящему суслу добавляют свежее сусло, уве­личивая общий объем вдвое.

При отсутствии на предприятии аппарата для разведения чистой культуры используют оборудование бродильного цеха.

Дрожжерастильные аппараты перед началом работы стерилизуют паром в течение 30 мин под давлением 0,15—0,17 МПа. Воздух, по­ступающий в стерилизатор и цилиндры для брожения, должен про­ходить через воздушные стерильные фильтры.

Главное брожение

Условия главного брожения.В бродильном цехе высота потолков 4,8 или 6 м; полы, потолки, стены для снижения потерь холода покрыты теплоизоляционным материалом. Если бродильные аппараты устанав­ливают в несколько ярусов, то высота помещения увеличивается. Тем­пература воздуха в цехе должна быть около 6"С, влажность - не более 75%, количество диоксида углерода — не более 0,1 %.

Охлаждение воздуха в бродильном цехе осуществляют с помо­щью воздухоохладителей, установленных в цехе или в отдельном помещении. Воздухоохладитель представляет собой батарею, в кото­рой циркулирует холодный рассол. Воздух из цеха брожения отбира­ется вентилятором, подается на воздухоохладители и охлажденным снова возвращается в цех. Этот способ обеспечивает постоянную тем­пературу в цехе и хорошую вентиляцию.

По другому способу воздух охлаждают посредством ребристых или глажотрубных холодильников, подвешенных в цехе к потолку. Б этом случае в помещении устраивается приточно-вытяжная вентиляция, необходимая для удаления влаги и выделяемого при брожении диок­сида углерода.

Главное брожение проводят в открытых и закрытых бродильных аппаратах. Бродильные аппараты изготовляют прямоугольной или цилиндрической формы.

При применении прямоугольных аппаратов площадь цеха исполь­зуется наиболее полно. В боковой стенке прямоугольного аппарата на высоте 10—15 см от дна имеется патрубок для слива молодого пива, а в днище — патрубок для удаления осевших дрожжей, внутри уста­новлен охлаждающий змеевик для отвода теплоты, выделяющейся при брожении.

В производстве наиболее широко распространены горизонтальные цилиндрические аппараты главного брожения (танки) (рис. 68).

Такой аппарат представляет собой герметичный цилиндричес­кий резервуар вместимостью до 50 м³, снабженный охлаждающим

Рис. 68. Горизонтальный бродильный аппарат

змеевиком. На нем имеется штуцер для присоединения пивных шлангов, кран 1 для наполнения и спуска пива, люк 2 для осмот­ра и мойки внутренней поверхности, кран 3 для отбора проб, штуцеры 4 и 6 для установки шпунт-аппарата и штуцер 7 для установки манометра, а также предохранительный клапан 5. Для обеспечения достаточного осветления молодого и готового пива аппараты для главного брожения изготовляют диаметром не более 2,4 м, а для дображивания - 3,6 м.

Вместимость одного аппарата подбирают с учетом объема сусла, получаемого от одного, двух и более заторов. Число аппаратов в цехе определяют в зависимости от числа варок затора в сутки и продол­жительности процессов главного брожения.

Процессы,протекающие при главном брожении.Большая часть эк­стракта сусла состоит из углеводов, из них около 75% сбраживается (сбраживаемые сахара). Часть экстракта — несбраживаемые веще­ства, к ним относятся декстрины, белки, минеральные вещества и др. При спиртовом брожении в сусле протекают биологические, био­химические и физико-химические процессы. Питательные вещества, поступающие в дрожжевые клетки из сусла, под действием фер­ментов превращаются в различные промежуточные продукты, рас­ходуемые на спиртовое брожение и рост дрожжей. Наиболее интен­сивное размножение дрожжей (биологический процесс) происхо­дит в начальной стадии сбраживания пивного сусла и заканчивается задолго до конца брожения.

Основным биохимическим процессом брожения является пре­вращение сбраживаемых Сахаров в результате культивирования дрожжей в этиловый спирт и диоксид углерода, описываемое урав­нением Гей-Люссака:

СН„О = 2С₃Н,ОН + 2ССХ + 234,5 кДжДг/ммоль).
180,1 92,1 88

Из 180,1 г глюкозы можно получить 92,1 г этилового спирта и 88 г диоксида углерода. Но наряду с этими первичными продукта­ми часть сахара расходуется на образование побочных вторичных продуктов, в результате из сахара получается не 92,1 г, а пример­но 87 г этилового спирта.

