Fermentacja brzeczki

Fermentacja jest najważniejszym etapem przy produkcji piwa - dobór odpowiedniego szczepu drożdży, zadanie właściwej ilości, natlenienie, odpowiednie warunki fermentacji są kluczową sprawa przy otrzymaniu wybitnego piwa.

Po gotowaniu chłodzimy piwo do temperatury zadania drożdży. W zasadzie możemy zadawać drożdże w każdej temperaturze która ich nie zabije (poniżej 30*), ale najlepsze efekty uzyskamy, jeżeli przed zadaniem drożdży schłodzimy brzeczkę do temperatury fermentacji, a nawet 1-2 stopnie niżej. W czasie fermentacji pilnujemy stałej temperatury, odpowiedniej dla danego szczepu drożdzy (zwykle 20* dla ale i 10* dla lagerów). Po zakończeniu fermentacji dajemy piwu jeszcze nieco czasu na sklarowanie się, czasem w osobnym tanku i w nieco niższej temperaturze, i piwo jest gotowe do rozlewu. W sumie trwa to 2-5 tygodni.

Obliczenie ilości drożdży do zadania

Ilość drożdży jakie zadajemy powinna być obliczona w zależności od ilości brzeczki, jej ekstraktu i temperatury fermentacji (lager czy ale)

Ogólna reguła to: 1 milion komórek drożdżowych / 1 ml brzeczki / 1 Blg ekstraktu

przy czym pierwszy parametr waha się w pewnym zakresie od 0.5 mln do 2 mln - dla lagerów więcej, dla ale mniej.

• 1 gram suchych drożdży zawiera 20 mld komórek
• 1 ml gęstwy 1.5 mld komórek
• 1 ml drożdzy płynnych ok. 50 mln/ml, cała świeża saszetka Propagator to ok. 50 mld
• 1 ml startera 20-50 mln

Orientacyjnie, dla 20L przeciętnego piwa górnej fermentacji 12 Blg potrzeba 180 mld komórek; należy zadać: 9g drożdzy suchych, 80-100 ml gęstwy (lub wagowo ~50g), 1-2 saszetki drożdzy płynnych, lub 1 litrowy starter.

Najlepszy dostępny kalkulator do obliczania ilości drożdży jest pod tym linikiem:

http://www.mrmalty.com/calc/calc.html

Ww. wartości są optymalne dla prawidłowej fermentacji, bez żadnych konsekwencji można je zmniejszyć o 20%. Można nawet i bardziej, np. o połowę, 3/4 i zwykle fermentacja się rozpocznie, ale nalezy się liczyć z ryzykiem niedofermentowanego piwa. Drożdże mogą mnożyć się w fermentorze, ale niezbyt wiele razy, gdyż zabraknie im niektórych składników potrzebnych do rozmnażania. Dla piw estrowych (belgiskich, pszenicznych...) rozmyślnie zmiejsza się czasem ilość zadawanych drożdzy, żeby sprowokować je do intensywniejszego rozmnażania w fermentorze i, co jest z tym związane, produkcji większej ilości estrów.

Z drugiej strony nie należy tez zbytnio przekraczać podanych wartości, skutkuje to nadmiernie estrową, nieczystą fermentacją.

Drożdże suche, rehydratacja

Drożdże suche są bardzo wygodne w zastosowaniu i dość tanie. Zwykle zawierają dużą ilość komórek drożdżowych, w dobrym stanie (~20 mld/gram) i nie wymagają robienia startera. Niestety większość piwowarów zgadza się, że dają gorsze efekty smakowe niż drożdże płynne (choć to jest dyskusyjne, produkty takie jak S04, US05, Danstar Notthingam sa bardzo chwalone), a na pewno występują w dużo uboższej palecie szczepów.

Przed użyciem zaleca się rehydratację drożdży - rozpuszczenie ich w przegotowanej i wystudzonej poniżej 30*C wodzie, przynajmnniej na 20 min. Ma to na celu przywrócenie drożdży do życia i umożliwienie im kontrolowania tego, co przepuszczają przez swoje błony komórkowe. Jeżeli wrzucimy je do brzeczki bez rehydratacji, przez ich wysuszone błony przenikają także substancje szkodliwe dla drożdży i duża ich część zginie (nawet 50%). Jednak producenci drożdży przewidują taką sytuację i zapewniają spory zapas komórek w saszetce, zatem dla przeciętnego piwa możemy etap rehydratacji pominąć, szczególnie jeżeli nie jesteśmy pewni sterylności swoich procedur. Do rehydratacji nie należy używać wody destylowanej - ciśnienie osmotyczne może rozrywać komórki drożdży.

