Третья стадия брожения – стадия высоких завитков характеризуется наибольшей интенсивностью брожения, максимальной температурой процесса. Убыль экстракта достигает 1-1,5 % в сутки. Пена становится рыхлой, сильно понимается вверх, завитки достигают наибольшей величины, верхние участки завитков имеют коричневый цвет, нижние – белый. Стадия длится 3-4 сут.
В четвертой стадии, называемой стадией опадения завитков, происходит опадение пены, исчезновение завитков, в результате чего поверхность сусла покрывается тонким слоем деки. Опадение завитков продолжается двое суток. Экстрактивность сбраживаемого сусла понижается на 0,5- 0,2 % в сутки.
Каждой стадии брожения соответствуют химические изменения состава сусла и определенная концентрация дрожжевых клеток. Например, При сбраживании сусла для пива Жигулевского содержание дрожжевых клеток во взвешенном состоянии следующее:
Таблица 2.- Концентрация дрожжевых клеток в зависимости от сдадии
| стадия брожения | содержание дрожжевых клеток, млн/мл |
| исходное сусло | 20-25 |
| забел | 60-50 |
| низкие завитки | 50-60 |
| высокие завитки | 30-25 |
| формирование деки | 16-5 |
| осветление | 3,5-1,5 |
По мере сбраживания и понижения рН сусла дрожжевые клетки покрываются слизистой пленкой из веществ, обладающих клеящими свойствами. Соединяясь между собой, они оседают на дно аппарата.
В хлопьеобразовании и оседании дрожжевых клеток важную роль играет их электрический заряд. Во время размножения клетки заряжены отрицательно, а к концу брожения, когда рН сусла понижается до 4,6-4,2, клетки приобретают положительный заряд. Белковые частицы в сусле заряжены отрицательно, поэтому в конце главного брожения они соединяются с дрожжевыми клетками, образуя агрегаты( крупные хлопья), что влечет за собой интенсивное выпадение осадка. После оседания дрожжей брожение прекращается и пиво осветляется. На этом этапе процесс главного брожения считают законченным. Полученный продукт называют молодым пивом.
При спиртовом брожении 1 кг сброженного сахара выделяет 628 кДж тепла, что приводит к повышению температуры сусла. Для поддержания в сусле определенного температурного режима через змеевики, установленные внутри бродильных аппаратов, пропускают воду температурой 0,5 – 1С. Вместо змеевиков также используют холодильные пояса, приваренные снаружи к боковым стенкам бродильного аппарата. Такая система охлаждения более удобна и экономична.
Наибольшая температура сусла достигается примерно на 3-й день брожения и её поддерживают на этом уровне 1-2 дня по возможности без колебаний. Затем молодое пиво постепенно охлаждают со скоростью 10С в сутки, так как дрожжи весьма чувствительны к резкому понижению температуры.
Известно, что растворимость СО2 Увеличивается с понижением температуры, поэтому, чтобы сохранить максимально возможную концентрацию растворенного в молодом пиве газа, температуру перед передачей пива на дображивание снижают до 5-4оС. Содержание СО2 в молодом пиве обычно составляет 0,2%.
При главном брожении часть экстрактивных веществ превращается в продукты брожения. Ход этого процесса контролируют по степени сбраживания. Различают видимую и действительную степень сбраживания. Если содержание экстракта определяют в пиве в присутствии спирта в СО2, то это видимый экстракт. Используя его значение, вычисляют видимую степень сбраживания. Действительную степень сбраживания находят по величине действительного содержания экстракта, которое определяют после удаления спирта и диоксида углерода пикнометрическим способом (по относительной плотности сусла или пива).
Для использования величины степени сбраживания в целях регулирования процесса брожения по стадиям существует понятие «конечная степень сбраживания», т.е. максимально возможная. В процессе брожения эта степень сбраживания не достигается, а определяется в лаборатории завода. У светлых сортов пива видимая конечная степень сбраживания составляет 77-82%.
Молодое пиво перекачиваемое в цех дображивания, должно содержать около 1% сбраживаемого экстракта, чтобы при дображивании получить необходимое насыщение диоксидом углерода.
В готовом пиве нельзя оставлять много сбраживаемого экстракта. Чем меньше разница между степенью сбраживания готового пива и конечной степенью сбраживания, тем больше его биологическая стойкость. Если между этими величинами имеется большая разница, то микроорганизмы готового пива будут размножаться на сбраживаемых веществах готового пива и образовывать муть, снижая его биологическую стойкость и вкусовые качества.
Процесс главного брожения длится около 7 сут с момента введения дрожжей для сортов пива с начальным содержанием экстракта в сусле 11-13% и 8-10 сут для сортов с большим содержанием экстракта. При сбраживании сусла с высоким содержанием экстракта повышается начальная и максимальная температура брожения, увеличивается количество семенных дрожжей, до 1 л на 10 дал сусла. Например, сусло для Жигулевского пива сбраживают 7 сут, для Ленинградского-11сут. Примерный температурный режим по суткам брожения следующий: для Жигулевского пива в первые сутки-5С, на вторые сутки-5,5, на третьи-6,3, на четвертые –пятые сутки –7,5, на шестые –6,5, на седьмые 4,5оС. Для Ленинградского пива в первые сутки –7, на вторые- 8,5, с третьих по восьмые сутки- 9, на девятые-8,5, на десятые –7, на одиннадцатые –5,5оС.
