Раздел 3.Производство пива.

Глава 6. Брожение пивного сусла.

   Главное брожение.

   Условия главного брожения. В бродильном цехе высота потолков 4,8 – 6м; 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 6С, 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 не 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 гладкотрубных холодильников, подвешенных в цехе к потолку. В этом случае в помещении устанавливается приточно- вытяжная вентиляция, необходимая для удаления влаги и выдеяемого при брожении диоксида углерода.

     Главное брожение проводят в открытых и закрытых бродильных аппаратах. Бродильные аппараты изготавливают прямоугольной или цилиндрической формы (в виде танков).

    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 слива дрожжей, внутри установлен охлаждающий змеевик для отвода тепла, выделяющегося при брожении.

   На производстве наиболее широкое распространение получили горизонтальные цилиндрические танки.

 Танк представляет собой герметичный цилиндрический сосуд вместимостью от 8 до 50 м³, Снабженный охлаждающим змеевиком. На нем имеется штуцер для присоединения пивных шлангов, кран1 для наполнения и спуска пива, люк 2 для осмотра и мойки внутренней полости, 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 танки для главного брожения изготавливают диаметром не более 2,4 м, а танки для дображивания –3,6 м.

    Вместимость одного танка подбирают с учетом объёма сусла, получаемого от одного, двух  и более заторов. Число танков в цехе определяют в зависимости от числа варок затора в сутки и продолжительности процессов главного брожения.

    Процессы, протекающие при главном брожении. При спиртовом брожении в сусле протекают биологические, биохимические, 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( биологический процесс) происходит в начальной стадии сбраживания пивного сусла и заканчивается задолго до конца брожения.

     Основным биохимическим процессом брожения является превращение сбраживаемых сахаров в этиловый спирт и диоксид углерода:

                                 С6Н12О6=2 СН3СН2ОН +2СО2

    Эта реакция сопровождается выделением тепла.

    Большая часть экстракта сусла состоит из углеводов, из них около 75% сбраживаются (сбраживаемые сахара)

    Часть экстракта составляют несбраживаемые вещества. К ним относятся декстрины, белки, минеральные вещества и др.

     Сахара сбраживаются в определенной последовательности, что обусловлено скоростью их проникновения в дрожжевую клетку. В первую очередь сбраживается фруктоза и глюкоза. Сахароза предварительно гидролизуется ферментом β- фруктофуранозидазой дрожжей до глюкозы и фруктозы, которые также расходуются в первую очередь. После фруктозы и глюкозы дрожжи поглощают мальтозу,  которая под действием фермента α- глюкозидазы превращается в легкосбраживаемую глюкозу. Мальтотриоза расходуется дрожжами медленно и не полностью. В сусле, богатом мальтозой, мальтотриоза почти не сбраживается. Около 2% сахаров используются на построение дрожжевых клеток.

    Этиловый спирт и диоксид углерода являются основными продуктами спиртового брожения. Кроме того,  в сусле накапливается глицерин, уксусный альдегид, уксусная, янтарная, лимонная и молочная кислоты. В качестве побочных продуктов брожения из аминокислот образуются высшие спирты, оказывающие влияние на вкус пива.

    Вредное влияние на качество пива оказывают продукты брожения диацетил и ацетоин, которых много в молодом пиве. Диацетил придает пиву медовые запах ипривкус, а ацетоин- затхлый привкус. При дображивании концентрации этих веществ резко снижаются и их влияние на вкус и запах пива становятся незначительными.

    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. При дображивании, когда температура  молодого пива снижается, в бродильном аппарате создается избыточное давление, а 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. Титруемая кислотность несколько увеличивается.

     Физико – химические процессы характеризуются изменением окислительно- восстановительного потенциала(r H2).

     Быстрое снижение r H2 объясняется тем, что при брожении в сусле происходит уменьшение концентрации продуктов окисления и накопление продуктов восстановления. В охлажденном сусле r H2 больше 20, а в период интенсивного брожения, когда дрожжи потребляют весь растворенный кислород, значение r H2 снижается до минимума, достигая 10. дрожжи расходуют кислород на обменные процессы внутри клетки. Кроме того, выделяющийся диоксид углерода вытесняет из сусла кислород, что также снижает активность интенсивного окисления.

