CC BY
116
Некоторые аспекты дрожжевого менеджмента
А.А. Абалихин
Филиал № 1 ЗАО «МПБК «Очаково» (Краснодар) Е.Г. Иванова
ГУ ВНИИ пивобезалкогольной и винодельческой промышленности
Брожение
Правильное понимание особенностей метаболизма и роста дрожжей, их влияния на образование вкусоароматических соединений пива должно лежать в основе организации и управления процессом брожения.
Дрожжевой цикл процесса можно разделить на три стадии:
лаг-фаза — период привыкания дрожжей к новым условиям и подготовка клеток к размножению; протяженность данной стадии может составлять от 6 до 15ч с момента задачи дрожжей до появления ферментативной активности, продолжительность напрямую зависит от физиологического состояния дрожжей, состава сусла и производственных условий;
фаза логарифмического роста — этап активного размножения и брожения, при котором количество дрожжей и скорость прироста биомассы дрожжей достигают максимума, следовательно, скорость брожения максимально увеличивается, исчезает вкус сусла и формируются важнейшие вкусовые и ароматические показатели пива; к моменту, когда количество дрожжевых клеток достигает максимума, дрожжи начинают ассимилировать мальтозу и медленно переходят в следующую фазу;
стационарная фаза — это фаза взаимодействия дрожжей и сусла в период снижения концентрации сбраживаемых сахаров и других питательных веществ. Начало флокуляции и переход дрожжей в неактивное состояние указывают на окончание фазы. Окончание стационарной фазы — лучшее время сбора дрожжей.
Физиологическое состояние дрожжей оказывает непосредственное влияние на скорость протекания процессов брожения и дображивания.
В течение первых часов брожения дрожжевая клетка привыкает к новым условиям существования, которые вначале оказывают на нее шоковое воздействие: иные температура, рН, концентрация сахаров и т. д. Перед тем как клетка вступает в ак-
Продолжение. Начало см. «Пиво и напитки», 2004, №4.
тивное взаимодействие со средой, она расщепляет (эндогенный метаболизм) хранящиеся в ней резервные вещества, дающие ей начальную энергию. К таким запасным веществам относится прежде всего внутриклеточный гликоген, являющийся промежуточным питательным веществом, используемым в переходный период.
Размножение дрожжей предопределяется сложными биохимическими процессами, протекающими внутри клетки.
Если клетка находится в условиях, обеспечивающих синтез всех необходимых ферментов, она будет в состоянии почковаться и размножаться. При этом клетка должна быть обеспечена питанием, являющимся важнейшей стороной обмена веществ. Таким образом, клетка способна вовлекать простые исходные ингредиенты питательной среды в свой обмен веществ, когда из простых молекул синтезируются сложные органические макромолекулы и надмолекулярные комплексы. Этот процесс направляется и катализируется ферментами.
Большое количество сбраживаемых сахаров во внешней среде стимулирует потребление их клеткой. Одновременно с поступлением растворенного кислорода, который дрожжи используют для роста, начинается процесс дыхания с выделением большого количества энергии. Параллельно с процессом дыхания происходит образование стерола и ненасыщенных жирных кислот, важнейших компонентов дрожжевой мембраны. Благодаря такому энергетическому сдвигу у дрожжей появляется возможность начать брожение и одновременно образовывать новые клеточные вещества и размножаться почкованием.
Как говорилось ранее, для оптимального брожения и размножения дрожжей в сусле присутствуют необходимые вещества: сбраживаемые сахара; аминокислоты для образования клеточных веществ; фосфаты для образования АТФ и двойного фосфолипидного слоя клеточных и внутренних мембран; жирные кислоты для строительства клеточных мембран; витамины и микроэлементы; кислород.
Большинство этих веществ присутствует в сусле в необходимом количестве, а некоторые из них могут быть самостоятельно синтезированы дрожжами. Недостаток
отдельных веществ может повлиять на ход брожения, качество дрожжей и пива.
