Дополнительные замечания

После проведения нескольких брожений с различными начальными концентрациями дрожжей в сусле, возникла необходимость сделать некоторое дополнения к изложенным выше выводам.

Ранее уже отмечалось, что авторы цитируемой выше литературы указывают самые разнообразные нормы внесения лагерных дрожжей в сусло. Это и 10 млн/мл (Raines-Casselman), и 15 млн/мл (Джордж Фикс). Кунце рекомендует 30 млн/мл. Необходимо отметить, что влияние начальной концентрации клеток на параметры брожения из упомянутых выше авторов, рассматривает лишь В. Кунце. В 4.3.3.1.2 можно найти таблицу соответствия нормы внесения и продолжительности брожения. Так при внесении 15 млн/ мл брожение составляет — 9 суток (автор, к сожалению не указывает начальную плотность сусла), при внесении 15 млн/мл — 7 суток, при 30 млн/мл — 4-5 суток.

На рисунках 15-18 желтая кривая соответствует реальному брожению в танке при температуре 12 градусов Цельсия. Как видно из таблицы начальная концентрация клеток составила — 7 млн/мл. Это крайне мало и брожение продолжалось довольно долго. На 10-е сутки плотность составляла — 4,8 градусов Плато (конечная плотность 2,3 градуса была достигнута еще через несколько дней. Начальная плотность составляла 12 градусов). Ниже, приведен график брожения с начальной концентрацией дрожжей (примерно) 15 млн/мл и плотностью сусла 13,9 градусов Плато. В этом случае на 10 сутки плотность составила 3,4 градуса Плато (на графике не показано). Таким образом налицо хорошее совпадение с данными Кунце.

Было еще одно брожение с этим же штаммом WLP833 (новое разведение). Начальная концентрация дрожжей составляла как и в первом случае (желтая кривая) около 7 млн/мл (таковы условия разведения — большую концентрацию получить негде, ибо отсутствует емкость необходимого объема). Интересно отметить, что аэрация была проведена очень основательно (продолжительное время кислородом). Результат (конечная концентрация дрожжей) оказался тем же самым — что-то около 35-40 млн/мл дрожжевых клеток.

Весьма примечательно, что среднее удвоение (число делений) одной дрожжевой клетки во всех трех случаях составило 2,5. (При этом начальная аэрация во втором и третьем случаях была очень хорошей). То есть конечная концентрация дрожжей (в нашем случае) может быть получена с помощью 2,5 кратного удвоения начальной концентрации. Чем больше клеток в бродящем сусле, тем меньше продолжительность брожения, (а также риск развития посторонней микробиоты и, соответственно, появления посторонних запахов и вкусов). Вывод прост. Труднее понять, что же это за число такое магическое получилось — «2,5»? При меньшей начальной концентрации в сусле на каждую клетку приходиться больше питательных веществ (и кислорода в том числе). Казалось бы, что мешает росту? Всего вдоволь — и сахаров, и аминокислот, и кислорода.

Ключ к некоторому пониманию дает оранжевая кривая на рисунке 17. В районе 2,5 эта график лишь заметно меняет наклон, но деление клеток продолжается. Оранжевое и желтое брожение отличались лишь одним моментом — перемешиванием (при реальном брожении — желтая кривая, — перемешивания не было). Что обеспечивает перемешивание? Практически ничего, кроме двух вещей: удаление углекислого газа из бродящего сусла и, вероятно, более эффективное питание клеток, в том числе кислородом. Первый фактор очень легко заметить. Стоит только выключить месильное устройство, как тут же совершенно прекращается интенсивное выделение пузырьков из газоотводной трубки. Второй фактор, менее очевиден, но также логически понятен — среда непрерывно движется, что приводит к непрерывному омыванию дрожжевых клеток раствором питательных веществ. Даже если таковых уже осталось мало (например, кислорода), клетка все же имеет больше возможностей питаться.

