0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Процесс брожения и регулирование количества сахара

Процесс брожения и регулирование количества сахара

Брожение виноградного сока — 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.

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.

Далее разные виды спиртовых винных дрожжей начинают конкуренцию между собой. Главный лимитирующий показатель, это сколько спирта в сусле.

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.

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.

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.

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.

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.

Процессы происходящие при брожении сусла

При главном брожении сусла протекают биологические, биохи­мические и физико-химические процессы, которые обусловливают формирование состава молодого пива.

Биологические процессы. К ним относится процесс размножения дрожжей. Способность дрожжей к размножению, т. е. к увеличе­нию числа их клеток, зависит от состава питательных веществ в сусле, температуры, рН среды, доступа кислорода и др.

Размножение дрожжей при сбраживании пивного сусла проходит четыре основные фазы:

Латентную, когда клетки приспосабливаются к среде и видимые признаки размножения дрожжей отсутствуют;

Логарифмическую, характеризующуюся интенсивным размно­жением при некотором отставании прироста биомассы дрожжей;

Стационарную, в которой размножение дрожжей замедляется и количество клеток остается без изменений;

Затухания, характеризующуюся снижением активности размно­жения клеток, что обусловлено уменьшением массы питательных веществ и увеличением количества продуктов обмена.

Размножение дрожжей прекращается, мертвые клетки оседают на дно бродильного аппарата. Количество дрожжевых клеток в конце брожения увеличивается в 2.. .5 раз.

Биохимические процессы. К ним относится спиртовое брожение, представляющее собой цепь ферментативных процессов, конечным результатом которых является распад глюкозы с образованием эти­лового спирта и диоксида углерода, высвобождение энергии и теп­лоты. Вместе с тем эта энергия необходима дрожжевой клетке для образования новых тканевых веществ, используемых для жизнеде­ятельности, в том числе для роста и размножения.

Спиртовое брожение — каталитический процесс, происходящий под действием биологических катализаторов — ферментов. Этот сложный непрерывный процесс распада сахара катализируется раз­ными ферментами с образованием 12 промежуточных продуктов. Углеводы сбраживаются в определенной последовательности, обу­словленной скоростью их проникновения в дрожжевую клетку. Вна­чале сбраживаются глюкоза и фруктоза. Сахароза предварительно гидролизуется ферментом β-фруктофуранозидазой дрожжей до глюкозы и фруктозы, которые расходуются дрожжами еще в начале брожения. Когда в сусле почти не остается фруктозы и глю­козы, дрожжи начинают потреблять мальтозу. В сред­нем в 100 мл 12%-ного сусла содержится около 7,8 г сбраживаемых сахаров. Из них приходится, например, 14% на глюкозу и фруктозу, 4% на сахарозу, 64% на мальтозу и 18% на мальтотриозу (триозы). Из этих видов сахаров сначала сбраживаются моносахариды и ди-сахариды. Триозы сбраживаются большей частью во время дображивания, и от интенсивности протекания этого процесса зависит степень сбраживания готового пива.

При ферментативном распаде углеводов в качестве побочных продуктов брожения в небольших количествах образуются высшие спирты, сложные эфиры, альдегиды и их производные, органичес­кие кислоты, а также соединения, содержащие серу. Эти вещества имеют значение для аромата и вкуса пива.

Содержание высших спиртов в пиве зависит от штамма и нормы введения дрожжей, режима брожения и состава сусла.

Высокая температура брожения, интенсивная аэрация и переме­шивание сусла обусловливают высокую концентрацию спиртов, а брожение под давлением снижает их образование. При низком содержании а-аминокислот в сусле увеличивается концентрация высших спиртов. Те же закономерности действуют при образовании сложных эфиров.

Содержание альдегидов при ускорении брожения несколько понижается.

Увеличение содержания четырехуглеродных соединений — ацетоина, диацетила, 2,3-бутиленгликоля — находится в прямой зависи­мости от повышения температуры брожения, нормы введения дрож­жей и количества кислорода.

