CC BY
106
Некоторые аспекты дрожжевого менеджмента
А.А. Абалихин
Филиал №1 ЗАО МПБК «Очаково» (Краснодар) Е.Г. Иванова
ГУ ВНИИ пивобезалкогольной и винодельческой промышленности
Качество дрожжей — основной значимый фактор при формировании качества готового пива
Дрожжевой менеджмент охватывает все технологические стадии и процессы, связанные с оптимальным ведением дрожжей в конкретных технологических условиях. Он определяет важные аспекты, связанные с жизнедеятельностью дрожжей и поддержанием необходимого обмена веществ. Дрожжевой менеджмент включает следующие технологические стадии: подготовительная стадия — выбор расы дрожжей, исходя из имеющегося технологического оборудования и желаемого качества пива; хранение и размножение чистой культуры дрожжей; задача дрожжей в сусло, аэрация; мониторинг дрожжей при брожении; съем дрожжей; хранение дрожжей, а также оценка качества дрожжей на всех технологических этапах.
Понимание процессов метаболизма и роста дрожжей дает возможность своевременно влиять на ход технологического процесса и обеспечивать высокое качество пива. Другими словами, важно понять, как следует обращаться с дрожжами, чтобы научиться управлять процессом формирования вкуса и аромата пива.
Условия существования дрожжей
Для выявления оптимальных условий жизнедеятельности дрожжей следует раздельно рассматривать их аэробное и анаэробное состояние.
Для выполнения всех необходимых процессов жизнедеятельности и для образования новой дрожжевой клетки необходимы питательные вещества и энергетические поступления. Обеспечение дрожжевой клетки новой энергией возможно путем дыхания в присутствии кислорода и путем брожения в анаэробных условиях.
При нахождении дрожжей в аэробном состоянии происходит дыхание или размножение. В этом случае углеводы полностью расщепляются на Н20 и СО2; выделяется значительное количество энергии.
При нахождении дрожжей в анаэробном состоянии происходит брожение, или интрамолекулярное дыхание. При брожении происходит неполное расщепление углеводов с образованием этанола, СО2 и побочных продуктов брожения; выделяется меньшее количество энергии; при длительном брожении дрожжевые клетки ослабевают.
В условиях производства работу с дрожжами можно разделить на две стадии. Во-первых, это размножение чистой культуры дрожжей (ЧКД) и, во-вторых, съем, хранение и задача дрожжей.
В процессе жизнедеятельности дрожжи могут находиться в различных условиях, которые оказывают огромное влияние на обмен веществ. К ним относят температуру; наличие и состав аминокислот; состав и концентрацию сбраживаемых сахаров сусла; содержание кислорода; давление; интенсивность перемешивания; концентрацию основных продуктов обмена веществ — этанола и углекислоты; присутствие липидов, в частности жирных кислот; содержание микроэлементов, прежде всего цинка, железа, марганца, меди, селена и витаминов; значение рН сусла и пива и др.
Большинство названных параметров можно регулировать, а их взаимосвязь и влияние следует учитывать при управлении процессом обмена веществ в дрожжах.
Выбор расы дрожжей
Выбор соответствующего штамма дрожжей служит основополагающим фактором для формирования определенного вкуса пива.
Вследствие генетических различий разные штаммы дрожжей образуют различные количества важных для формирования вкуса соединений, а также различаются в своем поведении во время ведения технологических процессов. Штаммы могут иметь высокую, низкую или среднюю способность к образованию сложных эфиров, алифатических и ароматических спиртов, сернистых соединений и диацетила, могут сильно различаться по способности к флокуляции,
по скорости брожения и другим параметрам.
Основные характеристики, принимаемые во внимание при выборе расы дрожжей, следующие: скорость и глубина сбраживания; ассимиляция сахаров по их видам; скорость воспроизводства; флоку-ляционное поведение (время и полнота флокуляции); оптимальная температура задачи дрожжей в сусло и брожения; образование ароматических соединений; образование и редукция диацетила.
Какой бы штамм ни был выбран, крайне важно, чтобы дрожжи находились в хорошем физиологическом состоянии на протяжении всех технологических этапов.
