Jęczmień

---

Jęczmień dzielimy na dwie podstawowe grupy: j ę c z m i e ń w i e lor z ę d o w y  i  d w u r z ę d o w y. Dwurzędowy jęcz mień charakteryzuje się grubszym ziarnem i bardziej symetrycznym kształtem w porównaniu z jęczmieniem wielorzędowym. Dla browarnictwa najkorzystniejszy jest jęczmień dwurzędowy jary ze względu na niską zawartość białka, wysoką ekstraktywność i korzystny kształt ziarna. Jęczmień jary jest wysiewany w okresie wiosennym, natomiast jęczmień sześciorzędowy w okresie jesieni  (jęczmień ozimy).

Budowa ziarna jęczmienia

Ziarno jęczmienia składa się z łuski, bielma i zarodka. Łuskę tworzy plewa oraz znajdujące się pod nią, zrośnięte ze sobą okrywy - owocowa i nasienna. Plewa składa się z substancji nierozpuszczalnych w wodzie i jest odporna na czynniki mechaniczne i chemiczne. Bielmo, stanowiące wewnętrzną część ziarna, jest zbudowane z komórek zawierających ziarenka skrobi. Między łuską i bielmem znajduje się warstwa aleuronowa zbudowana z komórek zawierających głównie białko i tłuszcz. W zarodku, w którym występują głównie związki białkowe, znajduje się zaczątek kiełka liścieniowego oraz zaczątek kiełka korzonkowego.

Tab. Skład chemiczny jęczmienia.

KRYTERIA OCENY JĘCZMIENIA 
Jakość jęczmienia browarnego określają cechy organoleptyczne, fizyczne, fizjologiczne i chemiczne podane w normie. Jęczmień browarny to jęczmień o oznaczonej klasie przydatności browarnej. Przydatność browarną jęczmienia określa się trzema wyróżnikami jakości o charakterze fizycznym i fizjologicznym, tj. wyrównaniem, zawartością białka, energią kiełkowania lub żywotnością ziarna.

Cechy organoleptyczne. 
Jęczmień browarny powinien składać się z ziarn dobrze wykształconych, o symetrycznej budowie, stosunkowo krótkich i grubych. Niski stosunek długości do szerokości ziarn warunkuje dobre i szybkie rozluźnienie podczas kiełkowania. Barwa łuski powinna być jasna, złocista, bez ciemnych plam. Zapach stęchły, fermentacyjny lub inny obcy jest niedopuszczalny.

Cechy fizyczne i fizjologiczne. 
W y rów n a n i e  z i a r n a, to stosunek masy ziarn jęczmienia, pozostających na sitach o szerokości otworów 2,8 mm i 2,5 mm, do masy przesiewanego jęczmienia, wyrażony w procentach. Im niższy jest stopień wyrównania ziarna jęczmienia, tym mniej otrzymuje się jęczmienia przydatnego do produkcji słodu. Zanieczyszczenia ogółem to suma zanieczyszczeń użytecznych i nieużytecznych, wyrażona w procentach. Do niedawna cenionym wskaźnikiem była masa jednego hektolitra ziarna, inaczej gęstość w stanie zsypnym. Za właściwą wartość tego wskaźnika przyjmuje się 68 - 74 kg/hl. Masa 1000 ziarn wynosi zwykle powyżej 35 g.

Stan fizjologiczny ziarna jęczmienia określa energia kiełkowania po trzech i pięciu dobach (zdolność kiełkowania) oraz żywotność ziarna.
 E n e r g i a k i ełk o w a n i a jest to liczba ziarn jęczmienia, wykiełkowanych po trzech dobach El lub po pięciu dobach Ez, wyrażona w procentach. Przykładowo, po 3 dobach wykiełkowało 480 ziarn z 500 pobranych, a po 5 dobach nie skiełkowanych było 10 ziarn, to energia kiełkowania El = 96%; Ez = 98%. Jęczmień bezpośrednio po zbiorach wykazuje niską energię kiełkowania. Podczas magazynowania we właściwych warunkach jęczmień dojrzewa fizjologicznie w ciągu 6 - 8 tygodni, w wyniku czego energia kiełkowania osiąga maksymalną wartość. Jęczmień magazynowany nieprawidłowo wykazuje różnicę między energią kiełkowania po 3 i 5 dobach większą niż 5%. Energia kiełkowania po 3 dobach jest wskaźnikiem potencjału witalnego ziarna, a po 5 dobach jest miernikiem jego żywotności. Żywotność ziarna to liczba ziarn jęczmienia wyrażona w procentach, których zarodek barwi się pod wpływem odczynnika chemicznego (kwaśnego selenianu sodu lub chlorku 2, 3, 5-trifeny- lotetrazolu), wskazując na ich zdolność do kiełkowania.

