Fermentatia Berii (2)

FERMENTAŢIA BERII

INTRODUCERE Fermentarea mustului de bere are loc în două etape: −

fermentare primară sau principală;

−

fermentare secundară (maturarea). Fermentarea primară se desfăşoară în patru etape:

−

faza iniţială care durează o zi şi se caracterizează prin multiplicarea drojdiilor, iar mustul

din lin după 12-16 ore se acoperă cu un srat de spumă; −

faza de creste joase care durează una-două zile, spuma se dezlipeşte şi începe să ia o

formă unghiulară; −

faza de creste înaltă, începe cu ziua a patra şi durează 2-3 zile. Se caracterizează prin

activitatea maximă a drojdiei. −

Faza de scădere durează 2-4 zile şi constă în scăderea spumei şi transformarea acestuia

într-o peliculă de culoare brum murdar. Fermentarea secundară (maturarea) –principalele transformări care au loc sunt: −

fermentează resturile de extract fermentescibil pe care o conţine berea tânără;

−

saturare cu CO2 la temperaturi scăzute şi sub presiune;

−

limpezirea prin realimentarea drojdiilor şi altor substanţe care alcătuiesc tulburarea;

−

maturarea propriu-zisă prin care se înţelege finisarea şi înrobinarea gustului şi a aromei

berii. Faze de fermentare secundară: −

în prima fază, fermentarea se realizează în vase deschise timp de 24 de ore;

−

în a doua fază, fermentarea are loc în vasele închise.

CAP.I. FERMENTAŢIA MUSTULUI DE BERE

1.1. CONSIDERAŢII GENERALE PRIVIND FERMENTAŢIA MUSTULU Prin fermentaţia mustului se urmareşte transformarea zaharurilor fermentescibile în alcool etilic şi CO2, dar, în acelaşi timp se formează şi produşi secundari cum ar fi alcoolii din fuzel, acizi, esteri, cetone şi produşi cu sulf. Pentru a realiza fermentaţia mustului de bere cu o anumită compoziţie chimică este necesar ca unele substanţe din must să difuzeze în celula de drojdie străbătând astfel peretele celular, cât şi plasmalema. Zaharurile sunt metabolizate în secvenţă, glucoză şi fructoza fiind rapid consumate, maltoza este consumată mai lent (la fermentaţia primară) şi în final este consumată maltotrioza (la fermentaţia secundară). De remarcat că zaharoza este hidrolizată din peretele celular. În interiorul celulei atât maltoza cât şi maltotrioza sunt hidrolizate enzimatic la glucoză. Expresia simplificată a fermentaţiei alcoolice este dată de ecuaţia Gay Lussac: Glocoza → 2CO2+ 2CH3CH2OH + Energie Energia eliberată nu este folosită în totalitate de către drojdie, ea fiind în mare parte folosită sub formă de căldură. Ecuaţia nu ia în considerare faptul că drojdia se dezvoltă şi produce alţi metaboliţi. Dacă nu se ia în considerare dezvoltarea drojdiei, atunci expresia mai reală a ecuaţiei fermentaţiei alcoolice în industria berii este urmatoarea: Maltoză(100g) + Aminoacizi(0,5g) → Drojdie 5g(s.u.) + Alcool etilic(48,8g)+CO2(46,8g) + 50kcal(209kJ)

Această ecuaţie diferă foarte mult de cea care rezultă la producţia drojdiei de panificaţie în condiţii aerobe ţi unde substratul este zaharoza: Zaharoză(100g) + Amoniac(5g) + Oxigen(51g)→Drojdie + CO2 (73g) + Energie(812kJ).

1.2 FACTORII CARE INFLUENŢEAZĂ FERMENTAŢIA

Fermentaţia este un proces complex şi este influenţată de trei mari categori de factori: 

-compoziţia chimică a mustului;



-drojdia utilizată:

•

-tipul şi varietatea utilizată;

•

-condiţia drojdiei la utilizare

•

-distribuţia drojdiei în must;

•

-temperatura mustului la adăugarea în drojdie;



-condiţii

de

procesare(fermentaţia):

durata

şi

temperatura

de

fermentare,

agitarea şi curenţii ce se formează la fermentare. 1.2.1 Compoziţia chimică a mustului Mustul fiert ca mediu de fermentare este bogat în nutrienţi, deoarece conţine un spectru larg de zaharuri asimiabile, de aminoacizii, substanţe minerale, vitamine etc. Pentru creştere drojdiile au nevoie de zaharuri, aminoacizi, săruri minerele şi vitamine şi în plus, necesită acizi graşi nesaturaţi şi steroli, precum şi oxigen. Componentul Fructoză Glucoză Zaharoză Maltoză Maltotritoză Zaharuri

[g/l] 2,1 9,1 2,3 52,4 12,8 23,9

nefermentescibile Azot total (ca azot) 0,8 Azot aminoazotic 0,30 Aminoacizi totali 1, 65 Compuşi fenolici 0,25 izoacizi 0,030 Ioni de calciu 0,065 Compoziţia mustului va influenţa atât viteza de fermentaţie, gradul de fermentaţie, cât şi cantitatea de biomasă produsă şi în final calitatea berii. Temperaturile de plămadire mai scăzute conduc la musturi mai fermentescicile, cu o mai bună atenuare. Berea tânără obşinută are gust de trub, culoare mai închisă şi înşuşiri de spumare mai reduse. In cantitaţi mai mari, particolele din trubul la rece ingreunează filtrabilatea berii. Unii cercetătorii recomand un nivel de 70-100mg/l la fermentarea tradiţională şi 40mg/l la fermentarea rapidă. Ph-ul mustului este favorabil dezvoltării drojdiilor(5.2-5.7),

iar scăderea în timpul fermentaţiei până la valori de 4.35 - 4.65. Scăderea ph-lui poate fi influenţată artificial prin creşterea cantitaţii de drojdie şi a nivelului de aerare prin agitarea mustului.

