Изменения в сусле при верховом брожении
Благодаря свойствам дрожжей верхового брожения, а также под действием повышенных температур и обусловленного ими быстрого и продолжительного снижения значения pH сусло в ходе верхового брожения претерпевает более глубокие изменения, чем при низовом брожении.
8.3.5.1. Изменение значения pH. Как мы уже отмечали в разделе 8.3.4.1, значение pH при верховом брожении снижается очень быстро - от первоначального 5,4-5,7 до 4,0-4,2. Некоторое повышение значения pH в ходе главного брожения, обусловленное малой продолжительностью брожения, составляет не более 0,05. Только в случае слишком долгого контакта дрожжей с пивом (например, при недостаточном съеме дрожжей) и очень длительного воздействия повышенных температур значение pH вновь повышается на 0,1-0,2 благодаря выделению основных аминокислот и фосфатов. Как правило, это сопровождается ухудшением вкуса. На снижение значения pH положительное влияние оказывают следующие факторы: повышенные температуры брожения, сильное размножение дрожжей, интенсивное забраживание и хорошая сбраживаемость сусла. Это, естественно, зависит от наличия в сусле ассимилированного азота и от содержания в нем фосфатов и микроэлементов. Фосфаты стимулируют дрожжевой метаболизм при брожении и, как и микроэлементы, могут в некоторой степени противодействовать снижению pH.
8.3.5.2. Азотсодержащие вещества. Из-за сильного снижения значения pH и высокой скорости размножения дрожжей содержание общего азота в ходе главного брожения снижается на 40 мг/100 мл, что на 30 % больше, чем при низовом брожении. При этом содержание коагулируемого азота в неблагоприятном по составу пшеничном сусле снижается более чем на 50 %, в результате чего в готовом пиве его содержание оказывается нормальным и, скорее, даже пониженным. Содержание высокомолекулярных азотистых фракций (осаждаемых сульфатом магния) также существенно уменьшается. Благодаря интенсивному росту дрожжей из сусла отбирается очень много свободного аминного азота (в процентном выражении): его первоначальное содержание (18-22 мг/100 мл) снижается до 2-6 мг/100 мл, что является хорошей предпосылкой биологической, а также вкусовой стойкости пива.
8.3.5.3. Горькие вещества сусла усиленно удаляются благодаря значению pH и очень сильному образованию CO2 (за 24 ч сбраживается более 6 % экстракта!), а также вследствие большой поверхности дрожжей. Таким образом, молодое пиво при открытом брожении содержит чуть более 50 %, а в бродильных танках - около 60 % горьких веществ, растворенных в начальном сусле. Потери, естественно, зависят от степени изомеризации α-кис-лот, остаточное содержание которых в пиве варьирует в пределах 0,3-1,0 мг/л.
8.3.5.4. Полифенолы при верховом брожении осаждаются сильнее, чем при низовом брожении (по тем же причинам).
8.3.5.5. Цветность от начального сусла до молодого или готового пива снижается у светлых типов (Koelsch, пшеничное пиво) на 3-4 ед. ЕВС. Здесь сказывается снижение значения pH, а также более интенсивное отделение красящих веществ.
8.3.5.6. Побочные продукты брожения при верхом брожении ведут себя иначе, чем при низовом. С одной стороны, это обусловлено штаммами дрожжей, а с другой - применяемыми более высокими температурами. Верховые дрожжи всегда продуцируют больше высших спиртов и сложных эфиров, чем низовые, так как последние сильнее реагируют на повышение температуры брожения (см. раздел 3.2.6).
Образование ацетальдегида происходит сильнее в стадии забраживания (благодаря повышенным температурам), но снижение его содержания при последующем брожении происходит дольше, так что в результате его содержание оказывается на 2-4 мг/л ниже, чем при низовом брожении.
