Флокуляция дрожжевых клеток
Флокуляция (агглютинация) - способность дрожжевых клеток собираться в хлопья. От флокуляционной способности дрожжей зависит степень сбраживания и скорость осветления пива. По способности флокулировать пивные дрожжи сгруппированы в 4 класса: пылевидные дрожжи, флокулирующие дрожжи первого класса, флокулирующие дрожжи второго класса, флокулирующие дрожжи третьего класса. Пылевидные дрожжи медленно образуют хлопья, состоящие из 10 и менее клеток. Флокулирующие дрожжи первого класса образуют хлопья, состоящие примерно из 1000 клеток, после сбраживания 2/3 экстракта. Флокулирующие дрожжи второго класса после сбраживания 2/3 экстракта образуют хлопья, содержащие несколько тысяч клеток. У флокулирующих дрожжей третьего класса процесс флокуляции начинается на ранних стадиях брожения. При производстве пива низового брожения используют флокулирующие дрожжи первого и второго класса.
В настоящее время существуют три гипотезы, объясняющие флокуляцию дрожжевых клеток.
Первая гипотеза предполагает, что флокуляция дрожжей связана с образованием ионных связей между ионами Са+2 сусла и ионами СОО– белков двух соседних клеток. Эта структура дополнительно стабилизируется образованием водородных связей.
Вторая гипотеза объясняет флокуляцию образованием перекрестных соединений ионов Са+2 сусла с двумя фосфоманнановыми единицами соседних клеток. Водородные связи усиливают этот процесс. Маннано-белковый комплекс образует поверхностный слой дрожжевой клетки. Обнаружено, что у флокулирующих дрожжей комплекс более фосфорилирован, чем у нефлокулирующих.
Третья гипотеза (гипотеза Калюжного) предполагает, что клетки дрожжей окружены водной оболочкой и ионной сферой. При брожении под воздействием дегидратирующих веществ, таких как спирт, клетки теряют водную оболочку, в результате чего уменьшается их ионная сфера и электрический заряд. При этом уменьшается сила отталкивания клеток и создаются условия для объединения их в агломераты.
На способность дрожжей к флокуляции влияют внутренние и внешние факторы. Внутренние - это генетическая природа дрожжей. Каждый штамм дрожжей характеризуется индивидуальной способностью к флокуляции. К внешним факторам относятся: состав сусла, температура брожения и рН среды, количество и качество семенных дрожжей. Преждевременной флокуляции способствует несбалансированный состав сусла: недостаток в нем аминного азота, сбраживаемых сахаров, ростовых веществ. Флокуляции способствуют низкая температура и увеличение нормы засева дрожжей, снижение рН до 4,3-4,0. На начальных этапах брожения следует избегать флокуляции, а в конце - способствовать этому процессу. Действенным технологическим фактором, управляющим флокуляцией, является температура.
Автолиз дрожжей
Автолиз - процесс саморастворения дрожжей под действием собственных ферментов. Начинается при отмирании клетки, когда прекращают действовать ферменты дыхания и брожения, но активизируются гидролитические ферменты. Происходит распад белковых веществ, углеводов, жиров, фосфорных соединений. Продукты распада выделяются в среду, изменяя вкус и свойства пива. При незначительном автолизе появляется дрожжевой привкус, при сильном - горький, мясной. Продукты автолиза снижают коллоидную стойкость пива и его пенистые свойства. Дрожжи могут отмирать и при вполне благоприятных условиях, но автолитические процессы усиливаются при недостатке в среде питательных веществ и повышенной температуре. Легко подвергаются автолизу осадочные дрожжи при несоблюдении условий их хранения. Стойкость к автолизу индивидуальна у отдельных штаммов дрожжей.