В процессе главного брожения образуются органические кислоты — уксусная, молочная, янтарная, муравьиная, пировиноградная, лимонная, яблочная и др.

К летучим относят уксусную и муравьиную кислоты, образу­ющиеся в результате расщепления глюкозы. Образование уксусной кислоты усиливается при увеличении нормы введения дрожжей, повышении температуры и интенсивной аэрации. В пиве может содержаться 20… 150 мг/л уксусной кислоты, 20…40 мг/л муравь­иной.

Нелетучие кислоты — пировиноградная, янтарная, лимонная, молочная — образуются как продукт обмена дрожжей при броже­нии, а также при дезаминироваиии аминокислот. В пиве может находиться пировиноградной кислоты 40…75 мг/л, янтарной в сред­нем 60…100, молочной 20…120 и лимонной 110…120 мг/л.

В течение трех-четырех дней главного брожения образуются как продукты обмена дрожжей карбоновые (жирные) кислоты: капро­новая, каприловая, каприновая и лауриновая.

При ускоренном брожении содержание этих кислот понижается, а в случае автолиза дрожжей возрастает. Эти кислоты могут отри­цательно влиять на вкус и пеностойкость готового пива.

В процессе брожения образуется 1300.. .2000 мг/л глицерина. При высокой температуре брожения и массовой доле сухих веществ в сусле, а также повышенной норме введения дрожжей накапливается наибольшее количество глицерина.

Содержание азотистых веществ при брожении уменьшается при­мерно на 30%. В молодом пиве, приготовленном только из солода, содержится около 650 мг/л азотистых веществ. Из них почти 25…45% — аминокислоты и пептиды, которые ассимилируются дрожжами. Количество ассимилируемого дрожжами низкомолеку­лярного азота зависит от штамма дрожжей, способа брожения, аэрации сусла и т. п. Ассимиляция азота, уменьшение его общего содержания являются условием для размножения дрожжей при бро­жении и образования веществ, создающих аромат пива. В процессе брожения происходит выделение дрожжами до 33% ассимилирован­ного азота, который придает пиву бархатистую консистенцию и полноту вкуса. Кроме того, вследствие понижения рН сусла при брожении выделяется высокомолекулярный азот и изменяется сте­пень дисперсности отдельных его фракций.

Минеральные вещества, особенно фосфаты, имеют значение для процессов обмена веществ. Зола охмеленного сусла обычно составляет около 2100 мг/л, во время главного брожения количество ее уменьшается приблизительно на 200 мг/л, причем уменьшение почти 50% происходит за счет фосфатов. Вследствие этого изменя­ются также соотношения буферности и кислотности в пиве.

При брожении происходит сдвиг рН в кислую сторону на значе­ние, которое составляет около 1, т. е. от 5,2…5,7 до 4,35…4,65. Изменяется рН в результате действия кислот, возникающих как вто­ричные продукты обмена веществ в дрожжах, а также удаления фосфатов и ассимиляции аммиака из аминокислот. Количество и скорость образования кислот зависят от состава сусла, штамма дрожжей и режима брожения.

Пылевидные дрожжи оказывают более быстрое воздействие, чем хлопьевидные, на понижение рН. При повышенной норме вве­дения дрожжей (25…30 млн клеток в 1 мл) ускоряются снижение рН и осаждение гумми-веществ. Верховое брожение также вызывает быстрое понижение рН.

В результате понижения рН изменяется растворимость некото­рых веществ во время брожения, поэтому выделяются меланоидины, полифенолы и горькие вещества.

В процессе брожения на поверхности сусла появляются пузырьки диоксида углерода, которые доставляют горькие вещества в завитки пены или адсорбируются на поверхности дрожжевых клеток. При этом возможно уменьшение количества горьких веществ до 35%: а-кислоты, а вместе с ними часть изо-а-кислот и гулупоны выпа­дают в осадок.

