Осветление и брожение сусла. Брожение виноградного сока

Страница 2 из 6

Прекращение брожения раньше, чем будет полностью сброжен весь сахар, могут вызвать различные взаимосвязанные факторы, которые описаны в этом разделе. Первостепенное значение высокой температуры, анаэробиоза и исходного содержания сахара детально рассмотрено ниже.

Высокая температура. Чем выше температура, тем быстрее протекает брожение и тем больше возможности для его прекращения, при этом часть сахара остается несброженной. Не существует какой-то общей критической температуры, выше которой брожение останавливается и ниже которой оно возможно. Для данной расы дрожжей температура, вызывающая остановку брожения, зависит от сахаристости сусла, анаэробиоза. Рекомендуется прежде всего не допускать, чтобы температура превышала 30°С и в любом случае не достигала 34-Зб°С, хотя иногда и можно наблюдать случаи законченного брожения при еще более высоких температурах. Низкие температуры брожения (от 15 до 20°С), используемые при производстве белых вин, оптимальны для сохранения аромата, а не для ведения брожения. В зависимости от климата дикие дрожжи в большей или меньшей степени переносят высокие температуры.
Низкая температура. Если температура при забраживании слишком низкая, рост дрожжей замедляется. Между тем важно обеспечить хорошее размножение клеток с момента начала брожения, когда среда, богатая сахаром и еще бедная спиртом, способствует их росту. В этом случае можно опасаться, что в момент, когда это размножение прекратится вследствие образовавшегося спирта, популяция дрожжей, необходимая для полного завершения брожения, окажется недостаточной и произойдет остановка брожения.
Строгий анаэробиоз. Для своего размножения дрожжи нуждаются в кислороде (см. раздел «Анаэробиоз и остановка брожения»); в бродильный резервуар большой вместимости воздух поступает в недостаточном количестве, поэтому аэрацию следует вести с помощью перекачки. При этом максимум эффективности приходится на второй день после начала брожения, в момент, когда клеточное размножение является наиболее значительным. Такая аэрация особенно возможна при производстве вина по красному способу, так как сусло защищено от окисления высоким содержанием танинов.
Высокое исходное содержание сахара. Чрезмерно высокая сахаристость сдерживает рост дрожжей и задерживает ход брожения. К тому же образующийся при этом спирт сначала тормозит, а затем полностью прекращает брожение. Но содержание спирта, лимитирующего брожение, изменяется в больших пределах для каждого вида или расы дрожжей. В зависимости от других условий оно, например, может изменяться от 10 до 16% об. Можно сказать, что на практике при содержании спирта до 11 % об. не возникает никаких трудностей для брожения; они начинаются с 12 и особенно с 13% об. Это, разумеется, не значит, что брожение не может дать более высокой спиртуозности, но тогда риск остановки брожения становится все больше и больше.
Уменьшение концентрации дрожжей и питательных веществ в сусле. Например, снижение концентрации происходит в результате развития Botrytis cinerea или тщательного осветления сусла отстаиванием.
Поздняя шаптализация. Неправильно проводимая шаптализация может быть также причиной остановки брожения.
Добавление сахара к винограду следует проводить с самого начала, еще до начала брожения, несмотря на очень трудное растворение сахара. Иногда с целью облегчения этого процесса добавляют сахар в теплое сусло, когда брожение достигло значительного развития, чтобы избежать чрезмерного нагревания сусла. В виноделии по красному способу шаптализацию иногда проводят после спуска чана при плотности сусла от 1020 до 1010 кг/м3 с целью не допустить потерь сахара на мезге. Этот способ возможен только для кратковременного брожения на мезге (бургундское, Божоле). В иных случаях следует избегать шаптализации, потому что дрожжи, уже угнетенные образовавшимся спиртом, испытывают трудности при разложении добавленного сахара именно в то время, когда брожение вступило в заключительную фазу.
Практики иногда приписывают кислотности сусла определенную роль в ходе брожения. По их мнению, несколько повышенная кислотность способствует брожению и позволяет дрожжам преобразовывать сахар в более благоприятных условиях. Эти взгляды нельзя признать точными. В то же время слабая кислотность, повышенный рН могут привести к намного более серьезным последствиям в случае остановки брожения, поскольку известно, что болезнетворные бактерии размножаются тем быстрее и легче, чем ниже кислотность среды.

Рекомендуемые расы дрожжей для сбраживания красной смородины. Сбраживание смородинового сока проводится на чистых культурах дрожжей Saccharomyces vini и Saccharomyces oviformis , приспособленных к обитанию в средах со значительной кислотностью и спиртуозностью. Оптимальная температура для жизнедеятельности винных дрожжей 22…28 °С. Если забраживание началось при благоприятной температуре (22…23 °С), то понижение ее в дальнейшем не оказывает отрицательного действия на процесс брожения.

Использование дрожжей чистой культуры позволяет обеспечить полноту выбраживания, повысить коэффициент выхода спирта, обеспечить чистоту брожения и высокое качество виноматериалов.

Брожение можно проводить как периодическим, так и непрерывным способом. В первом случае дрожжевая разводка задается в количестве 3 % объема сбраживаемого сока. При низкой температуре окружающей среды (12…14 °С), количество вносимой дрожжевой разводки увеличивают до 5 %.

Оптимальная температура брожения 20 °С.

Брожение сусла по белому и розовому способам

На винодельческих предприятиях применяют периодический и полунепрерывный методы брожения сусла.

