Главное брожение

Главное брожение регулируется в зависимости от типа изготавливаемого пива и от требований к скорости брожения. При холодном брожении температура поднимается самое большее до 9°С, при теплом брожении она достигает 12-14°С. Главное брожение обычно регулируется согласно практическому опыту и условиям, определяемым местными требованиями к пиву.

Наиболее сильное влияние на ход и результаты главного брожения оказывает температура сбраживания, доза семенных дрожжей, а также максимальная температура, которая достигается при брожении, и время, в течение которого эта максимальная температура удерживается. Однако для нормального протекания процесса брожения следует соблюдать ряд условий. Прежде всего необходимо, чтобы использованные семенные дрожжи имели хорошую бродильную способность и были биологически чистыми. Сусло должно быть достаточно насыщено кислородом и иметь удовлетворительный состав. Важно также хорошее осахаривание и правильное соотношение сахаров к несахарам. Расщепление высокомолекулярных белков в сусле должно быть относительно глубоким, чтобы дрожжи имели достаточно азотистых веществ в ассимилируемой форме. Из-за ферментативного характера всего процесса брожения сусло не должно перед сбраживанием иметь pH выше, чем 5,8. Определенное влияние имеет также концентрация сусла. Лучше всего сбраживается 10-12%-ное сусло. Сусло с низким содержанием экстракта является средой с менее пригодными условиями питания, а в сусле с экстрактивностью выше 18% брожение замедляется.

После сбраживания сусла деятельность дрожжей проявляется, с одной стороны, в размножении, с другой - в начале спиртового брожения.

Дрожжи при главном брожении размножаются в четыре стадии.

Точно так же, как при размножении дрожжей, в ходе брожения различаются разные стадии. Они выражаются во внешнем виде поверхности бродящего сусла (деки), в росте температуры бродящего сусла, в постепенном снижении экстрактивности, образовании углекислого газа и этанола и к концу главного брожения также в осаждении дрожжей и осветлении молодого пива.

I стадия главного брожения, так называемый забел, проявляется тем, что начинает выделяться углекислый газ. При низкой температуре сбраживания (около 5°С) разбраживание происходит медленно. Сначала углекислым газом насыщается сусло и только потом пузырьки углекислого газа начинают подниматься к поверхности. Через 12-24 ч на поверхности сусла образуется белая пена, похожая на хлопья, которая постепенно густеет. В конце этой стадии брожения уже явно заметно, углекислый газ освобождается главным образом около стенок бродильного чана, поднимаясь к поверхности вдоль стенок и смещая деку к центру. Это явление характеризует хорошее начало разбраживания. Количество экстракта в этой стадии уменьшается незначительно (на 0,2-0,35%), pH снижается на 0,15-0,20 (измерено после удаления CO₂). Температура сусла поднимается в среднем на 0,2-0,3°С за 24 ч.

Во II стадии брожения дрожжи размножаются быстрее и брожение углубляется; образование углекислого газа наиболее интенсивное. Он освобождается быстрее, пузырьки поднимаются вверх и образуют пену в виде белых розочек, называемых завитками. Этот период главного брожения называется стадией низких или белых завитков и продолжается 2-3 дня. Уменьшение экстракта более заметно (на 0,8-1,2% за 24 ч). Температура также возрастает быстрее, обычно от 0,5 до 0,8°С за 24 ч. pH снижается тоже больше; в конце этой стадии бродящее сусло имеет pH от 4,7 до 4,9, если исходное сусло имело pH 5,6.