Высшие алифатические спирты достигают содержания, превышающего на 15-50 % показатели низовых дрожжей. Конечно, на их образование заметно влияют условия брожения. Содержание изо-бутамола при увеличении температуры брожения повышается с 16 до 22 °С более чем на 50 %. Дрожжи для пшеничного пива могут давать существенно более высокие значения, чем дрожжи для производства пива Koelsch и Alt. У пива верхового брожения содержание 2-фенилэтилового спирта практически не превышает его содержание в пиве низового брожения (если используются примерно одинаковые температуры брожения); напротив, низовые дрожжи реагируют чувствительнее, чем дрожжи верхового брожения.
Содержание сложных эфиров вследствие значительно более высокой скорости размножения дрожжей и в целом более сильного их метаболизма при верховом брожении увеличивается примерно на 50 % по сравнению с низовым, однако существенно зависит и от штамма используемых верховых дрожжей. Так, дрожжи для пшеничного пива продуцируют больше сложных эфиров, чем дрожжи для пива Koelsch и Alt.
Содержание вицинальных дикетонов и их предшественников, как и при более теплом ведении процесса при низовом брожении, сильно возрастает в начале брожения, однако впоследствии под действием высоких температур наступает быстрое снижение содержания 2-ацетолакта-та и 2-ацетогидроксибутирата. Содержание первого уже в ходе 1-2-суточной паузы при 20 или 17 °С снижается ниже порога вкусового восприятия диацетила.
При верховом брожении вследствие более интенсивного размножения дрожжей содержание низкомолекулярных свободных жирных кислот ниже, чем при низовом. Образование НСЖК существенно зависит от физиологического состояния дрожжей.
Особенностью дрожжей для производства «белого» (Weiss) и пшеничного (Weizen) пива является их способность декарбоксилировать содержащуюся в сусле феруловую кислоту до 4-винилгвая-коля. Феруловая кислота связана в сусле с нерастворимым пентозаном, в частности, с боковыми цепочками арабинозы. 4-Винилгваяколь продуцируется в ходе расщепления пентозана в результате гидролиза при солодоращении и особенно при затирании. Образование 4-винил-гваяколя при брожении зависит, естественно, от содержания его предшественника - феруловой кислоты, на которое в определенных пределах можно воздействовать при помощи условий затирания (см. раздел 8.4.3.4). Разные штаммы дрожжей для пшеничного пива продуцируют неодинаковое количество 4-винил-гваяколя (± 50 %). При брожении повышающее действие может оказать стадия внесения дрожжей в сусло (например, флотация), тогда как температуры брожения в области 15-20 °С на его содержание оказывают лишь незначительное воздействие. Решающее значение здесь имеет геометрия бродильных емкостей (чаны, горизонтальные бродильные танки, вертикальные танки со сферическим днищем или ЦКТ), а также способ съема дрожжей - сверху или (в ЦКТб) снизу. Следствием многократного ведения брожения в ЦКТб является сокращение содержания полифенолов, сопровождаемое, однако, ослабленным образованием эфиров. Продолжительное пребывание суспендированных дрожжей в отбродившем пиве дает повышение содержания 4-винилгваяколя по сравнению с фильтрованием непосредственно после достижения КСС. Если дрожжи, выращенные из чистой культуры, использовать в ЦКТб лишь в 2-3 бродильных циклах, то содержание 4-винилгваяколя можно поддерживать в желаемом диапазоне (1,2-1,7мг/л). Следствием слишком высокого содержания этих фенолов является долгое горькое послевкусие, нарушающее гармоничность пива.
Дображивание
Еще в первой половине XX века выпуск целого ряда сортов пива верхового брожения производился без стадии добра-живания, то есть в большинстве случаев непосредственно из бродильной емкости. У других же сортов пива дображи-вание проводили, как и при низовом брожении, в бутылках.
8.3.6.1. Свежее («живое») пиво отпускалось после прекращения брожения и съема деки, и при этом стремились добиться хорошего отделения дрожжей. Реализация такого пива осуществлялась без добавления завитков или сахара. Дображивание проходило у потребителей в бочках или бутылках.
8.3.6.2. Дображиваемое пиво верхового брожения поступает в бочки или танки для дображивания с остаточным содержанием экстрактивных веществ 0,5-0,8 %.