1.2.2 DROJDIA UTILIZATĂ Drojdia utilizată este aleasă în funcţie de comportarea ei biochimică şi fizică care determină mersul fermentaţiei. Trebuie aleasă acea drojdie care produce o bere cu aromă dorită(gust şi miros), cu o stabilitate a aromei, cu o anumită stralucire într-un timp acceptabil şi anumit echipament în care se realizează fermentarea şi fară pierderi mari de bere în timpul procesării.

Condiţia drojdiei în momentul adaugării în must va depinde de modul de obţinere a culturii şi de păstrarea acesteia până la folosire. Drojdia de bere aparţine grupei ascosporogene, familia Saccharomycetaceae, genul Saccharomyces. Acest gen se distinge prin urmatoarele caractere: •

Inmulţirea celulelor se face prin înmugurire;

•

Formează uneori pseudomiceliu;

•

Sporii sunt de obicei rotunzi sau ovali;

•

Fermentează intotdeauna alcoolic şi nu asimilează azotaţii.

Din punct de vedere al fermentării există: •

Drojdii de fermentatie inferioară - Saccharomyces carlsbergensis- care fermentează la temperaturi scăzute mergând până la 00C şi care se depun pe fundul vasului la sfarşitul fermentaţiei;

•

Drojdii de fermentaţii superioare – Saccharomyces cerevisiae- care fermentează la temperaturi ridicate, iar la sfarşitul temperaturii se ridică la suprafaţa lichidului.

Drojdia de bere poate avea dimensiuni şi forme diferite – este monomoleculară, de obicei are forma rotundă sau ovală cu dimensiuni între 5-10 microni. Drojdia de bere presată conţine aproximativ 75% apa, iar substanţa uscată a celulei conţine 90-95% substanţă organică şi 5-10% substanţe anorganice. Compuşii principali ai celulei sunt: glicogenul, trehaloza, substanţe azotate, gumele, lipide, etc.

1.2.2.1Verificarea si selecţionarea celor mai bune tulpini de drojdii pentru a fi introduse în producţie Pentru obţinerea unei bune fermentări a mustului de malţ hameiat, este necesar să se folosească o cultură de drojdie viguroasă. Numai o asemenea cultură poate provoca o fermentare rapidă şi energică, împiedicând astfel eventualele contaminări cu alte microorganisme.

Obţinerea culturilor de drojdie într-o fabrică de bere se realizează intotdeauna pornind de la o cultură pură. Folosirea culturilor pure de drojdie prezinta o serie de avantaje dintre care amintim: •

se înbunătăţeşte calitatea berii;

•

scad posibilităţile de degradare a berii, de apariţie a tulburilor, de modificare a gustului, mirosului;

•

fermentarea decurge uniform, obtinîndu-se o bere cu o compoziţie şi propietăţi gustative mai uniforme.

De o importanţă deosebită sunt caracteristicile tulpinii de drojdie de la care se porneşte cultura pură. Se poate spune cu certitudine, la nivelul cunoştinţelor actuale, că tulpina de drojdie cu care lucrează o fabrică poate imprima un anumit gust specific sortimentului de bere produs. De aceea , microbiologul de bere trebuie sa fie înarmat cu suficiente cunoştinţe nu numai de microbiologie, dar şi de tehnologie şi procese biochimice specifice industriei malţului şi berii. Astfel pregătit cu aceste cunoştinţe, el poate conduce cu o mai mare siguranţă intregul proces de izolare, adaptare, înmulţire, fermentare si refermentare a tulpinii de drojdie pe care o introduce în producţie. Obţinerea berii este unul din cele mai vechi procese biotehnologice care folosesc drojdiile pentru a transforma glucidele fermentescibile în alcool etilic şi dioxid de carbon. Drojdia de bere, Saccharomyces carlsbergensis, utilizată ca starter al fermentatiei, poate proveni din culturi pure de laborator sau prin recuperarea celulelor dezvoltate la o sarjă precedent de fermentare. Alegerea unei anumite tulpini de drojdie pentru obţinerea berii, în condiţii specific de aprovizionare cu materii prime, dotării şi tehnologiei folosite, se realizează luând în considerare principalele caractere specific ale drojdiei de bere: •

gradul final de fermentare şi viteza de fermentare;

•

capacitatea de asimilare a substanţelor ce participă în metabolism;

•

randamentul de multiplicare;

•

capacitatea de floculare şi sedimentare;

•

spectrul şi cantitatea de produse secundare ale fermentaţiei cu implicaţii în gustul şi aroma berii;

•

rezistenţa faţă de degenerare, contaminare, s. a.

Realizarea acestei alegeri este mult mai dificilă decât a celorlate materii prime pentru bere. Incercarile de a caracteriza drojdiile care se comercializează au arătat că cele mai multe dintre ele sunt alcătuite din specii diferite care adeseori posedă proprietati de floculare. In practica industrială apar mutatţii nedorite ce împiedică flocularea. Principalii factori care influenţează performanţele fermentative ale drojdiilor şi calitatea berii sunt: •

compoziţia mustului de bere;

•

condiţiile de aerare ale culturii de drojdie;

•

temperatura de fermentare;

•

dimensiunile şi geometria vasului de fermentare.

