Брожение: как не испортить пиво

Много пива становится непригодным для питья из-за нежелательных ароматов и вкусов, возникающих при брожении. Побочные продукты синтеза этанола и другие факторы, вызывающие нежелательный характер пива, велики числом и с трудом поддаются контролю. Неверный состав засыпи или выбор хмеля обычно не могут испортить пиво, проблема ограничивается попаданием мимо жалаемого стиля. В то же время самый лучший рецепт может быть полностью испорчен проблемами брожения.

Дальнейшая дискуссия рассказывает о таких проблемных компонентах, связанных с брожением, как спирты сивушных масел, эфиры, альдегиды, диацетил и всевозможные соединения серы (диоксид серы, сероводород, диметилсульфид, ). Далее вы сможете прочесть о том, как условия брожения (температура, аэрация, состав сусла, давление и уровень задачи дрожжей) влияют на появления этих соединений в пиве.

Вкусы и аромата брожения

Спирты сивушных масел

Основной результат брожения – этанол, относительно безвкусный спирт. Однако, результатом жизненного цикла дрожжей, потребляющих не одну лишь глюкозу для постройки новых клеток и поддержания существующих, является множество других химических соединений. Дрожжи потребляют аминокислоты, которые используются при синтезе спиртов сивушных масел (высших спиртов). Высшие спирты более ароматны, чем этанол и ассоциируются с понятиями спиртовой, винный, пряный, жёсткий, и даже растворитель. Обычно факторы, убыстряющие рост дрожжей, ведут к росту объёма высших спиртов в пиве.

Очень высокое содержание аминокислот может привести к выработке большего объёма высших спиртов. Случается и обратное, при активном брожении, вызванном ускоряющими рост дрожжей факторами, возникает недостаток аминокислот (они играют роль кирпичиков при синтезе белков), что в свою очередь ведёт к росту концентрации спиртов сивушных масел. При синтезе белков создаются промежуточные вещества, которые превращаются в разные белки при слиянии со специфичной аминокислотой. Если нужной аминокислоты нет в наличии, то этот промежуточный продукт превращается в высший спирт. Это объясняет рост концентрации сивушных масел при добавлении глюкозы в сусло, тем самым уменьшается концентрация аминокислот в сусле.

Высокая начальная плотность (выше 13 °P) положительно влияет на производство сивушных масел дрожжами. Однако, многие современные коммерческие пивоварни пошли по пути варки и брожения плотного (порядка 16 °P) сусла с последующим разбавлением готового пива. Пивоварни так же укорачивают процесс брожения путём увеличения температуры в ЦКТ. Тёплая ферментация убыстряет циркуляцию сусла в танках, улучшая метаболическую активность дрожжей за счёт лучшего контакта с питательной средой. Всё это ведёт к росту производства высших спиртов. Однако есть способ исправить положение - повышение давления в ЦКТ. Сказанное выше справедливо и для производства эфиров, температура повышает их концентрацию, а давление понижает.

Штаммы дрожжей так же по-разному производят сивушные масла. Заражение дикими дрожжами или бактериями опять же может увеличить их содержание. Элевые дрожжи производят сивушных масел больше, чем лагерные. Основная причина тут – низкая температура брожения последних. По этой причине плотные, сбраживаемые в тёплых условиях барли вайны содержат много масел сивушных спиртов, особенно при добавлении глюкозы в сусло для большей крепости. В противовес чистозерновые лагеры, сбраживаемые при холодных температурах, содержат очень мало сивушных масел. В лагерах обычно содержится от 60 до 90 миллиграмм на литр высших спиртов, в еле же содержание последних часто выше 100 миллиграмм на литр. Такая концентрация уже заметно влияет на вкус пива, делая вкус эля пряным по сравнению с лагером.

Факторы, увеличивающие производство высших спиртов
  • Аэрация сусла (ускоренный рост клеток, и как следствие синтез материала для клеточных мембран)
  • Перемешивание, конвекция сусла (улучшается доступ питательных веществ в клетки, ускоряется метаболизм)
  • Высокая температура (увеличивается скорость роста клеток, ускоряется метаболизм)
  • Плотное сусло (выше 13 °P)
  • Низкий уровень задачи дрожжей (создаёт повышенные требования к содержанию аминокислот в сусле)
  • Отсутствие повышенного давления при брожении (меньше растворённого CO2)
  • Тип дрожжей (элевые дрожжи производят больше сивушных масел)
  • Эфиры

    Эфиры ответственные за появление фруктового аромата в пиве, которым характерны эли. В лагерах высокое содержание эфиров не желательно. В крайних случая они могут давать неприятный тон пиву и даже придавать ему запах растворителя. На производство эфиров влияют три фактора: температура, состав сусла, условия брожения.

