книги из ГПНТБ / Чукмасова, М. А. Технология и оборудование пивоваренного производства учеб. пособие

Этот процесс никогда не протекает в чистом виде: наряду с образованием спирта и углекислоты получается незначительное количество других продуктов — глицерина, янтарной кислоты альдегидов и пр. Эти побочные продукты значительно влияют на аромат и вкус пива.

Образование спирта и углекислоты происходит в результате жизнедеятельности дрожжей под действием многих ферментов, через несколько промежуточных стадий, в которых основную роль играет фосфорная кислота. В последней стадии спиртового брожения образуется пировиноградная кислота, распадающаяся под действием фермента карбоксилазы на углекислый газ и аце­ тальдегид, который затем восстанавливается в этиловый спирт.

Процесс превращения сахара в спирт и углекислый газ экзо­ термический, т. е. сопровождается выделением тепла. Количество его составляет около 100,48 кДж на 1 г-моль сброженного сахара.

На процесс спиртового брожения значительно влияют внеш­ ние условия среды, особенно присутствие кислорода и концент­ рация водородных ионов (pH). Достаточно изменить pH среды в щелочную сторону или ввести вещества, связывающие ацеталь­ дегид, как спиртовое брожение пойдет в сторону образования уксусной кислоты и глицерина. При сильной аэрации среды, как это делается в дрожжевом производстве, образующиеся при рас­ щеплении сахара продукты будут потребляться на построение размножающихся дрожжей.

Изменение состава сусла при брожении

Состав сусла во время брожения изменяется в результате сбраживания сахара в спирт и углекислоту: часть веществ сусла потребуется на построение новых клеток дрожжей; во время жиз­ недеятельности дрожжей выделяются новые вещества; белковые вещества и хмелевые смолы частично выпадают в осадок.

Эти процессы изменяют концентрацию водородных ионов (pH), кислотность сусла увеличивается, в результате чего обра­ зуются органические кислоты и изменяется буферность сусла. Содержание азотистых веществ и фосфатов сусла уменьшается вследствие их потребления дрожжами, одновременно накаплива­ ются органические кислоты. Изменение содержания аминокислот сусла при брожении зависит от размножения дрожжей: чем боль­ ше получается дрожжей, тем меньше остается аминокислот в сусле.

Прирост дрожжей при брожении бывает различным и зависит от количества заданных дрожжей, содержания сухих веществ на­ чального сусла и количества экстракта сброженного сусла, а так­ же от количества растворенного свободного кислорода в сусле.

Нормальным для процесса брожения считается четырехкрат­ ный прирост дрожжей. При внесении 0,05 л дрожжей на 1 дал

120

сусла прирост дрожжей должен быть 0,2 л. Уменьшить прирост дрожжей можно увеличением первоначальной порции заданных дрожжей и удалением растворенного кислорода из сусла перед брожением.

Характеристика дрожжей

В пивоварении для сбраживания пивного сусла применяют дрожжи верхового и низового брожения. Различают их по фор­

брожения они собираются на поверхности сусла в виде шапки. Для них характерно взвешенное в сусле состояние, поэтому их называют еще пылевидными.

Дрожжи низового брожения сбраживают сусло при 5—10° С, после брожения они оседают на дно чана плотным слоем. В сусле они собираются в хлопья и называются поэтому хлопьевидными. Эта способность дрожжей имеет важное практическое значе­ ние — быстрее осветляется пиво и создается возможность соби­ рать дрожжи из бродильных чанов.

Оптимальная температура роста дрожжей 25° С, минималь­ ная 2—3°С. Дрожжи отмирают при температуре 60—65° С. Это свойство используется при пастеризации пива для увеличения срока стойкости.

Наибольшее значение для пивоварения имеют также свойст­ ва дрожжей как бродильная энергия, способность к размноже­ нию и оседанию, вкус и аромат, сообщаемые пиву, и др. Они за­ висят от состава воды, сусла, режима брожения, оборудования и т. п.