Daca pentru maturarea berii şi obţinerea berii fară alcool, sistemele de utilizare a drojdiilor imobilizate sunt introduse în practică, fiind avantajoase din punct de vedere economic, folosirea drojdiilor în fermentarea primară este încă în studiul de cercetare. Stabilitatea microbiologică a sistemului de drojdii imobilizate este dependentă de concentraţia, activitatea şi puritatea drojdiilor. Prin fierberea mustului inainte de fermentare se evită contaminarea. Dintre contaminanţii periculoşi sunt bacteriile care pot avea o rată mare de creştere la temperaturi scăzute şi care se ataşează pe suprafata purtătorilor de drojdii imobilizate. Pentru a sesiza contaminarea se recomandă detectarea diacetilului, a compuşilor fenolici sau a aciditaţii în efluent, ca şi metode directe microbiologice. În caracterizarea morfologică şi citologică a drojdiilor, trebuie să aibe în vedere urmatoarele aspecte: •

Aspect morfologic;

•

Mărimea celulei;

•

Capacitatea de a forma spori;

La o analiză mai profundă, drojdiile folosite la fermentare se pot clasifica în 6 grupe şi anume: •

Grupa A: drojdii care sedimentează foarte devreme

•

Grupa B: drojdii care sedimentează atunci când mustul este atenuat

•

Grupa C: drojdii care sedimentează într-un anumit grad până la sfarşitul fermentaţiei;

•

Grupa D: drojdii care parasesc mustul şi ajung la suprafaţa acestuia;

•

Grupa E: drojdii care formeazâ la suprafată aglomerari

•

Grupa F: drojdii care se ridică la suprafată într-un anumit grad, dar cea mai mare parte ramân în suspensie şi nu se sedimentează o dată cu finalizarea fermentaţiei.

Cantitatea de drojdie adaugată în must influnţează viteza fermentaţiei. S-a constatat că, pentru drojdia de fermentaţie superioară, o doză de 0,3 kg s.u/ hl de must la 17 0C va, conduce la o atenuare a mustului de 75% in 84 ore. Daca doza este marita de 4 ori, se atinge aceeaşi atenuare in 44 ore, ceea ce înseamna că, cu cât este mai mare doza de drojdie, cu atât atenuarea mustului este mai mare. Doza de drojdie adăugată va influenţa însă marimea biomasei de drojdie obţinută la fermentare, în sensul că, la o doză mare de drojdie adăugată, celulele individuale se vor multiplica lent şi cantitatea de drojdie la sfarşitul fermentaţiei este aproape independentă de adaosul de drojdie în limitele de 0,09-0,3 kg s. u/hl. La o doză mai mare de drojdie(0,5l cremă de drojdie) se scurtează durata fermentarii şi creşte biomasa recoltată. Durata fermentării [zile] 9

Doza adăugată

Biomasa recoltată

Crestere faţă inițial [l/h] [l/h] 0,5 -2,0 4 1,0 -2,5 2-3 7 4-5 2,0 1,5 -3,0 Influenţa dozei iniţiale de drojdie asupra biomasei formate la fermentaţie.

de

1.2.2.2.Condiţiile de procesare La procesare trebuie sa aibă in vedere efectul agitării şi temperature la care are loc fermentarea. Efectul agitării, acesta se reflect asupra aerării şi amestecării, ambele favorizând fermentaţia si anume: aerarea crescută duce la creşterea nivelului de oxigen în must, la fel şi amestecarea, prin faptul că aduce drojdiile la suprafaţă, iar pe cele care s-au depus le aduce in suspensie. Aerarea puternică este indispensibilă la inceputul fermentaţiei primare, oxigenul din mustul in fermentare fiind consumat pentru:

•

dezvoltarea drojdiei – procesul de respiraţie

•

oxidarea unor componente din must şi a unor produse rezultate în fermentare.

Aerarea favorizează şi scăderea ph-ului mediului de fermentare, scădere care este mai accentuate in primele trei zile. pH-ul influenţează, la rândul său fermentaţia şi în particular, calitatea berii finite. Temperatura la care are loc fermentarea – este în funcţie de felul fermentaţiei şi deci, de tipul de drojdie. Fermentarea mustului de către drojdie este însoţită de o scădere a densitaţii acestuia, profunzimea fermentaţiei exprimând-se prin gradul de fermentare. Gradul de fermentare aparent în berea tânără blondă este de 70-73%, iar în cea brună de 58-60%. 1.2.2.3. Alte reacţii şi modificări care au loc la fermentaţie În timpul fermentaţiei pot avea loc şi alte reacţii şi modificări care sunt importante în determinarea calitaţii berii. Acestea sunt: modificări în compoziţia compuşilor cu azot; scăderea pH-ului, modificarea potenţialului redox, diminuarea culorii berii, precipitarea substanţelor amare şi a polifenolilor, dizolvarea CO2 în bere, clarificarea berii.

•

Modificări în compoziţia compuşilor cu azot

La fermentarea şi maturarea berii, drojdiile realizează consum de azot aminic şi peptide mici, excreţia ar decurge in două etape: •

Etapa in care excreţia are loc după terminarea fermentaţiei, drojdia fiind incă vie, dar metabolismul ei este mai scăzut. În aceasta etapă, substanţele contribuie la rotunjirea gustului şi la creşterea plinitaţii berii. Aceste substanţe includ: aminoacizi, vitamine, fosfaţi şi enzime. Dacă drojdiile sunt îndepartate prea rapid din bere, aceasta nu va avea calitaţi senzoriale optime.

•

Etapa in care produsul de excreţie se datorează fenomenului de autoliză al drojdiei.

Efectele negative asupra calitaţii berii prin autoliza drojiilor se referă la inrăutăţirea gustului care poate să fie de drojdie, creşterea pH-ului, modificarea culorii etc. Având în vedere că azotul aminoacizilor din bere reprezintă 70% din azotul total, orice creştere de azot aminic trebuie pusă pe seama autolizei drojdiilor. •

Scăderea valorii pH-ului

Scăderea pH-ului are loc în principal în faza de dezvoltare logaritmică a drojdiilor in must, datorită formării de acizi organici. O creştere a pH-ului berii dă indicaţii asupra începutului de autoliză a drojdiilor. Se preferă un pH=4,2-4,4. La valori sub 4,1 al pH-ului, berea capătă gust acid nedorit. Scăderea pH-ului mai poate fi cosencinţa: utilizării unei ape moi, fermentarii viguroase prin marirea dozei de drojdie şi creşterii temperaturii.

•

Modificarea potenţialului redox

În timpul fermentării are loc o scădere a puterii redox datorită utilizării oxigenului

de către drojdie, nivelul de oxigen în berea maturată fiind mg/l. Berea se

poate obţine cu un rH scăzut, dacă fermentarea este viguroasă, însămânţarea cu drojdie a mustului.

Must Bere tânără •

rH 20-30 8-12 Modificarea culorii berii

ITT 250-500 40-200

în special după

După primele zile de fermentare, culoarea mustului în fermentare devine cu 3 unităţi EBC mai deschisă datarită: decolării unor substanţe, cosencinţa scăderii pH-ulu, adsorbţiei de substante, respectiv precipitării lor în spuma de la suprafaţa berii sau precipitării lor la fundul tancului de fermentare. •

Dizolvarea CO2 in bere

În timpul fermentaţiei primare circa 15% din CO2 produs rămâne dizolvat în bere, restul putând fi recuperat. Berea tânără contine aproximativ 0,2% CO 2. Nivelul de 0,2 % de CO2 în bere se obţine din 0,4% extract fermentescibil.

1.3. CONDUCEREA FERMENTAŢIEI PRIMARE Fermentaţia primară se desfăşoară sub controlul riguros al temperaturii şi incepe prin pregătirea mustului în vederea însămânţării cu drojdie, pregătire care constă în aerarea mustului răcit şi clarificat, această aerare avand un rol esenţial în dezvoltarea fermentaţiei primare. O aerare nesatisfăcătoare conduce la: •

fermentaţie iniţială defectuoasă;

•

prelungire cu până la trei zile şi chiar mai mult a duratei de fermentare;

•

dezvoltare insuficientă a drojdiilor care nu transformă, deci, suficient extract;

•

fermentaţie secundară defectuoasă;

•

calitate necorespunzătoare a berii.

1.3.1 Însămânţarea mustului cu drojdie Însămânţarea mustului poate fi făcută cu cultura de drojdie proaspăt preparată sau cu drojdie provenită de la o fermentaţie precedentă. Adaosul de drojdie poate fi făcut înaintea de aerarea mustului sau după aerarea acestuia. În cele mai multe cazuri în literatura de specialitate se menţionează că însămânţarea cu drojdie a mustului se face chiar înainte de aerarea acestuia. Doza de cremă de drojdie adăugată este de 0,6-0,7 kg/hl must. Există şi posibilitatea ca mustul ce trebuie fermentat să se adauge peste o porţiune de must aflat în faza de fermentare viguroasă, în cazul în care caz nivelul de drojdie poate fi de (6-8)106/ml, deoarece drojdia este mult mai activă. Este necesar ca mustul proaspăt să aibă aceaşi temperatură cu cel aflat în plină fermentare. Dozarea drojdiei în must trebuie să fie cât mai uniformă, cu evitarea aglomerărilor. De regulă se practică dozarea in flux, mustul însămânţat fiind introdus direct în fermentator. Şi într-un caz şi altu în tancurile respective, la fundul acestora, se acumulează un sediment format din trubul la rece de hamei, care a mai rămas la clarificarea mustului,răsini de hamei si celule de drojdi degenerate sau moarte. 1.3.2. Fermentaţia primară propriu-zisă Începe imediat după adăugarea drojdie i şi pe parcusul a 8 – 10 zile de fermentare la temperatura de 6..100 C, se constată următoarele faze ale mustului: •

faza iniţială, care durează 12-20 ore de la însămânţare şi se caracterizează prin apariţia la suprafaţa mustului a unei spume albe, care conţine proteine şi răşini de hamei precipitate. Scăderea extractului în această fază este de 0,3-0,5% în 24 de ore, iar pH-ului de 0,25-0,3 unitaţi/24 ore;

•

Faza crestelor joase, care durează 2-3 zile şi care se caracterizează prin desprinderea spumei de marginea linului şi capătă aspect de smântână groasă, iar ca formă spuma este asemanătoare conopidei. În această fază extractul scade

cu 0,6-1% în 24 de ore, iar pH scade de la 7,9 la 4,7. Temperatura mustului in fermentare creşte cu 1,5...20C/24 de ore •

Faza crestelor înalte, care începe cu ziua a treia de fermentaţie şi care durează 2-3 zile. Această fază este caracterizată printr-o fermentare intensă, spuma se colorează in galben-brun până la brun închis, crestele atigând aproximativ 30 cm. Scăderea extractului in această fază este de 1,2-2% in 24, iar pH-ul scade după a patra zi de fermentare, la început cu 0,5-0,9 unitati/24 ore, apoi cu 1-1,5 unităti/24ore. În această etapă dezvoltarea drojdiei este frânată semnificativ, cauza fiind epuizarea oxigenului din mediu şi începe şi flocularea. La sfârşitul acestei faze, gradul de fermentare pentru berea blondă trebuie să fie 40-45%;

•

faza finală, care durează 2-3 zile si care se caracterizează prin colapsarea crestelor, deoarece fermentaţia nu mai este viguroasă şi cantitatea de CO 2 este diminuată. În această fază colapsează şi spuma, întrucât fermentaţia continuă să se diminueze. Se formează un strat de aproximativ 2 cm de culoare brun murdar, care retine şi răşinile de hamei.