    Эфиры – результат каталитической реакции с участием ферментов между спиртами и жирными кислотами. В общем случае все факторы ускоряющие рост дрожжей вызывают рост концентрации эфиров. Ацетил-КОА, участвует в синтезе ферментов, участвующих в производстве эфиров. Кроме того, он играет роль в синтезе жирных кислот и аминокислот, необходимых для роста дрожжей. При наличии жиров и должного уровня кислорода, ацетил-КОА задействован только для роста дрожжей. В других условиях (высокая температура брожения и при “drauflassen”, добавлении сусла на основное брожение) стимулируют его активность для синтеза “эфирных” ферментов. Многие эфиры формируются из высших спиртов равно как и из этанола. Соответственно высокий уровень высших спиртов в пиве повышает и содержание эфиров.

    Образование эфиров весьма сложный процесс со многими взаимосвязанными переменными. Более того, различные условия брожения по-разному влияют на формирование тех или иных ферментов. Лагерные дрожжи в целом производят меньше эфиров, чем элевые, что можно отнести к низкой температуре брожения. При высоких температурах брожения эти же дрожжи могут производить больше эфиров, чем элевые дрожжи. Так же низкая и высокая степень задачи дрожжей может по-разному влиять на разные штаммы дрожжей, уменьшая или увеличивая концентрацию эфиров.

    Растворённый углекислый газ при брожении может влиять на формирование эфиров. Высокие показатели углекислого газа уменьшают активность ацетил-КОА, тем самым сокращая производство ферментов, впоследствии и эфиров. Высокие ЦКТ создают высокое гидростатическое давление на дне, тем самым увеличивается концентрация растворённого CO2. Форма ЦКТ улучшает циркуляцию пива, что также уменьшает образование эфиров. Напротив, при производстве баварских вайценов стремятся увеличить производство эфиров, для чего используются широкие и неглубокие ферментеры.

    Факторы, увеличивающие производство эфиров
    Дрожжи
  • Тип штамма (разные дрожжи по-разному производят эфиры)
  • Дрожжи с высокой флокуляцией
  • Уровень задачи дрожжи (для разных шаммов по-разному)
  • Генетическая и физиологическая нестабильность дрожжей (может меняться от повторном использовании дрожжей)
  • Состав сусла
  • Малое содержание растворенного кислорода в сусле (сдерживает рост дрожжей)
  • Малое содержание свободных ненасыщенных жирных кислот, т.е. жиров (повышенная активность ацетил-КОА для производства ацетилтрансферазы (эфирный фермент))
  • Высокая плотность сусла (ведёт к уменьшению растворённого кислорода в сусле, повышает содержание спирта)
  • Повышенный уровень цинка (ускоряет распад альфа-Кетокислот до высших спиртов)
  • Условия брожения
  • Повышенная температура (Повышенное производство высших спиртов, высокая активность ацетилтрансферазы)
  • Брожение без повышенного давления (низкая концентрация растворённой углекислоты, высокая концентрация CO2 сдерживает активность ацетил-КОА)
  • Слабое перемешивание сусла при брожении (например в неглубоких ферментерах, сдерживает рост дрожжей)
  • Drauflassen ("добавление к", стимулирует активность эфирных ферментов)
  • Альдегиды

    Самое простое описание брожения – это процесс преобразование сахара в этанол и углекислый газ, в ходе которого образуются как незначительные объёмы других веществ (например, эфиров и высших спиртов), так и заметные объёмы скажем альдегидов. При брожении сахар проходит серию превращений, включая ацетальдегид (уксусный альдегид, метилформальдегид или этаналь). Его вкус характерен для зелёного пива и постепенно исчезает при созревании. Ацетальдегид и другие карбонильные соединения придают пиву травяной, резкий и сидровый тон.

    Итак, уксусный альдегид – это промежуточный продукт распада сахаров под действием ферментов дрожжей. Для уменьшения содержания этого соединения в пиве практикуется вторичное брожение и созревание, во время которого дрожжи расщепляют оставшийся ацетальдегид до этанола. Для того чтобы этот процесс был эффективен, нужны здоровые дрожжи, активность которых не снижена низкой температурой и преждевременным или наоборот, поздним, снятием пива с дрожжей (либо фильтрацией). У альдегидов низкая температура кипения, поэтому они активно удаляются из пива вместе с углекислым газом. Брожение при повышенном давлении мешает этому процессу, этого давление во время созревания в ЦКТ (вместе с углекислым газом) следует сбрасывать.