Лабораторное хранение дрожжей
Для пивоваренных производств существует несколько распространенных способов пересылки и получения ЧКД: получение (пересылка) ее в пробирке на сухом агаре из банка дрожжей; пересылка жидких дрожжей в стеклянной таре, в этом случае пересылка должна длиться не более 2-3 дней в охлажденном состоянии, со льдом; получение ЧКД в лабораторных условиях из одной клетки (трудоемкий процесс, который, как правило, применяется на больших пивоваренных производствах); получение сухих дрожжей — для производства определенного сорта пива в небольших количествах.
Пробирки с исходной чистой культурой до начала работ по ее разведению хранят закрытыми в холодильном шкафу при температуре 4...5 °С. Срок хранения пробирки с чистой культурой дрожжей — не более 3 мес. Открывать пробирку следует только во время работы в специальном помещении с соблюдением правил стерильности.
При работе с двумя или большим числом рас дрожжей необходимо следить за строгой изоляцией разводимых культур, не допуская их смешивания во время размножения.
Размножение ЧКД
Правильная работа с дрожжами и непосредственно их разведение служат «фундаментом» при формировании качества пива. Абсолютная стерильность при разведении чистой культуры — первичное условие работы.
Цель разведения ЧКД состоит в том, чтобы в сжатые сроки получить чистую культуру дрожжей в оптимальном физиологическом состоянии; чтобы при определенных количестве введенных дрожжей, составе сусла и температурном режиме эти дрожжи могли бы последова-
.....""".......
'4•2004
тельно, на протяжении ряда поколении, обеспечивать необходимое время брожения и требуемый вкусовоИ профиль пива.
Преимущества оптимального аэробного размножения чистой культуры дрожжей: хорошее физиологическое состояние дрожжей; интенсивное забра-живание, значительное падение рН как предпосылка для быстрого осветления, созревания пива и хорошей сепарации труба; высокая интенсивность сбраживания; сенсорные преимущества (чистые вкус, аромат, стабильность вкуса); репродуктивное качество дрожжей.
При использовании сусла с требуемым составом сбраживаемых сахаров, достаточным количеством цинка и свободного аминного азота должны быть найдены оптимальный температурный режим и режим аэрации ЧКД, который индивидуален для каждого предприятия. Важен также правильный выбор момента передачи ЧКД на брожение.
Основные факторы дрожжевого менеджмента, позволяющие получить пиво высокого качества, представлены на рисунке.
Для интенсивного размножения и брожения дрожжам необходимы источник углеводов и азота, минеральные вещества и биокатализаторы. Как правило, при переработке солода хорошего качества все перечисленные вещества присутствуют в сусле в достаточном количестве.
Основные физико-химические факторы пропагации (размножения дрожжей), влияющие на процесс: показатель рН, температура, интенсивность перемешивания, концентрация кислорода и углекислоты. Температура пропагации дрожжей низового брожения на производстве, как правило, находится в пределах 12...18 °С (индивидуально для каждого предприятия). При высокой температуре пропагации, если дрожжи долго находятся в емкости в конце пропагации, существует опасность ослабления и даже автолиза дрожжевых клеток, а накопление
СО2 в питательной среде влечет за собой замедление размножения.
Дрожжи должны постоянно обеспечиваться кислородом для поддержания процесса размножения, вытеснения образующегося СО2 и обеспечения достаточного перемешивания в танке.
Установки для размножения дрожжей делятся на два вида, различающихся системами аэрации и перемешивания: резервуары, снабженные насосом для перемешивания и устройством для аэрации, встроенными в циркуляционный трубопровод; резервуары с внутренним устройством для аэрации в этой установке, где перемешивание происходит за счет аэрации.
Процесс пропагации дрожжей, как правило, проводят без давления, но в случае излишнего пенообразования повышают давление до 0,2-0,3 бар.
Разведение чистой культуры дрожжей. Процесс разведения чистой культуры дрожжей проходит в два этапа: размножение в лабораторных условиях; размножение в производственных условиях.