Строение дрожжевой клетки. Дрож­ жи представляют собой одноклеточные организмы, относящиеся к семейству сумчатых грибов и входящие в группу сахаромицетов.

Форма дрожжевой клетки круглая или овальная, снаружи клетка покры­ та плотной, но эластичной оболочкой, а внутри нее находится вязкая жидкость (протоплазма). В протоплазме распо­ ложены структурные элементы дрож­ жевой клетки: ядро, митохондрии, мик­ росомы, вакуоли и пр. (рис. 23).

Ядро клетки круглое или овальное с нежной оболочкой, внутри него со­ держится прозрачная жидкость. Ядро играет важную роль в регулировании процессов клетки и направляет хими­ ческие процессы, протекающие в про­ топлазме.

121

Митохондрии — очень мелкие частицы различной формы. В митохондриях протекают основные процессы, связанные с энер­ гетическим, окислительным обменом. В дрожжевых клетках их содержится очень много. При размножении дрожжей часть мито­ хондрий попадает в дочерние клетки.

В протоплазме имеются также мельчайшие включения — мик­ росомы (микротельца). Они представляют собой пузырьки, окру­ женные мембраной. В микросомах происходит синтез (создание белка).

Вокуоли представляют собой полости внутри протоплазмы круглой формы, наполненные клеточным соком. В вакуолях со­ держатся электролиты, белки в коллоидном состоянии, жиры, уг­ леводы, ферменты. Здесь протекают ферментативные превраще­ ния питательных веществ, поступающих из сусла в клетку. Эти вещества, претерпевая ряд изменений, синтезируются и накапли­ ваются в клетке в виде резервного материала, необходимого для построения новых тканей.

Строение клетки зависит от ее физического состояния. По это­ му показателю судят о правильности процесса брожения. При голодании дрожжей клетки кажутся съежившимися, плазма их зернистая. По мере старения клеток вакуоли увеличиваются. В мертвых клетках протоплазма отстает от оболочки, клетки ста­ новятся неправильной формы и кажутся сморщенными. Мертвые клетки окрашиваются красками, например метиленовой синью. Это дает возможность микроскопически контролировать качество дрожжей.

Размножение. В нормальных условиях клетки размножаются почкованием. На поверхности клетки образуется небольшой бу­ горок, который постепенно увеличивается и, достигнув размера материнской клетки, образует новую, дочернюю клетку. Ядро де­ лится, и половина его переходит в

дочернюю клетку.

Дрожжевые клетки после раз­ множения отделяются или оста­ ются соединенными в цепочку

(рис. 24).

При неблагоприятных услови­ ях (недостаток питания и т. д.) дрожжи могут размножаться спо­ рообразованием. При спорообра­ зовании оболочка дрожжевой клетки утолщается, внутри нее появляется одна или две перего­ родки, а затем по этим перегород­ кам клетка распадается на две или три части (споры). Ядро де­ лится на столько частей, сколько образуется спор. Попадая в нор­

122

мальные условия, споры прорастают и принимают форму дрож­ жевых клеток.

В густой массе осевших после брожения дрожжей содержит­ ся до 85% воды. После промывки и прессования производствен­ ные дрожжи представляют собой светло-кремовую массу с со­ держанием 70—76% воды, рассыпающуюся при разламывании. Содержание воды в веществе клеток 63—68%, остальная вода адсорбирована на поверхности клеток.

В состав сухого вещества дрожжей входят белки, липоиды, гликоген, небольшое количество неорганических соединений (в том числе железо, необходимое для действия окислительных фер­ ментов), витамины и прочие вещества.

Сусло является хорошей питательной средой для пивных дрожжей, и его состав влияет на способность дрожжей к раз­ множению, имеющую в производстве пива большое значе­ ние.

Увеличение массы дрожжей при брожении бывает различным и зависит от количества заданных дрожжей, содержания сухих веществ начального сусла и количества экстракта сброженного сусла, а также от количества растворенного свободного кислоро­ да в сусле.