Избыток растворенного кислорода в сусле может привести к снижению бродильной активности, усиленному росту дрожжей, меньшему выходу этанола; повышению образования альдегидов, алифатических и ароматических спиртов, диацетила, что, в свою очередь, вызывает необходимость продолжительного дображивания и отрицательно влияет на вкус пива.
Недостаточная аэрация может вызвать медленное или затухающее брожение из-за слабого воспроизводства дрожжевых клеток и снижения их жизнедеятельности.
Слабый рост дрожжей при недостатке кислорода обусловливается окислительным механизмом синтеза компонентов мембраны дрожжевых клеток — ненасыщенных жирных кислот и стеринов. Низкие концентрации кислорода в начале брожения способствуют появлению постороннего запаха, медленной редукции диацети-ла, повышению содержания ацетальдеги-да в пиве, недостаточному приросту биомассы дрожжей, снижению их жизнеспособности. Решением всех вышеперечисленных возможных отношений служит использование оптимального режима аэрации сусла и хорошее состояние дрожжей.
На скорость процесса брожения наряду с аэрацией и составом сусла влияет само состояние дрожжей, и это нельзя компенсировать изменением состава сусла или аэрацией.
Первичные признаки начала брожения: снижение видимого экстракта и снижение рН. Эти изменения начинаются в первые 12 ч главного брожения. Отсутствие данных признаков указывает на возможную проблему: дрожжи ослаблены или под стрессом, количество дрожжей недостаточно для поддержания заданной интенсивности сбраживания, низкая температура, недостаточное количество питательных веществ в сусле или другие факторы.
Недостаточное количество питательных веществ в сусле можно компенсировать использованием питания для дрожжей Yeast Food GF (производства фирмы Quest, Нидерланды), которое содержит легкоусвояемые компоненты для поддержания оптимального дрожжевого обмена и требуемого прироста биомассы. Технологические параметры процесса брожения и качества пива в этом случае значительно улучшаются.
В результате размножения дрожжей к концу главного брожения их биомасса увеличивается в среднем в 2,5-3,5 раза. Прирост биомассы служит качественным показателем состояния дрожжей и зависит от многих факторов, таких, как количество и качество задаваемых дрожжей, аэрация, состав сусла, физические условия сбраживания и некоторые другие.
В конце брожения, когда сбраживаемых сахаров почти не остается, дрожжи начинают флокулировать. Образовавшиеся при
ПИ
шшитсиу 6 •
2004
брожении этанол и углекислота все в большей степени угнетают дрожжевые клетки, конвекционные потоки в танке брожения ослабевают или совершенно прекращаются, дрожжи медленно оседают на дно танка и начинают ощущать недостаток энергии, который они стремятся покрыть своими собственными запасами. Дрожжи начинают медленно выделять во внешнюю среду продукты метаболизма, жирные кислоты со средней длиной цепочки, аминокислоты, ферменты и другие вещества. Именно в этот момент они должны быть собраны, чтобы не допустить ухудшения качества дрожжей и пива.
Хлопьеобразование дрожжей зависит от генетически заложенного флокуляцион-ного поведения данного штамма, содержания кальция в сусле, температуры и давления при брожении. Говоря об улучшении оседания дрожжей, нужно обратить внимание на то, что концентрация в сусле кальция должна составлять от 40 до 80 мг/л, но при значительном повышении содержания кальция может произойти преждевременное оседание дрожжей и, как следствие, неполное сбраживание сахаров.
Во время брожения мертвые и неактивные дрожжевые клетки и труб следует удалять.
Поскольку на большинстве современных пивоваренных предприятий установлены цилиндроконические танки, особенности менеджмента дрожжей в данной статье рассматриваются с учетом проведения процесса в ЦКТ.
При сбраживании пива в ЦКТ съем осадка проводят в первые 24-48 ч после заполнения танка. Повторный съем следует проводить после 72 ч сбраживания.
Разделение дрожжей при их сборе в конце главного брожения осуществляют в следующей последовательности: первая порция — удаляемые дрожжи; основная масса — собираемые дрожжи; остаточные дрожжи — удаляемые.