Cechy chemiczne. 
Wilgotność ziarna waha się w dość szerokich granicach, tj. 12-18%. Jęczmień oceniany jako suchy zawiera do 15% wody, średnio suchy 15 -16% a mokry 17 -18%. Jęczmień wilgotny ma skłonność do pleśnienia, tworzenia nieprzyjemnego zapachu, silnego oddychania i prze-mian fermentacyjnych obniżających energię kiełkowania. Wilgotny jęczmień wymaga zwiększonych nakładów na pielęgnację podczas magazynowania. 
Zawartość białka w ziarnie jęczmienia wynosi 9-13%. Jęczmień oceniany jako dobry dla celów technologicznych powinien zawierać 9,5 -11,5% białka. 
E k s t rak t y w n ość j ę c z m i e n i a - to liczba określająca w procentach ilość ekstraktu, który uzyska się ze słodu wyprodukowanego z danego jęczmienia w optymalnych warunkach technologicznych. Przykładowo ekstraktywność jęczmienia powietrzno suchego o wilgotności 15% wynosi 68%. Wobec tego z 50 g tego jęczmienia uzyska się 34 g ekstraktu. W przeliczeniu na suchą masę ekstraktywność wynosi: (68 '100): (100 - 15) = 80%.

Do związków bezazotowych należą węglowodany, substancje garbnikowe, związki goryczkowe i tłuszcze. Podstawowym składnikiem węglowodanów jest skrobia, której zawartość ma decydujący wpływ na ekstraktywność jęczmienia. Istotną rolę odgrywa beta-glukan, z którego są zbudowane m.in. ścianki komórek bielma utrudniające dostęp i działanie enzymów hydrolizujących skrobię. Garbniki wpływają niekorzystnie na barwę brzeczki, a związki goryczkowe na smak piwa. Podczas procesu moczenia jęczmienia związki te są częściowo ługowane z łuski. Część tłuszczów podczas kiełkowania ulega rozkładowi, w wyniku czego powstaje gliceryna i kwasy tłuszczowe. W czasie suszenia słodu enzymy rozkładające tłuszcze ulegają inaktywacji i znajdujący się w słodzie tłuszcz pozostaje w wysłodzinach.

 

ODMIANY JĘCZMIENIA ORAZ ZNACZENIE JEDNOLITOŚCI ODMIAN

Aktualnie w rejestrze znajduje się pięć  odmian jęczmienia browarnego. Jakość jęczmienia browarnego zależy od odmiany i warunków klimatycznych oraz nawożenia, a nawet od rejonu uprawy. Przy ocenie wartości przemysłowej odmian jęczmienia bierze się głównie pod uwagę przydatność słodowniczą i wartość gospodarczą. Nas interesuje przydatność słodownicza. Każdą odmianę charakteryzuje wygląd zewnętrzny ziarna, podatność na rozluźnienie, zawartość białka, siła diastatyczna, czas scukrzania oraz lepkość brzeczki laboratoryjnej. Dla każdej odmiany dobiera się optymalne parametry procesu produkcji słodu, pozwalające uzyskać możliwie najlepszy słód. Z tych względów do produkcji słodu powinno się stosować jednolite odmiany, co jest warunkiem uzyskania słodu o jednolitych cechach.Partia jęczmienia, składająca sięz z kilku odmian uniemożliwia uzyskanie jednolitego stopnia namoczenia, a tym samym równego kiełkowania.

---

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Słód.

---

 

Będzie wkrótce uzupełnione

---

Chmiel.

---

 

CHMIEL nadaje piwu szlachetną i przyjemną gorycz oraz specyficzny aromat. Związki goryczkowe mają właściwości antyseptycznne, wpływają więc na podniesienie trwałości piwa. Chmiel należy do rodziny konopiowatych. Jest to wieloletnia, pnąca roślina, uprawiana na jednym miejscu ok. 15 lat. Na potrzeby piwowarskie uprawia się wyłącznie chmiel o owocostanach żeńskich, zwanych szyszkami. Powinny one mieć zieloną barwę, być zwarte i wypełnione drobnymi gruczołami o barwie żółtej, zwanymi lupuliną.

SKŁAD CHEMICZNY ORAZ ZNACZENIE  TECHNOLOGICZNE SKŁADNIKÓW CHMIELU.

Najważniejszym dla piwa składnikiem chmielu są alfa-kwasy, które najlepiej roz-  puszczają się w brzeczce, po uprzednim przekształceniu się podczas gotowania w formę zizomeryzowaną. Kwasy alfa  i beta oraz inne wchodzą w skład żywic chmielowych. Izo-alfa-kwasy są głównymi składnikami, od których zależy goryczkowy smak piwa, a ponadto wpływają dodatnio na trwałość piany.
Kwasy beta są bardzo trudno rozpuszczalne w brzeczce i dlatego ich stopień wykorzystania jest niewielki.