О ходе главного брожения судят по изменению ( убыли) содержания экстрактивных веществ в сусле. Количество их определяют один раз в сутки сахарометрами.
В таблице приведено содержание экстракта и спирта по суткам брожения в сусле для пива Жигулевского.
Таблица 3-Содержание экстракта и спирта по суткам брожения в сусле для пива
| время брожения сут. | Экстракт по сахарометру % | Действительный экстракт, % | спирт % | Степень сбраживания, % | рН | |
| Видимая | Действительная | |||||
| До брожения | 11,2 | -- | -- | -- | -- | 5,4 |
| первые | 11,0 | 11,07 | 0,11 | 2,2 | 0,7 | 5,2 |
| вторые | 10,0 | 10,45 | 0,47 | 10,2 | 7,1 | 5,0 |
| третьи | 8,8 | 9,41 | 0,99 | 21,8 | 16,4 | 4,75 |
| четвертые | 7,1 | 7,85 | 1,67 | 34,9 | 30,2 | 4,62 |
| пятые | 5,6 | 6,65 | 2,27 | 50,2 | 40,9 | 4,53 |
| шестые | 4,9 | 6,08 | 2,56 | 58,4 | 45,9 | 4,48 |
| седьмые | 4,60 | 5,83 | 2,68 | 59,1 | 48,2 | 4,45 |
| восьмые | 4,5 | 5,75 | 2,72 | 60,0 | 48,9 | 4,45 |
Показателем окончания брожения служит содержание экстракта в сбраживаемом сусле.
При производстве различных сортов пива главное брожение заканчивают при следующих показателях сахарометра (видимый экстракт): для Жигулевского пива 4,5- 4,3, что соответствует видимой степени сбраживания 59,1- 60%; для Рижского пива соответственно 4,2-3,9 и 65-67,5%; для Московского пива 5,0-4,7 и 61,5- 63,8%; для Ленинградского пива 6,9- 6,8 и 65 –66%; для Украинского пива 5,6- 5,5 и 60-61,5 %.
Перед подачей пива на дображивание с поверхности пива, бродившего в открытых аппаратах, тщательно снимают деку, а в закрытых аппаратах деку не снимают, так как из-за отсутствия процессов окисления пены образуется гораздо меньше, чем в открытых резервуарах, и она не темнеет.
По окончании главного брожения молодое пиво перекачивают в закрытые бродильные танки на дображивание и созревание, а осевшие дрожжи отбирают в приёмный сборник для промывки и подготовки к новому использованию в следующем цикле главного брожения.
Отбор и подготовка семенных дрожжей. Прирост массы дрожжей зависит от количества внесенных в сусло дрожжей в начале брожения, количества экстракта, температуры сбраживания, содержания растворенного кислорода. С увеличением количества вносимых дрожжей повышается скорость брожения, но снижается рост накопления их биомассы. Количество дрожжей в процессе брожения возрастает обычно в три – четыре раза.
После перекачивания молодого пива на дне чана остается плотный осадок (осадочные дрожжи), который можно разделить на три слоя. Верхний слой коричневого цвета, состоит из легких дрожжевых клеток, осевших в конце брожения. Этот слой содержит много мертвых клеток, посторонних микроорганизмов, а также осадок белковых веществ, хмелевых смол и др. Средний более светлый слой, состоит из дрожжей, обладающих высокой бродильной активностью. Нижний слой темного цвета, в нем содержатся мертвые дрожжевые клетки и отстой.
Примерно половина осадочных дрожжей используется в следующих циклах брожения в качестве семенных, а остальные избыточные дрожжи используются как товарные (на продажу).
Дрожжи чистой культуры, осевшие на дно бродильного аппарата после цикла главного брожения, называют семенными дрожжами первой генерации. Дрожжи, полученные после второго цикла главного брожения, называют семенными дрожжами второй генерации и т.д.
Семенные дрожжи после промывки водой, представляют собой густую тестообразную массу, содержащую до 12,5% сухих веществ. В 1 см3 семенных дрожжей содержится до 400млн. дрожжевых клеток.
Годными для производства пива считают те дрожжи, в массе которых под микроскопом в 50 полях зрения имеется не более двух посторонних микроорганизмов, а число клеток окрашиваемых метиленовой синью (мертвые клетки), не превышает 10%.
Семенные дрожжи собирают в приёмный сборник, затем пропускают через вибрационное сито для механического процеживания и отделения крупных хлопьев белковых веществ и хмелевых смол. Очищенные дрожжи направляют в монжю, где они отстаиваются в течение 4-5 ч, а затем их непрерывно промывают водой температурой 1 –2 С и перемешивают диоксидом углерода. После этого семенные дрожжи готовы к повторному использованию. Монжю представляет собой горизонтальную или вертикальную емкость из алюминия, снабженную охлаждающей рубашкой и устройствами для подвода воды и СО2.