В основе виноделия и других производств пищевой промышленности (пивоварения, винокурения) лежит сложный биохимический процесс превращения глюкозы в этиловый спирт - алкогольное или спиртовое брожение.
Несмотря на то, что человечеству с давних времен было известно удивительное превращение виноградного сусла в вино, долгое время не удавалось познать сущность этого процесса. Наблюдавшему впервые в 1680 г. при помощи микроскопа осадок дрожжей в пиве и вине, его изобретателю А. Левенгуку не удалось установить причинной связи между дрожжами и алкогольным брожением.
Выяснить, кто является возбудителем этого процесса, смог лишь Луи Пастер в 1857 г., он экспериментально доказал, что сбраживание сахара осуществляется дрожжами и алкогольное брожение - биологический процесс, который им охарактеризован как «жизнь дрожжей в отсутствие кислорода».
Позднее, в 1897 г. Бухнер окончательно вскрыл ферментативный характер алкогольного брожения, показав, что и экстракты, полученные им механическим путем из живых пивных дрожжей, в состоянии разлагать глюкозу в этиловый спирт и углекислый газ.
А. Н. Лебедевым, С. П. Костычевым, Нейбергом и другими выяснена сущность ферментативных реакций спиртового брожения. Ими показано, что это - процесс многостадийный, состоящий из отдельных промежуточных биохимических реакций, которые протекают в дрожжевых клетках и в питательной среде, окружающей их. Катализаторами реакций являются ферменты, или энзимы.
В начале брожения происходит переход молекулы глюкозы в оксиформу, способную к дальнейшему превращению. Из глюкозы под действием фермента гексокиназы образуется глюкопиранозо-6-фосфат, который превращается в фруктофуранозо-6-фосфат, из которого затем образуется фруктофуранозо-1,6-дифосфат. Последние реакции катализируются изомеразой и фосфофруктокиназой.
Под действием фермента альдолаза фруктофуранозо-1,6-дифосфат распадается на 3-фосфоглицериновый альдегид и фосфодноксиацетон. Последний превращается в 3-фосфоглицериновый альдегид, который в результате ряда реакций окисляется в 2-фосфоглицериновую кислоту. Из нее образуется фосфоэнолпировиноградная кислота (под действием фермента энолазы), а затем энолпировиноградная кислота (фермент фос- фотрансфераза). Последняя может превращаться в более стабильную кетоформу - пировиноградную кислоту.
Под действием фермента карбоксилаза пировиноградная кислота декарбоксилируется в уксусный альдегид. Восстановлением уксусного альдегида в этиловый спирт под действием алкогольдегидрогеназы - фермента, осуществляющего перенос водорода с восстановленного НАД. Н2 на уксусный альдегид, завершается сложный процесс алкогольного брожения.
Если добавить в среду соль сернистой кислоты, например бисульфит натрия, то произойдет связывание уксусного альдегида этой солью и восстановление его в спирт станет невозможным. В этом случае брожение осуществляется по схеме Нейберга, характеризующейся повышенным накоплением глицерина.
Кроме этилового спирта и углекислого газа, при брожении образуются так называемые вторичные продукты брожения (из углеводов) и побочные продукты (из белков). Эти вещества, наряду с компонентами виноградного сусла, обусловливают вкус и букет вина.
Из вторичных продуктов брожения в создании вкусовых качеств вина участвуют: глицерин, янтарная, уксусная, лимонная и молочная кислоты, уксусный альдегид, 2,3-бутилен-гликоль, диацетил, ацетоин, ацетон, эфиры, высшие спирты и др. Концентрация этих веществ во многом зависит от расы дрожжей, осуществляющих брожение, и условий, в которых оно проходит.
Дрожжевые клетки - возбудители спиртового брожения - широко распространены в природе: на ягодах, листьях, побегах виноградного растения, а также в почве виноградников. Вместе с дикими дрожжами и бактериями они попадают в сусло. Для подавления их развития применяется сернистый ангидрид, который вводится в сусло при отстаивании. В осветленное сусло задается чистая культура дрожжей, адаптированных к сернистому ангидриду.
Применение чистой культуры дрожжей спиртоустойчивых, кислотовыносливых, сульфитостойких рас особенно необходимо в годы, когда виноград накапливает много сахара или он недозрел, а также если сусло содержит большое количество SO2. Когда температура брожения неблагоприятна для этого процесса (низкая или высокая), положительный эффект достигается при использовании термоустойчивых рас дрожжей.
В нормальных условиях брожения природные дрожжи, утвердившие свою жизнеспособность в результате естественной селекции, могут успешно заменить чистую культуру дрожжей.
В Молдавии для производства белых столовых вин рекомендована местная раса дрожжей - Кишиневская 341. Широко применяется также Ленинградская раса.
Температурные условия оказывают значительное влияние на ход брожения. Так, в бочках температура бродящего сусла значительно ниже, чем в крупных резервуарах, где температура сусла в результате брожения большого объема значительно повышается. Ведь одна грамм-молекула сахара (180 г) выделяет во время брожения 23,5 ккал тепла.
Сохранению высокой температуры бродящего сусла способствует слабое излучение тепла в крупных резервуарах, особенно железобетонных, обладающих низкой теплопроводностью. Это особенно заметно в годы, когда брожение сусла происходит в теплую осень.
Высокая температура брожения оказывает отрицательное влияние на химический состав вина. При температуре брожения выше 25°С содержание летучих кислот повышается. Наименьшее количество летучих кислот образуется при температуре брожения 15-25°С.
Следует также отметить, что при 20°С брожение проходит в оптимальные сроки - примерно в течение 2 недель. При температуре ниже 15°С оно чрезмерно затягивается, в то время как при 30°С проходит очень бурно. В последнем случае интенсивно выделяются пузырьки углекислого газа, увлекающие с собой в атмосферу ряд ценных ароматических веществ вина.
Высокая температура брожения (выше 25°С) способствует интенсивному размножению дрожжей, а следовательно, и усиленному потреблению ими азота сусла. В конце процесса брожения, когда дрожжевые клетки отмирают, происходит выделение в среду азотистых веществ. В результате этого увеличивается склонность вин к белковым помутнениям.
Температура брожения оказывает также влияние на содержание титруемой кислотности в вине. При низкой температуре брожения вина получаются менее кислотными. С повышением температуры брожения содержание альдегидов, придающих столовым винам неприятную горечь во вкусе, возрастает, и, наоборот, концентрация спирта уменьшается.
Для производства марочных белых столовых и шампанских виноматериалов рекомендуется температурный режим брожения в пределах 15-18°С. Осуществлять регулирование температурного режима брожения, если оно проходит в отдельных крупных резервуарах, довольно сложно. В случае сильного повышения температуры бродящего сусла применяют охлаждение его в трубчатом теплообменнике холодной водой.
Наиболее эффективен метод охлаждения бродящего сусла при помощи искусственного холода.
Благоприятные условия для надежной системы охлаждения создает непрерывное брожение сусла в потоке.
Бродильный аппарат непрерывного действия. Он предназначен для производства белых сухих виноматериалов в непрерывном потоке. Установка состоит из 6 вертикальных бродильных резервуаров емкостью по 2 тыс. дал и 5 переточных горизонтальных баков емкостью 190 дал каждый.
Бродильные резервуары соединены между собой трубопроводами: верхним - для перетока бродящего сусла и углекислого газа из резервуара в резервуар, нижним - для их заполнения суслом.
Переточные баки установлены сверху на двух соединительных патрубках бродильных резервуаров и используются как накопители сусла, выдавливаемого углекислым газом из бродильных резервуаров. Первый патрубок является продолжением трубы для подъема сусла, он подает сусло из нижней части бродильных резервуаров в переточные баки, а второй - продолжением трубы гидрозатвора, предназначенного для герметизации установки при нарастании в ней избыточного давления в процессе брожения.
На первом бродильном резервуаре установлено поплавковое реле, обеспечивающее автоматическую работу установки. В зависимости от уровня бродящего сусла в первом резервуаре реле включает или выключает питающий насос.
На втором и пятом переточных баках имеются два клапана выпуска углекислого газа, предназначенных для герметизации бродильного аппарата в момент перетока бродящего сусла из резервуаров в переточные баки и выпуска углекислого газа в момент слива его в последующие резервуары.
Под действием углекислого газа в установке обеспечивается отъемно-доливной способ брожения в потоке. Движение бродящей жидкости осуществляется циклично, в два периода.
В первый период (а) в результате накопления углекислого газа и образования избыточного давления происходит выдавливание бродящего сусла из всех бродильных резервуаров в переточные баки, а во второй период (б) - свободный слив из них в соседние бродильные резервуары и поступление свежего сусла в первый резервуар.
Взаимодействие поплавкового реле с насосом и клапаном выпуска углекислого газа осуществляется следующим образом. Когда бродящее сусло под действием избыточного давления вытесняется из бродильных резервуаров и уровень жидкости в них понижается, поплавок опускается до тех пор, пока диск не нажмет кнопку «Пуск», которая подает электрический ток к питающему насосу и к электромагнитному клапану, последний открывает клапан и СО2 выходит в атмосферу. Падение давления в бродильных резервуарах до атмосферного вызывает свободный слив бродящего сусла из переточных баков в последующие бродильные резервуары, а свежее сусло подкачивается в первый из них до тех пор, пока уровень его не достигнет верхнего предела и поплавковое реле через систему кнопок прекратит подачу электроэнергии к насосу и электромагниту. Таким образом установка герметизируется, прекращается подача свежего сусла и повторяется режим первого периода.
Среднесуточная производительность установки при сахаристости сусла 17 г/100 мл и остаточном сахаре в виноматериале 2,5 г/100 мл - 7000 дал.
Основное преимущество установки - значительное сокращение длительности брожения сусла. Это происходит потому, что свежее сусло, поступающее в бродящую массу с большим количеством жизнедеятельных дрожжевых клеток, сразу вступает в стадию активного брожения, минуя стадию разбраживания. Благодаря наличию надежной теплообменной системы обеспечивается проведение брожения в оптимальном температурном режиме. Кроме того, автоматическое питание установки свежим суслом обусловливает высокую производительность.
К недостаткам установки следует отнести некоторое обогащение сусла железом (в среднем на 5 мг/л).
В Молдавии установка БА-1 действует на многих винодельческих предприятиях (рис. 20).
Суточная производительность каждой секции - 3000 дал, общая производительность установки - 12 000 дал/сутки.
Раздел «Домашнее виноделие»
Вино из винограда (стр. 20-31)
22. Брожение сусла
После отстаивания сусло разливается для брожения в бочки, которые устанавливаются правильными рядами на брусьях (лежнях) в бродильне. В этом помещении должна поддерживаться благоприятная для брожения вина температура — не ниже 12°С. Очень важно также, чтобы оно проветривалось. Бочки недоливаются суслом на 1/6-1/8 емкости во избежание потери вина при подъеме жидкости.
Брожение виноградного вина имеет три периода:
1. Первое и главное — бурное брожение. Оно начинается через несколько часов после помещения сусла в бродильные чаны, продолжительность 3-4 недели.
2. Тихое брожение молодого вина продолжается несколько месяцев, до весны.
3. Послеброжение, подвальное брожение, продолжается до трех лет.
Брожение сусла, т. е. превращение содержащегося в нем сахара в спирт, происходит под влиянием микроскопически малых растительных микроорганизмов — дрожжей, разлагающих сахар на спирт и углекислый газ выделяющийся из жидкости и вызывающий бурление ее. Микроорганизмы эти поступают в сусло с поверхности ягод.
Исследования показали, что существуют несколько пород этих дрожжей, обладающих различным внешним видом и отличающихся между собой по силе и быстроте вызываемого ими брожения, а также по тому, до какого предела они способны довести разложение сахара. Есть виды, доводящие брожение только до 5% спирта, вследствие чего остается сахар, благодаря присутствию которого могут развиться разные болезни вина.