При интенсификации процесса брожения наблюдается увеличе­ние потерь горьких кислот. Однако их потери уменьшаются на 10…20% при брожении под давлением и в цилиндроконических аппаратах.

Уменьшение содержания полифенолов, а из них в большей сте­пени антоцианогенов (20…30%), способствует повышению кол­лоидной стойкости пива.

Цветность молодого пива меньше, чем начального сусла, что связано с удалением меланоидинов, полифенолов и других красящих веществ вместе с декой, дрожжами и осадком.

Физико-химические процессы. Они характеризуются измене­нием окислительно-восстановительного потенциала (rН2). Окисли­тельно-восстановительный потенциал начального сусла rН2 нахо­дится в пределах 20…22, а иногда 24…26. В начале брожения дрожжи интенсивно потребляют кислород и тем обусловливают отсутствие его в молодом пиве. Поэтому во время брожения гН2 понижается до 8…12.

При благоприятном составе сусла, высокой бродильной активно­сти дрожжей наблюдается сильное понижение гН2 во время броже­ния. Низкое значение гН2 указывает на то, что пиво не подвержено окислению, что важно для стабилизации его вкуса.

Факторы,влияющие на процесс брожения сусла

Протекание процесса главного брожения определяется в первую очередь температурой, деятельностью дрожжей, концентрацией углеводов сусла.

Температура. Процесс сбраживания сусла дрожжами часто регу­лируется температурой, которую устанавливают в зависимости от принятого на заводе режима брожения.

При низовом брожении различают холодный и теплый режимы брожения. Холодный режим предусматривает проведение брожения при температуре 5…9 °С. Теплый режим брожения протекает при 9…14°С.

На практике регулирование температуры — самый эффектив­ный способ изменения в нужной степени скоростей брожения и раз­множения дрожжей. При низкой температуре брожение протекает замедленно, дрожжи размножаются медленно, тогда как при более теплом режиме брожение протекает интенсивно, а дрожжи размно­жаются быстро.

Жизнедеятельность дрожжей. Процесс брожения начинается с введения дрожжей в начальное сусло. Скорость брожения и степень сбраживания (количество сброженного экстракта в процентах от содержания экстракта в начальном сусле) зависят от нормы введе­ния дрожжей.

Обычно в сусло вводят дрожжи в количестве 0,5…0,8 л/гл, что соответствует (15…20)10* дрожжевых клеток в 1 мл сусла. Иногда расчет производят на 100 кг засыпи — 2…3 л дрожжей, эта норма может быть уменьшена, если начальное сусло имеет высокую тем­пературу, не инфицировано и применяют закрытые бродильные аппараты.

Увеличение нормы введения дрожжей рекомендуется для сусла, зараженного термобактериями, при хорошем охлаждении цеха бро­жения и использовании бродильных аппаратов открытого типа.

Физиологическое состояние семенных дрожжей также влияет на норму введения дрожжей: при продолжительном хранении их сле­дует увеличить дозировку.

Часто для ускорения брожения увеличивают количество вводи­мых дрожжей. При этом продолжительность брожения при норме введения дрожжей 0,5 л/гл составляет 7.. .8 сут, при 1 л/гл — 7, а при 2 л/гл сокращается до 4…5 сут. Однако при этом прирост биомассы дрожжей не столь значителен. Например, при норме введения 0,5 л/гл можно получить прирост 2 л/гл, при норме 1 л/гл — около 2,5 л/гл, а при 2 л/гл — 30 л/гл.

Концентрация углеводов. Продолжительность главного броже­ния зависит не только от температуры и деятельности дрожжей, но и от концентрации углеводов в сусле. На ход брожения влияют нахо­дящиеся в сусле сбраживаемые углеводы, содержание которых зави­сит от массовой доли сухих веществ (СВ) в начальном сусле.