Ze względu na stosunkowo znaczne zanieczyszczenie mikrobiologiczne drożdży suchych, jak też spore ryzyko mutacji nie zaleca się robienia starterów dla drożdży suchych, ani też ponownego użycia ich gęstwy. Aczkolwiek, z uwagi na stałe ulepszanie jakości produktów te zastrzeżenia tracą na znaczeniu.

Napowietrzenie brzeczki

Przed zadaniem drożdży (lub bezpośrednio po zadaniu) musimy brzeczkę napowietrzyć, aby dostarczyć drożdżom odpowiednią ilość tlenu potrzebnego do rozmnażania. Jest to jedyny moment w całym procesie produkcji piwa, kiedy napowietrzamy brzeczkę (choć niektóre źródła twierdzą, że można brzeczkę napowietrzać wielokrotnie, do momentu aż fermentacja nie przekroczy początkowych 30%). Każdy szczep drożdży ma inne wymaganie, ale zwykle wystarcza 8 ppm tlenu w brzeczce (dla lagerów lepiej by było trochę więcej - 10 ppm).

W praktyce domowej stosujemy metody napowietrzania ręczne, pompkę akwaryjną, lub tlen.

Metody ręczne to: nalewanie z pewnej wysokości przy dekantacji (rozchlapywanie), mieszanie w fermentorze łyżką cedzakową, przelewanie kilkukrotne z fermentora do fermentora, i wreszcie kołysanie zamkniętym fermentorem. Ta ostatnia metoda daje najlepsze i najszybsze rezultaty i jest godna polecenia. Należy kołysać fermentorem przez 5 minut, dla ułatwienia można pod fermentor podłożyć np. piłkę. Trzeba pamiętać o dezynfekcji pokrywki!

Pompka akwaryjna jest eleganckim sposobem, ale wymaga inwestycji w sprzęt i jej efektywność wcale nie jest wyższa od metod ręcznych (szczególnie kołysania).

Użycie tlenu jest jedyną metodą na prawidłowe natlenienie niektórych piw (przy pomocy powietrza nie da się uzyskać lepszego natlenienia niż 8 ppm, a w piwach mocnych jeszcze mniej). Wadą tlenu jest koszt inwestycji (choć nie jest tak bardzo wysoki, butla kosztuje ok. 200 zł, można poradzić sobie bez reduktora - wystarczy przewiercony korek od wina, wężyk i kamień napowietrzający), konieczność zachowania BHP - tlen jest bardzo palny, czasem wręcz wybuchowy (np. jeżeli stosujemy reduktor musi on być dopuszczony do kontaktu z tlenem!) i możliwość nadmiernego natlenienia brzeczki. Natleniamy przy pomocy kamienia akwaryjnego, 1-3 minuty niewielkiego przepływu. Kamień akwaryjny szybko się zużywa i łatwo infekuje, należy go wymieniać co kilka napowietrzeń; ideałem jest nowy kamień dla każdej warki.

Testowanie fermentowalności i stabilności brzeczki

Dobrym nawykiem (dla zaawansowanych piwowarów) jest przeprowadzenie prostych dodatkowych testów nastawionej brzeczki:

