Осветление и брожение сусла. Процессы происходящие при брожении сусла

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.

Рекомендуемые расы дрожжей для сбраживания красной смородины. Сбраживание смородинового сока проводится на чистых культурах дрожжей Saccharomyces vini иSaccharomyces 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.

1.2.3.1 Брожение сусла по белому способу

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.

1.2.3.2 Брожение сусла по красному способу

Брожение на мезге проводят в производстве красных вин, а также некоторых белых крепленых вин, отличающихся большой экстрактивностью. При брожении на мезге преследуется цель не только сбраживания сахара, но и экстрагирования фенольных, азотистых и других веществ из кожицы и семян.

Для обеспечения достаточного экстрагирования фенольных, ароматических и других веществ из кожицы и отчасти семян брожение на мезге проводят при температуре 28…30 °С, так как низкая температура не обеспечивает получения достаточно окрашенных и экстрактивных виноматериалов. Цвет вина при прочих равных условиях тем интенсивнее, чем выше температура брожения. Однако чрезмерно высокая температура недопустима: при температуре 36 °С активность дрожжей резко снижается, вина получаются сильно окрашенными, но с мало выраженным сортовым ароматом и вкусом. При температуре 39…40 °С дрожжи отмирают, спиртовое брожение прекращается, ускоряется развитие болезнетворных микроорганизмов: маннитных, молочнокислых и других бактерий.

Важным условием для полноты экстрагирования необходимых веществ в процессе брожения на мезге является хороший контакт кожицы и семян с бродящим суслом. Это условие обеспечивается различными технологическими приемами, зависящими от способов ведения процесса брожения.

В настоящее время применяют следующие основные способы брожения на мезге: брожение в открытых чанах с плавающей или погруженной шапкой и брожение в закрытых чанах с плавающей или погруженной шапкой.

А) При брожении в открытых резервуарах с плавающей шапкой (Рисунок 1.3, а) ее перемешивают не менее 3…4 раз в сутки и всплывшие на поверхность частицы погружают в бродящее сусло. Погружение и перемешивание шапки необходимо для лучшего экстрагирования красящих и дубильных веществ, выравнивания температуры всей бродящей массы и исключения развития в шапке уксуснокислых бактерий. В небольших чанах шапку перемешивают ручными мешалками, в крупных резервуарах – механическими или перекачиванием бродящего сусла насосом из нижней части резервуара в верхнюю – на шапку. Хорошие результаты дает перемешивание шапки диоксидом углерода, образующимся при брожении.

При этом непосредственно под шапкой температура выше на 4…5 °С, а концентрация сахара меньше на 3…5 %, чем на дне резервуара.

Недостатком открытого брожения с плавающей шапкой является большая трудоемкость многократно проводимых погружений шапки, а также невозможность использования открытых резервуаров после брожения для хранения вина. Однако бро­жение с плавающей шапкой обеспечивает высокое качество столовых красных вин: они получаются с хорошо развитым букетом и гармоничным вкусом. Поэтому способ брожения с плавающей шапкой применяют в производстве некоторых марочных красных столовых вин высокого качества.

При брожении в открытых резервуарах с погруженной шапкой (Рисунок 1.3, б) твердые частицы мезги не всплывают на поверхность, а удерживаются в сусле решетчатой или перфорированной перегородкой, располагаемой на 1/4 от верха ре­зервуара. В этом случае шапка образуется под перегородкой и ее покрывает бродящее сусло, которое поднимается вверх за счет давления выделяющегося СО 2 .

Основное преимущество брожения с погруженной шапкой – уменьшение опасности уксусного скисания и снижение затрат труда и энергии на ее погружение и перемешивание. К недостаткам этого способа относятся меньшее, чем при брожении с плавающей шапкой, извлечение красящих веществ и сильное уплотнение твердых частиц мезги под перегородкой, в связи с чем возникает необходимость в перекачивании сусла насосом 1…2 раза в сутки для лучшего экстрагирования.

