Микробиологические аспекты домашнего пивоварения

Зачем пивоварам наука о микробах?

История пивоварения насчитывает уже почти пять тысячелетий, но только около 150 лет назад стал понятен микробиологический характер этого процесса. С другой стороны, можно смело утверждать, что наука о микробах – микробиология, берет свое начало с пивоварения и виноделия. А микробиология пива с 1876 года, когда Луи Пастер опубликовал свою работу «Исследование пива, его болезней и вызывающих их причин. Способы сохранения качества пива и новая теория брожения».

В микробиологии пива выделяется два основных направления: (а) культуры пивных дрожжей и процессы брожения, (б) порча пива посторонними микроорганизмами и пути ее предотвращения. Ниже мы рассмотрим кратко и то и другое применительно к особенностям домашнего пивоварения. По ходу изложения представляется полезным сопоставить эти особенности с технологиями промышленного производства пива, которые в последние сто лет претерпели серьезные изменения именно благодаря успехам микробиологии. Однако нельзя забывать и другие аспекты. Сегодня пивоварение представляет собой результат коллективных усилий людей разных профессий: инженеров, ботаников, химиков, биохимиков, микробиологов.

Это в полной мере касается и домашнего пивоварения. Сегодня в специализированных магазинах можно встретить самые разные предметы и устройства. Одних бродильных емкостей насчитывается несколько разновидностей. Это и стеклянные бутыли с узким горлом, и пластиковые ведра, и баки с коническим дном и различными приспособлениями. Сегодня для домашнего пивоварения предлагаются в большом ассортименте наполнители пивных бутылок под давлением, баллоны с углекислым газом и многое другое. Все эти устройства имеют вполне конкретное предназначения и самым непосредственным образом связаны с микробиологическими особенностями брожения, дображивания и розлива.

Домашние пивовары могут воспользоваться огромным ассортиментом различных пивных дрожжей. На чем остановить свой выбор? Чем отличается продукция Fermentis от White Labs или National Collection of Yeast Cultures? Что такое «регидрация», и зачем нужен стартер, кислотная промывка и лизоцим? Эти слова очень часто мелькают в журналах и на форумах домашних пивоваров. В чем смысл этих приемов, как они соотносятся с тем, что уже применяет в своей технологии пивовар? Вопросов много. Особую остроту имеют проблемы связанные с заражением пива.

И новички и очень искушенные в пивоварении люди сталкиваются, время от времени с такими проблемами, как внезапные остановки брожения. Поверхность сусла в бродильной бочке при этом может быть покрыта не дрожжевой пенкой, а самыми разнообразными субстанциями – от пленок, до коржей похожих более на пенопласт, чем на живые дрожжи. Весьма часто, пиво, обладающее задатками отличного вкуса, по завершению очередного перелива их утрачивает и приобретает побочные привкусы самого разнообразного свойства – то кислит, то горчит, то сластит, то наоборот, становиться «пустым» и безвкусным. Все домашние пивовары сталкивались с чем-то подобным.

Эти и другие вопросы находят свои ответы в микробиологии пива. В обоих ее разделах, и в том, который о микробах вредителях пива, и в том, который собственно о дрожжах. Интересно, что оба они неожиданно и весьма тесно соприкасаются, друг с другом. Это происходит, например, когда домашний пивовар вдруг обнаруживает, что какое бы пиво он не делал, его всегда преследует один и тот же не очень приятный и изрядно надоевший уже вкус, которого почему-то нет у любимого эля из бутылки со словом Fullers на этикетке.

Что такое контаминация?

Слово контаминация означает микробное загрязнение. Посторонние микроорганизмы, способные выживать в пиве, размножаться в нем и приводить к нежелательному изменению его свойств и вкусовых качеств, проще говоря, к порче, получили название контаминантов. Термин «инфекция», который иногда используется в данном случае, применяется неправильно. Бактерии и другие микроорганизмы инфицируют людей, животных, растения, но пиво и другие напитки, пищевые продукты они «контаминируют», то есть загрязняют.

Необходимо отметить, что пиво это крайне неблагоприятная среда для многих микроорганизмов, в том числе патогенных, то есть способных вызвать серьезные расстройства здоровья человека и болезни. Такие микроорганизмы никогда не были выявлены в готовом пиве и на пивоваренных предприятиях. Как мы увидим ниже пиво способно подавлять развитие многих микробов. Даже если они по каким-то причинам в нем оказались – из источников некачественной воды или каким-то другим способом. Видимо, благодаря этим особенностям пиво наряду с другим известным напитком брожения вином в течение столетий являются атрибутом человеческой культуры.

Из статей для домашних пивоваров и разделов книг, посвященных вопросам дезинфекции, легко может возникнуть впечатление, что контаминация всегда приводит к масштабным последствиям, которые невозможно не заметить, а внешние проявления ее, будут настолько очевидны, что не оставят места сомнениям. В реальной практике чаще всего это не совсем так. Развитие посторонних микроорганизмов зависит от многих факторов и всегда протекает по-разному. Изменения вкуса, запаха и других свойств вашего пива может происходить достаточно медленно, или по достижению определенного уровня прекратиться вовсе – ведь питательные вещества сусла рано или поздно заканчиваются не только для культурных дрожжей, но и для непрошенных обитателей бродильной бочки. Наконец, как уже было упомянуто, пиво способно тормозить размножение контаминантов. (Ниже мы рассмотрим этот вопрос подробнее). Вероятнее всего вы столкнетесь (или уже сталкивались) не со стихийным бедствием, превращающим пиво в нечто непотребное (хотя может случиться и такое). Контаминация чаще проявляется в виде различных побочных запахов и вкусов, не очень сильных, но неприятных, приводит к заметным, но не смертельным помутнениям, вызывает терпимые, но не очень приятные ощущения, (например, пиво делается каким-то тягучим). В таком обличии эта проблема встречается гораздо чаще, чем принято считать в среде домашних пивоваров, просто многие любители пива не придают таким явлениям особого значения по разным причинам.

В статье «Азы микробиологии для домашних пивоваров»было приведено достаточно сведений о микроорганизмах, и об их способности перемещаться по воздуху на частичках пыли и вместе с этой пылью попадать на самые разнообразные предметы, в том числе оборудование для домашнего пивоварения, рабочие поверхности, пол. Таким способом микробы могут накапливаться в самых разнообразных местах. Там где для них найдутся питательные вещества, они размножаются. Это могут быть, например, капли пивного сусла (на полу или на поверхности плохо помытого ферментера). В этих местах котаминантов становиться особенно много. Даже пивовар в известной степени является источником микроорганизмов. Что очень важно, некоторые, из этих микроскопических созданий попадая в сусло, настолько прекрасно себя чувствуют в этой среде, что способны к бурному размножению. Последствия для пива в этом случае могут быть совершенно фатальными – вкус меняется от плохого до противного, – а ценный продукт иногда приходиться выливать в канализацию.

Воздух, содержащей частички пыли, усеянные микробами и поверхности пивоваренного оборудования на которые эта пыль осела, к сожалению еще не все потенциальные источники возможной опасности. Пивовару необходимо обратить самое пристальное внимание на те компоненты, из которых он собирается свое пиво изготовить. Микробы живут и размножаются на пивоваренном солоде, например. Это разнообразные бактерии, дрожжи и плесени. Различные продукты жизнедеятельности плесневых грибов, в том числе так называемые микотоксины, способны существенно ухудшить вкус готового пива, или вызвать другие неприятные последствия, такие как гашинг-эффект – вспенивание практически всего объема пива после откупоривания бутылки. Солодовый экстракт тоже может быть контаминирован, если была нарушена заводская упаковка или банка с истекшим сроком хранения оказалась вздута. Сахара, которые вы добавляете для брожения или карбонизации, хмель – нестерильные продукты и способны стать источником контаминации. Наконец вода, добытая из не очень чистых природных источников, может содержать разнообразные микроорганизмы достаточно вредные для пива.

С целью предупреждения контаминации применяются разнообразные методы очистки пивоваренного оборудования от микробных загрязнений. Речь идет о поверхностях баков, шлангов и других предметов, непосредственно контактирующих с пивом. Стандартная процедура включает, как правило, две стадии: мойку – механическое удаление загрязнений и дезинфекцию – разрушение оставшихся микроорганизмов любыми возможными способами, от нагревания до обработки специальными химическими веществами – дезинфектантами. После применения «химии», оборудование чаще всего необходимо ополоснуть чистой (кипяченой) водой. Остатки дезинфектанта внутри бродильной емкости или бутылок могут впоследствии оказать неблагоприятное воздействие, как на здоровье дрожжей, так и на здоровье потребителей пива.

Пивоварение представляет собой определенный набор технологических приемов, благодаря правильному применению которых в пиве создаются крайне неблагоприятные условия для развития микроорганизмов. Верно и обратное. Непонимание или игнорирование важных нюансов процесса приготовления может привести к развитию посторонней микробиоты, что в одних случаях закончится серьезными неудачами, в других – усложнит и затянет процесс пивоварения, в третьих – необратимо ухудшит и вкус, и аромат напитка.

Технологическая дисциплина, к сожалению, не снимает вопросов качества сырья для пивоварения. В домашних условиях чаще всего затруднительно производить различные анализы. Поэтому пивовар может полагаться в большей степени лишь на свой опыт и надежность поставщиков. Вопросы приобретения солода, хмеля, солодовых экстрактов, и особенно, дрожжей требуют самого пристального внимания. Все компоненты обязательно должны быть свежими, и высокого качества. Никогда не покупайте просроченную продукцию сомнительных поставщиков. Хотя даже известные Интернет–магазины могут прислать иногда пакетик сухих дрожжей с изящно заклеенной ценником датой производства.

Важно определиться с источником воды. Вполне подойдет водопровод. Подержите воду в открытой посуде, чтобы улетучился хлор. Можно использовать воду из системы обратного осмоса, но не желательно использовать фильтры, содержащие соединения серебра. Подойдет вода, которую заказывают по телефону в больших пластиковых бутылях, а также продают в супермаркетах. Не используйте слишком жесткую воду из артезианских скважин. Правильным шагом будет выяснение химического состава, чтобы вы более или менее точно знали, сколько, и чего ваша вода содержит. Но это не требуется для изготовления самого первого пива.

Затирание и кипячение с хмелем

Процесс производства пивного сусла начинается с дробления солода. (Производство самого солода – солодоращение мы рассматривать не будем). Выше отмечалось, что достаточно много микроорганизмов, могли когда-то жить и множиться на зернах соложеного ячменя. Перед помолом солод иногда увлажняют. При этом микробы, активизируются, и начинают размножаться. Необходимо это учитывать и не замачивать солод надолго. Вполне достаточно кратковременного воздействия воды (10-30 мин при температуре 30-50°С). С другой стороны, пыль, возникающая при помоле сухого солода, не должна попадать на оборудование для брожения, так как она содержит опасные для пива микроорганизмы. В домашних условиях это означает, что помол и снаряжение бродильной бочки нужно делать в разных помещениях, а еще лучше и в разные дни. Солод правильнее всего помолоть заранее, чтобы опасная пыль успела осесть. Если вы пользуетесь солодовыми экстрактами, подобные опасности вам не страшны.

При затирании помол перемешивается с водой. Полученная смесь называется затор. При этом компоненты солода должны перейти в раствор, однако большинство из них не растворимы сами по себе. По этой причине важнейшей задачей затирания, является превращение нерастворимых веществ в растворимые и расщепление солодового крахмала на сахара и декстрины без остатка.  Важнейшую роль при этом играют ферменты солода – амилазы. Их действие зависит от ряда параметров затора: температуры, густоты (отношение объема воды в литрах к весу помола в килограммах), рН-фактора.