Один из факторов, влияющих на качество дрожжей и пива, — продолжительность главного брожения. При постоянных параметрах: температура сусла, количество вносимых дрожжей и аэрация, продолжительность существенно зависит от показателей сбраживаемого сусла. Уменьшение продолжительности брожения и своевременное снятие дрожжей приводят к снижению числа мертвых клеток (до 2 %), к уменьшению содержания диацетила в пиве (до 0,05 мг/л) и, в целом, улучшает физиологическое состояние семенных дрожжей.
Среди физически неблагоприятных факторов, отрицательно влияющих на жизнедеятельность дрожжевых клеток в технологии с ЦКТ при сбраживании, чаще других могут быть: температурный стресс — при резких или значительных температурных колебаниях; осмотический стресс — при сбраживании сусла с повышенным со-
держанием начального экстракта; гидростатический стресс — при сбраживании сусла в высоких ЦКТ (высотой более 20 м). Когда давление превышает 2 бар, а растворенная углекислота усиливает воздействие повышенного давления, могут изменяться ферментативная активность и проницаемость клеточной мембраны дрожжевых клеток. Механический стресс — возможен в результате действия больших касательных напряжений (насосы, мешалки, регулировочные вентили и др.).
В ходе главного брожения для контроля используемых дрожжей целесообразно устанавливать их бродильную активность. Для определения бродильной активности производят измерения видимого экстракта через 24 и 36 ч после начала брожения. Полученную разницу экстракта делят на 12. Если полученное число уменьшается, это свидетельствует о падении бродильной активности. Пример.
Плотность начального сусла 12 %, видимый экстракт через 24 ч после начала брожения — 11,2 %, через 36 ч после начала брожения — 10,3 %: (11,2 — — 10,3)/12=0,075.
Путем сравнения бродильной активности дрожжей из разных ЦКТ, при всех одинаковых условиях, можно косвенно контролировать процесс сбраживания.
С увеличением числа генераций дрожжей могут наблюдаться изменения в их физиологическом состоянии и поведении дрожжей при брожении. Первая, вторая и очень часто третья генерации, как правило, являются самыми сильными дрожжами, хотя данное заключение справедливо не для всех пивоваренных производств.
Если чистая культура дрожжей и первая генерация сильно ослаблены, значит, имеется проблема при разведении или передаче ЧКД на брожение. Кроме того, возможно также негативное влияние вышеприведенных неблагоприятных факторов на поведение дрожжей при брожении.
Съем дрожжей
В конце главного брожения, когда концентрация сбраживаемых сахаров и других питательных веществ уменьшается, дрожжи начинают флокулировать и осаждаться в конусной части ЦКТ. Осевшие дрожжи следует собирать как можно раньше и при необходимости разделять этот процесс на несколько этапов. Осаждаясь на дно танка, дрожжи попадают в неблагоприятные условия и не способны участвовать в сбраживании оставшихся сахаров и редукции диацетила. Перемешивание осевших дрожжей, например путем барботирования СО2, не приведет к продолжению снижения количества сбраживаемых сахаров.
Как правило, съем основной части дрожжей проводится, когда уровень остаточных сбраживаемых сахаров достигает мини-
мальной концентрации, требуемой для данного сорта. Распределение дрожжей в нижней части бродильного танка после их осаждения выглядит следующим образом:
В самой нижней части танка находятся дрожжи, флокулировавшие ранее, старые или неактивные клетки, а также слишком много труба, который может отрицательно повлиять на стабильность пива. Такие дрожжи не способны сбраживать более сложные сахара, что приводит к их более ранней флокуляции. Сбор и использование этих дрожжей для последующего цикла брожения приведет к повышению количества несброженных сахаров и дополнительным потерям.
В верхней части осевших дрожжей очень много клеток со сниженной флоку-ляционной активностью, что может привести в случае их дальнейшего использования к чрезмерно большому количеству нео-севших дрожжевых клеток перед фильтрацией следующей партии пива, а также отрицательно повлияет на его стойкость.
При съеме дрожжей следует проводить селекцию и отбирать только средний слой осевших дрожжей (примерно 70 % от общего объема), чтобы использовать их в дальнейшей работе.