Рисунок 1.3 – Схема брожения мезги с плавающей и погруженной «шапкой» в чанах

1 – открытого с плавающей шапкой; 2 – открытого с погруженной шапкой; 3 – закры­того с плавающей шапкой; 4 – закрытого с погруженной шапкой

Б) Брожение и закрытых резервуарах, как и в открытых, может проводиться с плавающей или погруженной шапкой. Плавающая шапка в закрытом резервуаре находится все время в атмосфере диоксида углерода, в связи, с чем отпадает необходимость в ее многократном погружении и перемешивании. Для брожения с погруженной шапкой применяют такие же решетчатые или перфорированные перегородки, как в открытых резервуарах. Загрузку закрытых резервуаров мезгой проводят через люки при разобранной перегородке, затем перегородку устанавливают в рабочее положение, закрывают люк и устанавливают бродильный затвор. В таком положении закрытый резервуар оставляют до окончания брожения.

Закрытые бродильные резервуары имеют крышки, снабженные бродильными затворами, которые устроены так, что образующийся при брожении диоксид углерода имеет свободный выход из резервуара, а проникновение воздуха в него исключается. Таким образом, особенностью брожения в закрытых резервуарах является отсутствие доступа кислорода воздуха к бродящей среде, благодаря чему предотвращается ее окисление.

Преимущества брожения в закрытых резервуарах состоят в меньшей трудоемкости обслуживания процесса, более равномерном распределении температуры во всем объеме бродящей массы, лучших санитарно-гигиенических условиях производства.

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.

Микробиологическое превращение сахаров (глюкозы и фруктозы) в этиловый спирт, осуществляемое винными дрожжами. Это основной процесс в виноделии. Все остальные вспомогательные. Как пройдёт брожение, такое вино мы и получим.

При производстве сухих вин - сахар должен выбродить полностью.
При производстве полусладких и полусухих - частично.

Немного ситуация усложняется при производстве креплёных (с добавлением спирта) и десертных (особая технология) вин. Тут естественным брожением добиться высокого спирта (14-17%) невозможно. При 17 % спирта сусло самоконсервируется и дрожжи погибают. Да ещё при этом в вине должно присутствовать 14-17 % сахара. Поэтому брожение проводят до тех пор, пока в сусле не останется нужный сахар, а потом прибавляют спирт, доводя его содержание в виноматериале до требуемого уровня. То есть, брожение прерывают спиртованием. По правильной технологии креплёных вин естественного спирта должно быть не менее 3 % из 14 %.

Есть ещё один вид брожения случающийся в виноделии. Это бактериальное яблочно-молочное брожение . Производят его молочно-кислые бактерии, те же самые которые вызывают прокисание молока. Они разлагают яблочную кислоту на молочную и углекислый газ, заодно "прихватывая" другие органические соединения. Если такой процесс происходит спонтанно и не запланирован виноделом, то он может привести к порче виноматериала. Есть препараты из культурных штаммов молочнокислых бактерий. Их используют для улучшения вкуса высококислотных вин. Но для начала такого биологического кислотопонижения, прежде надо провести частичное раскисление сусла мелом, потом внести этот препарат, поднять t до +20 С и вовремя остановить процесс сульфитацией. В домашних условиях это всё слабо приемлемо и неактуально.

Для переработки высококислотного сусла лучше подойдут специальные дрожжи-кислотопонижатели по имени acidodevoratus, что в переводе с латыни означает "поглотители кислот". В процессе обычного спиртового брожения, они побочно превращают яблочную кислоту в спирт и углекислый газ. Поэтому этот вид брожения называется яблочно-этанольным . Используют его для приготовления сухих вин из сырья с избыточной кислотностью.

Некоторые важные сведения о спиртовом брожении.

При температуре ниже +10 С, брожение останавливается.

При температуре от +10 С до +27 С скорость брожения увеличивается прямо пропорционально, то есть, чем теплее - тем быстрее.

