Поглощение кислорода суслом
В зависимости от температуры, при которой происходит поглощение кислорода, оно может осуществляться химическим или физическим путем.
2.7.2.1. Химическое связывание кислорода воздуха характеризуется процессами окисления при высоких (выше 40 °С) температурах. При этом происходит окисление углеводов, азотистых и горьких веществ, а также полифенолов. Например, окисление может способствовать коагуляции белково-дубильных соединений, вследствие чего увеличивается количество осадка взвесей горячего сусла и сусло лучше осветляется. Изогумулоны окисляются кислородом с образованием менее горьких веществ (например, абео-изогумулонов), содержание горьких веществ сусла снижается, и пиво становится более мягким. Следствием усиленного окисления дубильных веществ при повышенных значениях pH является усиление цвета сусла. Изменяется и окислительно-восстановительный потенциал - в первую очередь заметно уменьшается содержание быстроредуцирующих веществ.
Поглощение или связывание кислорода зависит в том числе и от температуры - при 80 °С в течение 1 ч связывается 3 мг/л кислорода, а при 45 °С - лишь 1,2 мг/л. Менее плотное сусло более восприимчиво к поглощению кислорода, чем более плотное. Перемешивание и низкий слой жидкости усиливают действие кислорода воздуха, однако при его внесении, например, по ошибке через насос он может оказывать длительное действие и в более высоком слое жидкости. Следует учитывать, что поглощение кислорода при высоких температурах вызывает целый ряд негативных моментов, так что желательно обойтись без него.
2.7.2.2. Физическое (механическое) связывание или растворение кислорода происходит при более низких температурах (начиная с 40 °С), и оно тем сильнее, чем ниже температура. Такое связывание кислорода необходимо для обеспечения достаточного размножения дрожжей и, следовательно, удовлетворительного хода брожения. Значения насыщения (через воздух) в 12 %-ном сусле составляют при 5 °C 10,4 мг/л, а при 10 °С - 9,3 мг/л. Насыщение достигается тем быстрее, чем меньше его пузырьки (при искусственной подаче) и чем интенсивнее сусло перемешивается с воздухом. При повышении давления и увеличении продолжительности контакта растворение кислорода может возрастать. Менее плотное сусло поглощает больше кислорода, чем более плотное. Если для насыщения газом сусла применяют чистый кислород, то получают значительно более высокую степень насыщения (от 30 до 50 мг О2/л), однако в дальнейшем процессе брожения это может вызвать отрицательные последствия. В целом для безупречного брожения достаточно содержания кислорода в начальном сусле 8-10 мг/л.
Удаление осадка взвесей
При этом следует различать осадок взвесей горячего сусла, который образуется путем температурной коагуляции высокомолекулярных азотсодержащих веществ и легко удаляется с помощью отстаивания или фильтрования, и осадок взвесей холодного сусла, который образуется при охлаждении прозрачного горячего сусла до температуры 55-70 °С.
2.7.3.1. Размер частиц осадка взвесей горячего сусла составляет от 0,5 до 500 мкм (в среднем около 55 мкм). На 40-70% он состоит из белка, на 7-32 % - из горьких веществ, на 20-30 % - из других органических веществ, включая 4-8 % полифенолов, 1-2% жирных кислот, 4-10% углеводов, а также из минеральных веществ, содержание которых могут существенно варьировать в зависимости от состава пивоваренной воды, причем значительным может быть содержание меди и железа. Количество осадка взвесей горячего сусла составляет 40-80 г не содержащего экстракта сухого вещества на гектолитр пива и зависит от содержания азота и степени растворения солода, а также от сорта ячменя, из которого получен солод, условий и года возделывания ячменя, от способа затирания, качества фильтрования сусла, продолжительности и интенсивности кипячения сусла, количества горьких веществ хмеля и степени аэрирования в процессе кипячения.
Наибольшее количество осадка взвесей горячего сусла образуется при инфузионном способе и способе затирания солода с короткими отварками, а при трехотварочном способе и способах с интенсивным кипячением составных частей затора количество осадка взвесей горячего сусла незначительно. Более плотное сусло, повышенные дозировки внесения хмеля, а также низкое значение pH сусла дают больше взвесей горячего сусла.
Удаление взвесей горячего сусла перед брожением должно быть максимально полным. Этому осадку нередко приписывают положительное действие на процесс брожения, однако чаще всего он вызывает «замазывание» дрожжей, из-за чего затрудняются процессы выделения при брожении. В результате пиво приобретает более темный цвет, горечь «размывается», а вкус его приобретает «сырой» оттенок (привкус белкового отстоя); кроме того, пенообразующие свойства такого пива неудовлетворительны.
