БрожениеДля микробиологов эта стадия производства наиболее интересна и важна, однако здесь мы коснемся вопросов брожения лишь в общих чертах. Метаболизм дрожжей мы подробно рассмотрим в главе 2, а в главах 5 - 7 — меры предосторожности, исключающие инфицирование дрожжей бактериями при брожении. Источники контаминации при брожении могут быть разными, в том числе и уже упомянутые (особенно сусло), но основными из них можно считать воздух, засевные дрожжи, бродильный танк, линии трубопроводов и контрольно-регулирующую арматуру.
Дрожжи На протяжении долгой истории пивоварения брожение осуществлялось в открытых емкостях, которые и по сей день используются на многих небольших предприятиях, работающих по" традиционной технологии. В начале пивовары использовали дрожжи из атмосферы или с пивоваренного оборудования (эта технология и сегодня используется при приготовлении бельгийского пива «Ламбик»). Помимо всего прочего, признаком хорошо протекающего брожения было интенсивное выделение двуокиси углерода, выносившей часть дрожжей на поверхность с образованием толстой пенной шапки (отсюда и происходит название таких дрожжей — «верховые дрожжи»). При удачной ферментации эта дрожжевая шапка собиралась, для чего убирали боковую панель бродильного танка либо применяли систему Burton Union, которая и по сей день используется на пивоваренном предприятии Marstons Brewery в г. Бертон-он-Трент. Собранные дрожжи использовались для внесения в следующее брожение и т. д. Пивовары поняли ценность свойств здоровых дрожжей задолго до того, как требования к ним были сформулированы в микробиологических терминах (табл. 1.2).
Таблица 1.2. Основные свойства пивоваренных дрожжей
Происхождение большинства дрожжей, широко используемых в современном пивоварении, не установлено — скорее всего, они восходят к баварским монастырским пивоварням (не менее 300 лет назад). Вероятно, первоначальный штамм пивоваренных дрожжей был инфицирован или гибридизировался с дикими дрожжами или местными винными дрожжами. Эти «низовые дрожжи» нового типа брожения не образовывали пенную шапку и содержали слишком мало дрожжей для дальнейшего пересева в следующую ферментацию. Дрожжи для последующего брожения следовало снимать со дна бродильного чана в конце ферментации. Возможно, тогда же было обнаружено, что эти новые дрожжи идеально подходят для дображивания при низких температурах, улучшая органолептические свойства пива и увеличивая содержание двуокиси углерода. Пиво этого типа было впервые сварено в Баварии и со временем приобрело популярность далеко за ее пределами. В 1842 г. эти дрожжи попали к чешским пивоварам и на их основе они стали варить пиво в г. Пльзень. Этот тип пива (возможно, не совсем справедливо) во многих странах получил название «пльзеньский», хотя в Великобритании для него используется термин «лагерный». Через несколько десятилетий чешские дрожжи были украдены одним из Иоргенсенов, владельцев датской компании «Карлсберг» — по легенде, эти дрожжи он вывез на голове под шляпой, и они пережили переезд в дилижансе до Дании. Там в 1880-х г. пионер в области систематики и технологии дрожжей Э. Хансен первым вывел чистую культуру дрожжей и установил разницу между «верховыми» дрожжами традиционного пивоварения Бельгии, Великобритании и Германии (которые он назвал Saccharomyces cerevisiae) и «низовыми» дрожжами, использовавшимися в Баварии и Чехии (S. carlsbergensis, в настоящее время это название не используется). Чистая культура дрожжей S. Carlsbergensis впоследствии распространилась по миру и способствовала популярности пльзеньского (лагерного) типа пива.
Закрытые бродильные танки в пивоваренной промышленности стали применяться с 1970 г. Несмотря на то что сначала они были всего лишь новой версией традиционных прямоугольных открытых танков, в настоящее время они стали цилиндроконическими танками брожения (ЦКТБ). Сильная циркуляция при брожении, вызванная движением пузырьков С02 вверх и движением вниз при понижении температуры благодаря расположенным на стенках емкости рубашкам охлаждения, приводит к увеличению активности дрожжей, а также позволяет более эффективно контролировать температуру. Такие танки особенно хорошо подходят для низовых дрожжей — в ЦКТБ снимать верховые дрожжи невозможно, и, кроме того, при сильной циркуляции над бродящим суслом образуется большая шапка пены, чем в не глубоких прямоугольных танках, которая может занимать до половины объема ЦКТБ, что ведет к неэффективному использованию дорогого оборудования. Хотя для пива с использованием верховых дрожжей можно применять пеногасители, все же более предпочтительно использовать другие штаммы, не образующие много пены, но обладающие теми же органолептическими свойствами. Очевидно, что лагерные дрожжи подходят не для всех случаев, так как отличаются от верховых по органолептическим свойствам.
Те или иные штаммы или их смесь могут быть использованы для определенных сортов пива. В последнем случае рекомендуется использовать дрожжи, предварительно смешанные в определенных пропорциях. В прошлом периодичность выведения чистой культуры определялась без четкой программы, но в современном пивоварении наблюдается тенденция к выращиванию чистой культуры дрожжей после достижения определенного числа генераций. Под номером генерации понимается генерация не определенной клетки, а номер очередного цикла брожения с использованием тех же дрожжей. Дрожжи могут находиться в хорошем состоянии, но их выведение из производственного цикла в соответствии с фиксированной программой размножения упрощает планирование производства. При ферментации высокоплотного сусла причиной дегенерации дрожжей могут стать высокая концентрация этилового спирта (не менее 8%), другие метаболиты, а также осмотическое давление, что приводит к невозможности многократного использования культуры, и для каждого цикла брожения придется разводить новую чистую культуру.
