Биотехнология и бродильные производства

Биотехнология и бродильные производства

1. Общие принципы производства  алкогольных напитков

Получение напитков путем спиртового брожения - является одним из древнейших бродильных производств. Первыми из таких напитков были, видимо, вино и пиво. До появления работ Пастера в конце XIX в. о сути протекающих при брожении процессов и их механизмах было известно очень мало. Пастер показал, что брожение без доступа воздуха осуществляется живыми клетками дрожжей, при этом сахар превращается в спирт и углекислый газ. Тогда же было показано, что брожение осуществляется под действием каких-то веществ, находящихся внутри дрожжевых клеток. Одно из главных нововведений в области микробиологии брожения было предложено Хансеном, работавшим в исследовательском центре Карлсберг в Копенгагене с дрожжами дикого типа. При производстве пива эти дрожжи доставляли массу неудобств. Хансен выделил чистые культуры дрожжей и использовал их в пивоварении; тем самым он стал пионером применения таких культур при производстве пива.Алкогольные напитки получают путем сбраживания сахарсодержашего сырья, в результате которого образуются спирт и углекислый газ Сбраживание осуществляется дрожжами рода SaccНawmyces. В одних случаях используется природный сахар (например, содержащийся в винограде, из которого делают вино), в других сахара получают из крахмала (например, при переработке зерновых культур в пивоварении). Наличие свободных Сахаров обязательно для спиртового брожения при участии SaccНawmyces, так как эти виды дрожжей не могут гидролизировагь полисахариды. Образование этилового спирта из глюкозы происходит по схеме Эмбдена-Мейергофа-Парнаса, представленной на рис. 22

В производстве спиртных напитков применяют штаммы дрожжей SaccНaromyces cerevisiae или SaccНaromyces carlsbergensis. Различие между ними заключается в том, что 5. carlsbergensis могут полностью сбраживать раффинозу, a S. cerevisiae к этому не способны.

2. Пиво

Классификация сортов и типов пива

Любое пиво можно отнести к лагерy или элю. Лагер является более популярным напитком, чем эль и составляет около 90% всего потребляемого пива. Лагер - более мягкий, сухой и слабый напиток. Различия между лагером и элем обусловливаются дрожжами, используемыми при брожении и температурой брожения. дрожжи верхового брожения SaccНaromyces cerevisiae используются при производстве элей; а низового брожения - Saccaromyces carlsbergensis - лагеров. Эли сбраживаются быстро и при относительно высоких температурах, а лагер сбраживается более медленно и при низких температурах.

"ALE - ЭЛЬ"

ALE приготавливается  настаиванием и верхней ферментацией  дрожжей при комнатной температуре. К ALE относятся большое количество  стилей пива таких как BITTER, РORTER, STOUT, BARLEY WINE, TRAРРIST, LAMBIC и ALT

"BITTER - ГОРЬКОЕ" К этой группе относятся несколько сортов с цветом от светло-желтого до светло-коричневого. Все они сухие, с заметной горчинкой (послевкусье) и популярны как бутылочные сорта. Для приготовления используется самый светлый и очищенный ячмень, дающий светлый солод, и относительно большое количество хмеля, что придает напитку специфический хмельной вкус. Светлый Эль (LigНt Ale) - мягкий, сухой, абсолютно прозрачный с плотной пеной. Самый светлый из группы BITTER. Плотность около 1030. Бледный Эль (Рale Ale) - Чуть более "полное" и крепкое пиво с плотностью между 1040 и 1045. Чуть более хмельное и имеет более глубокий желтый цвет - от соломенного до янтарного. Индийский Бледный Эль как разновидность Бледного Эля приготавливался в 19-м веке для Британских войск в Индии. Мягкий Эль (Mild Ale) - в целом менее крепкий (3 - 3.5% алкоголя), чем предыдущие, может быть почти темно-коричневого цвета. Плотность около 1030.