Другие виды придают вину неприятный вкус, третьи весьма трудно выделяются из вина, вследствие чего оно остается мутным. Из всех видов дрожжей оказалась только одна раса, обладающая желaтельными свойствами, способная довести брожение до довольно высокого процента спирта и дать, таким образом, более прочный продукт.
Обыкновенно, когда сусло винограда предоставлено само себе, микроорганизмы, попавшие в него с кожицы и из воздуха, найдя здесь удобную для своего развития среду и достаточно питательных веществ, начинают проявлять свою жизнедеятельность и размножаться, между ними очень скоро разгорается борьба за существование, каждый вид старается подавить все другие.
Тот вид, который осилит, продолжает развиваться и дает определенный характер и направление изменениям в сусле, подавляет остальные микроорганизмы. Если более сильной окажется полезная раса дрожжей, способная довести брожение до конца, получится прочное и здоровое вино, и наоборот, если возьмет перевес вид со слабой перебраживающей способностью или болезнетворный грибок, получится продукт больной, негодный.
Изложенное показывает, как важно вести брожение при содействии не случайной смеси различных микроорганизмов, а определенной расы их — вида, и поэтому надо способствовать только его развитию. Для этого вводят в подготовленное для брожения сусло некоторое количество чистых дрожжей, находящихся в полном: развитии, чтобы не дать времени развиться другим возбудителям брожения.
Чистые дрожжи известной породы высеваются в небольшое количество сусла (примерно в 0,01 часть ожидаемого сбора), приготовленного за несколько дней, до сбора винограда из отборных и обмытых ягод. Брожение этой порции стараются обставить наиболее благоприятными условиями (в отношении температуры и пр.), чтобы вызвать быстрое размножение чистых дрожжей. Когда брожение этой порции в полном разгаре, вливают закваску в свежеприготовленное сусло, в котором сейчас же начинается брожение и предупреждается развитие микроорганизмов другого рода.
Практика показала, что при сбраживании на чистых дрожжах этот процесс идет гораздо успешнее, скорее заканчивается, и разложение сахара полнее, вследствие чего и качество получаемого вина улучшается. Даже не обращаясь к применению чистой культуры дрожжей, можно с успехом улучшить выделку вина, если прибавить к суслу (затору) закваску из местных дрожжей в полном развитии в чистом виде. Нужно для этого приготовить заранее, при благоприятных условиях закваску из вполне зрелых, чистых гроздей и влить эту бродящую массу в сусло до начала в нем брожения.
Закваска готовится следующим образом. За 7-8 дней до начала сбора винограда, в сухую погоду, собирают самые спелые ягоды. Их отделяют от гребней вручную или на терке, раздавливают и отжимают сок руками через мешочек из редкой ткани (ягоды не моют).
Отжатый сок наливают в бутылку или баллончик на 3/4 объема. Посуду закрывают ватной пробкой и ставят в темное помещение, где температура около 20—24°С. Если температура сока была ниже 20°С, его предварительно подогревают в эмалированной посуде. На второй или третий день начинается брожение. Как закваску сок употребляют на шестой день во время бурного брожения.
Количество закваски приготовляют в зависимости от количества сусла, предназначенного к сбраживанию. Для приготовления столовых вин требуется 1-2% закваски, десертных — 2-3% от поставленного на брожение сусла. Хранить закваску более 8-10 дней нельзя. Оставшуюся закваску необходимо вылить, в дальнейшем ее может заменить осадок хорошо бродящего вина.
В районах средней полосы России закваску для получения виноградного вина готовят из ягод, которые поспевают на 10-12 дней раньше винограда, но лучше использовать осадок бродящего плодово-ягодного вина.
Для правильного хода брожения имеет значение известное постоянство температуры в бродильном помещении. Значительные повышение и понижение температуры сказываются весьма неблагоприятно на ходе брожения. Низкая температура его ослабляет, дрожжи оседают на дно, высокая температура вызывает очень бурное брожение, температура бродящей жидкости слишком повышается, и брожение может приостановиться. Лучшая температура для брожения — 12°С.
Наблюдение за бродящим суслом должно быть очень внимательно. При бурном брожении отверстие бочек прикрывается чистым виноградным листом, и, если происходит выбрасывание жидкости из бочки, потеки необходимо смывать с бочки и пола, если он асфальтовый или деревянный, а если земляной — снимать слоем земли. Вылившаяся пена очень легко закисает или со слоем загнивает и, если, попав в вино, даст неприятный привкус, развивает уксусное скисание.
Как только бурное брожение начнет ослабевать, надо доливать бочку таким же вином, чтобы не оставлять слишком большого пустого пространства. Чем слабее становится брожение, тем полнее доливают бочку. Пока вино бродит и выделяющийся углекислый газ покрывает поверхность вина, оно в безопасности, но с ослаблением брожения воздух получает доступ, и на поверхности молодого вина с особенной быстротой развивается винная плесень, а иногда и уксусное скисание. Вот почему необходимо возможно полнее доливать вино, чтобы, когда брожение приостановится, вино совершенно наполняло бочку.
Чтобы не дать доступа воздуху во время окончания брожения и одновременно дать выход углекислому газу, бочки закрывают так называемыми бродильными шпунтами. Таковы стеклянные шпунты бр. Костеровых, имеющие внутренний канал, выходное отверстие которого закрывается каучуковым кольцом, обхватывающим шпунт по круговому желобку, и гидравлические шпунты.
Молодое вино вследствие быстрого выделения насыщающего его углекислого газа обнаруживает сильную усушку, потому доливки его следует делать часто.
Когда вино осветлится и дрожжи осядут на дно бочки, производят снимание с дрожжевого осадка. Оставлять вино на этом осадке дольше 2-3 недель не следует, так как мертвые дрожжи начинают разлагаться и сообщают вину неприятный вкус.
При приготовлении вина из винограда, испорченного грибными болезнями, брожение обязательно должно вестись на чистых дрожжах; закваска, приготовленная из них, должна быть внесена в сусло, сильно закупоренное предварительно серой, в котором таким: образом убиты попавшие туда нежелательные ферменты.
На практике часто приготовляют белое вино из красных сортов винограда. Выделка его основана на том, что сок виноградных ягод у громадного числа красных сортов не окрашен, красящие же вещества заключены в кожуре. Ясно, что все операции по переработке винограда должны совершаться так, чтобы по возможности меньше разрывать кожицу и препятствовать соку извлекать красящие вещества из нее.
Обыкновенно отделение от гребней и раздавливание ягод не производят, начинают виноделие прямо прессованием целых гроздей. В корзину пресса накладывают их невысоким слоем и сильного давления не производят.
При отстаивании сусло подвергают сильному закуриванию серой, чтобы избавиться от слабой окраски в розовый цвет, которая, несмотря на указанные предосторожности, все-таки приобретается напитком. В остальном выделка этих вин почти не отличается от обыкновенного производства белых вин.
Спиртовое брожение Сахаров сусла под действием ферментов дрожжей - это основной процесс при производстве пива. При брожении происходит изменение химического состава сусла и превращение его в ароматный вкусный напиток - пиво.
В зависимости от вида применяемой чистой культуры дрожжей и температуры в сусле проходит верховое или низовое брожение. Верховое брожение сусла проводят при 12- 15°С, низовое при 5-ТС. Наиболее распространено низовое брожение. Различают две стадии брожения: главное брожение и дображиьание. При главном брожении, когда сбраживается основная масса Сахаров пивного сусла, получают молодое пиво, которое представляет собой мутную жидкость со своеобразными ароматом и вкусом. При дображивании молодого пива с пониженной температурой (О-2"С) происходит медленное сбраживание оставшегося в нем экстракта, осветление, созревание пива и насыщение его диоксидом углерода. Главное брожение проводят при атмосферном давлении в течение 7-10 суток, а дображивание - под избыточным давлением 0,04-0,07 МПа в течение 18-90 суток.
Помещение, где находятся бродильные аппараты, называют цехом брожения, а закрытые аппараты для дображивания располагаются в цехе дображивания.
Разделение процесса брожения пивного сусла на две стадии, характеризуемые разной температурой, обусловлено, главным образом, низким уровнем развития холодильной техники в этой области и затруднениями поддержания указанных температур.
В настоящее время применяется технология брожения и дображивания сусла в одном аппарате цилиндроконической формы. Совершенная система охлаждения к хорошая тепловая изоляция аппаратов дают возможность легко поддерживать заданную температуру во время всего процесса.
При брожении большое значение имеют первоначальный состав сусла (содержание в нем сбраживаемых Сахаров, несбраживаемых углеводов, азотистых веществ, фосфатов, неорганических солей и др.) и дрожжи.
Для брожения применяют специальные расы чистых культур пивных дрожжей, которые должны обладать высокой бродильной активностью (бродильная активность - способность дрожжей возбуждать спиртовое брожение), способностью к оседанию (при этом происходит осветление пива, вызываемое оседанием дрожжей на дно бродильного аппарата), приданию пиву характерного аромата и мягкого вкуса.
Пивные дрожжи
Строение дрожжевой клетки. Дрожжи - одноклеточные организмы, относящиеся к классу сумчатых грибов. Форма дрожжевых клеток бывает овальной, эллиптической, округлой.
Дрожжевая клетка (рис. 65) имеет клеточную стенку 1, под которой располагается цитоплазматическая мембрана. Цитоплазма-тическая мембрана обладает избирательной проницаемостью, оказывая влияние на обмен веществ между клеткой и окружающей средой. Например, молекулы аминокислот и глюкозы проникают через мембрану быстрее, чем ионы металлов, которые меньше по размеру. Внутри дрожжевой клетки содержится круглое или овальное ядро 2, окруженное двойной мембраной. Ядро необходимо для реализации процессов обмена веществ, обеспечивающих рост и размножение дрожжей.
Основой клетки является цитоплазма 3, представляющая собой вязкую жидкость, где осуществляется спиртовое брожение. Здесь же находятся структурные элементы клетки: вакуоль 4, митохондрии 5, рибосомы 6. Митохондрии - это очень мелкие частицы каплеобразной формы, в которых происходят процессы, связанные с окислительным обменом веществ. Рибосома представляет собой мембранную структуру, где происходит синтез белка. Вакуоли - полости, наполненные клеточным соком и отделенные от цитоплазмы мембраной. В них находится метахроматин - запасное питательное вещество.
Величина дрожжевых клеток зависит от их физиологического состояния, возраста, а также состава сусла. Большинство клеток пивоваренных дрожжей имеют длину 9-11 и ширину 5-7 мкм.
Химический состав дрожжей зависит от расы, физиологического состояния дрожжей и состава питательной среды. Прессованные дрожжи содержат около 30% сухих веществ и 70% воды. В сухих веществах дрожжей содержится 90-95% органических веществ и 5-10% неорганических веществ. Среди органических веществ имеются белки и азотсодержащие вещества - 54-56%, углеводы (24-40%), жиры (2-3% к массе сухих веществ). Основная часть углеводов дрожжей представлена гликогеном (запасное вещество), сходным по химическому строению с амилопектином крахмала. Среди неорганических веществ примерно половина солей фосфорной кислоты и 1/3 калия.
Рис. 65. Строение В золе дрожжей содержится (%): Р 2 0 5 -
дрожжевой клетки 47-53; К/) - 28-40; СаО - 0,4-11,3;
MgO - 3,0-7,4; SiO 2 ~ 0,28-0,73; SO 3 - 0,09-0,74; Cl - 0,10-0,65. Кроме того, в небольшом количестве имеются соединения S, Zn, Mn, Cu, Fe.