2.7.3.2. Осадок взвесей охлажденного сусла характеризуется размером частиц 0,5-1 мкм; более крупные частицы, размер которых может составлять до 30 мкм, представляют собой неосевшие компоненты осадка взвесей горячего сусла и хмеля, не являясь собственно осадком взвесей охлажденного сусла. Этот осадок примерно на 50 % состоит из белка, включая продукты расщепления глобулинов и проламинов, связанные с 15-25 % полифенолов. При нагревании они растворимы, но в процессе охлаждения выпадают в виде мути, состав которой позволяет провести параллель с коллоидным помутнением пива при сильном охлаждении. Кроме того, в осадке имеется еще 20-30% высокомолекулярных углеводов (преимущественно ß-глюканы).
Содержание взвесей охлажденного сусла, определенное при 0 °С, составляет 15-30 г/гл (150-300 мг/л), то есть 15-35 % от количества взвесей горячего сусла, и зависит от самых разных факторов. Так, например, оно снижается параллельно с разностью экстрактов солода грубого и тонкого помолов, причем предельными значениями характеризуется неравномерно проросший солод с непроростками. У слабо растворенного солода по сравнению с хорошо растворенным отмечается более низкое содержание полифенолов и более высокое содержание углеводов. Из более тонкого помола для фильтр-пресса образуется больше взвесей охлажденного сусла, чем из кондиционированного помола для фильтр-чана. Если при использовании одно-и двухотварочного способов с нормально растворенным солодом различия практически отсутствуют, а при трехотварочном способе они минимальны, то при способе затирания с короткими отварками и при затирании с разделением помола на фракции количество взвесей охлажденного сусла существенно выше. Интересно, что преимущественное образование взвесей охлажденного сусла при двух последних способах затирания происходит в диапазоне температур от 5 до 0 °С, а при интенсивных способах затирания оно невелико. Во время кипячения сусла содержание в нем взвесей охлажденного сусла постоянно убывает, но снова возрастает вследствие внесения хмеля в несколько приемов, что в случае позднего дозирования хмеля способно повлиять как на количество взвесей охлажденного сусла, так и на образование осадка при температурах от 5 до 0 °С. Чем меньше содержание полифенолов хмеля, тем меньше образуется взвесей охлажденного сусла.
Удаление взвесей охлажденного сусла улучшается за счет их адсорбции на осадке взвесей горячего сусла, сильного перемешивания сусла или в результате окислительных реакций, в ходе которых снижается содержание взвесей охлажденного сусла и возрастает образование взвесей горячего сусла. Быстрое охлаждение сусла в сочетании с сильным перемешиванием способствует выпадению осадка взвесей охлажденного сусла в виде хлопьев, которые, если их оставить в сусле, могут вызвать те же затруднения, что и взвеси горячего сусла. Замедленное выделение аморфных взвесей охлажденного сусла может вызвать ухудшение фильтруемости пива.
Необходимость удаления взвесей охлажденного сусла рассматривается в литературе неоднозначно. Так, полное удаление взвесей охлажденного сусла вследствие связанного с этим процессом дефицита высокомолекулярных (прежде всего ненасыщенных) жирных кислот обусловливает замедленное брожение и неудовлетворительные вкусовые характеристики пива, тогда как дескриптивные исследования при многократном внесении дрожжей (без удаления и с удалением около 50 % осадка взвесей охлажденного сусла, особенно способом флотации) дали положительные результаты. При этом получалось пиво с более округлым и стабильным вкусом. При оценке «за» и «против» следует также учитывать количество дозировок хмеля и возможность удаления шлама (например, в цилиндроконических танках), а также тип производимого пива.
Прочие процессы
При использовании распространенных в настоящее время методов обработки сусла в течение более или менее длительного времени оно остается в области температур 90-95 °С. В связи с этим развиваются некоторые процессы, которые могут оказать влияние на качество сусло и получаемого впоследствии пива.
2.7.4.1. Цвет сусла зависит в первую очередь от количества поглощенного при спуске кислорода, которое обусловлено подачей сусла в сборник для готового охмеленного пива, подсосом воздуха при перекачивании сусла и т. д. Это приводит к окислению полифенолов, что проявляется в увеличении индекса полимеризации. Вторым фактором является реакция Майяра, которая в зависимости от температуры и продолжительности ее воздействия может вызвать потемнение сусла до 2 ед. EBC и увеличение тиобарбитурового числа (ТБЧ) на 30 %. Продолжительность пребывания сусла при температуре 90-95 °С между окончанием кипячения и концом охлаждения сусла не должно превышать 110 мин. С учетом этого увеличение цветности может быть ограничено 1,0-1,5 ед. ЕВС, а ТБЧ может поддерживаться ниже 45. Это имеет большое значение как для цвета пива, так и для стабильности его вкуса.
2.7.4.2. Горькие вещества характеризуются дальнейшей изомеризацией α-кислот. Если при спуске сусла не были удалены остатки хмеля, то из них продолжается экстракция α-кислот. В зависимости от средней продолжительности кипячения сусла с хмелем и потребления α-кислот содержание изогумулона возрастает на 15-25 %.
2.7.4.3. Летучие вещества, которые образуются при реакции Майяра, больше не испаряются. То же относится и к ДМС, который образуется из своего предшественника и больше уже не удаляется.