Технологические различия при сбраживании

Название штаммов дрожжей верхового или низового брожения происходит от характерной картины их поведения при брожении. Верховые дрожжи в процессе брожения в основном поднимаются на поверхность, тогда как низовые по окончании брожения опускается на дно.

Верховые дрожжи также опускаются на дно по окончании брожения, но значительно позже низовых. К моменту сбора дрожжей в конце главного брожения они еще находятся наверху и продолжают размножаться (если используются открытые чаны).

Другим существенным признаком низовых дрожжей является особенность хлопьеобразования, и по этому признаку низовые пивные дрожжи разделяют на пылевидные и хлопьевидные. У пылевидных дрожжейклетки гонко распределены в бродящем сусле и медленно опускаются на дно лишь в конце брожения. Клетки хлопьевидных дрожжейчерез некоторое время собираются в большие хлопья изатем быстро оседают. Способность дрожжей образовывать хлопья обусловлена генетически и передается по наследству. Верховые дрожжи хлопья не образуют.

Способность штаммов дрожжей образовывать хлопья имеет большое практическое значение. Хлопьевидные дрожжи дают пиво лучше осветленное, но с более низкой степенью сбраживания, чем пылевидные и верховые дрожжи, тогда как верховые пылевидные дрожжи дают не такое прозрачное пиво, но с повышенной степенью сбраживания.

Верховые и низовые дрожжи различаются также по применяемым температурам брожения. Низовыми дрожжами сбраживают сусло при температурах от 4 до 12°С, а с верховыми штаммами дрожжей работают при температурах от 14 до 25°С. Температуры брожения устанавливает пивовар.

Систематическая классификация

С использованием вышеописанных отличительных признаков отдельное штаммы пивных дрожжей разделяются на дрожжи верхового и низового брожения. При этом следует учитывать, что эти признаки для верховых и низовых штаммов дрожжей не являются неизменными свойствами. Они могут меняться в большей или меньшей степени, причем это относится прежде всего к показателю сбраживания рафинозы, так как некоторые низовые дрожжи могут сбраживать рафинозу только на 1/3. Учитывая недостаточное постоянство отличительных признаков, по новой систематике дрожжи как низового, так и верхового брожения относятся к одному и тому же виду Saccharomyces cerevisiae.

Выбор штаммов, которые выводятся как чистая культура и применяются для введения в сусло, определяется на основе определенных критериев. К ним относятся в основном;

· поведение при брожении (верховые или низовые дрожжи);

· хлопьеобразование (пылевидные или хлопьевидные),

· интенсивность брожения (скорость брожения и степень сбраживания);

· интенсивность размножения,

· образование и расщепление побочных продуктов брожения (образование аромата).

К виду дрожжей Saccharomyces cerevisiae относятся не только культурные штаммы, но также дикие дрожжи, опасные для пивоварения. Например, для пива вредителями являются винные дрожжи, а также дрожжи некоторых других видов и родов. Попадание таких микроорганизмов в пиво называется контаминацией (инфицированием).

Эти микроорганизмы, называемые, в отличие от культурных дрожжей, дикими дрожжами, попадают в пивоваренное производство главным образом с сырьем и всегда нежелательны. Они могут вызывать в пиве неприятные вкус и запах, а также помутнение (см. раздел 8.3).

Несоложеное сырье

Ферментативный потенциал солода достаточен, чтобы расщеплять добавочное количество крахмала. Поэтому во всем мире часть солода в среднем порядка 15-20% - заменяют несоложеными зернопродуктами. Это сырье, более дешевое, чем сравнительно дорогой солод, принято называть несоложеным сырьем. Особенно популярны такие виды зерновых, которые возделываются в данном регионе в сравнительно большом объеме, например:

· в Америке - кукуруза и рис;

· в Азии - рис;

· в Африке - сорго (см. табл. на следующей странице).