Фосфорные соединения имеют большое значение в обмене веществ дрожжевых клеток, так как входят в состав промежуточных продуктов спиртового брожения, а калий активно участвует в построении молекул белков и углеводов. Дрожжи богаты витаминами группы В, содержат эргостерин (провитамин D) и др. В дрожжах содержатся различные ферментные системы, участвующие в процессах гидролиза и синтеза, а также в процессах брожения и дыхания.
Стадии роста дрожжей. Ростом дрожжей называют увеличение числа их клеток, т. е. размножение. Дрожжевые клетки при нормальных условиях размножаются почкованием. Материнская клетка образует почку, которая вырастает в дочернюю клетку. При недостатке питательных веществ или при других неблагоприятных условиях внутри клетки появляются перегородки, и клетка распадается по этим перегородкам, образуя споры. В среде с хорошими условиями питания споры прорастают и образуют новые дрожжевые клетки. Пивное сусло содержит все необходимые вещества для размножения клеток, поэтому при сбраживании сусла дрожжи размножаются только почкованием, не образуя спор.
После введения дрожжей в сусло наблюдаются их количественные и качественные изменения. Количество дрожжей увеличивается в несколько раз, однако, их концентрация в диспергированном состоянии вначале увеличивается, достигая максимальной величины, а затем снижается.
Размножение дрожжей при сбраживании пивного сусла проходит в несколько этапов. На кривой роста (рис. 66) можно выделить 4 фазы.
Время Рис. 66. Стадии развития дрожжей |
В начальной фазе, называемой латентной или лаг-фазой (задержка роста), дрожжи приспосабливаются к новой среде и подготавливаются к размножению. Згу фазу условно можно разделить на две части: фазу действительного покоя, когда клетки приспосабливаются к среде, и фазу постепенного начала размножения. Продолжительность латентной фазы для пивных дрожжей 1-1,5 суток. В ней клетки увеличиваются в объеме и удлиняются, растет доля почкующихся клеток.
При следующей фазе, называемой логарифмической, скорость размножения дрожжей максимальная, все клетки активны и находятся в бродящей среде во взвешенном состоянии.
После логарифмической фазы наступает стационарная фаза, когда размножение дрожжей замедляется, при этом скорость размножения и скорость отмирания уравновешиваются, в результате чего число клеток остается без изменения.
Последняя фаза, называемая фазой затухания, характеризуется снижением активности клеток, что обусловлено уменьшением массы питательных веществ и увеличением количества продуктов обмена. Размножение прекращается, клетки отмирают и оседают на дно бродильного аппарата.
В живой дрожжевой клетке жизнедеятельность поддерживается различными биохимическими процессами, а при ее отмирании согласованность этих процессов нарушается и начинается автолиз, т. е, распад составных частей клетки под действием собственных ферментов. При этом структура клеток нарушается, активность одних ферментов повышается, других ослабевает. Например, гидролитические ферменты активизируются, а действие ферментов дыхания и брожения прекращается. При автолизе дрожжей происходит распад белковых веществ, углеводов, жиров, органических фосфорных соединений; образуются низкомолекулярные продукты распада, которые диффундируют через стенки клеток в пиво и изменяют его вкус. При незначительном автолизе появляется слабый дрожжевой привкус, а при сильном автолизе - горький посторонний вкус. Выделяемые при автолизе азотистые вещества могут быть причиной коллоидного помутнения пива.
Расы пивных дрожжей. 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 Sacch. carlsbergensis, затем Sacch. uvarum или к Sacch. cerevisiae. Но в настоящее время пивовары-практики продолжают считать низовые дрожжи относящимися к виду Sacch. 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 относится 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-
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 пида 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, а 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, аце-тальдегид, 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 входе брожения.
Бродильную активность дрожжей определяют по степени сбраживания сусла. Степень сбраживания { V) - это показатель, выраженный в процентах, характеризующий отношение массы сброженного экстракта (Е-е) к массе сухих веществ в начальном сусле (Е):
V = flOO(E-e)]/E, где е - содержание экстрактивных веществ в пиве, % к массе пива.
По степени сбраживания дрожжи делятся на сильно- или высокосбраживающие (степень сбраживания 90-100%), среднесбраживаю-щие (80-90%), слабо- или низкосбраживающие (менее 80%).
К сильносбраживающим относятся дрожжи рас: 11, f-чешская, 34, 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, сброженное дрожжами рас 8аМ, 11, f-чешская, более устойчиво к холодному помутнению.
К среднесбраживающим относятся дрожжи рас 776,41,44, S-львов-ская, 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 чистым, 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 рафи-нозу 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.
Для сортов пива с повышенной массовой долей сухих веществ в начальном сусле следует использовать расы 8аМ, 11,41 и S-Львове -кая для сортов с концентрацией СВ в сусле 18% и дрожжи расы 11 для 22%-ного.
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 кислородзависимы-ми 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 редут брожение сусла отдельно на разных расах, а затем смешивают молодое пиво.
Разведение дрожжей чистой культуры. Под разведением понимают увеличение массы дрожжей в количестве от массы в одной пробирке до массы маточных дрожжей, необходимой для внесения в бродильный аппарат.
Весь процесс разведения состоит из двух стадий: лабораторной (разведение дрожжей в микробиологической лаборатории) и цеховой (разведение в отделении чистой культуры).
Лабораторная стадия состоит из нескольких последовательных пересевов. Вначале чистую культуру из пробирки пересевают на стерильное охмеленное сусло с массовой долей СВ 11-13% через каждые 34-36 ч, затем проводят пересев дрожжей со стерильным сброженным суслом на новое стерильное сусло, объем которого от пересева к пересеву увеличивается в несколько раз: 20 см э -»100 см 3 -» -»500 см 3 -»2,5 дм 3 . На первой стадии температура 20-23°С, затем 8- 10°С. Лабораторная стадия заканчивается сбраживанием 6-10 дм 3 сусла в медной колбе Карлсберга в течение 5-6 суток при 7-8°С,
Цеховая стадия - это разведение дрожжей на стерильном охмеленном пивном сусле в специальных аппаратах.
На рис. 67 приведена установка для разведения чистой культуры дрожжей в цехе.
Установка состоит из стерилизатора 4, двух бродильных цилиндров 3, число которых изменяется в зависимости от количества используемых дрожжей, резервуара для предварительного брожения 1 и сосуда 2 для посевных дрожжей.
Стерилизатор и резервуар предварительного брожения оборудованы змеевиками для нагревания и охлаждения сусла, воздушными фильтрами и контрольно-измерительными приборами.
Бродильные цилиндры имеют сосуды для посевных дрожжей вместимостью 10дм 3 .
Стерилизатор 4 предназначен для кипячения сусла (стерилизации) и последующего его охлаждения, бродильный цилиндр 3 - для
Рис. 67. Установка для разведения чистой культуры дрожжей
первой стации размножения дрожжей, резервуар предварительного брожения 1 - для стерилизации и охлаждения сусла, а также проведения второй стадии размножения чистой культуры. Температура воздуха в отделении чистой культуры поддерживается 8-9"С.
Разведение чистой культуры происходит следующим образом. В стерилизатор 4 из сусловарочного аппарата набирают горячее охмеленное сусло, кипятят его в течение 1 ч и охлаждают до 8°С. Затем с помощью сжатого стерильного воздуха охлажденное сусло подают в бродильный цилиндр 3, куда через специальный кран из медной колбы Карлсберга вводят чистую культуру и сбраживают сусло в течение 3 сут. При этом дрожжи размножаются, масса их увеличивается. К концу третьих суток резервуар предварительного брожения 1 заполняют суслом, которое тоже нагревают до кипения, а затем охлаждают. Часть чистой культуры из бродильного цилиндра 3 отбирают на хранение в сосуд 2 для посевных дрожжей, где оно хранится до следующей разводки, а основную часть перекачивают в резервуар 1, где осуществляют предварительное брожение при 8°С в течение 3 суток.
В следующих циклах разведения дрожжи для посева в стерильное сусло, находящееся в бродильном цилиндре 3, берут из сосуда 2. Процесс разведения чистой культуры в установке повторяют многократно до обнаружения в дрожжах посторонней микрофлоры.
Сбраживаемую массу из резервуара 1 перекачивают в специальный аппарат для предварительного брожения, в котором процесс накопления биомассы дрожжей осуществляют с доливом. Для этого после активного разбраживания, когда дрожжи находятся во взвешенном состоянии, к бродящему суслу добавляют свежее сусло, увеличивая общий объем вдвое.
При отсутствии на предприятии аппарата для разведения чистой культуры используют оборудование бродильного цеха.
Дрожжерастильные аппараты перед началом работы стерилизуют паром в течение 30 мин под давлением 0,15-0,17 МПа. Воздух, поступающий в стерилизатор и цилиндры для брожения, должен проходить через воздушные стерильные фильтры.
Главное брожение
Условия главного брожения. В бродильном цехе высота потолков 4,8 или 6 м; полы, потолки, стены для снижения потерь холода покрыты теплоизоляционным материалом. Если бродильные аппараты устанавливают в несколько ярусов, то высота помещения увеличивается. Температура воздуха в цехе должна быть около 6"С, влажность - не более 75%, количество диоксида углерода - не более 0,1 %.
Охлаждение воздуха в бродильном цехе осуществляют с помощью воздухоохладителей, установленных в цехе или в отдельном помещении. Воздухоохладитель представляет собой батарею, в которой циркулирует холодный рассол. Воздух из цеха брожения отбирается вентилятором, подается на воздухоохладители и охлажденным снова возвращается в цех. Этот способ обеспечивает постоянную температуру в цехе и хорошую вентиляцию.
По другому способу воздух охлаждают посредством ребристых или глажотрубных холодильников, подвешенных в цехе к потолку. Б этом случае в помещении устраивается приточно-вытяжная вентиляция, необходимая для удаления влаги и выделяемого при брожении диоксида углерода.
Главное брожение проводят в открытых и закрытых бродильных аппаратах. Бродильные аппараты изготовляют прямоугольной или цилиндрической формы.
При применении прямоугольных аппаратов площадь цеха используется наиболее полно. В боковой стенке прямоугольного аппарата на высоте 10-15 см от дна имеется патрубок для слива молодого пива, а в днище - патрубок для удаления осевших дрожжей, внутри установлен охлаждающий змеевик для отвода теплоты, выделяющейся при брожении.
В производстве наиболее широко распространены горизонтальные цилиндрические аппараты главного брожения (танки) (рис. 68).
Такой аппарат представляет собой герметичный цилиндрический резервуар вместимостью до 50 м 3 , снабженный охлаждающим
Рис. 68. Горизонтальный бродильный аппарат
змеевиком. На нем имеется штуцер для присоединения пивных шлангов, кран 1 для наполнения и спуска пива, люк 2 для осмотра и мойки внутренней поверхности, кран 3 для отбора проб, штуцеры 4 и 6 для установки шпунт-аппарата и штуцер 7 для установки манометра, а также предохранительный клапан 5. Для обеспечения достаточного осветления молодого и готового пива аппараты для главного брожения изготовляют диаметром не более 2,4 м, а для дображивания - 3,6 м.
Вместимость одного аппарата подбирают с учетом объема сусла, получаемого от одного, двух и более заторов. Число аппаратов в цехе определяют в зависимости от числа варок затора в сутки и продолжительности процессов главного брожения.
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:
СН„О = 2С 3 Н,ОН + 2ССХ + 234,5 кДжДг/ммоль).
180,1 92,1 88
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 fJ-фруктофурано-зидазой дрожжей до глюкозы и фруктозы. После фруктозы и глюкозы дрожжи расходуют мальтозу, которая также под действием фермента сс-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 ю Сахаров: биомасса дрожжей, глицерин, уксусный альдегид, уксусная, янтарная, лимонная и 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 эфи-ры, альдегиды, серосодержащие соединения.