При задаче небольшого количества дрожжей процесс броже­ ния протекает медленно, но прирост их будет большим. При боль­ шом количестве задаточных дрожжей брожение пройдет быстрее, но прирост дрожжевой массы будет меньше. Последний способ более выгоден для производства пива. Уменьшить прирост дрож­ жей при брожении можно путем удаления растворенного кисло­ рода из сусла, так как его присутствие ускоряет прирост дрож­ жей.

Нормальным для процесса брожения считается четырехкрат­ ный прирост дрожжей.

При внесении 0,05 л дрожжей на 1 дал сусла прирост дрожжей должен быть 0,2 л.

На размножение дрожжей многие вещества действуют угнета­ юще, например этиловый спирт (более 1,5%), а также минераль­ ные и органические кислоты тормозят размножение дрожжей. Кроме того, на дрожжи угнетающе действует углекислота: при содержании ее в пиве до 0,2% брожение замедляется, а при 1,5% совершенно останавливается.

Способность к оседанию. Большое практическое значение имеет свойство дрожжей к оседанию. От этого зависит степень сбраживания, качество и стойкость готового пива.

Хлопьевидные и пылевидные дрожжи ведут себя в процессе главного брожения различно. На наших пивоваренных заводах применяют в основном хлопьевидные дрожжи, которые после главного брожения в виде крупных хлопьев плотно оседают на дно бродильного чана. Пылевидные дрожжи после сбраживания остаются в сусле в рассеянном состоянии.

123

стве применяют дрожжи чистых культур. Разновидности куль­ турных дрожжей называются расами (штаммами). Штамм пред­ ставляет собой культуру дрожжей, происшедшую из одной клет­ ки, поэтому все клетки данной расы должны обладать одинако­ выми свойствами.

Дрожжи чистой культуры разводят обычно в лаборатории за­ вода. Для этой цели применяют различную аппаратуру, которая должна обеспечить стерильность сусла и стерильную передачу бродящих дрожжей из стадии в стадию, а также поддержание определенного температурного режима выращивания дрожжей.

Разведение чистой культуры дрожжей заканчивается первым производственным брожением пивного сусла до нормальной степе­ ни сбраживания и полного осаждения дрожжей. Дрожжи после первого брожения называются семенными (маточными) дрож­ жами первой генерации. Дрожжи, отработавшие пять циклов в производстве, называются дрожжами пятой генерации.

Производственные дрожжи должны быть чистыми без содер­ жания клеток диких дрожжей или другой посторонней микрофло­ ры, вредной производству. Дрожжи следует применять, когда они находятся в хорошем состоянии, они должны быстро вызвать бро­ жение сусла, сбраживать его равномерно в установленный срок и хорошо оседать в конце брожения. При правильном ведении бро­ жения, хорошей промывке и хранении семенные дрожжи можно использовать до десятой генерации.

По окончании брожения зеленое пиво перекачивают в лагер­ ный подвал, а из бродильных чанов снимают дрожжи.

Хорошие дрожжи оседают на дне чана плотным слоем, и сни­ мать их следует по возможности слоями. Нижний слой дрож­

124

жей —• темный — состоит из мертвых, старых слабосбраживающих клеток и крупных хлопьев белков. Средний слой дрожжей (семенные дрожжи) — густой с характерным дрожжевым запа­ хом, более светлый — состоит из крупных здоровых наиболее ак­ тивно бродящих клеток. Верхний, грязный, слой состоит из лег­ ких, мелких и мертвых клеток, хмелевых смол, деки (темно-ко­ ричневая пленка над молодым пивом, состоящая из смол, белков,, дрожжевых клеток и т. е.) и других веществ сусла, оседающих в последнюю очередь.

Правильное разделение дрожжей по слоям важно для отде­ ления производственных (семенных) дрожжей.