Производство зерновых (млн т) 1990-1992
	Африка	Северная и Центральная Америка	Южная Америка	Азия	Европа	Бывший СССР	Океания	Всего
Пшеница						881
Рис
Кукуруза							<1
Ячмень
Сорго					<1	<1	<1
Просо		<1	<0,1		<0,1		<0,1
Овес	<1		<1
Рожь	<0,1	<1	<0,1				<0,1
Всего

Кукуруза

Кукурузу (зерно) убирают с влажностью 25-30% и высушивают до влажности 10-14%. Сухое вещество кукурузного зерна состоит на 76-78% из углеводов, на 9-12% из белка и 4-5% из масла, а также из небольшого количества сырой клетчатки и минеральных веществ. Масло содержится в зародыше зерна. Поскольку следует помнить о вредном влиянии масла на пену, у кукурузы перед переработкой удаляют зародыши, практически исключая тем самым масло. Такая кукуруза содержит еще около 1% масла (при допустимом его количестве в 1,5%).

Содержание белкапри переработке на крупу и хлопья понижают до 7-9%. Этот белок в основном остается в процессе затирания нерастворенным, так что с содержанием белка, несколько меньшим в кукурузе, следует считаться, и это может особенно сказаться на снабжении дрожжей низкомолекулярными соединениями азота (FAN, см. раздел 4.1.3.1).

Кукурузный крахмал (рис. 1.27) по внешнему виду примерно соответствует крахмалу ячменя.

Температура клейстеризации кукурузного крахмала составляет 60-70°С, и поэтому особых проблем при его переработке ожидать не следует. Содержание экстракта в кукурузе без зародышей составляет 88-90% на АСВ (= 77-78% на ВСВ), то есть приблизительно такое же, как у солода.

Перед переработкой кукурузу в сухом состоянии освобождают от зародышей, причем зародыши вместе с шелухой удаляются с помощью плоского вибросита, подключенного к системе аспирации. Кукурузу можно перерабатывать в следующие продукты:

· кукурузную крупку;

· кукурузные хлопья;

· рафинированную крупу;

· кукурузный сироп

Кукурузная крупка

Эта крупка характеризуется относительно крупным размером частиц (0,3-1,5 мм). Размельчение может проводиться на мельнице для несоложеного сырья непосредственно на пивоваренном предприятии. Кукурузную крупку предварительно обрабатывают в заторном котле для разваривания несоложеного сырья приблизительно с одной четвертой частью солодового затора (см. разделы 3.2.4,3.5).

Кукурузные хлопья

Легко увлажняемую крупку раскатывают на вальцах в плоские хлопья и при этом клейстеризуют. В таком виде хлопья можно затирать без предварительного растворения.

Рафинированная крупка

Крупка замачивается в течение 30-40 часов в теплой воде при 50°С, при этом вода обрабатывается SО₂, чтобы подавить развитие микроорганизмов. Зерна дробятся в мельнице, а зародыши удаляются в разделительном устройстве. После этого крахмал отделяют от мякинных оболочек ибелка путем сепарации, а сырой крахмал перед сушкой многократно промывают. Этот процесс осуществляют на специальных установках вне пивоваренного предприятия. Частицы полученного кукурузного крахмала очень мелкие (средняя величина частиц примерно 0,2 мм). Эта рафинированная крупка доставляется на пивоваренное предприятие в специальных автомашинах. Из-за малых размеров частиц возникает опасность взрыва пыли. Рафинированная крупка состоит из чистого кукурузного крахмала, очень легко клейстеризуется и может хорошо разжижаться.

Кукурузный сироп

Изготовляется из невысушенной рафинированной крупки. Крахмал с помощью гидролиза расщепляется до сахаров. Для этого можно использовать три способа:

· гидролиз в кислой среде;

· сочетание гидролиза в кислой среде и ферментативного гидролиза или

· ферментативный гидролиз.

Известно (см. раздел 1.1.4.1.1), что крахмал (амилопектин, а также амилоза) состоит из длинных цепочек глюкозных остатков. При добавлении кислоты связи между молекулами глюкозы в присутствии молекулы воды распадаются (рис. 1.28) и образуется глюкоза.

Этот процесс осуществляется добавлением разведенной соляной кислоты (0,10-0,15 N) в теплой среде и под давлением, причем вода распадается все больше, и образуется сироп, состоящий из сахаров и декстринов. Нерастворимые вещества удаляют с помощью центрифугирования, и сироп сгущается примерно до 60%.

Если расщепление производят в комбинации с ферментными препаратами или проводят отдельно посредством ферментных препаратов (см. раздел 3.2.4.3.5), то глюкозу и мальтозу можно получить в большем количестве, что значительно улучшает сбраживаемость экстракта.