В III стадии высоких или коричневых завитков деятельность дрожжей достигает максимума. Завитки поднимаются, постепенно разрыхляются и приобретают коричневый цвет. Углекислый газ выносит на поверхность вещества, которые осаждались при брожении главным образом в результате снижения pH. Это остатки взвесей, дубильно-белковые соединения, горькие вещества и другие соединения, которые на воздухе быстро окисляются и призм дают завиткам коричневую окраску. Температура возрастает быстро, так что уже в начале этой стадии бродящее сусло следует охлаждать. Снижение экстракта значительно (на 1-1,8% за 24 ч). Размножение дрожжей в этой стадии приостанавливается в связи с уменьшением питательных веществ и недостатком кислорода, и до определенной степени также в результате скопления продуктов брожения, т. е. углекислого газа и этанола. Эта стадия продолжается 3 дня. К концу pH снижается до 4,6-4,4 и дальше уже не изменяется.

IV стадия характеризуется равномерным опаданием завитков, связанным с образованием низкой и густой деки. Прекращается размножение дрожжей и брожение. Дрожжи, до сих пор рассеянные, агглютинируют и оседают на дно. Поверхность молодого пива, которая при брожении была мутной, приобретает ржавый цвет и постепенно темнеет до коричнево-черного оттенка. Молодое пиво медленно осветвляется, убыль экстракта существенно снижается, пока к концу стадии не достигнет 0,2-0,3% за 24 ч.

При достижении этого состояния главное брожение считается законченным, а молодое пиво пригодным для перекачки.

Главное брожение продолжается от 6 до 14 дней в зависимости от концентрации сусла и температуры. Как правило, считается, что время главного брожения, указанное в днях, соответствует экстрактивности исходного сусла: 7%-ное сусло - 7 дней, 10%-ное - 10 дней и т. д. Однако это только приблизительно, поскольку время главного брожения регулируется в зависимости от технологических требований и даже у крепкого сусла (16-18%-ного) не бывает больше 14 дней.

Отклонения при брожении

При главном брожении иногда наблюдаются отклонения от нормального хода; причинами их может быть следующее: недостатки основного сырья, отклонения в составе сусла, неправильные режимы брожения, плохое качество семенных дрожжей или сильные загрязнения.

Медленное разбраживание проявляется в том, что сброженное сусло не забеляется даже спустя 24 ч, его поверхность не имеет пены и на ней много голых мест. Если причиной является малая доза заданных дрожжей или слишком низкая температура сбраживания, достаточно, как правило, применить переливание сусла и тем самым ускорить брожение. Если сусло не начнет сбраживаться и после этого, то следует повысить температуру сусла и добавить новую дозу свежих, активных дрожжей. Причиной медленного разбраживания может быть также недостаточно осахаренное сусло с низкой долей сбраживаемых сахаров. В этом случае сусло можно доосахарить добавлением диастатического солодового экстракта, приготовленного из светлого солода.

Обычно достаточно 1 л экстракта на 5 гл сусла, чтобы улучшилось состояние. Нужно внимательно следить за биологической чистотой сусла, к которому был добавлен экстракт. Если причиной медленного разбраживания является сильная инфекция, главным образом термобактериями, то возникает серьезное положение и часто не помогает даже новая доза семенных дрожжей, поскольку сусло от деятельности бактерий утрачивает кислород, а, по Вайнфуртнеру, также и витамины, необходимые для роста дрожжей.

Причиной замедленного брожения может быть и слишком раннее охлаждение сусла, главным образом, если оно начало охлаждаться уже в I стадии брожения. При этом временно замедляются размножение дрожжей и брожение, и такое состояние длится до тех пор, пока дрожжи не привыкнут к более холодной среде. Только потом брожение снова возобновляется, тем самым температура несколько поднимается, так что дальнейший ход уже бывает нормальным. Причиной приостановки или замедления брожения может быть также неудовлетворительное размножение дрожжей в плохо аэрированном сусле, недостаток сбраживаемых сахаров в сусле, сильная инфекция или использование ослабленных, дегенерированных дрожжей, чаще всего дрожжей с низкой бродильной способностью. Если этот недостаток обнаружится только в стадии белых завитков, то нет смысла добавлять новую дозу свежих дрожжей, поскольку частично сброженное сусло менее пригодная среда для размножения. В таком случае наиболее эффективно повысить температуру бродящего сусла до 10-12°С (например, внесением поплавка с горячей водой) и оставить сусло бродить в таких условиях. Перед перекачкой его следует охладить, однако перекачку такого пива надо проводить отдельно из-за возможного отрицательного влияния этого недостатка на вкус пива.

