CC BY
348
^¡ачина^Щему Основные процессы пивоварения
Продолжение. Начало см. «Пиво и напитки» 1997-2002 гг.
Брожение пивного сусла
1Г.А. Ермолаева
Московский государственный университет пищевых производств
Предыдущие статьи были посвящены характеристике дрожжей, их разведению, ведению главного брожения. Данная статья является продолжением предыдущих.
Дображивание и созревание пива
Цель и организация дображива-ния. После окончания главного брожения пиво передают из отделения главного брожения в отделение дображивания, где происходит созревание пива и насыщение его диоксидом углерода.
Качество молодого пива проверяют по содержанию видимого экстракта и орга-нолептически. Наблюдают также за молодым пивом визуально через смотровое стекло. В первые сутки дображивания муть оседает в аппарате дображивания (лагерном танке). Если осветление неполное, то это может свидетельствовать о неполном расщеплении белка или
4 -----
Вертикальный аппарат для дображивания
крахмала, реже — о биологических причинах. Для исключения последних осуществляют микробиологический анализ пива и дрожжей во избежание того, что семенные дрожжи могут стать источником инфицирования пива. В случае отрицательного результата дрожжи можно и далее использовать в технологическом процессе.
Основная цель стадии дображивания молодого пива — получение напитка с приятным вкусом, характерным специфическим ароматом и достаточным насыщением диоксидом углерода. Это достигается в результате протекания сложных физико-химических и биохимических процессов в молодом пиве при низкой температуре и избыточном давлении.
Молодое пиво содержит примерно 1,5-3,5 млн (иногда до 4 млн) дрожжевых клеток в 1 см3. Такого количества дрожжей достаточно для накопления необходимой концентрации спирта в готовом пиве и нормального насыщения его диоксидом углерода, а избыток дрожжей в молодом пиве вызывает неприятный дрожжевой привкус в готовом.
В цехе дображивания пиво находится несколько недель. Здесь оно приобретает свои товарные свойства. Полнота вкуса, пенообразование и стойкость его во многом зависят от условий, в которых оно дображивает и созревает. Нарушение нормальных условий, в основном температуры и бактериальной чистоты, приводит к порче пива. Поэтому помещение цеха должно быть чистым, сухим, с хорошей приточно-вытяжной вентиляцией. Стены, пол, потолок должны быть теплоизолированы, температура воздуха 0...2 °С.
В конце главного брожения температура должна быть 3,5.5 °С для низовых и 2.3 °С для верховых дрожжей. Если температура выше, возникает риск стрессовых условий для дрожжей после поступления их в холодную среду отделения дображивания. Тогда дрожжи могут преждевременно осесть и ход добра-живания замедлится.
Обычно пиво при перекачивании в отделение дображивания дополнительно не охлаждают. Это делают в том слу-
чае, когда во взвешенном состоянии остается мало дрожжей, или если действительная степень сбраживания близка к конечной степени сбраживания (КСС).
Дображивание и созревание проводят в герметически закрытых металлических аппаратах. Горизонтальные аппараты для брожения широко применяют и для дображивания, только в них отсутствуют змеевики для охлаждения. Кроме горизонтальных для дображивания используют и вертикальные аппараты-танки (см. рисунок).
Аппараты для дображивания снабжены штуцерами 3 и 5 для шпунт-аппарата (шпунт-аппарат — прибор, поддерживающий заданное давление в аппарате и удаляющий из него избыток СО2) и манометра, кранами 2 для отбора проб, штуцерами для присоединения шлангов, люком 1 для осмотра и мойки внутренней поверхности, предохранительным клапаном 4.
Танки изготовляют из алюминия, коррозиестойкой стали, титана, углеродистой стали. Внутреннюю поверхность из углеродистой стали покрывают защитной пленкой. Коррозиестойкая сталь, алюминий (с содержанием примесей не более 0,5 %), титан неактивны по отношению к пиву и не нуждаются в защитных покрытиях. Алюминий тщательно изолируют от стальных и чугунных опор, бронзовой арматуры, медных змеевиков.