В результате сбраживания Сахаров, преимущественно в аэробных условиях, пивное сусло превращается в молодое пиво. Все образовавшиеся в нем продукты спиртового брожения участвуют в формировании специфического вкуса и аромата пива (букет пива). При дображивании, когда температура молодого пива снижается, 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 (гН г) rH^-lgfH^l, где Н 2 - молекула водорода, образовавшегося при диссоциации воды.
Быстрое снижение гН 2 объясняется тем, что при брожении в сусле происходит уменьшение концентрации продуктов окисления и накопление продуктов восстановления. В охлажденном сусле гН 2 больше
20, а в период интенсивного брожения, когда дрожжи потребляют весь растворенный кислород, на обменные процессы внутри клетки, значение гН 2 снижается до минимума, достигая 10. Кроме того, выделяющийся при брожении диоксид углерода вытесняет из сусла кислород, что также снижает интенсивность окисления.
В закрытых бродильных аппаратах гН 3 пива ниже, чем в открытых, где кислород, хотя и слабо, но проникает через тонкий слой пены. Чем ниже величина гН 2 в процессе брожения, тем выше качество получаемого пива. При высоких значениях гН 2 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 сбраживания 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).
В процессе брожения уменьшается содержание изогумулонов из-за их адсорбции дрожжами, а также вследствие того, что они частично выводятся пузырьками диоксида углерода в пену.
При брожении примерно на 1/3 уменьшается содержание полифенольных веществ.
Ведение главного брожения. Это операции, связанные с регулированием условий процесса (температура, продолжительность броже-
ния, степень сбраживания, введение чистой культуры дрожжей). Основное влияние на брожение оказывают применяемые расы дрожжей, температура сбраживаемого сусла и бактериальная чистота.
Для брожения тгавното сусла принят метод низового брожения, связанный с применением рас дрожжей низового брожения. Эти дрожжи хорошо сбраживают практически все сахара, кроме лактозы и декстринов и частично мальтотриозы. Температура сусла, при которой вводят семенные дрожжи, называется установочной (начальной) температурой брожения и колеблется от 5 до 7°С.
Ведение главного брожения включает три основные технологические операции: наполнение бродильного аппарата охлажденным суслом, введение в сусло дрожжей и сбраживание его до получения молодого пива. Дополнительными операциями являются снятие деки (тонкий слой опавшей коричневой пены), перекачивание молодого пива на дображивание, отбор и подготовка семенных дрожжей, мойка, дезинфекция и подготовка аппарата для следующего цикла.
Наполнение бродильного аппарата суслом и введение в сусло дрожжей. Перед внесением в бродильный аппарат семенные дрожжи смешивают в отдельном сосуде с холодным пивным суслом из расчета 2-6 дм 3 сусла на 1 дм 3 дрожжей, перемешивают стерильным сжатым воздухом или мешалкой и оставляют на 1-3 ч для разбраживания при температуре около 6°С.
Перед заполнением аппарата суслом на входной патрубок аппарата надевают полый стакан для предотвращения попадания дрожжей позже в аппараты дображивания. Холодное сусло (температура 5-7°С) принимают в подготовленный бродильный аппарат в таком количестве, чтобы оно покрыло его дно. После этого вводят бродящие дрожжи, перемешивают и заполняют аппарат суслом до полной вместимости.
При наличии в бродильном цехе аппарата для предварительного брожения дрожжи подготовляют в нем в течение 18-24 ч на всю вместимость бродильного аппарата и вводят их во время спуска сусла первой варки из расчета 0,4-0,5 дм 3 (дрожжи расы Ф-2 в количестве 0,8-1 дм 3) на 10 дал всего сусла, затем доливают суслом следующих варок. При отсутствии аппарата предварительного брожения количество вносимых дрожжей увеличивают до 0,5-0,6 дм 3 на 10 дал сусла. Заполнение бродильного аппарата считают законченным, когда в нем останется незаполненным около 10% его вместимости.
Сбраживание сусла. Главное брожение протекает в несколько стадий, которые различаются по внешнему виду поверхности сбраживаемого сусла, а также по изменению экстрактивности и степени осветления молодого пива.
В первой стадии брожения, называемой забелом, на поверхности бродящего сусла по периферии появляется полоса нежно-белой пены. Эта стадия продолжается 1-1,5 суток и характеризуется интенсив-
ным почкованием и размножением дрожжей. При этом экстрактив-ность сусла снижается от 0,2 до 0,5% в сутки; рН - на 0,15-0,2, температура поднимается на 0,2-0,3°С в сутки.
Вторая стадия брожения - период низких завитков характеризуется более интенсивным выделением диоксида углерода, образованием густой, компактной, поднимающейся пены, которая по внешнему виду представляет собой завитки красивой формы. Пена, вначале белая, постепенно темнеет из-за окисления хмелевых смол и частичного обезвоживания. Экстрактивность сусла в этой стадии снижается на 0,5-1% в сутки; рН в конце стадии становится 4,9-4,7 (при начальном 5,6); температура растет на 0,5-0,8°С в сутки. Продолжительность стадии 2-3 сут.
Третья стадия брожения - стадия высоких завитков характеризуется наибольшей интенсивностью брожения, максимальной температурой процесса. Убыль экстракта достигает 1-1,5% в сутки. Пена становится рыхлой, объемной, завитки достигают наибольшей величины, верхние участки завитков имеют коричневый цвет, нижние - белый, рН снижается до 4,6-4,4. Размножение дрожжей приостанавливается в связи с недостатком кислорода и уменьшением питательных веществ. Стадия длится 3-4 сут. В начале этой стадии сусло необходимо охлаждать.
В четвертой стадии, называемой стадией опадания завитков или формирования деки, пена опадает, исчезают завитки, в результате чего поверхность сусла покрывается тонким слоем деки. Опадание завитков продолжается 2 суток. Зкстрактивность сбраживаемого сусла понижается на 0,5-0,2% в сутки. Прекращается размножение дрожжей и брожение.
Каждой стадии брожения соответствуют изменения химического состава сусла и определенная концентрация дрожжевых клеток. Например, при сбраживании сусла для пива с концентрацией начального сусла 11% (Жигулевского) содержание дрожжевых клеток во взвешенном состоянии будет следующим
Стадия брожения Содержание дрожжевых клеток, млн/см 3
Исходное сусло 20-25
Забел 60-50
Низкие завитки 60-50
Высокие завитки 30-25
Формирование деки 16-5
Осветление 3,5-1,5
Для сусла с более высокой массовой долей сухих веществ число дрожжевых клеток в исходном сусле увеличивают до 30-40 млн./см 3 . По мере сбраживания и снижения рН сусла дрожжевые клетки покрываются слизистой пленкой из веществ, обладающих клеящими свойствами. Слипаясь между собой, они оседают на дно аппарата.
В хлопьеобразовании и оседании дрожжевых клеток важную роль играет их электрический потенциал. Во время размножения дрожжевые
клетки заряжены отрицательно, а к концу брожения, когда рН сусла снижается до 4,4-4,2, клетки приобретают положительный заряд. Белковые частицы в сусле заряжены отрицательно, поэтому в конце главного брожения они соединяются с дрожжевыми клетками, образуя агрегаты (крупные хлопья), что влечет за собой интенсивное выпадение осадка. После оседания дрожжей брожение прекращается, и пиво становится более прозрачным. На этом процесс главного брожения считают законченным. Полученный продукт называют молодым пивом.
При спиртовом брожении 1 кг сброженного сахара выделяет 560,8 кДж теплоты, что приводит к повышению температуры сусла. Для поддержания в сусле определенного температурного режима через змеевики, установленные внутри бродильных аппаратов, пропускают охлажденную воду температурой 0,5-ГС. Вместо змеевиков иногда используют также холодильные пояса, приваренные снаружи к боковым стенкам бродильного аппарата. Такая система охлаждения более удобна и экономична.
Наибольшая температура сусла достигается примерно на 3-й день брожения, и ее поддерживают на этом уровне 1-2 дня по возможности без колебаний. Затем молодое пиво постепенно охлаждают со скоростью 1 °С в сут, так как дрожжи весьма чувствительны к резкому понижению температуры.
Известно, что растворимость СО 2 увеличивается с понижением температуры, поэтому, чтобы сохранить в молодом пиве максимально возможную концентрацию растворенного газа, температуру перед передачей пива на дображивание снижают до 5-4°С. Содержание диоксида углерода в молодом пиве обычно составляет охоло 0,2%.
При главном брожении большая часть экстрактивных веществ превращается в продукты брожения. Ход этого процесса контролируют по степени сбраживания. Различают видимую и действительную степени сбраживания. Если содержание экстракта определяют в пиве в присутствии спирта и СО 3 , то это видимый экстракт. Используя его значение, вычисляют видимую степень сбраживания. Действительную степень сбраживания находят по величине истинного содержания экстракта, которое определяют после удаления спирта и диоксида углерода пикнометрическим методом (по относительной плотности сусла или пива). Значение действительной степени сбраживания ниже, чем видимой и примерно равно У л = 0,81 У вид.
В целях регулирования процесса брожения по стадиям введено понятие «конечная степень сбраживания» (КСС), т.е. максимально возможная степень сбраживания. В процессе брожения конечная степень сбраживания не достигается, ее определяют в лаборатории завода. У светлых сортов пива видимая конечная степень сбраживания составляет 77-82%.
Молодое пиво, перекачиваемое в цех дображивания, должно содержать около 1% сбраживаемого экстракта, чтобы при дображива-нии получить необходимое насыщение пива диоксидом углерода.
В готовом пиве нельзя оставлять много сбраживаемого экстракта. Чем меньше разница между степенью сбраживания готового пива и конечной степенью сбраживания, тем больше его биологическая стойкость. Если между этими величинами имеется значительная разница, то микроорганизмы готового пива будут размножаться на сбраживаемых веществах готового пива и образовывать муть, снижая его биологическую стойкость и вкусовые качества.
Процесс главного брожения длится около 7 суток с момента введения дрожжей для сортов пива с начальным содержанием экстракта в сусле II-13% и 8-10 сутдля сортов с большим содержанием экстракта. При сбраживании сусла с высоким содержанием экстракта повышается начальная и максимальная температура брожения, тогда увеличивают количество семенных дрожжей до 1 дм 3 на 10 дал сусла, используя дрожжи, начиная с третьей генерации. Например, сусло для пива концентрацией начального сусла 11 % (Жигулевское) сбраживают 7 суток, а для пива плотностью 20% (Ленинградское) - 11 суток.
Примерный температурный режим по суткам брожения следующий; для пива концентрацией начального сусла 11 %: первые сут 5°С; вторые 5,5; третьи 6,3; четвертые-пятые 7,5; шестые 6,5; седьмые сутки 4,5°С; для пива концентрацией 20%: первые сутки 7°С; вторые 8,5; третьи-восьмые 9; девятые 8,5; десятые 7; одиннадцатые сутки 5,5°С.
О ходе главного брожения в производстве судят по изменению (убыли) содержания экстрактивных веществ в сбраживаемом сусле. Количество их определяют один раз в сутки сахаромером.
На рис. 69 показано изменение видимого экстракта и приведены примерные температурные режимы главного брожения сусла: 11%-ного для Жигулевского, 13%-ного для Московского и 20%-ного для Ленинградского пива. Если начальная температура для Жигулевского
суг |
Рис. 69. Изменение показателей в процессе
главного брожения -
температуры (кривые 1,2,3}
И видимого экстракта
(кривые 4,5,6) пива:
Ного
(Жигулевского);
Кого
(Московского);
Ного
(Ленинградского)
и Московского одинаковая (5°С), то в период интенсивного брожения температура сусла для Московского пива (кривая 2) выше и длительность процесса на 1 сут больше, чем для Жигулевского пива.