Сахара сбраживаются в определенной последовательности, что обусловлено скоростью их проникновения в дрожжевую клетку. В первую очередь сбраживаются свободные фруктоза и глюкоза. Са­хароза предварительно гидролизуется ферментом fJ-фруктофурано-зидазой дрожжей до глюкозы и фруктозы. После фруктозы и глюко­зы дрожжи расходуют мальтозу, которая также под действием фер­мента сс-глюкозидазы превращается в легкосбраживаемую глюкозу. Мальтотриоза расходуется дрожжами медленно и не полностью. В сусле, богатом мальтозой, мальтотриоза почти не сбраживается. Около 2% Сахаров используется на построение дрожжевых клеток.

Этиловый спирт и диоксид углерода являются основными продук­тами спиртового брожения. Кроме того, в сусле накапливаются вто­ричные продукты брожения, образующиеся ю Сахаров: биомасса дрож­жей, глицерин, уксусный альдегид, уксусная, янтарная, лимонная и молочная кислоты, ацетоин; 2,3-бутиленкгликоль, диацетил. В каче­стве побочных продуктов брожения из аминокислот образуются выс­шие спирты, оказывающие влияние на аромат и вкус пива.

Вредное влияние на качество пива оказывают продукты броже­ния диацетил и ацетоин, которых много в молодом пиве. Диацетил придает пиву медовые запах и привкус, а ацетоин - затхлый при­вкус. При дображивании концентрация этих веществ резко снижает­ся их влияние на вкус и запах становится незначительным.

На букет пива влияют диацетил, высшие спирты, сложные эфи-ры, альдегиды, серосодержащие соединения.

В результате сбраживания Сахаров, преимущественно в аэроб­ных условиях, пивное сусло превращается в молодое пиво. Все образовавшиеся в нем продукты спиртового брожения участвуют в формировании специфического вкуса и аромата пива (букет пива). При дображивании, когда температура молодого пива снижается, в бродильном аппарате создается избыточное давление и условия брожения становятся близкими к анаэробным. Размножение дрож­жевых клеток в это время резко ограничено и сбраживаемые саха­ра расходуются преимущественно на образование спирта и диок­сида углерода.

Сбраживание сусла сопровождается изменением рН сусла: в моло­дом пиве рН 4,2—4,6, что обусловлено образованием из Сахаров ди­оксида углерода и органических кислот, преимущественно янтарной и молочной. Наибольшее снижение рН происходит на третий день брожения. Увеличивается титруемая кислотность пива.

Физико-химические процессы характеризуются изменением окис­лительно-восстановительного потенциала (гН_г) rH^-lgfH^l, где Н₂ — молекула водорода, образовавшегося при диссоциации воды.

Быстрое снижение гН₂ объясняется тем, что при брожении в сусле происходит уменьшение концентрации продуктов окисления и на­копление продуктов восстановления. В охлажденном сусле гН₂ больше

20, а в период интенсивного брожения, когда дрожжи потребляют весь растворенный кислород, на обменные процессы внутри клетки, значение гН₂ снижается до минимума, достигая 10. Кроме того, вы­деляющийся при брожении диоксид углерода вытесняет из сусла кис­лород, что также снижает интенсивность окисления.

В закрытых бродильных аппаратах гН₃ пива ниже, чем в откры­тых, где кислород, хотя и слабо, но проникает через тонкий слой пены. Чем ниже величина гН₂ в процессе брожения, тем выше качество получаемого пива. При высоких значениях гН₂ сусло и молодое пиво темнеют, вкус готового пива ухудшается, оно быс­тро мутнеет.

Для своего развития, роста и размножения дрожжи потребляют азотсодержащие соединения сусла (аммонийные соединения, амино­кислоты, несколько хуже дипептиды и в очень незначительном ко­личестве трипептиды). При этом 40—45% азота они поглощают, а 1/3 от потребленного азота выделяют в окружающую среду. В результате меняется состав азотистых веществ сбраживаемого сусла.