Сбраживаемые углеводы представлены в сусле главным образом мальтозой (60…70%), мальтотриозой (14…20%) и глюкозой (10… 15%). В процессе брожения вначале сбраживаются сахароза, глюкоза и фруктоза, а далее — мальтоза и мальтотриоза. Мальтоза и мальтотриоза тем интенсивнее сбраживаются, чем меньше кон­центрация углеводов в сусле. Поэтому скорость сбраживания начального сусла с массовой долей СВ 15…20% меньше, чем сусла с массовой долей СВ 11…12%. Кроме того, при массовой доле СВ в начальном сусле выше 14,5% не наблюдается интенсивного размно­жения дрожжей.

Брожение теста

В производственной практике под стадией брожения понимают период с момента окончания замеса до начала деления теста на куски.

Совокупность процессов, приводящих тесто в результате брожения и обминок в состояние, оптимальное для разделки и выпечки, объединяют общим понятием созревание теста.

Цель стадии брожения – накоп­ление веществ, обусловливающих характерный вкус и аромат хлеба, формирование свойств теста, обеспечивающих интенсивное газообразование и хорошую формо- и газоудерживающую способности теста при разделке и выпечке.

Готовое к разделке тесто должно удовлетворять следующим требованиям:

  • в тесте должны накапливаться в необходи­мых количествах вещества, обусловливающие специфический вкус и аромат хлеба;
  • реологические свойства теста должны быть оптимальными для деления его на куски, формования, для удержания тестом газа и сохранения формы изделия при окончательной расстойке и выпечке;
  • газообразование в сформованных кусках теста к началу про­цесса расстойки должно происходить с достаточной интенсивностью;
  • в тесте должно быть достаточное количество несброженных сахаров и продуктов гидролитического распада белков, необходимых для нормального протекания реакции меланоидинообразования и получения характерной окраски корки хлеба.

На хлебопекарных предприятиях для объективной оценки готовности теста к разделке определяют титруемую кислотность теста. Кислотность теста в конце брожении указывают в технологических инструкциях и производственных рецептурах изделий. Конечная кислотность теста обычно на 0,5-1,0 град. больше кислотности мякиша изделия. Предельно допустимая величина кислотности мякиша регламентируется стандартом или техническими условиями на хлебобулочное изделие.

Процессы, протекающие на стадии брожения

Наибольшее влияние на созревание и формирование свойств теста оказывают процессы размножения дрожжей, спиртовое и молочнокислое брожение, коллоидные процессы и ферментативный гидролиз биополимеров муки – белков и крахмала.

Под действием дрожжей в тесте протекает спиртовое брожение – анаэробное расщепление сахаров до этилового спирта и углекислого газа. Дрожжи сбраживают собственные сахара муки и сахара, образующиеся при гидролизе крахмала. Сначала сбраживается глюкоза, затем фруктоза, мальтоза, сахароза. При перестраивании ферментативного аппарата дрожжей на сбраживание мальтозы скорость газообразования в тесте несколько снижается.

Собственные сахара муки быстро сбраживаются дрожжами. В это же время из крахмала муки под действием ее амилаз непрерывно образуется мальтоза. Таким образом, происходит непрерывное потребление сахаров на процесс брожения и одновременно непрерывное пополнение их коли­чества мальтозой, образующейся в результате амилолиза крахмала. К концу брожения тесто должно содержать количество сбраживаемых сахаров, достаточное для интенсивного брожения в тестовых заготов­ках при расстойке и для образования нормальной окраски корки хле­ба при выпечке. Главную роль в обеспечении дрожжей сахарами на стадии брожения теста играет способностью амилолитических ферментов муки гидролизовать крахмал до мальтозы.

Образующийся при брожении диоксид углерода разрыхляет тесто и позволяет получать хлеб высокого объема и с хорошо развитой пористостью. При спиртовом брожении образуются побочные продукты, участвующие в формировании вкуса и аромата хлеба.

Молочнокислое брожение вызывается молочнокислыми бактериями, которые попадают в тесто в составе закваски, вместе с прессоваными дрожжами и с мукой. В результате накопления продуктов жизнедеятельности дрожжей и молочнокислых бактерий происходит повышение кислотности теста.