В высококонцентрированном сусле для Ленинградского пива главное брожение начинается при температуре 7°С, достигает максимума при 9°С, бродящее сусло выдерживают при этой температуре б сут, затем температуру снижают до 5,5°С. Продолжительность главного брожения этого пива 11 сутки (кривая 3).
В табл. 23 приведено содержание экстракта и спирта по суткам брожения в сусле для пива с концентрацией сусла 11% (Жигулевского).
Таблица 23
Время брожения, сут | Видимый экстракт по сахаро-меру, % | Действительный экстракт, * | Спирт, % | Степень сбраживания, % | рН | |
видимая | действительная | |||||
До брожения | 11,2 | - | - | - | - | 5,4 |
Первые | 11,07 | 0,11 | 2,2 | 0,7 | 5,2 | |
Вторые | 10,1 | 10,45 | 0,47 | 10,2 | 7,1 | |
Третьи | 8,8 | 9,41 | 0,99 | 21,8 | 16,4 | 4,75 |
Четвертые | 7,1 | 7,85 | 1,67 | 34,9 | 30,2 | 4,62 |
Пятые | 5,6 | 6,65 | 2,27 | 50,2 | 40,9 | 4,63 |
Шестые | 4,9 | 6,08 | 2,56 | 58,4 | 45,9 | 4,48 |
Седьмые | 4,6 | 5,83 | 2,68 | 59,1 | 48,2 | 4,45 |
Восьмые | 4,5 | 5,75 | 2,72 | 48,9 | 4,45 |
При производстве различных сортов пива главное брожение заканчивают при определенном для каждого наименования видимом содержании экстракта в сбраживаемом сусле (по сахаромеру). Например, для Жигулевского пива 4,5-4, что соответствует видимой степени сбраживания 59,1~63,б%; для Рижского пива соответственно 4,2-3,9 и 65-67,5%; для Московского пива 4,9-4,7 и 63,8-66,9%; для Российского пива 3,3-3,7 и 63-67%, для Юбилейного пива 5,5 и 67,6%. Видимая степень сбраживания для светлых сортов пива 59- 68%, для темных сортов - не выше 60%.
Перед передачей молодого пива на дображивание с поверхности пива, бродившего в открытых аппаратах, снимают деку, а в закрытых аппаратах деку не снимают, так как из-за почти полного отсутствия процессов окисления пены образуется значительно меньше, чем в открытых аппаратах, и она не темнеет.
По окончании главного брожения молодое пиво температурой не более 5°С перекачивают в закрытые бродильные аппараты на дображивание и созревание, а осевшие дрожжи отбирают в приемный сборник для промывания и подготовки к использованию в следующем цикле главного брожения.
Отбор и подготовка семенных дрожжей. Прирост массы дрожжей при брожении зависит от их количества, внесенного в сусло в начале брожения, от концентрации экстракта, температуры сбраживания, содержания растворенного кислорода. С увеличением количества вносимых дрожжей повышается скорость брожения, но снижается рост накопления их биомассы, которая в процессе брожения возрастает в 3-4 раза.
После перекачивания молодого пива на дображивание на дне аппарата остается плотный осадок (осадочные дрожжи), который можно разделить на три слоя. Верхний слой коричневого цвета, состоит из легких дрожжевых клеток, осевших в конце брожения. Он содержит много мертвых клеток, посторонних микроорганизмов, а также осадок белковых веществ, хмелевых смол и др. Средний, более светлый слой, состоит из дрожжей, обладающих высокой бродильной активностью. Нижний слой темного цвета, в нем содержатся отмершие дрожжевые клетки и отстой.
Примерно половина осадочных дрожжей используется в последующих циклах брожения в качестве семенных, а остальные дрожжи являются избыточными (товарными). В семенных дрожжах должно быть не более 5% мертвых клеток.
Дрожжи чистой культуры, осевшие на дно бродильного аппарата после первого цикла главного брожения, называют семенными дрожжами первой генерации. Дрожжи, полученные после второго цикла главного брожения, - семенными дрожжами второй генерации и т. д.
Семенные дрожжи собирают в приемный сборник, затем пропускают через вибрационное сито для механического процеживания и отделения крупных хлопьев белковых веществ и хмелевых смол. Очищенные дрожжи направляют в сборник - монжю, для отстаивания в течение 4-5 ч, затем их непрерывно промывают водой температурой 1-2°С, перемешивая диоксидом углерода. После этого семенные дрожжи готовы к повторному использованию. Монжю представляет собой горизонтальную или вертикальную емкость, снабженную охлаждающей" рубашкой и устройствами для подвода воды и СО 2 .
Если семенные дрожжи хранят в дрожжевых ванночках, то после процеживания через вибрационное сито их заливают двух- или трехкратным количеством охлажденной до 1-ТС воды и оставляют для отстаивания. Отстоявшуюся промывную воду, содержащую взвесь белков и хмелевых смол, сливают. Осадок дрожжей вновь заливают водой, размешивают и отстаивают. Эту операцию повторяют 2-3 раза в сутки. Жидкие семенные дрожжи хранят не более 2 сут под слоем воды или пива, охлажденных до 1-2°С. Более длительное хранение приводит к снижению бродильной активности дрожжей.
Существует технология, по которой введение семенных дрожжей осуществляют (после проверки их микробиологической чистоты) в сусло без промывания водой.
Семенные дрожжи после отделения примесей, промывания водой и отстаивания представляют собой густую тестообразную массу, содержащую до 12,5% сухих веществ. В 1 см 3 семенных дрожжей содержится около 400 млн дрожжевых клеток.
Годными для производства пива считают те дрожжи, в массе которых под микроскопом в 50 полях зрения имеется не более двух посторонних микроорганизмов, а число клеток, окрашивающихся метиленовой синью (мертвые клетки), не превышает 10%.
При наличии большего количества посторонних микроорганизмов семенные дрожжи обработывают серной, фосфорной кислотой или персульфатом аммония. При обработке серной кислотой дрожжи разводят в три раза водой и добавляют 10%-ную серную кислоту до концентрации 0,2%. При этом хлопьевидные низовые дрожжи переходят в пылевидное состояние. Для отделения примесей дрожжи пропускают через мелкое сито. Подкисленные и процеженные дрожжи оставляют в покое на 30-60 мин. При этом в верхний слой мутной жидкости переходят нежизнеспособные клетки дрожжей, их удаляют декантацией, а осадок заливают водой 2-3 раза. Каждый раз после перемешивания и отстаивания, надосадочную жидкость сливают. При введении этих дрожжей в сусло норму задачи увеличивают до 0,7-1 дм 3 на 10 дал.
Температура воздуха в дрожжевом отделении должна быть 2-4"С. Стены отделения облицовывают плиткой, а потолок покрывают водостойкой краской.
При соблюдении микробиологической чистоты и применении хорошо сбраживаемого сусла одни и те же семенные дрожжи можно использовать в производстве Ш-12 раз, надо только увеличить их дозу в сусло до 0,7-1 дм 3 на 10 дал.
Приемный сборник и дрожжевые ванночки перед наполнением моют и дезинфицируют 0,2%-ным раствором хлорной извести или другими дезинфицирующими средствами, после чего тщательно ополаскивают чистой водой.
Возможные нарушения процесса главного брожения. Иногда в ходе главного брожения наблюдаются такие явления, как пузырчатое брожение, кипящее брожение и затухание брожения.
Пузырчатое брожение возникает в основном в конце главного брожения и обусловлено бурным выделением диоксида углерода и наличием в деке слизистых веществ. Происходит оно вследствие введения большой концентрации дрожжей, повышенной температуры брожения или повышенного содержания белково-дубильных соединений в сусле.
Кипящее брожение проявляется в интенсивном «кипении» бродящего сусла, которое наблюдается в стадии высоких завитков, последние при этом исчезают. Обусловлено оно наличием большого количества белкового отстоя в бродящем сусле или использованием солода короткого ращения. На качество пива кипящее брожение не влияет.
Больше других на качество пива влияет затухание брожения, которое характеризуется слабыми завитками и недостаточным сбраживанием эхстракта. Причинами замедленного брожения являются резкое охлаждение сусла в стадии высоких завитков, преждевременное хлопьеобразование, слабая бродильная активность семенных дрожжей или развитие в них посторонних микроорганизмов. В этом случае для повышения интенсивности брожения сусло перекачивают из одного бродильного аппарата в другой, продувают через него воздух и повышают температуру брожения на 1-2"С.
При слабой бродильной активности семенных дрожжей увеличивают длительность стадий забела и низких завитков. При сильной бактериальной инфекции заменяют семенные дрожжи и тщательно дезинфицируют помещение бродильного цеха и продуктовые коммуникации.
Похожая информация.
При главном брожении сусла протекают биологические, биохимические и физико-химические процессы, которые обусловливают формирование состава молодого пива.
Биологические процессы. К ним относится процесс размножения дрожжей. Способность дрожжей к размножению, т. е. к увеличению числа их клеток, зависит от состава питательных веществ в сусле, температуры, рН среды, доступа кислорода и др.
Размножение дрожжей при сбраживании пивного сусла проходит четыре основные фазы:
Латентную, когда клетки приспосабливаются к среде и видимые признаки размножения дрожжей отсутствуют;
Логарифмическую, характеризующуюся интенсивным размножением при некотором отставании прироста биомассы дрожжей;
Стационарную, в которой размножение дрожжей замедляется и количество клеток остается без изменений;
Затухания, характеризующуюся снижением активности размножения клеток, что обусловлено уменьшением массы питательных веществ и увеличением количества продуктов обмена.
Размножение дрожжей прекращается, мертвые клетки оседают на дно бродильного аппарата. Количество дрожжевых клеток в конце брожения увеличивается в 2.. .5 раз.
Биохимические процессы. К ним относится спиртовое брожение, представляющее собой цепь ферментативных процессов, конечным результатом которых является распад глюкозы с образованием этилового спирта и диоксида углерода, высвобождение энергии и теплоты. Вместе с тем эта энергия необходима дрожжевой клетке для образования новых тканевых веществ, используемых для жизнедеятельности, в том числе для роста и размножения.
Спиртовое брожение - каталитический процесс, происходящий под действием биологических катализаторов - ферментов. Этот сложный непрерывный процесс распада сахара катализируется разными ферментами с образованием 12 промежуточных продуктов. Углеводы сбраживаются в определенной последовательности, обусловленной скоростью их проникновения в дрожжевую клетку. Вначале сбраживаются глюкоза и фруктоза. Сахароза предварительно гидролизуется ферментом β-фруктофуранозидазой дрожжей до глюкозы и фруктозы, которые расходуются дрожжами еще в начале брожения. Когда в сусле почти не остается фруктозы и глюкозы, дрожжи начинают потреблять мальтозу. В среднем в 100 мл 12%-ного сусла содержится около 7,8 г сбраживаемых сахаров. Из них приходится, например, 14% на глюкозу и фруктозу, 4% на сахарозу, 64% на мальтозу и 18% на мальтотриозу (триозы). Из этих видов сахаров сначала сбраживаются моносахариды и ди-сахариды. Триозы сбраживаются большей частью во время дображивания, и от интенсивности протекания этого процесса зависит степень сбраживания готового пива.
При ферментативном распаде углеводов в качестве побочных продуктов брожения в небольших количествах образуются высшие спирты, сложные эфиры, альдегиды и их производные, органические кислоты, а также соединения, содержащие серу. Эти вещества имеют значение для аромата и вкуса пива.