Содержание дрожжей составляет при этом около 15-40 млн клеток/мл. Перекачивание молодого пива с температурой 10-18 °С через шланг производится при температуре в отделении дображивания 3-5 °С. Благодаря тому что танк заполняется сразу, охлаждение идет так медленно, что остаточные экстрактивные вещества сбраживаются в основном в течение 7-14 сут. Интенсивность дображивания, естественно, существенно зависит от штамма дрожжей, условий брожения и состава сусла. При шпунтовании учитывается как желаемое содержание CO2 в пиве, так и температура в отделении дображивания. Например, для бочкового пива давление шпунтования составляет 0,3-0,4 бара, для бутылочного пива - 0,5-0,7 бар. Осветление осуществляется медленно и в большинстве случаев остается неполным. С одной стороны, это связано с низкой флокулирующей способностью верховых дрожжей, которые в случае активного дображивания, а также после его прекращения осаждаются очень медленно. С другой стороны, замедляется осаждение других компонентов мути, в частности белково-дубильных коллоидов, у которых при несколько более высоких температурах отделения дображивания не происходит желаемого снижения степени дисперсности. Из-за относительно высокого содержания дрожжей при перекачивании и технологически обусловленных более теплых отделений дображивания рекомендуется перекачивать пиво по окончании дображивания с дрожжевого осадка в более холодное отделение. При этом зачастую используется охладитель, но иногда применяют и стружку (до 20 г/гл) или вспомогательные средства для стабилизации пива. При таком ступенчатом дображивании и созревании и выдержке сначала они проводятся при несколько повышенных температурах (7-12 °С) так, чтобы процессы дображивания и созревания продолжались. В целом этот цикл занимает 7-14 сут. При последующем холодном хранении необходимы температуры около 0 °С. В целях лучшего осветления общепринято повышать давление шпунтования в последние сутки хранения на 1 бар.
Если на пивоваренном предприятии вместе с пивом верхового брожения производится и пиво низового брожения, для оживления или закрепления процесса дображивания можно добавить низовые дрожжи (0,1 %) в виде завитков (не более 15 %). Указанные максимальные количества регламентированы в ФРГ законом о налоге на пиво. Преимущества этого очевидны: низовые дрожжи, независимо от того, смешиваются ли они с пивом или добавляются в виде завитков, активно сбраживают остаточные экстрактивные вещества даже в условиях низких температур отделения дображивания. Благодаря своей флокулирующей способности они поддерживают также процесс седиментации верховых дрожжей, в результате чего лучше проходит осветление. Так как характер пива верхового брожения задается уже в ходе главного брожении благодаря образованию максимального количества побочных продуктов брожения, то низовые дрожжи не ухудшают свойств пива верхового брожения.
При использовании современных способов брожения (см. раздел 3.6) различают стадию созревания и стадию дображива-ия. На первой стадии первоначальная температура брожения поддерживается до тех пор, пока не будет достигнуто снижение содержания вицинальных дикетонов и их предшественников. Затем производится охлаждение примерно до 7 °С и отмучивание дрожжей (чаще всего - после паузы в 6-24 ч). После этого пиво охлаждают в том же танке (при однотанковом способе) или перекачивают в другой танк и при этом охлаждают в охладителе до -1 °С. Нередко при перекачивании через шланг (по возможности без охлаждения до 7 °С и, следовательно, без паузы) используется фильтр для молодого пива; с его помощью производится съем дрожжей или же благодаря снижению содержания остаточных суспендированных дрожжей осуществляется корректировка (до желаемого для холодного хранения содержания дрожжей - около 3 млн клеток/л). При однотанковом способе после достижения температуры -1 °С при последующем холодном хранении важно отделять седиментирующиеся дрожжи раз в неделю. В танке холодного хранения необходимо также еженедельно удалять дрожжи, захваченные при перекачивании через шланг. Требуемое насыщение CO2 происходит благодаря своевременному применению давления.