А) Брожение сусла периодическим методом осуществляется в бочках и крупных емкостях. Для сбраживания сусла их заполняют осветленным суслом на 2/3 или 3/4 вместимости, вносят разводку ЧКД и закрывают шпунтовые отверстия бродильными шпунтами. Бродильные шпунты обеспечивают свободный выход СО 2 и препятствуют поступлению кислорода воздуха в бочку.

В период дображивания для предупреждения развития на поверхности сусла пленчатых дрожжей и бактерий уксусного скисания бочки доливают наиболее полно выбродившим суслом 2…3 раза в неделю.

По окончании брожения бродильные шпунты снимают, бочки доливают под шпунт. Обычно для дображивания сусло из бочек перекачивают в крупные емкости.

Брожение в бочках проходит при оптимальной температуре, и качество приготовляемых виноматериалов получается высоким. Виноматериалы характеризуются ярко выраженным ароматом, высоким содержанием ароматических продуктов брожения (сложных эфиров, высших одноатомных и ароматических спиртов) и повышенным экстрактом. К недостаткам брожения сусла в бочках относятся высокие трудоемкость и стоимость.

При брожении сусла в крупных емкостях поднимается температура сусла. Для ее снижения применяют доливной способ брожения или искусственное охлаждение. Доливной способ брожения сусла в стальных эмалированных резервуарах вместимостью 1500 дал разработан В. М. Лоза (1961 г.). Сусло заливается в емкости отдельными порциями: первая порция - 50 %, вторая - 25, третья - 15, четвертая - 10 %. После подачи сусла первой порции вносят разводку ЧКД в количестве 1…2 % полезной вместимости резервуара. Контроль ведут по количеству накопившегося спирта.

При накоплении спирта 8 % и больше в бродильный резервуар заливают следующую порцию сусла. При добавлении свежего более холодного сусла снижается температура бродящего, брожение идет более умеренно и при более низкой температуре.

Доливной способ брожения сусла проходит при температуре до 27…28 °С и заканчивается за 8…12 суток.

Для брожения сусла с искусственным охлаждением применяют вертикальные металлические бродильные резервуары вместимостью до 2000 дал, которые снабжены рубашками для регулирования температуры.

Резервуары заполняют осветленным суслом на 85 % вместимости и вносят разводку ЧКД в количестве 1…2 %. В период бурного брожения при повышении температуры сусла сверх установленной через рубашки бродильных резервуаров пропускают холодную воду или рассол. По окончании главного брожения сусло перекачивают в другие емкости для дображивания.

Контроль и управление за ходом брожения осуществляются автоматически. По окончании бурного брожения емкости доливают свежим суслом или сброженным, а полученные виноматериалы оставляют в этих же емкостях для формирования. Способ брожения в сверхкрупных резервуарах применяют на больших специализированных винодельческих предприятиях для приготовления белых столовых вин, шампанских и коньячных виноматериалов.

Б) Брожение сусла полунепрерывным методом осуществляется на бродильных установках БА-1 (Рисунок 1.2), предложенная А. М. Жуковым и П. Д. Баженовым (1965 г.). Установка состоит из шести вертикальных бродильных резервуаров вместимостью по 2000 дал и пяти верхних напорных бачков вместимостью по 190 дал.

Принцип работы установки отъемно-доливной. Непрерывные циклы перемещения бродящего сусла из резервуара в резервуар, состоящие из двух периодов: отъема и долива, осуществляются под давлением СО 2 брожения.

Бродильные резервуары и трубы подъема снабжены рубашками, что позволяет регулировать температуру бродящего сусла. Производительность установки при сахаристости сусла 17 г/100 см 3 и остаточном сахаре в виноматериалах 2,5 г/100 см 3 7000 дал/сут. Коэффициент заполнения бродильных резервуаров 0,85. Дображивают сусло периодическим методом.

Рисунок 1.2 - Бродильная установка БА-1

Установки БА-1 работают в заданном режиме и предназначены для приготовления марочных и ординарных белых столовых вин, шампанских и коньячных виноматериалов. Для приготовления сухих виноматериалов дображивание проводят периодическим методом.

При главном брожении сусла протекают биологические, биохи­мические и физико-химические процессы, которые обусловливают формирование состава молодого пива.

Биологические процессы. К ним относится процесс размножения дрожжей. Способность дрожжей к размножению, т. е. к увеличе­нию числа их клеток, зависит от состава питательных веществ в сусле, температуры, рН среды, доступа кислорода и др.

Размножение дрожжей при сбраживании пивного сусла проходит четыре основные фазы:

Латентную, когда клетки приспосабливаются к среде и видимые признаки размножения дрожжей отсутствуют;

Логарифмическую, характеризующуюся интенсивным размно­жением при некотором отставании прироста биомассы дрожжей;

Стационарную, в которой размножение дрожжей замедляется и количество клеток остается без изменений;

Затухания, характеризующуюся снижением активности размно­жения клеток, что обусловлено уменьшением массы питательных веществ и увеличением количества продуктов обмена.

Размножение дрожжей прекращается, мертвые клетки оседают на дно бродильного аппарата. Количество дрожжевых клеток в конце брожения увеличивается в 2.. .5 раз.

