Спиртовое брожение – магия превращения сахара в этиловый спирт

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.

Дрожжи – это одноклеточные грибы шарообразной формы (около 1500 видов), активно развивающиеся в жидкой или полужидкой среде богатой сахарами: на поверхности плодов и листьев, в нектаре цветов, мертвой фитомассе и даже почве.

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.

Создание идеальных условия для правильной браги

Для получения качественного самогона необходимо подобрать идеальное соотношение исходных ингредиентов и условий, при которых бродит брага.

Для начала подготавливают компоненты будущего напитка. Вода должна быть максимально очищена от вредных примесей. Можно использовать покупную фильтрованную или водопроводную, но отстоявшуюся в течение 2 дней. Кипятить воду не рекомендуют, т.к. при этом удаляется растворенный кислород.

Сахар используют свекольный. Но многие рекомендуют использовать инвертированные сахара, это улучшает вкус будущего продукта, облегчает процесс брожения.

При выборе дрожжей обращают внимание на их вид и возраст: чем старше, тем хуже они перерабатывают сахар. Наиболее дешевые и чаще используемые в домашних условиях — хлебопекарные, но они выделяют много диоксида углерода и активны только до 12 %об. спирта. Для производства самогона оптимальны спиртовые дрожжи:

• меньше углекислого газа,
• активность — до 18-23 %об. алкоголя,
• меньше сроки сбраживания.

На следующем этапе выбирают гидромодуль, рекомендуют проводить брожение при соотношении сахара и воды от 1:3 до 1:5. В данном случае будет много зависеть от объема тары, наличия свободного пространства для хранения и других факторов.

Температура брожения для получения правильного алкоголя желательно должна быть постоянной. Дрожжи плохо переносят тепловые колебания, особенно быстрый нагрев. Зимой большинство домашних кулинаров используют аквариумный нагреватель. Его удобство в том, что температура нагрева ограничена по термостату, что уменьшает риск перегрева браги.

Для расчета берут от 1 до 4 ватт мощности на 1 л раствора в зависимости от температуры помещения. Преимущественно это нагреватели погружного типа, располагают прибор на дне тары. При покупке устройства нужно обратить внимание на отзывы об его качестве. Некоторые модели не держат нужную температуру, приводя к варке браги.

Удобно, когда терморегулятор внешний. Розетка для включения располагают выше емкости и на расстоянии. Если установлен гидрозатвор (не всегда нужен для сахарной браги), то придется самостоятельно усовершенствовать устройство — необходимо провести провод через крышку тары. Включение и выключение из сети производится при погруженном в жидкость нагревателе. Необходимо соблюдать технику безопасности при работе с электроприборами.

Сейчас выпускают специальный нагреватель для браги, он также прекрасно регулирует температуру и оснащен надежными термостатами. При таком способе подогрева готовить брагу желательно только на сахаре, другие продукты (фрукты, изюм и прочее) быстро приводят к их неисправности.

Некоторые используют пленки «теплого пола», оборачивая ими тару или стенки и пол вокруг. Можно просто расположить кусок такой пленки под емкостью. Метод удобен обогревом извне, но стоит дороже аквариумного нагревателя. Для поддержания постоянной температуры подойдут теплоизоляционные материалы, которыми также оборачивают тару.

Летом чаще всего нет необходимости в дополнительном подогреве, при этом нужно учитывать самонагрев смеси из-за выделения тепла в процессе брожения. Для дрожжей отклонения температуры в меньшую или большую сторону могут быть критичными, приводя к остановке роста колонии. Контролировать температуру можно с помощью водного термометра.

От чего зависит, сколько бродит сахарная брага?

Во всех рецептах сахарной браги для самогона указывается разное время брожения. Обычно разрыв может быть в неделю. Но откуда такая разница? Время брожения зависит от очень многих факторов.

Что влияет на сроки готовности браги:

1. Вид дрожжей – главная причина долгого или слишком быстрого сбраживания. В большинстве рецептов указывается, что при добавлении в брагу культурных дрожжей, процесс можно ускорить в несколько раз. Брожение заканчивается тогда, когда организмы гибнут от определенного количества спирта. Спиртовые дрожжи живут до выделения 18%, хлебопекарные – 14%, природные – 11%.
2. Количество живых организмов относительно других ингредиентов тоже влияет на скорость сбраживания. Поэтому самостоятельно менять соотношения не рекомендуется. Если только потом удастся точно определить окончание процесса.
3. Даже при приготовлении дешевого домашнего самогона не стоит экономить на ингредиентах. Это правило в большей степени относиться к дрожжам. Если они не свежие, или просто испорченные, некачественные – брожение может не начаться или идти слишком медленно.
4. Температура брожения браги из сахара и дрожжей тоже влияет на интенсивность процесса. При повышении допустимой нормы дрожжи гибнут, при понижении – не активизируются.
5. Дрожжам может не хватать нужных веществ для выделения спирта, поэтому важно вводить подкормку для интенсивного процесса.

