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.
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.
Условия брожения
На развитие дрожжей и ход брожения влияют следующие факторы: концентрация сахара, температура и свет, кислотность среды и наличие микроэлементов, содержание спирта, доступ кислорода.
1. Концентрация сахара
Для большинства рас дрожжей оптимальная сахаристость сусла составляет 10-15%. При концентрации выше 20% брожение ослабевает, а при 30-35% почти гарантированно прекращается, поскольку сахар становится консервантом, препятствующим работе дрожжей.
Интересно, что при сахаристости среды ниже 10% брожение тоже протекает слабо, но прежде чем подслащать сусло, нужно помнить о максимальной концентрации спирта (4-й пункт), полученного в ходе брожения.
2. Температура и свет
Для большинства штаммов дрожжей оптимальная температура брожения – 20-26 °C (пивным дрожжам низового брожения требуется 5-10 °C). Допустимый диапазон – 18-30 °C. При более низких температурах брожение существенно замедляется, а при значениях ниже нуля процесс останавливается и дрожжи «засыпают» — впадают в анабиоз. Для возобновления брожения достаточно поднять температуру.
Слишком высокая температура уничтожает дрожжи. Порог выносливости зависит от штамма. В общем случае опасными считаются значения выше 30-32 °C (особенно для винных и пивных), однако существуют отдельные расы спиртовых дрожжей, способные выдержать температуру сусла до 60 °C. Если дрожжи «сварились», для возобновления брожения придется добавить в сусло новую партию.
Процесс брожения сам по себе вызывает повышение температуры на несколько градусов – чем больше объем сусла и активнее работа дрожжей, тем сильнее нагрев. На практике коррекцию температуры делают, если объем больше 20 литров – достаточно держать температуру ниже 3-4 градусов от верхней границы.
Емкость оставляют в темном месте или накрывают плотной тканью. Отсутствие прямых солнечных лучей позволяет избежать перегрева и позитивно сказывается на работе дрожжей – грибки не любят солнечного света.
3. Кислотность среды и наличие микроэлементов
Среда кислотностью 4.0-4.5 рН способствует спиртовому брожению и подавляет развитие сторонних микроорганизмов. В щелочной среде выделяются глицерин и уксусная кислота. В нейтральном сусле брожение протекает нормально, но активно развиваются патогенные бактерии. Кислотность сусла корректируют перед внесением дрожжей. Зачастую винокуры-любители повышают кислотность лимонной кислотой или любым кислым соком, а для снижения гасят сусло мелом или разбавляют водой.
Кроме сахара и воды дрожжам требуются другие вещества – в первую очередь это азот, фосфор и витамины. Эти микроэлементы дрожжи используют для синтеза аминокислот, входящих в состав их белка, а также для размножения на начальном этапе брожения. Проблема в том, что в домашних условиях точно определить концентрацию веществ не получится, а превышение допустимых значений может негативно сказаться на вкусе напитка (особенно это касается вина). Поэтому предполагается, что крахмалосодержащее и фруктовое сырье изначально содержит требуемое количество витаминов, азота и фосфора. Обычно подкармливают только брагу из чистого сахара.
4. Содержание спирта
С одной стороны, этиловый спирт – продукт жизнедеятельности дрожжей, с другой – это сильный токсин для дрожжевых грибков. При концентрации спирта в сусле 3-4% брожение замедляется, этанол начинает тормозить развитие дрожжей, при 7-8% дрожжи уже не размножаются, а при 10-14% перестают перерабатывать сахар – брожение прекращается. Только отдельные штаммы культурных дрожжей, выведенных в лабораторных условиях, толерантны к концентрации спирта выше 14% (некоторые продолжают брожение даже при 18% и выше). Из 1% сахара в сусле получается около 0.6% спирта. Это значит, что для получения 12% спирта требуется раствор с содержанием сахара 20% (20 × 0.6 = 12).
5. Доступ кислорода
В анаэробной среде (без доступа кислорода) дрожжи нацелены на выживание, а не размножение. Именно в таком состоянии выделяется максимум алкоголя, поэтому в большинстве случаев нужно оградить сусло от доступа воздуха и одновременно организовать отвод углекислого газа с емкости, чтобы избежать повышенного давления. Эта задача решается путем установки гидрозатвора.
