Процессы, происходящие при брожении

Сбраживание экстракта

Одним из основных явлений, которые наблюдаются при спиртовом брожении, является снижение концентрации бродящего сусла. Это связано преимущественно с главным процессом расщепления сахаров в этанол и углекислый газ. Из сахара, более тяжелого чем вода, образуется легкий спирт и углекислый газ, который выделяется из пива. Поэтому концентрация сусла снижается не пропорционально уменьшению сахара при сбраживании, а значительно больше. Несмотря на это в практике принято определять уменьшение экстракта сахарометром и по его данным определять ход брожения.

Экстракт, определенный непосредственно в пиве, освобожденном от углекислого газа, является видимым содержанием экстракта m. Только в пиве, из которого в результате испарения устранен спирт (этанол), можно после дополнения его водой до первоначальной массы определить действительное содержание экстракта n.

Если уменьшение экстракта выразить в процентах к первоначальной массе сусла p, то получится величина, называемая степенью сбраживания (attenuace), а именно:

видимая степень сбраживания

P_z=p-m/p•100

действительная степень сбраживания

P_s=p-n/p•100

Поскольку этанол, содержащийся в пиве, снижает величины видимого содержания экстракта по сравнению с действительным, то видимая степень сбраживания пива всегда выше действительной.

Другой величиной является достижимое или конечное содержание экстракта, по которой высчитывается конечная степень сбраживания. Она определяется после сбраживания остатка сбраживаемого экстракта в пиве более высокой дозой дрожжей при высокой температуре (20°С) как видимое содержание экстракта.

По разнице между достигнутым и видимым сбраживанием в практике определяется правильность брожения молодого пива перед перекачкой на дображивание и готового пива перед розливом.

Образование побочных продуктов брожения

Рост кислотности (pH). Молодое пиво по сравнению с исходным суслом имеет более высокую кислотность, его pH почти на целую единицу ниже. Кислотность повышает, с одной стороны, образующийся углекислый газ, с другой - органические кислоты, которые являются побочными продуктами спиртового брожения.

Нормальный pH пива от 4,4 до 4,0. По данным Де Клерка [6], Мендлик обнаружил, что при главном брожении pH снижается приблизительно до 4,4 сразу после сбраживания, как только бродящее сусло будет насыщено углекислым газом. Последующее снижение происходит уже не только под влиянием углекислого газа, даже при перенасыщении, но и в результате образования органических кислот вследствие аэробного обмена веществ (дыхания) дрожжей.

В условиях Чехословакии pH перекачиваемого пива, как правило, не бывает ниже 4,3. Кислотность очень благотворно влияет на вкусовые качества пива и на его стойкость к биологическим загрязнениям и на биологическую стабильность.

Конечный pH молодого пива почти не зависит от pH исходного сусла. Однако здесь проявляются буферы, содержащиеся в сусле, главным образом фосфаты, под влиянием которых pH пива не уменьшается ниже 4,0. Если предположить, что дрожжи того же типа содержат почти одинаковое количество кислот, то конечный pH пива тем ниже, чем меньше буферов было в сусле. Поэтому пиво, изготовленное из засыпи, содержащей заменители солода, главным образом сахар, имеет более низкий pH, чем пиво, полученное из чистого солода.

При брожении сусла система буферов изменяется, с одной стороны, в результате потребления дрожжами фосфатов и при фосфорилировании, с другой - вследствие образования органических кислот, которые в присутствии соответствующих солей функционируют как буферы.

Влияние семенных дрожжей в целом незначительно и вытекает из несколько отличающегося образования кислот отдельными расами дрожжей. Наконец, известно, что пиво из более интенсивно бродящего сусла имеет pH несколько ниже.

Пиво, инфицированное кислотообразующими бактериями, имеет pH существенно ниже, чем пиво нормальное.

Высшие спирты. Кроме основных продуктов при спиртовом брожении как продукты нормального метаболизма белков образуются небольшие количества высших спиртов.