Регулирование процесса брожения

Для получения качественного самогона необходимо правильно поставить брагу. В теории для получения 1,1-1,2 л готового напитка с крепостью 40 о требуется 1 кг сахара. Однако это только в теории, по ряду причин это не всегда удается. В реальности выход всегда на 10-15% меньше. Связано это с сырьем, которое использовалось для приготовления браги, соблюдение правил перегонки и температурой.

В классическом варианте на 4 л воды добавляют 1 кг сахара и 100 г прессованных дрожжей или 20 г хлебопекарных. При приготовлении фруктовой браги, содержание сахара не должно превышать 20%, что измеряется сахарометром. Для зерновых заготовок используется больше воды. Если вместо прессованных дрожжей используются винные, то их добавляют в зависимости от объема сусла.

Процесс приготовления браги проходит в несколько этапов:

1. Подготовка дрожжей. В 500 мл воды, температурой от 30 оС до 40 оС добавляют 100 г сахара. Разводят в этой жидкости сухие дрожжи.
2. Оставляют смесь на 2 часа, периодически помешивают, обязательно в теплом месте. Окружающая температура не должна снижаться ниже +30 оС.
3. Готовят сахарное сусло, то есть в 4 кг воды растворяют сахар, температура в помещении должна поддерживаться на уровне комнатной;
4. Смешивают сусло и дрожжевой концентрат. У обоих жидкостей температура должна быть одинаковой, допускается отклонение не более чем на 1-2 градуса.
5. Жидкости надо тщательно перемешать и оставить для брожения.

Если поддерживать температуру брожения на уровне 30 оС, то процесс будет завершен через 3 дня и 12 часов. При температуре +20 оС, процесс затянется на 12 дней.

Влияние температуры на скорость и предел брожения виноградного сусла

Как правило, чем выше температура (в пределах между 15 и 35°С), тем короче латентная фаза, тем быстрее начинается забраживание. Например, чтобы полностью выбродить виноградное сусло, имеющее 200 г/л сахара, при 10° С, потребуются многие недели, при 20° С —15 дней, при 30° С — от 3 до 4 дней. Но с другой стороны, чем выше температура, тем более ограничено брожение и тем больше остается несброженного сахара. В табл. 7.9 приведены результаты наблюдений, сделанных с этой целью на очень сахаристом сусле сорта Сотерн.

Скорость забраживания и предел брожения в зависимости от температуры

Полученная спиртуозность, % об.

Все происходит, как если бы дрожжи уставали, истощались, тем быстрее, чем выше их активность при повышенных температурах. Даже между 30 и 35° С температура является ограничивающим фактором брожения. Число дрожжевых клеток в конце брожения тем больше, чем ниже температура. При высокой температуре размножение происходит быстрее, но прекращается раньше обычного срока.
Этот закон много лет тому назад сформулировал Мюллер-Тургау; позднее его подтвердили многие экспериментаторы, в том числе Кастелли (1941). В табл. 7.10 приведены результаты фундаментального эксперимента, проведенного Мюллер-Тургау. Сбраживали одно и то же сусло, но с различным содержанием сахаров (127, 217 и 303 г) и при разных температурах; опыт показал одновременно и задержку, вызванную повышенной сахаристостью, и влияние температуры.
Лимитирующее действие температуры иногда проявляется даже при спиртуозности, меньшей 10 или 11% об., при относительно невысоких уровнях, например, ниже 27° С и, во всяком случае, значительно ниже 36° С, т. е. температура, которую часто считают критическим пределом. Эти результаты имеют большое значение, так как они показывают, как трудно установить точный предел температуры брожения.

Спиртуозность в % об. в зависимости от температуры брожения (по Мюллер-Тургау)

Сахаристость сусла, г/л

Температура брожения. °С

На рис. 7.8 воспроизведена кривая пределов брожения для различных видов дрожжей в зависимости от температуры. Большинство видов Saccharomyces имеют оптимум около 20° С. Неспорогенные дрожжи, в частности Brettanomyces, лучше сбраживают сахар при температуре около 26° С.