Kwasy gamma, zwane żywicami twardymi, są praktycznie nierozpuszczalne w brzeczce i piwie. Na podstawie ich zawartości można ocenić stopień zestarzenia się chmielu. Powstają one w wyniku utleniania alfa- i beta-kwasów goryczkowych. Zawartość żywic twardych, w ogólnej masie żywic, wynosi poniżej 15%. Schemat klasyfikacji żywic chmielowych przedstawiono na rysunku 

Innym ważny składnikiem chmielu są polifenole, zwane inaczej garbnikami, łatwo rozpuszczające się w wodzie. Wykazują właściwości redukujące oraz zdolność wytrącania białek. Są substancjami koloidalnymi. Cząsteczki prostych polifenoli nie mają tzw. zdolności garbnikowej i nie wpływają na trwałość, a w związku z ich właściwościami redukującymi wpływają korzystnie na jakość piwa. Dopiero duże cząsteczki powstałe na skutek polimeryzacji i utlenienia, składające się z katechin i antocyjanogenów (7 - 9 cząsteczek), wykazują zdolność do łączenia się z białkami i wytrącania powstających kompleksów. Według niektórych specjalistów większy wpływ na stabilność koloidalną mają właśnie polifenole, a nie substancje azotowe. Połączenia białek z nieutlenialnymi polifenolami są rozpuszczalne na gorąco i strącają się dopiero po ochłodzeniu, tworząc zmętnienie w piwie. Polifenole starego chmielu wywołują przyciemnienie barwy i nieprzyjemną goryczkę w piwie

Istotnym składnikiem jest też olejek chmielowy stanowiący mieszaninę olejków eterycznych, które ulatniają się prawie całkowicie podczas gotowania brzeczki z chmielem. Najwięcej występuje w olejku humulenu i myrcenu. Myrcen niekorzystnie wpływa na smak oraz zapach piwa i łatwo ulega utlenieniu. Utleniona postać myrcenu, obecna w starym chmielu, szczególnie niekorzystnie wpływa na smak piwa. Stosunek humulenu do myrcenu powinien być większy od jedności. Wszystkie olejki chmielu w wyniku utleniania podczas magazynowania ulegają niekorzystnym przemianom.

Ze względu na składniki użyteczne chmielu przyjęto w praktyce podział odmian na aromatyczne i goryczkowe.

Chmiel aromatyczny zawiera ok. 5%  alfa-kwasów i cechuje się przyjemnym, szlachetnym aromatem.

Chmiel wysokogoryczkowy zawiera większą ilość olejków eterycznych, a szczególnie myrcenu, stąd odznacza się mniej przyjemnym aromatem. Zawiera prawie dwukrotnie więcej alfa-kwasów i daje większe plony niż chmiel aromatyczny. Skład chemiczny chmielu przedstawiono w tabeli poniżej

 

Składniki	Zawartość  [ % s.m.]
woda żywice ogółem w tym: - alfa-kwasy - frakcja beta żywice twarde olejki chmielowe polifenole (garbniki) węglowodany białka kwasy tłuszczowe substancje mineralne lipidy i wosk	10-12 14-25 4,5-15 7-10 3-3,5 0,6-2,8 4,5-16 4,5-10 13-24 0,06-0,22 8-12 do 3,4

 

PRODUKTY PRZEROBU CHMIELU 

Chmiel naturalny, siarkowany, prasowany w balotach.
 Szyszki chmielowe suszy się do zawartości wody poniżej 12%, a następnie siarkuje za pomocą S02, prasuje pod ciśnieniem 7 MPa i równocześnie pakuje w baloty.

Proszki chmielowe lub granulaty chmielowe P 90. 
Chmiel sproszkowa-ny prasuje się w bloki i pakuje pod próżnią, z dodatkiem lub bez dodatku gazu obojętnego. Proszek lub granulat proszku chmielowego w handlu jest oznakowany często symbolem P 90. Oznacza to, iż ze 100 kg szyszek chmielowych uzyskuje się 90 kg granulatu lub proszku zawierającego wszystkie części składowe szyszki.

Skoncentrowane proszki chmielowe lub granulaty P 45. 
Koncentraty te składają się z mniejszej ilości części składowych rośliny, a większej ilości lupuliny złożonej głównie z alfa-kwasów.  Symbol P 45 oznacza, iż ze 100 kg szyszek chmielowych uzyskuje się 45 kg granulatu lub proszku o zwiększonej dwukrotnie zawartości alfa-kwasów oraz zmniejszonej ilości polifenoli. Ostatnio przeważa pogląd, że na smak i aromat piwa ma wpływ cała szyszka.

Ekstrakty chmielowe. 
Są to zagęszczone wyciągi żywic i olejków chmielowych . Do ekstrakcji używa się alkoholu etylowego lub dwutlenku węgla. Ekstrakt dwutlenku węgla otrzymuje się przez zastosowanie CO2 w stanie nadkrytycznym, tj. w temp. 40- 130°C i ciśnieniu 40 MPa. Cechą charakterystyczną tych ekstraktów jest duża zawartość poszczególnych olejków eterycznych, co należy wziąć pod uwagę przy ustalaniu wielkości dawki.  
Ekstrakt etanolowy uzyskuje się przy użyciu 90 -96-procentowego alkoholu etylowego. Podczas odparowywania alkoholu podwyższona temperatura powoduje częściową izomeryzację alfa-kwasów. Niewielka ilość wody zapewnia przejście pewnej części polifenoli z chmielu do ekstraktu. Ekstrakt zizomeryzowany otrzymuje się w wyniku specjalnych zabiegów przekształcania głównie alfa-kwasów w izo-alfa-kwasy. Główną cechą charakterystyczną stosowania większości ekstraktów zizomeryzowanych jest dodawanie ich nie do brzeczki, a w końcowej fazie produkcji piwa, po fermentacji, a więc z pominięciem tych etapów procesu technologicznego, podczas których następują największe straty substancji goryczkowych.