Процессы, протекающие при доб-раживании и созревании. При добра-живании более медленно протекают те же процессы, что и при главном брожении. Скорость процессов снижена, так как температура и концентрация дрожжевых клеток значительно меньше.
При дображивании сбраживание сахаров и созревание пива заканчиваются неодновременно: сахара могут быть сброжены, а созревание еще продолжается. Поэтому период дображивания называют еще и периодом созревания пива.
При дображивании и созревании пива происходят насыщение диоксидом углерода, осветление, созревание (окислительно-восстановительные превращения).
Насыщение диоксидом углерода.
Содержание СО2 в молодом пиве около 0,2 %. В ходе дображивания это количество необходимо увеличить до такого уровня, чтобы после фильтрования в готовом пиве его осталось не менее 0,3 %. Сбраживание оставшегося в молодом пиве экстракта и является источником дополнительного образования диоксида углерода. В конце процесса насыщения пива диоксидом начинается процесс созревания пива.
Растворимость СО2 в пиве прямо пропорциональна давлению и обратно пропорциональна температуре. Растворение
диоксида углерода протекает медленно, часть его не успевает раствориться и накапливается над поверхностью пива, создавая в бродильном аппарате избыточное давление от 0,03 до 0,07 МПа, называемое шпунтовым [1].
Диоксид углерода находится в пиве как в растворенном, так и в связанном (с компонентами экстракта) состоянии. Кроме того, часть диоксида углерода находится в виде эфиров угольной кислоты и других соединений. При рН 4,4-4,6 белковые вещества пива имеют положительный заряд, а молекулы угольной кислоты, являясь диполем, адсорбируются на поверхности белковых веществ коллоидной степени дисперсности, связывая некоторое количество СО2.
Белковые вещества повышают и вязкость пива — чем она больше, тем большее сопротивление оказывает жидкость при выделении пузырьков.
Количество связанного диоксида углерода увеличивает присутствие в пиве продуктов автолиза дрожжей, белков и аминокислот, большинство которых обладают поверхностно-активными свойствами и являются гидрофильными коллоидами, к которым можно также отнести спирты и альдегиды. Диоксид углерода может также химически связываться с азотистыми веществами по аминогруппам в белках, пептидах и аминокислотах, которые можно отнести к амфо-терным электролитам, имеющим положительный заряд.
Некоторое количество диоксида углерода адсорбируется на дрожжевых клетках, препятствуя поступлению питательных веществ в клетку и снижая тем самым скорость брожения. При достижении агрегата газового пузырька и дрожжевой клетки определенного размера он всплывает с клеткой и, дойдя до поверхности, сливается с воздушной средой, а клетка опускается в бродящую жидкость.
СО2 адсорбируется на веществах коллоидной степени дисперсности: декстринах, белках, пектиновых веществах, хмелевых смолах, имеющих большую поверхность. Поэтому количество связанного этими веществами диоксида углерода зависит от их содержания.
Побочные продукты брожения, являясь коллоидами, «обволакивают» пузырьки диоксида углерода адсорбционными пленками, что не дает возможности им агрегироваться.
Между отдельными формами диоксида углерода существует следующее подвижное равновесие:
Связанный СО2 1 Растворенный СО2 1 1# Газообразный СО2.
Избыток СО2 по сравнению с расчетным количеством составляет 30-40 %.
При выделении из пива СО2 увлекает летучие вещества брожения, промывая пиво.
Диоксид углерода придает пиву освежающий эффект, способствует пенооб-разованию, предохраняет пиво от контакта с воздухом, в некоторой степени консервирует напиток.
Осветление. Поступающее на добра-живание молодое пиво содержит некоторое количество дрожжевых клеток и другие взвеси. При охлаждении до 0...2 °С в аппарате дображивания происходит выделение тех веществ, которые в ходе главного брожения (при температуре 5.8 °С) были растворены. В конце дображивания отработавшие дрожжи под влиянием избыточного давления и накопившегося СО2 оседают, увлекая за собой на дно аппарата взвеси. Так называемая холодная муть эффективнее выделяется при более низких температурах — до минус 2 °С. При этом пиво постепенно осветляется и лучше тогда, когда температура всей его массы вырав-няется и завершится процесс дображи-вания.