Начальная фаза растворения крахмала – клейстеризация, происходит без участия ферментов и характеризуется определенной температурой. Для примера, солодовый крахмал клейстеризуется при 59-65оС в зависимости от погодных условий и года сбора ячменя, рисовый – при 75-85оС.  Следующая стадия – разжижение. Длинные молекулы крахмала, состоящие из глюкозных остатков, быстро разрываются на более короткие последовательности ферментом α-амилазой. На заключительной стадии (осахаривание) продолжается дробление молекул до декстринов – цепочек, имеющих длину 7-12 глюкозных остатков. Их раствор не меняет окраску йода, в отличие от крахмала, на чем основана йодная проба – простой тест завершения процесса растворения. Другой фермент β-амилаза отщепляет от концевых групп глюкозных цепочек двойные группы – мальтозу. Из-за различия в длине последовательностей наряду с мальтозой образуются и другие сахара, например, глюкоза и мальтотриоза.

Ниже приведена таблица, иллюстрирующая описанный процесс растворения крахмала.

59-65 оС температура клейстеризации солодового крахмала
50 оС начало амилазной активности
58-65 оС активность β-амилазы
62 оС максимум активности β-амилазы
65 оС инактивация β-амилазы:
— остаточная активность 10% за 10 мин при гидромодуле 1:4
— остаточная активность 20% за 10 мин при гидромодуле 1:3
— остаточная активность 45% за 10 мин при гидромодуле 1:2
72-74 оС максимальная активность α-амилазы
80 оС инактивация α-амилазы
76-78 оС температура перекачки для фильтрования, выше нельзя.  как крахмал переходит в затего осахаривание
60-65 оС максимальное количество сбраживаемых сахаров
75 оС нормальное йодное окрашивание происходит быстрее всего

В подробных наставлениях по производству сусла часто можно встретить понятие «хорошо растворенный солод». Именно для такого солода, в частности, не требуется усилий по дополнительному растворению белков и соответствующая пауза. Солод ведущих производителей достаточно хорошо растворен. Об этом свидетельствуют параметры, значения которых всегда можно найти в сертификате.

Разница экстрактивности(Fine-coarse difference) – разница экстрактивности в тонком и грубом помоле, должна быть меньше 1.8%. Степень растворения(Protein solution) или число Кольбаха характеризует растворение белка, мене 35% – плохо растворен, более 35% и менее 41% – хорошо растворен, более 41% – очень хорошо растворен. Рыхлость(Friability), значения более 81% это очень хорошо, 78-81% – хорошо, 75-78% – удовлетворительно, менее 75% – неудовлетворительно. Вязкость(viscosity) (8.6%) в пересчете на сусло плотностью 8.6%, (показатель характеризующий растворенность солода и способность затора к фильтрованию), ее значения должны лежать в пределах 1.51-1.63 мПас с.

Вернемся к микробиологическим проблемам. Нагрев смеси молотого солода с водой в процессе затирания до 60-70°С неблагоприятно воздействует на многие бактерии и грибы, но не на все. Были выделены термофильные бактерии Bacillus coagulans, которые за два часа выдержки при 55-70°С способны выработать очень большое количество молочной кислоты.

Последующее кипячение сусла с хмелем приводит к гибели всех живых бактерий и микроскопических грибов (как говорят вегетативных форм микроорганизмов). Однако споры некоторых бактерий (в частности упомянутых выше Bacillus coagulans) и плесеней переносят кипячение в течение довольно продолжительного времени 1.5 часа и более. (Споры диких дрожжей при этом гибнут). Этот факт необходимо хорошо запомнить и пивоварам «зерновикам», и «экстрактникам». Интересно, что стандартные инструкции, не советуют кипятить смесь солодового экстракта с водой, и совершенно напрасно. Особенно если пивовар использует экстракт, расфасованный не в заводских условиях, обеспечивающих стерильность продукта. Автор этих строк имел удовольствие наблюдать с помощью микроскопа буйство жизни в стеклянной банке с экстрактом. Невооруженным взглядом проявление активности микроорганизмов видно по вздутию крышек и образованию пузырей или пены на поверхности.

При производстве пива, в качестве вкусовых добавок используется хмель, любые разновидности которого обладают антимикробным действием. Механизм этого действия до конца не ясен, но ученые сходятся во мнении, что горькие альфа кислоты, а точнее их изомеры, тормозят рост  многих микроорганизмов(подробнее речь об этом пойдет ниже). Вместо хмеля в старину использовались (и продолжают использоваться до сих пор, но чаще в домашнем пивоварении), различные наборы трав, которое также обладают антимикробной активностью.

После кипячения и до задачи дрожжей сусло необходимо охладить. С этого момента мы вступаем в сферу особых требований к микробиологической чистоте. Это означает, что микроорганизмов–контаминантов не должно быть на поверхностях, которые соприкасаются с холодным суслом: ни на поверхности теплообменника (проточного или погружного охладителя), ни на стенках бродильной емкости, ни на внутренней поверхности шлангов и трубок, по которым пиво перекачивается из сусловарочного бака в бродильную емкость. Водопроводная вода, часто используемая в охладителях, не должна попадать в пиво. Для этого все соединения должны быть тщательно проверены перед использованием под давлением воды, а также приняты другие разумные меры.

Обратимся к чистоте поверхностей. Как уже отмечалось, для ее обеспечения, необходима тщательная мойка оборудования. На поверхностях соприкасающихся со свежим суслом не должно остаться никаких следов старого. Засохшие капли и потеки – настоящий рассадник контаминантов. Для очистки подойдут самые разнообразные моющие средства. Необходимо помнить две вещи. Если вы используете пластиковые емкости и трубки, то не применяйте ароматизированные моющие средства – пластик может впитать запахи не совместимые с пивом. Если вы пользуетесь емкостями из нержавеющей стали, то вам требуется какое-нибудь кислотное моющее средство. Оно послужит отличной профилактической мерой против появления на стенках специфического налета – пивного камня, тоже рассадника заразы.

Далее следует дезинфекция – разрушение микроорганизмов всякими доступными мерами. Подойдут любые средства: горячий водяной пар, кипяток, химические дезинфектанты. Отметим лишь одну важную вещь. Препараты, повсеместно используемые для дезинфекции поверхностей пивоваренного оборудования, так же как и кипячение, убивают все вегетативные формы микроорганизмов, но споры некоторых бактерий и плесеней сохраняют свою жизнеспособность. Для их уничтожения требуются специальные спороцидные препараты. (Ниже будет подробно объяснено, почему и при каких условиях упомянутые споры обычно не влияют на качество пива).

Следует обратить особое внимание на мойку и дезинфекцию кранов, а также других устройств: различных быстроразъемных соединений, разливочных головок КЕГ, фитингов и т.п. Эти приспособления отличаются от тем, что имеют внутренние полости, трудно доступные при мойке и дезинфекции. Для тщательной очистки лучше всего эти устройства разбирать. (Хотя бы один раз, чтобы увидеть, где могут задержаться остатки сусла или пива, и придумать способ их удаления). В противном случае вы получите рассадник контаминантов. Шаровой кран, например, имеет внутреннюю полость, доступную для мойки потоком воды, только если кран полуоткрыт. В таком же состоянии его нужно дезинфицировать. Об этом не следует забывать. Чем сложнее у вас оборудование, тем больше может оказаться «узких» мест.

Дрожжи и брожение

Изучение брожения и его главных виновников – дрожжей, стало важнейшей составной частью микробиологии с самого момента ее возникновения. Эта тема настолько сложна и обширна, что ей посвящены целые тома. Здесь мы упомянем лишь отдельные важные для пивовара моменты. На протяжении веков брожение происходило в открытых емкостях. Вероятно, в очень отдаленные времена пивовары использовали дрожжи, попадающие в пиво из воздуха или с поверхности оборудования. (До сих пор подобная технология используется при получении бельгийского пива «Ламбик»).

Со временем дрожжи для засева нового сусла начали брать с поверхности бродящего пива. Поэтому предъявлялись особые требования к интенсивности брожения с выделением большого количества углекислого газа, вследствие чего на поверхности формировалась толстая шапка дрожжевой пены. (В случае удачного брожения дрожжи снимались для последующего использования). Отсюда происходит термин «верховые» дрожжи, которые применяются пивоварами по сей день. В современной литературе это понятие, в большей степени ассоциируются со стилем пивоварения – говорят «верховые» или «дрожжи для эля». По этой причине для обозначения описанного выше типа с обильной пеной на поверхности пива, в английском языке существует термин «top cropping».

Однако пивоварами издавна использовались и другие дрожжи. Происхождение современных промышленных штаммов ведет свое начало с баварских монастырей, где примерно 300 лет назад верховые дрожжи вероятно гибридизировались с какими-то дикими или местными винными дрожжами. Первоначально эти культуры применялись для дображивания пива при низких температурах и давали очень хорошие результаты в плане вкусовых качеств, органолептики и насыщенности пива углекислотой. (В Англии для дображивания портеров использовались дрожжи рода Brettanomyces, которые также не образуют пенную шапку).

Дрожжи баварского типа получили вскоре широкое распространение и стали родоначальниками многочисленных разновидностей промышленных штаммов. По всей Германии и в Богемии (Чехии) темное лагерное пиво (от нем. «lagern» — хранить, выдерживать), полученное с помощью брожения «низового» типа, вскоре получило самое широкое признание. Дрожжи в этом случае уже невозможно было собирать сверху, с поверхности пива, в достаточном количестве, их там слишком мало. Подобные культуры нужно собирать со дна бродильной емкости.

В 1883 году Эмиль Христиан Хансен впервые получил чистую культуру пивных дрожжей, выращенную из одной клетки. Важнейшая проблема пивоварения нашла, наконец, свое разрешение благодаря развитию молодой науки – микробиологии. У пивоваров появился надежный способ получения и разведения дрожжей определенного вида в необходимом для производства объеме. Отпала необходимость собирать их после брожения. Однако подобная практика сохраняется и сегодня, но с некоторыми ограничениями. Давайте разберемся, почему. По современным понятиям, хорошая культура семенных дрожжей, предназначенная для засева в сусло, должна быть свободна от контаминантов.

В случае открытых ферментеров, контаминация неизбежна. С другой стороны дрожжи типа «top cropping» обладают уникальным свойством подниматься на поверхность бродящего пива и создавать мощную шапку пены. Чем ни «крышка» для ферментера? (Готовое пиво выкачивается потом снизу из-под дрожжевого слоя). Такими свойствами не обладают больше никакие микроорганизмы, посторонняя микробиота  обречена оседать на дно бродильной емкости. По этой причине культуры верховых дрожжей не накапливают контаминантов при многократном использовании. Если дрожжи снимаются вначале активной стадии брожения из середины пенной шапки, (верхние слои могут быть сильно контаминированы), то создается уникальная возможность использования подобной культуры на протяжении многих десятилетий. Такие дрожжи, засеянные в свежее сусло, быстро размножаются и закрывают поверхность молодого пива новой защитной шапкой.

В настоящее время культуры «низовых» дрожжей широко используются для сбраживания пива в закрытых бродильных емкостях. Оседающие в процессе брожения дрожжи собираются со дна емкости, обрабатывается и засевается в другую бродильную емкость со свежим суслом. С использованием «низовых» дрожжей связано две проблемы. Первая заключается в том, что постепенно происходит накопление микроорганизмов–контаминантов, которые оседают вместе с дрожжами. Хотя при низких температурах брожения, менее 10°С, скорость размножения многих посторонних микроорганизмов сильно снижается, если не прекращается вовсе. Этим собственно и объясняется популярность «низовых» дрожжей – они живут и «работают» при таких температурах, при которых жизнедеятельность многих потенциальных контаминантов пива замирает.

Другая проблема – дегенерация дрожжей, которые длительное время находятся в пиве без доступа кислорода, под действием различных неблагоприятных факторов: этилового спирта, высокого давление углекислоты и пр. Эти, как говорят «стрессовые» факторы, способны пагубно влиять на все микроорганизмы. Их длительное воздействие на пивные дрожжи также имеет негативные последствия. «Микроскопические пивовары» по своей природе очень изменчивые существа, способные утрачивать некоторые свои свойства весьма полезные для вкусовых качеств пива.

На пивоваренных предприятиях культуры «низового» типа используют от 5 до 15 раз в зависимости от графика варок в течение не более 2-6 месяцев (по данным В. Кунце). Л. Нарцисс приводит другие рекомендации: 8-10 циклов. Даже в специальном аппарате для размножения дрожжей – пропагаторе, в свежем стерильном сусле при хорошей аэрации  рекомендуется заменять культуру один раз в три месяца. При этом здоровье дрожжей контролируется всеми доступными средствами, главным критерием является вкус готового пива.

Замечено, что дрожжи пшеничного пива в закрытых ферментерах очень быстро теряют способность вырабатывать 4-винилгваяколь. (При концентрации от 0,2 до 3,2 мг/л это вещество формирует характерный вкус и аромат, который служит одним из существенных отличий пшеничного пива). По этой причине культуру редко используют более 3-х раз, исключительно по причине ухудшения вкуса готового продукта. Сбраживая высокоплотное пиво (содержание спирта не менее 8%), дрожжи могут утратить свои полезные свойства даже после одного брожения. Затем культуру заменяют свежей, выращенной по методике Хансена из одной клетки.

Культуры дрожжей для домашнего пивоварения

Чаще всего это сухие дрожжи. Именно они прилагаются к набором для домашнего пивоварения. Однако технологии высушивания на дрожжевых заводах, берут свое начало от производства сухих пекарских дрожжей и не вполне пригодны для производства качественных дрожжей для пива. Подавляющее большинство традиционных пивных штаммов просто не выдерживают процедуры сушки при высокой температуре и погибают. Те, которые сохраняют жизнеспособность, по мнению специалистов, все же меняют свой вкусо-ароматический профиль. Кроме того, промышленные технологии сушки не обеспечивают высокой степени стерильности. В результате указанный на упаковке «культурный» штамм пивных дрожжей загрязнен небольшим количеством посторонних микроорганизмов. Тем не менее, считается, что подобные дрожжи можно с успехом использовать и в домашнем и коммерческом пивоварении.

Продукция с товарным знаком Danstar, отличается низким содержанием посторонних микроорганизмов и весьма удачным подбором штаммов. Эти дрожжи, в частности Nottingham ale, обладают очень хорошей для сухих дрожжей способность к оседанию и неплохой скорость сбраживания. Однако при высоких комнатных температурах брожения могут дать не очень хороший вкусовой профиль. Их стихия низкие комнатные температуры, оптимальная, примерно 17оС. Автор этих строк был вполне доволен результатами и при 19оС.

Более предпочтительны с точки зрения разнообразия и качества штаммов жидкие культуры, например, лаборатории White Labs, которые не содержат контаминантов вовсе. Но такие культуры имеют весьма ограниченный срок годности. (Помните о дегенерации дрожжей?) По оптимистическим оценкам, дрожжи под слоем жидкости можно хранить до полугода, по пессимистическим, всего несколько дней. Однако домашние пивовары по всему миру используют подобные культуры несмотря длительные сроки доставки. Более стабильны и долговечны чистые культуры, полученные с помощью холодного высушивания (The National Collection of Yeast Cultures maintains – NCYC). Эта технология позволяет приготовить культуру практически любого пивного штамма. Однако дрожжи из коллекции NCYC мало доступны домашним пивоварам из-за относительно высокой стоимости – от 45 английских фунтов за пробирку.

Кроме того  NCYC, как и другие подобные организации (например, ВМПК – Всероссийская Коллекция Промышленных Микроорганизмов) не публикуют в своих каталогах исчерпывающую информацию об использовании культур. Такие «инструкции» чаще всего защищены патентами. Хотя пробирка с культурой из NCYC может содержать очень много интересных сведений такого типа.

Сейчас почему-то не практикуется продажа дрожжей для домашнего пивоварения на твердой питательной среде. Хотя такой метод хранения – в плотно закрытой пробирке заполненной смесью сусла и агар-агара, – и основанная на нем методика разведения, используется в пивоварении уже более сотни лет и дает прекрасные результаты. Производители, вероятно, стремятся к поставкам готового продукта, который можно после простейших процедур засеивать в бродильную емкость. Они даже настаивают на этом. Особенно производители сухих дрожжей. В инструкциях часто можно найти требования использовать столько-то грамм на литр сусла. Это справедливые указания. Очень важно, как мы увидим ниже, соблюдать определенную норму засева, которая измеряется в миллионах клеток на миллилитр сусла, и варьируется для различных типов дрожжей и стилей пива.

Лаборатории, специализирующиеся на поставках жидких культур, либо советуют изготовить «стартер», либо используют упаковку, содержащую и дрожжи, и питательную среду, разделенные перегородкой. Такой пакет нужно «активировать», то есть попросту устранить эту перегородку штатными средствами. Изготовление стартера это тоже соединение культуры дрожжей с небольшим количеством  пивного сусла. Подобные меры служат для увеличения числа активных клеток перед засевом. Для нормального брожения норма засева составляет примерно 10 миллионов клеток на каждый миллилитр сусла в вашей бродильной емкости. В противном случае возможно появление некоторых проблем, которые будут рассмотрены нами ниже.

Производители сухих дрожжей советуют, прежде чем использовать культуру, поместить содержимое одного или нескольких пакетиков в небольшое количество теплой воды. Эта процедура, получившая название «регидрация», очень важный момент при использовании высушенных дрожжей. Ключевые слова здесь «небольшое количество воды». Дело в том, что в результате многочисленных научных исследований процессов регидрации сухих пивных и винных дрожжей установлено, что чистая вода не лучшая среда для этих целей. Дистиллированная и де-ионизированная вода даже весьма опасны. Поэтому производители помещают в пакетик вместе с сухими дрожжами еще и необходимые питательные и другие вещества, обеспечивающие высокую выживаемость клеток.

Однако сухим дрожжам также может понадобиться стартер. Культуры попадают к конечному потребителю, пройдя длинный и полный превратностей путь. Какова была температура пакетиков при транспортировке и хранении не знает ни кто. Между тем это очень существенный для сохранности дрожжей параметр. Их можно убить замораживанием при отрицательных температурах. Даже хранение при комнатной температуре способствует низкой выживаемости.  После года хранения при 22оС лишь 50% клеток сохраняют жизнеспособность. Узнать, сколько потенциально живых одноклеточных существ в пакетике, который вы держите в руках можно только экспериментальным путем.

Обрести уверенность в этой ситуации, (особенно когда срок хранения продукта близок к финалу или уже истек), поможет стартера. В небольшом количестве питательного сусла оставшиеся в живых клетки быстро размножатся до максимально возможного количества. При хорошей аэрации в качественном сусле это около 100 млн клеток на миллилитр.  Если использовать специальные средства, например магнитную мешалку, то можно получить до 300 млн клеток. Реальное число будет лимитироваться содержанием азота в питательной среде. Таким способом в одном литре сусла вы сможете вырастить примерно 300 млрд клеток! Пачка свежих дрожжей Nottingham ale (11 г), содержит «всего» 55 млрд. Таким образом, одной (даже немного просроченной пачкой) можно заменить почти шесть совершенно свежих и засеять до 30 л сусла!

В домашнем пивоварении применяются, в основном, «верховые» дрожжи. Поскольку пивовары редко используют холодильники для брожения. Сейчас доступно довольно много дрожжей для эля, которые делают замечательное пиво в широком диапазоне комнатных температур: от низких 17-19°С до умеренных 19 – 22°С. При этом штаммы могут сильно различаться по характеру своего поведения при брожении: от ярко выраженных «top cropping», (вполне могут покинуть пределы бродильной емкости через гидрозатвор), до вполне «спокойных», образующих немного пенки на поверхности сусла (почти как «низовые» дрожжи). При этом и те, и другие, будут обладать способностью к оседанию (flocculation): от средней до высокой. Сегодня редко используются дрожжи с низкой флоккулентностью.

По поводу дрожжей для лагеров, здесь мы отметим лишь необходимость повышенной в 1.5-2 раза нормы задачи, по сравнению с дрожжами для эля, и потребность в более интенсивной аэрации. Некоторые авторы рекомендуют даже использовать чистый кислород.

Микробы и воздух

Брожение это процесс переработки дрожжами сахаров сусла в спирт и углекислый газ, причем процесс анаэробный – т.е. протекающий без доступа кислорода. Однако для того чтобы концентрация дрожжей в бродильной емкости поднялась с начальной нормы задачи 10 млн клеток на 1 мл  до нормальной при брожении (100 млн. клеток на 1 мл сусла) необходим кислород. Для этого производится аэрация сусла до задачи дрожжей, а еще лучше в процессе задачи. Аэрация осуществляется или окружающим воздухом с помощью компрессора или чистым кислородом. Последнее особенно необходимо для высокоплотного пива. Чистый кислород стерилен и не вызывает проблем. При аэрации воздухом необходимо использовать обеспложивающие мембранные фильтры с размером пор менее 0,45 мкм. Для аэрации пива при перекачивании из сусловарочного бака в ферментер очень полезным может оказаться«камень» из нержавеющей стали(размер пор 2 микрона).

Другой проблемой связанной с загрязненностью воздуха микробами сейчас признаются открытые бродильные емкости. В определенное время года (особенно осенью) содержание в воздухе микроорганизмов животного и растительного происхождения достигает концентрации 2,5 105дрожжеподобных грибов/куб. м. Известны случаи, когда осенние полевые работы нарушали деятельность пивоваренных предприятий расположенных даже в центре города. В отечественной практике пивные заводы часто располагались по соседству с предприятиями по переработке молока. Ветер со стороны такого соседства часто приводил к печальным последствиям для производства пива, ибо нес огромное количество молочно кислых бактерий, которые являются опасными контаминантами пива.

Разберемся, может ли нечто подобное произойти на кухне, где домашний пивовар делает свое пиво. Как мы узнали ранее поверхности пивоваренного оборудования, соприкасающиеся с пивом, необходимо тщательно мыть и обрабатывать дезинфицирующими средствами. Однако воздух кухни по-прежнему содержит пыль с прилипшими к пылинкам микроорганизмами. (Иначе откуда бы микробы попали на поверхности оборудования?) Если кухня имеет площадь 14 кв. м и высоту потолка 3 м, ее объем составит 42 куб. м. Легко рассчитать, что в таком объеме воздуха может быть 1,05 107дрожжеподобных грибов. Это количество уже сопоставимо с числом живых засушенных дрожжей в просроченном пакетике для домашнего пивоварения. Для оценки были взяты приведенные выше данные.

Конечно, все эти микроорганизмы даже теоретически не смогут попасть в бродильную емкость с открытой на некоторое время крышкой. Но о потенциальной опасности воздушного пути проникновения контаминантов нельзя забывать и бродильную емкость нужно обязательно закрывать или крышкой, или тщательно проглаженным горячим утюгом полотенцем – это очень хороший способ, например, при охлаждении сусла погружным чиллером, когда плотно закрыть крышку просто нет возможности. (О том, как предотвратить проникновение микробов в различные емкости, написано в статье «Азы микробиологии для домашних пивоваров»).

Приведенное выше количество бактерий в воздухе для обычной средней кухни, вероятно, завышено. Автор привел максимально зарегистрированное число, которое только смог найти. В реальных помещениях число микробов в воздухе может существенно варьироваться в 1000 и более раз. Об этом свидетельствуют измерения. На количество микроорганизмов влияют различные факторы: наличие ковров, домашних животных, растений, увлажнителей воздуха, кондиционеров, пылесосов, вентиляторов. Пыль, содержащая споры и микробные клетки легко может подниматься в воздух от самого незначительного воздействия – сквозняков или при ходьбе людей и животных. Воздух содержит меньше микробиоты в зимнее время. Летом наружный воздух может содержать гораздо больше вредных для пива микробов, чем воздух внутри помещения.

Любопытно сравнить поверхности и воздух по количеству микробов. Для примера возьмем данные по Международной космической станции, о ней есть опубликованные материалы.  Бактерии Staphylococcus в пробах с поверхностей встречались в 84 случаях из ста, в пробах воздуха – в 39 случаях. Аналогично плесени Aspergillus в пробах с поверхностей – в 20 случаях, из воздуха в 5. Даже дрожжи Sacharomyces были найдены в 3 пробах из ста, хотя на МКС никогда не варили пиво. Соотношение конечно в пользу поверхностей, они представляют большую опасность, но и угрозой со стороны воздуха также нельзя пренебрегать. Особенно если чистые емкости открыты длительное время. На мини пивоварнях США, например, считается, что спустя сутки даже закрытые баки нужно дезинфицировать снова. Необходимо также помнить, что пивовар не летает по кухне, а ходит по полу, усеянному пылью с чрезвычайно опасными микроорганизмами, поднимая эту пыль в воздух. Есть данные, что простое механическое воздействие на скопление пыли, способно увеличить содержание спор в воздухе в тридцать и более раз.

Антимикробные свойства пива

Вернемся к технологии производства. Мы тщательно вымоли бродильную емкость и шланги, обработали все, что нужно дезинфицирующим составом, ополоснули (если это предусмотрено) чистой кипяченой водой. (Емкость при этом закрыта крышкой или чистой, почти стерильной, тканью, проглаженной горячим утюгом). В сусловарочном баке, мы прокипятили весь объем сусла с хмелем.

На стадии охлаждения пива нас ждет еще одна угроза. Остывая водяной пар, находящийся над поверхностью сусла конденсируется и его место должен занять воздух, который несет угрозу в виде пылинок, усеянных микробами. Поэтому, для охлаждения необходимо либо использовать противовточный чиллер, при этом сусло в сусловарочном баке остается очень горячим (можно даже не выключать плитку, чтобы поддерживать высокую температуру),  либо накрывать бак с погружным охладителем большим проглаженным горячим утюгом полотенцем. Это уменьшит угрозу контаминации на этапе охлаждения, а также при перекачке из сусловарочного бака в ферментер.

Вот, наконец, сусло перелито в бродильную емкость. Предположим, что все рутинные процедуры, перечисленные выше, мы сделали очень тщательно. Предположим, что у нас есть очень хорошая культура пивных дрожжей. Теперь самое время вспомнить, что наши с вами меры по дезинфекции оборудования и кипячению сусла, к сожалению не уничтожили споры некоторых бактерий и плесеней, способных успешно развиваться в питательном растворе сахаров. Что делать?

В этой ситуации можно и нужно рассчитывать только на пивные дрожжи и хмель. Одноклеточные пивовары не могут убивать другие виды микробов, но они способны создать в ферментере среду малопригодную для жизни посторонних микроорганизмов. При брожении дрожжи делают три вещи очень важные с этой точки зрения: вырабатывают углекислый газ, спирт и понижают рН с 5,0-5,2 характерного для сусла до 3,8-4,0 характерного для пива.

Все перечисленные факторы обладают антимикробным действием. В их сочетании возникает некий кумулятивный эффект – три фактора вместе действуют эффективнее, чем по отдельности. Биохимические механизмы этого усиления еще не совсем изучены современной наукой, так же как еще не до конца ясны механизмы действия каждого фактора в отдельности. Но многое понятно. Для развития плесеней необходим кислород. Дрожжи сами потребляют кислород, растворенный в сусле, и закрывают поверхность будущего пива, слоем углекислого газа, блокируя доступ спор к воздуху со всех сторон. Подкисление среды (до рН=4 и менее) фактор весьма эффективный против термостойких спор бактерий, способных пережить кипячение и действие дезинфектантов. Споры в такой среде чаще всего прорастать не могут и остаются в латентном состоянии, выпадая на дно фермента вместе с частичками белка и оседающими пивными дрожжами.

Необходимо понимать, что пивовару нужно кое-что сделать самостоятельно, чтобы дрожжи быстро и качественно выполнили свою работу по блокировке агрессии со стороны микробов. Недостаточно просто рассыпать сухие дрожжи по поверхности сусла в бродильной емкости, как иногда пишут в инструкциях и руководствах. Не нужно так делать никогда. Самый лучший способ заставить дрожи работать в сусле быстро и эффективно – сделать хороший, достаточный по объему стартер. Как уже отмечалось, только таким способом можно обеспечить необходимую для быстрого начала брожения норму засева на уровне 10 мнл клеток на миллилитр сусла. При этом тело стартера подкисляет содержимое бродильной емкости. (Иногда используют и другие способы подкисления, например молочной или ортофосфорной кислотой). Нелишне будет подчеркнуть, что для приготовления стартера, должны использоваться высококачественные пивные дрожжи и по возможности стерильное сусло.

К сказанному осталось добавить, что благодаря антимикробным факторам, возникающим в процессе жизнедеятельности дрожжей, в сочетании с действием изомеров горьких кислот хмеля, пивоварение является относительно простым делом. В противном случае нам бы понадобился автоклав для стерилизации всего объема будущего пива при температуре 121°С, а также химические препараты – стерилянты, – концентрированные растворы надкислот – способные сокрушить все живое, включая споры любых плесеней и бактерий.

Однако имеются микроорганизмы, которые достаточно неплохо переносят антимикробный арсенал пива и способны в нем развиваться, несмотря на хмель, низкий рН, спирт, СО2и отсутствие кислорода. Это собственно и есть контаминанты: дикие дрожжи и некоторое число бактерий.Эти микробы легко уничтожить кипячением сусла и обработкой химическими дезинфектантами внутренности бродильной емкости. Однако если дезинфекция оборудования была проделана небрежно, или не сделана вовсе, солодовый экстракт из вздутой банки не подвергался кипячению, бродильная емкость с суслом постояла открытой рядом с вентилятором или кондиционером, эти микроскопические создания контаминируют ваше пиво и станут в нем жить и множиться.

Современные книги по микробиологии пива подчеркивают опасность попадания даже относительно малого количества бактерий–контаминантов и диких дрожжей в бродильную емкость с пивом. Специалисты предостерегают против использования открытых ферментеров, которых на самом деле становиться все меньше в пивоваренной промышленности. Многие устройства открытого типа, например холодильные тарелки, служившие ранее для охлаждения и очищения сусла от взвесей, ныне не используются совершенно.

При этом в среде домашних пивоваров бытует мнение, что из воздуха может упасть в пиво одна или две бактерии. Какая же в этом угроза? Однако, как мы уже видели, пыль, витающая над ферментером, может содержать как немалое видовое многообразие микроскопических существ (в том числе и злостных контаминантов), так и довольно большое их количество. Но даже если предположить что все 10 миллионов вредителей, которые теоретически могут находиться в воздухе кухни, попадут в пиво, то это явно меньше 300 миллиардов клеток культурных дрожжей в хорошем стартере. Конечно, если вы рассыпаете сухие дрожжи по поверхности сусла, да еще пакетик у вас не первой свежести, проблемы могут появиться уже вначале главного брожения. Стартер в состоянии кардинально исправить ситуацию. Культурные дрожжи благодаря своему численному перевесу, в первый день главного брожения (у вас будет уже более 2 000 млрд клеток), скорее всего не дадут шансов контаминантам повлиять на вкусовые качества пива.

Это вселяет оптимизм, который омрачает лишь одно обстоятельство – бактерии весьма плодовиты. Одна особь может дать потомство в 2 000 млрд клеток всего за 14 часов. В реальности все конечно несколько сложнее. Исследования микробов в различных видах пива показывают очень неоднозначные результаты. В 1980 г. был проведен такой эксперимент. 13 видов лактобацилл внесли в 31 образец различных типов пива. Оказалось, что все лактобациллы смогли размножаться только в трех случаях. В пяти образцах не развился ни один микроорганизм. Это исследование, в частности, можно интерпретировать в том смысле, что заражение пива – в известной мере лотерея, может случиться, а может, и нет при одних и тех же внешних условиях. Многое зависит от самого пива и его свойств. В частности от степени охмеления.

Горькие кислоты хмеля подавляют рост многих микроорганизмов. На рисунке показано воздействие этих веществ на рост бактерий Lactobacillus brevis. По вертикальной оси отложена концентрация микробов после 60 часов роста в питательной среде. За 100% принято число бактерий в отсутствии хмеля. По горизонтальной оси – содержание различных горьких кислот, а также их изомеров (▴α-acids; ▪β-acids and essential oils; ♦ rho-iso-α-acids; Δ iso-α-acids; □ hexahydro-iso-α-acids; ⋄ tetrahydro-iso-α-acids) в ppm (частей на миллион). Из рисунка видно, что некоторые изомеры горьких кислот хмеля способны подавить развитие Lactobacillus brevis даже при концентрации 2 ppm. Замечу, что изомеры образуются и растворяются в сусле лишь в процессе длительного кипячения. Хотя, среди лактобактерий встречаются виды, отличающиеся своей устойчивостью к хмелю более чем в 10 раз.

Кроме упомянутых выше трех антимикробных факторов (этиловый спирт, углекислый газ, низкий рН), пивные дрожжи в процессе жизнедеятельности продуцируют и другие вещества, обладающие противомикробными свойствами: аланиловые дипептиды (способны подавлять размножение лактобацилл), диоксид серы (является естественным консервантом широкого спектра). Стойкость пива к контаминации приписывается также действию «совместного осаждения» бактерий с пивоваренными дрожжами. Таким образом, сделанный выше вывод о влиянии многих факторов на устойчивость пива к порче микроорганизмами, подтверждается современными исследованиями микробиологов. От пивовара же требуется три простые вещи: соблюдать элементарные правила и меры санитарии, не менее часа кипятить сусло с хмелем, и правильно делать стартер.

Главное брожение

Дрожжевые клетки могут расти в относительно простой среде, используя в качестве сбраживаемых сахаров глюкозу, фруктозу, галактозу, сахарозу, мальтозу, мальтотриозу. Источником азота, необходимого при синтезе белков, для них служит аммоний, мочевина или аминокислоты. Кроме того, для размножения дрожжей необходимы фосфаты, сульфаты, хлориды, кислород, а также ряд ионов металлов – калия, магния, кальция, железа, меди, цинка и марганца. Большинство штаммов дрожжей нуждаются в одном или нескольких витаминах.

Сусло, приготовленное из высококачественно солода, в достаточной мере обеспечивает дрожжи всем необходимым, кроме кислорода, так как после продолжительного кипячения его содержание падает. Аэрация перед  задачей дрожжей (или в процессе внесения) является первейшей обязанностью пивовара.  Использование солодовых экстрактов с добавками различных углеводов, может привести к недостатку питания. В большинстве случаев проблемы неполного сбраживания возникают вследствие остановки роста дрожжей вызванной нехваткой витаминов, микроэлементов, источников азота, или  плохой аэрацией.

Основная задача пивного брожения – это преобразование сбраживаемых сахаров в этиловый спирт и двуокись углерода, в результате чего и происходит превращение сусла в пиво. Скорость и характер протекания этого процесса определяет время необходимое для главного брожения и достижения окончательной концентрации в пиве спирта и других важных компонентов будущего напитка. Состав сусла может быть различным в зависимости от компонентов используемых пивоваром: солодов засыпи, экстрактов, дополнительных сахаров. В том случае, когда затор готовят только с использованием солода, имеется следующее содержание углеводов в процентах от общего экстракта (примерно):  гексозы (глюкоза и фруктоза) – 9%, сахароза – 6%, мальтоза – 41%, мальтотриоза – 14%,  мальтотетроза – 6% и декстрины – 22%. Интенсивность брожения зависит от скорости поступления сбраживаемых сахаров в клетки. Потребление начинается с глюкозы, далее утилизируются другие углеводы в приведенной выше последовательности. Декстрины (и мальтотетроза) не усваиваются пивными дрожжами.

Итак, главное брожение – после непродолжительной фазы задержки (лаг-фазы) необходимой дрожжам для перестройки своего обмена веществ к новым условиям, начинается питание и размножение клеток (фаза логарифмического роста – лог-фаза). Под действием глюкозы свежего сусла, потребление дрожжами мальтозы и мальтотриозы прекращается, не смотря на присутствие этих соединений. Их поглощение возобновится, когда концентрация глюкозы станет меньше 0.5% масс. (примерно через 24 часа брожения). Мальтоза и мальтотриоза активно транспортируются внутрь клетки, где гидролизуются до глюкозы. Содержание мальтозы в сусле начинает резко падать после 24 часов брожения, а сбраживание заканчивается в течение примерно 70 часов. Брожение мальтотриозы продолжается даже спустя 120 часов, хотя концентрация этого соединения существенно снижается. Содержание мальтотетрозы не изменяется до конца брожения.

Необходимо отметить одну особенность поведения дрожжей. Она может представлять интерес для пивоваров, активно использующих глюкозу в качестве весомой добавки к солодовому экстракту. Высокая начальная концентрация этого моносахарида задерживает достижения той точки в цикле брожения, когда происходит переключение на потребление мальтозы (мальтозная лаг-пауза) или такое переключение не происходит вовсе (прекращение брожения).

Главное брожение характеризуется бурным выделением углекислого газа, что легко заметить по пузырькам, интенсивно образующимся в гидрозатворе бродильной емкости. Концентрация дрожжевых клеток в миллилитре пива достигает 100 млн клеток. Лог-фаза заканчивается спустя, примерно, 40 часов с момента начала брожения, и дрожжи переходят в стационарную фазу.

Наконец, на третий-пятый день (в зависимости от состава сусла, штамма и нормы задачи), питательные вещества сусла заканчиваются и культурные дрожжи начинают садиться на дно ферментера. Интенсивность выделения СО2при этом существенно уменьшается, что сказывается на скорости образования пузырьков в ГЗ.Через несколько дней в миллилитре пива может остаться менее 1 млн. дрожжевых клеток. Еще через неделю иные культурные дрожжи в пиве можно будет найти лишь с применением специальных методик: фильтрования или центрифугирования. Дело в том, что хорошие дрожжи должны очень хорошо оседать. Сказанное относиться и к низовым дрожжам к дрожжам для эля.

Главное брожение начинается с размножения клеток. На этой стадии дрожжи активно усваивают аминокислоты сусла – отни­мают аминогруппу (-NH2), необходимую для строительства клеточных белков, – в результате остаются органические кислоты (это так называемые нелетучие кислоты). Одновременно происходит потребление сахаров. В начальной стадии брожения присутствие кислорода  делает этот процесс более эффективным с энергетической точки зрения, чем последующее анаэробное спиртовое брожение. Наличие кислорода также необходимо клеткам для синтеза ряда веществ – важнейших компонентов клеточных мембран, и по этой причине жизненно необходимых для роста и размножения. Синтез белков и спиртовое брожение, взаимосвязанные процессы. По исчерпанию источников азота в сусле способность клеток к утилизации сахаров быстро падает независимо от их присутствия в среде.

Метаболизм дрожжей приводит к появлению самых разнообразных вкусов и ароматов молодого пива, которые должны исчезнуть в процессе созревания. Ответственными за эти букеты являются альдегиды (карбонилы)и вицинальные дикетоны (диацетил и пентандион). Важнейший альдегид – ацетальдегид, который образуется в первые 48 часов брожения. Соединение придает пиву «зеленую», «травянистую» ноту (некоторые авторы говорят о привкусе «подвала» или «подземелья»). В дальнейшем, на заключительном этапе брожения и в процессе дображивания, карбонилы вступают в реакции с другими веществами, главным образом диоксидом серы, и образуют соединения без вкуса и запаха. Содержание ацетальдегида падает и составляет 8-10 мг/л (при пороге вкусового восприятия 20 мг/л). Диоксид серы вырабатывается дрожжевыми клетками на заключительных стадиях брожения.

Кетоны образуются в два этапа. При синтезе аминокислот дрожжи выделяют в сусло сложные вещества–предшественники (ацетогидроксикислоты), из которых вне клетки формируются диацетил и пентандион. Диацетил вследствие низкого порогового значения восприятия – 0.10-0.12 мг/л, явным образом сообщает пиву негативный привкус от сладкого до противного. Пентандион (с высоким порогом 0.6-0.9 мг/л) оказывает гораздо меньшее влияние. Образование предшественников зависит от температуры брожения, количества и расы дрожжей.

При низких температурах максимальная концентрация этих веществ достигается на третьи сутки брожения и составляет 0.6-1.8 мг/л, снижаясь к моменту перекачки пива на дображивание до 0.3-0.6 мг/л. Прежде чем приступать к охлаждению в фазе созревания необходимо выждать понижения концентрации до 0.10-0.12 мг/л. Расщепление  образовавшихся при этом кетонов (диацетила и пентандиона) осуществляется ферментативным путем внутри дрожжевых клеток. Скорость этого процесса существенно выше скорости самопроизвольного образования диацетила и пентандиона, которая, поэтому, является определяющим параметром при созревании пива.  В домашнем пивоварении с его высокими температурами брожения, о содержании кетонов можно не беспокоиться, их самопроизвольный синтез и расщепление дрожжами в основном закончиться в течение нескольких дней с момента засева дрожжей.

На этапе главного брожения образуются вещества – компоненты аромата и вкуса готового пива. Это высшие спирты(сивушные масла) и эфиры. Существует несколько путей синтеза высших спиртов, но 80% процентов образуется на стадии главного брожения в результате усвоения дрожжами аминокислот сусла или (большая часть) в ходе внутриклеточного синтеза белков. Содержание высших спиртов колеблется от 60 до 150 мг/л, (при низовом брожении и низких температурах от 60 до 90 мг/л). Дрожжи верхового брожения образуют существенно больше этих соединений, причем пылевидные продуцируют их меньше чем хлопьевидные. В сусле из бедного белком или слабо растворенного солода (или с использованием несоложеного сырья) всегда образуется больше высших спиртов. Чрезмерно высокое содержание аминокислот, также способно привести к усиленному образованию этих соединений. Дображивание незначительное увеличивает концентрацию,  на 5-15 мг/л.

Ароматические высшие спирты способны влиять на вкус и аромат пива. Содержание фенилэтилового спирта, который придает специфический «цветочный» привкус, составляет от 10 до 20 мг/л. Триптофол обладает слабым горьким, при больших концентрациях фенольным вкусом, его содержание составляет 0.15-0.50 мг/л (при теплом брожении 0.5-4.0 мг/л). Тиросол характеризуется более интенсивной горечью и слегка желчным привкусом, его содержание в пиве 3-6 мг/л.

Сложные эфиры являются важнейшими участниками формирования аромата. Считается, что их синтез протекает внутри дрожжевой клетки с участием кислот и соответствующих спиртов с помощью фермента алкоголь-ацилтрансферазы. (В клетке содержится также фермент эстераза, способный гидролизовать эфиры). В пиве было выделено около шестидесяти различных соединений этого типа, однако существенное влияние на вкус и аромат имеют только шесть. При созревании взаимодействие высших спиртов и кислот продолжается, содержание и тех и других падает, но появляются новые эфиры, среднее количество которых может возрасти вдвое (от 30 до 200% для различных видов).

Значение органических кислот заключается в возможности образования с их участием сложных эфиров. К летучим органическим кислотам относятся уксусная (в пиве содержиться 20-150 мг/л) и муравьиная (20-40 мг/л), образующиеся в результате расщепления глюкозы. Нелетучие кислоты – пировиноградная (40-75 мг/л), яблочная (60-100 мг/л), лимонная (110-200 мг/л), молочная (40-80 мг/л), – образуются в результате спиртового брожения, а также в процессе дезаминирования аминокислот (смотри выше).

Содержание уксуснокислых эфиров составляет в пиве низового брожения 15-40 мг/л (в пиве верхового брожения больше). При этом на этилацетат приходиться 12-35 мг/л (так как этиловый спирт является доминирующим), а метилацетат присутствует лишь в незначительных количествах (1-8 мг/л). Изомилацетат  (1-5 мг/л) при превышении порогового значения восприятия (5 мг/л, а по некоторым данным – 1.6 мг/л) придает пиву отчетливый фруктовый привкус. В формировании аромата пива участвуют также этиловые эфиры других органических кислот, например «яблочный эфир» и другие.

Несколько слов необходимо сказать о соединениях серы. В отличие от SO2, о котором речь шла выше, сероводород, оказывает на вкус лишь негативное влияние, благодаря своему неприятному запаху. Однако избыточное выделение Н2S в пиве из соложеных материалов наблюдается лишь в редких случаях, к тому же это соединение достаточно летучий газ, который удаляется из ферментера вместе с углекислотой во время главного брожения и его содержание в пиве (менее 0.5 мг/л) оказывается ниже порога чувствительности.

Содержание диметилсульфида (ДМС) не связано с деятельностью дрожжей, оно обусловлено качеством солода, способом затирания и продолжительностью кипячения сусла. Снижение присутствия этого соединения достигается применением качественного сырья, отварочного метода затирания и продолжительного кипячения.

Таким образом, вкусо-ароматический профиль готового пива определяется наличием довольно большого количества различных веществ – продуктов жизнедеятельности дрожжевых клеток, которые синтезируются и усваиваются ими на различных стадиях жизненного цикла.  От того насколько удачно процессы аэрации и бурного роста дрожжевой массы, анаэробного сбраживания сахаров сусла и созревания пива четко разграничены во времени зависит успех всего процесса производства, и вкусовые качества готового продукта.  Именно по этой причине необходимо задать в сусло достаточное количество дрожжей (около 10 млн клеток на 1 миллилитр). Только при таком условии размножение клеток закончится быстро, и они начнут расщеплять диацетил уже на стадии главного брожения, прежде чем опустятся на дно ферментера. Вот почему нельзя допускать аэрацию сусла при розливе, уже после завершения созревания пива, но об этом немного позже, не будем забегать вперед.