Лабораторные условия. Исходная культура дрожжей в лаборатории засевается в колбу Карлсберга. В колбе Карлс-берга, так же как и в пропагаторе, следует рассчитывать на 40-50%-ный запас объема, так как размножение ЧКД идет с регулярной аэрацией и возможно сильное пенообразование. Разбраживание в колбе Карлсберга ведется при температуре 16.18 °С. После 20-30 ч (в зависимости от соотношения при засеве) на стадии интенсивного размножения стерильный воздух вытесняет ЧКД в пропагатор.
Производственные условия. Начальное соотношение объемов в пропа-гаторе может составлять от 1:20 до 1:250 (индивидуально для каждого предприятия). Высокая степень разбавления (соотношение объемов) не будет иметь большого влияния на конечное количество дрожжевых клеток при размноже-
нии, если размножение ЧКД происходит при достаточной аэрации.
Процесс разведения чистой культуры дрожжей можно проводить в одной или в нескольких установках (в зависимости от оборудования), в один этап, без добавления (долива) сусла или с использованием системы поэтапного добавления стерильного сусла. При поэтапном добавлении стерильного сусла следует обращать внимание, чтобы смешиваемые среды имели одинаковую температуру во избежание температурного шока дрожжей. Оптимальное время долива следует определять по видимому экстракту и количеству дрожжевых клеток в 1 мл. Значение видимого экстракта между доливами не должно опускаться ниже 6,5 %, чтобы не допустить смены аэробного качества обмена веществ дрожжей на анаэробное.
Количество дрожжевых клеток при снижении видимого экстракта в интервале от 7 до 6 % может составлять 90-150 млн клеток в 1 мл, но в любом случае не менее 80 млн клеток в 1 мл.
В процессе пропагации дрожжей не следует стремиться к получению максимально возможного количества дрожжевых клеток, так как слишком большой прирост обернется значительным истощением питательной смеси и приведет к ослаблению чистой культуры и ухудшению жизнеспособности клеток. Рекомендуемое количество дрожжевых клеток к моменту их задачи на брожение находится в пределах 110-130 млн/мл. Таким образом, при достижении вышеуказанной концентрации дрожжевых клеток чистую культуру следует готовить к передаче на брожение в цилинд-роконические танки (ЦКТ).
В конце пропагации аэрацию прекращают, далее дрожжи необходимо охладить до температуры брожения, чтобы избежать резкого температурного перепада во время переноса чистой культуры дрожжей на брожение.
Объем ЧКД, передаваемый на брожение, определяют исходя из реального количества дрожжевых клеток в пропага-торе и рекомендуемого, оптимального — для начала брожения.
Обмен веществ, физиологическое состояние дрожжей, процесс размножения, брожения и качество пива тесно связаны друг с другом. Основой влияния этих факторов составляет активность аэробного размножения чистой культуры дрожжей.
Лимитирующими факторами активности аэробного размножения ЧКД могут быть:
состав сусла, прежде всего спектр сбраживаемых сахаров, который может лимитировать выход дрожжей;
повышенная концентрация сахаров даже при оптимальной аэрации не при-
ведет к увеличению количества клеток, так как сахара тормозят образование комплекса дыхательных ферментов и способствуют переходу от дыхательной схемы к брожению с образованием этанола; при разведении ЧКД желательно использовать сусло с меньшим содержанием сахаров;
недостаточное количество ассимилируемого азота в сусле может ограничить прирост дрожжей до 90-100 млн клеток на 1 мл;
неправильно выбранный режим аэрации непосредственно влияет на выход дрожжей: при недостаточной аэрации происходит преждевременное окончание процесса размножения и переход к брожению; избыток кислорода приводит к чрезмерному пенообразованию и транспортировке клеток в верхнюю часть пропагатора, при этом в нижней части остается много питательных веществ, недоступных для дрожжевых клеток;
недостаточное содержание в сусле ростовых веществ, цинка и железа вызывает ограниченное размножение дрожжей.
Содержание свободного аминного азота в сусле для разведения ЧКД необходимо поддерживать не ниже 180 мг/л, в свою очередь, уровень содержания цинка в сусле следует поддерживать не менее 0,2 мг/л. Желаемая плотность сусла для разведения ЧКД должна составлять 10-11 %, без использования несоложеных материалов и без добавления сахарозы.
