Низовое брожение

Низовое брожение проходит в два этапа:
• главное брожение осуществляется в открытых или закрытых бродильных чанах, горизонтальных или вертикальных бродильных танках при температуре от 5 до 10 °С и продолжается 6-10 сут (ускоренные способы при температуре от 12 до 20 °С при особых условиях позволяют сократить продолжительность брожения);
• дображивание в танках (реже в бочках) продолжается при температурах от -2 до +3 °С в течение 2-16 нед. в зависимости от технологии и типа пива (на этой стадии также применяются ускоренные методы созревания).

Брожение протекает в бродильных цехах или отделениях. Расположение их рядом с установкой охлаждения сусла, с одной стороны, и у лагерного подвала с другой, определяется в настоящее время больше технологическими и производственными требованиями, чем биологическими. Если изначально бродильный цех располагали под установкой охлаждения сусла, то в настоящее время его иногда располагают даже в другом здании, так как установка охлаждения сусла часто находится вблизи варочного отделения. С учетом современного уровня мойки и дезинфекции такая компоновка вполне приемлема. В большинстве своем наземные цехи брожения изолированы с температурой в них на уровне 5-7 °C (подземные помещения для брожения также нуждаются в изоляции). Требования к оборудованию бродильного цеха зависят от типа бродильного чана.

Процесс брожения начинается с внесения дрожжей в сусло. Этот процесс называют «задачей дрожжей» или «задачей семенных дрожжей», а дрожжи, соответственно, — «задаточными» или «семенными». Момент внесения дрожжей определяется способом охлаждения сусла. При использовании холодильной тарелки, холодном сепарировании или холодном фильтровании, а также при флотации дрожжи вносят уже во время поступления сусла в чан для внесения дрожжей или бродильный чан. При седиментации взвесей охлажденного сусла для получения осадка взвесей требуется пауза в 8-16 ч. В этом случае для задержки распространение быстро размножающихся термобактерий на пути сусла по возможности не должно быть микроорганизмов. Дрожжам необходимо время, чтобы после хранения активироваться и начать размножение.

Количество дрожжей следует рассчитать так, чтобы при начальной температуре сусла 5-6 °С первые признаки брожения появлялись в течение 12-16 ч. Обычная норма внесения дрожжей составляет 0,5 л густых дрожжей на 1 гл 12 %-ного сусла (зачастую ее приводят на 100 кг засыпи, что составляет 2-3 л). При равномерном распределении дрожжей это соответствует примерно 15 x 106 дрожжевых клеток/мл сусла. Такая норма внесения дрожжей может быть снижена в биологически чистом сусле, в более теплых бродильных цехах, хорошо изолированных бродильных чанах или при более высоких температурах сусла при внесении дрожжей. Повышенная норма внесения дрожжей рекомендуется для сусла, сильно инфицированного термобактериями, для более холодных бродильных цехов и неизолированных резервуаров.

На норму внесения дрожжей оказывает влияние также их физиологическое состояние. Длительное хранение дрожжей вызывает необходимость увеличения дозировки. В сусло для темного и крепкого пива вносят также повышенную норму дрожжей. Первое, как правило, характеризуется пониженным содержанием аминокислот и неблагоприятным составом Сахаров, а у второго осмотические характеристики оказывают на дрожжи негативное действие. Если начальное сусло не удается в достаточной степени обеспечить кислородом, то необходимо увеличить количество дрожжей.

Норму внесения дрожжей зачастую повышают для ускорения процесса брожения. Если продолжительность брожения при внесении 0,5 л дрожжей/гл сусла составляет 9 сут, то при внесении 1 л/гл она сокращается до 7, а при 2 л/гл — до 4-5 сут. В случае повышенных норм внесения скорость размножения использованного количества дрожжей уменьшается. Если из 0,5 л дрожжей/гл удается собрать около 2 л/гл, то 1 л/гл дает около 2,5 л, а при четырехкратной норме (2,0 л/гл) выходит 3,0 л дрожжей/гл. Распределение дрожжей по возрасту, определяемое на основании подсчета почечных рубцов, не изменяется. На свой-тва пива при прочих равных условиях (температуре и аэрации, причем последнюю, возможно, следует уменьшить) существенного влияния не оказывается, однако вследствие низких темпов размножения при очень высокой норме внесения дрожжей приходится мириться с более продолжительным их разведением (для получения достаточного количества задаточных дрожжей), что возможно лишь в микробиологически безукоризненных условиях.

Указанные нормы внесения дрожжей относятся к густой консистенции дрожжей. Её получают после осаждения дрожжей в емкостях для их хранения. В случае дрожжевой суспензии или сильно загрязненных дрожжей (наличие белка и мертвых клеток) следует увеличить количество дрожжей. Целесообразным представляется определение концентрации дрожжей путем отфильтровывания. В зависимости от отобранного количества жидкости (от 16 до 84 %) можно подобрать норму внесения дрожжей и, таким образом, поддерживать примерно постоянное количество клеток. Простым и надежным методом является также определение твердой фазы с помощью лабораторной центрифуги. Так называемое «центрифугированное» значение твердой фазы колеблется от 40 до 55 %. Исходные данные для варьирования нормы внесения дрожжей легко определяются по таблицам. Применяется также метод измерения мутности взвеси клеток с помощью простого нефелометра или фотометра.

Способ внесения дрожжей. Только что собранные дрожжи довольно часто сразу же снова используют для внесения в следующие варки («из чана в чан»), причем желательно очистить дрожжи. Определение твердой фазы («центрифугированного значения») важно для правильного выбора количества дрожжевых клеток. Хранящиеся дрожжи отбирают из дрожжевой емкости, причем в этом случае следует позаботиться об однородности дозируемых дрожжей и определении ее консистенции.