Во время дображивания нестабильные вещества коллоидной степени дисперсности из-за постоянного движения пузырьков диоксида углерода, дрожжей сталкиваются, взаимодействуют и коагулируют. Частично они адсорбируются на поверхности дрожжевых клеток и увлекаются ими в осадок, частично — пузырьками СО2. Оседающие коллоидные соединения, в свою очередь, увлекают грубодисперсные горькие вещества хмеля. Таким образом, интенсивное дображивание, низкая температура благоприятствуют осветлению, хотя полного осветления не происходит. Но оставшуюся муть легко удалить при последующем фильтровании или сепарировании.
При низких температурах осветление протекает медленно, но при этом получают более стойкое пиво с мягким вкусом.
Созревание. При созревании в результате окислительно-восстановительных реакций, протекающих под действием кислорода, исчезают вещества, обусловливающие специфический букет молодого пива (привкус дрожжей, хмелевая горечь).
На вкус и аромат пива в значительной мере влияют диацетил, высшие спирты, сложные эфиры, альдегиды, сернистые соединения.
При периодическом методе сбраживания сусла диацетил накапливается дрожжами на протяжении всего периода главного брожения, но наиболее интенсивно он образуется в бродящем сусле во время размножения дрожжей в результате энергетического метаболизма. В период созревания пива количе-
ство диацетила уменьшается примерно на 40 %.
Содержание диацетила в пиве — один из показателей, определяющих длительность процесса созревания пива. Так как продолжительность дображивания самая большая из всех технологических стадий, то постоянно ведутся работы, позволяющие ускорить процессы, связанные со снижением концентрации ди-ацетила в напитке.
Не все дрожжи способны эффективно снижать концентрацию диацетила. Особенно это относится к дрожжам, испытывающим дыхательную недостаточность. Дрожжи, хранившиеся долгое время при повышенной температуре, а также «голодающие» дрожжи снижают концентрацию диацетила в меньшей степени, чем «упитанные» дрожжи [4].
Вследствие снижения скорости метаболизма дрожжей диацетил, образованный в конце брожения, удаляется менее полно, чем образованный в начале. «Упитанные» дрожжи, собранные в середине или конце главного брожения, также эффективны, как и засевные. Плохо дисперсные или флокулирующие дрожжи удаляют диацетил в меньшей степени, чем хорошо диспергированные. Перемешивание дрожжей во время созревания также ускоряет удаление диацетила.
М. Бреннером [5] установлено, что некоторые спорообразующие дрожжи вообще не могут удалять диацетил. Расы, образующие большие количества ацетомо-лочной кислоты, могут дать низкий уровень диацетила в готовом пиве [3].
В настоящее время выяснено, что высокие концентрации семенных дрожжей благоприятны для снижения концентрации диацетила в готовом пиве, так как увеличение концентрации дрожжей вызывает ускорение образования ацето-молочной кислоты и, следовательно, разрушение ее до диацетила и восстановление последнего в более короткие сроки [10].
Использование несоложеных материалов может привести к повышенному образованию диацетила, так как сусло из них имеет меньшее содержание ассимилируемого азота и других питательных веществ. На таком сусле вырастают менее активные дрожжи. Поэтому при их использовании низка КСС.
Проблема высоких концентраций ди-ацетила стала еще более важной в связи с тем, что ускорение процесса брожения привело к сокращению времени спонтанного разрушения ацетокислот к моменту отделения пива от дрожжей [3, 6]. Разрушение а-ацетолактата до диацетила может иметь место и позднее, при отсутствии дрожжей [7].
Диацетил, так же как и пентадион, относится к вицинальным дикетонам. Они образуются при главном брожении,
1•2003
1ПИВО " "ЛПИТКИ
но далее в присутствии дрожжей концентрация их уменьшается. Диацетил превращается в ацетоин, а затем в бутан-диол. У диацетила низкий вкусовой порог, а у бутандиола — высокий, поэтому присутствие последнего в пиве не ощущается. Различные штаммы дрожжей с разной интенсивностью приводят к редукции (уменьшению содержания) диацетила, а поглощение кислорода пивом — к увеличению его содержания. Диацетил служит критерием определения зрелости пива. В готовом пиве содержание диацетила не должно превышать 0,1 мг/дм3.
