3.4.8. Изменения в сусле в ходе брожения

В ходе брожения в сусле происходит не только расщепление сбраживаемых углеводов в спирт и CO₂; изменения претерпевают и другие группы веществ, имеющие большое значение для свойств пива - белки, хмелевые смолы, кислоты и т. д.

3.4.8.1. Концентрация ионов водорода в процессе брожения смещается от среднего значения pH начального сусла (5,2-5,7) до pH 4,35-4,65. Вследствие этого их концентрация в молодом пиве почти в 10 раз выше, чем в сусле. Это снижение значения pH вызывается образованием нелетучих и летучих органических кислот, а также сдвигом буферности в кислотную сторону. При этом значение pH собственно дрожжевых клеток поддерживается постоянным (на уровне 6,0).

Наиболее сильное снижение pH совпадает с фазой размножения дрожжей, что объясняется удалением фосфатов как буферных веществ, а также ассимиляцией аммиака из аминокислот. В ходе дальнейшего брожения снижение pH уменьшается и в последние дни брожения достигает определенного равновесия. Интенсивность и скорость кислото-образования зависят от свойств сусла (от буферности и содержания легко ассимилируемого азота), от используемых дрожжей и ведения брожения. Пылевидные дрожжи дольше остаются метаболически активными, чем хлопьевидные, и несмотря на медленное сбраживание способны сильнее снизить pH. Быстрое снижение значения pH, вызванное, например, повышенным внесением дрожжей (в количестве 25-30 млн клеток/1 мл сусла), может улучшить процессы осаждения - особенно гумми-веществ, с трудом поддающихся фильтрованию. Значение pH до окончания брожения снижается сильнее, чем при обычном внесении дрожжей. При теплом брожении также происходит быстрое снижение pH, однако в конечном итоге в результате выделения щелочных аминокислот и вторичных фосфатов происходит повышение pH (примерно на 0,05-0,1), продолжающееся в лагерном отделении. Отдельные штаммы дрожжей ведут себя здесь по-разному. Скорость и степень снижения pH увеличивают и другие меры по ускорению брожения, в частности применение стружки и мешалок.

3.4.8.2. Азотсодержащие соединения. Изменения азотсодержащих веществ происходят в основном в ходе следующих процессов:

• ассимиляции низкомолекулярного азота для образования клеточного вещества;

• выделения высокомолекулярных белков как следствия снижения pH и, соответственно, изменения условий растворения и зарядов на образующихся поверхностях (пузырьках CO₂ и дрожжевых клетках);

• выделения дрожжами части ассимилированного азота (до 33 %);

• изменения степени дисперсности азотистых фракций благодаря повышению концентрации ионов водорода.

Уменьшение содержания общего азота, составляющего для чистого солодового пива около 300 мг/л, вызывается преимущественно ассимиляцией низкомолекулярного азота, которая, в свою очередь, зависит от штамма дрожжей, от ведения брожения и аэрации сусла. Играет роль и степень утилизации аминокислот. На выделение высокомолекулярного азота, а также на изменение степени дисперсности белковых частиц влияет скорость и степень снижения pH, обусловленные опять же уже упоминавшимися факторами - штаммом дрожжей и ведением брожения.

3.4.8.3. Редокс-потенциал сусла (rH 20-26) в результате брожения снижается в молодом пиве до rH 8-12. Даже при очень сильной аэрации в начале брожения кислород в течение нескольких часов (обычно 3-5 ч) почти полностью потребляется размножающимися дрожжами. Слишком поздней дозировки воздуха или кислорода (например, в стадии низких завитков) следует избегать, так как это не только отрицательно сказывается на редокс-потенциале, но и вызывает изменение содержания побочных продуктов брожения (например, очень позднее достижение максимального содержания 2-аце-толактата, что проявляется в его вялом расщеплении и в повышенном содержании диацетила). Уменьшается и содержание сложных эфиров. Чем сбалансированнее состав сусла, чем активнее дрожжи, тем быстрее и сильнее происходит снижение гН во время брожения. Вследствие этого уменьшается также ITT-индекс (с 250 в сусле до примерно 70 в молодом пиве), существенный как для физико-химической стойкости, так и для стабильности вкуса пива.

3.4.8.4. К побочным продуктам брожения относятся высшие спирты, сложные эфиры и альдегиды, вицинальные дикетоны - диацетил, 2,3-пентадион или их предшественники (2-ацетолактат и 2-гид-роксибутират), а также ацетоин. Они образуются как продукты обмена веществ в ходе брожения и оказывают существенное влияние на аромат и вкус пива (см. раздел 7.4.2.2). Высшие спирты образуются уже в начале брожения, причем максимальное их содержание быстрее достигается с хлопьевидными дрожжами, чем с пылевидными. При теплом брожении содержание побочных продуктов брожения выше, чем при холодном; сильное аэрирование при теплом брожении благодаря повышенному обмену веществ может вызвать увеличение их содержания.