При сбраживания сусла растворенные белковые вещества частич­но денатурируют, а затем флокулируют (слипаются) и осаждаются. Во время главного брожения, в результате осаждения белка и усвое­ния дрожжами азотистых веществ, содержание их в сбраживаемом сусле уменьшается примерно на 1/3,

При брожении осаждаются также полифенольные вещества. Обра­зование этилового спирта, эфиров, снижение рН способствуют коа­гуляции высокомолекулярных соединений сусла.

Диоксид углерода, который образуется при брожении, сначала ра­створяется в сбраживаемом сусле, а потом (после насыщения им сус­ла) начинает выделяться в виде пузырьков, на поверхности которых адсорбируются поверхностно-активные вещества (белки, пектин, хме­левые смолы). Пузырьки газа, покрытые слоем этих веществ, слипа­ются и образуют на поверхности сусла слой пены. В определенный период брожения внешний вид пены приобретает форму завитков, которая характеризует определенную стадию брожения.

При брожении цветность сусла для светлых сортов пива заметно уменьшается, а для темных сортов — изменяется меньше. Снижение цветности объясняется тем, что часть красящих веществ выводится с пеной, часть окисленных полифенольных веществ восстанавливает­ся, а уменьшение рН при брожении снижает интенсивность цветно­сти пива (проявляются индикаторные свойства красящих веществ).

В процессе брожения уменьшается содержание изогумулонов из-за их адсорбции дрожжами, а также вследствие того, что они частично выводятся пузырьками диоксида углерода в пену.

При брожении примерно на 1/3 уменьшается содержание полифе­нольных веществ.

Ведение главного брожения. Это операции, связанные с регулиро­ванием условий процесса (температура, продолжительность броже-

ния, степень сбраживания, введение чистой культуры дрожжей). Ос­новное влияние на брожение оказывают применяемые расы дрож­жей, температура сбраживаемого сусла и бактериальная чистота.

Для брожения тгавното сусла принят метод низового брожения, связанный с применением рас дрожжей низового брожения. Эти дрож­жи хорошо сбраживают практически все сахара, кроме лактозы и декстринов и частично мальтотриозы. Температура сусла, при кото­рой вводят семенные дрожжи, называется установочной (начальной) температурой брожения и колеблется от 5 до 7°С.

Ведение главного брожения включает три основные технологи­ческие операции: наполнение бродильного аппарата охлажденным суслом, введение в сусло дрожжей и сбраживание его до получе­ния молодого пива. Дополнительными операциями являются сня­тие деки (тонкий слой опавшей коричневой пены), перекачива­ние молодого пива на дображивание, отбор и подготовка семен­ных дрожжей, мойка, дезинфекция и подготовка аппарата для следующего цикла.

Наполнение бродильного аппарата суслом и введение в сусло дрож­жей. Перед внесением в бродильный аппарат семенные дрожжи сме­шивают в отдельном сосуде с холодным пивным суслом из расчета 2-6 дм³ сусла на 1 дм³ дрожжей, перемешивают стерильным сжатым воздухом или мешалкой и оставляют на 1—3 ч для разбраживания при температуре около 6°С.

Перед заполнением аппарата суслом на входной патрубок аппа­рата надевают полый стакан для предотвращения попадания дрож­жей позже в аппараты дображивания. Холодное сусло (температура 5-7°С) принимают в подготовленный бродильный аппарат в таком количестве, чтобы оно покрыло его дно. После этого вводят бродя­щие дрожжи, перемешивают и заполняют аппарат суслом до пол­ной вместимости.

При наличии в бродильном цехе аппарата для предварительного брожения дрожжи подготовляют в нем в течение 18—24 ч на всю вместимость бродильного аппарата и вводят их во время спуска сусла первой варки из расчета 0,4—0,5 дм³ (дрожжи расы Ф-2 в количестве 0,8-1 дм³) на 10 дал всего сусла, затем доливают суслом следующих варок. При отсутствии аппарата предварительного брожения количе­ство вносимых дрожжей увеличивают до 0,5—0,6 дм³ на 10 дал сусла. Заполнение бродильного аппарата считают законченным, когда в нем останется незаполненным около 10% его вместимости.