• szybki test fermentacji (FFT - fast ferment test) polega na przefermentowaniu niewielkiej ilości brzeczki nastawnej w osobnym pojemniku. W praktyce odbieramy niewielką ilość brzeczki, wystarczająca do pomiaru areometrem (można użyć brzeczki odzyskanej z osadów) i wlewamy ją do pojemnika po starterze z resztką drożdży. Przykrywamy, i trzymamy w cieple potrząsając od czasu do czasu. Po trzech dniach mierzymy gęstość przefermentowanego piwa, i to jest maksymalny limit do którego może dojść nasze piwo. Znajomość tej wartości pozwala nam prawidłowo zdiagnozować ew. niedofermentowanie piwa. Jeżeli z jakichś przyczyn nie mamy drożdży do tego testu, możemy użyć zwykłych suchych drożdży piekarniczych w ilości ok. pół łyżeczki - dadzą wynik z błędem do +/-0.5Blg.
• test stabilności brzeczki mówi nam o czystości mikrobiologicznej nastawionej brzeczki - tuż przed zadaniem drożdży odbieramy z fermentora do wysterylizowanego pojemnika niewielką ilość brzeczki i trzymamy ją pod przykryciem przez kilka dni w cieple. Po trzech dniach sprawdzamy, czy nie ma śladu infekcji: nagazowania, piany, kożucha, czy brzeczka smakuje czysto i świeżo. Jeżeli tak, oznacza to, że nasz proces jest wystarczająco sterylny. Inne źródła twierdzą, że kontrolę nalezy robić aż po siedmiu dniach trzymania w cieple.

Temperatura zadania drożdży i fermentacji

Każde drożdże mają swój ulubiony zakres temperatur, podany przez producenta (a zwykle można go jeszcze przekroczyć o parę stopni w każda stronę). Te same drożdże w różnych temperaturach dadzą znacznie różniące się pomiędzy sobą piwa. Np. drożdże górnej fermentacji w temperaturach poniżej 20* (16-18*) dadzą produkt czystszy, z mniejszą ilością estrów i fenoli, w 20-21* dadzą rozsądny profil estrowo-owocowy, w 24-25* dadzą sporo fenoli, gumy balonowej, palącego alkoholu. Oczywiście naprawdę uzyskane smaki zależą od szczepu drożdży.

Fermentacja postępuje w sposób nieliniowy, przyjmuje się, że 80% cukrów jest przerobione przez początkowe 20% czasu fermentacji, dlatego najważniejsze jest aby pilnować temperatury przez te pierwsze godziny i dni, kiedy drożdże namnażają się i fermentacja jest bardzo burzliwa. Można nawet zadać drożdże ze 2* poniżej planowanej temperatury fermentacji, żeby skompensować nagły skok temperatury gdy burzliwa fermentacja się zacznie. Im bliżej końca, tym mniej jest to istotne, ale lepiej, żeby temperatura rosła niż malała. Niektórzy nawet zalecają lekkie (2-3*C) podniesienie temperatury fermentacji na koniec, aby wzmóc aktywność drożdży i pozwolić im przerobić resztki pofermentacyjne (diacetyl, aldehyd).

Zmniejszanie się temperatury w procesie fermentacji zachęca drożdże do przedwczesnego porzucenia pracy i osiadania. Szczególnie groźny jest nagły spadek temperatury - powyżej 5*C na dobę, ale można to zjawisko wykorzystać do przyspieszenia klarowania się piwa, gdy jesteśmy pewni, że fermentacja jest już ukończona.

Przy fermentacji lagerów niektórzy stosują tzw. przerwę diacetylową - na koniec fermentacji, ale gdy drożdże są jeszcze aktywne, podnosi się temperaturę ~5*C, a czasem i więcej, na jeden lub parę dni. Jak wskazuje nazwa, służy to głównie do przerobienia resztek diacetylu.

Przy fermentacji lagerów czasem stosuje się zadawanie drożdży w temperaturze pokojowej, i powolne obniżenie temperatury do temperatur lagerowych, gdy fermentacja już się zacznie. Jest to akceptowalne, szczególnie, gdy nie mamy wystarczającej ilości drożdży do zadania, ale większość autorów zgadza się, że daje to gorszy profil smakowy piwa.

Z kolei przy fermentacji piw estrowych np. belgijskich czasem stosuje się znaczne podwyższanie temperatury w trakcie fermentacji, np. od 20 do 27*C (~1 stopień na dzień) lub od 12* do 17-18*C dla weizenów.