Дрожжевые клетки во время и после флокуляции значительно снижают активность, для поддержания обмена веществ им нужны источники энергии. Так как питательные вещества сусла уже израсходованы, дрожжи переключаются на собственные запасы гликогена. Данный момент оптимален для съема и последующего охлаждения дрожжей, поскольку при охлаждении происходит замедление метаболизма дрожжевых клеток.
Время съема дрожжей служит определяющим фактором в поддержании качества дрожжей и пива. Для более точного определения времени съема дрожжей не стоит ограничиваться только определением видимого экстракта. Для установления оптимального времени съема следует использовать одновременное измерение содержания видимого экстракта, определение степени сбраживания и подсчет клеток.
Если дрожжи осели, их удаляют из пива. Передерживание дрожжей в конусе ЦКТ может привести к уплотнению осадка и стать причиной неполного съема дрожжей вследствие прорыва пива через слой дрожжей во время их съема. В этом случае съем оставшихся в конусе дрожжей будет крайне затруднен.
6•2004
ПИВО " "ЛПИТКИ
Передерживание дрожжей в конусе бродильного танка может также отразиться на качестве дрожжей и пива, так как они находятся в неблагоприятных условиях. К факторам внешней среды, оказывающим губительное воздействие на дрожжевую клетку после осаждения ее в конусе, относят: отсутствие питательный веществ; высокое содержание этанола; высокую концентрацию клеток; неодинаковые температуры в различных частях конуса; высокую концентрацию СО2; гидростатическое давление.
Все эти факторы способны привести к ослаблению и гибели клеток. Высокие ци-линдроконические танки и более острый угол конуса способны усиливать губительное воздействие на дрожжи. Ослабленные дрожжи будут менее пригодны для новой работы.
Неосевшие дрожжи, которые остались в пиве после съема осевших дрожжей, принимают непосредственное участие в редукции диацетила. Диацетил — один из основных критериев в определении степени «зрелости» пива. Когда его содержание достигает значение ниже порога вкусового ощущения (менее 0,12-0,1 мг/л), пиво охлаждают и направляют на хранение.
В конце главного брожения, при существенном увеличении концентрации дрожжевых клеток в конусной части ЦКТ, можно ожидать повышения температуры из-за значительного выделения тепла, происходящего в результате обмена веществ дрожжей. Охлаждение флокулирующих дрожжей в конусной части может быть недостаточным (неэффективным), так как без перемешивания густая дрожжевая масса не будет охлаждаться равномерно. Увеличение температуры в конусе, заполненном дрожжами, будет вызывать значительное ухудшение их состояния и вследствие токсического действия спирта, углекислоты и гидростатического давления в конусе, ускорит их гибель. В результате гибели клеток (автолиза) происходит выделение их содержимого в пиво, что приводит к появлению грубого дрожжевого привкуса, повышению рН, снижению вкусовой стабильности, ухудшению пено-стойкости, пенообразования и снижению фильтруемости пива.
Эти факты еще раз подтверждают вывод: во избежание автолиза тех дрожжевых клеток, которые флокулируют раньше или намного позже необходимого времени фло-куляции (дрожжевые клетки, подвергшиеся дегенерации), целесообразно проводить съемы данных дрожжей, которые непригодны для дальнейшего использования вследствие подвергшихся изменений.
Оценка качества
Оценка качества дрожжей — неотъемлемая часть ведения дрожжевого менеджмента. Все операции с дрожжами следует
осуществлять на основе тщательного лабораторного контроля.
Основополагающие критерии для принятия решения о необходимости дальнейшего использования дрожжей — качественные показатели дрожжей во время съема с учетом характеристик процесса брожения данной партии пива и числа генераций.
К основным параметрам состояния дрожжей при принятии решения по их дальнейшему использованию или при выборе лучших дрожжей относят: упитанность — запасы гликогена в дрожжах; наличие мертвых клеток; наличие посторонней микрофлоры; рН дрожжевой массы; концентрацию дрожжевых клеток в дрожжевой массе; микробиологическую стойкость пива после использования данных дрожжей; показатели предыдущего цикла брожения (интенсивность брожения, редукция диацетила, количество снимаемых дрожжей); число генераций.