Сбраживание сусла. Главное брожение протекает в несколько ста­дий, которые различаются по внешнему виду поверхности сбражи­ваемого сусла, а также по изменению экстрактивности и степени осветления молодого пива.

В первой стадии брожения, называемой забелом, на поверхности бродящего сусла по периферии появляется полоса нежно-белой пены. Эта стадия продолжается 1—1,5 суток и характеризуется интенсив-

ным почкованием и размножением дрожжей. При этом экстрактив-ность сусла снижается от 0,2 до 0,5% в сутки; рН - на 0,15—0,2, температура поднимается на 0,2—0,3°С в сутки.

Вторая стадия брожения — период низких завитков характеризу­ется более интенсивным выделением диоксида углерода, образова­нием густой, компактной, поднимающейся пены, которая по внеш­нему виду представляет собой завитки красивой формы. Пена, вна­чале белая, постепенно темнеет из-за окисления хмелевых смол и частичного обезвоживания. Экстрактивность сусла в этой стадии сни­жается на 0,5—1% в сутки; рН в конце стадии становится 4,9—4,7 (при начальном 5,6); температура растет на 0,5-0,8°С в сутки. Про­должительность стадии 2—3 сут.

Третья стадия брожения — стадия высоких завитков характери­зуется наибольшей интенсивностью брожения, максимальной тем­пературой процесса. Убыль экстракта достигает 1—1,5% в сутки. Пена становится рыхлой, объемной, завитки достигают наибольшей ве­личины, верхние участки завитков имеют коричневый цвет, ниж­ние — белый, рН снижается до 4,6—4,4. Размножение дрожжей при­останавливается в связи с недостатком кислорода и уменьшением питательных веществ. Стадия длится 3—4 сут. В начале этой стадии сусло необходимо охлаждать.

В четвертой стадии, называемой стадией опадания завитков или формирования деки, пена опадает, исчезают завитки, в результа­те чего поверхность сусла покрывается тонким слоем деки. Опада­ние завитков продолжается 2 суток. Зкстрактивность сбраживае­мого сусла понижается на 0,5—0,2% в сутки. Прекращается раз­множение дрожжей и брожение.

Каждой стадии брожения соответствуют изменения химического состава сусла и определенная концентрация дрожжевых клеток. На­пример, при сбраживании сусла для пива с концентрацией началь­ного сусла 11% (Жигулевского) содержание дрожжевых клеток во взвешенном состоянии будет следующим

Стадия брожения Содержание дрожжевых клеток, млн/см³

Исходное сусло 20—25

Забел 60-50

Низкие завитки 60—50

Высокие завитки 30—25

Формирование деки 16—5

Осветление 3,5—1,5

Для сусла с более высокой массовой долей сухих веществ число дрожжевых клеток в исходном сусле увеличивают до 30—40 млн./см³. По мере сбраживания и снижения рН сусла дрожжевые клетки покрываются слизистой пленкой из веществ, обладающих клеящими свойствами. Слипаясь между собой, они оседают на дно аппарата.

В хлопьеобразовании и оседании дрожжевых клеток важную роль играет их электрический потенциал. Во время размножения дрожжевые

клетки заряжены отрицательно, а к концу брожения, когда рН сусла снижается до 4,4-4,2, клетки приобретают положительный заряд. Бел­ковые частицы в сусле заряжены отрицательно, поэтому в конце глав­ного брожения они соединяются с дрожжевыми клетками, образуя агрегаты (крупные хлопья), что влечет за собой интенсивное выпаде­ние осадка. После оседания дрожжей брожение прекращается, и пиво становится более прозрачным. На этом процесс главного брожения счи­тают законченным. Полученный продукт называют молодым пивом.

При спиртовом брожении 1 кг сброженного сахара выделяет 560,8 кДж теплоты, что приводит к повышению температуры сусла. Для поддержания в сусле определенного температурного режима через змеевики, установленные внутри бродильных аппаратов, пропуска­ют охлажденную воду температурой 0,5-ГС. Вместо змеевиков иногда используют также холодильные пояса, приваренные снаружи к бо­ковым стенкам бродильного аппарата. Такая система охлаждения бо­лее удобна и экономична.