При любом способе хранения важно то, чтобы содержание дрожжей с учетом продолжительности хранения и температуры не было слишком большим - в противном случае происходит увеличение значения pH вследствие осаждения компонентов дрожжей. Возрастает, например, содержание аминного азота, которое ухудшает пенообразующие свойства, снижает биологическую стойкость и ускоряет старение пива в бутылках. Содержание низкомолекулярных свободных жирных кислот (гексановой, октановой и декановой) в этом случае также значительно возрастает, что приводит к ухудшению пенообразующих свойств. Увеличение содержания сложных эфиров жирных кислот сопровождается образованием дрожжевого привкуса. Выделение протеаз из физиологически слабых дрожжей уже во время созревания приводит к снижению содержания высокомолекулярных азотсодержащих веществ с увеличением содержания аминного азота, что сопровождается заметным ухудшением пенообразующих свойств.
8.3.6.3. Брожение в бутылках. Молодое пиво разливают в бутылки сразу после брожения или промежуточного хранения в танке (1-14 сут при температуре 5-7 °С без шпунтования). Таким образом, дображивание полностью или частично проходит в емкости для транспортировки. Для получения требуемой степени насыщения CO2 (0,5-0,9 %) в молодое пиво с дрожжами в большинстве случаев добавляют экстракт в виде сахара (за пределами Баварии), несброженное сусло (первое или горячее охмеленное сусло) или завитки (чаще всего от низовых дрожжей). Результатом начавшегося дображивания, наряду с повышением содержания CO2, является созревание и осветление пива, хотя последнее при использовании исключительно верховых дрожжей осуществляется не полностью. Низовые дрожжи улучшают эффект осветления; в прошлом также специально добавляли осветлитель (см. раздел 3.5.3.5). Для достижения содержания CO2, характерного для данного типа пива, еще до розлива (но без риска перешпунтования) необходимо рассчитать количество вводимого экстракта с учетом степени сбраживания, требуемой при розливе. Так как при сбраживании 1 г экстракта образуется 0,46 г CO2, то в отбродившее молодое пиво с 0,2 % CO2, на выпуске которого оно должно составить 0,7 %, можно добавить 0,5/0,46, то есть 1,08 % сбраживаемого экстракта. Если конечная действительная степень сбраживания «подкормки» составляет 66 %, то дозируемое количество общего экстракта будет 1,08/0,66, то есть 1,63 %. Учитывая экстрактивность начального сусла 12,8 %масс. (13,45 %об.), расчетная добавка составит 12 % от количества молодого пива. Если же в молодом пиве еще присутствует сбраживаемый экстракт, то его необходимо учесть. Так как верховые дрожжи и в конце брожения еще отличает сильное падение экстрактивности, то степень сбраживания следует контролировать каждый час и соответственно регулировать добавление экстракта.
Для активного сбраживания внесенного экстракта, розлитое пиво в стадии дображивания сначала хранят при более высоких температурах (около 15-20 °С). Пиво, уже прошедшее промежуточное хранение в отделении дображивания, следует соответственно подогреть. Ход дображивания можно контролировать с помощью манометров, устанавливаемые на 3-4 бутылки в каждой партии. Через 2-3 сут давление достигает максимальной величины 2-3,5 бар (в зависимости от температуры в отделении дображивания и количества сброженного экстракта). Затем пиво охлаждают до 2-4 °С или путём переключения системы кондиционирования воздуха в помещении с обогрева на охлаждение, или за счет перемещения бутылок в штабелях на поддонах из «теплого» в «холодное» отделение. Через 2-3 нед. холодного хранения пиво осветляется настолько, что оно готово к реализации. У пива Berliner Weisse или северо-немецких сортов белого пива (norddeutschen Weißbieren) продолжительность дображивания и созревания составляла ранее 3 мес. (иногда даже до 2-3 лет), благодаря чему такое пиво приобретало особую эфирно-цветочную ноту.