Кроме основных параметров состояния дрожжей на пивоваренных производствах используют дополнительные или заменяющие основные параметры контроля.
Упитанность дрожжей показывает, насколько дрожжи богаты внутриклеточными источниками энергии — главным образом, гликогеном. Содержание гликогена в дрожжах зависит от их питания. В период брожения, когда содержание сбраживаемых сахаров в сусле высокое, дрожжи богаты гликогеном. При уменьшении питательных веществ дрожжи переходят на потребление собственных источников энергии и постепенно истощаются. Ослабленные дрожжи менее пригодны для дальнейшей работы, поскольку в самом начале последующего брожения они будут испытывать недостаток энергии.
Наличие мертвых клеток. Определение количества мертвых клеток при съеме дрожжей в определенной степени указывает на количество автолизированных клеток. Высокий процент мертвых клеток в дрожжах может привести к появлению не-фильтруемой мути, плохой пене, изменению органолептических показателей и низкой вкусовой стабильности. Увеличение доли мертвых клеток тесно связано с ростом рН.
Увеличение количества мертвых клеток может наблюдаться вследствие задержки съема дрожжей в конце брожения, продолжительного хранения в дрожжевом танке, неправильного хранения (высокая температура, доступ кислорода и др.). К факторам, влияющим на увеличение количества мертвых клеток, также относят высокую температуру брожения, более острый угол конуса, очень большую высоту танка и невозможность удаления мертвых клеток в первые дни брожения.
В некоторых случаях увеличение количества мертвых клеток свидетельствует об
инфицировании пивоваренного производства.
Дрожжи с увеличенным количеством мертвых клеток лучше не использовать, нежели задавать в сусло и корректировать норму задачи с учетом количества мертвых клеток.
Как показывает практика пивоварения, этот показатель очень информативен и прост в выполнении. В случае получения повышенных значений (более 3 %, особенно более 5 %) требуется немедленное вмешательство в технологический процесс.
Концентрация дрожжевых клеток в дрожжевой массе может говорить о степени флокуляции дрожжей. Контроль за данным параметром необходим для обеспечения дозации в сусло точного количества дрожжей.
рН дрожжевой массы. Дрожжи, находящиеся в конусе ЦКТ, после окончания стационарной фазы быстро автолизируют-ся, при этом значения рН снимаемых дрожжей увеличиваются. Таким образом, измерение рН дрожжевой массы необходимо. Если значение рН снятых дрожжей значительно выше, чем рН пива, это означает, что начался автолиз дрожжей, так как рН внутри дрожжевой клетки выше, чем рН пива. Для измерения рН используют дрожжи сразу же после съема и перемешивания.
Правильно выбранное время съема дрожжей позволяет избежать автолиза, способствует сохранению их физиологических свойств и обеспечивает стабильность показателя рН дрожжевой массы.
С другой стороны, показатель рН дрожжей может быть использован для оптимизации времени съема дрожжей.
Количество снимаемых дрожжей — полезный показатель качества дрожжей и характера брожения. Так, разные количества съемов могут в определенной степени указывать на возникновение проблем.
Прирост биомассы крайне важен для обеспечения качества дрожжей и пива. Если съем дрожжей увеличился вследствие слишком интенсивного сбраживания, результатом может быть присутствие посторонних вкуса и аромата пива. Изменение состояния или слабость дрожжей могут быть определены по меньшему количеству съема и по содержанию в пиве избытка диацетила и сернистых соединений. Для обеспечения требуемого вкусоароматичес-кого профиля пива должен быть достигнут оптимальный баланс роста.
Число генераций. В большинстве случаев дрожжи после большого числа генераций могут проявлять дегенеративные свойства, другими словами, терять свои первоначальные качества. Следовательно, необходимо регулярно задавать свежую чистую культуру дрожжей в производственный цикл после определенного количества генераций. Многие пивоваренные производства работают с максимальным числом генераций — от 2 до 6.
ПИВО " НАПИТКИ
6•2004