При постоянном контакте сусла с воздухом возникает опасность скисания. В самом начале, когда брожение активное, выделяющийся углекислый газ выталкивает воздух от поверхности сусла. Но в конце, когда брожение ослабевает и углекислоты появляется всё меньше, воздух попадает в незакрытую емкость с суслом. Под воздействием кислорода активируются уксуснокислые бактерии, которые начинают перерабатывать этиловый спирт на уксусную кислоту и воду, что приводит к порче вина, снижению выхода самогона и появлению у напитков кислого привкуса. Поэтому так важно закрыть емкость гидрозатвором.
Однако для размножения дрожжей (достижения оптимального их количества) требуется кислород. Обычного достаточно той концентрации, что находится в воде, но для ускоренного размножения брагу после внесения дрожжей оставляют на несколько часов открытой (с доступом воздуха) и несколько раз перемешивают.
При какой температуре должна бродить брага?
Ни один самогонщик не забудет упомянуть, что температурный режим при приготовлении браги – один из самых важных моментов. Почему нужно соблюдать правила, и зачем производители указывают температурные показатели в инструкции? Для начала нужно понимать, что собой представляют дрожжи, и какие проблемы вытекают из ошибок начинающих самогонщиков. Какая должна быть температура для браги при брожении?
Для чего нужны дрожжи в браге для самогона?
Дрожжи – одноклеточные организмы. Они такие же живые, как и водоросли, бактерии. Грибки активно участвуют в жизнедеятельности людей. Изготовление алкоголя, хлебобулочных изделий и некоторых других продуктов без них просто невозможно. В браге для самогона и в виноделии они отвечают за процесс брожения. Вырабатывается определенное количество спирта.
Выделяют культурные и природные дрожжи. К первой группе относят штаммы, выведенные на производстве. А природные организмы в некоторых количествах живут в природе, их можно заметить на винограде в виде тонкого матового слоя, а также на других плодах. Именно поэтому существуют рецепты вина и самогона без дрожжей и сахара. Все эти компоненты есть в составе главных ингредиентов – ягод, фруктов. Однако применять такую рецептуру можно в домашних условиях. Крупные производители же не рискуют своими доходами, отдавая предпочтение искусственным штаммам. Количества диких организмов может не хватить для сбраживания браги.
Важно! Хлебопекарные дрожжи способны испортить вкус самогона. Рекомендуется выбирать специальные спиртовые дрожжи.
Что происходит при брожении?
Именно понимание сути процесса позволяет правильно поставить брагу, определить ее готовность, исправить проделанные ошибки.
Как же из одноклеточного организма получается спирт:
Важно! Каждые дрожжи способны поглощать сахар и жить при своей температуре. Показатели меняются в зависимости от вида организма.
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:
При какой температуре погибают дрожжи?
На всех этапах дрожжам нужно обеспечить комфортную температуру. Не допускаются также перепады. В не зависимости от штамма есть показатели, при которых организмы не активизируются, гибнут, действуют наиболее интенсивно, вырабатывают спирт более медленно. При какой же температуре погибают дрожжи в браге?
У дрожжей довольно большой диапазон температуры, при которой они способны выживать – 18-38 градусов. Однако наиболее благоприятные условия, которые оптимально действуют на питание – 30-35. Если в помещении термометр показывает выше 30 градусов, нужно быть готовым, что в самогоне будет много примесей. Тогда нужно доведение температурного показателя до 28. При значениях ниже 18 дрожжи все еще живут, но действуют не активно. Термометр показал меньше +5 – значит, дрожжи вовсе погибли, это крайне низкий показатель. То же самое происходит при +40 градусах.
Как обеспечить оптимальные условия для брожения?