Биохимические процессы. К ним относится спиртовое брожение, представляющее собой цепь ферментативных процессов, конечным результатом которых является распад глюкозы с образованием эти­лового спирта и диоксида углерода, высвобождение энергии и теп­лоты. Вместе с тем эта энергия необходима дрожжевой клетке для образования новых тканевых веществ, используемых для жизнеде­ятельности, в том числе для роста и размножения.

Спиртовое брожение - каталитический процесс, происходящий под действием биологических катализаторов - ферментов. Этот сложный непрерывный процесс распада сахара катализируется раз­ными ферментами с образованием 12 промежуточных продуктов. Углеводы сбраживаются в определенной последовательности, обу­словленной скоростью их проникновения в дрожжевую клетку. Вна­чале сбраживаются глюкоза и фруктоза. Сахароза предварительно гидролизуется ферментом β-фруктофуранозидазой дрожжей до глюкозы и фруктозы, которые расходуются дрожжами еще в начале брожения. Когда в сусле почти не остается фруктозы и глю­козы, дрожжи начинают потреблять мальтозу. В сред­нем в 100 мл 12%-ного сусла содержится около 7,8 г сбраживаемых сахаров. Из них приходится, например, 14% на глюкозу и фруктозу, 4% на сахарозу, 64% на мальтозу и 18% на мальтотриозу (триозы). Из этих видов сахаров сначала сбраживаются моносахариды и ди-сахариды. Триозы сбраживаются большей частью во время дображивания, и от интенсивности протекания этого процесса зависит степень сбраживания готового пива.

При ферментативном распаде углеводов в качестве побочных продуктов брожения в небольших количествах образуются высшие спирты, сложные эфиры, альдегиды и их производные, органичес­кие кислоты, а также соединения, содержащие серу. Эти вещества имеют значение для аромата и вкуса пива.

Высокая температура брожения, интенсивная аэрация и переме­шивание сусла обусловливают высокую концентрацию спиртов, а брожение под давлением снижает их образование. При низком содержании а-аминокислот в сусле увеличивается концентрация высших спиртов. Те же закономерности действуют при образовании сложных эфиров.

Увеличение содержания четырехуглеродных соединений - ацетоина, диацетила, 2,3-бутиленгликоля - находится в прямой зависи­мости от повышения температуры брожения, нормы введения дрож­жей и количества кислорода.

В процессе главного брожения образуются органические кислоты - уксусная, молочная, янтарная, муравьиная, пировиноградная, лимонная, яблочная и др.

К летучим относят уксусную и муравьиную кислоты, образу­ющиеся в результате расщепления глюкозы. Образование уксусной кислоты усиливается при увеличении нормы введения дрожжей, повышении температуры и интенсивной аэрации. В пиве может содержаться 20… 150 мг/л уксусной кислоты, 20…40 мг/л муравь­иной.

Нелетучие кислоты - пировиноградная, янтарная, лимонная, молочная - образуются как продукт обмена дрожжей при броже­нии, а также при дезаминироваиии аминокислот. В пиве может находиться пировиноградной кислоты 40…75 мг/л, янтарной в сред­нем 60…100, молочной 20…120 и лимонной 110…120 мг/л.

В течение трех-четырех дней главного брожения образуются как продукты обмена дрожжей карбоновые (жирные) кислоты: капро­новая, каприловая, каприновая и лауриновая.

При ускоренном брожении содержание этих кислот понижается, а в случае автолиза дрожжей возрастает. Эти кислоты могут отри­цательно влиять на вкус и пеностойкость готового пива.

В процессе брожения образуется 1300.. .2000 мг/л глицерина. При высокой температуре брожения и массовой доле сухих веществ в сусле, а также повышенной норме введения дрожжей накапливается наибольшее количество глицерина.

Содержание азотистых веществ при брожении уменьшается при­мерно на 30%. В молодом пиве, приготовленном только из солода, содержится около 650 мг/л азотистых веществ. Из них почти 25…45% - аминокислоты и пептиды, которые ассимилируются дрожжами. Количество ассимилируемого дрожжами низкомолеку­лярного азота зависит от штамма дрожжей, способа брожения, аэрации сусла и т. п. Ассимиляция азота, уменьшение его общего содержания являются условием для размножения дрожжей при бро­жении и образования веществ, создающих аромат пива. В процессе брожения происходит выделение дрожжами до 33% ассимилирован­ного азота, который придает пиву бархатистую консистенцию и полноту вкуса. Кроме того, вследствие понижения рН сусла при брожении выделяется высокомолекулярный азот и изменяется сте­пень дисперсности отдельных его фракций.

Минеральные вещества, особенно фосфаты, имеют значение для процессов обмена веществ. Зола охмеленного сусла обычно составляет около 2100 мг/л, во время главного брожения количество ее уменьшается приблизительно на 200 мг/л, причем уменьшение почти 50% происходит за счет фосфатов. Вследствие этого изменя­ются также соотношения буферности и кислотности в пиве.

При брожении происходит сдвиг рН в кислую сторону на значе­ние, которое составляет около 1, т. е. от 5,2…5,7 до 4,35…4,65. Изменяется рН в результате действия кислот, возникающих как вто­ричные продукты обмена веществ в дрожжах, а также удаления фосфатов и ассимиляции аммиака из аминокислот. Количество и скорость образования кислот зависят от состава сусла, штамма дрожжей и режима брожения.