Применявшийся ранее способ внесения дрожжей предусматривал тщательное перемешивание порции дрожжей в небольшом количестве сусла для растворения комков, что осуществлялось или путем переливания дрожжей из одного ведра в другое до тех пор пока масса сильно не вспенится, или в аппаратах для перемешивания и аэрирования, так называемых «грушах», в которых смесь из дрожжей и сусла перемешивалась стерильным сжатым воздухом, а затем нагнеталась в суслопровод или чан. В этом случае необходимо было также позаботиться о равномерном распределении дрожжей в сусле, для чего после заполнения чана производилось «перемешивание путем аэрации», то есть стерильный воздух вдувался в сусло через перфорированную трубу, обеспечивавшую достаточное снабжение сусла кислородом. Это повторяли в первые сутки брожения несколько раз (от позднего аэрирования сусла в последующие сутки можно отказаться, так как тем самым стимулируется рост дрожжей и образуется большое количество побочных продуктов брожения — в первую очередь диацетила или его предшественника 2-ацетолактата).

По данному принципу в настоящее время дрожжи в танке смешиваются с воздухом в течение 30-60 мин в целях гомогенизации. Иногда используют так называемое «предварительное пропагирование дрожжей» с суслом, когда к дрожжам добавляют примерно такое же количество сусла и проводят интенсивное аэрирование. Полученную смесь можно использовать непосредственно для внесения дрожжей или оставить на несколько часов (если, например, эта партия дрожжей должна последовательно вноситься в несколько варок).

Контроль количества дрожжей в сусле осуществляется при помощи счетной камеры Тома, счетчиков частиц или путем определения мутности, причем при автоматическом дозировании контроль проводят в зависимости от различий в мутности первоначального сусла и сусла после внесения дрожжей. Необходимость дозирования дрожжей в течение всего прохождения сусла становится актуальной особенно при непосредственном внесении дрожжей в танк для нескольких варок — например, после предшествующей седиментации взвесей охлажденного сусла, при холодном сепарировании или холодном фильтровании сусла, а также во флотационных танках для нескольких варок. Следует избегать ситуации, когда при длительных циклах аэрирования в танке образуются слои, выравниваемые лишь после интенсивной конвекции. В таком случае может произойти изменение профиля побочных продуктов брожения.

На активность дрожжей влияет температура брожения, причем при брожении выделяется тепло, вызывающее повышение температуры бродящего сусла. Благодаря этому происходит ускорение метаболизма под действием ферментов, и жизнедеятельность дрожжей должна меняться в строго определенных границах. Задачей проведения брожения на практике является оказание воздействия на интенсивность брожения путем регулирования температуры сусла, которая при низовом брожении варьирует обычно от 4 до 12 °С, а при интенсивных способах брожения может достигать существенно более высоких значений (вплоть до 20 °С). Применяемый способ брожения должен учитывать качественные показатели (состав солода или сусла, тип дрожжей, характер приготовляемого пива), однако зачастую доминируют количественные показатели, в частности, продолжительность брожения. При традиционном способе сбраживания различают холодное брожение (температура сусла при внесении дрожжей 5 °С, максимальная температура — 7-9 °С) и теплое брожение (температура сусла при внесении дрожжей 7-9 °С, максимальная температура - 10-12 °С).

Холодное брожение лучше сказывается на качестве пива, так как реакции метаболизма, снижение значения pH и процессы осаждения протекают медленнее и не так глубоко. Получаемое пиво отличается более тонким изысканным вкусом, выраженной гармоничностью и хорошей пеностойкостыо. Для компенсации пониженной степени размножения дрожжей и ускорения брожения рекомендуется интенсивное аэрирование дрожжей несмотря на низкие температуры.

Теплое брожение применялось ранее преимущественно для приготовления темного пива. В настоящее время при ограниченной производительности бродильного отделения приготовление светлых сортов пива также осуществляют по теплому способу брожения. Повышенные температуры в целом способствуют интенсификации хода брожения, благодаря усиленному выделению CO2 образуются более высокие завитки, значение pH снижается быстрее и значительнее, усиливается осаждение коллоидов белковых соединений и горьких веществ. Пиво, приготовленное по теплому способу, зачастую характеризуется менее гармоничным вкусом и худшими пенообразующими свойствами; дрожжи быстрее «вырабатываются», раньше теряют свою сбраживающую способность, чем при холодном брожении, и при известных условиях придают пиву дрожжевой привкус. При последующем дображивании, когда молодое пиво, имеющее высокую температуру, быстро охлаждают в конце процесса брожения, часто возникают проблемы.

Продолжительность брожения (время, необходимое для получения соответствующей степени сбраживания молодого пива) тесно связана со способом брожения. Для 12 %-ного пива она составляет 6-10 сут. Наиболее благоприятной является продолжительность брожения в течение 7 сут, которой можно добиться сегодня даже при холодном брожении в условиях оптимального аэрирования, небольшого увеличения нормы внесения дрожжей до 18-25 x 106 клеток и, конечно, нормального состава сусла. Для темного пива требуется меньшая продолжительность брожения, а для пива, изготовленного с использованием несоложеного сырья, и для крепкого пива — более длительная. В бродильных танках благодаря усиленной конвекции сусла происходит несущественное сокращение продолжительности брожения.

Ускоренные способы брожения протекают обычно в принципиально иных условиях — например, при повышенной норме внесения дрожжей, с использованием перемешивания или существенно более высоких температур, причем применяется также избыточное давление в 1-2 бар, позволяющее удержать CO2 для последующего процесса созревания.