Увеличение кислотности теста и накопление спирта интенсифицирует набухание белков. Диоксид углерода, выделяющийся при брожении, приводит к разрыхлению теста и увеличению его объема. Белковые клетки при этом растягиваются, удерживая газ. Пленки клейковинных белков приобретают свойства, обусловливающие формо- и газоудерживающую способность теста.

Факторы, влияющие на брожение (созревание) теста

Вода оказывает влияние на весь сложный комплекс процессов в тесте и других полуфабрикатов. Чем больше воды в тесте, тем интенсивнее протекают процессы на­бухания и пептизации белков, тем больше в нем жидкой фазы и тем ско­рее происходит его разжижение. Увеличение количества воды в тесте ускоряет действие ферментов в тесте. Количество воды в тесте влияет на жизнедеятельность микроорганизмов, на интенсивность брожения и скорость размноже­ния дрожжей. При производстве хлеба количество воды, вносимой при замесе теста, оставляет около 60 кг на 100 кг пшеничной муки. Влаж­ность теста на 1-1,5 % выше влажности мякиша хлеба, регламентируемой нормативно-технической документацией на изделия.

Хлебопекарные дрожжи применяются при приготовлении пшенич­ного теста в количестве от 0,5 до 3 % от массы муки в зависимости от ряда факторов. Для ускорения процессов приготовления теста вносят до 6 % дрож­жей. Чем меньше подъемная сила дрожжей, тем большее количество их следует вносить при замесе теста. Чем короче процесс приготовления теста, тем больше дозировка дрожжей.

Соль для большинства хлебобулочных изделий вносят в количестве 1,3- 2,0 %. Соль влияет на реологические свойства теста, газообразование и кислотонакопление в нем, на поведение теста при делении и формовании, на форму, объем и окраску корки выпеченных хлебных изделий. Малые добавки соли (до 1,5-2% к массе муки в тесте) увеличивают влагоемкость клейковины и способствуют её некоторому ослаблению по реологическим свойствам. При более высоких концентрациях соли, напротив, происходит снижение гидратации клейковинных белков. Это приводит к уменьшению количества от­мываемой сырой клейковины, уплотнению её структуры, повышению её «силы». Протеолиз в тесте в результате добавок соли тормозится. При достаточно высоких дозировках соли (5% и более к массе муки) спиртовое брожение в тесте практически не происходит.

Жиры вносят в тесто в количестве до 20-30% к массе муки. Добавление в тесто небольших количеств (поряд­ка 0,5%) жира, мало сказывается на энергетической ценности, вкусе и аромате хлеба, но существенно влияет на свойства теста, на его состояние при прохождении через тесторазделочное оборудова­ние, при расстойке и особенно в первом периоде процесса выпечки. Внесение в тесто жиров, особенно находящихся в жидком состоя­нии, делает тесто несколько более жидким по консистенции. В то же время липкость теста уменьшается и тесто с добавками жира лучше проходит через рабочие органы тесторазделочного оборудования. Внесение значительных количеств жира (10 % и более к массе муки) заметно снижает бродильную, активность дрожжей и интенсивность газообразования в тесте. Находящийся в теста жир, обволакивая дрожжевые клетки, препятствует поступлению в клетки питательных веществ и выведению из клеток продуктов жизнедеятельности. Расстойка тестовых заготовок со значительными добавками жира идет существенно медленнее.

Сахар вносят в тесто в количестве до 30% к массе муки. На спиртовое брожение и газообразование в тесте добавление относительно небольших (до 10% к массе муки) количеств сахара влияет стимулирующе. Это объясняется тем, что сахар в тесте быстро инверти­руется с образованием глюкозы и фруктозы, легко сбраживаемых дрожжевыми клетками. Добавление больших количеств (более 10%) сахара уже резко снижает газообразование или даже практически при­останавливает его (при добавках 40-50% сахара). Связано это с тем, что сахара увеличивает осмотическое давление в жидкой фазе теста и вызывает плазмолиз дрожжевых клеток. В этом отношении действие сахара аналогично действию соли. На набухшие белки клейковинного каркаса в тесте сахар оказывает дегидратирующее действие. Вследствие этого по консистенции тесто с сахаром после его замеса несколько более жидкое по сравнению с тес­том без сахара.