Пылевидные дрожжи оказывают более быстрое воздействие, чем хлопьевидные, на понижение рН. При повышенной норме вве­дения дрожжей (25…30 млн клеток в 1 мл) ускоряются снижение рН и осаждение гумми-веществ. Верховое брожение также вызывает быстрое понижение рН.

В результате понижения рН изменяется растворимость некото­рых веществ во время брожения, поэтому выделяются меланоидины, полифенолы и горькие вещества.

В процессе брожения на поверхности сусла появляются пузырьки диоксида углерода, которые доставляют горькие вещества в завитки пены или адсорбируются на поверхности дрожжевых клеток. При этом возможно уменьшение количества горьких веществ до 35%: а-кислоты, а вместе с ними часть изо-а-кислот и гулупоны выпа­дают в осадок.

При интенсификации процесса брожения наблюдается увеличе­ние потерь горьких кислот. Однако их потери уменьшаются на 10…20% при брожении под давлением и в цилиндроконических аппаратах.

Уменьшение содержания полифенолов, а из них в большей сте­пени антоцианогенов (20…30%), способствует повышению кол­лоидной стойкости пива.

Цветность молодого пива меньше, чем начального сусла, что связано с удалением меланоидинов, полифенолов и других красящих веществ вместе с декой, дрожжами и осадком.

Физико-химические процессы. Они характеризуются измене­нием окислительно-восстановительного потенциала (rН2). Окисли­тельно-восстановительный потенциал начального сусла rН2 нахо­дится в пределах 20…22, а иногда 24…26. В начале брожения дрожжи интенсивно потребляют кислород и тем обусловливают отсутствие его в молодом пиве. Поэтому во время брожения гН2 понижается до 8…12.

При благоприятном составе сусла, высокой бродильной активно­сти дрожжей наблюдается сильное понижение гН2 во время броже­ния. Низкое значение гН2 указывает на то, что пиво не подвержено окислению, что важно для стабилизации его вкуса.

Факторы,влияющие на процесс брожения сусла

Протекание процесса главного брожения определяется в первую очередь температурой, деятельностью дрожжей, концентрацией углеводов сусла.

Температура. Процесс сбраживания сусла дрожжами часто регу­лируется температурой, которую устанавливают в зависимости от принятого на заводе режима брожения.

При низовом брожении различают холодный и теплый режимы брожения. Холодный режим предусматривает проведение брожения при температуре 5…9 °С. Теплый режим брожения протекает при 9…14°С.

На практике регулирование температуры - самый эффектив­ный способ изменения в нужной степени скоростей брожения и раз­множения дрожжей. При низкой температуре брожение протекает замедленно, дрожжи размножаются медленно, тогда как при более теплом режиме брожение протекает интенсивно, а дрожжи размно­жаются быстро.

Жизнедеятельность дрожжей. Процесс брожения начинается с введения дрожжей в начальное сусло. Скорость брожения и степень сбраживания (количество сброженного экстракта в процентах от содержания экстракта в начальном сусле) зависят от нормы введе­ния дрожжей.

Обычно в сусло вводят дрожжи в количестве 0,5…0,8 л/гл, что соответствует (15…20)10* дрожжевых клеток в 1 мл сусла. Иногда расчет производят на 100 кг засыпи - 2…3 л дрожжей, эта норма может быть уменьшена, если начальное сусло имеет высокую тем­пературу, не инфицировано и применяют закрытые бродильные аппараты.

Физиологическое состояние семенных дрожжей также влияет на норму введения дрожжей: при продолжительном хранении их сле­дует увеличить дозировку.

Часто для ускорения брожения увеличивают количество вводи­мых дрожжей. При этом продолжительность брожения при норме введения дрожжей 0,5 л/гл составляет 7.. .8 сут, при 1 л/гл - 7, а при 2 л/гл сокращается до 4…5 сут. Однако при этом прирост биомассы дрожжей не столь значителен. Например, при норме введения 0,5 л/гл можно получить прирост 2 л/гл, при норме 1 л/гл - около 2,5 л/гл, а при 2 л/гл - 30 л/гл.

Концентрация углеводов. Продолжительность главного броже­ния зависит не только от температуры и деятельности дрожжей, но и от концентрации углеводов в сусле. На ход брожения влияют нахо­дящиеся в сусле сбраживаемые углеводы, содержание которых зави­сит от массовой доли сухих веществ (СВ) в начальном сусле.

Сбраживаемые углеводы представлены в сусле главным образом мальтозой (60…70%), мальтотриозой (14…20%) и глюкозой (10… 15%). В процессе брожения вначале сбраживаются сахароза, глюкоза и фруктоза, а далее - мальтоза и мальтотриоза. Мальтоза и мальтотриоза тем интенсивнее сбраживаются, чем меньше кон­центрация углеводов в сусле. Поэтому скорость сбраживания начального сусла с массовой долей СВ 15…20% меньше, чем сусла с массовой долей СВ 11…12%. Кроме того, при массовой доле СВ в начальном сусле выше 14,5% не наблюдается интенсивного размно­жения дрожжей.

При проведении главного брожения могут возникнуть наруше­ния в виде таких явлений, как пузырчатое, кипящее и затухающее брожение.

Пузырчатое брожение наблюдается при заканчивании стадии высоких завитков. Оно характеризуется появлением на поверхности крупных пузырьков диоксида углерода и наличием в деке вязких сли­зистых веществ. Такое брожение может приводить к понижениям степени сбраживания и пеностойкости пива. Причинами этого броже­ния могут быть недостаточно высушенный солод, низкое содержание коллоидов, способных сохранять диоксид углерода в начальном сусле, шероховатая внутренняя поверхность бродильных аппаратов.