PRZECHOWYWANIE PRODUKTÓW  CHMIELOWYCH 
Produkty chmielowe powinny być przechowywane w ciemnych i suchych pomieszczeniach wolnych od obcych zapachów, w temperaturze bliskiej O°C. Jedynie ekstrakty zizomeryzowane można przechowywać w temperaturze pokojowej. W wyniku długotrwałego przechowywania nawet we właściwych warunkach zachodzą w chmielu, jak i w jego preparatach, zmiany oksydacyjne substancji goryczkowych, olejków chmielowych oraz polifenoli. Chmiel długo przechowywany nabiera nieprzyjemnego zapachu. Szczególnie szybko zachodzą niekorzystne zmiany w produktach chmielowych przechowywanych w temperaturze powyżej 5°C i przy dostępie tlenu. Ekstrakty chmielowe są bardziej stabilne od chmielu w balotach oraz od granulatów.  

 

Rys. Poniżej wykres zmiany zawartości alfa-kwasów w czasie [temperatura przechowywania 0oC]

Woda.

---

 

WODA TECHNOLOGICZNA.
Jest to woda stosowana jako surowiec podstawowy oraz woda do procesu mycia surowców, jak i wszelkich powierzchni,  z którymi styka się bezpośrednio półprodukt lub produkt gotowy.

W o d a  e n e r g e t y c z n a jest używana do schładzania i ogrzewania, jest więc nośnikiem energii cieplnej i z tych względów musi być odmineralizowana.

Do browarów woda jest dostarczana głównie z ujęć własnych a ponadto z wodociągów miejskich. Woda technologiczna do produkcji piwa, pod względem chemicznym i biologicznym, powinna odpowiadać takim samym wymaganiom jak woda do picia, wg Rozporządzenia Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z dnia 4 maja 1990 r. W niektórych etapach produkcji wymagania są nawet większe od tych, które określono dla wody pitnej, szczególnie pod względem rodzaju twardości, jakości mikrobiologicznej oraz zawartości tlenu.

Sole mineralne występują w wodzie najczęściej w ilości 0,3 -0,5 g/dm3. Zawarte w wodzie sole nie mają istotnego wpływu na smak piwa, lecz przez oddziaływanie na procesy enzymatyczne i zjawiska koloidalne odgrywają ważną rolę. Do najczęściej występujących w wodzie soli należą sole wapnia i magnezu. Zawartość soli jest określana przez tzw. t war d ość w o d y. Wyraża się ją w stopniach niemieckich lub, według układu SI, w miliwalach.  Jeden stopień niemiecki (lon) odpowiada 10 mg soli wapnia, przeliczonych na tlenek wapnia (CaO) w 1 dm3 wody. Zawartość innych soli, lub występujących w innej formie składników, przelicza się na równoważną ilość CaO, stosując mnożnik 2,33 dla Mg; 1,4 dla MgO; 1,4 dla Ca. 
J e d e n  m i l i wal, w skrócie mval = 2,8°n. 

Twardość wody jest sklasyfikowana według następującej skali:

• od O do 4°n - bardzo miękka, 

• od 4 do 8°n - miękka,

• od 8 do 12°n - średnio twarda, 

• od 12 do 18°n - dość twarda, 

• od 18 do 30°n - twarda,

• powyżej 30°n - bardzo twarda.

Rozróżnia się t war d ość s t a ł ą, powodującą obniżenie pH, tj. wzrost stężenia H+, i t war d ość p r z e m ij aj ą c ą, powodującą podwyższenie pH, czyli obniżenie stężenia H +.
Twardość stała jest powodowana obecnością w wodzie siarczanów oraz chlorków wapnia i magnezu. Twardość przemijającą powodują wodorowęg lany (kwaśne węglany) wapnia, magnezu i sodu. Twardość przemijająca w wyniku ogrzewania zanika, gdyż wodorowęglany przekształcają się w węglany, które są nierozpuszczalne w wodzie i wytrącają się.

Woda  do procesu zacierania słodu. 
Jakość wody technologicznej nie zależy w zasadzie od twardości ogólnej, jeśli nie jest ona wyższa niż 30°n. Istotny jest wzajemny stosunek twardości węglanowej do niewęglanowej. Właściwości zakwaszające kationu Ca2+ są 3,5 razy mniejsze od właściwości alkalizujących HCO, natomiast Mg2 + ma właściwości zakwaszające dwa razy mniejsze od Ca 2 +. Oznacza to, że do zneutralizowania alkaliczności l°n anionu HCO potrzeba 3,5°n kationu Ca2+ lub 7°n kationu Mg2+. Właściwości zakwaszające Na + są jeszcze mniejsze od Mg2 +, dlatego obecność wodorowęglanu sodu jest bardzo szkodliwa ze względu na największe właściwości alkalizujące. W celu określenia przydatności wody do procesu zacierania ustalono empirycznie wzór, pozwalający ocenić właściwości alkalizujące wody. 
A l k a l i c z n ość r e s z t k o w a  to różnica właściwości alkalizujących anionów (głównie HCO) I i właściwości zakwaszających kationów (głównie Ca2+ i Mg2+ I.