Задача дрожжей в сусло. Аэрация
Задача дрожжей в сусло осуществляется в потоке при приеме охлажденного сусла в цилиндроконический танк, в это же время проводят и аэрацию. Данный выбор места задачи дрожжей оптимален и обеспечивает хорошее перемешивание в движущемся потоке.
На практике используют несколько технологических приемов задачи дрожжей в сусло, что объясняется разными технологическими подходами и имеющимся оборудованием. Принципиальное различие методов заключается в задаче всех дрожжей: в первую варку, в несколько или во все варки — или введение дрожжей «из конуса в конус».
Задача дрожжей в полном объеме в первую варку положительно влияет на размножение дрожжей и интенсивность забраживания в бродильном танке. Все дрожжевые клетки имеют примерно равные начальные условия, что положительно влияет на качество пива. Негативным моментом при использовании данной технологии может служить негомогенное распределение дрожжей в
сусле, особенно в последней варке, находящейся в конусе бродильного танка. Особенно это критично для очень больших ЦКТ. Недостаточное количество дрожжевых клеток в сусле может способствовать развитию посторонней инфицирующей микрофлоры.
Гомогенность распределения дрожжей можно обеспечить высокой скоростью заполнения танков, однако здесь следует учитывать тот факт, что быстрое наполнение танка наряду с интенсивным аэрированием может способствовать изменению вкусового профиля пива — сдвигу соотношения спирты: эфиры в сторону повышенного образования ароматических спиртов, в частности Р-фенилэтанола.
При задаче дрожжей во все или в несколько варок обеспечивается гомогенное распределение дрожжевых клеток в сусле, но при неверно выбранном режиме аэрации и при медленном заполнении танка дрожжевые клетки получают разное количество растворенного кислорода. Вследствие этого клетки не имеют равных условий при забражива-нии, что может снизить его интенсивность.
В условиях некоторых заводов при производстве лагерного пива из 11-12 % сусла оправдывает себя 2-3-разовая задача дрожжей: 60-70 % в первую варку для обеспечения интенсивного забражива-ния и 30-40 % всей массы дрожжей в последующие варки, например во вторую и (или) третью. При этом скорость заполнения танка составляет менее 12 ч.
Таким образом, скорость сбраживания, размножение дрожжевых клеток и образование побочных продуктов брожения находятся в тесной взаимосвязи, поэтому на каждом предприятии нужно находить свои технологические режимы задачи дрожжей в сусло, обеспечивающие требуемый вкусовой профиль пива.
Способ задачи дрожжей «из конуса в конус» используется на некоторых предприятиях. Пивоваренное предприятие, применяющее только такую технологию, не имеет современного дрожжевого оборудования для ведения дрожжей, что, в свою очередь, может сказаться на их качестве, доставить определенные неудобства и привести к потере «гибкости» в производстве.
Для традиционных лагерных сортов пива начальное количество дрожжевых клеток, необходимое для ведения брожения в ЦКТ, на разных предприятиях может варьироваться от 10 до 25 млн клеток в 1 мл. Небольшие дозы дрожжей приводят к более медленному брожению, хотя при этом они лучше размножаются с возрастанием доли молодых, улучшающих процесс брожения дрожжевых клеток. Увеличенное количество задаваемых дрожжей вызывает более
быстрое сбраживание, но приводит к более медленному размножению клеток, увеличению процента «старых» дрожжевых клеток, при этом прирост молодых клеток по отношению к начальному количеству вносимых дрожжей мал. Повышенное количество дрожжей может вызвать появление «дрожжевого тона» во вкусе и аромате пива. Таким образом, для поддержания вкусовых характеристик определенного сорта пива устанавливается оптимальная начальная концентрация дрожжевых клеток, которая должна поддерживаться постоянно. Количественный контроль задаваемых дрожжей следует корректировать, исходя из концентрации дрожжевых клеток перед их внесением в сусло.
В настоящее время многие предприятия переходят на технологию получения и сбраживания сусла с высокой начальной плотностью ввиду очевидных экономических преимуществ данной технологии. При использовании технологии высокоплотного пивоварения (НО) в соответствии с изменениями состава сусла норму введения дрожжей следует корректировать для сохранения качества дрожжей и поддержания качества готового пива.