Кипящее брожение может обнаружиться на стадии высоких завитков. Когда главное брожение заканчивается, завитки опадают и поверхность сусла оголяется в результате сильного выделения диоксида углерода. Выделяющиеся пузырьки газа лопаются на поверхности сусла, и она приходит в волнообразное движение, ого­ленный участок сусла все более расширяется, а слой пены остается только у краев бродильного аппарата. Причины такого брожения:

Использование зернового сырья с малым содержанием клетчатки, наличие большого количества взвесей в бродящем сусле. Заметного изменения качества пива при кипящем брожении не установлено.

Затухающее брожение характеризуется слабыми завитками и недостаточным сбраживанием экстракта.

Затухающее брожение с вялым сбраживанием сусла на всех ста­диях главного брожения обусловлено слабой бродильной активно­стью семенных дрожжей или развитием в них посторонней микро­флоры. При слабой бродильной активности семенных дрожжей удлиняется стадия забела, растягивается стадия низких завитков, а высокие завитки почти не появляются. По окончании брожения в сусле остается большое количество несброженных сахаров, в моло­дом пиве содержится много дрожжей во взвешенном состоянии, дрожжи слабохлопьевидные. Смена дрожжей - единственное радикальное средство устранить такое брожение.

Затухающее брожение с вялым протеканием всех стадий вслед­ствие развития посторонних микроорганизмов можно обнаружить по нарастанию кислотности в сусле и появлению неспецифичных запахов бродящего сусла. Полная замена дрожжей, тщательная дезинфекция всего бродильного отделения, всех сусловых и пивных линий - меры для устранения затухающего брожения, вызванного инфекцией.

На стадии высоких завитков затухающее брожение обычно характеризуется приостановлением брожения и быстрым осветлением бродящего сусла. Причинами остановки брожения могут быть чрезмерно резкое охлаждение бродящего пива или слишком сильно выраженная хлопьевидность дрожжей. Если остановка брожения была связана с резким охлаждением сусла и вследствие этого с осе­данием дрожжей, то повышением температуры на 1…2 °С и переме­шиванием сусла и дрожжей можно устранить такой недостаток. Однако наиболее частой причиной затухающего брожения на ста­дии высоких завитков с недостаточным брожением пива является состав сусла, обусловленный ошибками при осахаривании затора и при солодоращении ячменя.

Устройство цеха брожения и бродильные аппараты

Цех брожения располагается в отдельном охлаждаемом помеще­нии, где поддерживают температуру б…8 °С. Пол цеха покрывают плиткой, плотным бетоном с закруглением у стен и в углах. Наклон пола - около 2% по направлению к канализационным трапам. Стены облицовывают плитками или красят эмалиевой краской. Для брожения сусла устанавливают бродильные аппараты разного раз­мера и формы. Брожение протекает в открытых или закрытых аппаратах. Если в цехе расположены открытые бродильные аппараты, предусматривается вентиляционная система для удаления диок­сида углерода.

Отечественные бродильные аппараты изготовляют из стали, алюминия, нержавеющей стали. Внутреннюю поверхность аппара­тов из стали покрывают защитным покрытием или эмалью. Бро­дильные аппараты выполняют в горизонтальном и вертикальном исполнении, они различаются лишь конструкцией поддерживающих опор и местом установки люка.

Стальные горизонтальные бродильные аппараты устанавливают на жестких опорах в один или два яруса. Опоры первого яруса чаще всего бетонные, второго - металлические. Иногда аппараты второго яруса подвешивают на поясах к потолку или колоннам.

Вертикальные бродильные аппараты по массе значительно легче горизонтальных, они занимают меньшую площадь за счет лучшего использования объема помещения, из них легче удалять дрожжи.

Обычно внутри бродильных аппаратов открытого или закры­того типа устроены трубчатые холодильники. Через них пропус­кают воду температурой 0,5…1 °С.

На отечественных заводах распространены горизонтальные цилиндрические бродильные аппараты. Они предназначены для проведения главного брожения пивного сусла под давлени­ем. Выпускают аппараты объемом от 7 до 45 м3.

Бродильные аппараты следует располагать так, чтобы к ним был свободный доступ. Расстояние между нижней частью аппарата и полом должно быть достаточным, чтобы разместить емкости для сбора дрожжей.

СПОСОБЫ БРОЖЕНИЯ СУСЛА

Периодический способ. На значительном числе отечественных и зарубежных пивоваренных заводов еще применяют (традиционный) периодический способ брожения, который предусматривает прове­дение главного брожения в одном аппарате при одновременном наполнении емкости суслом и введении дрожжей.

При низовом брожении по периодическому способу в первые и вторые сутки допускают самопроизвольный подъем температуры до 8…9 °С, поддерживают ее в течение 24…36 ч и затем постепенно охлаждают сусло с таким расчетом, чтобы к концу брожения темпе­ратура плавно снизилась до 4…5 °С. Температуру регулируют пода­чей воды в змеевик бродильного аппарата. Практически главное брожение считается законченным, когда за сутки сбраживается 0,15…2% экстракта.

Прежде чем рассматривать усовершенствованные способы бро­жения, остановимся на основных недостатках периодического спо­соба брожения.