Наибольшая температура сусла достигается примерно на 3-й день брожения, и ее поддерживают на этом уровне 1—2 дня по возможно­сти без колебаний. Затем молодое пиво постепенно охлаждают со скоростью 1 °С в сут, так как дрожжи весьма чувствительны к резко­му понижению температуры.

Известно, что растворимость СО₂ увеличивается с понижением тем­пературы, поэтому, чтобы сохранить в молодом пиве максимально возможную концентрацию растворенного газа, температуру перед пе­редачей пива на дображивание снижают до 5—4°С. Содержание диок­сида углерода в молодом пиве обычно составляет охоло 0,2%.

При главном брожении большая часть экстрактивных веществ превращается в продукты брожения. Ход этого процесса контролиру­ют по степени сбраживания. Различают видимую и действительную степени сбраживания. Если содержание экстракта определяют в пиве в присутствии спирта и СО₃, то это видимый экстракт. Используя его значение, вычисляют видимую степень сбраживания. Действи­тельную степень сбраживания находят по величине истинного содер­жания экстракта, которое определяют после удаления спирта и ди­оксида углерода пикнометрическим методом (по относительной плот­ности сусла или пива). Значение действительной степени сбраживания ниже, чем видимой и примерно равно У_л = 0,81 У_вид.

В целях регулирования процесса брожения по стадиям введено понятие «конечная степень сбраживания» (КСС), т.е. максимально возможная степень сбраживания. В процессе брожения конечная степень сбраживания не достигается, ее определяют в лаборатории завода. У светлых сортов пива видимая конечная степень сбражи­вания составляет 77—82%.

Молодое пиво, перекачиваемое в цех дображивания, должно со­держать около 1% сбраживаемого экстракта, чтобы при дображива-нии получить необходимое насыщение пива диоксидом углерода.

В готовом пиве нельзя оставлять много сбраживаемого экстракта. Чем меньше разница между степенью сбраживания готового пива и конечной степенью сбраживания, тем больше его биологическая стой­кость. Если между этими величинами имеется значительная разница, то микроорганизмы готового пива будут размножаться на сбражива­емых веществах готового пива и образовывать муть, снижая его био­логическую стойкость и вкусовые качества.

Процесс главного брожения длится около 7 суток с момента введения дрожжей для сортов пива с начальным содержанием экст­ракта в сусле II—13% и 8—10 сутдля сортов с большим содержани­ем экстракта. При сбраживании сусла с высоким содержанием экст­ракта повышается начальная и максимальная температура броже­ния, тогда увеличивают количество семенных дрожжей до 1 дм³ на 10 дал сусла, используя дрожжи, начиная с третьей генерации. На­пример, сусло для пива концентрацией начального сусла 11 % (Жи­гулевское) сбраживают 7 суток, а для пива плотностью 20% (Ле­нинградское) — 11 суток.

Примерный температурный режим по суткам брожения следую­щий; для пива концентрацией начального сусла 11 %: первые сут 5°С; вторые 5,5; третьи 6,3; четвертые-пятые 7,5; шестые 6,5; седьмые сут­ки 4,5°С; для пива концентрацией 20%: первые сутки 7°С; вторые 8,5; третьи-восьмые 9; девятые 8,5; десятые 7; одиннадцатые сутки 5,5°С.

О ходе главного брожения в производстве судят по изменению (убыли) содержания экстрактивных веществ в сбраживаемом сусле. Количество их определяют один раз в сутки сахаромером.

На рис. 69 показано изменение видимого экстракта и приведены примерные температурные режимы главного брожения сусла: 11%-ного для Жигулевского, 13%-ного для Московского и 20%-ного для Ленинградского пива. Если начальная температура для Жигулевского

Рис. 69. Изменение показателей в процессе

главного брожения -

температуры (кривые 1,2,3}

И видимого экстракта

(кривые 4,5,6) пива:

Ного

(Жигулевского);

Кого

(Московского);

Ного

(Ленинградского)

и Московского одинаковая (5°С), то в период интенсивного брожения температура сусла для Московского пива (кривая 2) выше и длитель­ность процесса на 1 сут больше, чем для Жигулевского пива.