Видимые на глаз отклонения деки по внешнему виду и по плотности связаны с качеством используемого сырья. Низкие завитки и рыхлые деки появляются при переработке долго хранившегося влажного солода. Непосредственной причиной являются ферментативные изменения некоторых компонентов солодового эндосперма, протекающие при повышенном содержании воды.

Подобные явления могут быть также при кипячении перележавшего хмеля; однако в этом случае достаточно добавить около ¹/₄ свежего хмеля, чтобы вид завитков и деки изменился. Более незначительные отклонения бывают при введении новой расы семенных дрожжей или при внесении дрожжей из аппаратов для разведения, поскольку дрожжи привыкают к новой среде только спустя определенное время.

Так как адаптивные свойства отдельных рас различны, ход брожения часто выравнивается после второй или третьей генерации.

Более серьезными являются ненормальные явления такие, как пузырчатое или кипящее брожение. Оно имеет место без видимой причины и его нельзя устранить обычными способами, например, заменой семенных дрожжей или изменением температурного режима брожения.

Пузырчатое брожение проявляется в появлении рыхлых белых и коричневых завитков, а в конце брожения или в стадии коричневых завитков появлением пузырьков в деке. Дека рыхлая, поэтому часть горьких веществ и дубильно-белковых соединений оседает на дно и на деке образуются попеременно большие и мелкие пузырьки, которые быстро лопаются, однако тут же образуются новые. После окончания брожения пузырьки перестают образовываться и на поверхности остается рыхлая, слизистая дека. Причиной пузырчатого брожения считается присутствие вязких веществ из взвесей или из хмеля, которые препятствуют устранению углекислого газа и способствуют образованию пузырьков.

Вайнфуртнер наблюдал это явление при переработке плохо очищенного солода с высоким содержанием пыли. Иногда пузырчатое брожение наблюдается только в некоторых варках и снова прекращается без изменения состава сырья, или замены семенных дрожжей. Хотя при этом брожение и бывает нормальным, однако дображивание менее интенсивно и поэтому по опыту Чехословакии к пиву в лагерных танках следует добавлять завитки.

Кипящее брожение может проявиться в любой стадии главного брожения, и интенсивность его бывает разная. Большей частью оно бывает в стадии коричневых завитков и исчезает спустя 12-24 ч. Бродящее сусло внезапно приходит в движение благодаря тому, что в некоторых местах чана (четырехгранного), обычно в одном из углов, быстро начинает выделяться углекислый газ. Поток постоянно увеличивается пока не придет в волнообразное движение все содержимое чана. Части деки опускаются на дно или собираются на противоположной стороне в направлении движения и поверхность бродящего сусла покрывается рыхлой белой пеной. Волнообразное движение сусла иногда бывает кратковременным и проявляется на небольшой площади или только у одной стенки чана, иногда бывает значительным и продолжается до конца главного брожения. Причины кипящего брожения не были достаточно объяснены, их ищут прежде всего в составе использованного сырья. В Чехословакии кипящее брожение появлялось всегда при переработке ячменей из урожаев засушливых лет (1927, 1936 гг.). При переработке заменителей солода кипящее брожение не наблюдалось. Существенное различие в сбраживании и качестве пива кипящего брожения не было обнаружено, однако так же, как пузырчатое брожение, - это нежелательное ненормальное явление, которое может вызвать изменения в качестве пива.