Первый недостаток, пожалуй, наиболее часто встречающий­ся, - это трудность обеспечения глубокого сбраживания экстрак­тивных веществ. На некоторых пивоваренных заводах иногда слу­чается так, что дрожжи теряют бродильную активность и стано­вится сложно провести дображивание и насыщение пива диоксидом углерода. Такое положение обусловлено режимом традиционного способа брожения, в соответствии с которым необходимо посте­пенно понижать температуру, что приводит к уменьшению выделе­ния диоксида углерода, а значит, и к ослаблению механического перемешивания, тогда как именно в этот момент бродильная актив­ность дрожжей самая низкая, а степень флокуляции самая высокая, и остаточный экстракт очень трудно сбраживается.

Второй недостаток - это дегенерация дрожжей. Допускается, что при низовом брожении используются дрожжи 8 генераций, если они имеют высокую бродильную активность, нормальное физиоло­гическое состояние и микробиологическую чистоту. Такое правило вошло в практику, хотя при этом требуется применение дорогосто­ящей установки для разведения чистой культуры дрожжей. Кроме того, эта практика приводит к получению неоднородного по качеству пива, так как оно зависит от дрожжей, метаболическое состо­яние которых находится в постоянном развитии. Дрожжи после раз­ведения обладают высокой бродильной активностью, и в получае­мом пиве содержится больше сложных эфиров и высших спиртов и меньше остаточного экстракта, чем в пиве, изготовленном с исполь­зованием дрожжей восьмой генерации, бродильная активность которых самая низкая.

Третий недостаток- это то, что сусло после главного брожения имеет ярко выраженный привкус молодого пива, который исчезает после длительной выдержки. Как было сказано ранее, этот привкус обусловлен главным образом присутствием диацетила, пентандиона, ацетальдегида, сероводорода, меркаптана.

Четвертый недостаток - продолжительность протекания про­цесса брожения. Если его осуществлять в строгом соответствии с правилами периодического способа, то брожение проводят в тече­ние 7…8 сут, а иногда и 11 сут.

Ускоренные способы брожения сусла. На интенсификацию процесса брожения сусла влияют следу­ющие факторы:

Количество вводимых дрожжевых клеток и их физиологическое состояние;

Состав сбраживаемого сусла, а также степень насыщения его кислородом;

Температура, давление;

Использование сильносбраживающих штаммов дрожжей.

В современных способах ускорения брожения используются в разных вариантах один или несколько этих факторов.

При сбраживании сусла с большим числом клеток дрожжей (в 3…4 раза выше нормы) наблюдается ускорение процесса брожения до 40% без ухудшения качества готового продукта. По достижении определенного ускорения брожения дальнейшее увеличение нормы введения дрожжей не всегда приводит к интенсификации процесса.

Брожение, проводимое с повышенной нормой введения дрож­жей, часто сочетают с высокой температурой. Это приводит к уси­лению образования диацетила, а иногда и сероводорода, вследствие чего в дальнейшем требуется время на удаление этих компонентов.

Состав начального сусла имеет важное значение для ускоренного процесса брожения. Из-за наличия взвесей охлажденного сусла происходит преждевременное осаждение дрожжей и ухудшаются вкусовые качества пива. Содержание углеводов, аминокислот, вита­минов предопределяет протекание процесса брожения.

Повышение температуры - одно из средств ускорения процесса сбраживания экстрактивных веществ и размножения дрожжей. При высоких температурах брожения следует также повышать температуру начального сусла. Температуру сусла повышают до 8…9 °С, а температуру главного брожения - до 12… 14 °С. Дальнейшее увели­чение температуры сопровождается изменением состава и качества пива. Так, понижаются рН,’ содержание азотистых и горьких веществ, а также ухудшаются пеностойкость, аромат и вкус пива. Самое главное в этом случае - выбор штамма дрожжей, имеющих более высокий температурный оптимум. Помимо этого повышение давления во время брожения до 0,2 МПа оказывает тормозящее дей­ствие на образование некоторых нежелательных вторичных продук­тов брожения.

Повышенная температура и давление способствуют редуцированию ацетальдегида и диацетила и сокращению продолжительности дображивания в результате обработки пива диоксидом углерода при снятии давления.

Перемешивание - один из факторов, ускоряющих процесс бро­жения, поскольку предотвращает оседание дрожжей, усиливает их размножение, а также массо — и теплообмен. Однако интенсивное перемешивание сусла приводит к уменьшению содержания летучих кислот, азотистых веществ, пеностойкости пива и увеличению коли­чества высших спиртов, диацетила, сероводорода, меркаптанов.

Стремятся подбирать специальные штаммы дрожжей, наиболее пригодные для ускорения брожения в условиях данной технологии. В первую очередь предусматривается, чтобы дрожжи имели высо­кую бродильную активность и образовывали меньшее количество пива.

Норма введения дрожжей предусматривается в двух-, четырех-, а иногда в восьмикратном количестве.

Температура брожения находится в диапазоне 12… 14 °С, иногда 16…18 °С и редко между 18 и 22 °С.

Давление, при котором протекает брожение, может возрастать от 0,03 до 0,2 МПа.

В основе виноделия и других производств пищевой про­мышленности (пивоварения, винокурения) лежит сложный био­химический процесс превращения глюкозы в этиловый спирт - алкогольное или спиртовое брожение.