    Нужно заметить, что при попадании кислорода в готовое пиво, этанол окисляется обратно до альдегидов, которые вносят в свою лепту при порче/старении пива. Другой катализатор – свет, может запускать процесс окисления, вызывая образование всё тех же альдегидов и побочного вкуса в пиве. По этой причине важно не допускать аэрации пива после основного брожения, особенно при розливе по бутылкам. Следует избегать света и высоких температур при хранении.

    Однако, медленное окисление этанола весьма желательно, оно добавляет уникальный тон шерри (креплёного вина) пиву. Управляемое окисление танинов смягчает терпкость красного вина. Грубые высшие спирты превращаются в эфиры при созревании, тем самым улучшая букет пива или вина. Ячменные вина (барливайны) и имперские стауты – отличный пример получение богатого вкуса при многолетней выдержке.

    Методы изменения содержания альдегидов в пиве
    Факторы, увеличивающие содержание ацетальдегида при основном брожении
  • Интенсивное брожение
  • Высокая температура брожения
  • Превышения нормы задачи дрожжей
  • Повышенное давление при брожении
  • Минимальная аэрация
  • Брожение с перемешиванием
  • Факторы, сокращающие содержание ацетальдегида после основного брожении
  • Активное вторичное брожение и выдержка
  • Тёплая выдержка
  • Большая плотность дрожжей при выдержке
  • Минимальная аэрация
  • Диацетил

    Ещё одним важным элементом органолептического профиля пива является продукт брожения дрожжей, называемый диацетилом. Он придаёт пиву ирисковый аромат и гладкое ощущение во рту. Диацетил является наследником альфа-ацетолактата, промежуточного продукта биосинтеза аминокислоты валина, необходимого для роста клеточной мембраны. Если альфа-ацетолактат попал в пиво, то он может быть преобразован либо в валин, либо в диацетил. Кроме того, если валин присутствует в достаточной концентрации, производство альфа-ацетолактата замедляется, при этом содержание диацетила в пиве уменьшается.

    Тёплое брожение и хорошая аэрация стимулирует рост клеток, тем самым увеличивается потребность в аминокислотах, что в свою очередь увеличивает производство диацетила. Но на поздних стадиях брожения дрожжи преобразуют диацетил в относительно нейтральные компоненты вкуса и аромата пива. По этой причине важно сохранить достаточное количество активных дрожжей до окончания брожения и созревания. Достаточная задача дрожжей и аэрация важны для контроля над содержанием диацетила так же, как и отсутствие добавок с низким содержанием соединений азота (например сахара или глюкзы). Раннее снятие пива с дрожжей, фильтрация или охлаждение для осаждения дрожжей до так называемой диацетильной паузы, ведёт высокому содержанию диацетила в готовом пиве. Достаточно высокая температура при проведении диацетильной паузы стимулирует дрожжи к активному удалению диацетила из молодого пива, при условии отсутствия кислорода. По этой причине некоторые пивоварни при сбраживании лагеров поднимают температуру на 10 °C на один или два дня в заключительной фазе брожения перед началом лагерирования. Многие дикие (или мутировавшие пивные) дрожжи и бактерии также производят диацетил. Так что тут важны и навыки работы с культурой дрожжей.

    Соединения серы

    Дрожжам необходима сера для синтеза клеточного белка. В сусле есть неорганические сульфаты, получаемые из воды, аминокислоты с соединениями серы, пептиды и белки из солода. Соединения серы играют важную роль в формировании вкуса и аромата пива, они выделяются в результате синтеза аминокислот и уменьшение концентрации неорганических соединений серы в сусле. Обычно концентрация этих продуктов жизнедеятельности дрожжей растёт при неблагоприятных условиях брожения. Диоксид серы (запах зажженных спичек) и сероводород (запах тухлых яиц) играют самую заметную роль среди соединений серы.

    Диоксид серы (SO2) часто встречается в европейских лагерах. Это соединение является природным антиоксидантом и обладает противомикробными свойствами. Диоксид серы противостоит образованию альдегидов во время хранения пива. Общеизвестный факт, что в вино добавляют сульфиты за эти свойства. Излишняя концентрация диоксида серы нежелательна в пиве. SO2 улетучивается при высокой температуре хранения пива, лагерирование так же снижает концентрацию SO2 путём всевозможных химических реакций. Брожение и выдержка под давлением повышает концентрацию SO2, так как газ не может свободно улетучиваться из пива. Основные способы уменьшения концентрации SO2: достаточное количество питательных веществ в сусле, повышенный объём жиров, интенсивная аэрация, активные дрожжи, проведения горячей и холодной пауз для удаления бруха.