Высокая температура брожения, интенсивная аэрация и перемешивание сусла обусловливают высокую концентрацию спиртов, а брожение под давлением снижает их образование. При низком содержании а-аминокислот в сусле увеличивается концентрация высших спиртов. Те же закономерности действуют при образовании сложных эфиров.
Увеличение содержания четырехуглеродных соединений - ацетоина, диацетила, 2,3-бутиленгликоля - находится в прямой зависимости от повышения температуры брожения, нормы введения дрожжей и количества кислорода.
В процессе главного брожения образуются органические кислоты - уксусная, молочная, янтарная, муравьиная, пировиноградная, лимонная, яблочная и др.
К летучим относят уксусную и муравьиную кислоты, образующиеся в результате расщепления глюкозы. Образование уксусной кислоты усиливается при увеличении нормы введения дрожжей, повышении температуры и интенсивной аэрации. В пиве может содержаться 20… 150 мг/л уксусной кислоты, 20…40 мг/л муравьиной.
Нелетучие кислоты - пировиноградная, янтарная, лимонная, молочная - образуются как продукт обмена дрожжей при брожении, а также при дезаминироваиии аминокислот. В пиве может находиться пировиноградной кислоты 40…75 мг/л, янтарной в среднем 60…100, молочной 20…120 и лимонной 110…120 мг/л.
В течение трех-четырех дней главного брожения образуются как продукты обмена дрожжей карбоновые (жирные) кислоты: капроновая, каприловая, каприновая и лауриновая.
При ускоренном брожении содержание этих кислот понижается, а в случае автолиза дрожжей возрастает. Эти кислоты могут отрицательно влиять на вкус и пеностойкость готового пива.
В процессе брожения образуется 1300.. .2000 мг/л глицерина. При высокой температуре брожения и массовой доле сухих веществ в сусле, а также повышенной норме введения дрожжей накапливается наибольшее количество глицерина.
Содержание азотистых веществ при брожении уменьшается примерно на 30%. В молодом пиве, приготовленном только из солода, содержится около 650 мг/л азотистых веществ. Из них почти 25…45% - аминокислоты и пептиды, которые ассимилируются дрожжами. Количество ассимилируемого дрожжами низкомолекулярного азота зависит от штамма дрожжей, способа брожения, аэрации сусла и т. п. Ассимиляция азота, уменьшение его общего содержания являются условием для размножения дрожжей при брожении и образования веществ, создающих аромат пива. В процессе брожения происходит выделение дрожжами до 33% ассимилированного азота, который придает пиву бархатистую консистенцию и полноту вкуса. Кроме того, вследствие понижения рН сусла при брожении выделяется высокомолекулярный азот и изменяется степень дисперсности отдельных его фракций.
Минеральные вещества, особенно фосфаты, имеют значение для процессов обмена веществ. Зола охмеленного сусла обычно составляет около 2100 мг/л, во время главного брожения количество ее уменьшается приблизительно на 200 мг/л, причем уменьшение почти 50% происходит за счет фосфатов. Вследствие этого изменяются также соотношения буферности и кислотности в пиве.
При брожении происходит сдвиг рН в кислую сторону на значение, которое составляет около 1, т. е. от 5,2…5,7 до 4,35…4,65. Изменяется рН в результате действия кислот, возникающих как вторичные продукты обмена веществ в дрожжах, а также удаления фосфатов и ассимиляции аммиака из аминокислот. Количество и скорость образования кислот зависят от состава сусла, штамма дрожжей и режима брожения.
Пылевидные дрожжи оказывают более быстрое воздействие, чем хлопьевидные, на понижение рН. При повышенной норме введения дрожжей (25…30 млн клеток в 1 мл) ускоряются снижение рН и осаждение гумми-веществ. Верховое брожение также вызывает быстрое понижение рН.
В результате понижения рН изменяется растворимость некоторых веществ во время брожения, поэтому выделяются меланоидины, полифенолы и горькие вещества.
В процессе брожения на поверхности сусла появляются пузырьки диоксида углерода, которые доставляют горькие вещества в завитки пены или адсорбируются на поверхности дрожжевых клеток. При этом возможно уменьшение количества горьких веществ до 35%: а-кислоты, а вместе с ними часть изо-а-кислот и гулупоны выпадают в осадок.
При интенсификации процесса брожения наблюдается увеличение потерь горьких кислот. Однако их потери уменьшаются на 10…20% при брожении под давлением и в цилиндроконических аппаратах.
Уменьшение содержания полифенолов, а из них в большей степени антоцианогенов (20…30%), способствует повышению коллоидной стойкости пива.
Цветность молодого пива меньше, чем начального сусла, что связано с удалением меланоидинов, полифенолов и других красящих веществ вместе с декой, дрожжами и осадком.
Физико-химические процессы. Они характеризуются изменением окислительно-восстановительного потенциала (rН2). Окислительно-восстановительный потенциал начального сусла rН2 находится в пределах 20…22, а иногда 24…26. В начале брожения дрожжи интенсивно потребляют кислород и тем обусловливают отсутствие его в молодом пиве. Поэтому во время брожения гН2 понижается до 8…12.
При благоприятном составе сусла, высокой бродильной активности дрожжей наблюдается сильное понижение гН2 во время брожения. Низкое значение гН2 указывает на то, что пиво не подвержено окислению, что важно для стабилизации его вкуса.
Факторы,влияющие на процесс брожения сусла
Протекание процесса главного брожения определяется в первую очередь температурой, деятельностью дрожжей, концентрацией углеводов сусла.
Температура. Процесс сбраживания сусла дрожжами часто регулируется температурой, которую устанавливают в зависимости от принятого на заводе режима брожения.
При низовом брожении различают холодный и теплый режимы брожения. Холодный режим предусматривает проведение брожения при температуре 5…9 °С. Теплый режим брожения протекает при 9…14°С.
На практике регулирование температуры - самый эффективный способ изменения в нужной степени скоростей брожения и размножения дрожжей. При низкой температуре брожение протекает замедленно, дрожжи размножаются медленно, тогда как при более теплом режиме брожение протекает интенсивно, а дрожжи размножаются быстро.
Жизнедеятельность дрожжей. Процесс брожения начинается с введения дрожжей в начальное сусло. Скорость брожения и степень сбраживания (количество сброженного экстракта в процентах от содержания экстракта в начальном сусле) зависят от нормы введения дрожжей.
Обычно в сусло вводят дрожжи в количестве 0,5…0,8 л/гл, что соответствует (15…20)10* дрожжевых клеток в 1 мл сусла. Иногда расчет производят на 100 кг засыпи - 2…3 л дрожжей, эта норма может быть уменьшена, если начальное сусло имеет высокую температуру, не инфицировано и применяют закрытые бродильные аппараты.
Физиологическое состояние семенных дрожжей также влияет на норму введения дрожжей: при продолжительном хранении их следует увеличить дозировку.
Часто для ускорения брожения увеличивают количество вводимых дрожжей. При этом продолжительность брожения при норме введения дрожжей 0,5 л/гл составляет 7.. .8 сут, при 1 л/гл - 7, а при 2 л/гл сокращается до 4…5 сут. Однако при этом прирост биомассы дрожжей не столь значителен. Например, при норме введения 0,5 л/гл можно получить прирост 2 л/гл, при норме 1 л/гл - около 2,5 л/гл, а при 2 л/гл - 30 л/гл.
Концентрация углеводов. Продолжительность главного брожения зависит не только от температуры и деятельности дрожжей, но и от концентрации углеводов в сусле. На ход брожения влияют находящиеся в сусле сбраживаемые углеводы, содержание которых зависит от массовой доли сухих веществ (СВ) в начальном сусле.
Сбраживаемые углеводы представлены в сусле главным образом мальтозой (60…70%), мальтотриозой (14…20%) и глюкозой (10… 15%). В процессе брожения вначале сбраживаются сахароза, глюкоза и фруктоза, а далее - мальтоза и мальтотриоза. Мальтоза и мальтотриоза тем интенсивнее сбраживаются, чем меньше концентрация углеводов в сусле. Поэтому скорость сбраживания начального сусла с массовой долей СВ 15…20% меньше, чем сусла с массовой долей СВ 11…12%. Кроме того, при массовой доле СВ в начальном сусле выше 14,5% не наблюдается интенсивного размножения дрожжей.
Осветление сусла проводят в целях удаления из него загрязняющих примесей, частиц виноградной грозди, а также дикой микрофлоры. Вместе с твердыми частицами отделяются сорбированные на них ферменты, что способствует уменьшению окисления сусла.
Осветление сусла положительно влияет на ход брожения и формирование букета. Вина, полученные из хорошо осветленного сусла, имеют более гармоничный вкус, развитый аромат, отличаются лучшей прозрачностью и стабильностью.
Хорошее осветление вина способствует:
- медленному и качественному брожению;
- более полному и качественному сохранению ароматических веществ.
Чем выше температура брожения, тем меньше взвесей должно содержать сусло.
В зависимости от назначения получаемого виноматериала и технологических условий применяют различные методы осветления сусла.
Отстаивание
Это основной и наиболее широко применяемый способ. Он обеспечивает многосторонний технологический эффект и приводит к формированию благоприятных свойств сусла.
Осветление сусла в процессе отстаивания основано на способности дисперсных систем разделяться на составные фазы в поле сил тяжести. При отстаивании оседают содержащиеся в сусле взвеси, а также дополнительно образующиеся осадки нерастворимых соединений.
Отстаивание виноградного сусла сопровождается физическими процессами, связанными с адгезией, флокуляцией, седиментацией, а также биохимическими превращениями. Происходят окислительные и другие химические реакции.
Таким образом, отстаивание имеет своей целью не только осветление, но и созревание сусла и удаление из него значительной части нежелательной микрофлоры.
Продолжительность процесса зависит от назначения и состава сусла, содержания в нем взвесей и микроорганизмов и колеблется от 8 до 14 ч, температура должна быть 8–10 ºС.
Для лучшего осветления отстаиванием в сусло вводится суспензия бентонита до получения концентрации 0,5–3,0 г/дм³.
Одно из основных условий нормального осветления сусла при отстаивании – исключение его забраживания. Для исключения этого эффекта применяют сульфитацию и охлаждение перед отстаиванием или комбинацию этих двух приемов.
Применение сульфитации основано на способности SO 2 (диоксида серы) угнетать жизнедеятельность микроорганизмов, в том числе дрожжей и бактерий.
В настоящее время применяют сжиженный диоксид серы, который вводят в сусло в определѐнном количестве. Дозировка SO 2 зависит от качества перерабатываемого винограда, назначения сусла, его состава и содержания в нем микроорганизмов.
При переработке кондиционного винограда, идущего на приготовление ординарных вин, дозировка не превышает 120 мг/л.
Сусло из высококачественных сортов винограда, предназначенное для получения марочных столовых вин и шампанских виноматериалов, не сульфитируют.
Отстаивание сусла в основном производят в отстойниках периодического действия: деревянных, железобетонных, металлических.
После окончания процесса отстаивания осветленное сусло снимают с осадка (декантируют) и перекачивают в емкости или специальные бродильные аппараты для последующего брожения.
Центрифугирование (сепарирование)
Применяют реже отстаивания, в основном в тех случаях, когда по технологическим условиям исключается возможность сульфитации, например в производстве коньячных и шампанских виноматериалов.
В отличие от отстаивания, при котором помимо осветления происходят ферментация и созревание сусла, центрифугирование обеспечивает только отделение взвесей.
Наилучшие результаты получают при применении центрифуг, работающих в атмосфере инертных газов.
Электросепарирование
Это способ осветления сусла в потоке, основанный на прохождении через слой сусла пузырьков водорода, образующихся в результате электролиза воды, содержащейся в сусле, при напряжении электрического тока 20–30В. Твердые частички, взвешенные в сусле, прилипают к пузырькам и всплывают вместе с ними на поверхность, образуя плотную шапку, которую удаляют.