В оценке качества засевных дрожжей существует два аспекта: дрожжи должны быть а) в активном состоянии и б) не инфицированными вредными для пива бактериями и дикими дрожжами. Для оценки жизнеспособности дрожжей применяются разные методы, однако наиболее прост и достаточно точен метод микроскопирования с использованием для определения мертвых клеток метиленового синего. Так как этот тест занимает около 15 мин, его можно использовать для подтверждения жизнеспособности дрожжей (она должна составлять 99-100%, но не менее 95%) и, удостоверившись в этом, принимать решения — применять ли эти дрожжи для засева. Концентрация засевных дрожжей обычно составляет 1 - 2 х 107 клеток/мл (для высокоплотного сусла — больше), но на производстве более удобно первоначально измерить массу дрожжей. Предпочтительно сразу после засева проверить концентрацию дрожжей в сусле, используя либо микроскопический подсчет, либо посредством доступных в настоящее время автоматизированных методов обработки информации, получаемой со встроенных в линию {in-line) датчиков. Хотя жизнеспособность дрожжей может и должна определяться до каждого цикла брожения, выявление контаминантов — процесс более долгий, и тестировать дрожжи стандартными микробиологическими методами до пересева не целесообразно. Для определения наличия контаминантов в дрожжах полезны методы «мгновенной» биолюминесценции, иммунологические методы или метод на основе ЦРП (их результаты можно получить до засева дрожжей в сусло), однако в настоящее время они применяются довольно редко. К счастью, возможность внезапного инфицирования бактериями или дикими дрожжами до критического состояния почти невероятна — количество контаминантов обычно увеличивается при брожении от цикла к циклу, постепенно, и поэтому показать развитие этой проблемы могут рутинные микробиологические анализы. Простейшим анализом уровня инфицирования, который может применяться даже на примитивных пивоваренных производствах, является дегустация бродящего пива. Нежелательное изменение вкуса и аромата пива дает пивовару информацию об уровне инфицирования и возможности дальнейшего использования дрожжей.
«Верховые» дрожжи при брожении традиционного эля образуют шапку, а съем дрожжей производят в ходе наиболее активной фазы брожения — в середине логарифмической фазы, если использовать термины, описывающие развитие дрожжевой клетки. У этой системы два преимущества: во-первых, дикие дрожжи, не образующие развитую пену, и бактерии-контаминанты остаются в основном в бродящем пиве, и, во-вторых, даже если дрожжевая культура представляет собой смесь штаммов, она собирается на том же этапе брожения, и пропорции отдельных штаммов в смеси остаются теми же. Многие предприятия, работающие по традиционным технологиям, использовали одни и те же дрожжи в течение многих лет, а иногда и не- скольких столетий. В сильно охмеленных крепких элях сочетание высокого содержания хмеля, высокой начальной плотности и высокой концентрации спирта в конечном продукте уменьшает возможность возникновения благоприятных условий для роста диких дрожжей. Учитывая, что большинство бактерий менее устойчивы к воздействию кислот, чем S. cerevisiae, на многих предприятиях для уничтожения бактерий-контаминантов дрожжевую культуру регулярно промывают кислотой например, ортофосфорной).
При брожении лагерного пива или эля в закрытых ЦКТБ с использованием дрожжей, не образующих обильную пену (что позволяет более эффективно использовать объем емкости), съем дрожжей осуществляют при их оседании в конце брожения. Обычно конус ЦКТ оснащается охлаждающей рубашкой, способствующей поддержанию осевших дрожжей в хорошем состоянии. Известно, что жизнеспособность дрожжей в пиве в результате долгого контакта с этиловым спиртом и другими побочными продуктами метаболизма падает на несколько процентов, но при этом проявляется и защитный эффект, выражающийся в том, что погибают бактерии и дикие дрожжи. Известно, что дрожжевые клетки неодинакового возраста обладают разной способностью к седиментации, и частично это явление объясняется большим количеством образующихся при почковании «шрамов» у старых клеток. Это приводит к формированию в конусе бродильного танка слоев дрожжей разного возраста и жизнеспособности, в связи с чем для размножения следует брать более молодые дрожжи из верхнего слоя.
Хотя первые ЦКТБ имели такие же размеры, что и старые бродильные чаны, в настоящее время общепринятым стало проектирование крупных ЦКТБ, вмещающих несколько варок, и это порождает микробиологические проблемы. Для предотвращения контаминации в первую поступающую в танк варку необходимо внести дрожжи. При этом возникает вопрос: засевать ли дрожжи поэтапно на каждую варку в соответствии с ее объемом или задавать в первую варку все дрожжи, рассчитанные на весь танк? Еще более серьезен аналогичный вопрос относительно растворенного кислорода, так как если дрожжи при необходимости можно засеять позже, то поздняя аэрация может вызвать проблемы с образованием вкуса и аромата. На самом деле эти вопросы являются частью проблемы выбора наилучшего технологического режима. Естественно, существует некий максимальный размер ЦКТБ, ограниченный производительностью варочного отделения — при не соблюдении этого условия может сложиться ситуация, когда дрожжи в ЦКТБ будут ферментировать сусло быстрее, чем будет производиться очередная порция сусла.
|
