Бродильный цех и бродильные емкости

8.3.1.1. Бродильные цеха для верхового брожения должны отвечать тем же требованиям, что и при низовом брожении (см. раздел 3.4). В случае использования открытых емкостей и наличия хорошей изоляции помещений температуру следует поддерживать на уровне 12-15 °С, для чего требуются соответствующее охлаждающее и нагревательное оборудование. В небольших цехах бывает достаточно настенных систем, а удаление CO₂ осуществляется через вентиляцию. Более крупные бродильные цеха, прежде всего цеха с емкостями на каменном фундаменте, рекомендуется оборудовать системой управления циркуляцией воздуха. Стены должны быть облицованы кафельной плиткой или оштукатурены и выкрашены эмалевыми красками. Асфальтовые полы или полы, покрытые кислотостойкими плитами с расшитыми швами, при наличии достаточного уклона не должны создавать проблем при уборке. Большое значение придается чистоте в бродильных цехах при работе в условиях повышенных температур, а также устранению возможностей контаминации цеха перелившимися дрожжами.

8.3.1.2. Бродильные емкости старой конструкции, например, деревянные чаны (покрытые лаком), стальные емкости с облицовкой эмалью или искусственными смолами, алюминиевые емкости, емкости из нержавеющей стали или бетона (с соответствующими облицовочными покрытиями) существенно не отличаются от емкостей, описанных в разделе 3.4.2. В Великобритании на старых пивоварнях все еще применяются чаны, обшитые медью или шифером, высота которых не превышает 1,5 м, что позволяет добиться хорошего подъема дрожжей. В Англии используются и более высокие (2-3 м) емкости, но в этом случае устройства для выгрузки дрожжей обеспечивают простое, как правило, непрерывное удаление дрожжей. Размер емкостей должен способствовать простоте съема дрожжей. Если температура в помещении могла поддерживаться в требуемых пределах, то в небольших модулях, особенно отдельно расположенных, не было необходимости в автономном охлаждении чанов. Охлаждающие змеевики или полости обычно используются как внутренние охладители. В качестве материалов применяются медь, алюминий или нержавеющая сталь. Общепринятым решением является пристенное охлаждение с использованием забетонированных труб или охлаждающих полостей. В качестве охлаждающей жидкости рекомендуется использовать водопроводную воду, так как небольшая разность температур с бродящей средой позволяет дрожжам избежать температурного стресса. Можно также использовать охлажденную пресную воду или рассол (при этом температуру среды желательно повысить до 5-7 °С).

8.3.1.3. Устройства для съема дрожжей. В небольших емкостях дрожжи снимают специальной лопаткой типа дуршлага, а в крупных - при помощи доски, которой дрожжи сдвигают к желобу на стенке. В Англии дрожжи снимают через воронку, расположенную в центре чана, высота которой может регулироваться по поверхности пива благодаря перемещающейся в манжете трубке. Применяются также поплавки для отсоса дрожжей и подачи их в сборник.

8.3.1.4. Бродильные танки. В верховом брожении применяются также горизонтальные цилиндрические танки. Регулировка температуры производится или за счет температуры помещения, или благодаря охлаждающим карманам (реже поплавкам). Выгрузка дрожжей осуществляется через закрывающееся отверстие, до края которого доходит высота столба сбраживаемого пива, с воротником, по которому дрожжи стекают в установленную ниже ванну или передвижной сборник.

Вертикальные танки со сферическим днищем и соотношением диаметра к высоте 1:1-1,5 с высотой столба пива 2-3 м также снабжены переливом для дрожжей, имеющим форму, позволяющую дрожжам стекать в сборник через комбинированную систему из воронки с трубой. Для облегчения сбора дрожжей можно изменять наклон танков. Для автоматической мойки они закрываются крышкой. В этом случае сбор CO₂ также возможен, но лишь до момента подъема дрожжей. Охлаждение производится по стенкам и со стороны днища (в большинстве случаев - охлажденной водой или гликолем).

В одной из новых конструкций таких танков предусматривается отведение поднимающихся дрожжей через центральную воронку, высота которой точно устанавливается по уровню жидкости. Эта воронка оснащена трубой, по которой дрожжи направляются в передвижной сборник. Это устройство должно быть подключено к установке автоматической мойки.

В вертикальных цилиндроконических танках высота столба жидкости может достигать 10-12 м и более. Дрожжи здесь оседают в конусной части емкости (вероятно, из-за относительно сильной конвекции поднимающегося вверх CO₂, см. раздел 3.6.1.2). Охлаждение обеспечивается благодаря карманам охлаждения или приваренным трубкам (целесообразно предусмотреть охлаждение конусной части, чтобы иметь возможность регулировать температуру дрожжей). В зависимости от требуемой температуры дрожжей холодильный агент имеет температуру от -2 до +6 °С, что необходимо учитывать при расчете площади охлаждения (см. раздел 3.4.2.11).