Процесс осуществляют в потоке, пропуская сусло со взвесями через специальный аппарат – электросепаратор.
Электросепарирование обеспечивает достаточно полное осветление сусла и предохраняет его от окисления кислородом воздуха, но производительность процесса невелика.
Брожение сусла
Спиртовое брожение – основной технологический процесс виноделия.
При брожении виноградного сусла создаются благоприятные физико-химические условия для распределения активных дрожжевых клеток в бродящей среде, а также для массо- и теплообмена.
Скорость и ход брожения существенно влияют на качество вина. Более высокое качество вин формируется в условиях медленного брожения, при котором меньшее количество ценных ароматических и вкусовых летучих веществ выделяется из сусла в атмосферу, лучше сохраняется сортовой аромат, уменьшаются потери спирта.
Биохимические процессы, происходящие при брожении сусла
При производстве вин непрерывно совершаются сложные физико-химические и биохимические процессы. Принципиально важными являются глубина прохождения реакций, количество и природа образующихся продуктов, от которых будет зависеть приобретение вином тех или иных особенностей в аромате и вкусе.
Из биологических процессов, происходящих при сбраживании с участием микроорганизмов, целесообразно выделить основные.
Спиртовое брожение
Спиртовое брожение представляет собой простейшую форму биологического механизма, обеспечивающего получение энергии из питательных веществ. Оно осуществляется ферментативным путем с образованием этанола и углекислого газа.
Суммарное уравнение спиртового брожения может быть представлено в следующем виде:
ГЛЮКОЗА + 2 Н 3 РО 4 + 2 АДФ → 2 ЭТАНОЛ + 2СО 2 + 2 АТФ + 2Н 2 О
При сбраживании субстрата происходят глубокие изменения его химического состава. Наряду с главными продуктами метаболизма дрожжей – спиртом и диоксидом углерода, при спиртовом брожении из сахаров образуются также вторичные продукты, роль которых весьма значима в формировании аромата и вкуса вина. К числу вторичных продуктов относятся:
- пировиноградная кислота – основной промежуточный компонент для синтеза любых продуктов брожения. Не участвуя в образовании сенсорного профиля непосредственно, она является обязательным начальным элементом для образования всех дальнейших продуктов;
- глицерин – один из возможных метаболитов дрожжевой клетки. Образование глицерина связано с глицеропировиноградным брожением, которое происходит в начале спиртового брожения, обуславливая своего рода пусковой период его, период индукции. При глицеропировиноградном брожении из молекулы гексозы образуется одна молекула глицерина, что сопровождается появлением одной молекулы ацетальдегида или пировиноградной кислоты. Глицерин существенно влияет на качество напит ка, его аромат и стойкость, участвует в окислительно-восстановительных процессах. Будучи поверхностно-активным веществом, улучшает игристые свойства вина. Может являться источником коллоидных помутнений;
- ацетальдегид – промежуточный продукт спиртового брожения. При концентрации в напитке выше порога чувствительности придает аромат, напоминающий незрелые зелѐные яблоки. Высокие концентрации ацетальдегида в вине могут вызвать ощущение затхлого запаха;
- уксусная кислота – основной компонент летучих кислот. Она в относительно большом количестве содержится в соке фруктов (30–70 мг/л), но также образуется при окислении уксусного альдегида. Чрезмерное еѐ количество может говорить о возможности микробиологического загрязнения среды;
- ацетоин – образуется при синтезе диацетила или 2,3-бутандиола. Он вносит свой вклад в накопление продуктов кетонового ря да, чрезмерное суммарное накопление которых придаст напитку неприятные ацетоновые тона;
- янтарная кислота – синтезируется при глицеропировиноградном брожении. Может достаточно интенсивно накапливаться на ранних стадиях брожения. Янтарная кислота обладает специфическим привкусом и может влиять на сенсорный профиль продукта;
- лимонная кислота – обладает резким кислым вкусом. Она содержится в плодах, не дошедших до технической зрелости (в случае плодово-ягодного виноделия);
- изоамиловый спирт – продуцируется дрожжами как в процессе брожения, так и в аэробной фазе жизнедеятельности. Доля его среди высших спиртов может достигать 90 %;
- изопропиловый спирт – при большом разведении обладает приятным маслянисто-цветочным ароматом. Из всех высших спиртов у него самая большая пороговая концентрация по аромату – 500 мг/дм³;
- эфиры – в зависимости от структуры имеют фруктовый, сладковатый или цветочный аромат. В концентрациях ниже порога ощущения придают напитку приятный аромат, при повышенной концентрации отрицательно сказываются на органолептических свойствах, придавая дрожжевой, подобный растворителю запахи.
Образование вторичных продуктов брожения схематично изображено на рисунке 1. Факт спиртового брожения реализуется благодаря искусственно селекционированным дрожжам.
Дрожжи рода
Saccharomyces
различных штаммов размножаются с разной скоростью, имеют разную бродильную активность, спорообразующую способность, устойчивость к повышенной или низкой температуре.
Между отдельными микроорганизмами, в том числе между дрожжами одного и того же вида, может наблюдаться антагонизм.
Дрожжи, имеющие более высокую скорость размножения, вытесняют из среды дрожжи с меньшей скоростью размножения. При внесении дрожжей чистой культуры в нестерильное сусло они вытесняются дикими дрожжами, если последние имеют большую скорость размножения. В таких случаях применение дрожжевой чистой культуры не дает желаемых результатов.
Для успешного применения чистой культуры необходимо, чтобы количество дрожжевых клеток, вносимых с разводкой, намного превышало содержание в сусле диких дрожжей. Если это требование не выполняется, дрожжи чистой культуры не успевают размножиться и практически не принимают участия в брожении, так как средой овладевают дикие дрожжи. В связи с этим необходимо, по возможности, наибольшее удаление дикой микрофлоры из сусла перед внесение чистой культуры дрожжей, т. е. основательное осветление сусла.
Рисунок 1 — Образование побочных продуктов брожения
Яблочно-молочнокислое брожение
Яблочно-молочнокислое брожение приводит к превращению яблочной кислоты в молочную (выход около 60 %). Оно сопровождается также выделением диоксида углерода и образованием небольших количеств пировиноградной кислоты, диацетила, ацетоина и 2,3-бутиленгликоля.
Яблочно-молочнокислое брожение вызывается молочнокислыми бактериями Lactobacillus , Leuconostoc или Pediococcus .
Механизм яблочно-молочнокислого брожения приведен на рисунке 2.
Рисунок 2 — Механизм яблочно-молочнокислого брожения
В результате яблочно-молочнокислого брожения несколько повышается рН сбраживаемого субстрата, поскольку степень диссоциации молочной кислоты несколько ниже, чем у яблочной.
В современных условиях винодельческого производства наличие молочнокислых бактерий рассматривается как негативный факт, а при производстве сброженных яблочных соков (плодово-ягодное виноделие) – как вполне нормальный и иногда даже регламентируемый.
Таким образом, учитывая как положительные («сглаживание, умягчение» вкуса), так и отрицательные аспекты (неуправляемость и непредсказуемость) процесса яблочно-молочнокислой ферментации, необходимо подавлять жизнедеятельность молочнокислых бактерий путем стерилизации сусла и сока, поддержания соответствующих санитарных условий.
Уксусно-кислое брожение
Уксусно-кислый механизм брожения (рисунок 3) может реализовываться в случае микробиологического загрязнения сусла, что недопустимо.
Рисунок 3 — Механизм уксусно-кислого брожения
Данное брожение вызывается бактериями Acetobacter aceti , являющимися облигатными аэробами, способными окислять этанол и образовывать до 11 % уксусной кислоты.
При недостатке этанола уксусно-кислые бактерии окисляют уксусную кислоту до СО 2 и Н 2 О. Они могут окислять и другие многоатомные спирты (глицерин, маннит, сорбит). Сахара ими окисляются в соответствующие кислоты: глюкоза – в глюконовую, галактоза – в галактоновую. Некоторые виды уксусно-кислых бактерий способны превращать молочную кислоту в ацетоин. Винная, янтарная, яблочная и другие кислоты могут служить им источником питания.
Уксусно-кислое брожение используется при производстве уксуса. Наличие бактерий в вине в присутствии кислорода может привести к серьѐзному заболеванию напитка.
Технологические процессы, происходящие при брожении сусла
Влияние температуры на ход брожения Температура оказывает существенное влияние на ход брожения сусла.
При повышенной температуре:
- 27–32 0 С скорость брожения увеличивается;
- выше 33 0 С происходит массовое отмирание дрожжевых клеток;
- при 37–40 0 С брожение прекращается и получаются «недоброды». Содержат остаточный сахар, который создает благоприятные условия для развития посторонних микроорганизмов;
- повышается интенсивность выделения пузырьков СО 2 , которые выносят из сусла ценные ароматические вещества (эфирные масла);
- вследствие активации автолитических процессов виноматериалы в большей степени обогащаются летучими кислотами, альдегидами, азотистыми веществами; как следствие, такие вина склонны к помутнениям, болезням.
При заниженной температуре:
- 10–12 0 С брожение идет очень медленно и сахар, как правило, полностью не выбраживается (если не используются специальные хладоустойчивые штаммы), в результате наличие остаточного сахара может привести к заболеванию вина;
- уменьшается титруемая кислотность виноматериала вследствие большого выпадения плохо растворимых солей винной кислоты (винного камня).
Оптимальная температура при производстве марочных столовых вин составляет 14–18 С (таблица 1 ).
Таблица 1 — Влияние температуры на длительность брожения
Температура брожения зависит:
- от количества выделяющейся при брожении тепловой энергии;
- от потери теплоотдачи через стенки бродильных емкостей.
Величина теплоотдачи зависит:
- от площади поверхности, приходящейся на единицу объема бродящего сусла;
- от коэффициента теплопроводности материала резервуара;
- от температуры окружающего воздуха и скорости его движения;
- от способа ведения процесса;
- от аппаратурного оформления.
Способы брожения виноградного сусла
- Стационарный способ брожения . Определенный объем сусла сбраживается от начала и до конца в одной бродильной емкости: бочке; железобетонном, металлическом или пластиковом резервуаре. Динамика такого брожения характеризуется наличием трех резко разграниченных периодов брожения, что тесно связано с концентрацией активных дрожжевых клеток в бродящем сусле и скоростью их роста.
- Начальный период дробления. Лаг-фаза соответствует приспособлению дрожжей к условиям окружающей среды. Происходит разбраживание. Благодаря высокому содержанию кислорода, питательных веществ, отсутствию спирта дрожжи быстро размножаются.
- Период бурного брожения. Экспоненциальная фаза. Соответствует интенсивным метаболическим процессам, происходящим в клетке. Для этой фазы характерны:
- наибольшая скорость процесса;
- выделение большого количества СО 2 ;
- выделение большого количества тепловой энергии;
- образование обильной пены.
При данном способе сусло постепенно обедняется сбраживаемыми углеводами и другими веществами, усвояемыми дрожжами, и обогащается продуктами брожения.
Функция размножения дрожжей подавляется быстрее, чем их бродильная способность.
- Период затухания брожения Фаза замедления роста. Характеризуется тем, что концентрация активных дрожжевых клеток в среде уменьшается вследствие их отмирания. Такой способ целесообразно реализовывать в небольших емкостях, имеющих значительную удельную площадь поверхности (90–100 см²/дм³); например, в деревянных или пластиковых бочках. Благодаря чему обеспечивается хорошая теплоотдача и температура бродящего сусла чрезмерно не повышается.