Подготовка дрожжей для производства заключается в тща­ тельной промывке их в ванночках холодной водой температурой не выше 3° С в течение 1—2 суток. Хранить дрожжи следует при низкой температуре (от 0 до 1° С) и не более четырех дней.

Вначале дрожжи очищают промыванием от оставшегося эк­ стракта. Они перестают бродить и хорошо оседают. От крупных частиц дрожжи освобождают процеживанием через частое сито, мелкие посторонние частицы удаляют промыванием водой и де­ кантацией.

Для очистки дрожжей от вредных бактерий применяют раст­ вор серной кислоты. Дрожжи тщательно размешивают в деревян­ ной бочке с 1%-ным раствором серной кислоты в соотношении 1 : 1 и оставляют их в покое на 40 мин. Затем все вновь перемеши­ вают и добавляют раствор соды для нейтрализации серной ки­ слоты, в результате чего образуются крупные хлопья дрожжей. Дрожжи отстаиваются, жидкость сливают, дрожжи промывают несколько раз холодной водой.

Так как серная кислота действует угнетающе на дрожжи, нор­ му семенных дрожжей после такой очистки увеличивают на 20—■ 25%. Кроме серной кислоты можно применять слабые растворы других кислот: молочной, фосфорной, виннокаменной и пр.

При правильном уходе и промывке производственных дрож­ жей в нормальных условиях брожения их можно использовать до 15 раз, однако практически хорошие результаты достигаются при 10-кратном использовании.

Штаммы (расы) дрожжей, применяемые в пивоваренном про­ изводстве. Способность дрожжей вызывать спиртовое брожение представляет наибольший интерес для производства пива.

Процесс брожения зависит от ряда факторов: способа сбра­ живания, состава сусла, температуры брожения, величины чана. Однако наибольшее значение имеет штамм дрожжей, от него зависят вкус и аромат готового пива. Наиболее пригодными счи­ таются дрожжи быстро сбраживающие, дающие хорошее освет­ ление и мягкий чистый вкус пива.

В нашей пивоваренной промышленности применяют в основ­ ном штаммы (расы) дрожжей низового брожения, которые раз­ личаются по форме, размеру клеток, степени сбраживания саха­

125

ров, образованию ароматических веществ и т. д. По степени сбраживания дрожжи делятся на высоко- и низкосбраживающие.

В пивоваренном производстве. СССР наиболее распростране­ ны штаммы низовых дрожжей: 776, 11, 41, 44 и 5-Львовский. По данным А. Ю. Жвирблянской, производственная характеристика их следующая:

штамм 776 — дрожжи среднесбраживающие. Хорошо осветля­ ют сусло, образуют плотный осадок. К сырью неприхотливы. Форма клеток яйцевидная. Они наиболее приемлемы на пивова­ ренных заводах;

штамм 11 — дрожжи сильно- и быстросбраживающие, не тре­ бовательны к качеству сырья. Форма клеток овальная. Способ­ ность осаждения (осветления) хорошая. Дают полный вкуспива;

штамм 41 — дрожжи среднесбраживающие. Форма клеток овальная. Способность осаждения (осветления) хорошая. Дают чистый мягкий вкус пива;

штамм 44 — дрожжи среднесбраживающие. Клетки овальной формы. Способность осаждения (осветления) хорошая. Они при­ дают пиву полный вкус, дают хорошие результаты при примене­ нии в производстве воды с повышенной жесткостью;

штамм 5-Львовский — дрожжи среднесбраживающие. Фор­ ма клеток овальная. Способность осаждения (осветления) хоро­ шая. Вкус пива чистый, мягкий.

Для некоторых сортов темного пива применяют специальные расы дрожжей верхового брожения.

Правильный выбор расы дрожжей имеет большое значение для производства. Наиболее ценны те расы, которые быстро и сильно сбраживают экстракт сусла, хорошо и полно осветляют его и придают пиву выраженный аромат и мягкий вкус.