Состав кукурузного сиропа может меняться в довольно широких пределах. Его определяют по декстрозному эквиваленту (ДЭ) - содержанию редуцирующих сахаров, выраженных через декстрозу. Поэтому осахаренный сироп с 95 ДЭ содержит практически только глюкозу.

Рис

Для производства пива применяют рисовую сечку, то есть раздробленные зерна, получаемые при обмолоте и полировке риса, но потерявшие при этом только внешний вид. Зерно риса имеет влажность около 12-13%. Сухое вещество риса состоит на 85-90% из крахмала, на 5-8%из белка, на 0,2-0,4% из масла и небольшого количества минеральных веществ.

Рис обладает высокой крахмалистостью. Крахмал риса состоит из отдельных ассоциированных зерен своеобразной формы (рис. 1.29).

Рисовый крахмал очень сильно набухает и клейстеризуется при температуре 70-85°С. При этом определенные сорта и виды риса из районов с жарким климатом склонны к повышенным температурам клейстеризации (80-85°С), что следует обязательно учитывать при переработке риса (см. раздел 3.2.4.3.5).

Небольшое количество белка, имеющееся в рисе, при последующем затирании плохо растворяется, так что необходимый для дрожжей свободный аминный азот (FAN) должен добавляться из солодового затора.

Таким образом, рис

· либо размалывают непосредственно на пивоваренном заводе в крупку, либо используют готовую рисовую крупку и вместе с частью солодового затора предварительно разваривают в заторном котле для несоложенного сырья, или

· перерабатывают в рисовые хлопья, при этом он клейстеризуется и без дальнейшей предварительной подготовки добавляется в заторный чан.

Ячмень

Ферменты солода могут без проблем осахаривать 15-20% ячменя в виде несоложеного сырья. Ячмень может дополнительно перерабатываться в форме:

· дробленого ячменя;

· хлопьев ячменя, очищенного или не очищенного от мякинной оболочки.

Более низкая по сравнению с солодом стоимость ячменя входит в противоречие с более низким выходом экстракта. При его переработке проблемы могут возникнуть из-за того, что β-глюкан в связи с отсутствием стадии солодоращения еще недостаточно растворился и, соответственно, при затирании будет недостаточно расщепляться. В связи с этим можно ожидать проблем при фильтровании пива.

Ячменный сироп

Ячменный сироп можно производить непосредственно на пивоваренном предприятии, где ячмень измельчается и расщепляется добавленными ферментами при обычной температуре затирания. При этом образуются не только мальтоза и декстрины, но происходят и другие процессы распада (расщепление белков, β-глюкана и т. д.), как при затирании, так что в результате получают похожий на затор сироп, который нужно сгустить и применять как добавку.

Сорго

Крупное зерно сорго - это вид зерновых продуктов, получаемых при выращивании этих растений в сравнительно жарких и засушливых регионах Африки. В противоположность крупному мелкозерновое просо (Millel-Hirsen) возделывают и в Европе (птичий корм).

Для производства пива используют обычно только крупнозерновое сорго (рис. 1.30), которое имеет различные сорта с типами соцветий «початок» и «метелка», возделываемые главным образом в качестве продукта питания.

Естественно, что во многих африканских странах все больше стремятся использовать в качестве источника экстракта для пивоварения местное сырье (сорго) и, кроме того, стараются произвести из него солод, чтобы таким образом сэкономить на дорогом импорте. Помимо этого, его климатические условия во многих странах Африки не позволяют выращивать пивоваренный ячмень. Так как сорго прорастает, то у него, естественно, развивается и ферментный потенциал, с помощью которого можно расщеплять компоненты зерна. Этот потенциал у сорго, однако, все же меньше, чем у ячменя.

Возделывание сорго, а также его уборку осуществляют в сезон дождей, поэтому приходится считаться с сильным заражением его микроорганизмами, особенно плесневыми грибами. Чтобы исключить порчу, убранный урожай необходимо специально обрабатывать.

Выведение и возделывание чистых сортов находится в этих странах еще в самом начале пути, и поэтому получить из различных сборов урожая какие-то средние показатели пока не представляется возможным. Для большинства сортов сорго можно принять следующие значения:

содержание белка	11-12,6%
содержание жиров (на СВ)	2-6%
содержат В крахмала (на СВ)	62-67%
способность прорастания (5-е сут)	свыше 90%
масса гектолитра	свыше 70 кг
масса 1000 зерна	более 25 г (до 44 г)

Зерна крахмала весьма плотно упакованы в эндосперме (рис. 1.31).