В высококонцентрированном сусле для Ленинградского пива глав­ное брожение начинается при температуре 7°С, достигает максимума при 9°С, бродящее сусло выдерживают при этой температуре б сут, затем температуру снижают до 5,5°С. Продолжительность главного брожения этого пива 11 сутки (кривая 3).

В табл. 23 приведено содержание экстракта и спирта по суткам бро­жения в сусле для пива с концентрацией сусла 11% (Жигулевского).

Таблица 23

При производстве различных сортов пива главное брожение за­канчивают при определенном для каждого наименования видимом содержании экстракта в сбраживаемом сусле (по сахаромеру). Напри­мер, для Жигулевского пива 4,5—4, что соответствует видимой сте­пени сбраживания 59,1~63,б%; для Рижского пива соответственно 4,2-3,9 и 65-67,5%; для Московского пива 4,9-4,7 и 63,8-66,9%; для Российского пива 3,3—3,7 и 63—67%, для Юбилейного пива 5,5 и 67,6%. Видимая степень сбраживания для светлых сортов пива 59— 68%, для темных сортов — не выше 60%.

Перед передачей молодого пива на дображивание с поверхности пива, бродившего в открытых аппаратах, снимают деку, а в закры­тых аппаратах деку не снимают, так как из-за почти полного отсут­ствия процессов окисления пены образуется значительно меньше, чем в открытых аппаратах, и она не темнеет.

По окончании главного брожения молодое пиво температурой не более 5°С перекачивают в закрытые бродильные аппараты на добра­живание и созревание, а осевшие дрожжи отбирают в приемный сборник для промывания и подготовки к использованию в следую­щем цикле главного брожения.

Отбори подготовка семенных дрожжей.Прирост массы дрожжей при брожении зависит от их количества, внесенного в сусло в начале брожения, от концентрации экстракта, температуры сбра­живания, содержания растворенного кислорода. С увеличением ко­личества вносимых дрожжей повышается скорость брожения, но снижается рост накопления их биомассы, которая в процессе бро­жения возрастает в 3—4 раза.

После перекачивания молодого пива на дображивание на дне ап­парата остается плотный осадок (осадочные дрожжи), который мож­но разделить на три слоя. Верхний слой коричневого цвета, состоит из легких дрожжевых клеток, осевших в конце брожения. Он содер­жит много мертвых клеток, посторонних микроорганизмов, а также осадок белковых веществ, хмелевых смол и др. Средний, более свет­лый слой, состоит из дрожжей, обладающих высокой бродильной активностью. Нижний слой темного цвета, в нем содержатся отмер­шие дрожжевые клетки и отстой.

Примерно половина осадочных дрожжей используется в последу­ющих циклах брожения в качестве семенных, а остальные дрожжи являются избыточными (товарными). В семенных дрожжах должно быть не более 5% мертвых клеток.

Дрожжи чистой культуры, осевшие на дно бродильного аппарата после первого цикла главного брожения, называют семенными дрож­жами первой генерации. Дрожжи, полученные после второго цикла глав­ного брожения, — семенными дрожжами второй генерации и т. д.

Семенные дрожжи собирают в приемный сборник, затем про­пускают через вибрационное сито для механического процежива­ния и отделения крупных хлопьев белковых веществ и хмелевых смол. Очищенные дрожжи направляют в сборник - монжю, для отстаивания в течение 4—5 ч, затем их непрерывно промывают водой температурой 1-2°С, перемешивая диоксидом углерода. После этого семенные дрожжи готовы к повторному использованию. Монжю представляет собой горизонтальную или вертикальную ем­кость, снабженную охлаждающей" рубашкой и устройствами для подвода воды и СО₂.

Если семенные дрожжи хранят в дрожжевых ванночках, то после процеживания через вибрационное сито их заливают двух- или трех­кратным количеством охлажденной до 1—ТС воды и оставляют для отстаивания. Отстоявшуюся промывную воду, содержащую взвесь бел­ков и хмелевых смол, сливают. Осадок дрожжей вновь заливают во­дой, размешивают и отстаивают. Эту операцию повторяют 2—3 раза в сутки. Жидкие семенные дрожжи хранят не более 2 сут под слоем воды или пива, охлажденных до 1—2°С. Более длительное хранение приводит к снижению бродильной активности дрожжей.