При выборе рас дрожжей учитывают их сбраживающую спо­ собность и свойство образовывать хлопья. Используя одновремен­ но две расы — хлопьеобразующие сильно сбраживающие расы с менее хлопьеобразующими и пылевидными — можно получить высокую степень сбраживания при главном брожении, улучшить условия осаждения дрожжей при выдержке пива, обеспечить интенсивное дображивание и необходимые вкусовые качества пи­ ва. Поэтому в производстве широко применяют смесь двух рас, сочетая особенные свойства каждой, иногда ведут главное броже­ ние раздельно и после главного брожения смешивают пиво. Сле­ дует отметить, что смешиваемые расы дрожжей по своим свой­ ствам должны дополнять одна другую.

Главное брожение

В пивоваренном производстве процесс брожения делится на две стадии: главное брожение и дображивание.

128

ОСНОВЫ БРОЖЕНИЯ

Основная часть сахара сбраживается во время главного бро­ жения и только незначительное количество — при дображивании пива при его выдержке.

В результате брожения в сусле снижается содержание экст­ ракта, изменяется концентрация водородных ионов (величина pH), среда становится более кислой (табл. 30).

Изменение концентрации водородных ионов влияет на процесс размножения дрожжей. Чем быстрее размножаются дрожжи, тем быстрее повышается кислотность сусла, это способствует образо­ ванию хлопьев и снижению сбраживания и наоборот, чтобы дос­ тичь высокой сбраживаемости, можно снизить норму дрожжей и вести брожение при низких температурах. При этом кислотность будет повышаться медленно.

Увеличение кислотности при брожении объясняется образова­ нием органических кислот и влечет такие изменения состава сре­ ды (сбраживаемого сусла), которые приводят к уменьшению растворимости белков и хмелевых веществ. Выделяются горькие вещества хмеля, которые адсорбируются на поверхности дрож­ жей и выделяемых белков. Поднимаясь, пузырьки углекислого газа образуют на поверхности пива деку. Кроме горьких веществ хмеля в деке имеются дубильные вещества хмеля, оболочки соло­ да и пр.

Дека вследствие окисления хмелевых смол за счет кислорода, растворенного в сусле, и при соприкосновении с воздухом по ме­ ре удлинения срока брожения становится более темной и почти черной. При брожении в закрытых чанах цвет ее остается светлокоричневым.

Главное брожение происходит в бродильне — в помещении, где сбраживается большая часть экстракта пивного сусла, в бро­

дильных чанах.

Бродильня должна быть хорошо изолирована и находиться вблизи и желательно выше лагерного подвала (помещение, где происходит дображивание), чтобы был обеспечен самотек моло-

127

дого пива из бродильни в лагерный подвал. Температура в бродильне должна быть постоянной (около 4—6° С). Для удаления выделяющейся при брожении углекислоты в бродильне должна быть приточно-вытяжная вентиляция.

Полы в бродильне делают гладкими, водонепроницаемыми (асфальтированные, бетонные или из метлахской плитки), потол­ ки и стены штукатурят и белят или облицовывают плиткой. Тру­ бопроводы для сусла и рассольные батареи для охлаждения по­ мещения располагают так, чтобы капли конденсата не попадали с них в бродильные чаны.

Во время главного брожения выделяется большое количество углекислоты. На многих пивоваренных заводах, где брожение ве­ дется в закрытых чанах, углекислоту, выделяющуюся при бро­ жении, собирают и используют для промышленных целей. В та­ ких случаях бродильные чаны соответственно оборудуются.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА БРОЖЕНИЯ

Холодное сусло с холодильных аппаратов поступает в чаны предварительного брожения или непосредственно в бродильные чаны. Главное брожение сусла начинается с момента внесения дрожжей.

В чаны предварительного или главного брожения после запол­ нения их суслом на Ую емкости вносят подготовленные семенные дрожжи, для того чтобы подавить деятельность посторонней микрофлоры, попавшей в охлажденное сусло.