Редуцирование диацетила можно ускорить подливанием в аппарат дображи-вания свежего, активно бродящего сусла из аппарата главного брожения. Однако этот метод ускоряет редукцию только диацетила, но не а-ацетолактата. В приготовлении элей применяется так называемая диацетильная пауза [3], поскольку повышение температуры способствует редукции вицинальных дике-тонов. Дображивание при 10.15 °С приводит к желательной редукции в период созревания.
Однако для полной трансформации диацетила необходим короткий период (1-5 дней), чтобы его содержание не превышало вкусовой порог 0,02 мг/дм3 [8].
В 1991 г. был предложен способ интенсификации процесса брожения с использованием ферментного препарата, представляющего собой очищенный препарат а-ацетолактатдекарбоксилазы. С его помощью возможно удалять предшественники вицинальных дикетонов, предупреждая образование их излишков в среде.
Незрелый вкус молодого пива также обусловлен присутствием серосодержащих соединений: сероводорода, сернистого ангидрида, меркаптана. Дрожжи синтезируют эти соединения, используя серу сульфатов, сульфитов и серосодержащих азотистых соединений. Частично сера выделяется, адсорбируясь на тонких и грубых осадках. Если брожение протекает медленно, то в бродильные газы переходит больше сероводорода, чем при быстром. Вредное влияние серосодержащих соединений можно снизить аэрированием охмеленного сусла и исключить путем обильного осаждения грубых и тонких взвесей [2].
Альдегиды во время дображивания в результате окислительно-восстановительных реакций превращаются в кислоты, эфиры, спирты. Эти процессы играют существенную роль в образовании аромата и вкуса пива и дают основание считать количественное содержание альдегидов показателем степени его зрелости.
Состав азотистых веществ при добра-живании изменяется. Вначале это свя-
зано с жизнедеятельностью дрожжей, а на последующих стадиях выдержки преимущественно за счет автолиза клеток под действием собственных ферментов, которое включает гидролиз гликопроте-инов клеточной оболочки, а также про-топлазматических структур и выделение продуктов распада в окружающую среду. Оптимальный рН автолиза 4-4,4. Продуктами автолиза являются пептиды, аминокислоты, витамины, компоненты нуклеиновой кислоты, эргостерол, жиры, ферменты (пептидаза, протеаза, инвертаза). Многие из них — поверхностно-активные вещества и положительно влияют на пеностойкость пива.
Научно обоснованных критериев, характеризующих созревание пива, пока нет. В основном при оценке его готовности учитывают органолептические показатели. Практикой установлено, что как мало выдержанное молодое пиво, так и перезрелое имеют плохой вкус и низкую стойкость.
Пиво различных наименований по истечении определенного времени (обычно за 16-90 сут по классической технологии) достигает наилучшего качества при достаточном насыщении его связанным диоксидом углерода, хорошем осветлении, необходимой степени сбраживания, мягком и приятном вкусе.
О ходе процессов дображивания и созревания пива судят по уменьшению количества экстракта, увеличению содержания диоксида углерода и спирта, степени осветления, а также по аромату, вкусу и пенистости проб, отобранных из аппарата для дображивания. Учитывают и степень сбраживания экстракта. При достижении почти конечной степени сбраживания КСС получают более стойкое пиво. Если экстрактивные вещества сбродят полностью, то пиво получается стойким, но по вкусовым качествам оно хуже, чем пиво с меньшей степенью их сбраживания.
Дображивание и созревание пива периодическим способом. Пиво перекачивают в отделение дображивания по трубопроводам самотеком или насосами, которые должны работать плавно и без толчков, которые могут привести к потере диоксида углерода. Молодое пиво охлаждают при перекачивании только в том случае, когда действительная степень сбраживания близка к конечной, а количество дрожжей небольшое и в молодое пиво будут внесены активные дрожжи.