Температура является одним из основных факторов, с помощью ко­торых регулируют ход технологического процесса приготовле­ния теста. Приготовление пшеничной опары и теста на производстве обычно проводят при темпе­ратуре 26-32 °С. Оптимальная температура размножения хлебопекарных дрожжей около 25 °С, в то время как опти­мальная температура спиртового брожения — около 35 °С. Чем выше температура опары или теста (в пределах до 35-40 °С), тем более благоприятны температурные условия для жизнедеятельности кислотообразующих бактерий теста. Поэтому повышение температуры опары или теста обычно влечет за собой нарастание в них кислотности. Повышение температуры ослабляет тесто. Объясняется это тем, что при повышении температуры теста уве­личивается скорость процессов набухания и пептизации белков муки. Повышается также активность ферментов теста.

Усиление механической обработки теста при его за­месе является, осо­бенно в сочетании с применением улучшителей окислительного действия, эффективным путем ускорения процесса созревания пше­ничного теста. Этот способ может быть использован и для значительного сокращения периода брожения теста до его разделки или для сущест­венного улучшения качества хлеба при сохранении обычной длитель­ности процесса брожения теста.
Подробнее в книге «Хлеб и хлебобулочные изделия. Сырье, технологии, ассортимент»

Спиртовое брожение. Реакция спиртового брожения глюкозы

Процесс брожения считается неотъемлемой базой для производства различных пищевых продуктов – хлебобулочных изделий, кисломолочных товаров, квашеных овощей. Также данный процесс имеет большое значение в пивоварении, виноделии и выработке спирта. В начале ферментации простейшие углеводы преобразовываются в этанол, углекислый газ и другие элементы. В этом и заключается основа брожения.

Процесс метаболизма дрожжей

Для того чтобы получить спиртовое брожение, возбудители – микроорганизмы дрожжи — сбраживают моносахариды, в частности глюкозу. Она под их воздействием подвергается ферментации, и в результате этого на выходе получается этиловый спирт и двуокись углерода. В определенной среде брожение может проходить за счет бактерий и плесневелых грибов. Далее происходит реакция спиртового брожения глюкозы. После ее завершения конечный продукт отделяют от сусла перегонкой. Затем спирт очищают методом фракционной дистилляции. Для того чтобы усилить рост дрожжей, сусло аэрируют (насыщают его воздухом, азотом или другими газами). Потом создаются анаэробные условия для обеспечения брожения и накопления спирта. Благодаря этим условиям предупреждается окисление спирта в уксусную кислоту, воду и углекислый газ. Чтобы получить брожение, используется концентрация глюкозы от 10 до 15%, а температура должна быть не больше 30 °C. Плотность сахара менее 10% для ферментации неблагоприятна. А при концентрации 30—35% брожение перестает происходить. Может возникнуть самопроизвольное брожение при ненадлежащем хранении сахаросодержащих продуктов: варенья, сиропов, сока, меда, ягод. И это становится причиной их порчи.

Химический процесс брожения

Для дрожжей спиртовое брожение происходит в два этапа:

  • Окислительная стадия заключается в превращении сахара до пировиноградной кислоты. При этом происходит образование двух молекул НАД (фермент, существующий в живых клетках), и это является промежуточным атомом водорода.
  • Восстановительная стадия состоит в передаче молекулы водорода конечному атому. Конечный акцептор превращается в основной продукт брожения.

В дрожжах содержится специальный фермент, который при помощи химических реакций образует уксусный альдегид. Он вступает в связь с углекислым газом и при помощи дегидрогеназы превращается в этанол. Процесс брожения завершает реакция восстановления уксусного альдегида.