Согласно открытию Эрлиха, подтвержденному Торном [23], дрожжи сбраживают некоторые аминокислоты в соответствующие спирты Аминокислота при этом дезаминируется и декарбоксилируется. Например, образуется 2-пентанол (изоамилалкоголь) из лейцина, пентанол (амилалкоголь) из изолейцина, 2-бутанол (изобутилалкоголь) из валина и т. д. В 1957 г. Женевье и Лафон [24] указали, что высшие спирты могут образовываться из сахаров иначе, а именно через уксусную кислоту по схеме: уксусная кислота->ацетоацетат->ацетоин->изопропанол, или ацетон + ацетальдегид->ββ-диметилакролеин->2-пентанол (изоамилалкоголь).

Содержание высших спиртов в пиве количественно и качественно зависит от состава сусла, главным образом от вида сбраживаемого сахара (мальтоза или мальтоза + сахароза), от вида и количества присутствующих аминокислот, далее от типа использованных дрожжей и нескольких других факторов. Аминокислоты сбраживаются в соответствующие спирты только в присутствии сбраживаемого сахара. Высшие спирты (сивушное масло) содержатся во всех бродильных напитках. В пиве они появляются уже в начале брожения и их объем возрастает в зависимости от температуры при брожении [25].

По Энебо, в пиве преобладает изопентанол (2-амилалкоголь) вместе с оптически активным пентанолом (амилалкоголь). В пиве Энебо обнаружил их в целом 44 мг/л; потом следовали 2-бутанол (изобутилалкоголь) - 3,9 мг/л, нормальный пропанол (пропилалкоголь) - 2,9 мг/л и следы 2-пропанола.

Различные высшие спирты по-разному влияют на вкус пива; указывается, что их вкус более или менее горький. Когда Гарольду и сотрудникам [27] удалось идентифицировать в пиве фенетилэтиловый спирт, Айрапаа [28] изучил его содержание в большом количестве сортов пива и обнаружил от 10 до 40 мг/л. Однако даже добавление 75 мг/л спирта не оказало влияние на запах и вкус пива, в то время как в воде можно было обнаружить по запаху уже 4 мг/л.

Альдегиды и их производные. Из альдегидов в пиве преобладает ацетальдегид, который является нормальным побочным продуктом брожения. В молодом пиве было обнаружено 9 мг/л ацетальдегида, а в готовом фильтрованном пиве - 6,8 мг/л [29]. Энебо [26] обнаружил в испытываемом пиве от 3 до 7 мг/л ацетальдегида. При низкой концентрации присутствие в пиве ацетальдегида не проявляется ни в запахе, ни во вкусе. И наоборот, производные ацетальдегида главным образом диацетил и ацетоин являются опасными.

Диацетил образуется не только в пиве, инфицированном педиококками или молочными бактериями, некоторые расы пивоваренных дрожжей тоже способны его образовывать. Бургер [30] считает нормальным содержание в пиве 0,2 мг/л диацетила, 0,35 мг/л диацетила и выше влияет на запах и привкус (неприятный).

Дрожжи обладают способностью восстанавливать диацетил в 2,3-бутандиол в стадии активного размножения. Более низкие концентрации диацетила, которые могут быть получены в пиве в результате редукции живыми дрожжами, равны 0,2 мг/л. Авторы обнаружили, что в практике запах диацетила можно удалить из пива путем добавления свежих густых дрожжей от 0,5 до 1,0 л/гл.

Сбраживаемый сахар повышает способность дрожжей восстанавливать диацетил. Поэтому в практике видимая степень сбраживания не должна слишком приближаться к конечной степени, а именно, если пиво загрязнено грампозитивными педиококками или молочными бактериями.

В пиве с завитками запах диацетила почти не встречается. Пиво, в котором появляется этот запах, следует перекачивать с более молодым.

Ацетоин уже в небольшом количестве является причиной так называемого подвального (затхлого) привкуса пива. Воеркелиус [31] считает нормальным содержание в пиве 1 мг/л ацетоина. Концентрация от 2,3 до 5,3 мг/л проявляется в затхлом привкусе; было обнаружено 12,4 мг/л ацетоина.

Сложные эфиры. Сложные эфиры образуются при брожении и дображивании пива из летучих и нелетучих кислот и спиртов в результате реакций, катализированных ферментами из группы эстераз. Эти ароматические вещества характеризуются тем, что являются главной составной частью запаха (букета) пива. К нелетучим сложным эфирам, обнаруженным в пиве, относится прежде всего этилоктан, присутствие которого в пиве обосновано относительно высоким содержанием (от 50 до 150 мг/л) уксусной кислоты. Энебо [26] обнаружил в пиве от 10 до 21 мг/л этилоктана, 0,8 мг/л этилформиата и следы изометилоктана. Сложные эфиры нелетучих кислот (муравьиная, янтарная, малеиновая, лимонная, виноградная, щавелевая) с этанолом он определил от 39 до 52 мг/л.