Не трудно догадаться, что появление в пиве посторонних микроорганизмов, со своим метаболизмом питательных веществ и своим особым набором продуктов жизнедеятельности, способно существенно изменить картину вкусового и ароматического профиля. В этой связи самое время вспомнить о контаминантах, которые все же смогли попасть в бродильную емкость. Не нужно думать, что в меньшинстве они обречены. Микробы могут спокойно питаться, и размножаться. Причем если культурные дрожжи почкуются каждые 90-180 минут, то бактерии делятся (при этом их число удваивается) каждые 20 минут (через шесть часов одна особь способна дать полумиллионное потомство). При этом размножение культурных дрожжей заканчивается с исчезновением кислорода в сусле (часов через сорок с момента начала брожения), а многим контаминантам кислород не нужен вовсе и они прекрасно множатся, пока есть сахара и источники азота, которыми еще богато молодое пиво.

Дикие дрожжи – собратья микроскопических пивоваров, –  оседают очень плохо, им не привили таких качеств. В отличие от культурных дрожжей, некоторые «дикие» штаммы, например, рода Pichia могут размножаться в анаэробных условиях. В борьбе за выживание эти одноклеточные грибы обладают и другими преимуществами. Например, близкие «родственники» пивных дрожжей дикие штаммы рода Saccharomycess имеют более простой, чем их культурные сородичи обмен веществ и, следовательно, более высокую скорость усвоения питательных сахаров сусла, и большую продуктивность при размножении. «Дикие» дрожжи Dekkera bruxelensis способны вытеснить популяцию культурных дрожжей даже во время главного брожения.

Необходимо помнить и о бактериях, например о лактобациллах – верных спутниках человека. Среди молочнокислых бактерий выделяются весьма мелкие и слабо оседающие экземпляры – педиококи. Лактобациллы, конечно, предпочитают более обильный рацион, чем тот который остается после главного брожения, но пивовары часто сами «исправляют» – добавляют праймер (раствор глюкозы для карбонизации пива), как это рекомендуют руководства по домашнему пивоварению.

Таким образом, напрашивается вывод, что нельзя пренебрегать никакими мерами, направленными на снижение вероятности попадания опасных контаминантов в пиво. Относительно малое их число способно породить большие проблемы. Даже на этапе главного брожения, когда сусло содержит большое количество культурных дрожжей, популяция контаминантов может успешно развиться параллельно, а при определенных условиях достичь численного перевеса над популяцией дрожжей. Последствия для пива будут крайне неприятны – нарушения вкуса, от весьма заметных до фатальных. В некоторых случаях возможна полная остановка брожении.

Дображивание (вторичное брожение) и розлив

На пивоваренных предприятиях пиво по окончании главного брожения перекачивают из бродильных танков по трубопроводам в специальные емкости, лагерные танки, для дображивания и созревания. Выдержка пива в таких баках, производиться сначала при температуре брожения, затем при более низких температурах. Вначале процесса пиво содержит еще довольно много дрожжей (до 20 млн клеток на 1 мл) и сбраживаемых сахаров (до 1,5%).

На первой стадии (при температуре брожения) происходит частичное оседание дрожжей и биохимические реакции созревания пива. В процесс дображивания, так или иначе, вовлечены дрожжи. Они перерабатывают диацетил и пентандион, вырабатывают естественный консервант, диоксид серы, который также играет важную роль в процессах созревания – вступает в реакцию с альдегидами. При этом образуются вещества без вкуса и запаха. Дрожжи, потребляя остаточный сахар, не усвоенный на стадии главного брожения, выделяют углекислый газ. В финале первой (теплой) стадии созревания, емкость закрывают – шпунтуют. Растворимость углекислоты растет при охлаждении, поэтому для хорошей карбонизации, а также выпадения белков холодной коагуляции температуру в танке опускают, для лагерных сортов пива до -1°С. При этой температуре и заканчивается созревание.

Ранее на пивоваренных предприятиях существовало правило: «одна неделя брожения, и на каждый процент начальной экстрактивности сусла — одна неделя дображивания». Теперь, когда применяются чистые (свободные от контаминантов) культуры дрожжей и ускоренные методы, упомянутые выше – дображивание при температуре главного брожения и созревание при низких температурах, – это правило уже не актуально. Только при «холодном» дображивании и созревании, когда пиво в конце главного брожения начинает охлаждаться до низких температур около 3-4°С, требуется достаточно много времени, чтобы в холодном сусле осуществились все упомянутые выше процессы.

На пивных заводах после дображивания пиво фильтруют и разливают в бутылки, банки, КЕГи. Все чаще используются обеспложивающие мембранные фильтры, которые удаляют из пива белковые взвеси холодной коагуляции и все живое, в том числе и последние оставшиеся дрожжи. Розлив в банки и бутылки осуществляется без контакта пива с воздухом. Бутылки моют, дезинфицируют и ополаскивают чистой горячей деаэрированной водой (одноразовые только ополаскивают), затем продувают стерильной углекислотой и наполняют так, что пена поднимается до самого края горлышка. Перед укупоркой специальный молоточек ударяет по бутылке, чтобы шапка пены подросла до нужного уровня. Требования к чистоте очень строгие – пиво должно содержать менее 100 микробных клеток на литр.

При розливе, традиционных английских бочковых элей, дображивание и насыщение пива углекислым газом происходит уже в бочке при температуре подвала (примерно 12°С). Поэтому пиво перекачивают в каски (бочки) когда после оседания и созревания в танке на заводе, концентрация дрожжей составляет около 2 млн клеток на 1 мл пива, а остаточный (способный к брожению) сахар не менее 1%. В бочку добавляют осветляющие вещества, например рыбий клей. Когда пиво попадает в паб, процесс дображивания и карбонизации еще не закончился. Он завершается в подвале, при этом пиво осветляется до нужной кондиции.

Как нетрудно видеть, требования к микробиологической чистоте на стадии розлива предъявляются очень строгие, контакт пива с воздухом и всеми возможными контаминантами, исключен полностью с помощью различных мер. В их числе и продувка всех объемов (трубопроводов, баков, бутылок и прочего), стерильной углекислотой и многое другое. Контакт фильтрованного пива с воздухом недопустим не только по причине возможной контаминации. Кислород в готовом пиве является причиной его старения – ухудшения вкуса со временем.

В домашних условиях пивовары также применяют дображивание в отдельных емкостях – вторичных ферментерах. С этой целью осуществляется перелив. Для домашнего пивоварения продается много интересного оборудования, позволяющего исключить на этой стадии контакт пива с воздухом. Это, например, бродильные емкости с коническим основанием. Используя такое устройство, можно не переливать пиво вовсе, а просто слить дрожжи из конуса. Ёмкости, оборудованные краном, также позволяют перелить пиво в другую такую же емкость, или бочонок типа КЕГ, исключив аэрацию. Для розлива в бутылки тоже существуют специальные устройства, в виде длинных трубок, которые достигают дна. Краны в бочки и баки также врезаются как можно ближе к основанию. Эти меры снижают аэрацию при переливах. Имеются в продаже различные санирующие фильтры, с размером пор менее 0,45 мкм которые можно использовать для очистки от микробов нестерильных газов.

Однако чаще всего в домашнем пивоварении можно видеть совсем другую картину. После брожения крышка с ферментера снимается и начинается перелив в другой такой же ферментер, (тоже со снятой крышкой) обычной сифонной трубкой со шлангом. Розлив в бутылки осуществляется примерно таким же манером. На что нужно обратить внимание прежде всего? Во-первых, на крышки. Емкости обязательно должны быть прикрыты. Во-вторых, перелив с помощью сифонной трубки часто делается неправильно, что приводит к сильной аэрации пива, совершенно не нужной, ни перед вторичным брожением, ни на стадии розлива в бутылки. Заполнение емкостей необходимо осуществлять снизу, чтобы между поверхностью пива и воздухом всегда успевал сформироваться слой углекислого газа, растворенного в пиве и медленно из него выходящего. Слой формируется за счет того, что углекислота тяжелее воздуха. Если же вы не опускаете шланг на самое дно емкости, и пиво бодрой струей падает вниз, то сильная аэрация неизбежна.

Почему кислород опасен для готового пива? Есть два момента. Аэрация пива приводит к образованию веществ изменяющих вкусовые качества напитка – карбонилов. Эти сложные соединения обладают низким пороговым значением вкуса, и со временем их концентрация в готовом пиве возрастает. Этот процесс называется старением. Пиво приобретает хлебный привкус, постепенно переходящий в картонный. Впоследствии добавляются еще вишневые и карамельные привкусы. Дрожжи в нефильтрованном пиве способны восстанавливать карбонилы до высших (сивушных) спиртов. Однако в присутствии кислорода дрожжи вместо того, чтобы восстанавливать начинают карбонилы выделять. Появятся также новые вещества-предшественники диацетила и пентандиона.

К тому моменту, когда вы соберетесь переливать на вторичное брожение (или со вторичного в бутылки), пиво является весьма негостеприимной средой для микробов. Выше было написано о роли углекислоты, спирта, горьких кислот хмеля, низкого рН. На этой стадии в вашем пиве уже практически нет питательных сахаров. Во всяком случае, для таких опасных контаминантов, как лактобактерии их явно маловато. Но по порядку.

Вы открываете вашу бочку после брожения, и… наружный воздух с контаминантами всех мастей устремляется к пиву. Конечно, оно укрыто покрывалом углекислого газа, но эта «броня» вполне пробиваема для пылинок усеянных микробами. При переливах вероятнее всего произойдет аэрация, и пиво лишится одного из своих защитных качеств – анаэробных условий. Это может дать шанс уксуснокислым бактериям, например, для них уже есть питание – спирт, (аэрация даст кислород). Дикие дрожжи всех мастей, а также разнообразные аэробные грибы также получат возможность размножаться. Кроме всего прочего вы сами позаботитесь о дополнительном питании для этих непрошеных гостей.

Перед розливом в бутылки по технологии домашнего пивоварения необходимо добавить праймер – сахар, который нужен дрожжам, для насыщения пива углекислым газом. Однако не следует забывать о том, что культурные дрожжи, к моменту розлива могли уже почти все осесть, и соответственно остаться на дне бродильной емкости. В результате у посторонних микроорганизмов попавшим каким-то образом в ваше пиво, появятся шансы употребить новое питание по своему усмотрению. Праймер, кроме всего прочего, рекомендуется хорошо смешать с пивом, что в реальности может существенно усилить аэрацию.

К чему это все это приведет? Пивовары со стажем знают к чему – неизбежному ухудшению вкуса пива. Напиток, имеющий прекрасные вкусовые качества по завершении главного брожения внезапно их теряет после карбонизации. Для восстановления приемлемого уровня вкуса требуются недели, а то и месяцы. Остатки некогда могучей армии культурных дрожжей, могут и не вывести ситуацию из кризиса. Контаминанты одержат верх и тогда дефекты вкуса с неизбежностью начнут прогрессировать.

Рацион питания многочисленных штаммов дикий дрожжей и бактериальных контаминантов весьма разнообразен. Как мы увидим ниже, они с успехом могут употреблять вещества, составляющие в готовом пиве основу вкусо-ароматического профиля, например, декстрины, что неизбежно приводит к нарушениям вкуса. В пиво, переходят продукты жизнедеятельности контаминантов. Эти вещества часто имеют низкий порог чувствительности и способны создать букеты побочных вкусов и запахов. Ниже, в специальном разделе, будут приведены необходимые сведения о контаминантах, их метаболизме, а также дефектах вкуса, которые могут быть с ними связаны.