Дрожжам нужно обеспечить не только правильные температурные показатели в комнате с емкостью, но и позаботиться, чтобы не было перепадов. Скачки негативно влияют на деятельность грибковых клеток. Необходимая температура может быть некомфортной для человека. Если в комнате прохладно, то можно предпринять такие меры:
Температура воды во время приготовления браги
Прежде чем добавить дрожжи в основную массу, их нужно активизировать. Это делается с помощью добавления их в воду. Жидкость – не менее важный ингредиент, и чтобы запустить брожение, он тоже должен быть определенных параметров. Вода в емкости сразу должна быть нужной температуры, а не нагреться впоследствии от тепла в комнате. Ее поддержание очень важно.
Какая должна быть температура воды для браги? Перед применением воду подогревают до 20-30 градусов. Значение, при котором питание дрожжей идет наиболее интенсивно – 23-28. Воду выше 30 градусов нужно охлаждать. 31 градус – риск гибели организмов. Брага может самостоятельно дойти до таких показателей, ведь интенсивный процесс сопровождается выделением тепла.
Как ускорить брожение браги для самогона?
Многие не вмешиваются в процесс брожения. Но иногда это делать стоит. Если брага доходит до готовности дольше – это не значит, что спирта вырабатывается больше. Наоборот, в массе образуются вредные вещества.
Что можно сделать для ускорения:
Инвертирование сахара
Сахар в брагу можно засыпать в виде песка. Но даже в теплой воде он может не раствориться. Продукт выпадет на дно. Дрожжи потребят меньше глюкозы, выработают меньше спирта. Поэтому опытные самогонщики варят сироп. Если сахар инвертировать, можно не только увеличить скорость брожения, но еще и улучшить вкус получаемого напитка.
Важно соблюдать пропорции:
Подкормка
Дрожжи – живые организмы, и в основе процесса брожения лежит их питание. И нужных для него компонентов может не хватать. В таком случае прибегают к внесению удобрений, которые будут поддерживать питание.
Важно! Если самогон делается из зерновых культур или фруктов, подкормка зачастую не требуется. В сахарную брагу ее необходимо вносить.
Варианты подкормки:
Температура брожения браги
Если процесс идет медленно, но температура для дрожжей в браге приемлемая, то ее все же можно увеличить на несколько градусов. Но она не должна привести к гибели организмов. Для этого используют обогреватели, теплые вещи.
Важно! При оптимальной температуре не только беспрерывно идет процесс брожения, но и получается качественный напиток.
Активация дрожжей перед тем, как засыпать
Иногда дрожжи вносят в емкость сразу, не зная, что им нужна активация. Также используют только природные грибки, которых может не хватать. Это типичные ошибки начинающих самогонщиков.
Как активировать:
Внесение сахара порциями
Внесение сразу всей порции сахара усложняет питание дрожжей. Большое количество сахаров делает брагу слишком плотной. Сахарный песок правильно вносить в несколько этапов. Первая половина вмешивается на этапе установки браги. А вторая часть должна попасть в емкость спустя сутки. Ее можно также разделить на две части и вносить остаток еще через день.
Где и как ставить брагу?
Когда все ингредиенты выбраны и правильно смешаны, нужно устанавливать емкость с брагой.
Некоторые правила установки, которые помогут получать вкусные самогон:
Почему не бродит брага, чем поддержать процесс?
Процесс брожения может остановиться, но это не означает полное окончание сбраживания. Иногда можно все исправить, нужно только знать причину.
Почему не бродит бражка:
Термометр и терморегулятор – важные составляющие дистиллятора
Самостоятельно регулировать правильный температурный режим сложно. Невозможно уследить за точным показателем. А брага на дрожжах может стоять и 2 недели. Для этого нужно приобрести термометр и терморегулятор. На приборы скупиться не стоит, они помогут сделать хороший напиток качественным, не перевести использованные продукты. Термометр – обязательный запрос, он поможет определить при какой температуре бродит брага. А вот терморегулятором пользуются не все. Хотя это приспособление значительно упрощает приготовление. Прибор измеряет температуру. Можно указать желаемые показатели, которых он будет придерживаться.