Основной продукт брожения

Простые углеводы (фруктоза и глюкоза) легче всего подвергаются процессу ферментации. Как уже было сказано ранее, спиртовое брожение вызывают дрожжи. По виду их распределяют на культурные и дикие продукты.

Культивированные дрожжи делятся на формы низового и верхового брожения. Эти группы различаются своей ферментацией и температурным режимом, при котором наступает процесс брожения. Низовые дрожжи характеризуются образованием осадка, и бродят они при температуре не выше 10 °C.

Верховая группа хорошо развивается при температуре в 30 °C и собирается в основном в пене продукта. За счет их активности реакция спиртового брожения происходит быстрее, и они перерабатывают больше сахара, что увеличивает процент крепости спиртового продукта.

Применение культурных дрожжей конечным продуктам придает приятный аромат и вкус.

Дикие дрожжи обладают довольно небольшой способностью к брожению. При их ферментации образуется менее 10% спирта. Они вырабатывают вещества, которые портят вкус и запах конечного продукта. При размножении данные дрожжи не позволяют вырабатываться полезным веществам в процессе брожения нужной микрофлоры.

Побочные продукты брожения

Во время протекания процесса брожения в первичном спиртосодержащем сырье в малых количествах начинает образовываться побочное сырье распада молекул: глицерин, кислота уксусная и альдегид, спиртовые продукты распада (бутиловый, амиловый, изобутиловый и другие высшие спирты). Их выработка происходит при разложении аминокислот. В производстве побочные продукты брожения называют «сивушными маслами».

Конечное сырье многих вторичных продуктов — это ацетальдегид. В большой дозе он прерывает брожение. Поэтому дрожжи с помощью химических процессов превращают его в этанол и вторичное сырье ферментации. Побочный продукт – неотъемлемая часть спиртового брожения. Вторичные вещества участвуют в клеточном обмене веществ дрожжей.

Брожение сахаров для получения сусла

Невозможно без процесса брожения получить начальное сусло для производства спирта и использовать его в производстве вина. Дрожжи — возбудители ферментации. Они перерабатывают глюкозу, которая содержится в плодах винограда. Для брожения используются дрожжи рода сахаромицет. Также могут применяться природные дрожжи, находящиеся на виноградной кожице.

Для получения качественного винного сусла процесс брожения должен протекать при определенном режиме температур. При температурной норме реакция брожения глюкозы будет осуществляться на правильном уровне. Оптимальная температура для производства красного вина — это 27—30 градусов C. Для выработки белого вина допускается не слишком высокая температура.

Изготовление сусла для красных вин осуществляется с помощью брожения и мацерации. Поскольку жидкость из красных сортов винограда бесцветна, сусло настаивают на его кожице. Она содержит окрашивающие вещества (антоцианы), которые необходимы для производства красных вин.

Спиртовое брожение и мацерация осуществляются одновременно. Но процесс ферментации длится не больше двух недель, а мацерация может продолжаться до месяца. В большей степени это зависит от сорта виноградных плодов. После окончания всех процессов винное сусло также проходит очистку и переливку. Сам метаморфизм спиртового брожения винного сусла будет окончен, когда переработается весь сахар.

Применение процесса спиртового брожения в промышленности

Одна из основных областей, где используется ферментация дрожжей – это пищевая промышленность. В частности, в производстве алкогольных напитков используется спиртовое брожение глюкозы как основная процедура для получения начального сусла. Также на таком брожении основано хлебопекарное производство.

В изготовлении спирта используют верховые дрожжи. Они очень быстро сбраживают сахар. При этом они обладают устойчивостью к спирту. Большую роль дрожжи играют в пивной промышленности. В виноделии до некоторого времени не использовались специальные культурные дрожжи. Для производства вина использовалось сырье, находящееся на виноградных плодах. С его помощью и происходило спиртовое брожение дрожжей для получения необходимой продукции.