Woda do procesu zacierania powinna mieć alkaliczność resztkową niższą niż 5°n. Woda o wyższej alkaliczności resztkowej od 5°n podwyższa pH zacieru i brzeczki, wpływając niekorzystnie na przebieg procesów enzymatycznych w czasie zacierania. Zwiększa się przez to ilość białek o dużych cząsteczkach, przez co pogarsza się stabilność koloidalna piwa. Wyższe pH jest jedną z zasadniczych przyczyn przedłużania się filtracji brzeczki przedniej. Woda o wysokiej twardości węglanowej powoduje większe wyługowanie substancji goryczkowych i garbników z łuski słodu, wskutek czego wody wysłodkowe pogarszają smak piwa. Ponadto zmniejsza się wydajność warzelni oraz obniża ostateczny stopień odfermentowania. Twardość węglanowa ma wpływ na proces gotowania brzeczki z chmielem. Przy wyższym pH podwyższa się stopień ekstrakcji substancji goryczkowych i garbnikowych, co staje się przy- czyną powstawania cierpkiej, nieprzyjemnej goryczki w piwie. Zwiększona zawartość soli magnezu w wodzie wpływa na pogorszenie goryczki piwa. Niektóre składniki wody mogą wywoływać zakłócenia w czasie procesu fermentacji i leżakowania, stanowiąc przyczynę pogorszenia smaku piwa. Azotany powodują degradację drożdży, zmianę kształtu komórek oraz zmniejszenie ich aktywności w przypadku, gdy ich zawartość w wodzie przekracza 25 mg/dm3. 
Azotyny dopuszczalne są jedynie w ilościach śladowych, ponieważ działają trująco na drożdże oraz nadają piwu posmak fenolowy. 
Zawartość żelaza wpływa ujemnie na rozwój i aktywność drożdży, a jego zawartość powyżej 1 mg/dm3 powoduje ich wyraźną degradację. 
Kwas krzemowy i jego sole, w ilości powyżej 20 mg/dm3, hamują rozwój drożdży i tym samym obniżają stopień odfermentowania. 
Zawartość wolnego chloru nie powinna być wyższa niż 0,1 mg/dm3. Wolny chlor w wodzie nadaje piwu posmak fenolowy oraz tworzy związki kancerogenne. 

Woda do przemywania i przechowywania drożdży. 
Drożdże powinny być przemywane i przechowywane w wodzie twardej. Woda miękka powoduje ługowanie z drożdży substancji wpływających na flokulację (kłaczkowanie) drożdży. Szkodliwy wpływ na drożdże ma woda o znacznej alkaliczności oraz woda zawierająca nadmierną ilość azotynów, azotanów i żelaza. Gdy woda jest zbyt miękka, należy stosować utwardzanie przez niewielki dodatek gipsu. 

Woda do rozcieńczania stężonych brzeczek oraz do procesu filtracji piwa. 
Woda przeznaczona do tego celu musi odpowiadać bardzo wysokim wymaganiom, a mianowicie musi być sterylna, zawierać poniżej 0,1 mg/dm3 tlenu, mieć temperaturę O-l°C oraz powyżej 4 g/dm3 CO2 i być wolna od zapachu i smaku. 

Woda do mycia butelek. 
Powinna mieć niską twardość, gdyż woda twarda jest przyczyną powstawania na ściankach butelek tzw. zamgleń oraz powoduje osadzanie się kamienia na elementach myjki. Ponadto woda ta powinna być mikrobiologicznie czysta.

 METODY KOREKTY SKŁADU CHEMICZNEGO WODY  DLA CELÓW TECHNOLOGICZNYCH.

Najprostszym sposobem poprawy alkalizności resztkowej jest zakwaszanie wody do zacierania oraz brzeczki po skończonej filtracji. Do zakwaszania można stosować 30-procentowy kwas solny dopuszczony do przetwórstwa spożywczego lub 50-procentowy kwas mlekowy. W celu obniżenia twardości węglanowej o l°n, należy dodać do 1 hl wody 3,74 ml  30-procentowego kwasu solnego lub 6,40 ml 50-procentowego kwasu mlekowego. Twardość ogólna przy tym sposobie korekty składu chemicznego wody nie ulega zmianie. Podwyższa się twardość niewęglanowa o właś-  

---

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Drożdże.