8.3.1.5. Пространство на подъем пены благодаря использованию более высоких температур и за счет подъема дрожжей должно быть существенно больше, чем при низовом брожении. В случае периодического удаления дрожжей, как например, в системах перелива или напорных трубах, для пространства на подъем пены дополнительно потребуется 30-50 % высоты столба жидкости. В цилиндроконических ферментерах это пространство должно быть еще больше (до 65 %), но упомянутые ранее преимущества таких танков бесспорны и для верхового брожения.

Свойства сусла

8.3.2.1. Состав сусла для верхового брожения при использовании 100% ячменного солода такой же, как и для низового брожения (см. раздел 2.5.8). При использовании 50-70 % пшеничного солода, однако, отмечается уменьшение доли ассимилированного азота (формольный азот - 24-27 %, α-аминный азот - около 18 % от общего азота). В английских типах солода содержание α-аминного азота колеблется в зависимости от доли несоложеных материалов от 14 до 24 мг/100 мл (экстрактивность 12 %). С одной стороны, определенное наличие аминокислот желательно для получения нормального спектра побочных продуктов брожения и проведения быстрого брожения при хорошем размножении дрожжей; с другой стороны, при высоких исходных значениях слишком много аминного азота остается в пиве, что ухудшает биологическую стойкость пива.

8.3.2.2. Обработка сусла включает полное отделение осадка взвесей горячего сусла (осадок взвесей холодного сусла можно удалять вместе с поднявшимся хмелем). При использовании бродильных чанов частичное удаление осадка взвесей холодного сусла является желательным, так как позволяет получить более чистые дрожжи и более мягкое пиво.

Внесение дрожжей

8.3.3.1. Номинальная температура сусла при внесении дрожжей варьирует от 12 до 16 °С- достаточно высокой, чтобы в сочетании с двумя другими факторами (аэрацией и нормой внесения дрожжей) достигалась заданная максимальная температура. В случае охлаждения бродильного цеха или бродильных емкостей температуру сусла при внесении дрожжей можно выбирать более гибко. Прежде существовало правило, по которому температура сусла при внесении дрожжей и температура помещения должны были составлять в сумме 30 °C, то есть при температуре бродильного цеха 18 °С дрожжи следовало вносить при температуре сусла 12 °С и наоборот.

8.3.3.2. Норма внесения дрожжей составляет около 0,25-0,5 л/гл (7-15 млн дрожжевых клеток/мл). Так как дрожжи бывают разной консистенции, то очень важно правильно определить содержание твердой фазы. В горизонтальных бродильных чанах небольшого размера достаточно внести жидкие дрожжи, а при использовании крупных емкостей, а также открытых чанов дрожжи лучше всего закачивать по суслопроводу не позднее окончания половины фазы процесса охлаждения сусла. Можно также вносить дрожжи и в стадии высоких завитков (степень сбраживания - менее 40 %). В этом случае они должны составлять 25 % от общего количества сусла (допускается добавление трехкратного количества сусла).

8.3.3.3. Аэрирование должно обеспечивать содержание кислорода 5-8 мг/л. В этих целях применяют металлокерамические свечи, стационарные мешалки и центробежные смесители (см. раздел 2.7.7.3).

При перекачивании дрожжей в бродильный чан повторное аэрирование, как правило, является излишним, поскольку сбраживание протекает относительно быстро, и, кроме того, аэрирование может вызвать слишком сильное пенообразование.

8.3.3.4. Долив (например, второй варки) при условии полной аэрации возможен в течение первых 12 ч брожения. При внесении завитков можно добавить тройное количество аэрированного сусла. Если заполнение бродильной емкости производится более 12 ч, то рекомендуется дросселировать подачу воздуха от партии к партии. При этом необходимо контролировать хорошее перемешивание отдельных варок.

Ход главного брожения

8.3.4.1. Стадии брожения. Если в низовом брожении выделяют четыре стадии, то в верховом брожении различают лишь две. Сначала примерно через 8-12 ч после внесения дрожжей происходит «подъем хмеля», продолжающийся 12-24 ч. При этом поднимающиеся дрожжи увлекают на поверхность такие загрязнения, как частицы взвесей и хмелевые смолы, которые удаляются с поверхности. Быстрое снижение значения pH вызывает переход в нерастворимое состояние попадающих в деку дубильных коллоидов белка, горьких веществ и т. д., которые для обеспечения правильного хода брожения и получения более чистых дрожжей необходимо снимать с деки. При брожении в горизонтальных и вертикальных танках это невозможно, и в этом случае эффективно разгрузить деку помогает удаление осадка взвесей холодного сусла (прежде всего путем флотации, см. раздел 2.7.7.2).