Но с внедрением в виноделие культурных групп стало возможным получение быстрого сбраживания и в итоге создание более чистого вида продукта. Также спиртовая ферментация применяется и в производстве браги.

Еще один вид напитка

Брага — алкогольный напиток, который изготавливается за счет брожения дрожжей и сахара. По истечении времени спиртовое брожение глюкозы вырабатывает спиртосодержащую массу для последующей очистки (дистилляции). Весь этот процесс происходит при сбраживании дрожжами сахара.

Важный компонент браги

Во время сбраживания поддерживается определенная температура – от 22 до 30 градусов C. При более низком температурном режиме у этой группы дрожжей процесс ферментации будет осуществляться медленнее. Это не даст правильную выработку спиртосодержащего конечного напитка. А при температуре выше заданной нормы погибнут дрожжевые грибки, и процесс брожения происходить не будет.

Основным неотъемлемым компонентом в приготовлении спиртосодержащих напитков являются дрожжи. Для заготовки такого напитка, как брага из сахара, используются специальные спиртовые дрожжи верхней группы брожения.

Какая нужна вода для спиртового брожения?

Для производства спиртосодержащих напитков обязательно используют воду. К ней предъявляются высокие требования. Идеальная вода — бесцветна, прозрачна. Она не должна иметь запаха и привкуса. Чтобы сбраживание дрожжей получилось качественным, предпочтение отдают воде с небольшим содержанием солей кальция и магния. Считается, что лучше всего использовать жидкость из артезианских скважин.

Для изготовления спиртовых продуктов используется сырая вода. Она содержит необходимые молекулы воздуха, которые необходимы дрожжам. Очистка воды для брожения происходит с помощью фильтрации.

Длительность ферментации дрожжей

Время, за которое дрожжи сбродят весь сахар, зависит прежде всего от температуры. Также немаловажно качество дрожжей. Приемлемое время сбраживания — от 7 до 14 дней. Выработка конечного продукта спиртового брожения считается законченной, если нет шипения и пузырьков на поверхности. Также брага из сахара при законченном процессе брожения имеет кисловато-горький привкус.

Если же на вкус она осталась сладковатой, то дрожжи во время процесса погибли, не переработав сахар. Это происходит по причине несоблюдения температурного режима, качества воды и дрожжей.

Фильтрация конечного спиртового продукта

После окончания брожения дрожжей, простейшие углеводы, в частности глюкоза, вырабатывают этанол, газ, энергию. Получившийся спиртосодержащий напиток обязательно подвергают фильтрации. Для этого удаляются остатки дрожжей и побочные продукты сбраживания.

Очистка производится с помощью специальных аппаратов методом ректификации (разделение на различные компоненты жидких смесей). Такой фильтрации подвергается первый спирт (сырец). Спиртосодержащий продукт, очищенный этим методом, не имеет вредных примесей, эфиров и обладает мягкостью и высокой крепостью.

Дополнительные методы очистки

В производстве используют химическую очистку конечного продукта брожения дрожжей. Для ее применения используют щелочь, чтобы удалить вредные кислоты и эфиры. При воздействии щелочи эфиры омыляются, и одновременно с этим выделяется спирт.

Чтобы удалить вырабатываемые альдегиды и побочные соединения, используется слабый раствор перманганата калия. Он окисляет вредные примеси. К методам вспомогательной очистки относят фильтрацию активированным углем. Он является отличным поглотителем различных примесей, содержащихся в необработанном спирте.

Еще один способ очистки спирта в промышленности — его термообработка. При подогреве до определенных температур в конечном продукте совершается разложение опасных примесей. Максимальный температурный режим, при котором происходит термическая обработка – до 140 градусов C. Он длится 10-15 минут.

Заключение

Спиртовое брожение является самым изученным химическим процессом. Но ничего странного в этом нет. Помимо производства алкогольных напитков, благодаря этому процессу можно получить самые различные кислоты, глицерин и медицинский этанол.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector