Значение дрожжей в пивоварении

 

2 Условия  развития дрожжей

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 пива 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, и 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, ацетальдегид, 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 и ходе брожения.

 

3 Бродильная  активность дрожжей

Определяют по степени  сбраживания сусла.

Степень сбраживания (V) ~ это показатель, выражений в процентах, характеризующий отношение массы сброженного экстракта (Е-е) к массе сухих веществ в начальном сусле (Е):

 

V = 100 (E-e)/ Е,

 

е — содержание экстрактивных веществ в пиве, % к массе пива.

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

К сильносбраживающим относятся дрожжи рас: 11, f-чешская, 4, 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 7до 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, сбраженное дрожжами рас 8аМ, 11, f-чешская, более устойчиво к холодному помутнению.

К среднесбраживающим относятся дрожжи рас 776, 41, 44, S-львовская, 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 истым, 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 рафинозу 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.

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 кислородзависимыми 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 ведут брожение сусла отдельно на разных расах, а затем смешивают молодое пиво.

 

4 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:

С₆Н₁₂0₆= 2C₂Н₅ОН + 2С0₂ + 234,5 кДж/ммоль.

 

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 ферментомβ-фруктофуранзидазой дрожжей до глюкозы и фруктозы. После фруктозы и глюкозы дрожжи расходуют мальтозу, которая также под действием фермента -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 из Сахаров: биомасса дрожжей, глицерин, уксусный альдегид, уксусная, янтарная, лимонная 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 эфиры, альдегиды, серосодержащие соединения.

В результате сбраживания Сахаров, преимущественно в аэробных условиях, пивное сусло превращается в молодое  пиво. В образовавшиеся в нем продукты спиртового брожения участвуют в формировании специфического вкуса и аромата пива (букет пива). При дображивании, когда температура молодого пива снижаете 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 (гН₂). 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 потребляю: весь растворенный кислород, на обменные процессы внутри клетки значение гН₂ снижается до минимума, достигая 10.

В закрытых бродильных аппаратах гН₂ 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 сбраживании 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).

 

 

 

5 Ведение  главного брожения

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.

 

6 Стадии  и условия брожения

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 интенсивным почкованием и размножением дрожжей. При этом экстрактивность 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.