при какой температуре останавливается спиртовое и молочнокислое брожение
Молочнокислое брожение
Действие молочнокислых бактерий приводит к превращению некоторых сахаридов в молочную кислоту или в некоторые другие, менее желательные вещества (преимущественно, кислоты: уксусную, масляную, этанол, CO2). Этот способ является классическим при консервации овощей. Обычно кислые фрукты не подвергают молочнокислому или спиртовому брожению, потому что они содержат мало сахаристых и белковых веществ, необходимых для брожения.
Для хорошего прохождения молочнокислого брожения требуется соблюдать некоторые правила. Хорошо очищенные овощи в целом виде (например, огурцы) или в нарезанном (шинкованная капуста) укладывают в чистую посуду. Овощи в посуде хорошо прижимают, чтобы выходил воздух, при этом высвобождается клеточный сок. Если сока мало, то можно добавить 1,5 % раствор поваренной соли. Всю поверхность заливают рассолом (содержание соли 1,7-2 % на весь объем посуды). Содержимое требуется закладывать таким образом, чтобы все постоянно находилось ниже уровня рассола. Наполненные емкости под действием окружающей температуры через несколько дней заквасятся под действием микрофлоры, которая при нормальных условиях присутствует на овощах. Если овощи перед закваской подвергали тепловой обработке (бланширование), то необходимо добавить молочнокислой закваски. Лучше всего воспользоваться чистой культурой закваски по инструкции изготовителя. При необходимости можно добавит и кислой сыворотки. В любом случае должна применяться закваска в свежем соке. При квашении удаляют с поверхности посуды, по мере необходимости, возникающую плесень и при необходимости доливают рассол (1,5 % поваренной соли), так, чтобы овощи были постоянно затопленными. Этим устраняется доступ воздуха к содержимому и нежелательный переход молочнокислого брожения на масляное, размягчение плодов и последующее гнилостное разложение.
Время брожения значительно зависит от температуры, при которой оно происходит. При температурах около 20 oC брожение проходит за 4-8 дней, в более холодный предзимний сезон при температурах около 15 oC за 3-4 недели. Низкие температуры способствуют увеличению времени квашения, что при длительном хранении продуктов выгоднее.
Для заквашенных овощей необходимо создать еще условия хранения. Складирование должно быть при температурах 0-10 oC, чтобы овощи не замерзли. С их верха необходимо снимать плесень, овощи должны быть затоплены. По мере необходимости можно доливать 1,5-2 % раствор поваренной соли, возможно слабое подкисление уксусом. В последнее время применяют для длительного консервирования стерилизацию квашением продуктов в герметических банках, преимущественно стеклянных.
Спиртовое брожение
Уксусное брожение
При какой температуре останавливается спиртовое и молочнокислое брожение
Немного ситуация усложняется при производстве креплёных (с добавлением спирта) и десертных (особая технология) вин. Тут естественным брожением добиться высокого спирта (14-17%) невозможно. При 17 % спирта сусло самоконсервируется и дрожжи погибают. Да ещё при этом в вине должно присутствовать 14-17 % сахара. Поэтому брожение проводят до тех пор, пока в сусле не останется нужный сахар, а потом прибавляют спирт, доводя его содержание в виноматериале до требуемого уровня. То есть, брожение прерывают спиртованием. По правильной технологии креплёных вин естественного спирта должно быть не менее 3 % из 14 %.
Некоторые важные сведения о спиртовом брожении.
При температуре ниже +10 С, брожение останавливается.
Из 1 грамма сахара при брожении образуется:
— спирт этиловый 0,6 мл. или 0,51 гр
— углекислый газ 247 см.кубических или 0,49 гр.
— тепло рассеиваемое в атмосферу 0,14 ккал
Сахара усваиваются дрожжами активно, при содержании сахара в сусле в пределах от 3 % до 20 %.
Как только концентрация спирта в сусле достигает 18 %, то погибают все винные дрожжи. Существуют некоторые виды культурных дрожжей, которые погибают уже при доле спирта от 14 %. Такие используются для производства вин с остаточным сахаром.