       В закрытых бродильных аппаратах r H2 пива ниже, чем в открытых, где кислород, хотя и слабо, но проникает через тонкий слой пены. Чем ниже величина r H2 в процессе брожения, тем выше качество получаемого пива. При высоких значениях r H2 сусло и молодое пиво темнеют, вкус готового пива ухудшается, оно быстро мутнеет.

      Дрожжи для своего развития, роста, и размножения потребляют азотсодержащие соединения сусла ( аммонийные соединения, аминокислоты, несколько хуже дипептиды и в очень незначительных количествах трипептиды). При этом  40-50% азота они поглощают, а 1/3 от потребленного азота выделяют в среду. В результате меняется состав азотистых веществ сбраживаемого сусла.

     При сбраживании сусла растворенные белковые вещества частично денатурируют, а затем флокулируют (слипаются) и осаждаются. Во время главного брожения в результате осаждения белка и усвоения дрожжами азотистых веществ содежание их в сбраживаемом сусле уменьшается примерно на 1/3. 

    При брожении осаждаются также полифенольные вещества. Образование этилового спирта, эфиров, снижение рН способствует коагуляции высокомолекулярных соединении сусла.

     Диоксид углерода, который образуется при брожении, сначала растворяется в сбраживаемом сусле, а потом (после насыщения 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 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 переходит в пену, часть окисленных дубильных веществ восстанавливаются, понижение рН при брожении может оказать влияние на цветность пива.

      Уменьшается содержание изогумулонов из-за их адсорбции дрожжами, а также вследствие того, что они частично увлекаются пузырьками диоксида углерода в пену. Потери изогумулонов выше в пиве, где их первоначальное содержание высоко.

       При брожении примерно на 1/3 уменьшается содержание полифенольных веществ.

Ведение главного брожения. Эти операции, связанные с регулированием условий процесса (температура, продолжительность брожения, культуры дрожжей). Основное влияние на брожение оказывают применяемые расы дрожжей и температура сбраживаемого сусла.

      Для брожения пивного сусла принят метод низового брожения,  связанный с применением рас дрожжей низового брожения. эти дрожжи хорошо сбраживают практически все сахара, кроме лактозы и декстринов. Температура сусла, при которой в него вводят семенные дрожжи, называется установочной ( начальной) температурой брожения и колеблется от 5 до 7^оС.

      Ведение главного брожения  включает три  основные технологические операции:  наполнение бродильного аппарата охлажденным суслом,  введение в сусло дрожжей и сбраживание сусла до молодого пива. Дополнительными операциями являются снятие дека (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 2-6л сусла на 1 л дрожжей, перемешивают стерильным сжатым воздухом или мешалкой и оставляют на 2-3 ч для разбраживания при температуре около 6С.

     Холодное сусло принимают в подготовленный 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 подготавливают в нем в течение 18-24 ч на всю вместимость бродильного аппарата. Вводят их в количестве 0,4- 0,5 л на 10 дал сусла во время спуска сусла первой варки, затем доливают суслом следующих варок. Количество вносимых дрожжей увеличивают до 0,6 л при отсутствии аппаратов предварительного брожения. 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 сут и характеризуется интенсивным почкованием и размножением дрожжей, а экстрактивность сусла снижается от 0,2 до 0,5 в сутки.

      Вторая стадия брожения – период низких завитков. Характеризуется более интенсивным выделением диоксида углерода, образования 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 высыхания. Продолжительность стадии 2-3 сут. Экстрактивность сусла в этой стадии понижается на 0,5- 1,0 % в сутки.

     Третья стадия брожения – стадия высоких завитков характеризуется наибольшей интенсивностью брожения, максимальной температурой процесса. Убыль экстракта достигает 1-1,5 % в сутки. Пена становится рыхлой, сильно понимается вверх, завитки достигают наибольшей величины, верхние участки завитков имеют коричневый цвет, нижние – белый. Стадия длится 3-4 сут.

      В четвертой стадии, называемой стадией опадения завитков, происходит опадение пены, исчезновение завитков, в результате чего поверхность сусла покрывается тонким слоем деки. Опадение завитков продолжается двое суток. Экстрактивность сбраживаемого сусла понижается на 0,5- 0,2 % в сутки.