8.3.6.4. Осветлители. Если пиво поставляется на реализацию в нефильтрованном виде в бочках (как например, в Англии) или в бутылках, то дрожжи и вещества мути необходимо удалять. Как уже отмечалось ранее, при низком содержании дрожжей в молодом пиве верхового брожения или при его промежуточном хранении для удовлетворительного осветления пива достаточно относительно небольшого количества низовых дрожжей. Если же требуется более глубокое осветление, то применяют такие осветлители, как рыбий клей, желатин или препараты из водорослей (исландский мох или карраген). В ФРГ разрешено применение только рыбьего клея, который, однако, запрещено добавлять в бутылки. Эта операция проводится преимущественно в отделении промежуточного хранения, где есть возможность для хорошего оседания клея и при известных условиях его можно удалить путем последующего фильтрования.
Рыбий клей представляет собой препарат из плавательных пузырей некоторых рыб (в частности, белуги), который после тщательной очистки и сушки поступает в торговую сеть в виде листов или полосок. В пиво рыбий клей добавляют в количестве 2,5-4 г/гл. После основательной промывки в воде (в течение 10 ч в проточной холодной воде для удаления запаха рыбы) в такой клей вносят виннокаменную кислоту (0,1 % по сухой массе), добавляют воду до 20-кратного объема и оставляют набухать. Затем полученное желе многократно промывают водой для удаления виннокаменной кислоты. Путем добавления горячей воды (температурой 50 °С) из этой слабовязкой массы можно через сито для дрожжей удалить возможные остатки плавательных пузырей, после чего осветлитель смешивается с нужной партией пива.
Фильтрование и розлив
8.3.7.1. Фильтрование. Пиво верхового брожения выпускается в зависимости от типа отфильтрованным или нефильтрованным. При фильтровании руководствуются теми же принципами, что и для пива низового брожения (см. главу 4). Особенность пива верхового брожения заключается в том, что и в конце хранения в нем еще может содержаться много дрожжей (от 2 до 20 млн клеток/мл), а седиментация коллоидных частиц мути может пройти недостаточно глубоко вследствие слишком непродолжительного дображивания или высокой температуры хранения. Для уменьшения нагрузки на фильтр предварительного фильтрования зачастую используют центрифуги (см. раздел 4.2.5). Несмотря на это, расход кизельгура составляет 120-250 г/гл, что объясняется ограниченным сроком службы фильтров. Для обеспечения биологической стойкости нередко применяют дополнительные пластинчатые фильтры с обеспложивающими слоями. В случае инфицирования пива молочнокислыми бактериями производительность фильтра следует кардинально снизить до 0 , 5 - 0,6 гл/м2 в час или еще раз произвести двойное фильтрование через всю систему из кизельгурового и пластинчатого фильтров с пониженным расходом (что еще лучше). Фильтруемость пива может ухудшиться при добавлении уже осветлившегося молодого пива (полученного с помощью декантера или центрифуги) из-за содержащихся в нем гумми-веществ.
8.3.7.2. Стабилизация. Так как срок годности фильтрованного пива верхового брожения такой же, как и у пива низового брожения, то необходимо его стабилизировать. В большинстве случаев стабилизацию проводят с помощью препаратов кремниевой кислоты в ходе фильтрования (см. раздел 7.6.4.1).
8.3.7.3. Стерилизация. Вместо стерилизации можно проводить кратковременную высокотемпературную пастеризацию пива. У пива с высоким давлением шпунтования (например, пшеничного) следует учитывать давление насыщения CO2. Пастеризация в бутылках для диетического и солодового пива обязательна, так как даже незначительная дрожжевая контаминация пива вызывает сбраживание экстракта, присутствующего в достаточном количестве (появляются риски взрыва или растрескивания бутылок, гашинг-эффекта и т.д.). Нормально сброженное пиво (например, типа Alt) пастеризуют только при необходимости длительной транспортировки или при незначительной доле такого пива на рынке.
8.3.7.4. Розлив. Все типы фильтрованного пива верхового брожения для снижения поглощения кислорода требует такого же осторожного обращения при розливе, что и пиво низового брожения. Пиво, дображиваемое в бутылках, менее восприимчиво к кислороду при розливе.