Dacă stratul de spumă devine prea subţire, răşinile trec în berea tânără, care capătă gust amar neplaăcut. În această fază, extractul scade cu 0,2-0,4%. În ultimile 24 de ore pH-ul se menţine constant, iar temperatura mustului trebuie să ajungă la 3,5...50C( prin răcire). Drojdia se depune la fundul recipientului de fermentare în strat compact, în cazul drojdiilor de tip floculant(de fermentaţie inferioară). La utilizarea drojdiilor pulverulente, sedimentarea este slabă şi este necesară o răcire la -20C La trecerea berii crude(tinere) la fermentaţia secundară şi maturare, stratul de spumă trebuie eliminat. Urmarirea fermentaţiei primare se face zilnic prin măsurarea temperaturii, extractului aparent şi pH-ului. Tipuri de fermentaţii Există doua tipuri principale de fermentaţii şi anume:

•

fermentaţia superioară

•

fermentaţia inferioară.

Se diferenţiază între ele prin: tipul de drojdie folosită, temperatura de fermentare şi durata de fermentare. 1.3.2.1. Fermentaţia superioară tradiţională Această fermentaţie se poate desfăşura în linuri de fermentare, care lucrează la presiune barometrică, şi în tancuri inchise, care lucrează sub presiune. La fermentaţia superioară în linuri, mustul este răcit, aerat la nivel de 5-15mg O2/l şi este introdus pe la partea superioară a uni recipient de fermentare de strat unde se înţămânţează cu 0,15-0,30 kghl drojdie şi se menţine circa 3 ore. În această etapă se amorsează fermentaţia şi temperatura poate să ajungă la circa 180C. După epuizare, mustul este transferat din recipientul de start în fermentatorul propriu-zis, în care are loc o nouă amestecare a mustului cu drojdia şi o aerare suplimentară, mai ales dacă mustul a fost transferat pe la partea superioară a fermentatorului. Pe masură ce fermentarea progresează, temperatura mustului în fermentare ajunge la 200C şi la suprafaţa mustului se adună spumă. Această spumă poate ocupa până la 1/3 din volumul fermentatorului în funcţie de tipul acestuia. Pe măsura progresarii fermentaţiei la suprafaţa mustului în fermentare se adună drojdiile care au floculat. Pentru a facilita acumularea drojdiilor la suprafaţă, la sfarşitul fermentaţiei temperatura berii tinere se scade la 14-150 C. Drojdia acumulată la suprafaţa berii tinere se poate îndepărta prin două metode: •

metoda cu un sistem tip pâlnie reglabilă şi care se continuă cu o conductă ce străbate fundul recipientului de fermentere, drojdia fiind colectată într-un cărucior prezentată in figura de mai jos.

•

Metoda prin sucţiune

sistem de recoltare a drojdiei cu ajutorul pâlniei(paraşută)

•

Sistem de ridicare/coborâre a pâlniei; 2- drojdie acumulată la suprafață; 3- pâlnia- perașută; 4plafon fals; 5- conductă pentru răciere; 6- trecere etansă a pâlniei; 7- suportul linului de fermentare; 8- carucior deplasabil pentr drojdie. Sistem recoltare prin sucţiune

Colectarea drojdiei se poate face o singură dată sau de 2 ori, în funcţie de drojdia şi de tipul de bere realizat.

Dacă drojdiile de fermentaţie superioară (Sacc. Cerevisiae) floculează prea rapid şi se ridică la suprafaţă,

în mediu rămân prea puţine drojdii în suspensie, deci nu se realizează corect

fermentarea primară. Pentru a înlătura acest neajuns se face o recirculare a mediului în fermentare prin stropire, peste drojdia acumulată. Pentru accelerarea fermentaţiei superioare se recomandă urmatoarele: trecerea unui must în fermentare activă peste un must proaspăt, în care caz se reduce sau se elimina faza de lag a dezvoltării drojdiilor, mentinerea drojdiilor libere de înfecţie, în suspensie prin agitarea mediului, ridicarea temperaturii chiar până la 280C , creşterea concentraţiei de drojdie din must, creşterea nivelului de O2 dizolvat în must. În legătură cu recomandările menţionate se face urmatoarele precizări: •

obţinerea de drojdie liberă de infecţie

•

agitarea nu este obligatorie

•

alegerea temperaturii se face în funcţie de caracteristiciile berii

•

creşterea concentraţie de O2 face prin separarea drojdiei de berea antrenată

Prin accelerarea fermentaţiei se influenţează gustu şi mirosul berii tinere prin acumularea de alcooli superiorii, esteri, H2S. În condiţiile în care fermentarea superioară se execută în tancuri închise şi în special în fermentatoare cilindro-conice sub presiune, drojdiile sedimentează în principal inferioară a fermentatorului, de unde se recoltează.

1.3.2.2. Fermentaţia inferioară tradiţională

La fermentaţia inferioară, mustul este răcit la 7...110C şi este aerat la nivel de 8mg O2/l must. Mustul răcit se însămânşează cu 0,22kg drojdie/hl. Gradul de însămânşare va depinde de : greutatea specifică a mustului, temperatură, gradul şi viteza de fermentare dorită. În legătură cu doza de drojdie folosită: •

-se adaugă o cantitate mai mare de drojdie

•

- la o doză mai mică , drojdia se dezvoltă excesiv şi berea rezultată devine mai aromată

•

-la un adaos mai mare de drojdie, aceasta se dezvoltă mai puţin şi chiar poate să se autolizeze

Începe imediat după adăugarea drojdiei şi pe urmă pe parcusul a 8- 10 zile de fermentare de 6...100C, se constată următoarele faze: Fermentaţia inferioară poate fi amorsată fie folosind un recipient se start deschis, fie direct în fermentatorul propriu-zis care, este un recipient inchis. În cazul utilizării recipientului de start deschis, mustul aerat şi însămânţarea cu drojdie se introduce pe la partea inferioară până la 30,5cm sub marginea superioară pentru a lăsa loc pentru spumă si creştere: •

după 6-12 ore de la însămânţare, apare o spumă de culoare albă, la fundul recipientului, se depune trubul, drojdiile inactive şi moarte precum şi alte substanţe solide care sunt lăsate , până ce mustul se transformă la fermentaţie.