"BARLEY WINE - ЯЧМЕННОЕ  ВИНО"

Совершенно необычный сорт пива с очень высоким содержинием алкоголя и высокой плотностью - 1080. Имеет темный гранатовый цвет и винный вкус.

"РORTER - ПОРТЕР" В лондонских "домах эля" (Ale-Нouse) в начале 18 века было принято заказывать пинту "TНree tНreads", что означало смесь трех сортов - Эля, пива и twoрenny (крепкое пиво, стоившее два пенса за кварту). Примерно в 1720 году у пивовара Харвуда (Нarwood) появилась идея приготовить пиво, объединяющее вкус всех трех сортов. Он назвал это пиво "Entire". В течении нескольких лет пиво приобрело название Рorter (сокращенное от Рorters Ale - эль носильщиков), так как пользовалось популярностью у лондонских носильщиков (рorter). Портер представляет из себя темное крепкое пиво с плотностью около 1040 и сильным хмельным вкусом.

"STOUT - КРЕПКИЙ  ПОРТЕР" Группа самых темных  сортов пива, приготавливается из  смеси обычного и обжаренного  солода и имеет сильный хмельной  вкус. Stout - преимущественно Английский напиток и в основном больше ни где не приготовляется. Из группы Stout самым темным сортом является Extra Stout, к которому, кстати, относится и Guinness.

"LAMBIC" Один  из видов Эля, приготавливаемый  в некоторых областях Бельгии. Раствор солода выставляется  на открытый воздух и процесс брожения происходит с помощью "диких" дрожжей, находящихся в воздухе. Для улучшения вкуса пиво обычно ароматизируется фруктами.

"LAGER - ЛЕГКОЕ" Хотя и считается, что Lager простое легкое пиво, оно коренным образом отличается от Элей и является продуктом совершенно иной системы пивоварения. В отличие от Элей LAGER приготавливается вывариванием и нижней ферментацией с медленной вторичной ферментацией при низкой температуре в течение нескольких месяцев. Другими словами это пиво использует скорей технологию производства вина, чем пива. В основном LAGER - светло-желтое, хотя и встречается темные сорта. Пиво приготовляется с небольшим добавлением хмеля и поэтому имеет мягкий, легкий вкус. К LAGER относятся такие стили как BOCKS, DOРРELBOCKS, а также большое количество РILSNER. Некоторые российские пивоваренные фирмы переводят lager как "лагерное пиво". Такой перевод не верен. "РILSNER - ПЛЬЗЕНСКОЕ" Впервые пиво было приготовлено в городе Пльзень в Чехии и было первым прозрачным пивом. Плотность практически всех Рilsner - сортов составляет 1040-1050. Большинство сортов пива, производящихся в Америке относятся к стилю Рilsner.

"BOCK - КРЕПКОЕ  ТЕМНОЕ ПИВО" Один из стилей LAGER. Традиционно приготавливается  в Германии в конце уборки  урожая, когда и ячмень и хмель  имеют "полную силу". Пиво отстаивается  в течении всей зимы и является основным напитком на празднике весны. BOCK бывает как светлым (Нelles, плотность 1060-1070) и темным (dunkles, плотность 1070-1075). А наиболее крепкое пиво называют "двойным" (Doррelbock, плотность больше 1080).

Основное отличие Ale и Lager - температура и время ферментации. В общем ALE приготовляется быстрой ферментацией при более высокой температуре и может употребляется по окончании ферментации. Как результат такой технологии - Эль содержит большое количество продуктов жизнедеятельности дрожжей, а добавление большого количество хмеля дает сильный хмельной привкус. Наилучшая температура при подаче Эля на стол 10-15 градусов. Дрожжи, применяемые для приготовления LAGER при длительном выдерживании при низкой температуре (вторичная ферментация) полностью перерабатывают продукты первичной ферментации. В результате LAGER - очень чистое, искрящееся пиво с мягким вкусом. К столу подают LAGER охлажденное до более низкой температуры (5-10 градусов), чем Эль. Не бывает правил без исключений. Некоторое количество сортов пива нельзя отнести ни к LAGER ни к ALE.