На образование побочных продуктов существенно влияет и состав сусла. Следствием низкого содержания α-амино-кислот является повышенное содержание сивушных масел. Повышенные нормы внесения дрожжей в сочетании с холодным брожением может снизить содержание этих веществ, если аэрирование в начале брожения не очень сильное. Высокие температуры брожения и брожение с перемешиванием способствуют образованию высших алифатических спиртов, а давление в 1-2 бар подавляет их образование, но доминирующую роль играет все же температура. При теплом брожении содержание 2-фенилэтанола существенно повышается (давление оказывает на его содержание незначительное воздействие). При повышенных температурах брожения повышается также содержание сложных эфиров, а давление в этом случае оказывает на них подавляющее действие. Образование сложных эфи-ров уменьшается в результате сильного размножения дрожжей, обусловленного мутным суслом с повышенным содержанием свободных ненасыщенных жирных кислот, а также продолжительным внесением семенных дрожжей доли-вом при соответствующей аэрации (см. раздел 3.2.6.2). Содержание альдегидов, как правило, при ускоренном брожении несколько снижается. Образование 2-ацетолактата (см. выше) увеличивается с повышением интенсивности брожения, определяемой температурой, количеством дрожжей и содержанием кислорода; если в конце традиционного брожения содержание 2-ацетолактата достигает значений ниже 0,3 мг/л, то при использовании более высоких температур и дозировок дрожжей, а также при брожении под давлением отмечается ускоренное снижение его содержания. Эти же закономерности относятся и к содержанию ацетоина.

3-4.8.5. Горькие вещества и полифенолы. Благодаря снижению pH в ходе брожения коллоидные горькие вещества хмеля и полифенолы в результате приближения к своей изоэлектрической точке переходят из устойчивого состояния в неустойчивое и выделяются. Эти частицы переходят в деку с поднимающимися пузырьками CO₂, причем около 20 % адсорбируются на поверхности дрожжевых клеток. Тем самым содержание в сусле горьких веществ хмеля уменьшается на 30-35 %. Вследствие своей нерастворимости при значениях pH ниже 5,0 оставшиеся неизомеризованными после процесса кипячения сусла кислоты почти полностью, то есть до содержания 0,5 мг/л, осаждаются; в осадок выпадают также часть изо-α-кислот (около 30 %) и гупулонов, которые таким образом теряются. Выделение горьких веществ различными штаммами дрожжей проходит параллельно интенсивности брожения. При ускоренных способах брожения обычно теряется больше горьких веществ, чем при классическом брожении. Брожение под давлением ослабляет удаление смол - при переходе от сбраживания в открытых чанах к брожению под давлением происходит опадание деки, и содержание фракций горьких веществ вновь возрастает, что приводит в конечном итоге к снижению нормы внесения дрожжей на 10-20%. Для ЦКТб, особенно с высоким уровнем жидкости, характерно пониженное (на 15-20 %) выделение горьких веществ.

Содержание дубильных веществ, в том числе антоцианогенов, снижается при брожении на 20-30 %, что имеет большое значение для полноты вкуса пива для его физико-химической стойкости. Выделение дубильных веществ происходит аналогично выделению горьких веществ.

3.4.8.6. Цветность. В ходе брожения цветность сусла уменьшается из-за снижения pH, а также выделения меланоидинов, дубильных веществ и других красящих веществ в деку, дрожжи и дрожжевой осадок. Существенную роль играет также индикаторное действие дубильных веществ и меланоидинов. Снижение цветности может составить около 3 ед. ЕВС; на 4-5-е сут брожения этот процесс практически завершается.

3.4.8.7. Флокуляция дрожжей. В конце главного брожения разные типы пивоваренных дрожжей низового брожения ведут себя по-разному. Пылевидные дрожжи очень долго остаются во взвешенном состоянии и тем самым сохраняют интенсивный контакт с субстратом. Они осаждаются лишь тогда, когда экстрактивные вещества сусла оказываются полностью или почти сброженными. Хлопьевидные дрожжи, напротив, флокулируют из молодого пива раньше - они агглютинируют, образуют взвесь и затем оседают плотным слоем на дне бродильного чана. Благодаря агглютинации уменьшается площадь контакта хлопьевидных дрожжей с субстратом, из-за чего ограничивается обмен веществ и, следовательно, образование CO₂.

Флокулирующая способность хлопьевидных дрожжей различна, но это свойство не совсем стабильно и зависит от свойств сусла. Так, например, у солода из ячменя, выращенного и собранного во влажных климатических условиях, несмотря на высокую степень сбраживания происходит преждевременное образование взвесей горячего сусла, что обусловлено действием определенного полисахарида. Напротив, солод из преждевременно созревшего ячменя способствуют «запылению» дрожжей, как и умягченная пивоваренная вода (обычно при более низкой KCC сусла). Образование взвесей горячего сусла может быть вызвано или улучшено Са²⁺-ионами, особенно при низком значении pH (менее 4,0). Флокирующая способность дрожжей является генетическим признаком и может быть обусловлена одним или тремя генами. Она является доминирующей, то есть гибриды из флокулирующих и нефлокулирующих штаммов сохраняют флокирующую способность. Путем определенных мутаций флокулирующие дрожжи могут превратиться в нефлокулирующие. Существует возможность добиться концентрации хорошо сбраживаемых, плохо флокирующих промежуточных дрожжей путем сбора и внесения нижнего слоя осадочных дрожжей или за счет разведения исключительно дрожжевых клеток, находящихся к концу брожения во взвешенном состоянии.

Образование взвесей не всегда обусловлено электрическим зарядом дрожжевой клетки; большинство носителей заряда на поверхности клетки участвуют в хлопьеобразовании косвенно. Компоненты, управляющие флокуляцией, ие связаны непосредственно с поверхностным зарядом, более того, старая «теория заряда» представляется в настоящее время весьма спорной. Процессы, вызывающие флокуляцию, обусловлены строением клеточной стенки и зависят от локализированного там маннано-протеинового комплекса и содержания фосфатов. Содержание маннана у хлопьевидных дрожжей в конце брожения существенно меньше, чем у нефлокулирующих. Собственно маннан не обладает свойствами, способствующими флокуляции, - вероятнее всего, он связан с одной из групп, вызывающих флокуляцию. У хлопьевидных дрожжей в конце брожения содержание аминокислот возрастает на 30-40 % и повышается адсорбционная способность дрожжей.