Существует технология, по которой введение семенных дрожжей осуществляют (после проверки их микробиологической чистоты) в сусло без промывания водой.

Семенные дрожжи после отделения примесей, промывания водой и отстаивания представляют собой густую тестообразную массу, со­держащую до 12,5% сухих веществ. В 1 см³ семенных дрожжей содер­жится около 400 млн дрожжевых клеток.

Годными для производства пива считают те дрожжи, в массе ко­торых под микроскопом в 50 полях зрения имеется не более двух посторонних микроорганизмов, а число клеток, окрашивающихся метиленовой синью (мертвые клетки), не превышает 10%.

При наличии большего количества посторонних микроорганиз­мов семенные дрожжи обработывают серной, фосфорной кислотой или персульфатом аммония. При обработке серной кислотой дрожжи разводят в три раза водой и добавляют 10%-ную серную кислоту до концентрации 0,2%. При этом хлопьевидные низовые дрожжи пере­ходят в пылевидное состояние. Для отделения примесей дрожжи про­пускают через мелкое сито. Подкисленные и процеженные дрожжи оставляют в покое на 30—60 мин. При этом в верхний слой мутной жидкости переходят нежизнеспособные клетки дрожжей, их удаля­ют декантацией, а осадок заливают водой 2—3 раза. Каждый раз после перемешивания и отстаивания, надосадочную жидкость слива­ют. При введении этих дрожжей в сусло норму задачи увеличивают до 0,7-1 дм³ на 10 дал.

Температура воздуха в дрожжевом отделении должна быть 2—4"С. Стены отделения облицовывают плиткой, а потолок покрывают во­достойкой краской.

При соблюдении микробиологической чистоты и применении хо­рошо сбраживаемого сусла одни и те же семенные дрожжи можно использовать в производстве Ш—12 раз, надо только увеличить их дозу в сусло до 0,7—1 дм³ на 10 дал.

Приемный сборник и дрожжевые ванночки перед наполнением моют и дезинфицируют 0,2%-ным раствором хлорной извести или другими дезинфицирующими средствами, после чего тщательно опо­ласкивают чистой водой.

Возможные нарушения процесса главного брожения. Иногда в ходе главного брожения наблюдаются такие явления, как пузырчатое бро­жение, кипящее брожение и затухание брожения.

Пузырчатое брожение возникает в основном в конце главного брожения и обусловлено бурным выделением диоксида углерода и наличием в деке слизистых веществ. Происходит оно вследствие вве­дения большой концентрации дрожжей, повышенной температуры брожения или повышенного содержания белково-дубильных соеди­нений в сусле.

Кипящее брожение проявляется в интенсивном «кипении» бродя­щего сусла, которое наблюдается в стадии высоких завитков, после­дние при этом исчезают. Обусловлено оно наличием большого коли­чества белкового отстоя в бродящем сусле или использованием соло­да короткого ращения. На качество пива кипящее брожение не влияет.

Больше других на качество пива влияет затухание брожения, ко­торое характеризуется слабыми завитками и недостаточным сбражи­ванием эхстракта. Причинами замедленного брожения являются рез­кое охлаждение сусла в стадии высоких завитков, преждевременное хлопьеобразование, слабая бродильная активность семенных дрож­жей или развитие в них посторонних микроорганизмов. В этом случае для повышения интенсивности брожения сусло перекачивают из од­ного бродильного аппарата в другой, продувают через него воздух и повышают температуру брожения на 1—2"С.

При слабой бродильной активности семенных дрожжей увеличивают длительность стадий забела и низких завитков. При сильной бактериаль­ной инфекции заменяют семенные дрожжи и тщательно дезинфициру­ют помещение бродильного цеха и продуктовые коммуникации.

• ⇐ Назад
• 27
• 28
• 29
• 30
• 31
• 32
• 333435
• 36
• 37
• 38
• 39
• 40
• 41
• 42
• Далее ⇒