       Каждой стадии брожения соответствуют химические изменения состава сусла и определенная концентрация дрожжевых клеток. Например, При сбраживании сусла для пива Жигулевского содержание дрожжевых клеток во взвешенном состоянии следующее:

 По мере сбраживания и понижения рН сусла дрожжевые клетки покрываются слизистой пленкой из веществ, обладающих клеящими свойствами. Соединяясь между собой, они оседают на дно аппарата.

       В хлопьеобразовании и оседании дрожжевых клеток важную роль играет их электрический заряд. Во время размножения клетки заряжены отрицательно, а к концу брожения, когда рН сусла понижается до 4,6-4,2, 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 осветляется. На этом этапе процесс главного брожения считают законченным. Полученный продукт называют молодым пивом.

     При спиртовом брожении 1 кг сброженного сахара выделяет 628 кДж тепла, что приводит к повышению температуры сусла. Для поддержания в сусле определенного температурного режима через змеевики, установленные внутри бродильных аппаратов, пропускают воду температурой 0,5 – 1С. Вместо змеевиков также используют 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 её поддерживают на этом уровне 1-2 дня по возможности без колебаний. Затем молодое пиво постепенно охлаждают со скоростью 1⁰С в сутки, так как дрожжи весьма чувствительны к резкому понижению температуры.

      Известно, что растворимость СО2 Увеличивается с понижением температуры, поэтому, чтобы сохранить максимально возможную концентрацию растворенного в молодом пиве газа, температуру перед передачей пива на дображивание снижают до 5-4^оС.  Содержание СО2  в молодом пиве обычно составляет 0,2%.

      При главном брожении часть экстрактивных веществ превращается в продукты брожения. Ход этого процесса контролируют по степени сбраживания. Различают видимую и действительную степень сбраживания. Если содержание экстракта определяют в пиве в присутствии спирта в СО2, то это видимый экстракт. Используя его значение, вычисляют видимую степень сбраживания. Действительную степень сбраживания находят по величине действительного содержания экстракта, которое определяют после удаления спирта и диоксида углерода пикнометрическим способом (по относительной плотности сусла или пива).

    Для использования величины степени сбраживания в целях регулирования процесса брожения по стадиям существует понятие «конечная степень сбраживания», т.е. максимально возможная. В процессе брожения эта степень сбраживания не достигается, а определяется 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 дображивании получить необходимое насыщение 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 большая 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 сут с момента введения дрожжей для сортов пива с начальным содержанием экстракта в сусле 11-13% и 8-10 сут для сортов с большим содержанием экстракта. При сбраживании сусла с высоким содержанием экстракта повышается начальная и максимальная температура брожения, увеличивается количество семенных дрожжей, до 1 л на 10 дал сусла. Например,  сусло для Жигулевского пива сбраживают 7 сут, для Ленинградского-11сут.  Примерный температурный режим по суткам брожения следующий: для Жигулевского пива в первые сутки-5С, на вторые сутки-5,5,  на третьи-6,3, на четвертые –пятые сутки –7,5, на шестые –6,5, на седьмые 4,5^оС. Для Ленинградского пива в первые сутки –7, на вторые- 8,5, с третьих по восьмые сутки- 9, на девятые-8,5, на десятые –7, на одиннадцатые –5,5^оС.

       О ходе главного брожения судят по изменению ( убыли) содержания экстрактивных веществ в сусле. Количество их определяют один раз в сутки сахарометрами.

    В таблице приведено содержание экстракта и спирта по суткам брожения в сусле для пива Жигулевского.

      Показателем окончания брожения служит содержание экстракта в сбраживаемом  сусле.

      При производстве различных сортов пива главное брожение заканчивают при следующих показателях сахарометра (видимый экстракт): для Жигулевского пива 4,5- 4,3, что соответствует видимой степени сбраживания 59,1- 60%; для Рижского пива соответственно 4,2-3,9 и 65-67,5%;  для Московского пива 5,0-4,7 и 61,5- 63,8%;  для Ленинградского пива 6,9- 6,8 и 65 –66%; для Украинского пива 5,6- 5,5 и 60-61,5 %.

       Перед подачей пива на дображивание с поверхности пива, бродившего в открытых аппаратах, тщательно снимают деку, а в закрытых аппаратах деку не снимают, так как из-за отсутствия процессов окисления пены образуется гораздо меньше, чем в открытых резервуарах, и она не темнеет.