Из 1 грамма сахара при брожении образуется:
- спирт этиловый 0,6 мл. или 0,51 гр
- углекислый газ 247 см.кубических или 0,49 гр.
- тепло рассеиваемое в атмосферу 0,14 ккал

Сахара усваиваются дрожжами активно, при содержании сахара в сусле в пределах от 3 % до 20 %.

Как только концентрация спирта в сусле достигает 18 %, то погибают все винные дрожжи. Существуют некоторые виды культурных дрожжей, которые погибают уже при доле спирта от 14 %. Такие используются для производства вин с остаточным сахаром.

Углекислый газ, выделяемый дрожжевыми клетками в сусле, замедляет их работу. Пузырёк газа, пока он небольшого размера, "прилипает" к стенке дрожжевой клетки и препятствует поступлению к ней питательных веществ. Такая ситуация продолжается до тех пор, пока клетка не "надует" этот самый пузырёк до определённого размера. Затем пузырёк всплывает и уволакивает дрожжевую клетку с собой вверх, до поверхности бродящей жидкости. Там он лопается, а клетка опускается на дно бродильной ёмкости. Этот процесс условно называется "кипением", и считается напрасной тратой времени в процессе.

Виды дрожжей.

Брожение может осуществляться на диких дрожжах , которые обитают в естественных условиях на виноградном кусте, или на культурных дрожжах , выведенных и отобранных человеком в лабораторных условиях.

Выбор дрожжей зависит от воли винодела.

Дикие дрожжи и спонтанное их брожение - обитают на ягодах винограда и виноградном кусте. При переработке винограда на вино, вместе сними в сусло попадает и другая микрофлора. В свежеотжатом соке винограда в среднем содержатся плесневые грибки в доле от 75 до 90 %, и разные виды винных дрожжей 10-20 %. Часть микроорганизмов уже на первом этапе гибнут в сусле из-за высокой кислотности сока и сахаристости. Некоторые пробуют конкурировать винными дрожжами и начинают размножаться, но вскоре гибнут и они, так запасы растворённого кислорода в сусле заканчиваются. Винные дрожжи к этому времени достигают высокой концентрации (около 2 миллионов клеток на кубический см. сусла), переходят на анаэробный, без участия кислорода, тип переработки сахаров. И, таким образом, получают в своё распоряжение весь объём сусла целиком.

Пока его мало, наибольшую численность развивают в красном соке Hanseniaspora apiculata (апикулятусы или остроконечные), в соке из белого винограда - Torulopsis bacillaris.

После накопления около 4% спирта оба вида отмирают. Из "тушек" отмерших дрожжей в сусло начинают поступать азотистые вещества. После чего становится возможным активное размножение Дрожжей рода Сахаромицеты (Saccharomyces), преимущественно вида ellipsoideus, по русски - дрожжей эллипсоидных. Они проводят как основное брожение, так и повторное - дображивание. Последнее, что интересно, происходит, опять-таки после появления в сусле азотистых веществ из отмерших клеток собратий по виду.

При накоплении 16 % спирта, эллипсодные дрожжи погибают. Финал брожения проводят спиртоустойчивые дрожжи oviformis (яйцеобразные). Но и они выпадают при спирте 18 %. Теперь виноматериал практически стерилен. Испортить его может только кислород воздуха.

Брожение на диких дрожжах может давать высококачественные вина с огромной гаммой вкусовых оттенков и аромата. Ведь в создании их принимают участие несколько видов дрожжей, сменяющих друг-друга. Но есть существенный риск получить недоброд или низкоспиртуозное вино, если на каком-то этапе эстафета дрожжевых грибков прервётся.

Культурные дрожжи и брожение на чистых культурах - культурные дрожжи получают как потомство одной дрожжевой клетки-прародительницы в условиях микробиологической промышленности. Поэтому сусло заселяется только одним видом дрожжевых грибков с абсолютно одинаковыми свойствами. Никаких других микроорганизмов в нем быть не должно. При этом можно подобрать именно те дрожжи, которые дадут нам продукт нужного свойства, например хересные дрожжи, шампанские дрожжи, дрожжи для красных вин, сульфитостойкие расы, расы с высоким выходом спирта, термостойкие, холодоустойчивые, кислотовыносливые и прочее. Конкуренция между микрофлорой будет исключена, а продукт скорее всего получится именно тот, на который расчитывал винодел.

