Технология получения пива

Процесс активного брожения занимает около недели, после чего температура в ЦКТ снижается с 15° С до 0° С. При охлаждении дрожжи еще активнее и плотнее осаждаются на дно ЦКТ.

Осевшие дрожжи удаляются  со дна ЦКТ насосом и собираются в дрожжевые сборники, откуда могут  повторно (несколько раз) добавляться  в свежее сусло для проведения нового процесса брожения. Цикл жизни дрожжей за время одного брожения называется генерацией. Дрожжи, сделавшие пиво из сусла, например, 3 раза, называются дрожжами третьей генерации.

4.3.1 Пивные дрожжи

 

В пивоваренном производстве используют только культурные дрожжи, которые относятся к семейству Saccharomycetaceae и роду Saccharomyces. Различают дрожжи низового брожения и дрожжи верхового брожения. Дрожжи верхового брожения относят к виду Saccharomyces cerevisiae, дрожжи низового брожения первоначально были отнесены к виду S. carlsbergensis, затем S. uvarum или к S. cerevisiae. Но в настоящее время пивовары-практики продолжают считать низовые дрожжи относящимися к виду S. carlsbergensis.

Первоначально были известны дрожжи верхового брожения, так как  брожение проходило только при обычной температуре (в виноделии, хлебопечении). Желая получить напитки, насыщенные диоксидом углерода, стали проводить брожение при низких температурах под влиянием изменившихся внешних условий и были получены дрожжи низового брожения с определенными свойствами.

В пивоваренном производстве применяют разновидности дрожжей, отличающихся друг от друга одной  или несколькими особенностями. Их получают из одной клетки. Такие  культуры называют расами (штаммами).

Дрожжи верхового  брожения в процессе интенсивного брожения всплывают на поверхность сбраживаемой жидкости, накапливаются в виде слоя пены и остаются в таком виде до конца брожения. Затем они оседают, образуя весьма рыхлый слой на дне бродильного аппарата. По своей структуре эти дрожжи относятся к пылевидным дрожжам, не слипающимися между собой, в отличие от хлопьевидных низовых дрожжей, оболочки которых клейкие, что приводит к слипанию (агглютинации) и быстрому осаждению клеток.

Дрожжи низового брожения не переходят в поверхностный слой пива - пену, а по окончании брожения быстро оседают и образуют плотный слой на дне бродильного аппарата.

4.3.2 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.

4.3.3 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 7 до 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.

4.3.4 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 ферментом β-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).

4.3.5 Ведение главного брожения