       По окончании главного брожения молодое пиво перекачивают в закрытые бродильные танки на дображивание и созревание, а осевшие дрожжи отбирают в приёмный сборник для промывки и подготовки к новому использованию в следующем цикле главного брожения.

      Отбор и подготовка семенных дрожжей. Прирост массы дрожжей зависит от количества внесенных в сусло дрожжей в начале брожения, количества экстракта, температуры сбраживания, содержания растворенного кислорода. С увеличением количества вносимых дрожжей повышается скорость брожения, но снижается рост накопления их биомассы. Количество дрожжей в процессе брожения возрастает обычно в три – четыре раза.

       После перекачивания молодого пива на дне чана остается плотный осадок (осадочные дрожжи), который можно разделить на три слоя. Верхний слой коричневого цвета, состоит из легких дрожжевых клеток, осевших в конце брожения. Этот слой 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 мертвые дрожжевые клетки и отстой.

       Примерно половина осадочных дрожжей используется в следующих циклах брожения в качестве семенных, а остальные избыточные дрожжи используются как товарные (на продажу).

        Дрожжи чистой культуры, осевшие на дно бродильного аппарата  после цикла главного брожения, называют семенными дрожжами первой генерации. Дрожжи,  полученные после второго цикла главного брожения, называют семенными дрожжами второй генерации и т.д.

        Семенные дрожжи после промывки водой, представляют собой густую тестообразную массу, содержащую до 12,5% сухих веществ. В 1 см³  семенных дрожжей содержится до 400млн. 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 окрашиваемых метиленовой синью (мертвые клетки), не превышает 10%.

         Семенные дрожжи собирают в приёмный сборник, затем пропускают через вибрационное сито для механического процеживания и отделения крупных хлопьев белковых веществ и хмелевых смол. Очищенные дрожжи направляют в монжю, где они отстаиваются в течение 4-5 ч, а затем их непрерывно промывают водой температурой 1 –2 С и перемешивают диоксидом углерода. После этого семенные дрожжи готовы к повторному использованию. Монжю представляет собой горизонтальную или вертикальную емкость из алюминия, снабженную охлаждающей рубашкой и устройствами для подвода воды и СО2.

       Если семенные дрожжи хранят в дрожжевых ванночках, то после процеживания через вибрационное сито их заливают двух- или трехкратным количеством охлажденной до 1-2^оС воды и оставляют для отстаивания. Отстоявшуюся промывную воду, содержащую взвесь белков и хмелевых смол, сливают. Осадое дрожжей вновь заливают водой, размешивают и отстаивают.  Эту операцию повторяют 2-3 раза в сутки. Жидкие семенные дрожжи хранят в течение двух сут под водой, охлажденной до 1-2^оС.   Более длительное хранение приводит к снижению бродильной активности.

       При соблюдении микробиологической чистоты и использовании хорошо сбраживаемого сусла одни и те же семенные дрожжи можно использовать в производстве 10 –12 раз.

       Дрожжевые ванночки перед наполнением моют и дезинфицируют 0,2%-ным раствором хлорной извести или другими дезинфицирующими средствами, после чего тщательно прополаскивают 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 большой концентрации введенных дрожжей, повышенной температуры брожения и повышения содержания в сусле белково-дубильных соединений.

       Кипящее брожение проявляется в сильном бурлении бродящего сусла. По внешнему виду поверхность сусла напоминает поверхность кипящей жидкости. Наблюдается оно в стадии высоких завитков, которые при этом исчезают. Обусловлено оно наличием в бродящем сусле большого количества белкового отстоя и 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 экстракта. 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 активности брожения проводят перекачку сусла из одного бродильного аппарата в другой, продувают через сусло воздух, повышают температуру брожения на 1-2С.

        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 трубопроводные коммуникации.

                             ****************************************

 Выход.       Выход в оглавление.  Следующая страница.  Предыдущая страница

                          Интернет-редакция «Капут Ильичам» & ТОО «Агропром без урожая».

Все права защищены. Использование материалов сайта разрешается только со ссылкой на наш сайт: www.beermaster1.narod.ru

По всем вопросам обращаться по адресу: www.beermaster1@yandex.ru