Сусло, перед началом брожения на чистых культурах, надо освободить от дикой микрофлоры. Прежде всего можно помыть ягоды в тёплой воде температурой от +35 С или подержать ягоды над горячим паром. Этот режим погубит массу микроорганизмов на кожице ягод. После стекания воды, охладить сырьё до +10 С, раздавить и получить сусло обычным порядком, далее провести осветление . Уже забродившее сусло заселять культурными дрожжами бесполезно. Дикие дрожжи обитают в естественной природе, постоянно закаляются в борьбе за существование, и расправиться с культурными неженками им не составит никакого труда. По этой же причине, чтобы дать культурным дрожжам фору в борьбе за освоение сусла, лучше их вносить в виде дрожжевой разводки . Делают её так: отбирают около 0,5 л виноградного сока сразу после отжима. Прогревают до температуры 80 С, переливают в стерилизованную стеклянную литровую банку, охлаждают под стерильной крышкой до + 25 С, и вносят сухие дрожжи. Размешивают чистой ложкой, снова прикрывают крышкой (без укупоривания). Далее в разводочной ёмкости (так теперь называется наша банка) должно произойти бурное брожение. Оптимальная температура для него +23 С. Как только оно пойдёт на спад, считается что численность дрожжевых клеток достигла максимального пика и пора их поместить в подготовленное для этого сусло.

Надо отметить, что после многочисленных экспериментов, современная винодельческая промышленность пришла к выводу, что применять чистые культуры дрожжей можно ограниченно, в случае если исходное сырьё имеет какие-то недостатки или нет возможности соблюдать правильный температурный режим при процессе брожения.

Скорость брожения.

Лучшее брожение - это медленное брожение. При высокой температуре дрожжи так активно перерабатывают сахара виноградного сусла, что бурлящие пузырьки образующегося углекислого газа, увлекают за собой в атмосферу ароматические, вкусовые вещества и даже пары спирта. Вино получается плоским, с невыраженными вкусовыми достоинствами, и теряет градус.

Оптимальная температура бродящего сусла:
- белые деликатные и особые, шампанские - 14-18 С;
- красные, розовые, простые белые - 18-22 С;
Также, в этом диапазоне лучше происходит отделение из сусла винного камня, что улучшает вкус вина и пользу от напитка.

Например, белое сухое бродит:
при t +10 С - 20 суток,
при t +15 С - 10 суток,
при t +20 С - 5 суток

При температуре от +25 до +30 происходит чрезмерно бурное брожение. Дрожжи быстро размножаются и быстро отмирают, в виноматериал постоянно поступают азотистые вещества, которые образуются при разложении погибших клеток, а это усиливает риск помутнений, болезней, переокисленности.

При t выше +30 С дрожжи гибнут, а в сусле остаётся сахар (недоброд). В такой питательной среде тут же начинают размножаться посторонние бактерии и происходит порча продукта.

Этапы брожения.

Весь период брожения условно делят на три фазы:
забраживание, бурное брожение, тихое брожение.

Забраживание - начальный период, когда дрожжи приспосабливаются к условиям в бродильной ёмкости и начинают размножение;

Бурное брожение - период, когда дрожжи размножились, заняли весь объём сусла и перешли на анаэробный способ питания с выделением спирта и других веществ в окружающую жидкость, численность их растёт;

Тихое брожение - основной сахар переработан в спирт, численность дрожжевых клеток снижается.

Эта схема отображает стационарный способ брожения . Здесь важно, чтобы ёмкость была заполнена бродящим суслом не более чем на 2/3 объёма. Иначе, с пеной в средней фазе, содержимое будет выбрасываться наружу. Это приводит к нерациональному использованию бродильных ёмкостей и нестабильности процессов внутри неё.