Из-за более высоких температур снижение экстрактивности идет очень быстро и составляет, например, при температуре 16-17 °С в первые 24 ч от 2,0 до 2,5%. Значение pH снижается на 0,7.

По ходу брожения дрожжи образуют завитки, очень похожие на высокие завитки низового брожения. Затем несколько повышается вязкость завитков и начинается подъём дрожжей, продолжающийся до конца брожения. Если не обеспечить непрерывное отведение дрожжей, то под действием массы дрожжей дека будет немного оседать. Подъем дрожжей начинается через 24-36 ч после внесения дрожжей. Съем дрожжей рекомендуется проводить через каждые 3-6 ч.

На вторые сутки брожения экстрактивность падает очень быстро - в зависимости от температуры брожения (18-22 °С) на 5,5-6,5 %, так что в большинстве случаев через 48-60 ч достигается желательная степень сбраживания молодого пива (на 6-8 % ниже КСС). Если необходимо достичь КСС, то брожение при температуре 18-22 °С продолжается 60, максимум 72 ч. Значение pH снижается (чаще всего через 36-40 ч брожения) до минимальной величины 4,0-4,1, после чего нередко происходит небольшое его увеличение.

Температурный режим в большинстве случаев регулируют так, чтобы не была превышена максимальная температура (18-22 °С). Осуществляют это путем поддержания определенного соотношения между температурой внесения дрожжей и температурой помещения (см. выше), или путем соответствующего охлаждения бродильной емкости, что надежнее. В слишком теплых бродильных цехах температура брожения может достигать 25-28 °С, а это несет риск инфицирования сбраживаемого сусла. В конце брожения образуется плотная дрожжевая дека, которую осторожно снимают. При длительном простаивании из деки отделяются отдельные дрожжевые клетки, которые затем оседают на дне чана, что сопровождается распадом дрожжевых колоний. Оседают и дрожжи, попавшие в пиво после подъема, причем при их седиментации в осадок выпадают белок и горькие вещества. В ЦКТб через 5-8 ч после внесения дрожжей рекомендуется осторожно снять взвеси холодного сусла. В зависимости от геометрии емкости, способа внесения дрожжей и интенсивности забраживания на разных предприятиях это производят по-разному. Обычно дрожжи оседают в конусной части, откуда их можно собрать в густом виде (по возможности с помощью охлаждения с 20 до 7-10 °С). После интенсивного слива небольшого количества осадка взвесей эти дрожжи характеризуются высокой степенью чистоты. Их, как и «снятые дрожжи» из открытых емкостей, можно сразу же вновь использовать для внесения в сусло.

8.3.4.2. Всплывание дрожжей хорошо заметно в открытых емкостях и горизонтальных чанах. Оно является признаком активных дрожжей с большой бродильной способностью и желательного хода верхового брожения. Дрожжи, таким образом, можно быстро удалить из пива, так что они не смогут стать причиной каких-либо дефектов: увеличения значения pH, осаждения белков или танноидов и т. д., которые способны вызвать горький дрожжевой привкус.

Всплывание дрожжей при так называемом подъеме дрожжей должно проходить равномерно, что позволяет добиться по возможности полного удаления дрожжей. Подъему дрожжей способствуют теплое ведение брожения и интенсивное аэрирование в сочетании с безупречным составом сусла (соразмерной долей сбраживаемых сахаров, содержанием аминокислот и ассимилируемых пептидов). Важны также штамм дрожжей и их физиологическое состояние. Дрожжи, долго пребывавшие в состоянии покоя, поднимаются хуже, чем дрожжи, внесенные «из чана в чан». Здесь полезно разведение чистой культуры дрожжей с первым суслом и т. д. За пределами ФРГ для улучшения характеристик брожения, а значит и подъема дрожжей, в дрожжи при хранении добавляют некоторые минеральные вещества, в частности, фосфаты. Отрицательно сказываются на подъёме верховых дрожжей следующие факторы: плохое физиологическое состояние дрожжей, неблагоприятный состав сусла, слишком холодное ведение брожения, недостаток кислорода, высокое содержание в сусле взвесей, присутствие тяжелых металлов (например, меди и железа, особенно после простоев), а также сусло с пониженной экстрактивностью.

Как мы уже отмечали, резкое ухудшение подъема дрожжей вызывает ухудшение свойств пива (в первую очередь вкусовых).