Пшеница

Пшеница редко перерабатывается как несоложеное сырье, но часто применяется в виде солода, например, для производства пива верхового брожения типа Hefeweizen, Weibier и др. Благодаря высокой экстрактивности доля пшеничного солода при производстве пшеничного пива находится в пределах 50-60%. В качестве пивоваренных используются только некоторые сорта пшеницы, причем большим спросом пользуются озимые сорта из-за более низкого содержания белка и повышенного содержания экстракта, а также как дающие более светлое пиво.

Для пшеничного белка характерна клейковина. Под этим названием понимают смесь различных белковых субстанций, составляющих около 80% общего белка. В клейковине содержатся прежде всего глютелин и глиадин (вместо гордеина ячменя). Глютеном называют клейкую, тянущуюся массу, поставленную и вымешанную из пшеничной муки с водой, которая при высушивании становится роговидной.

Для пивоваренных целей нежелательно подвергать солодоращению высокобелковистую пшеницу, так как она плохо поддается переработке.

Данные о других хлебных злаках (полбе, ржи, пшенице-двузернянке, тритикале) и их сбраживаемости приведены в разделе 2.9.10.

Сахарный колер

Сахарный колер применяют для окрашивания темного пива верхового брожения. Колер получают путем сильного нагревания глюкозного сиропа с низким содержанием декстринов в щелочной среде, при этом образуются темные, водорастворимые продукты перегруппировки (енолы), обладающие сильной красящей способностью (18 000 единиц но ЕВС). Путем их разведения и получают сахарный колер.

Колер можно добавлять в сусло или в пиво в том случае, если он биологически безупречен и не приводит к помутнению пива. С его помощью, так же как с помощью красящего пива (Farbebier, см. раздел 2.9.12) можно без проблем регулировать цветность пива. Согласно немецкому Закону о чистоте пивоварения применять сахарный колер для производства пива запрещено, и вместо него применяют специальный продукт - красящее пиво.

Сахар

Если пиво выпускается не в соответствии с немецким законом о чистоте пивоварения, то для подслащения напитка возможно применение сахара (сахарозы) в форме неотбеленного кристаллического сахара.

Из всех свойств сахара прежде всего интерес представляет его растворимость, которая в воде очень велика. При 20°С в 100 частях воды растворяется 204 части сахара.

Концентрированный раствор сахара в воде называют сиропом, и для его получения сахар растворяют в воде. При температуре 15-20°С в раствор переходит от 66,3 до 67,1% сахара.

Рекомендуется приготовлять 65%-ный сахарный сироп. Для этого 65 кг сахара растворяют в 35 кг воды и получают 100 кг 65%-ного сиропа. Так как сахарный сироп не взвешивают, а добавляют по объему, необходимо определять объем требуемой массы сиропа.

Растворенный сахар имеет плотность

Объем 1 кг сахара составляет:

65 кг сахара = 0,625 л • 65 = 40, 6 л сахара;

35 кг воды = 35,0 л воды;

100 кг сахарного сиропа (65%) = 75,6 сахарного сиропа (65%).

Сахарный сироп изготовляется как минимум 65%-ным - тогда он хорошо хранится и не подвержен воздействию микроорганизмов, так как последние в высококонцентрированном растворе плазмолизируются. Чаще сахар растворяют в холодной воде, но иногда - и в горячей.

Благодаря применению резервуарных весоизмерительных расходомеров, работающих по принципу Коредиса (Coredis), возможна точная дозировка но массе.

Для производства пива, приготавливаемого без соблюдения немецкого Закона о чистоте пивоварения, сахар можно добавлять в готовое сусло в целях повышения содержания сбраживаемого экстракта. В небольших количествах добавка сахара не влияет неблагоприятно на вкус пива, однако следует учитывать, что в сахаре не содержится продуктов распада белков, и поэтому содержание аминного азота в сусле может оказаться недостаточным, что может привести к затруднениям при брожении. Использование сахара как «поставщика» экстракта имеет смысл лишь в тех редких случаях, когда имеется источник дешевого сахара - ведь экстракт из зерна, как правило, намного дешевле.