Для осуществления брожения в измененных условиях и способности находиться в более концентрированном сусле с повышенным содержанием этанола желательно изменить содержание некоторых питательных веществ и факторы внешней среды. Для полного сбраживания дополнительного количества сахаров примерно за тот же период времени дрожжам требуется большее содержание растворенного кислорода и зачастую большее количество ассимилируемого азота. Поскольку баланс роста дрожжей и скорость брожения тесно связаны, следовательно, для осуществления интенсивного брожения необходимо обеспечить более интенсивный рост дрожжей или начать его с большим количеством дрожжей. В этом случае используют увеличенное количество дрожжей, так как это дает возможность избежать продолжительного забраживания.
Чрезмерно большое количество задаваемых дрожжей также может вызвать негативный эффект. Брожение не будет иметь видимой лаг-фазы, что означает плохой рост дрожжей, которые при съеме будут содержать бульшее число старых клеток. Такие дрожжи, как правило, имеют сниженную бродильную активность, менее устойчивы к стрессам, следовательно, они легче погибают при хранении и задаче в сусло. При любых условиях при сбраживании высокоплотного или обычного сусла должен существовать оптимальный баланс роста клеток, чтобы съемные дрожжи содержали достаточный процент новых, молодых клеток.
.................
'4•2004
Аэрация сусла — единственный прием сознательного внесения кислорода в продукт и нацелена на улучшение роста, физиологического состояния дрожжей и, следовательно, направлена на поддержание необходимого хода процесса брожения. Растворенный кислород потребляется дрожжами всего за несколько часов начальной стадии главного брожения.
Очень часто при подаче в сусло одинаковой массы воздуха в нем будет содержаться разное количество растворенного кислорода. Эффективная система аэрации сусла имеет измерительное устройство, расположенное довольно далеко от точки ввода воздуха, которое определяет уровень растворенного кислорода и корректирует его поступление.
Сусло для традиционных лагерных сортов пива с экстрактивностью 11-12 % требует, как правило, 6-8 мг/дм3 растворенного кислорода. При высокоплотной технологии экстрактивность сбраживаемого сусла увеличивается до 20 %, что требует увеличения количества растворенного кислорода до 15 мг/дм3.
Предельное содержание растворенного кислорода при аэрации воздухом приведено в таблице.
Среда Концентрация кислорода, (мг/дм3), при температуре, °С
0 1 5 1 10 1 15 1 20
Сусло (12%) 11,6 10,4 9,3 8,3 7,4
Данная таблица показывает, что невозможно добиться показателя 15 мг/дм3, используя кислород растворенного воздуха, для этого требуется система аэрации сусла чистым кислородом.
Плохо контролируемая аэрация способна изменить интенсивность брожения и качество дрожжей, что, в свою очередь, может ухудшить важные орга-нолептические свойства пива.
При введении дрожжей должно быть обеспечено внесение в сусло известного и постоянного количества дрожжевых клеток и их гомогенное распределение в сусле.
Существует несколько систем введения дрожжей. К ним относятся системы с измерением электрической емкости или диэлектрической разности до или после введения дрожжей. Такие системы более эффективны и способны «выравнивать» количество задаваемых дрожжей вследствие их плохого перемешивания или расслоения. Однако при их использовании существуют и определенные сложности.
В то же время системы, основанные на измерении мутности, могут испытывать помехи от присутствия нерастворенных пузырьков кислорода после аэрации. Вследствие этого целесообразно проводить аэрацию сусла уже после задачи дрожжей.
Продолжение следует
Российская академия сельскохозяйственных наук
Государственное учреждение ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПИВОВАРЕННОЙ, БЕЗАЛКОГОЛЬНОЙ И ВИНОДЕЛЬЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
(ГУ ВНИИ ПБ и ВП)
ОБЪЯВЛЯЕТ ПРИЕМ в аспирантуру по специальности
05.18.07 — Биотехнология пищевых продуктов
(алкогольная и безалкогольная промышленность)
Телефон для справок (095) 246-87-82