Предварительное брожение применяют для получения сусла однородного состава и для улучшения процесса брожения вслед­ ствие частичного выпадения в осадок белков и других веществ. По истечении 20—24 ч забродившее сусло перекачивают в бро­ дильные чаны, не затрагивая образовавшегося на дне чана осад­ ка. Норма маточных дрожжей составляет 0,4—0,7 л густых дрож­ жей на 10 дал-сусла.

Задаваемые дрожжи предварительно проверяют в лаборато­ рии.

Они должны быть свежими, хорошо промытыми, с приятным запахом, светлыми и обладать нормальной бродильной способно­ стью.

С семенных дрожжей, находящихся в ванночках, сливают во­ ду, верхний слой осторожно удаляют лопаточкой, а остальные дрожжи тщательно перемешивают. Холодное сусло наливают в небольшой деревянный сосуд из расчета 2—б л на 1 л дрожжей и туда же вносят отмеренное количество дрожжей. Дрожжи пере­ мешивают с суслом и переливают в другой такой же сосуд; про­ делывают эту операцию 10—12 раз для насыщения дрожжей ки­ слородом воздуха.

На многих заводах дрожжи с холодным суслом перемешивают в монжю механическими мешалками, а также путем продувания

128

стерильным воздухом или углекислотой в зависимости от способа брожения.

Различают два режима брожения: холодное (дрожжи вносят при 5—6° С, максимальная температура 8—9° С, конечная 4,5— 5,5° С) и теплое (дрожжи вносят при 9° С, максимальная темпе­ ратура 12—13° С и конечная 6—7° С). Длительность процесса при холодном брожении 7—10 суток, при теплом ■— 5—6 суток. Теплый режим на наших пивоваренных заводах почти не приме­ няется.

Во время главного брожения, протекающего в зависимости от содержания сухих веществ сусла в течение 7—10 суток, в сусле происходит ряд превращений, обусловливающих в дальнейшем вкус пива. В этот период повышается температура, снижается со­ держание сухих веществ сусла, выделяется углекислота, оседают дрожжи и осветляется пиво.

Различают четыре стадии брожения: забел, низкие завитки, высокие завитки и образование деки и осветление пива.

Первая стадия протекает в течение одних суток и характери­ зуется появлением небольшой белой пены (забела), покрываю­ щей поверхность сусла.

Вторая стадия характеризуется образованием низких завит­ ков (пены), которые появляются по краям чана и постепенно под­ вигаются к середине. Пена горькая, кое-где окрашивается в ко­ ричневый цвет от выделяющихся хмелевых смол. Деку с выделив­ шимися на поверхность хмелевыми смолами и белками желатель­ но удалять из чана. Этот период продолжается 2—3 суток, темпе­ ратура сусла заметно повышается, а содержание сухих веществ его вследствие сбраживания экстракта снижается в день на

0,5- 1%.

Втретьей стадии (высоких завитков) брожение становится очень интенсивным, слой пены достигает наивысшего предела, пена становится неровной, а завитки крупнее и выше, чем во вто­ рой стадии. Размножение дрожжей заканчивается, содержание сухих веществ сусла снижается на 1—1,5% в сутки, температура повышается до максимальной (8,5—9° С ).

Четвертая стадия характеризуется спадом завитков. Размно­ жение дрожжей прекращается. Дрожжи начинают оседать на дно, пиво осветляется. Завитки постепенно исчезают и на поверх­ ности жидкости образуется дека.

Впроцессе главного брожения может наблюдаться ряд не­

нормальных явлений.

Пузырчатое брожение — явление, при котором вместо нор­ мальной пены, образующейся в конце стадии высоких завитков, появляются крупные пузыри. Природа этого явления до сих пор

остается неясной.

Кипящее брожение — явление, которое наблюдается на стадии высоких завитков. После забела и низких завитков на отдельных участках завитки опадают, поверхность сусла оголяется и начина­