О влиянии кислорода на размножение клеток было написано уже достаточно много — кислород крайне необходим. Гораздо менее известно о роли углекислого газа. Она двояка. При концентрациях эквивалентных давлению (парциальному) 0,2 атм., данное соединение стимулирует рост клеток. При 0,5 атм., отключается цикл трикарбоновых кислот. Это означает что клетка переходит с дыхательного на бродильный метаболизм. Иными словами организм дрожжевой клетки считает, что кислорода в среде уже нет и переходит на внутренние запасы эргостерина и ненасыщенных жирных кислот. Эти запасы были сделаны на самом начальном этапе жизнедеятельности в новой среде, когда дрожжи интенсивно поглощали кислород. Запасы ограничены, поэтому их может хватить только на определенное число циклов деление-рост. При концентрациях углекислоты эквивалентных давлению 2,5-3 атм. деление клеток прекращается вовсе. (Данные взяты из статьи Дж. Колин Слотер Биохимия и физиология дрожжей опубликованной в книге «Микробиология пива», под редакцией Ф. Дж. Приста и Й. Кэмпбелла).

Было бы очень полезно иметь информацию о концентрации углекислого газа для различных стадий брожения. Однако эта информация недоступна автору. Попробуем сделать оценки самостоятельно. В упомянутой выше статье указывается, что «важнейшим фактором является не давление, а концентрация двуокиси углерода в питательной среде. Эта концентрация зависит от температуры, скорости синтеза и скорости перехода из жидкой фазы. По данным наблюдений, газ выходит из раствора не без труда, и даже в том случае, когда ни каких попыток к ограничению выхода газа не предпринимается, сбраживаемое сусло характеризуется некоторой степенью перенасыщения двуокисью углерода, эквивалентной избыточному давлению 1,5 атм».

При оценке влияния СО2 на процесс роста клеток необходимо учитывать еще один фактор — температуру, что особенно важно при лагерном брожении. В лаборатории эксперименты с дрожжами проходят, обычно, при комнатной температуре. Легко посчитать, что при 10 градусах концентрация СО2 эквивалентная 0,5 атм. вдвое выше чем при 20 градусах и составляет 0,113 г/100 мл. При комнатной температуре и давлении 2,5 атм концентрация СО2 составляет 0,413 г/100 мл. В сусле бродящем при при 10 градусах Цельсия концентрация углекислого газа может достигать 0,340 г/100 мл. Это очень близко к значению, при котором фиксируется прекращение размножение клеток. Однако, вероятнее всего, быстрее заканчиваются запасы. (Оцените, 0,083 г/100 мл — отключение дыхания и 0,340 г/100 мл — нормальное содержание СО2 при брожении). Этим, вероятно, можно объяснить «магическое число 2,5», которое не зависит от начальной концентрации клеток. С этой точки зрения — и не должно зависеть, ибо запасы накапливает каждая из первоначально помещенных в сусло клеток, причем, каждая самостоятельно и не может накопить больше чем в состоянии это сделать не взирая на изначальное количество кислорода в сусле приходящееся на каждую клетку.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что все вышеизложенные дополнительные замечания относиться к брожению с использованием штамма WLP833. Вероятно, «магическое число 2,5» может изменяться в случае использования других штаммов лагерных пивных дрожжей. Также необходимо отметить, что столь ярко выраженного лимитирования роста клеток при элевом брожении автор не замечал. При этом, как видно из приведенных в статье графиков, элевые штаммы размножаются гораздо быстрее лагерных и способны несколько восполнить промахи с начальной нормой задачи. Однако в случае лагерного брожения, даже при относительно высокой температуре 12 градусов, подобные ошибки могут привести лишь к одному — затянувшемуся брожению. При этом совершенно не важно, какие факторы приводят к остановке размножения: высокая концентрация СО2, или ограниченные запасы эргостерина и ненасыщенных жирных кислот. Как пишет Слотер в цитированной выше статье: «…механизмы действия двуокиси углерода очень разнообразны и, наверное, мы никогда точно не узнаем, как именно это соединение влияет на метаболизм дрожжей в тех или иных условиях брожения пива». Это замечание справедливо, также, в отношении многих других вопросов жизнедеятельности дрожжей.