Холодное и теплое брожение

В последнее время большое внимание уделяется теплому брожению. Это связано с тем, что при сезонных отклонениях часто бывает необходимость в ускорении главного брожения путем повышения температуры предварительного брожения и проведения главного брожения при высокой температуре; из этого вытекает стремление использовать такой процесс для сокращения времени брожения и лучшего использования бродильного помещения. Опыты проводились в разных местах, однако результаты их не были однозначными. Швабе и Браун [39] не обнаружили так же, как Бозевитц [40], разницы в качестве пива, сбраживаемого способом холодного или теплового брожения. Преимуществом способа теплого брожения является быстрое разбраживание и положительное влияние на размножение дрожжей. Сбраживание пива при способе теплого брожения было всегда несколько глубже.

Результаты опытов, проводимых в ПВС в Бранике, и опытов по ускоренному дображиванию, приведены в табл. 18. В опытах использовали сусло со следующими исходными данными.

Велхейнер [41] обнаружил, что пиво, изготовленное по способу брожения, содержит меньше общего азота, убыль изогумулонов в нем больше и пенистость несколько ниже, чем у пива, изготовленного по способу холодного брожения.

В условиях Чехословакии холодное главное брожение считается наиболее благоприятным при производстве пива пильзенского типа. Готовое пиво имеет выравненный вкус, лучше связывает углекислый газ и лучше пенится.

Контроль главного брожения

В производстве обычно контролируют температуру бродящего сусла, степень сбраживания, вид деки на отдельных стадиях брожения и в конце брожения, степень осветления и брух молодого пива.

Температуру измеряют 2 раза в день обычным или поплавковым термометром, который постоянно погружен в бродящее сусло. Обычно используют спиртовые термометры со шкалой до 20°С, разделенной по 0,1°С. Имеренные величины заносят в таблицы или листы, прикрепленные на чанах.

Степень сбраживания контролируют по видимому экстракту, измеренному сахарометром. В производстве степень сбраживания, как правило, не определяют вплоть до стадии высоких завитков. При опадании завитков и в начале охлаждения убыль экстракта и сбраживание следует проверять каждый день. Если видимый экстракт измеряют сахарометром прямо в чане или в отобранном образце в цилиндре, то пузырьки углекислого газа облегчают сахарометр и возникает ошибка от 0,1 до 0,3 мас.% по сравнению с экстрактом, определяемом в пиве, которое было освобождено от углекислого газа встряхиванием после предварительного нагревания до температуры, близкой к 20° С. Полученные величины видимого экстракта так же, как и температуру, записывают в таблицы или на листы.

Таблица 18. Результаты различных способов брожения

Вид деки и временная последовательность отдельных стадий являются важными эмпирическими критериями, по которым судят о правильности хода главного брожения и деятельности дрожжей. Отклонения записывают так же, как температуру и степень сбраживания.

Степень осветления и брух молодого пива определяют, с одной стороны, по виду поверхности пива в бродильном чане, с другой - после осветления в контрольных стаканчиках. Для этого за день до перекачки в стаканчики емкостью от 50 до 100 мл отбирают пробы молодого пива из чана после сдува деки. Стаканчики, покрытые стеклышками, помещают в бродильном отделении в специальном месте, обычно на палках с осветительным устройством. Брух перекачиваемого пива оценивают как хлопьевидный или пылевидный, а также как грубый и тонкий, результаты также записывают в таблицу или на лист.

Рис. 69. Диаграмма течения брожения: 1 - изменение температуры; 2 - уменьшение экстракта

После взятия в стаканчики образцов определяют вкус и запах молодого пива, чтобы возможные недостатки были обнаружены вовремя, еще перед перекачкой. В стаканчиках определяют также агглютинацию и седиментацию дрожжей и время, необходимое для осветления пива.

При главном брожении иногда определяют также изменения pH. Более подробно об организации контроля изложено в публикациях Лхотского "Технический контроль в солодовом и пивоваренном производстве", с. 213-224 и Главачека и сотрудников "Пивные дрожжи", с. 115-125 (обе изданы в СНТЛ). Из последней публикации перепечатаны также приводимые ниже сведения (табл. 19) и диаграмма хода главного брожения (рис. 69).

Таблица 19. Контрольная запись о ходе главного брожения