Штаммы (расы) дрожжей
В пивоварении применяют дрожжи верхового и низового брожения. Дрожжи верхового брожения отличаются мелкими размерами клеток и относятся к пылевидным дрожжам. На стадии интенсивного брожения выделяются на поверхности бродящей среды в виде пены и остаются в таком виде до конца брожения. Далее они медленно оседают, образуя на дне бродильного аппарата рыхлый слой. Дрожжи низового брожения относятся к хлопьевидным дрожжам. Во время главного брожения находятся в слое сусла, а в конце процесса быстро оседают на дно бродильного аппарата, образуя плотный осадок. Дрожжи низового брожения, по сравнению с дрожжами верхового брожения, более устойчивы к автолизу, дают хороший прирост биомассы, обладают более низкой бродильной активностью, образуют в пиве меньше диацетила и высших спиртов, что положительно сказывается на его качестве. Низовые дрожжи полностью сбраживают раффинозу, так как содержат необходимые ферменты для расщепления раффинозы сначала под действием β-фруктофуранозидазы на фруктозу и мелибиозу, а затем под действием мелибиазы на глюкозу и галактозу. Дрожжи верхового брожения сбраживают рафинозу лишь на 1/3, так как не имеют мелибиазы. В отечественном пивоварении применяют в основном дрожжи низового брожения.
Пивные дрожжи подразделяются на расы, отличающиеся друг от друга по размеру и форме клеток, скорости и степени сбраживания сусла, по способности к флокуляции и интенсивности редукции диацетила.
Бродильную активность дрожжей (V) определяют по степени сбраживания (в %) следующим образом:
V = [(E – e) · 100] / E, (6)
где Е - масса сухих веществ в начальном сусле, %;
е - экстракт пива, %.
По степени сбраживания дрожжи делятся на высокосбраживающие (степень сбраживания 90-100 %), среднесбраживающие (80-90 %), низкосбраживающие (менее 80 %).
В России используются следующие штаммы дрожжей: отечественные (776, 11, 44, 41, S-Львовская, 8а (М), Ф-2, 70, 129, 140, 145, 146, 148, Н, 919, М-И-Х1, М-И-ХП) и зарубежные (Р, F - чешские; 34, 308, 69, Rh - немецкие). Некоторые заводы применяют датские и финские штаммы дрожжей. Штаммы хранятся в коллекциях Всесоюзного научно-исследовательского института пивобезалкогольной и винодельческой промышленности (ВНИИПБ и ВП), МГУПП (Москва), в Санкт-Петербургской лаборатории микробиологии и технологии дрожжей, в Воронежской государственной технологической академии.
К сильносбраживающим относятся штаммы дрожжей 11, 8а (М), 129, 70, 145, Н, 148, F-чешская, 34, 308, Rh. Штаммы 776, 41, 44, S-Львовская, Р-чешская относятся к среднесбраживающим.
К наиболее востребованным отечественным расам относится раса 11. Это быстро- и глубокосбраживающая раса, не требовательна к качеству сырья, с хорошей способностью к флокуляции и редукции диацетила. При использовании данной расы получается пиво с полным чистым вкусом.
Дрожжи расы 776 относятся к среднесбраживающим и хорошо зарекомендовали себя при переработке несоложеного сырья. Обладают средней флокуляционной способностью. Данный штамм отличается высоким приростом биомассы дрожжей. Пиво имеет удовлетворительный вкус, резкую хмелевую горечь.
Дрожжи F-чешской расы быстро и глубоко сбраживают сусло, хорошо флокулируют и осветляют пиво, придают ему специфический приятный аромат, устойчивы к инфекции и автолизу.
Штаммы 8а (М) и Ф-2 позволяют значительно (на 2 суток) сократить продолжительность главного брожения. Могут применяться на тех заводах, где бродильное отделение является «узким» местом. Позволяют получать хорошо осветленное пиво с чистым вкусом. Дрожжи штамма Ф-2 способны сбраживать мальтотетраозу и низкомолекулярные декстрины.
Немецкие штаммы 34 и 308 быстро и глубоко сбраживают сусло, устойчивы к инфекции и высоким концентрациям спирта. Обеспечивают хорошее осветление пива после дображивания и придают ему чистый, мягкий вкус. Пиво характеризуется высокой, компактной, долго удерживающейся пеной. Однако данные расы прихотливы к качеству сырья. При использовании солода удовлетворительного качества могут наблюдаться остановка брожения или плохое оседание дрожжей.
Для сбраживания плотного сусла необходимы штаммы, устойчивые к осмотическому и этанольному стрессам. К таким дрожжам относятся штаммы 145 и Rh.
Расы дрожжей по отношению к количеству растворенного в сусле кислорода делятся на кислородозависимые и кислородонезависимые. Например, дрожжи расы 11 кислородонезависимые, а штамм 8а (М) требует дополнительной аэрации.