Несмотря на то, что человечеству с давних времен было известно удивительное превращение виноградного сусла в ви­но, долгое время не удавалось познать сущность этого процес­са. Наблюдавшему впервые в 1680 г. при помощи микроскопа осадок дрожжей в пиве и вине, его изобретателю А. Левенгуку не удалось установить причинной связи между дрожжами и алкогольным брожением.

Выяснить, кто является возбудителем этого процесса, смог лишь Луи Пастер в 1857 г., он экспериментально доказал, что сбраживание сахара осуществляется дрожжами и алкогольное брожение - биологический процесс, который им охарактери­зован как «жизнь дрожжей в отсутствие кислорода».

Позднее, в 1897 г. Бухнер окончательно вскрыл фермента­тивный характер алкогольного брожения, показав, что и экс­тракты, полученные им механическим путем из живых пив­ных дрожжей, в состоянии разлагать глюкозу в этиловый спирт и углекислый газ.

А. Н. Лебедевым, С. П. Костычевым, Нейбергом и другими выяснена сущность ферментативных реакций спиртового бро­жения. Ими показано, что это - процесс многостадийный, состоящий из отдельных промежуточных биохимических реак­ций, которые протекают в дрожжевых клетках и в питатель­ной среде, окружающей их. Катализаторами реакций являют­ся ферменты, или энзимы.

В начале брожения происходит переход молекулы глюкозы в оксиформу, способную к дальнейшему превращению. Из глю­козы под действием фермента гексокиназы образуется глюкопиранозо-6-фосфат, который превращается в фруктофуранозо-6-фосфат, из которого затем образуется фруктофуранозо-1,6-дифосфат. Последние реакции катализируются изомеразой и фосфофруктокиназой.

Под действием фермента альдолаза фруктофуранозо-1,6-дифосфат распадается на 3-фосфоглицериновый альдегид и фосфодноксиацетон. Последний превращается в 3-фосфоглицери­новый альдегид, который в результате ряда реакций окисляет­ся в 2-фосфоглицериновую кислоту. Из нее образуется фосфоэнолпировиноградная кислота (под действием фермента энолазы), а затем энолпировиноградная кислота (фермент фос- фотрансфераза). Последняя может превращаться в более ста­бильную кетоформу - пировиноградную кислоту.

Под действием фермента карбоксилаза пировиноградная кислота декарбоксилируется в уксусный альдегид. Восстановлением уксусного альдегида в этиловый спирт под действием алкогольдегидрогеназы - фермента, осуществ­ляющего перенос водорода с восстановленного НАД. Н2 на ук­сусный альдегид, завершается сложный процесс алкогольного брожения.

Если добавить в среду соль сернистой кислоты, например бисульфит натрия, то произойдет связывание уксусного альде­гида этой солью и восстановление его в спирт станет невоз­можным. В этом случае брожение осуществляется по схеме Нейберга, характеризующейся повышенным накоплением гли­церина.

Кроме этилового спирта и углекислого газа, при брожении образуются так называемые вторичные продукты брожения (из углеводов) и побочные продукты (из белков). Эти вещест­ва, наряду с компонентами виноградного сусла, обусловлива­ют вкус и букет вина.

Из вторичных продуктов брожения в создании вкусовых качеств вина участвуют: глицерин, янтарная, уксусная, ли­монная и молочная кислоты, уксусный альдегид, 2,3-бутилен-гликоль, диацетил, ацетоин, ацетон, эфиры, высшие спирты и др. Концентрация этих веществ во многом зависит от расы дрожжей, осуществляющих брожение, и условий, в которых оно проходит.

Дрожжевые клетки - возбудители спиртового брожения - широко распространены в природе: на ягодах, листьях, побе­гах виноградного растения, а также в почве виноградников. Вместе с дикими дрожжами и бактериями они попадают в сус­ло. Для подавления их развития применяется сернистый ан­гидрид, который вводится в сусло при отстаивании. В освет­ленное сусло задается чистая культура дрожжей, адаптиро­ванных к сернистому ангидриду.

Применение чистой культуры дрожжей спиртоустойчивых, кислотовыносливых, сульфитостойких рас особенно необходи­мо в годы, когда виноград накапливает много сахара или он недозрел, а также если сусло содержит большое количество SO2. Когда температура брожения неблагоприятна для этого процесса (низкая или высокая), положительный эффект дости­гается при использовании термоустойчивых рас дрожжей.

В нормальных условиях брожения природные дрожжи, ут­вердившие свою жизнеспособность в результате естественной селекции, могут успешно заменить чистую культуру дрожжей.

В Молдавии для производства белых столовых вин реко­мендована местная раса дрожжей - Кишиневская 341. Ши­роко применяется также Ленинградская раса.

Температурные условия оказывают значительное влияние на ход брожения. Так, в бочках температура бродящего сусла значительно ниже, чем в крупных резервуарах, где температу­ра сусла в результате брожения большого объема значительно повышается. Ведь одна грамм-молекула сахара (180 г) выде­ляет во время брожения 23,5 ккал тепла.

Сохранению высокой температуры бродящего сусла способ­ствует слабое излучение тепла в крупных резервуарах, особен­но железобетонных, обладающих низкой теплопроводностью. Это особенно заметно в годы, когда брожение сусла происхо­дит в теплую осень.

Высокая температура брожения оказывает отрицательное влияние на химический состав вина. При температуре броже­ния выше 25°С содержание летучих кислот повышается. Наи­меньшее количество летучих кислот образуется при темпера­туре брожения 15-25°С.