Углекислый газ, выделяемый дрожжевыми клетками в сусле, замедляет их работу. Пузырёк газа, пока он небольшого размера, «прилипает» к стенке дрожжевой клетки и препятствует поступлению к ней питательных веществ. Такая ситуация продолжается до тех пор, пока клетка не «надует» этот самый пузырёк до определённого размера. Затем пузырёк всплывает и уволакивает дрожжевую клетку с собой вверх, до поверхности бродящей жидкости. Там он лопается, а клетка опускается на дно бродильной ёмкости. Этот процесс условно называется «кипением», и считается напрасной тратой времени в процессе.
Выбор дрожжей зависит от воли винодела.
Далее разные виды спиртовых винных дрожжей начинают конкуренцию между собой. Главный лимитирующий показатель, это сколько спирта в сусле.
При накоплении 16 % спирта, эллипсодные дрожжи погибают. Финал брожения проводят спиртоустойчивые дрожжи oviformis (яйцеобразные). Но и они выпадают при спирте 18 %. Теперь виноматериал практически стерилен. Испортить его может только кислород воздуха.
Брожение на диких дрожжах может давать высококачественные вина с огромной гаммой вкусовых оттенков и аромата. Ведь в создании их принимают участие несколько видов дрожжей, сменяющих друг-друга. Но есть существенный риск получить недоброд или низкоспиртуозное вино, если на каком-то этапе эстафета дрожжевых грибков прервётся.
Надо отметить, что после многочисленных экспериментов, современная винодельческая промышленность пришла к выводу, что применять чистые культуры дрожжей можно ограниченно, в случае если исходное сырьё имеет какие-то недостатки или нет возможности соблюдать правильный температурный режим при процессе брожения.
При температуре от +25 до +30 происходит чрезмерно бурное брожение. Дрожжи быстро размножаются и быстро отмирают, в виноматериал постоянно поступают азотистые вещества, которые образуются при разложении погибших клеток, а это усиливает риск помутнений, болезней, переокисленности.
При t выше +30 С дрожжи гибнут, а в сусле остаётся сахар (недоброд). В такой питательной среде тут же начинают размножаться посторонние бактерии и происходит порча продукта.
Весь период брожения условно делят на три фазы:
забраживание, бурное брожение, тихое брожение.
Эта схема отображает стационарный способ брожения. Здесь важно, чтобы ёмкость была заполнена бродящим суслом не более чем на 2/3 объёма. Иначе, с пеной в средней фазе, содержимое будет выбрасываться наружу. Это приводит к нерациональному использованию бродильных ёмкостей и нестабильности процессов внутри неё.
Более стабильно брожение протекает при доливном способе брожения. Правда использовать эту технологию можно только для изготовления сухих вин. Проводится так:
1. сначала ёмкость наполняется на 30 % от общего объёма суслом и в него вносится дрожжевая разводка в полном объёме; Через 2 суток брожение перейдёт в стадию бурного, а сусло разогреется.
2. на третий день приливается ещё 30 % подготовленного свежего сусла;
3. ещё через 4 дня приливается в ёмкость ещё 30 % свежего сусла.
Бродильная ёмкость, таким образом, заполняется практически до верху, а сам процесс брожения происходит без резких пиков и рывков в численности дрожжей и продуктов их жизнедеятельности. А это хорошо для качества будущего вина.
Используется при производстве красных вин и некоторых креплёных белых высокоэкстрактивных (насыщенных) вин. Здесь при брожении стоит задача получить не только спирт, но и вывести из кожицы и семян красящие, ароматические дубильные и прочие вещества.
Брожение на мезге с плавающей шапкой. Проводится в чанах или открытых ёмкостях. Сусло сульфитируют из расчёта 100 мг/1 кг. Наполняют им тару на 4/5 от объёма, вносят дрожжевую разводку. Размешивают.
Оба вида брожения на мезге можно проводить и в закрытых ёмкостях. При этом над шапкой образуется слой углекислого газа, который в некоторой мере противостоит уксусо-кислому прокисанию и упрощает процесс.