•

după 12 până la 24 ore de menţinere în recipientul de start care este răcit, mustul de fermentare se transferă în fermentatorul propriu-zis şi din a trei-a zi de fermentare spuma densă ia forma de conopidă, crestele înlate apărând în a patra până la a şaptea zi de fermentare.

Din a opta zi şi până la sfârşitul fermentaţiei (9-14zile), fermentaţia va depinde de felul de drojdie şi de temperatură. La sfârşitul fermentaţiei primare inferioare, drojdiile floculate se depun la fundul fermentatorului, sedimentarea fiind favorizată de temperatura scazută a berii tinere. Dacă la fermentaţia inferioară s-au folosit drojdii pulverulente, racirea berii tinere trebuie să se facă la 40C, pentru ca drojdia să sedimenteze mai uşor şi să fermenteze mai lent, reducându-se concentraţia drojdiilor din berea tânără astfel ca extractul fermentescibil rizidual să nu fie utilizat. Transferul berii crude la fermentarea secundară trebuie făcută fără turbulenţă, pentru a se preveni absortia de aer.

Variante ale fermentaţiei inferioare primare Variante: •

•

Fermentaţia la rece, caracterizată printr-o temperatură de însămânţare de 5-60C şi o temperatură maximală de 90C, şi în urma căruia se obţin beri de calitate foarte bună, cu gust şi însuşiri de spumare bune. Fermentaţia la cald, caracterizată printr-o temperatură de însămânţare de 7-80C si o temperatură maximă de 10-120C, şi în urma căruia se obtin beri cu gust şi în însuşiri de spumare ceva mai reduse, dar stabilitatea coloidală este foarte bună.

1.3.2.3. Recuperarea drojdiilor de la fermentaţia primară Drojdia care se introduce în tancul de fermentare reprezintă circa 3l/hl ber, respectiv 1,52% din volumul berii. Recuperarea drojdiilor se realizează în mod diferit, în funcţie de tipul de fermentaţie. Drojdia de fermentare se multiplică şi dă o cantitate de biomasă de 3-4 ori mai mare decât cea folosită la însămânţare. Cea mai mare parte din aceasta se depune formând depozitul de pe fundul vasului. Dacă s-ar secţiona acest depozit, se disting 3 straturi diferite de drojdie, care au culori diferite, purităti şi stări fiziologice deosebite ale celulelor de drojdie: 1. Stratul inferior este de culoare închisă, conţine cantităti mari de precipitat care provin din trubul la rece precum şi precipitaţi din fermentaţia primară, conţine un procent mai ridicat de celule moarte şi bătrâne. 2. stratul de mijloc are o culoare mai deschisă, proporţia de drojdie din acest strat este aceea care realizează fermentaţia, este cea mai activă, fiind formată din celule motoare. Din acest strat se recoltează drojdii pentru o nouă însămânţare. 3. stratul superior este mai redus, există cantităţi mici de precipitat, rezultat din berea tânără fiind format din celule mici şi tinere de drojdii. Recoltarea drojdiei este dificil a se efectua când linurile au fundul plat sau sunt orizontale. Drojdiile se antrenează cu apă potabilă rece şi se transportă în vane pentru condiţionarea drojdiilor. Este mult mai uşor de separat pe calităţi drojdiile din tancurile cilindro-conice. Drojdia recoltată poate fi, după puritate refolosită pentru fermentarea

mustului. Numărul de refolosiri, numit în fabricatie generati , este de 12-18-20 ori. În realitateeste de 8-10 ori, depinzând de însuşirile tulpinii de drojdie folosită, de condiţiile de multiplicare caracteristice şi de fermentare. După fiecare recoltare, o probă din această drojdie trebuie examinată în laborator sub aspectul principalelor ei însuşiri: •conţinutul de celule moarte; •conţinutul de bacterii, care pot fi introduse la însământare; •capacitatea de floculare; •caracteristicile aromei berii. Operaţiile succesive ale purificării drojdiilor constau în: biomasa de drojdie recoltată se spală, cantitatea cea mai mare din precipitatele, î n g l o b a t e î n m a s a d e drojdie. În spaţii speciale sunt amplasate site vibratoare,

suspendate

pe nişte

arcuri şi antrenate în mişcarea oscilantă. Biomasa de drojdie cade pe sita vibratoare, aceasta va produce o dispersie a flacoanelor şi reţine pe suprafaţa ei precipitatele mai mari de biomasă care se depun. De aici biomasa este trecută în vanelede drojdie unde se spală cu apa glacială (4ºC), amestecăm biomasa de drojdie cu apa, celulele de drojdie se amestecă rapid cu apa, iar apa de spălare se îndepărtează uşor; operaţia se repetă de mai multe ori până când apa de spălare nu mai spumează. Este indicat ca apa de spălare să aibă densitate medie. Păstrarea biomasei de drojdii spălate şi purificate se face în diferite condiţii. Dacă constatăm prezenţa în biomasa de drojdie a unei influenţe străine,

este recomandat o dezinfectare a drojdiei, care se

realizează prin spălarea drojdiei cu o soluţie acidă slabă, la un pH de 2,6-2,8 timp de 40 minute până la 2 ore, după care soluţia acidă se îndepărtează şi drojdia se spală încă o oră. Prin scăderea pH-ului sub valoarea 3, se disting celulele de bacterii prezente în biomasa de drojdii. De asemenea, sunt stabilite celulele vârstnice, slabe rezultând o creştere procentuală a celulelor moarte necesitând folosirea unei cantităţi mai mari de biomasă la însămânţare. Atât spălarea cât şi păstrarea drojdiei pentru scurt timp se face în încăperi la 4ºC, menţinând biomasa de drojdie în apă. Pentru o durată mai lungă se face fie sub bere tânără sau de must, iar temperatura de păstrare este de 2ºC. Pentru păstrarea mai îndelungată, pentru transportul drojdiei de la o fabrică la alta se recomandă presarea biomasei până la o consistenţă solidă, ambalarea acesteia se face în folie de plastic şi se păstrează la 0ºC.