При периодическом способе аппараты дображивания перед заполнением молодым пивом тщательно чистят, моют и дезинфицируют, затем с внутренней стороны на крановой втулке устанавливают предохранительный стакан в виде полого цилиндра высотой около 10 см с внутренним диаметром, соответствующим
диаметру втулки. Высота цилиндра примерно равна высоте слоя дрожжевого осадка, образующегося при дображива-нии. Цилиндр предотвращает попадание дрожжевого осадка из аппарата в фильтры при перекачивании пива. После установки цилиндра люк герметично закрывают, оставляя открытым только кран для выхода воздуха. Молодое пиво подают в аппарат снизу, заполняя его до половины, а затем из-за образующейся пены наполнение проводят с перерывами.
Аппараты заполняют в несколько приемов. При этом молодое пиво из одного бродильного аппарата распределяют равномерно сразу в несколько аппаратов для дображивания. Молодое пиво следующих варок подают в те же аппараты. Такое заполнение дает возможность выравнивать качество пива, получать его однородным по вкусу, цвету и химическому составу. В течение двух суток аппарат должен быть заполнен. Аппараты заполняют пивом примерно на 98 % их вместимости, закрывают кран для выхода воздуха, а шпунтовое отверстие прикрывают неплотно, так чтобы из танка мог выходить воздух. Спустя несколько дней, когда весь воздух будет вытеснен диоксидом углерода, аппарат шпунтуют, т. е. подключают к нему шпунт-аппарат, регулирующий давление, и герметизируют. Таким способом внутри аппарата создаются анаэробные условия.
В зависимости от температуры доб-раживания и конструкции бродильного аппарата шпунт-аппарат регулируют так, чтобы создать определенное избыточное давление. При низкой температуре дображивания шпунт-аппарат устанавливают на пониженное давление (0,03-0,05 МПа), а при повышенной температуре и сокращенном сроке дображивания — на повышенное (до 0,07 МПа). При превышении заданного избыточного давления срабатывает предохранительный клапан шпунт-аппарата и избыток диоксида углерода удаляется из аппарата.
В ходе дображивания регулярно контролируют давление, степень осветления пива, температуру в помещении. При нормальных условиях оптимальное давление достигается на 6-10-е сутки. Если дображивание протекает вяло, то в танк вводят до 10 % молодого пива, взятого на начальной стадии высоких завитков, содержащего значительное количество сахаров и энергично бродящих дрожжей.
Температура воздуха в цехе дображи-вания должна быть не выше 2 °С, так как при 4.6 °С уже начинается развитие уксуснокислых бактерий, а при 8.10°С быстро нарастает кислотность, что грозит порчей продукции. Кроме того, доб-раживание произойдет слишком быстро,
121 !пиво и "лпиткиУ 1 •2003
действительная степень сбраживания приблизится к КСС. Низкую же температуру дображивания поддерживают, когда необходимо усилить осаждение дрожжей (при работе с пылевидными дрожжами или с хлопьевидными, но на сусле, полученном при использовании несоложеного ячменя, выращенного в засушливый год).
При быстром нарастании кислотности пиво направляют в пластинчатый теплообменник на пастеризацию, затем охлаждают, фильтруют и возвращают в чистые, стерильные танки, куда добавляют молодое пиво в стадии высоких завитков.
За 1-2 сут до окончания срока созревания из аппаратов отбирают пробы и определяют в пиве содержание алкоголя, СО2, желательно диацетила, кислотность, цветность и другие показатели, а также видимую и действительную степень сбраживания. Если пиво удовлетворяет требованиям стандарта, то дается разрешение на его розлив. При отклонении качества от нормы пиво оставляют в цехе дображивания для доработки.