Спиртовое брожение – магия превращения сахара в этиловый спирт
Спиртовое брожение лежит в основе приготовления любого алкогольного напитка. Это самый простой и доступный способ получить этиловый спирт. Второй метод – гидратация этилена, является синтетическим, применяется редко и только в производстве водки. Мы рассмотрим особенности и условия брожения, чтобы лучше понять, как сахар превращается спирт. С практической точки эти знания помогут создать оптимальную среду для дрожжей – правильно поставить брагу, вино или пиво.
Спиртовое брожение – это процесс превращения дрожжами глюкозы в этиловый спирт и углекислый газ в анаэробной (бескислородной) среде. Уравнение следующее:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2.
В результате одна молекула глюкозы превращается в 2 молекулы этилового спирта и 2 молекулы углекислого газа. При этом происходит выделение энергии, что приводит к незначительному повышению температуры среды. Также в процессе брожения образуются сивушные масла: бутиловый, амиловый, изоамиловый, изобутиловый и другие спирты, которые являются побочными продуктами обмена аминокислот. Во многом сивушные масла формируют аромат и вкус напитка, но большинство из них вредны для человеческого организма, поэтому производители стараются очистить спиртное от вредных сивушных масел, но оставить полезные.
Дрожжевые клетки под микроскопом
Это одни из самых первых организмов, «прирученных» человеком, в основном дрожжи используются для выпечки хлеба и приготовления спиртных напитков. Археологами установлено, что древние египтяне за 6000 лет до н. э. научились делать пиво, а к 1200 году до н. э. освоили выпечку дрожжевого хлеба.
Научное исследование природы брожения началось в XIX веке, первыми химическую формулу предложили Ж. Гей-Люссак и А. Лавуазье, но осталась неясной сущность процесса, возникло две теории. Немецкий ученый Юстус фон Либих предполагал, что брожение имеет механическую природу – колебания молекул живых организмов передаются сахару, который расщепляется на спирт и углекислый газ. В свою очередь, Луи Пастер считал, что в основе процесса брожения биологическая природа – при достижении определенных условий дрожжи начинают перерабатывать сахар в спирт. Пастеру опытным путем удалось доказать свою гипотезу, позже биологическую природу брожения подтвердили другие ученые.
Русское слово «дрожжи» происходит от старославянского глагола «drozgati», что значит «давить» или «месить», прослеживается явная связь с выпечкой хлеба. В свою очередь, английское название дрожжей «yeast» восходит от староанглийских слов «gist» и «gyst», которые значат «пена», «выделять газ» и «кипеть», что ближе к винокурению.
В качестве сырья для спирта используют сахар, сахаросодержащие продукты (в основном фрукты и ягоды), а также крахмалосодержащее сырье: зерно и картофель. Проблема в том, что дрожжи не могут сбродить крахмал, поэтому сначала нужно расщепить его до простых сахаров, это делается ферментом – амилазой. Амилаза содержится в солоде – пророщенном зерне, и активируется при высокой температуре (обычно 60-72 °C), а сам процесс преобразования крахмала до простых сахаров называется «осахариванием». Осахаривание солодом («горячее») можно заменить внесением синтетических ферментов, при котором не нужно нагревать сусло, поэтому метод называется «холодным» осахариванием.
Условия брожения
На развитие дрожжей и ход брожения влияют следующие факторы: концентрация сахара, температура и свет, кислотность среды и наличие микроэлементов, содержание спирта, доступ кислорода.
1. Концентрация сахара
Для большинства рас дрожжей оптимальная сахаристость сусла составляет 10-15%. При концентрации выше 20% брожение ослабевает, а при 30-35% почти гарантированно прекращается, поскольку сахар становится консервантом, препятствующим работе дрожжей.
Интересно, что при сахаристости среды ниже 10% брожение тоже протекает слабо, но прежде чем подслащать сусло, нужно помнить о максимальной концентрации спирта (4-й пункт), полученного в ходе брожения.
2. Температура и свет
Для большинства штаммов дрожжей оптимальная температура брожения – 20-26 °C (пивным дрожжам низового брожения требуется 5-10 °C). Допустимый диапазон – 18-30 °C. При более низких температурах брожение существенно замедляется, а при значениях ниже нуля процесс останавливается и дрожжи «засыпают» — впадают в анабиоз. Для возобновления брожения достаточно поднять температуру.
Слишком высокая температура уничтожает дрожжи. Порог выносливости зависит от штамма. В общем случае опасными считаются значения выше 30-32 °C (особенно для винных и пивных), однако существуют отдельные расы спиртовых дрожжей, способные выдержать температуру сусла до 60 °C. Если дрожжи «сварились», для возобновления брожения придется добавить в сусло новую партию.
Процесс брожения сам по себе вызывает повышение температуры на несколько градусов – чем больше объем сусла и активнее работа дрожжей, тем сильнее нагрев. На практике коррекцию температуры делают, если объем больше 20 литров – достаточно держать температуру ниже 3-4 градусов от верхней границы.
Емкость оставляют в темном месте или накрывают плотной тканью. Отсутствие прямых солнечных лучей позволяет избежать перегрева и позитивно сказывается на работе дрожжей – грибки не любят солнечного света.
3. Кислотность среды и наличие микроэлементов
Среда кислотностью 4.0-4.5 рН способствует спиртовому брожению и подавляет развитие сторонних микроорганизмов. В щелочной среде выделяются глицерин и уксусная кислота. В нейтральном сусле брожение протекает нормально, но активно развиваются патогенные бактерии. Кислотность сусла корректируют перед внесением дрожжей. Зачастую винокуры-любители повышают кислотность лимонной кислотой или любым кислым соком, а для снижения гасят сусло мелом или разбавляют водой.
Кроме сахара и воды дрожжам требуются другие вещества – в первую очередь это азот, фосфор и витамины. Эти микроэлементы дрожжи используют для синтеза аминокислот, входящих в состав их белка, а также для размножения на начальном этапе брожения. Проблема в том, что в домашних условиях точно определить концентрацию веществ не получится, а превышение допустимых значений может негативно сказаться на вкусе напитка (особенно это касается вина). Поэтому предполагается, что крахмалосодержащее и фруктовое сырье изначально содержит требуемое количество витаминов, азота и фосфора. Обычно подкармливают только брагу из чистого сахара.
4. Содержание спирта
С одной стороны, этиловый спирт – продукт жизнедеятельности дрожжей, с другой – это сильный токсин для дрожжевых грибков. При концентрации спирта в сусле 3-4% брожение замедляется, этанол начинает тормозить развитие дрожжей, при 7-8% дрожжи уже не размножаются, а при 10-14% перестают перерабатывать сахар – брожение прекращается. Только отдельные штаммы культурных дрожжей, выведенных в лабораторных условиях, толерантны к концентрации спирта выше 14% (некоторые продолжают брожение даже при 18% и выше). Из 1% сахара в сусле получается около 0.6% спирта. Это значит, что для получения 12% спирта требуется раствор с содержанием сахара 20% (20 × 0.6 = 12).
5. Доступ кислорода
В анаэробной среде (без доступа кислорода) дрожжи нацелены на выживание, а не размножение. Именно в таком состоянии выделяется максимум алкоголя, поэтому в большинстве случаев нужно оградить сусло от доступа воздуха и одновременно организовать отвод углекислого газа с емкости, чтобы избежать повышенного давления. Эта задача решается путем установки гидрозатвора.
При постоянном контакте сусла с воздухом возникает опасность скисания. В самом начале, когда брожение активное, выделяющийся углекислый газ выталкивает воздух от поверхности сусла. Но в конце, когда брожение ослабевает и углекислоты появляется всё меньше, воздух попадает в незакрытую емкость с суслом. Под воздействием кислорода активируются уксуснокислые бактерии, которые начинают перерабатывать этиловый спирт на уксусную кислоту и воду, что приводит к порче вина, снижению выхода самогона и появлению у напитков кислого привкуса. Поэтому так важно закрыть емкость гидрозатвором.
Однако для размножения дрожжей (достижения оптимального их количества) требуется кислород. Обычного достаточно той концентрации, что находится в воде, но для ускоренного размножения брагу после внесения дрожжей оставляют на несколько часов открытой (с доступом воздуха) и несколько раз перемешивают.
Брожение теста
В производственной практике под стадией брожения понимают период с момента окончания замеса до начала деления теста на куски.
Совокупность процессов, приводящих тесто в результате брожения и обминок в состояние, оптимальное для разделки и выпечки, объединяют общим понятием созревание теста.
Цель стадии брожения – накопление веществ, обусловливающих характерный вкус и аромат хлеба, формирование свойств теста, обеспечивающих интенсивное газообразование и хорошую формо- и газоудерживающую способности теста при разделке и выпечке.
Готовое к разделке тесто должно удовлетворять следующим требованиям:
На хлебопекарных предприятиях для объективной оценки готовности теста к разделке определяют титруемую кислотность теста. Кислотность теста в конце брожении указывают в технологических инструкциях и производственных рецептурах изделий. Конечная кислотность теста обычно на 0,5-1,0 град. больше кислотности мякиша изделия. Предельно допустимая величина кислотности мякиша регламентируется стандартом или техническими условиями на хлебобулочное изделие.
Процессы, протекающие на стадии брожения
Наибольшее влияние на созревание и формирование свойств теста оказывают процессы размножения дрожжей, спиртовое и молочнокислое брожение, коллоидные процессы и ферментативный гидролиз биополимеров муки – белков и крахмала.
Под действием дрожжей в тесте протекает спиртовое брожение – анаэробное расщепление сахаров до этилового спирта и углекислого газа. Дрожжи сбраживают собственные сахара муки и сахара, образующиеся при гидролизе крахмала. Сначала сбраживается глюкоза, затем фруктоза, мальтоза, сахароза. При перестраивании ферментативного аппарата дрожжей на сбраживание мальтозы скорость газообразования в тесте несколько снижается.
Собственные сахара муки быстро сбраживаются дрожжами. В это же время из крахмала муки под действием ее амилаз непрерывно образуется мальтоза. Таким образом, происходит непрерывное потребление сахаров на процесс брожения и одновременно непрерывное пополнение их количества мальтозой, образующейся в результате амилолиза крахмала. К концу брожения тесто должно содержать количество сбраживаемых сахаров, достаточное для интенсивного брожения в тестовых заготовках при расстойке и для образования нормальной окраски корки хлеба при выпечке. Главную роль в обеспечении дрожжей сахарами на стадии брожения теста играет способностью амилолитических ферментов муки гидролизовать крахмал до мальтозы.
Образующийся при брожении диоксид углерода разрыхляет тесто и позволяет получать хлеб высокого объема и с хорошо развитой пористостью. При спиртовом брожении образуются побочные продукты, участвующие в формировании вкуса и аромата хлеба.
Молочнокислое брожение вызывается молочнокислыми бактериями, которые попадают в тесто в составе закваски, вместе с прессоваными дрожжами и с мукой. В результате накопления продуктов жизнедеятельности дрожжей и молочнокислых бактерий происходит повышение кислотности теста.
Увеличение кислотности теста и накопление спирта интенсифицирует набухание белков. Диоксид углерода, выделяющийся при брожении, приводит к разрыхлению теста и увеличению его объема. Белковые клетки при этом растягиваются, удерживая газ. Пленки клейковинных белков приобретают свойства, обусловливающие формо- и газоудерживающую способность теста.
Факторы, влияющие на брожение (созревание) теста
Вода оказывает влияние на весь сложный комплекс процессов в тесте и других полуфабрикатов. Чем больше воды в тесте, тем интенсивнее протекают процессы набухания и пептизации белков, тем больше в нем жидкой фазы и тем скорее происходит его разжижение. Увеличение количества воды в тесте ускоряет действие ферментов в тесте. Количество воды в тесте влияет на жизнедеятельность микроорганизмов, на интенсивность брожения и скорость размножения дрожжей. При производстве хлеба количество воды, вносимой при замесе теста, оставляет около 60 кг на 100 кг пшеничной муки. Влажность теста на 1-1,5 % выше влажности мякиша хлеба, регламентируемой нормативно-технической документацией на изделия.
Хлебопекарные дрожжи применяются при приготовлении пшеничного теста в количестве от 0,5 до 3 % от массы муки в зависимости от ряда факторов. Для ускорения процессов приготовления теста вносят до 6 % дрожжей. Чем меньше подъемная сила дрожжей, тем большее количество их следует вносить при замесе теста. Чем короче процесс приготовления теста, тем больше дозировка дрожжей.
Соль для большинства хлебобулочных изделий вносят в количестве 1,3- 2,0 %. Соль влияет на реологические свойства теста, газообразование и кислотонакопление в нем, на поведение теста при делении и формовании, на форму, объем и окраску корки выпеченных хлебных изделий. Малые добавки соли (до 1,5-2% к массе муки в тесте) увеличивают влагоемкость клейковины и способствуют её некоторому ослаблению по реологическим свойствам. При более высоких концентрациях соли, напротив, происходит снижение гидратации клейковинных белков. Это приводит к уменьшению количества отмываемой сырой клейковины, уплотнению её структуры, повышению её «силы». Протеолиз в тесте в результате добавок соли тормозится. При достаточно высоких дозировках соли (5% и более к массе муки) спиртовое брожение в тесте практически не происходит.
Жиры вносят в тесто в количестве до 20-30% к массе муки. Добавление в тесто небольших количеств (порядка 0,5%) жира, мало сказывается на энергетической ценности, вкусе и аромате хлеба, но существенно влияет на свойства теста, на его состояние при прохождении через тесторазделочное оборудование, при расстойке и особенно в первом периоде процесса выпечки. Внесение в тесто жиров, особенно находящихся в жидком состоянии, делает тесто несколько более жидким по консистенции. В то же время липкость теста уменьшается и тесто с добавками жира лучше проходит через рабочие органы тесторазделочного оборудования. Внесение значительных количеств жира (10 % и более к массе муки) заметно снижает бродильную, активность дрожжей и интенсивность газообразования в тесте. Находящийся в теста жир, обволакивая дрожжевые клетки, препятствует поступлению в клетки питательных веществ и выведению из клеток продуктов жизнедеятельности. Расстойка тестовых заготовок со значительными добавками жира идет существенно медленнее.
Сахар вносят в тесто в количестве до 30% к массе муки. На спиртовое брожение и газообразование в тесте добавление относительно небольших (до 10% к массе муки) количеств сахара влияет стимулирующе. Это объясняется тем, что сахар в тесте быстро инвертируется с образованием глюкозы и фруктозы, легко сбраживаемых дрожжевыми клетками. Добавление больших количеств (более 10%) сахара уже резко снижает газообразование или даже практически приостанавливает его (при добавках 40-50% сахара). Связано это с тем, что сахара увеличивает осмотическое давление в жидкой фазе теста и вызывает плазмолиз дрожжевых клеток. В этом отношении действие сахара аналогично действию соли. На набухшие белки клейковинного каркаса в тесте сахар оказывает дегидратирующее действие. Вследствие этого по консистенции тесто с сахаром после его замеса несколько более жидкое по сравнению с тестом без сахара.
Температура является одним из основных факторов, с помощью которых регулируют ход технологического процесса приготовления теста. Приготовление пшеничной опары и теста на производстве обычно проводят при температуре 26-32 °С. Оптимальная температура размножения хлебопекарных дрожжей около 25 °С, в то время как оптимальная температура спиртового брожения — около 35 °С. Чем выше температура опары или теста (в пределах до 35-40 °С), тем более благоприятны температурные условия для жизнедеятельности кислотообразующих бактерий теста. Поэтому повышение температуры опары или теста обычно влечет за собой нарастание в них кислотности. Повышение температуры ослабляет тесто. Объясняется это тем, что при повышении температуры теста увеличивается скорость процессов набухания и пептизации белков муки. Повышается также активность ферментов теста.
Усиление механической обработки теста при его замесе является, особенно в сочетании с применением улучшителей окислительного действия, эффективным путем ускорения процесса созревания пшеничного теста. Этот способ может быть использован и для значительного сокращения периода брожения теста до его разделки или для существенного улучшения качества хлеба при сохранении обычной длительности процесса брожения теста.
Подробнее в книге «Хлеб и хлебобулочные изделия. Сырье, технологии, ассортимент»