8.3.4.3. Варианты главного брожения. Изначально верховое брожение проводили в одной емкости («одночановая» система). Разведение чистой культуры дрожжей в первом сусле (в большинстве случаев той же варки) вызывало быстрое забраживание, особенно если дрожжи несколько дней хранились под пивом или в воде. В этом случае при внесении дрожжей они уже были достаточно хорошо распределены, при известных условиях уже преодолевали лаг-фазу и начинали размножаться. Затем этот способ был усовершенствован путем использования чана для внесения дрожжей, в котором осаждались захваченный осадок взвесей горячего сусла и, в зависимости от длительности седиментации, немного осадка взвесей холодного сусла. Слишком раннее перекачивание могло привести наряду с неполной седиментацией взвесей и к потере дрожжей. Дрожжи верхового брожения после внесения также могут сначала осесть на дне, начав подниматься только после начала брожения. При слишком позднем перекачивании часть уже седиментированных взвесей может быть взмучена в результате конвекции под действием поднимающихся пузырьков CO₂ и дрожжевых клеток. При применении флотации подобные недостатки отсутствуют. Аэрирование при перекачивании благоприятно сказывается на ходе брожения и размножения дрожжей. Как правило, перекачивание производят через 12ч после внесения дрожжей или через 6-8 ч после долива последней варки.

Системы из двух или трех емкостей. Наряду с чанами для внесения дрожжей и бродильными применяют, особенно в Великобритании, дополнительные емкости для подъема дрожжей и снятия деки - они меньшего размера и менее глубокие, чем традиционные бродильные чаны. Эти емкости оборудуют различными приспособлениями для отделения дрожжей. Внесение семенных дрожжей доливом ускоряет брожение в том случае, если бродильная емкость наполняется в течение 12 ч. В крупных бродильных танках, способных вместить суточный объем выпускаемого пива и более, при доливе с интервалом 2-4 ч через 12-24 ч наступает «статичное» состояние, сходное с аналогичным состоянием при традиционном ведении брожения: значение видимого экстракта сбраживаемого пива, несмотря на добавление свежего сусла, остается почти постоянным (порядка 3-4 %) до момента полного заполнения емкости, и лишь после этого степень сбраживания начинает расти. Условием оптимального хода брожения является хорошее перемешивание добавляемого свежего сусла с бродильным субстратом. Расслоение сусла при данных высоких температурах может вызвать его инфицирование (например, термобактериями). Одним из простых способов является внесение дрожжей в стадии завитков: как только варка достигает стадии высоких завитков, из нее отбирается четвертая или пятая часть, которую затем используют в качестве «заправки» для следующей варки. В варку, из которой были взяты завитки, снова вводят такое же количество сусла. Этот способ можно повторять много раз.

В горизонтальных танках меньшее свободное пространство для подъема пены нередко используется для того, чтобы поднимающиеся дрожжи могли перетекать по трубе в соседний танк, куда затем подается сусло. Дрожжи из этого танка в свою очередь используются для внесения в следующий танк. Процесс внесения дрожжей в два связанных между собой танка можно согласовать по времени так, чтобы один танк всегда находился в фазе высоких завитков, а другой - в стадии внесения дрожжей. Вместе с тем, реализация описанных способов возможна лишь в случае непрерывного производства пива верхового брожения (например, на предприятиях, выпускающих пиво типа Koelsh, Alt и Weiss).

8.3.4.4. В верховом брожении применяется также брожение под давлением (например, при производстве пива типа Koelsh и Alt). Повышенную норму внесения дрожжей (1-1,5 л/гл) вносят без давления в чан или танк для внесения дрожжей и перекачивают через 12 ч или в стадии завитков. В крупных бродильных танках внесение дрожжей доливом осуществляют многократно напрямую, то есть без дальнейшей обработки. В зависимости от высоты танка избыточное давление обычно составляет 0,5-0,8 бар. При максимальных температурах порядка 22-24 °С брожение завершается через 48-60 ч; следующие 24-36 ч предназначены для снижения содержания 2-аце-толактата. Удаление дрожжей из ЦКТб производится соответственно в конце брожения и конце дображивания, а из танков с плоским днищем - при перекачивании в цех дображивания. В этом случае для равномерной коррекции объема дрожжей для хранения рекомендуется применять сепараторы для молодого пива. Применение давления позволяет несколько уменьшить необходимое пространство для подъёма пены. Содержание побочных продуктов брожения даже с учетом более высоких температур брожения благодаря повышенной норме внесения дрожжей и давлению ограничено, что характерно и для низового брожения (см. раздел 3.6.3.4). Количество циклов ведения дрожжей в условиях повышенных температур и давления ограничено.