---

 

DROŻDŻE PIWOWARSKIE   stosuje się w celu przeprowadzenia fermentacji alkoholowej. Głównym pożywieniem dla drożdży są cukry zawarte w brzeczce. W wyniku fermentacji cukrów powstaje alkohol etylowy oraz produkty uboczne (wyższe alkohole, estry, kwasy, związki siarkowe i inne), które mają decydujący wpływ na smak i zapach piwa, czyli tzw. bukiet piwa. Do syntezy białek i tworzenia enzymów przy rozmnażaniu komórek, a więc rozwoju biomasy, drożdże wykorzystują wolne aminokwasy zawarte w brzeczce. Brzeczka zawiera również niezbędne dla komórek drożdżowych związki mineralne, będące źródłem fosforu, siarki, potasu i magnezu. Ważnymi mikroelementami dla drożdży są m.in.: żelazo, miedź i mangan, a szczególnie cynk. Niedostatek mikroelementów w brzeczce powinien być uzupełniany. W piwie wykryto już ponad 800 substancji pochodzących ze słodu, chmielu i innych surowców. Znacząca ich część jest syntetyzowana przez drożdże lub też jest tworzona przy ich udziale. Dla ponad 220 substancji udało się już ustalić próg wyczuwalności smakowej i zapachowej. Na ilość i rodzaje wydzielanych z drożdży do piwa substancji mają wpływ różne czynniki, np. stosowany szczep i stan fizjologiczny drożdży, skład chemiczny brzeczki oraz warunki fermentacji.  
Poszczególne rasy i szczepy drożdży charakteryzują się różnymi cechami fizjologicznymi i fizykochemicznymi, a więc zdolnościami do tworzenia specyficznych enzymów i specyficznych przemian biochemicznych (metabolizm drożdży). Technologicznie użyteczne cechy drożdży uzyskuje się poprzez selekcjonowanie szczepów lub ich ulepszanie. Najnowsze osiągnięcia nauki w zakresie cech technologicznych drożdży uzyskuje się dzięki zastosowaniu do badań metod inżynierii komórkowej i inżynierii genetycznej. Inżynieria genetyczna zajmuje się m.in. przenoszeniem i wykorzystywaniem materiału genetycznego o określonych właściwościach, zawartego w DNA, z jednych organizmów żywych do drugich, które tych cech nie mają. Pierwsze próby ulepszania technologicznych cech drożdży piwowarskich drogą genetyczną odnotowano w 1978 r. Obecnie w piwowarstwie wykorzystuje się już szczepy drożdży, które zostały ulepszone (zmodyfikowane) przy udziale metod inżynierii genetycznej.  

CECHY DROŻDŻY PIWOWARSKICH 
Drożdże piwowarskie (Saccharomyces cerevisiae) dzieli się ogólnie na szczepy tzw. fermentacji dolnej i fermentacji górnej. Technologicznie różnią się tym, że d r o ż d ż e d o l n ej fe r m e n t a cj i są przystosowane do niższych temperatur (5 -13°C) i pod koniec procesu osiadają na dnie naczynia. D r o ż d ż e gór n e j f e r m e n t a c j i fermentują w temperaturach wyższych (15 -25°C), a podczas fazy burzliwej zbierają się głównie w górnej warstwie, tworząc kożuch. Inną cechą różnicującą jest zdolność do fermentacji rafinozy. Drożdże dolnej fermentacji zawierają enzym melibiazę i w związku z tym mogą fermentować rafinozę w całości. Drożdże górnej fermentacji nie zawierają tego enzymu i dlatego fermentują rafinozę w 1/3, a więc tylko cząsteczkę fruktozy. Piwo wyprodukowane przy użyciu drożdży górnej fermentacji ma wyższą zawartość ubocznych produktów fermentacji, głównie wyższych alkoholi i estrów, oraz intensywniejszy zapach. Do produkcji piwa w Polsce powszechnie stosuje się drożdże dolnej fermentacji. Drożdże górnej fermentacji stosowuje się do produkcji piwa angielskiego, niektórych gatunków piwa belgijskiego, niemieckiego (pszeniczne Weissbier, Kolschbier) i innych. 
Inny podział, dotyczący przede wszystkim drożdży dolnej fermentacji, rozróżnia rasy kłaczkujące i pyliste. Zdolność drożdży do kłaczkowania (flokulacji) jest głównie cechą genetyczną. Nadmierne kła c z k o w a n i e d r o ż d ż y powoduje przedwczesną sedymentację i zakończenie fermentacji, co utrudnia uzyskanie wysokiego stopnia odfermentowania. D r o ż d ż e p y l i s t e utrzymują się dłużej w fermentującym piwie i są zdolne do uzyskania w tych samych warunkach większego stopnia odfermentowania niż drożdże kłaczkujące. Po zakończeniu fermentacji komórki drożdży powinny ulegać sedymentacji.

Przy wyborze szczepów drożdży piwowarskich należy kierować się następującymi kryteriami:

• odpowiednia zdolność do przyrostu biomasy drożdży, gdyż zbyt mały i powolny przyrost wydłuża czas fermentacji, a zbyt duży przyrost zmniejsza wydajność alkoholu z węglowodanów;

• szybkość i czas fermentacji;

• zdolność do wytwarzania substancji smakowych i aromatycznych korzystnych dla bukietu piwa;

• zdolność do tworzenia aglomeratów, czyli kłaczkowania i sedymentacji; 

• odporność na zakażenia obcą mikroflorą;

• duża stabilność posiadanych cech genetycznych i technologicznych.