Следует также отметить, что при 20°С брожение проходит в оптимальные сроки - примерно в течение 2 недель. При температуре ниже 15°С оно чрезмерно затягивается, в то время как при 30°С проходит очень бурно. В последнем случае интенсив­но выделяются пузырьки углекислого газа, увлекающие с со­бой в атмосферу ряд ценных ароматических веществ вина.

Высокая температура брожения (выше 25°С) способствует интенсивному размножению дрожжей, а следовательно, и уси­ленному потреблению ими азота сусла. В конце процесса бро­жения, когда дрожжевые клетки отмирают, происходит выде­ление в среду азотистых веществ. В результате этого увеличи­вается склонность вин к белковым помутнениям.

Температура брожения оказывает также влияние на содер­жание титруемой кислотности в вине. При низкой температуре брожения вина получаются менее кислотными. С повышением температуры брожения содержание альдегидов, придающих столовым винам неприятную горечь во вкусе, возрастает, и, наоборот, концентрация спирта уменьшается.

Для производства марочных белых столовых и шампан­ских виноматериалов рекомендуется температурный режим брожения в пределах 15-18°С. Осуществлять регулирование температурного режима брожения, если оно проходит в от­дельных крупных резервуарах, довольно сложно. В случае сильного повышения температуры бродящего сусла применя­ют охлаждение его в трубчатом теплообменнике холодной во­дой.

Наиболее эффективен метод охлаждения бродящего сусла при помощи искусственного холода.

Благоприятные условия для надежной системы охлажде­ния создает непрерывное брожение сусла в потоке.

Бродильный аппарат непрерывного действия. Он предназначен для производства белых сухих виноматериа­лов в непрерывном потоке. Установка состоит из 6 вертикаль­ных бродильных резервуаров емкостью по 2 тыс. дал и 5 пере­точных горизонтальных баков емкостью 190 дал каждый.

Бродильные резервуары соединены между собой трубопро­водами: верхним - для перетока бродящего сусла и углекис­лого газа из резервуара в резервуар, нижним - для их запол­нения суслом.

Переточные баки установлены сверху на двух соединитель­ных патрубках бродильных резервуаров и используются как накопители сусла, выдавливаемого углекислым газом из бро­дильных резервуаров. Первый патрубок является продолжени­ем трубы для подъема сусла, он подает сусло из нижней части бродильных резервуаров в переточные баки, а второй - про­должением трубы гидрозатвора, предназначенного для герметизации установки при нарастании в ней избыточного давле­ния в процессе брожения.

На первом бродильном резервуаре установлено поплавко­вое реле, обеспечивающее автоматическую работу установки. В зависимости от уровня бродящего сусла в первом резервуа­ре реле включает или выключает питающий насос.

На втором и пятом переточных баках имеются два клапа­на выпуска углекислого газа, предназначенных для гермети­зации бродильного аппарата в момент перетока бродящего сус­ла из резервуаров в переточные баки и выпуска углекислого газа в момент слива его в последующие резервуары.

Под действием углекислого газа в установке обеспечивает­ся отъемно-доливной способ брожения в потоке. Движение бродящей жидкости осуществляется циклично, в два периода.

В первый период (а) в результате накопления углекислого газа и образования избыточного давления происходит выдав­ливание бродящего сусла из всех бродильных резервуаров в переточные баки, а во второй период (б) - свободный слив из них в соседние бродильные резервуары и поступление свежего сусла в первый резервуар.

Взаимодействие поплавкового реле с насосом и клапаном выпуска углекислого газа осуществляется следую­щим образом. Когда бродящее сусло под действием избыточно­го давления вытесняется из бродильных резервуаров и уровень жидкости в них понижается, поплавок опускается до тех пор, пока диск не нажмет кнопку «Пуск», которая подает электрический ток к питающему насосу и к электромагнит­ному клапану, последний открывает клапан и СО2 выходит в атмосферу. Падение давления в бродильных резервуарах до атмосферного вызывает свободный слив бродящего сусла из пере­точных баков в последующие бродильные резервуары, а све­жее сусло подкачивается в первый из них до тех пор, пока уровень его не достигнет верхнего предела и поплавковое реле через систему кнопок прекратит подачу электроэнергии к на­сосу и электромагниту. Таким образом установка герметизи­руется, прекращается подача свежего сусла и повторяется ре­жим первого периода.

Среднесуточная производительность установки при сахари­стости сусла 17 г/100 мл и остаточном сахаре в виноматериале 2,5 г/100 мл - 7000 дал.

Основное преимущество установки - значительное сокращение длительности брожения сусла. Это происходит по­тому, что свежее сусло, поступающее в бродящую массу с большим количеством жизнедеятельных дрожжевых клеток, сразу вступает в стадию активного брожения, минуя стадию разбраживания. Благодаря наличию надежной теплообменной системы обеспечивается проведение брожения в оптимальном температурном режиме. Кроме того, автоматическое питание установки свежим суслом обусловливает высокую производи­тельность.

К недостаткам установки следует отнести некоторое обога­щение сусла железом (в среднем на 5 мг/л).

В Молдавии установка БА-1 действует на многих винодель­ческих предприятиях (рис. 20).

Суточная производительность каждой секции - 3000 дал, общая производительность установки - 12 000 дал/сутки.