Tanc pentru pastrarea drojdiei colectate

1-Corpul tancului 2-Robinet

de

intrare/ieșire,

3-robinet

pentru

recoltarea probei 4-Termometru, 5- fereastră, 6- gură de vizitare, 7- lampă 8-conductă cu duză, 9-agitator, 10intrare agent de racire, 11- ieşire agent din tanc.

Drojdiile recuperate pot fi utilizate pentru reînsămânţare sau în alte scopuri. Înainte de folosire, ele sunt activate prin aerare timp de 2-3 ore îninte de a fi însămânţate, şi in acest interval de păstrare, drojdiile se ţin sub apă sterilă sau o soluţie de KH2PO4 2%. De remercat că, la refolosirea drojdiilor pentru fermentare, in primele 2 ore de fermentare, are loc o excreţie-şoc de aminoacizi şi nucleotide şi alte substanţe care activează aroma berii. Surplusul de drojdie recuperată poate fi utilizat: •

Ca furaj, sub formă de cremă

•

Ca material se start pentru obţinerea hidrolizate

•

Ca material de start pentru obţinerea extractelor prin plasmoliză cu sau fară adaos de enzime

•

Pentru obţinerea de melesă care apoi se usucă prin pulverizare.

Pentru a recupera berea antrenată de drojdie, se poate utiliya una dintre următoarele metode: − filtrare în filtre-presă cu membrană polipropilenă. −

separare centrifugal cu recirculare, în care caz în tancul 1 se introduce o cantitate de apă degazată. Această apă este preluată de pompa 6 şi trimisă în linia de alimentare a

separatorului-preclarificator 2. În această linie se dozează drojdia recuperată din tancul de fermentare, cu ajutorul pompei dozatoare 5. În preclarificatorul 2 se separă drojdia şi berea antrenată, care este diluată cu apa din tancul 1. − Separarea prin microfiltrare tangenţială, care conţine ca retenat drojdia, iar permeatul este reprezentat de berea antrenată de drojdie.

1.4. FERMENTAREA SECUNDARĂ Berea tânără se caracterizează printr-un gust şi aromă neplăcute, datorită formării unor produse secundare de fermentaţie ca aldehide, diacetil, compuşi cu sulf, conţine o cantitate insuficientă de dioxid de carbon de circa 0,2 g/100ml şi este mai mult sau mai puţin tulbure, ca

urmare a prezenţei drojdiilor şi a altor particule în suspensie. Din aceste motive, berea tânără este supusă în continuare unei fermentaţii secundare care se desfăşoară lent. În timpul fermentării secundare au loc următoarele transformări: •

continuarea fermentării extractului fermentescibil din berea tânără;

•

saturarea berii cu dioxid de carbon;

•

limpezirea berii;

•

maturarea berii.

Fermentarea secundară a berii se realizează în două faze mai importante: •

în prima fază, procesul de fermentare se face cu vasul deschis, timp de 24 ore de la trecerea berii tinere la fermentarea secundară;

•

a doua fază a fermentării are loc în aceleaşi vase, dar închise.

După închidere, vasele de fermentare secundară se cuplează la dispozitivele de siguranţă, care menţin o anumită presiune a dioxidului de carbon în vas. Berea tânără conţine aproximativ 0,2% dioxid de carbon dizolvat, în timp ce conţinutul de dioxid de carbon al berii finite este de 0,35÷0,4%. Deci, în timpul fermentării secundare trebuie să se acumuleze în mediu o cantitate de 0,15÷0,2% dioxid de carbon. Saturarea berii cu CO2 depinde de solubilitatea acestuia în bere, solubilitate care creşte cu scăderea temperaturii berii şi, conform legii lui Henry, cu creşterea presiunii exercitate asupra berii. În timpul fermentării secundare are loc şi limpezirea berii, ca urmare a scăderii temperaturii şi agitării, produse de bulele de dioxid de carbon care provoacă coagularea substanţelor azotate, a răşinilor de hamei şi a taninului, celulele de drojdie, substanţele proteice şi răşinile de hamei (coagulate) depunându-se pe fundul vaselor de fermentare. Fermentarea secundară are loc în vase închise sub presiune, în încăperi cu o temperatură cuprinsă între – 20C şi + 30C, denumite pivniţe de fermentare. Secţia de fermentare secundară este amplasată la un nivel inferior secţiei de fermentare primară, berea tânără fiind transportată la fermentarea secundară prin cădere liberă. Pivniţele de depozitare se amplasează astăzi pe mai multe nivele sub pivniţa de fermentare primară şi în apropiere de secţia de filtrare – umplere, astfel încât să rezulte trasee cât mai scurte de bere. Pivniţa de depozitare este răcită cu ajutorul unor răcitoare de aer cu saramură (RAS), sau prin evaporarea directă a agentului frigorific.