Температура брожения браги – важный показатель, его соблюдение – незаменимое условие хорошего алкоголя. От него зависит весь процесс. Дрожжи – очень уязвимые живые организмы. Они способны проявлять активную жизнедеятельность при определенной температуре. Несоблюдение правил приводит к их гибели или медленном питании и выработке спирта. Определяться с температурой нужно в зависимости от выбора штамма дрожжей. В среднем, оптимальная температура для брожения браги – 28 градусов.
Температура при которой гибнут дрожжи в браге
Дрожжи являются одноклеточными организмами. Для процесса брожения требуется определенная температура для дрожжей. Даже минимальные перепады, на пару градусов, могут повлиять на конечный результат, и в итоге брага не подойдет до нужной кондиции.
Эти одноклеточные организмы были «приручены» человеком одними из первых на планете. Их использовали для приготовления домашних спиртных напитков и хлебобулочных изделий еще в 3 веке до н.э.
Научные исследования процессов брожения начались только в XIX веке. Ученым удалось доказать, что в основе процесса лежит биологическая природа и что при определенных условиях дрожжи превращают сахар в спирт. По этой причине для получения браги используются продукты с высоким содержанием глюкозы и крахмалосодержащие продукты. Немаловажное значение в процессе брожения играет кислотность среды, доступ кислорода, освещение и температура.
Приборы для измерения температуры в браге
Чтобы получить качественный самогон, потребуется минимум 2 измерительных прибора: термометр и терморегулятор. Ведь на каждом этапе самогоноварения, от производства браги до отделения «хвостов» важно контролировать температуру.
Термометр
Это прибор необходим для измерения температуры в кубе. Для этого лучше всего подойдет ртутный, со шкалой до 120 о С. Самое главное, что при его использовании необходимо соблюдать осторожность, так как корпус у него стеклянный.
Приемлемой альтернативой может выступать биометаллическая модель.
Терморегулятор
Температура браги при брожении должна поддерживаться на постоянном уровне. В данном случае подойдет терморегулятор с нагревателем.
Прибор погружают полностью в емкость с жидкостью, выступать наружу должен только датчик, где нанесена температурная шкала.
Выбирают терморегулятор в зависимости от количества браги. На 50 литров жидкости потребуется прибор с мощностью в 100 Вт.
Температурный критический режим, при котором погибают дрожжи
Срок готовности браги зависит от множества факторов:
Важно! Ни в коем случае нельзя экономить на дрожжах. Нельзя использовать испорченные или некачественные. Брожение возможно только при использовании свежих дрожжей.
Температура брожения браги находится в широком диапазоне. Выживают они при поддержании температуры от +18 оС до +38 оС. Оптимальный вариант +25…+35 оС.
Минимальный
Пониженная температура приводит к негативному результату. Если поддерживается +18 оС, то дрожжи не погибнут, но активации процесса не будет.
Уменьшение температуры влечет за собой торможение процесса, а при сильном снижении, полную остановку. Наряду с этим повышается кислотность, что отрицательно сказывается на вкусовых качествах конечного продукта. При какой температуре погибают дрожжи в браге? Если она поднимется выше 40 оС, то дрожжи погибнут, и весь процесс придется начинать с самого начала, вылив имеющееся сусло.
Максимальный
Очень важна температура браги. Только в тепле микроорганизмы будут чувствовать себя великолепно. Оптимально – 25-35 градусов. Но чем более нагретой будет брага, тем быстрее она созреет. Не стоит забывать, что при температуре больше 40 градусов белок сворачивается, и дрожжи погибают.
Немаловажное значение имеет и температура в помещении. Если она начинает подниматься выше +30 оС, то в браге начнут появляться неприятные примеси, которые могут полностью испортить качество конечного продукта. Проще всего снизить температуру до +28 оС.
Температура воды для браги на дрожжах во время разведения должна быть на уровне +30 оС. В противном случае активного процесса бурления не стоит ожидать.
Если приготовление браги пришлось на жаркий период, то емкость придется наоборот остужать. Обычно с этой проблемой справляются при помощи баклажек с холодной водой или кондиционированием помещения.
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:
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.