Kontrola temperatury fermentacji

Jeżeli nie mamy pomieszczenia o stabilnej temperaturze (np. 20*C dla ale czy 10*C dla lagerów), możemy wpłynąć na temperaturę fermentora lekko go podgrzewając lub chłodząc. Mamy do tego następujące środki:

Do podgrzewania używa się pas grzewczy; można go zastąpić czymś tańszym np. kablem do podgrzewania terrarium, kocem elektrycznym czy też po prostu zamykamy fermentor w niewielkim pomieszczeniu do którego wstawiamy grzejnik

Chłodzenie jest dużo trudniejsze, mamy do dyspozycji:

Środki "chałupnicze" typu owinięcie fermentora mokrym ręcznikiem, wstawienie do pudła z butelkami z zamarzniętą wodą

Lodówka lub zamrażarka - zamrażarka zapewni nam niższe temperatury, ale w lodówce nie będziemy mieli tylu problemów z wilgocią i zalodzeniem. Gdy używamy urządzeń chłodniczych najlepiej jet zakupić kontroler temperatury (np. akwariowy RT-2CO), sondę z termometrem wkładamy wtedy do fermentora (można też przyczepić ją do ścianki fermentora i zaizolować np. folią bąbelkową), a wtyczkę lodówki włączamy do gniazdka kontrolera, dzięki temu będzie on włączał chłodzenie wtedy gdy trzeba.

Przebieg fermentacji

W trakcie fermentacji można zaobserwować następujące fazy:

• aklimatyzacja drożdży do nowego środowiska (lag) - zwykle twa od kilku do kilkunastu godzin, tym dłużej im drożdże słabsze i warunki bardziej stresujące. Można go wydatnie skrócić poprzez wstępną aktywację drożdży w docelowej brzeczce - nieco brzeczki (~1/2L) odbieramy z kotła warzelnego, studzimy do temperatury fermentacji i zalewamy nią drożdże lub gęstwę przygotowane do zadania (drożdże suche najlepiej już po rehydratacji). W ciągu kilku godzin drożdże zaczną być aktywne i wtedy dodajemy je do fermentora (drożdże lagerowe aktywujemy w lodówce, może to wtedy zająć nieco dłużej - ze 12h).
• faza rozmnażania drożdży - dobrze jest, żeby drożdże wykonały kilka podziałów (ze 4) w fermentorze, wydzielają one wtedy mniej lub więcej estrów i innych produktów rozmnażania, które nadają piwu odpowiedni smak. Jest to jeden z powodów, dlaczego nie należy zadawać zbyt dużo drożdży.
• faza niskich krążków - gdy zaczyna się pojawiać na piwie piana, najpierw w postaci plamek, potem dywanika. W lagerach oczekiwanie na pierwszą piankę może być dość długie (24-48h), ale to po części ze względu na lepszą rozpuszczalność CO2 w niskich temperaturach - musi go się wytworzyć dużo więcej, zanim zacznie tworzyć pianę.
• faza wysokich krążków - wysokość piany osiąga maksimum. W tej fazie odbywa się lwia część fermentacji.
• faza opadających krążków - zanika proces fermentacji, piana opada, drożdże opadają na dno, lub czasem w przypadku górnej fermentacji unoszą się na powierzchni w postaci zbitego kożuszka. Jest to moment w którym można już rozważać przelanie piwa na fermentację cichą.

W praktyce browarniczej często fermentacje dzieli się na dwie: fermentację burzliwą - do momentu opadnięcia piany, ok. 5-10 dni po której dekantujemy piwo do innego zbiornika, pozostawiając na dnie osady i większość drożdży; i fermentację cichą (ok. 2 tygodni) w czasie której piwo jeszcze nieco dofermentowuje i klaruje się.

Dekantacja i fermentacja cicha nie jest obowiązkowa, można całą fermentację przeprowadzić w jednym fermentorze, trwa ona wtedy 2-4 tygodnie.

W przypadku lagerów po zakończeniu fermentacji jest jeszcze faza lagerowania w temperaturze możliwie bliskiej 0*C. W jej trakcie drożdże już w zasadzie nie pracują, piwo klaruje się i "układają się" smaki.

Fermentacja najpierw przebiega szybko i burzliwie, ok 80% cukrów jest przerobione przez początkowe 20% czasu fermentacji, potem fermentacja zwalnia. Może się zdarzyć, że fermentacja zakończy się praktycznie w 1-2 dni, szczególnie w słabych piwach.

Przy końcu fermentacja znacznie zwalnia, dlatego po zakończeniu widocznej aktywności dobrze jest dać piwu jeszcze parę dni na przerobienie ostatnich cukrów i, co ważniejsze pozostałości po fermentacji jak diacetyl czy aldehyd.