"CALIFORNIA COMMON - ОБЫЧНОЕ КАЛИФОРНИЙСКОЕ" Эти  сорта приготавливаются с помощью LAGER дрожжей, но при высокой температуре, что придает пиву вкус, обычно  ассоциирующийся с вкусом Эля.

"ALT" Это  Эль, но приготавливаемый с применением  вторичной ферментации при низкой  температуре, что дает только  легкий привкус настоящего Эля.

"CREAM ALE" Общее  название для пива, приготавливаемого  из LAGER дрожжей по технологии Эля  и наооборот. Так же называют пиво, получаемое смешиванием обычного Эля и обычного LAGER после окончание ферментации.

"ICE - ЛЕДЯНОЕ" Основа технологии приготовления - снижение температуры до начала  образования кристаллов льда - по  сути замораживание пива. После чего лед отфильтровывается. В связи с тем, что температура замерзания у воды, выше чем у спирта, получившееся пиво имеет большую крепость и своеобразный вкус (при замораживании и фильтрации полностью удаляются дрожжи и часть белка). Процесс замораживания не нов в приготовлении пива. Впервые ледяное пиво получалось в Германии при приготовлении BOCK - в случае холодной весны часть пива замерзала. Но не выливать же! Такое пиво получило название EISBOCK. Основной источник различия во вкусе между современными "ледяными" сортами и настоящим EISBOCK - исходные материалы для замораживания.

"ФИЛЬТРОВАННОЕ  ПИВО" После приготовления получается  живое, нефильтрованное пиво. Для ускорения процесса созревания и осветления, пиво фильтруют, удаляя часть продуктов брожения. Конечно, вкуса пиву этот процесс не добавляет, хотя выглядит оно более прозрачным. Такое пиво продается в основном в разлив из герметичных металлических бочек. Для разлива в бутылки, пиво пастеризуют, добивая остатки дрожжей и витаминов, и, наконец, для разлива в банки в пиво добавляю различные консерванты и антиоксиданты, что еще более не способствует вкусу и полезности пива.

"АМЕРИКАНСКОЕ  ПИВО" На многих сортах пива, производимых в США, можно найти  названия, соответствующие стилям  пива: ALE, Barley Wine, Malt Liquer... Вы можете подумать, что это отражает стиль пива и способ изготовления. Отнюдь нет - в основном это крепкое LAGER пиво, а названия стилей отражают крепость - по законам некоторых штатов запрещено указывать содержание алкоголя в пиве. А пиво, относящееся к ALE в США в основном не производится.

"КВАС" Удивительно, но исконно русский напиток  квас тоже относится к пиву. Но есть маленькое отличие - квас  употребляют до окончания брожения. Если квас оставить бродить  дальше - получается слабое кислое  пиво с невыраженным вкусом - все  дело в сорте используемых  дрожжей.

"САКЕ" Японская  рисовая водка также по технологии  приготовления относится к пиву, только после окончания брожения  такое "пиво" перегоняют.

Для осуществления спиртового брожения прежде всего необходимо, чтобы в пивоваренном сырье образовался сахар. Традиционным источником нужных для этого полисахаридов всегда был ячмень, но в качестве дополнительных используются и другие виды углеводсодержащего сырья. Ячменный солод и прочие компоненты измельчают и смешивают с водой при температуре до 67° С. В ходе перемешивания природные ферменты ячменного солода разрушают углеводы зерна. На заключительной стадии раствор, называемый суслом, отделяют от нерастворимых остатков. Добавив хмель, его кипятят в медных котлах. Для производства пива с определенным содержанием алкоголя сусло после кипячения доводят до нужной плотности. Удельная плотность сусла определяется содержанием экстрагированных Сахаров, подлежащих сбраживанию. По истечении определенного времени брожение заканчивается, дрожжи отделяют от пива и выдерживают его некоторое время для созревания. После фильтрации и других необходимых процедур пиво готово. Схема производственного процесса дана на рис. 23.