Необходимые меры в случае прекращения брожения
При какой температуре погибают дрожжи? Любая нестабильность в процессе брожения говорит о том, что присутствуют температурные перепады, и если она будет слишком высокой, от 40 оС и более, то дрожжи погибнут.
На скорость брожения влияет множество факторов, сквозняки, близко установленная к окну зимой емкость с суслом. Чтобы поддержать стабильность, необходимо поддерживать температуру на одном уровне.
Если процесс созревания браги прекратился, есть проверенный способ повысить температуру – использование аквариумного водонагревателя. Он продается в любом зоомагазине.
Водонагреватель позволит поддержать температуру для браги на нужном уровне и простой в использовании. Процесс эксплуатации:
Важно! Розетка, к которой будет подключаться аквариумный водонагреватель должна располагаться выше уровня емкости и не близко к емкости.
Если на банку с суслом устанавливается гидрозатвор, то придется отрезать вилку от шнура, продеть его через крышку и опять присоединить вилку.
Выбирая водонагреватель, надо следовать расчету: на 1Вт мощности прибора приходится 1 л бражки. Теоретически, 50 Вт прибор должен поддерживать температуру на оптимальном уровне в 50-литровой емкости. Однако всегда следует учитывать температуру в помещении. Если прохладно, то даже обогреватель может не помочь и дрожжи погибнут, поэтому лучше брать более мощный аппарат из расчета 4 Вт на 1 литр. Но в этом случае следует тоже быть осторожным, чтобы дрожжи начали гибнуть, хватит температуры в 40 оС. При необходимости, емкость с суслом может утепляться.
Используя аквариумный нагреватель нельзя забывать о технике безопасности. Вынимать прибор можно только спустя 15 минут после отключения. Ни в коем случае его не вытаскивают, если вилка находится в розетке.
Альтернативный вариант является действенным, но с огромным минусом – высокая стоимость. Емкость для брожения, изготовленная в промышленных условиях, оснащена гидрозатвором и терморегулятором, который позволит регулировать температуру, предотвратить гибель дрожжей. Емкости изготовляются из пищевой нержавеющей стали и разные по объему.
Умельцы нередко из пивных кег и молочных бидонов собственноручно изготавливают нагревательные баки для браги. А некоторые вообще используют перегоночные кубы от самогонных аппаратов. К емкости докупают нагреватель, обязательно в комплекте терморегулятором.
Если на улице достаточно прохладно или в помещении постоянные перепады температуры, то самодельную емкость рекомендуется утеплить, чтобы сэкономить на электрической энергии. К тому же, во время брожения, обязательно выделяется энергия, которая повышает на несколько градусов температуру жидкости. Главное контролировать ее, чтобы дрожжи не погибли.
Утеплить емкость можно одеялом или покрывалом, а можно бадье придать более эстетический вид – обернув ее строительным утеплителем, к примеру, подложкой под ламинат или даже туристическим ковриком.
Еще один нестандартный способ – небольшой фрагмент теплого пола. Однако к нему обязательно придется приобрести терморегулятор, ведь у него максимальная степень подогрева составляет 55 оС. Допускается установка емкости около батареи или другого отопительного прибора.
Некоторые винокуры используют нагревательные коврики и даже специальные обогревательные кабеля, автообогреватели. Однако помимо температуры, если прекратилось брожение, то возможно это связано с отсутствие витаминов и минералов. Спасти ситуацию можно при помощи азотной подкормки. В ряде случаев, может помочь дополнительное внесение дрожжей.
Заключение
Чтобы получить пригодную брагу для самогона, необходимо обеспечить стабильное тепло, которое будет стимулировать обмен веществ без утраты расчетной крепости. Допускаются колебания в пределах 2-3 градусов. Если не получается поддержать на уровне +30 оС, то лучше обеспечить стабильность в 25 оС, хоть и процесс созревания несколько затянется.
Также следует помнить, что сбраживание браги при температуре +32 оС, дает много амилового, метилового спирта, в нем повышенное количество сивушных масел. Отсюда вывод, который подтверждают химики: чтобы дрожжи не умирали, и в браге было небольшое количество вредных веществ, сусло должно бродить при температуре от +25 оС до +29 оС.