Problem: niedokończona fermentacja

W przypadku, gdy piwo nie osiąga założonej gęstości, czyli stopień odfermentowania jest za niski (zwykle oczekujemy spadku ekstraktu ok. 3/4, a przynajmniej 2/3, ale zależne to jest od stylu piwa), należy rozróżnić dwa przypadki:

• za mało fermentowalna brzeczka
• słaba kondycja drożdży

W tym pierwszym przypadku winić możemy sposób zacierania (w zbyt wysokiej temperaturze), ew. zbyt duży udział słodów specjalnych (karmelowych). Na etapie fermentacji prawie nic się nie da już z tym zrobić, trzeba po prostu następnym razem zacierać w nieco niższej temperaturze. Na szczęście takie piwo, bogate w dekstryny zwykle nie jest nadmiernie słodkie i nadaje się do picia.

Gorsza sytuacja jest, gdy drożdże przedwcześnie kończą pracę. W piwie zostaje wtedy stosunkowo dużo cukrów prostych, bardzo słodkich, ponadto możliwe jest wznowienie fermentacji w butelkach, co skutkuje przegazowanym piwem i wybuchającymi butelkami (bardzo niebezpieczne!).

Jest kilka sposobów na zmuszenie drożdży do wznowienia pracy, żaden w pełni skuteczny. Należy zacząć od kołysania fermentorem, żeby podnieść drożdże z dna, i podniesienia temperatury o kilka stopni. Można też przygotować im posiłek regeneracyjny - ~1/4kg cukru z odrobiną pożywki dla drożdży - czasem to je motywuje do pracy. Można dostarczyć świeżą partię drożdży - tych samych, lub jakiś silniejszy szczep (ale raczej nie drożdże winiarskie, one fermentują za głęboko - dobry wybór to American Ale lub drożdże belgijskie wysokoalkoholowe np. THG). Należy to jednak zrobić w specjalny sposób, bo drożdże niechętnie podejmą prace w prawie przetrawionym piwie. Najskuteczniejsze będzie przelanie piwa na gęstwę z innego piwa, które dopiero skończyło fermetację. Jeżeli mamy starą gęstwę, lub świeże drożdże, minimum co trzeba zrobić to starter - może być niewielki, 1/2 litra, ale drożdże muszą być zadane w fazie wysokich krążków (z pianą). Bezpieczniej jest jednak do takiego pracującego startera jeszcze dodać drugie tyle piwa z fermentora i poczekać, aż drożdże w starterze podejmą pracę. I jeszcze raz dodać drugie tyle. I dopiero gdy podejmą fermentację, dolać wszystko do fermentora.

Jest jeszcze sposób dla desperatów: dodać do fermentującego piwa sporo cukru, żeby podbić jego ekstrakt, tak, aby końcowa wartość wyglądała rozsądniej. Cukier zostanie sfermentowany, a piwo będzie mocniejsze. Możemy też rozcieńczyć je wodą, żeby otrzymać rozsądną wartość ekstraktu. W obu przypadkach piwo wyjdzie zapewne niedochmielone. Przykładowe wartości to 3/4 kg cukru i 3 litry wody - podbija to wartość ekstaktu o ok. 3 Blg.

Powyższe problemy najczęściej występuja przy fermentacji piw mocnych - należy zatem zawczasu przedsięwziąć odpowiednie kroki. Przede wszystkim należy zadać odpowiednią ilość zdrowych drożdży - nawet o 20% większą niżby wynikało z przeliczeń. Ponadto trzeba porządnie napowietrzyć piwo, najlepiej tlenem (nawet do 10 minut). Zwykle nie zaleca się powtórnego napowietrzania, ale w przypadku piw mocnych można to rozważyć, byle nie później niż w 1/3 fermentacji. Warto też dodać do brzeczki pożywkę dla drożdży (może być winiarska, wieloskładnikowa ok. 3-4 gram, ale nie więcej, bo może wpłynąć na smak piwa, szczególnie ta wieloskładnikowa; fosforan amonu jest neutralny smakowo), dodajemy ją do gotowania, można ew. to powtórzyć w trakcie fermentacji. Gdy robimy duże piwo ze znacznym wkładem cukru (np. tripel), można go nie dodawać od razu, ale dopiero w połowie fermentacji, żeby drożdże zjadły najpierw mniej strawne cukry.