Недостатки метода стационарного брожения в небольших емкостях:
- значительная продолжительность периодов забраживания и затухания брожения;
- неполное использование бродильных резервуаров (заполняют на 2/3);
- потребность в большом количестве бродильных емкостей;
- требует большого количества производственных площадей;
- затрудняет контроль за процессом брожения.
- Доливной способ брожения . Обеспечивает ведение процесса в больших резервуарах без принудительного охлаждения.
Ферментацию ведут в железобетонных, металлических и других емкостях.
Способ состоит в том, что брожение реализуют в одной емкости, но брожение идет не в постоянном объеме исходного сусла, а при периодических доливках новых его порций.
В таких условиях:
- бродящая среда периодически пополняется питательными веществами;
- концентрация продуктов брожения уменьшается;
- температура бродящего сусла понижается.
В первую порцию свежего исходного сусла, поступающего в бродильный резервуар, вводят разводку чистой культуры дрожжей.
Затем, когда брожение достаточно разовьется и станет бурным, начинают добавлять через определенные промежутки времени новые порции исходного сусла.
Чем выше температура исходного сусла, чем выше температура окружающего воздуха, чем больше вместимость бродильного аппарата и чем хуже его теплопроводность, тем меньшими порциями исходного сусла, но более часто проводят доливку бродильного резервуара.
Схемы ведения брожения доливным способом:
- в резервуар – дрожжевая разводка + 30 % исходного сусла;
- через двое суток – еще 30 % сусла;
- через двое суток – остальная часть (40 %) до объема рабочей вместимости резервуара.
- дрожжевая разводка + резервуар заполняется на 50 % его вместимости;
- через двое суток – до 75 % его объема;
- еще через четверо суток – до 87–88 % его объема;
- позднее – до рабочего объема.
- дрожжевая разводка + 40 % объема резервуара заполняется;
- через двое суток – до 70 % объема;
- через двое суток – до рабочего объема.
Преимущества стационарного способа:
- уменьшение продолжительности периода забраживания;
- уменьшение уровня максимально возможной температуры
- вследствие доливок исходного сусла;
- уменьшение скорости брожения за счет искусственного понижения концентрации клеток в среде, разбавляемой свежим суслом;
- отпадает необходимость в искусственном охлаждении;
- уменьшение расхода дрожжевой культуры.
- Способ непрерывного брожения. Процесс ведется в условиях контролируемого потока бродящего сусла. В таких условиях среда постоянно обновляется, улучшаются условия питания дрожжевых клеток, они долго остаются в активном состоянии.
Расход сахара на рост и размножение клеток уменьшается, а на спирт увеличивается.
Для брожения непрерывным способом используются спиртоустойчивые штаммы дрожжей чистой культуры.
Свежее сусло вводится в бродящее (накопившее уже ≈ 5 % спирта), что уменьшает возможность жизнедеятельности посторонних микроорганизмов. При непрерывном способе брожение ведется в обедненной кислородом и богатой спиртом среде.
Вследствие непрерывного движения бродящего сусла часть дрожжевых клеток уносится из бродильного аппарата, но одновременно происходит прирост биомассы. Поэтому концентрация клеток остается практически постоянной.
Для брожения сусла применяют аппараты, состоящие из нескольких последовательно соединѐнных между собой емкостей.
В резервуарах создается определенная градация (ступенчатость) со става бродящей среды и физиологического состояния дрожжевых клеток.
Преимущества способа:
- высокая производительность;
- меньший расход дрожжей;
- меньший расход сахара на рост и размножение дрожжей;
- возможность плавно регулировать химические и физические
- параметры системы;
- обеспечение хороших санитарно-технических условий процесса;
- сохранение сортового аромата и полноты вкуса.
Недостатки способа:
- сложное аппаратурное оформление;
- использование установок только в период сезона виноделия;
- возможность использования только однотипного сырья;
- необходимость иметь большие площади виноградных насаждений одного сорта.
- Брожение в условиях повышенного содержания диоксида углерода . Способ основан на подавлении размножения дрожжей и регулировании хода процесса брожения высокими концентрациями СО 2 в бродящей среде.
Размножение винных дрожжей в сусле прекращается при концентрации СО 2 17 г/л, а для полной остановки брожения необходима
Концентрация СО 2 более 22 г/л. Брожение этим способом проводят в прочных металлических резервуарах, рассчитанных на повышенное давление. Скорость брожения регулируют за счет повышения или понижения давления, развивающегося внутри бродильных резервуаров в результате выделения углекислого газа из бродящего сусла.
Брожение ведут с малой скоростью, обычно при температуре +18 0 С и давлении, близком к 500 кПа, на протяжении 20–30 суток с применением пылевидных штаммов дрожжей. Для ускорения брожения давление в бродильном аппарате периодически сбрасывают, при этом осевшие дрожжи переходят во взвешенное состояние и перемешиваются со средой, что способствует активации процесса.
Виноматериалы, полученные по этой методике, отличаются (по сравнению с другими методами) следующим:
- в них в два раза меньше высших спиртов;
- больше редуктонов;
- лучше восстановительные свойства;
- при выдержке в них меньше повышается окислительновосстановительный потенциал;
- вина получаются малоокисленными;
- хорошо выражен сортовой аромат.
- Брожение на наполнителях . Способ основан на активации процесса за счѐт сорбции дрожжевых клеток на поверхности инертных к суслу и вину твердых тел (насадок).
Интенсификация брожения происходит за счет:
- повышения концентрации питательных веществ, адсорбируемых на поверхности насадки;
- равномерного распределения дрожжевых клеток в среде;
- ускорения выделения СО 2 .
В качестве насадок применяют различные материалы:
- с достаточно развитой поверхностью;
- инертные к суслу и вину;
- не ингибирующие жизнедеятельность дрожжей.
Примером может служить специально обработанная древесная стружка (бук, дуб).
- Брожение на мезге . Брожение на мезге применяют в производстве красных вин, а также некоторых белых креплѐных вин, отличающихся большой экстактивностью.
При брожении на мезге преследуются следующие цели:
- сбраживание сахаров;
- экстрагирование фенольных, азотистых и других веществ из кожицы и семян.
В отличие от сусла, мезга имеет значительно меньшую подвижность и представляет собой двухфазную систему. Поэтому процесс брожения на мезге более сложен по аппаратурному оформлению и проводится в ином технологическом режиме.
Для обеспечения достаточного экстрагирования фенольных ароматических и других веществ из кожицы и семян процесс проводят при температуре 28–30 0 С.
При пониженной температуре:
- недостаточная окрашенность виноматериалов;
- недостаточная экстрактивность виноматериалов.
При повышенной температуре:
- при 36 0 С активность дрожжей сильно снижается;
- вина получаются сильно окрашенными;
- мало выражены сортовой вкус и аромат;
- при 40 0 С дрожжи отмирают, спиртовое брожение прекращается, ускоряется развитие болезнетворных микроорганизмов.
При прочих равных условиях цвет вина тем интенсивнее, чем выше температура брожения.
Условие для хорошего экстрагирования – хороший контакт кожицы и семян с бродящим суслом.
Для реализации всех требований реализуют различные технологии.
- Брожение в резервуарах . Для реализации этой методики используют дубовые чаны, железобетонные и металлические резервуары, которые заполняют на 80 % от их вместимости свежей мезгой (рис. 12). Мезгу предварительно обрабатывают SO 2 в количестве 80–180 мг/л:
- для подавления нежелательной микрофлоры;
- ингибирования окислительных ферментов;
- улучшения экстрагирования красящих веществ;
- предохранения красящих веществ от выпадения в осадок.
Дрожжи чистой культуры вводятся в количестве 2–6 % от объема мезги.
При брожении в больших резервуарах (более 1000 дал) применяют искусственное охлаждение.
Для брожения на мезге используют открытые или закрытые резервуары и проводят в них брожение с плавающей или погруженной шапкой. Шапка – более или менее уплотненная масса твердых частиц мезги, всплывающая на поверхность бродящего сусла.
- Брожение в открытых резервуарах с плавающей шапкой. Бродящий субстрат перемешивают не менее 3–4 раз в сутки, погружая всплывающие частицы на дно аппарата. Погружение и перемешивание шапки необходимы:
- для улучшения контакта с суслом;
- для исключения развития в шапке уксусно-кислых бактерий.
В небольших чанах мезгу перемешивают ручными мешалками, в крупных – механическими или перекачиванием бродящего сусла насосом из нижней части в верхнюю – на шапку
В открытых чанах брожение происходит при более низкой температуре, чем в закрытых. При этом непосредственно под шапкой температура выше на 4–5 0 С, а концентрация сахара меньше на 3– 5 %, чем на дне резервуара.
Недостатки метода:
- трудоемкость многократно проводимых погружений шапки;
- невозможность использования емкостей для дальнейшего хранения вина.
Преимущества метода:
- высокое качество вина;
- хорошо развитый букет;
- гармоничный вкус.
- Брожение в открытых резервуарах с погруженной шапкой. При этом способе твердые частички мезги не всплывают на поверхность, а удерживаются в сусле решетчатой или перфорированной перегородкой, расположенной на ¼ от верха резервуара. В этом случае шапка образуется под перегородкой и ее покрывает бродящее сусло, она поднимается вверх за счет давления поднимающегося наверх СО 2 .
Преимущества метода:
- уменьшение опасности уксусно-кислого инфицирования;
- снижение затрат на перемешивание мезги;
- предотвращается окисление.
Недостатки метода:
- меньшее извлечение красящих веществ;
- сильное уплотнение твердых частиц под перегородкой (иногда для интенсификации процесса ферментируемый материал 1–2 раза в сутки перекачивают из одной емкости в другую).
Брожение в открытых и закрытых резервуаров с погруженной шапкой. Закрытые бродильные резервуары имеют крышки, снабженные гидравлическими затворами, которые устроены так, что образующийся в результате брожения диоксид углерода имеет свободный выход из резервуара, а проникновение в него воздуха исключается.
Брожение в открытых и закрытых резервуарах может проводиться с плавающей или погруженной шапкой.
Плавающая шапка все время находится в атмосфере диоксида углерода, в результате чего отпадает необходимость в многократном погружении и перемешивании шапки.
Преимущества брожения в закрытых резервуарах:
- меньшая трудоемкость;
- равномерное распределение температуры в объеме бродящей жидкости;
- хорошие санитарно-гигиенические условия.
1 – открытый с плавающей шапкой; 2 – открытый с погруженной шапкой; 3 – закрытый с плавающей шапкой; 4 – закрытый с погруженной шапкой
Рисунок 4 — Схема резервуаров для брожения на мезге
Контроль спиртового брожения
Брожение контролируют для своевременного обнаружения отклонений от нормального его хода и принятия соответствующих мер для нормализации процесса.
Контроль состоит в регулярном (2–3 раза в день) измерении:
- температуры;
- содержания сахара;
- содержания спирта;
- титруемой и активной кислотности;
- микробиологического состояния виноматериалов.
Результаты измерения отражают на графиках, составляемых отдельно для каждого аппарата.
Причины отклонения от нормального хода брожения:
- слишком низкая температура;
- слишком высокая температура;
- слишком высокая сахаристость начального сусла;
- слишком большое содержание диоксида серы;
- слишком большая кислотность вследствие развития посторонней микрофлоры;
- малая активность дрожжей.
Признаки отклонения от нормального хода брожения:
- уменьшение или прекращение выделения СО 2 ;
- стабилизация концентрации сахара в бродящей среде;
- понижение температуры.
Меры, предпринимаемые для восстановления нормального брожения:
- улучшение температурных условий;
- внесение 1–5 % по объему разводки активных дрожжей (привычных к сернистому ангидриду);
- проветривание «недоброда» путем открытой переливки или аэрированием;
- проветривание при излишке сернистой кислоты;
- специальные меры лечения, если вино подверглось патогенному микробиологическому воздействию.