Общее содержание сложных эфиров в пиве колеблется, по Дженарду [25], от 35 до 83 мг/л: при низовом брожении всегда образуется сложных эфиров меньше, чем при верховом. При брожении большую часть эфиров захватывает улетучивающийся углекислый газ. При брожении крепкого сусла (с более высокой концентрацией) и сусла, полученного с добавлением заменителей солода, сложных эфиров образуется больше.

Пиво пильзенского типа не имеет выразительного букета и поэтому содержит очень мало сложных эфиров.

Сернистые соединения. Присутствие сернистых соединений, сероводорода и меркаптанов считается основной причиной неприятного ( незрелого) вкуса молодого пива. Для синтеза органических сернистых соединений дрожжи используют серу из сульфатов, сульфитов и азотистых соединений, содержащих серу.

Клебер и Лампл [32] изучали общее содержание серы во всем производственном цикле и обнаружили в сырье следующее количество:

в солоде 79, в хмеле 97, в дрожжах 715 мг на 100 г сухого остатка;

в сусле около 65 мкг/л;

в бродильных газах от 48,5 до 84,7 мкг/м²;

в молодом пиве от 42,6 до 58,8 мкг/л;

в готовом пиве от 42,6 до 47,5 мкг/л.

Если брожение протекает медленно, то в бродильные газы сероводорода переходит больше, чем при быстром ходе брожения.

Содержание летучих меркаптанов при брожении снижается, в то время как при дображивании возрастает [33]. Меркаптаны образуются при главном брожении и их содержание достигает при этом максимума (около 60%) [34]; при использовании седиментирующих дрожжей в пиве содержится 0,97 мг/л меркаптанов, а при применении пылевидных дрожжей 0,5 мг/л. Образование меркаптанов поддерживают взвеси, попавшие в сусло.

Кислород, редуцирующие вещества и rH. Кислород, содержащийся в сбраживаемом сусле, используется для дыхания уже в процессе размножения в начале брожения. Де Клерк [35] обнаружил в конце брожения остаточный кислород (0,25 мг/л).

Редуцирующие вещества при брожении почти не изменяются и в связи с этим не имеют даже величины индикаторного временного теста (ITT).

Окислительно-восстановительный потенциал rH при брожении снижается с 20 в исходном сусле до 11 в молодом пиве.

Содержание изогумулонов и полифенолов. Содержание изогумулонов (горьких веществ) при брожении резко уменьшается. Мейльгард и сотрудники [36] обнаружили уменьшение их на 9,4% при использовании дрожжей седиментирующих и на 13,4% при применении пылевидных дрожжей. В сусле с исходным высоким содержанием изогумулона другие авторы [37] обнаружили потери от 35 до 45%.

Указывается [38], что потери возникают в результате адсорбции этих веществ на дрожжах и поэтому зависят от размножения клеток; последующие потери возникают вследствие увлечения изогумулона бродильными деками вместе с пузырьками углекислого газа.

Полифенольные (дубильные) вещества также уменьшаются при брожении и потери их достигают ¹/₃.

Цвет пива. Пиво всегда имеет менее интенсивную окраску по сравнению с исходным суслом. Потеря цвета связана прежде всего с более низким pH бродящего сусла, при котором красящие вещества сусла (меланоидины) приобретают более светлый цвет. Одновременно часть красящих веществ адсорбируется на поверхности дрожжей и на пузырьках углекислого газа, которые поднимаются к деке.

По Де Клерку [6], сусло наиболее сильно обесцвечивается в результате роста кислотности, а именно уже с начала брожения. Меньшее влияние оказывает удаление углекислого газа и самое меньшее - редукция. Адсорбцию красящих веществ на поверхности дрожжей этот автор считает спорной.

Светлое молодое пиво по сравнению с исходным суслом имеет цвет ниже на 0,20-0,30 мл 0,1 н. раствора йода. У темных сортов пива это снижение из-за интенсивного цвета не так заметно.