Более стабильно брожение протекает при доливном способе брожения . Правда использовать эту технологию можно только для изготовления сухих вин. Проводится так:
1. сначала ёмкость наполняется на 30 % от общего объёма суслом и в него вносится дрожжевая разводка в полном объёме; Через 2 суток брожение перейдёт в стадию бурного, а сусло разогреется.

2. на третий день приливается ещё 30 % подготовленного свежего сусла;

3. ещё через 4 дня приливается в ёмкость ещё 30 % свежего сусла.

Бродильная ёмкость, таким образом, заполняется практически до верху, а сам процесс брожения происходит без резких пиков и рывков в численности дрожжей и продуктов их жизнедеятельности. А это хорошо для качества будущего вина.

Брожение "свыше четырёх" - сюперкатр.

Предложен французским виноделом Семишоном.
Главная особенность - в сусло или мезгу, до начала брожения, вносят спирт в количестве 5 объёмных процентов. Этого количества спирта достаточно для того чтобы вся нежелательная микрофлора в сусле погибла. Нужные для брожения дрожжи-сахаромицеты при этом ни сколько не страдают, а продолжают свою работу на "расчищенном поле". Но добавление спирта в сусло запрещено законодательством большинства винодельческих стран. Виноделы идут "в обход" и модифицируют метод сюперкарт: сначала получают методом сюперкарт сухой виноматериал с содержанием спирта около 10 %, потом добавляют его в основную массу сусла в нужной для этого метода пропорции.

Брожение на мезге.

Используется при производстве красных вин и некоторых креплёных белых высокоэкстрактивных (насыщенных) вин. Здесь при брожении стоит задача получить не только спирт, но и вывести из кожицы и семян красящие, ароматические дубильные и прочие вещества.

Брожение мезги всегда затруднено. Ведь она представляет собой неоднородную, твёрдую и вязкую массу. Кроме того, чтобы из кожицы и семян высвободить нужные вещества, необходима температура не ниже +28 , а лучше +30 С. Но при +36 С дрожжи теряют активность, при +39 С погибают.
То есть для брожения на мезге остаётся узкий диапазон температур
от +28 до +32 С.

Брожение на мезге с плавающей шапкой. Проводится в чанах или открытых ёмкостях. Сусло сульфитируют из расчёта 100 мг/1 кг. Наполняют им тару на 4/5 от объёма, вносят дрожжевую разводку. Размешивают.

Через некоторое время начинается бурное брожение. Выделяющийся углекислый газ, увлекает за собой к поверхности все частицы (хлопья мякоти, кожицу, кусочки гребней и плодоножек) и удерживает их там на плаву. Мезга расслаивается на жидкость и "шапку" из твёрдой фракции, плавающую на поверхности, и чаще всего, выступающую над ней. Верхняя сторона "шапки" в течение нескольких часов заселяется уксусными бактериями, мушками-дрозофилами и окисляется воздухом. То есть происходит начальная стадия порчи вина - уксусно-кислого прокисания. Чтобы предотвратить это явление и улучшить экстракцию красящих веществ, необходимо в течение 5 дней перемешивать содержимое ёмкости 5-8 раз в сутки.
Как только сусло приобретёт насыщенный цвет, его сливают, мезгу прессуют и объёдиняют обе жидкости и выдерживают до окончания брожения. Этим способом получают самые красиво окрашенные и насыщенные по вкусу вина.

Брожение на мезге с погружённой шапкой - чтобы уменьшить количество размешиваний при способе с "плавающей шапкой", придумали упрощённый способ "с погружённой шапкой". "Шапку" притапливают на глубину около 30 см. с помощью решётки. Количество размешиваний при погружённой шапке может быть меньше, но и окраска вина соответственно будет хуже.

Оба вида брожения на мезге можно проводить и в закрытых ёмкостях . При этом над шапкой образуется слой углекислого газа, который в некоторой мере противостоит уксусо-кислому прокисанию и упрощает процесс.

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.

← Вернуться