Файл: Чукмасова, М. А. Технология и оборудование пивоваренного производства учеб. пособие.pdf

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

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

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

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

Изменение состава сусла при брожении

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

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

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

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

120

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

Характеристика дрожжей

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

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

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

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

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

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

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

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

121

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

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

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

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

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

дочернюю клетку.

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

(рис. 24).

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

122

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

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

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

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

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

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

Нормальным для процесса брожения считается четырехкрат­ ный прирост дрожжей.

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

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

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

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

123

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

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

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

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

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

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

124

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

125