Pentru fermentaţia secundară se folosesc astăzi două tipuri de tancuri: •

metalice;

•

din beton armat. În fabricile vechi de bere sau în cele unde nu s-a renunţat la tradiţie (de exemplu, Pilsen)

se mai întâlnesc şi vase din lemn. Tancurile metalice pot fi confecţionate din tablă de oţel protejat în interior prin smolire, oţel inoxidabil, aluminiu şi aliaje ale acestuia cu manganul şi magneziul. Ele prezintă un grad de utilizare a spaţiului de fermentare secundară de 50%. Forma tancurilor metalice este de cele mai multe ori cilindrică, cu funduri bombate. Asemenea tancuri pot fi orizontale sau verticale. În afară de acestea se mai cunosc astăzi şi tancurile de formă cilindro-conică, folosite atât pentru fermentaţia primară cât şi pentru fermentaţia secundară. La noi în ţară se folosesc cel mai mult tancurile metalice orizontale şi în mai mică măsură tancurile din beton. Tancurile sunt prevăzute cu un racord de umplere-golire, cu o gură de vizitare, un aparat de siguranţă (pentru menţinerea suprapresiunii dorite) şi un robinet de luat probe. Tancurile metalice au capacităţi de până la 2000 hl, cu excepţia tancurilor amplasate în aer liber. De obicei, se folosesc capacităţi de 200, 400, 800 hl, capacităţi egale cu cele ale linurilor de fermentare. Tancurile din aluminiu nu se pretează însă decât până la suprapresiuni de lucru până la o atmosferă, iar cele din oţel emailat au capacitatea limitată până la 400 hl. Din oţel inoxidabil se pot construi tancuri de mare capacitate până la 4000 hl, însă acest material este scump. Tancurile din beton

prezintă un grad ridicat de utilizare a spaţiului de fermentare

secundară de până la 85%. Ele sunt de formă paralelipipedică, cu colţurile rotunjite şi sunt acoperite în interior cu un strat de smoală ca şi linurile de fermentaţie primară. Ele se construiesc odată cu clădirea, fiind dispuse pe mai multe etaje, datorită rezistenţei mecanice ridicate. Asemenea tancuri sunt însă sensibile la suprapresiuni mai mari de o atmosferă şi prezintă pericol de infiltraţii, deci pierderi în dioxid de carbon. Tancurile de fermentaţie secundară sunt prevăzute cu dispozitive de menţinere a suprapresiunii dorite, denumite aparate de siguranţă (spundaparate), care au rol şi de supape de

siguranţă, asigurând securitatea tancurilor de eventualele spargeri ca urmare a dezvoltării unor presiuni mai mari datorită degajării dioxidului de carbon. În ultimul timp, în locul aparatelor de siguranţă cu mercur se folosesc dispozitive manometrice cu membrană, de diferite tipuri, care pot fi reglate la suprapresiunea dorită. Vasul de fermentare se umple cu bere tânără pe la partea inferioară, lăsându-se un spaţiu liber de 10÷15 cm. Legarea tancurilor la aparatul de siguranţă se poate face imediat sau după circa 24 ore, când începe degajarea unei cantităţi mai mari de dioxid de carbon. În curs de 2÷3 zile se ajunge la suprapresiunea dorită, iar dioxidul de carbon rezultat din fermentaţie se solubilizează treptat în bere. În timpul fermentării secundare se face un control al temperaturii şi a suprapresiunii din tancuri, care trebuie să fie de 0,3÷0,4 at. Conţinutul în dioxid de carbon al berii se poate determina pe cale manometrică sau pe cale chimică în laborator. Este necesar de asemenea să se urmărească procesul de limpezire a berii, prin luarea unei probe de bere într-un pahar de sticlă şi observarea limpidităţii. Dacă se lasă paharul timp de 24 ore, la fundul lui se formează un depozit, iar berea de deasupra trebuie să fie limpede. Acest lucru denotă o bună limpezire la fermentarea secundară. Dacă la sfârşitul fermentării secundare berea rămâne tulbure este necesar să se depisteze cauzele acestei tulbureli. În timpul fermentării secundare mai este necesară şi determinarea gradului de fermentare, la început săptămânal şi apoi mai rar, urmărindu-se obţinerea unui grad de fermentare corespunzător tipului de bere produs. La circa jumătate din perioada fermentării secundare este necesar să se facă şi o degustare a berii, apreciindu-se culoarea, limpiditatea, pH-ul, gustul şi spumarea, astfel încât, dacă este cazul să se mai poată face corecţiile necesare. Durata fermentării secundare depinde de tipul de bere şi concentraţia ei în extract, de cantitatea de hamei şi de gradul de fermentare care trebuie realizat, cât şi de temperatură. Tragerea berii la filtrare trebuie să se facă de asemenea în condiţii speciale, pentru a se evita pierderile de dioxid de carbon şi accesul oxigenului. La tragere se creează cu ajutorul aerului comprimat o suprapresiune mai mare de 1,0÷1,2 at. în vas, închizându-se în acest scop aparatul de siguranţă. Din vasul de fermentare berea este trecută la o lanternă de cupajare la care se pot lega două sau mai multe tancuri cu acelaşi sortiment de bere şi astfel se poate obţine o calitate mai uniformă a berii care merge la filtrare.

Berea este trecută la filtrare cu ajutorul unei pompe centrifugale, care are rolul de a trimite berea la filtru la o suprapresiune constantă. Pentru a se evita contaminările este necesară spălarea periodică a lanternei de cupajare şi a pompei. Sedimentul rămas în vasele de fermentare, format în cea mai mare parte din drojdii şi proteine precipitate, este separat de bere cu ajutorul unui filtru-presă şi apoi valorificat la furajarea animalelor. Berea recuperată este pasteurizată şi adăugată în cantităţi mici în bere. După golirea completă, vasele se spală şi se dezinfectează, pregătindu-se pentru un nou ciclu de fermentare secundară.