Рис. 7.9. Ход брожения виноградного сусла с измерением количества выделившегося С02 с Sacch. baillii при температурах (оптимальная 25° С) (в “С):
Графики на рис. 7.9 и 7.10 показывают эволюцию брожения для двух видов Saccharomyces, обладающих различной чувствительностью к температурным условиям. Чем ниже температура сусла, тем больше кривая брожения приобретает вид прямой; при 4° С эволюция становится почти линейной, и, наоборот, чем выше температура, тем больше исходный угол, тем больше и быстрее кривая стремится к асимптоте. При низкой температуре фактически она одна является ограничивающим фактором; тормозящее действие спирта и исчерпывание питательных веществ играют меньшую роль. С другой стороны, чем выше темпера- тура, тем больше спирт по мере своего образования подавляет рост дрожжей.
/ — 4; 2 — 13; 3 — 20; 4 — 25; 5 — 30; 5 — 35.

Рис. 7.10. Ход брожения виноградного сусла с измерением количества выделившегося СО* С
Sacch. uvarum при температурах (оптимальная 13° С) (в °С):
Другое важное замечание относительно влияния температуры на рост

Рис. 7.8. Пределы брожения, измеренные по выделившемуся С02 для различных родов дрожжей в зависимости от температуры:
;—4; 2 — 20; 3 — 25; 4—13; 5 — 30; 5 — 35.
1— Kloeckera; 2— Torulopsis; 3 — Brettano myces; 4 — Saccharomycodes; 5 — Saccharomyces.

дрожжей: аэрация, которую можно практиковать и рекомендовать в начале брожения, производит неодинаковый эффект в зависимости от температуры среды. Наибольшее ускорение получается при 25° С. При более высоких температурах дрожжи не используют весь растворенный кислород. С другой стороны, аэрация на холоде малоэффективна; например, аэрация посредством переливки при 20° С менее выгодна, чем при 25° С.

Влияние рецептуры и влажности теста на жизнедеятельность дрожжей.

Каждый пекарь должен знать, что отдельные рецептурные компоненты теста могут оказывать угнетающее или активизирующее воздействие на жизнедеятельность дрожжей.

Небольшие добавки сахара активизируют дрожжи, однако повышение содержания сахара до 15% и выше угнетает их жизнедеятельность. При производстве высокорецептурной сдобы лучше использовать специальные (осмотолерантные) дрожжи, которые менее чувствительны к большим концентрациям сахара.

Активирующее влияние на жизнедеятельность дрожжей оказывает включение в рецептуру теста мучной заварки, амилолитических ферментов, солода, некоторых минеральных добавок (разрешенных для применения в качестве пищевых добавок солей аммония, фосфора, кальция, калия, магния и др.)

Угнетает деятельность дрожжей поваренная соль (в концентрации более 1-1,5%), этиловый спирт (в концентрации более 2-5%), яичный белок и желток, рафинированное растительное масло (в концентрации более 2,5%), сливочное масло, консерванты и некоторые другие ингредиенты, используемые в производстве хлеба.

Дрожжи являются влаголюбивыми организмами (гидрофитами). В ситуации резкого ограничения доступа воды, дрожжи снижают свою активность, а в состоянии той или иной степени обезвоживания впадают в анабиоз. Приемы различной степени обезвоживания используются в производстве товарных дрожжей более длительного срока хранения.

Чем выше влажность питательной среды, тем активнее развивается дрожжевая микрофлора и интенсивнее происходит брожение.

Для интенсификации жизнедеятельности дрожжей используется опарный метод тестоведения. Опары готовят более жидкой консистенции, чем тесто. Кроме того в рецептуру опары включают только те компоненты, которые необходимы для жизнедеятельности дрожжей (вода, мука, сахар и в некоторых случаях специальные питательные добавки), а соль, сдобу и другие ингредиенты, тормозящие развитие дрожжей, добавляют непосредственно в тесто.

Спасибо за внимание! Отзывы и замечания по содержанию и изложению темы оставляйте в комментариях, расположенных чуть ниже или отправляйте по эл. почте [email protected]. Мы будет очень благодарны, если вы поддержите наше начинание и пришлете для публикации материалы, касающиеся теории и практики хлебопечения (фотографии, статьи, заметки, видеоролики). Все материалы будут опубликованы с указанием авторства.

Фото к комментариям присылайте на [email protected]

Для предотвращения спама, комментарии публикуются после проверки модератором.

Пока ждете ответа на комментарий, можете посмотреть рекламу!