 OTRZYMYWANIE DROŻDŻY NASTAWNYCH 

Drożdże nastawne powinny pochodzić z czystej kultury drożdży. 
C z y s t ą  ku 1 t u r ą nazywamy drożdże rozmnożone w sposób sterylny z jednej komórki określonego szczepu drożdży charakteryzującego się pożądanymi cechami technologicznymi. Czynność rozmnażania drożdży - p r o p a g a c j ę przeprowadza się w specjalnych urządzeniach - p r o p a g a t o r a c h. Dla zachowania standardu jakości piwa (cech powtarzalnych) należy stosować zawsze ten sam wybrany szczep czystej kultury drożdży, który zaadaptował się w istniejących warunkach browaru. Zakupu czystej kultury drożdży określonego szczepu dokonuje się przeważnie w postaci skosu agarowego w Kolekcji Czystych Kultur Drobnoustrojów, podając nazwę i numer szczepu. W Polsce Kolekcja Kultur Drobnoustrojów jest zlokalizowana m.in. w Zakładzie Mikrobiologii Technicznej Instytutu Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego w Warszawie, gdzie znajduje się kilkadziesiąt różnych szczepów drożdży piwowarskich. Kolekcja ta jest członkiem światowej federacji Kolekcji Kultur Drobnoustrojów.

Rozmnażanie drożdży w browarze do ilości drożdży nastawnych przeprowadza się w dwóch etapach:

• I etap - w laboratorium mikrobiologicznym, ze skosu agarowego do objętości 5-10 dm3, a przy zastosowaniu kolby Carlsberga do objętości 25 dm3.

• II etap - w stacji propagacji drożdży od objętości wyhodowanej w labora torium do niezbędnej ilości drożdży nastawnych.

Na rysunku poniżej przedstawiono schemat rozmnażania czystej kultury drożdży w laboratorium.

Kolejne etapy szczepienia czystą kulturą są następujące: 

• Probówka z czystą kulturą drożdży na skosie agarowym.

•  Probówka pierwszego szczepienia. Z probówki 1 drożdże, ze skosu agarowego, przenosi się w sposób jałowy ezą do probówki 2, w której znajduje się 2 cm3 wysterylizowanej brzeczki. Po zafermentowaniu dolewa się 4 cm3 wysterylizowanej brzeczki i uzyskuje się 2+4 = 6 cm3 rozmnożonych drożdży, które w całości przelewa się w sposób jałowy do kolby 3.

• Drugie szczepienie. 
  Do kolby 3 dodaje się 6 cm3 rozmnożonych drożdży i na początek 16 cm 3 przewidzianej ilości wysterylizowanej brzeczki, a drugą część, w ilości 30 cm3, po zafermentowaniu, a więc:  

• 50 cm3 - 6 cm3 = 44 cm3

  I porcja 14 cm3 II porcja 30 mI po zafermentowaniu

We wszystkich szczepieniach drugą porcję brzeczki dodaje się po zafermentowaniu pierwszej porcji 

•  Trzecie szczepienie

200 cm3 - 50 cm3 = 150 cm3

I porcja 75 cm3 II porcja 75 cm3

• Czwarte szczepienie 
  
   Objętość jednej porcji czystej kultury drożdży namnażanej w laboratorium zależy od posiadanych urządzeń i propagacji i waha się w granicach 500 -5000 cm 3 a także stosuje się wielokrotną liczbę poszczególnych porcji.

• Kolba CarIsberga 
  Do wysterylizowanej brzeczki, w ilości 17 dm3, w kolbie CarIsberga zaszczepia się 500 cm3 rozmnożonych drożdży. Po zaszczepieniu kolbę pozostawia się w temp. ok. 18°C i po 2 -3 dniach, po zafermentowaniu, następuje sterylny przelew rozmnożonych drożdży do propagatora. Kolba CarIsberga jest wykonana z blachy specjalnej i przystosowana do sterylizowania brzeczki (w autoklawie lub nad palnikiem), a następnie schłodzenia. Kolba jest wyposażona w odpowiednie zawory do sterylnego napowiatrzenia i schładzania (zawór próżniowy z filtrem) oraz w króćce do szczepienia.