Во избежание взмучивания осадка и потери СО2 пиво на фильтрование и розлив подают под избыточным давлением, превышающим шпунтовое. Это избыточ-
ное давление создается сжатым диоксидом углерода. Для этого танк с пивом подключают к линии сжатого диоксида углерода, открывают спускной кран, соединяющий танк с пивопроводом, и включают насос для перекачки. После прекращения подачи пива насос останавливают, закрывают спускной кран, выпускают избыток диоксида углерода и открывают люк. Затем снимают предохранительный цилиндрический стакан с крановой втулки и сливают из аппарата в сборник дрожжевой осадок (отстой). Далее проверяют наличие СО2 в аппарате и, убедившись в его отсутствии, аппарат моют, дезинфицируют и подготовляют для приема новой порции молодого пива.
Дрожжевой осадок выдерживают в сборнике для отстаивания. Отстоявшееся пиво, называемое исправимым браком, собирают в отдельном танке, добавляют в него 10-12 % молодого пива в стадии высоких завитков и танк шпунтуют. После 5-6 сут дображивания это пиво подают на фильтрование и розлив вместе с другим пивом. Оставшиеся в сборнике дрожжи присоединяют к товарным дрожжам, получаемым в цехе брожения.
В следующих номерах журнала будут рассмотрены ускоренные способы сбраживания пива.
ЛИТЕРАТУРА
¡.Ермолаева Г.А., Колчева Р.А. Технология и оборудование производства пива и безалкогольных напитков. — М.: ИРПО, Изд. Центр «Академия», 2000. — 416 с.
2. Хорунжина С.И. Биохимические и физико-химические основы технологии солода и пива. — М.: Колос, 1999. — 312 с.
3. Черепенникова Е.Б. Пути интенсификации стадии брожения в технологии светлых сортов пива: Автореф. канд. дис...., 2001. — 25 с.
4. Brenner M., Kamimura M. Toward understanding the diacetyl cycle in yeast fermentation. — Proc. Amer. Soc. Brew. Chem., 1969, P. 153-169.
5. BrennerM. Practical brewer's view of diacetyl. — Technical Quart., MBAA, 1970, 7, P. 43-49.
6. Беренцвейг И.А. Исследование образования основных побочных продуктов брожения с целью разработки технологии непрерывного брожения и дображивания пива: Автореф. канд. дис____— М.: МТИПП, 1975. — 26 с.
7. Ковалевич Л.С. Образование диацетила и других побочных продуктов дрожжами при интенсифицированных режимах брожения: Автореф. канд. дис_. — М.: МТИПП, 1971. — 33 с.
8. Kronlof J. Immobilized yeast in continuous fermentation of beer. — Technical Research centre of Finland, ESPOO, 1994. — 97 p.
РУССКО-
СЛОВАРЬ
АНГЛИИСКИИ
Ш и ^^ Я# ш Ж ■ ^^^^ ^^ ^^ ^^
ruemion ™новйрй
Рубрику ведет Крис Смит,
главный пивовар фирмы Quest, Великобритания
аэробное брожение
aerobic fermentation [аэробик фёментейшн]; чрезмерное брожение, переброд
excessive fermentation [иксе сив фёменте йшн]; недостаточное, неполное брожение, недоброд insufficient fermentation [инсафишиент фёментейшн]; брожение со сниженным выходом спирта
fermentation with reduced output of spirits [фёменте йшн уи з редьЮ сд аутпу т оф спи ритс]; шпунтовое брожение
bung hole fermentation [банг хоул фёментейшн];
ускоренное брожение
fast fermentation [фаст фёментейшн]; замедленное брожение
delayed fermentation [дилЭйд фёментейшн]; непрерывное брожение
continuous fermentation [континьюс фёментейшн]; брожение с иммобилизованными дрожжами fixed yeast alcohol fermentation [фиксд ист Элкохол фёменте йшн]; каскадное непрерывное брожение cascade continuous fermentation [кЭскейд континьюс фёменте йшн].
Пример использования приведенных слов: Nonalcoholic fermentation now is very popular.
Низкоалкогольное брожение сейчас популярно. Insufficient fermentation produces the instable beer.
Неполное брожение дает нестабильное пиво.
-Продолжение следует... — To be continued... [ту би континьюд]
Обращайтесь по всем возникающим у вас проблемам с переводом в наш журнал. Вы получите консультацию настоящего специалиста.