Что же делать? Почти ничего нового: дезинфицировать оборудование, следить, чтобы в пиво и емкости из воздуха не попадала разнообразная пыль, используя крышки и проглаженные полотенца, и всеми доступными средствами бороться с аэрацией. Для противодействия этому злу, как было указано выше, нужно переливать пиво «снизу», используя для этого либо кран, врезанный в емкостьлибо опуская чистый, почти стерильный шланг на самое дно чистой, почти стерильной бочки или бутылки. Или купить специальные наполнители для бутылок. Перед переливом, можно продуть емкости углекислотой, но для этого также необходимо специальное оборудование: баллон, редуктор, шланги, краны и, разумеется, источник углекислоты пищевого качества.

Кардинально решить проблему позволяют дополнительные инвестиции в оборудование. Первое что стоит приобрести это бочонок типа КЕГ. Такая емкость, предварительно прошедшая дезинфекцию и заполненная углекислым газом (по возможности), отличное место для перелива пива на карбонизацию. И ни каких нежелательных контактов, ни с кислородом, ни с контаминантами (если конечно шланги, краны и другие фитинги тщательно обработаны дезинфицирующим средством). При этом для дополнительной карбонизации (какой-то уровень обеспечит остаточный экстракт) можно либо использовать праймер, если вы уверены в достаточности микробиологической чистоты вашего продукта, либо углекислый газ из баллона, если таковой имеется. Оба метода дают одинаковый результат и предотвращают нарушение вкуса.

Готовое пиво можно употреблять либо из бочонка, для этого понадобиться разливочный кран, либо перелить в бутылки. Перелив удобно осуществлять с помощью специального устройства именуемого по-английски Counter Pressure Bottle Filler. Это нехитрое приспособление позволяет вначале продуть и заполнить бутылку углекислым газом из баллона, а затем, не вынимая устройства, залить в бутылку пиво из бочонка, где оно находится под давлением. Благодаря наличию противодавления пиво не будет вспениваться и быстро заполнит внутренний объем бутылки, вытеснив лишний углекислый газ через специальный клапан.

Использование КЕГ существенно снижаются риск контаминаци. Розлив в бутылки одно из «узких» мест домашней технологии пивоварения по двум причинам. Во-первых, достаточно сложно избежать контакта пива и различных приспособлений с воздухом и прочими прелестями, которые этот воздух содержит. Во-вторых, пиво на этой стадии представляет собой прекрасную среду для размножения контаминантов, благодаря наличию праймера – питательных сахаров для карбонизации, и неизбежной аэрации в процессе перелива. Применяя КЕГ достаточно легко избежать и аэрации, и контаминации. Последующий розлив в бутылки, если он предполагается, уже не представляет большой опасности, так как пивные дрожжи в бочонке уже усвоили праймер и выработали дополнительную углекислоту и другие необходимые для обороны от контаминантов вещества. Использование специального наполнителя и углекислоты позволит исключить аэрацию и заполнить бутылки пивом, уже имеющим необходимый уровень карбонизации.

Если же нет возможности или желания делать инвестиции в специальные устройства, остается только одно – совершенствовать индивидуальное мастерство перелива и не торопиться при этом. Пиво содержит достаточно углекислого газа, чтобы самостоятельно укрыть свою поверхность, исключая контакт с воздухом. Для этого нужно лишь немного времени и терпения. От пылинок с непрошенными гостями внутренность бутылки можно попытаться уберечь разнообразными не дорогими способами. Однако в этом случае успех будет целиком зависеть от вашего искусства и удачи.

Разливая пиво на карбонизацию с использованием праймера, в бочки или бутылки, нужно отдавать себе отчет в том, что остаточная концентрация дрожжевых клеток должна быть не менее 250 000 на 1 мл. Если вы слишком долго держали пиво во вторичном ферментере или остудили его слишком сильно, в пиве почти не останется дрожжей, и вместо них праймер могут употребить совсем другие живые существа, которые хуже оседают, чем культурные дрожжи и создают совсем другой вкусо–ароматический профиль.

Контаминанты

В статье, на материале которой в основном и построено приведенное выше изложение, «Микробиологические аспекты пивоварения» (Йен Кэмпбелл), приведена таблица, показывающая, какие контаминанты встречаются на разных стадиях производства и соответственно могут влиять на вкус пива. При этом в таблице не учитываются возможные в домашних условиях серьезные нарушения в технологии. Иначе во всех клетках пришлось бы написать одно слово: «Да».

Плесень

Как видно из таблицы плесень не может развиваться в пиве. Однако плесневые грибы способны оставить последствия еще со времени своей жизни на зерне – это микотоксины, и это достаточно серьезно. Вот что пишет Брайен Флэнниган:

При исследовании влияния плесеней на органолептические свойства пива было показано, что присутствие Asp. niger, Asp. ochraceus, R. arrhizus и не идентифицированных родов Cladosporium, Coniotheryrium и Fusarium вызывают значительные изменения. Микроорганизмы первой группы придают пиву вкус жженой мелассы, а второй – грубоватый винный привкус. Культуры Absidia, Trichothecium (Cephalothecium), Cladosporium (Hormodendron) и Rhizopus способствуют появлению в пиве слабого постороннего привкуса. В пиве, приготовленном из солода, зараженного R. Oryzae, отсутствуют посторонние вкусы и ароматы, тогда как Asp. fumigatus придают пиву терпкий, затхлый привкус. Присутствие плесеней влияет и на цвет пива.

Про гашинг-эффект, упомянутый выше, уже написано очень много. Однако до сих пор не все ясно. Ученые сходятся лишь на том, что фонтанирование пива из открытой бутылки может быть связано с заражением солода плесневыми грибами, в частности фузариями. Прямыми же виновниками являются вырабатываемые грибами вещества – токсины, которые остаются в солоде и влияют на свойства пива.

Вопреки таблице, плесень может неожиданно появиться на любой стадии пивоварения, например, в бутылке с пивом, если там остался воздух, а пивовар поторопился с укупоркой, и углекислота не успела заполнить все пространство под пробкой.

«Дикие» дрожжи

Многочисленные исследования непригодного к употреблению пива привели сотрудника фирмы Карлсберг, Эмиля Христиана Хансена к выводу, что проблемы чаще были вызваны не бактериальными контаминантами, а дикими дрожжами. Эти микроорганизмы повсеместно распространены в природе. Но как выяснил Хансен, их присутствие в пиве совершенно нежелательно. Это открытие случилось в конце девятнадцатого века. В 1953 году было установлено (Wiles A.E.), что если солод хмель и другое сырье содержат мало «диких» дрожжей, то этих контаминантов нет и в пиве.

Метатаболизм некоторых диких дрожжей мало отличается от метаболизма культурных. Чаще всего это справедливо для дрожжей способных к брожению сахаров, таких как Candida, «диких» представителей родов Saccharomyces, Zigosaccharomyces, и других. В результате при низких уровнях контаминации они не могут стать причиной значительного изменения вкуса. Но дикие контаминанты рода Saccharomyces имеют упрощенный метаболизм, способны довольно быстро усваивать сахара сусла, и расти гораздо быстрее своих культурных собратьев.

Роды Brettanomyces и Dekkera не способны к брожению и продуцируют большое количество уксусной кислоты, точно также роды Pichia и Williopsis производят эфиры, что может существенно повлиять на органолептический профиль пива. Дрожжи Pichia pastoris способны употреблять глицерин и метанол. «Дикие» дрожжи Dekkera bruxelensis способны вытеснить популяцию культурных дрожжей даже во время главного брожения. Эти микроорганизмы являются важным компонентом бельгийского стиля «Ламбик», но совершенно неуместны в другом пиве.

Даже очень низкий уровень контаминации, например дрожжами S.diastaticus, при дображивании пива (вплоть до наличия всего одной живой клетки) может привести к образованию мути, фенольного и других посторонних запахов и вкусов, а также к уменьшению вязкости из-за гидролиза декстринов (водянистое пиво). Все «дикие» дрожжи образуют споры, что повышает их жизнеспособность. Хотя аскоспоры дрожжей не столь термоустойчивы как некоторые споры плесеней и бактерий — погибают при кипячении, — но они могу перенести пастеризацию, более устойчивы к действию дезинфектантов. Кроме того, осветление пива основано на флоккулирующей способности пивных дрожжей, что не является характерным свойством их «диких» собратьев, вследствие чего последние могут стать причиной мутности пива.

Молочнокислые бактерии

Относятся к грамположительным бактериям. (После окраски составом «кристаллический фиолетовый – йод» и промывки спиртом или ацетоном грамположительные клетки фиолетово-красные, грамотрицательные – розовые). Рост большинства грамположительных бактерий, (в отличие от грамотрицательных), тормозится горькими веществами хмеля. В пиве наиболее часто встречаются молочнокислые бактерии Lactobacillus и Pediococcus – у некоторых штаммов развита толерантность к хмелю. Молочнокислые бактерии не нуждаются в кислороде, но легко переносят его присутствие.

Порчу пива чаще всего вызывают Lb. Brevis. Эти бактерии толерантны (устойчивы) к хмелю, оптимальные условия для их размножения 30°С и pH 4-5. Выделены штаммы, которые осуществляют гидролиз декстринов в пиве, продуцируют слизь, прекрасно размножаются при 19°С. Следует помнить, что Lb. Brevis физиологически многообразны и могут вызывать в пиве проблемы разного рода.

В большинстве случаев лактобактериями метаболизируются (потребляются) небольшие количества сахарозы наряду с разными количествами мальтозы, мальтотриозы и мальтотетрозы, в некоторых случаях гидролизовались декстрины.

Основным ингибитором роста лактобактерий является трансгумулон, поступающим из хмеля. Чувствительность лактобактнрий к нему варьируется в 10 раз. Lb. Brevis характеризуются очень высокой толернатностью к трансгумулону, в них был выделен ген, отвечающий за стойкость к действию хмеля.

Порча пива характеризуется «шелковистым помутнением», иногда перед этим появляется маслянистый привкус диацетила. Хотя основным продуктом метаболизма этих бактерий является молочная кислота, ее высокий вкусо-ароматический порог (более 300 ppm) по сравнению с низким пороговым значением для диацетила (0,15 ppm) обуславливает важность влияния последнего на изменение вкуса и аромата пива.

Даже очень незначительная контаминация пива в отсутствии дрожжей в определенных условиях может приводить к накоплению диацетила до высокого уровня и изменению вкуса пива от сладковатого до противного (прогорклого масла). Лактобактерии также участвуют в синтезе 3-гидроксипропиональдегида, предшественника горького соединения акролеина. Многие лактобактерии могут приводить к образованию производных 4-винила, придающий пиву заметный фенольный вкус.

Из обнаруженных педиококков наибольшее распространение в пиве получили P. damnosus. Эти бактерии обычно выявляются в конце брожения. Они являются виновниками так нназываемой «сарациновой болезни». Заражение этими бактериями приводит к замедлению брожения (на 30%), снижает количество дрожжей и приводит к появлению большого количества диацетила.

Уксуснокислые бактерии

Грамотрицательные палочкообразные бактерии способные превращать спирт в уксусную кислоту и соответственно приводить к порче и пиво, и вино, и другие продукты, но для этого нуждаются в кислороде. Они устойчивы к хмелю, кислотам, этиловому спирту. Несмотря на потребность в кислороде были выявлены в пиве, содержащем очень малые его количества. Эти бактерии способны размножаться в среде содержащей диоксид углерода. Уксуснокислые бактерии – сверхокислители, они способны окислять этиловый спирт до уксусной кислоты и даже до воды и углекислого газа. Они окисляют любую органику, включая сахара сусла. Способны выживать при наличии 12-13% этилового спирта и продуцировать токсичные для дрожжей соединения, в присутствии этих бактерий брожение может остановиться на любой стадии.