 

ZASADA PROPAGACJI W PROPAGATORACH 
Urządzenia propagacyjne mogą być dwu-  lub trój -zbiornikowe. W przypadku urządzeń dwuzbiornikowych każdy ze zbior ników pełni funkcję sterylizatora i propagatora. Na schemacie urządzenie do propagacji drożdży  zbiornik TJ ma objętość roboczą 10 hl, a zbiornik T2 - 75 hl. Namnożone drożdże w kolbie CarIsberga (ok. 25 dm3) przenosi się do wysterylizowanej i ochłodzonej brzeczki (13-15°C) w zbiorniku TJ. Po namnożeniu drożdży (2-3 dni) całą pojemność przenosi się do wysterylizowanej i ochłodzonej brzeczki w zbiorniku T2. Po namnożeniu drożdże ze zbiornika T2 są kierowane do fermentacji na skalę produkcyjną. Są to drożdże rzutu zerowego. Kolejne namnażania w zbiornikach TJ i T2 nie wymagają za każdym razem szczepienia drożdżami z kolby CarIsberga. Dokonuje się przetłaczanie drożdży, pozostawionych specjalnie w tym celu, z jednego zbiornika do drugiego. Operację powtarza się od początku dopiero wtedy, kiedy wystąpią objawy osłabienia drożdży.  
Trójzbiornikowe urządzenia do propagacji drożdży spełniają taką samą funkcję z tym, że jeden zbiornik służy wyłącznie do sterylizacji i schładzania brzeczki, a pozostałe dwa wyłącznie do propagacji

W całym cyklu rozmnażania drożdży, a także w dalszych etapach produk- cji piwa obowiązuje zachowanie sterylnych warunków w celu zabezpieczenia przed zakażeniem szkodliwymi drobnoustrojami. Do najczęściej występują- cych zakażeń należą:  

• dzikie drożdże rodzaju Saccharomyces, Hansenula, Pichia, Candida i inne,

• bakterie fermentacji mlekowej Pediococcus, Lactobacillus.

Źródłem zakażenia może być otoczenie mające styk z brzeczką łub piwem, np.: powietrze lub inne gazy, ściany zbiorników i instalacji, pozostawione resztki brzeczki lub piwa, narzędzia, obsługa.

Wymagania jakościowe drożdży nastawnych dolnej fermentacji określa Polska Norma.  

D r o ż d ż e n a s t a w n e - to gęstwa drożdżowa namnożona w propaga- torach lub zebrana po fermentacji głównej z dna lub dolnej części kadzi, tanków i innych zbiorników fermentacyjnych.

Według wielokrotności użycia tych drożdży do produkcji piwa klasyfikuje się je  na:

• drożdże rzutu O (z propagacji),

• drożdże rzutu I.,

• drożdże rzutu II, itd.

Wymagania organoleptyczne dla drożdży:

• wygląd: gęsta, zwarta masa, na powierzchni której, po odstaniu, zbiera się warstwa wody lub piwa;

• barwa jasnokremowa;

• zapach charakterystyczny dla świeżych drożdży, bez obcych zapachów, - smak charakterystyczny dla drożdży, bez obcych smaków, gorzki na

• skutek obecności substancji goryczkowych chmielu.

Wymagania mikrobiologiczne drożdży:

• stan fizjologiczny komórek: owalne, możliwie jednakowej wielkości, z małymi wodniczkami, cytoplazma komórek jednorodna;

• liczba komórek drożdżowych nie mniej niż 800 mln j.t.k. (jednostek tworzących kolonie) w 1 cm3 gęstwy drożdżowej;

• liczba martwych komórek drożdżowych nie więcej niż 5 % ogólnej liczby drożdży;

• drożdże obce nieobecne w 0,2 cm3 gęstwy drożdżowej;

• obecność szkodliwej mikroflory, głównie bakterii fermentacji mlekowej - nieobecne;

• liczba bakterii ogółem nie więcej niż 1 mln  j.t.k. w 1 cm3 gęstwy drożdżowej;

• liczba bakterii fermentacji mlekowej nie więcej niż 50 tys .j.t.k.  w 1 cm3 gęstwy drożdżowej;

• liczba bakterii rodzaju Lactobacillus nie więcej niż 10 tys .j.t.k. w 1 cm3 gęstwy drożdżowej;

• bakterie z rodziny Enterobacteriaceae nieobecne w 0,2 cm3 gęstwy drożdżowej.

 

PAKOWANIE, PRZECHOWYWANIE,  TRANSPORT DROŻDŻY

Drożdże nastawne powinny być pakowane do wysterylizowanych, zamkniętych opakowań metalowych lub z tworzywa sztucznego atestowanego przez Państwowy Zakład Higieny.  
Po skończonej fermentacji głównej drożdże osiadają na dnie naczynia fermentacyjnego. Piwo w miarę dokładnie oddziela się od osadu drożdżowego. Górna warstwa osadu drożdży zawiera zanieczyszczenia lekkie pochodzące z chmielu oraz inne, a dolna warstwa zawiera osady brzeczkowe i martwe komórki drożdżowe. Warstwa środkowa, tzw. d r o ż d ży  r d z e n n y c h, jest używana ponownie do fermentacji, pod warunkiem zachowania cech drożdży nastawnych. W praktyce takie drożdże są zawracane 6-10 razy. 
Postępowanie z drożdżami zebranymi z naczyń fermentacyjnych otwartych i zamkniętych (tankofermentorów) jest odmienne. Z otwartych naczyń fermentacyjnych najpierw ściąga się piwo, a następnie zbiera się drożdże rdzenne i przesiewa przez gęste sito ze stali nierdzewnej o średnicy otworów 0,4 -0,5 mm. Potem drożdże przemywa się czystą wodą.

---