    Сероводород (H2S) синтезируется во время брожения. Недостаток питательных веществ или нездоровые дрожжи ведут к росту концентрации сероводорода в пиве. По этой причине пиво, сваренное из иных составляющих, чем зерно или солод, может быть богато сероводородом. К счастью, H2S почти полностью (ниже порога восприятия) выходит из пива вместе с CO2 при брожении. Повышенная температура лагерирования и высота ферментера способствуют скорейшему выделению газа из зелёного пива. Повышенное содержание сероводорода может быть следствием заражения пива.

    Существует также и DMS (диметилсульфид), соединение, обычно попадающее в пиво непосредственно из солода. Оно обладает ароматом попкорна, поджаренного на масле, или печёных овощей. Впрочем, оно может синтезироваться и при брожении, но его концентрации малы и не вызывают заметных изменений в готовом пиве. Чаще всего предшественником DMS является S-метилметонин (витамин U, метилмегионинсульфоний, метилметонинсульфония хлорид, SMM), который синтезируется в солоде при проращивании. При нагреве до 65-70 °C SMM превращается в DMS, при дальнейшем нагреве DMS испаряется из солода. По этой причине солода, высушенные при высоких темпераутурах содержат меньше DMS. Кипячение сусла помогает преобразовать SMM в DMS, который уходит из сусла вместе с паром. Однако DMS не всегда полностью покидает сусло (скажем по причине недостаточно активного кипения или закрытой крышки на варочнике), SMM всё ещё может превратиться в DMS в вирпуле, но DMS не испариться, по причине низкой температуры. По этой причине вирпул следует избегать и охлаждать сусло как можно быстрее после проведения горячей паузы для выпадения бруха. Последнее время для эффективного удаления DMS используются отпарные колонны. DMS, как и диацетил, может быть побочным результатом заражения пива.

    Заключение

    Хотя все указанные выше компоненты бывают желанны в пиве в низких концентрациях, чрезмерное их присутствие делает ваше пиво неприятным. Обычно, всегда есть возможность контролировать концентрацию этих веществ в пиве, но следуют помнить о том, что эти вещи взаимосвязаны с действиями по уменьшению концентрации одних веществ ведёт к увеличению концентрации других. Правильный подход к варкам позволяет в целом решить все проблемы, связанные с качеством пива и повторяемостью вкуса пива. Этот подход включает в себя целый ряд методов, подготавливающих лучшую среду для роста дрожжей, избегая стрессовых факторов, влияющих на появление побочных вкусов и ароматов. В общем довольные своей жизнью дрожжи делают хорошее пиво!

    Хорошие практики для получения хорошего пива:

    - Приготовление хорошего сусла, в котором есть баланс аминокислот и сахаров, с преобладанием мальтозы над глюкозой.

    - Достаточная задача здоровых дрожжей, необходимая для активного брожения вместе с должной аэрацией. Отсутствие аэрации после начала брожения.

    - Поддерживание правильной температуры брожения.

    Так же нужно избегать использования старого солода и хмеля, использования сбалансированной по минеральным веществам (особенно по кальцию) воды без хлора. Следует избегать аэрации на всех стадиях варки пива. Очень важна санитария и чистота дрожжевой культуры, а так же и очистка пивоваренных принадлежностей от моющих и санирующих средств.

    Таблица международных обозначений аромовкусовых составляющий пива

    Ароматическое вещество Аромат по Милгарду Odor, Taste, Warming Описание
    Высшие спирты 0110 OTW Спиртовой, пряный, винный
    Эфиры, Альдегиды 0120 OT Растворитель, пластификатор, лак
    Эфиры 0130 OT Фрукты, банан, яблоко, растворитель
    Ацетальдегид 0150 OT Зелёное яблоко, битое яблоко
    Диацетил 0620 OT Сливки, ириски
    Диоксид серы 0710 OT Зажжённая спичка
    Сероводород 0721 OT Тухлое яйцо
    Диметил Сульфид 0732 OT Варёные овощи, попкорн

    Здесь слово Odor относится к аромату пива.

    Автор: 
    Steve Holle
    Источник: 

    Zymurgy