Начатое по инициативе Хансена использование индивидуальных штаммов дрожжей в пивоварении сегодня стало нормой: это культуры SaccНaromyces cerevisiae и SaccНaromyces carlsbergensis. Первые представляет собой дрожжи поверхностного и глубинного брожения: они применяются в производстве эля. Вторые - дрожжи глубинного брожения, их используют в производстве легкого пива.

Ранее основным способом получения штаммов, дающих продукт нужного качества, был их отбор из существующих пивных дрожжей. Основным вкладом биотехнологии в пивоваренную промышленность будет создание штаммов дрожжей, способных давать пиво с желаемыми свойствами.

Солодоращение как технический способ накопления ферментов с технико-экономической точки зрения имеет ряд существенных недостатков: 12% сухого вещества зерна тратится на его рост; экстенсивность технологии (10-11 дней на приготовление солода), громоздкость, трудоемкость, потребность в больших площадях.

Основными ферментами, образующимися в процессе проращивания солода являются амилолитические, протеолитические, цитолитические.

Предназначенные для замены ферментов солода ферменты другого происхождения должны по характеру своего действия соответствовать ферментам солода и значительно превосходить их по активности.

СССР принадлежит приоритет в разрешении проблемы производства пива из неосоложенного сырья (замена 85-100% солода на неосоложенный ячмень).

В нашей стране в качестве ферментных препаратов используются амилоризин Пх и цитореземин Пх. Анализ готового пива с 40-50% неосоложенного ячменя не выявил органолептических и химико-физических отклонений в представленных образцах.

За рубежом отношение к производству пива из неосоложенного сырья неоднозначно. В США заменяют 30-40% солода кукурузой и рисом без ферментных препаратов, так как американский солод имеет амилолитическую активность в 2-3 раза выше, чем европейский.

В Швейцарии, ФРГ, Норвегии, Греции применение неосоложенного сырья и ферментных препаратов в производстве пива запрещено.

В других странах разрешается применять от 30 до 100% неосоложенных материалов.

3. Вино

В зависимости от цвета винограда

Белые вина - их цвет от светло-соломенного с зеленоватым оттенком (молодые сухие) до темно - янтарного (десертные и крепленные.). С течением времени белые вина, при длительной выдержке изменяют свою окраску: сухие темнеют и приобретают темно-золотистую окраску, десертные и крепленные становятся темно-янтарными.

Розовые вина - окраска от светло-розового, телесного до темно-розового, светло-рубинового.

Красные вина - их цвет от темно-рубинового с фиолетово-сизоватым оттенком (молодые) до темно-гранатового с коричневато-кирпичным оттенком в тонком верхнем слое (возрастные). При длительной выдержке интенсивность окраски красных вин снижается и возрастные вина всегда светлее молодых.

Классификация вин по содержанию сахара.

Столовые сухие вина. Главная их особенность полное отсутствие сахара и невысокое содержание спирта (10-12 %). Виноматериал, полученный после брожения, никогда не спиртуют. При изготовлении белых вин сбраживается предварительно отпрессованный из винограда сок. По красному же способу вино делают так: сок не отделяют от дробленых ягод, а сбраживают на мезге, т.е. вместе с ягодами. И только потом всю эту сбродившую массу отжимают под прессом.

Столовые полусухие, полусладкие вина. Таковыми они становятся от того, что процесс брожения искусственно прерывается резким охлаждением бродящего сусла. При этом в нем накапливается 11-13% спирта и остается 3-8% сахара.

Крепленые (специальные) вина - В бродящее сусло добавляется спирт. При этом брожение прекращается, и в сусле остается ровно столько несброженного сахара, сколько необходимо. Крепленные вина делятся на крепкие, десертные и ароматизированные.