Zymomonas

Грамотрицательные бактерии, которые сбраживают глюкозу и сахарозу, но не сбраживают мальтозу. «Идеальная» бактерия для экстрактного пивоварения с сахаром или глюкозой и карбонизации с помощь того и другого. Анаэробны, но устойчивы к небольшому содержанию кислорода. Способны переносить высокие концентрации этилового спирта. Их рост тормозиться при 8-10%, но активность сохраняется до 15% содержания этанола. Производят большое количество сероводорода и ацетальдегида, создавая в пиве вкус гнили (яблок или фруктов). Были выявлены только при производстве эля, при низких лагерных температурах не развиваются. Бактерии были выделены также из почвы, сидра и сброженного меда.

Энтеробактерии

На пивоваренных предприятиях ни разу не были выявлены патогенные разновидности этих бактерий, опасные для здоровья человека, например рода Esherichia (некоторые штаммы вызывают инфекционные заболевания со смертельным исходом), и родов Salmonella и Shigella (возбудителей опасных заболеваний сальмонеллеза, брюшного тифа, дизентерии и других инфекций). Энтеробактерии сбраживают глюкозу с образованием различных количеств муравьиной, молочной и янтарной кислот, этилового спирта, ацетона и бутандиола. Порчу пива этими микроорганизмами впервые описал П.Линднер в 1895 году.

Энтеробактерии влияют на брожение, вкус и аромат пива. Размножаются как в неохмеленном так и охмеленном сусле не зависимо от присутствия дрожжей. Могут накапливаться в семенных дрожжах при их многократном использовании. Бактерии Obesumbakterium proteus способны подниматься на поверхность сусла с верховыми дрожжами и оставаться там в жизнеспособном состоянии 60-70 часов, вырабатывают большое количество сивушных спиртов и диацетила. Последствием их жизнедеятельности является побочный вкус пастернака и не качественных фруктов. Пиво инфицированное многочисленными видами энтеробактерий обладает разнообразными неприятными побочными вкусами – молочным, фруктовым, сернистым или фенольным. Источником заражения может быть солодовая пыль. Причем пиво может быть испорчено даже небольшим количеством клеток.

Анаэробные бактерии

Ряд бактерий, которые обнаруживаются в фасованном пиве. При этом пиво мутнеет и приобретает запах тухлых яиц. Сбраживают глюкозу и фруктозу до уксусной, пропионовой, или масляной кислот. Пути их проникновения в пиво пока не установлены.

Как предотвратить контаминацию?

Для этого существуют вполне эффективные меры, которые не будут чрезвычайно дороги:

• влажная уборка с дезинфицирующими средствами – протрите пол и рабочие поверхности в вашей домашней пивоварне;
• тщательная мойка и дезинфекция внутренних поверхностей оборудования – обязательно отмойте остатки капель и потеков старого сусла перед дезинфекцией; обеспечьте длительный (не менее 15 минут) и полный контакт дезинфицируемой поверхности с дезинфицирующим раствором;
• используйте проглаженные салфетки или полотенца, препятствующие попаданию частиц пыли с микробами в вашу бродильную емкость, на всех стадиях процесса, когда штатная крышка не может быть закрыта;
• применяйте санирующие фильтры с размером пор менее 0,45 мкм для аэрации сусла во время задачи дрожжей;
• всячески избегайте всеми возможными способами аэрации пива на всех последующих стадиях процесса, особенно при розливе готового пива;

Многие приемы, позволяющие устранить проникновение контаминантов в пиво, описаны в разделе «Азы микробиологии для домашних пивоваров»:

• используйте бродильные емкости с кранами, с них не нужно снимать крышки, чтобы перелить пиво;
• применяйте вместо гидрозатворов трубки в виде «лебединых шей» или санирующие фильтры при охлаждении сусла и при переливах из одной емкости в другую;
• тщательно обрабатывайте пробки и краны (важны и тщательная мойка, и тщательная дезинфекция, а краны полезно еще и разбирать при этом).

Не спешите брать пылесос для уборки помещения. Использование этого прибора способно увеличить опасность воздуха кухни в сотни раз, (использование хорошего нового НЕРА фильтра способно исправить ситуацию). Помните что даже простое механическое воздействие на скопление пыли и спор микроорганизмов, способно увеличить содержание контаминантов в воздухе в тридцать и более раз. Лучшие результаты дает влажная уборка помещения (прежде всего, пола и рабочей поверхности стола) с дезинфицирующим составом, той же хлоркой, например. Подойдет любое средство.

Если вы планируете использовать воздухоочиститель, то это нужно делать правильно. Во-первых, пригоден не каждый, а только такой системы, которая гарантирует уничтожение микроорганизмов. Во-вторых, даже хорошему прибору требуется время для устранения пыли и микробов. Вот данные по системе очистки воздуха на Международной космической станции (установка «Поток – 150 М 01»), для помещения примерно равного кухне по объему. За один час работы «Потока» устраняется 36% бактерий и 61% грибов, за пять часов – 86% бактерий и 79% грибов. Для того чтобы воздух стал чист на 90%, подобная установка должна работать не менее 6 часов.

Использование ультрафиолетовой лампы дает неплохие результаты гораздо быстрее. Хорошая лампа стоит недорого, и имеет фильтр в определенной области спектра препятствующий образованию озона, который вреден для здоровья. Помещение объемом 30 кубических метров лампой мощностью 15 Вт нужно облучать 120 мин, чтобы убить 99,9% очень устойчивых спор сенной палочки. Помните, что излучение лампы очень опасно для зрения, используйте специальные очки. Применяйте только бактерицидные лампы. УФ излучатели для загара мало пригодны для дезинфекции.

В прямом смысле слова не дышите на пиво – человеческий организм является источником многих микробов, в том числе потенциальных контаминантов. И положите перед входом в кухню тряпку, смоченную дезраствором, а главное не забывайте вытирать ноги.

Помните о проблемах, связанных с карбонизацией праймером. Следите, чтобы во взвешенном состоянии оставалось необходимое количество пивных дрожжей и не допускайте аэрации при розливе. Только при соблюдении этих двух условий карбонизация не приведет к ухудшению вкуса, исправление которого потребует недель и месяцев дополнительной выдержки пива.

Новые статьи публикуются на Pro версии сайта. Подписку можно оформить здесь.

Реклама

Микробиологические аспекты домашнего пивоварения: 15 комментариев

  1. В статье конечно много полезного но … неужели так трудно написать как делали пиво в старину, когда не было никаких сахаромицетов? Всего лишь один такой рецептик был бы гораздо ценнее всей этой… Статья не говорит о том как сделать пиво из диких дрожжей. Только смутные указания … (комментарий приводиться с некоторыми сокращениями).

    1. Вопрос: а можно ли как то визуально, посредством микроскопа отличить один штамм дрожжей от других? Понятно, что известный производитель не положит в пробирку иные, нежели написано на упаковке, дрожжи. Но тем не менее. Как иначе, кроме как поверив надписи установить, что внутри именно те дрожжи, а не иные? По виду клетки?

  2. Здравствуйте Александр. Вопрос наверное не по теме, но всёже. Как повлияет отрицательная, скажем до -20С, температура на состояние сухих дрожжей из пивных наборов? Планирую заказать патию Muntons, но есть опасения что при перевозке все замёрзнет и испортится. Спасибо.

  3. Здравствуйте Александр, спасибо за Ваш труд во благо домашнего пивоварения. У меня вопрос из практики: можно ли повторно использовать дрожжи, которые остаются на дне бродильной емкости, после завершения брожения и перелива пива на дображивание? На каком-то форуме читал, что после снятия с осадка пива из емкости туда сразу же добавляют новое сусло, воду и закрывают крышку с ГЗ. Может ли таким образом получиться хорошее пиво и какие угрозы при этом существуют? Оригинальные дрожжи использую Safbrew S-33.
    Спасибо!

  4. Александр, спасибо за крайне конструктивные статьи, хочу спросить Вас, являются ли все наши дрожжи, выпускаемые специализированными фирмами типа Вайтлабс, Веаст, Ферментис етс, генно-модифицированными организмами? Сам я встречал такое мнение в форумах хоумбрюэров, но официальной информации на сайтах указанных выше фирм я пока не нашел. Однако то, что эти дрожжи начинают сильно мутировать после третьей-четвертой генерации и выделять токсины свидетельствует скорее в пользу того, что это ГМО. Очень интересно Ваше мнение.

  5. Александр, спасибо большое за подробный ответ, жаль что в форумах редко встречаются такие грамотные комментарии. По поводу токсинов не помню точно где я про это нашел сведения, но точно видел у Кунце, что старые генерации дрожжей дают плохой вкус пива. Согласен, что это скорее всего заражение дикими дрожжами, но с другой стороны продукты метаболизма гм-дрожжей могут теоретически содержать неизученные токсичные вещества. Правильно ли я Вас понял, что гм-дрожжи в народном пивоварении не производятся и не используются? Еще раз большое спасибо!

  6. Большое спасибо! Очень подробно и содержательно. Почерпнул много нового и полезного, прихожу к мысли о необходимости откорректировать процессы розлива пива в соответствии с Вашими рекомендациями.

  7. Здравствуйте.. я вот прочитал статью .Оч. интересно и подробно
    но меня интересует возможно ли из сухих дрожжей сделать (рассаду) чтоб не нужно за каждой порцией пива бежать и покупать новую пачку. Какая питательная среда нужна для доморощенных бактерий и на сколько хватит такого суррогата.,
    если возможно на мэйл. можно и технологию выращивания (-_-)

  8. Я извиняюсь заранее за возможно ненаучный вопрос. Часто слышал про влияние музыки на рост растений, дойку коров и т.д. Я понимаю, что вопрос из области псевдонаучного бреда, но: кто нибудь изучал влияние музыки на поведение дрожжей? Проще говоря, проверялось ли, дрожжи под воздействием Моцарта чувствуют себя лучше чем под Рамштайн или нет? 🙂

  9. Подскажите — как правильно отбирать дрожжи на хранение? в интернете очень распространен способ, при котором в емкость с дрожжами заливают воду и встряхивают. Через пару часов жидкость сливают и отстаивают уже дольше. Затем опять-таки сливают жидкость, из которой и делают запас дрожжей. То есть, сохраняют дрожжи, которые не успели выпасть в осадок. Вы говорите о том, что культурные дрожжи, наоборот, выпадают в осадок. Могли бы Вы прокомментировать этот метод? Спасибо

    1. Да, я читаю. И всё статьи крайне интересны, что не оторваться. Подскажите тогда так — элевые дрожжи, к примеру WLP001, насколько быстро оседают при температуре около 4 градусов?

  10. Здравствуйте, Александр. Большое спасибо за такие обстоятельные посты. Я так понял, что Вы пользовались сухими дрожжами Nottingham Ale от компании Danstar . Вычитал, что они очень похожи Safale US-05 от компании Fermentis. При использовании Safale US-05 у меня получалось чересчур горьковатое пиво, пришлось уменьшать закладку хмеля. Теперь хочу попробовать Nottingham Ale. Будет та же проблема? Какой хмель посоветуете? Вы пишите, что оптимальная температура 17 градусов. А если я перееду в гараж и температура будет пониже, градусов 15, ничего страшного? Вкус дрожжей не пропадет совсем? Заранее Вам спасибо!

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s