Сахарная брага с научной точки зрения

На практике освоение технологии крепких алкогольных напитков, как правило, начинают с приготовления классической сахарной браги. Действительно, из-за смешения всего 3 базовых ингредиентов: воды, сахара и дрожжей, ее рецепт остается наиболее простым из всех видов браг.

В процессе изготовления могут встретиться “подводные камни”, которые с большой вероятностью негативно отразятся на органолептике конечного продукта. Во избежание этого, рассмотрим сахарную брагу с точки зрения пищевой химии и в дальнейшем наложим теоретические знания на рецепт.

Пищевая химия сахарной браги

Технология приготовления браги строится на процессе спиртового брожения, который схематично можно представить в виде химического уравнения:

С₆Н₁₂О₆ => 2 СН₃СН₂ОН + 2СО₂ +Q

глюкоза → этиловый спирт + углекислый газ + энергия

Во время спиртового брожения происходит активная жизнедеятельность дрожжей. Дрожжевые клетки питаются, растут и размножаются.

При этом образуются продукты брожения:

 - основные: этиловый спирт и углекислый газ;

- побочные: альдегиды, кетоны, высшие спирты и т.д.

Побочные продукты формируют вкус и ароматику готового продукта и здесь нужно понимать, что они могут повлиять как с положительной стороны, так и с отрицательной.

Питание дрожжей

Наиболее важным фактором для нормального функционирования дрожжей служит питание. Без него дрожжи будут чувствовать стресс и это непременно повлияет на конечный продукт.

Источниками дрожжевого питания являются:

1.  основные элементы: С, Н, О и N;   
2.  элементы, требующиеся в небольших количествах:

           - макроэлементы (Р, К, S, Mg);

           - микроэлементы: (Zn, Mn, Co, Ca, Fe, Cu и др.);

           - витамины.

При приготовлении сахарной браги надо помнить, что правильный состав питательной среды – необходимое условия для получения хорошего результата. Потребность дрожжей в питательных компонентах различается качественно и количественно в зависимости от условий культивирования, в частности при изменении температуры, рН и осмоляльности среды.

Под осмоляльностью сахарной браги понимают разницу давлений между дрожжевой клеткой и внешней средой. Давление внешней среды будет зависеть от концентрации сахара в браге. Чем больше сахара, тем большее давление оказывается на клетку и тем сложнее этой клетке работать. Концентрация сахара выше 30% губительно отражается на живых микроорганизмах, от высокого осмотического давления в браге дрожжевая клетка разрывается и гибнет.

Углеводное питание

На этапе брожения сахарной браги одним из основных элементов для питания дрожжей является углерод (химическое обозначение “С”), используемый для синтеза клеточных компонентов, дыхания, образования основных и побочных продуктов брожения.

Если говорить о классической сахарной браге, включающей в себя сахарный песок, воду и дрожжи, то источником углерода в ней служит именно сахарный песок.

По своей химической структуре сахарный песок - это углевод “сахароза”, состоящий из двух простых углеводов “глюкозы” и “фруктозы”.  

Дрожжевые клетки употребляют сахарозу только после ее предварительного разрушения на более мелкие части - глюкозу и фруктозу. Этот процесс происходит под действием собственного фермента дрожжей “инвертазы”.

В процессе выработки фермента, дрожжи затрачивают энергию на разрыв цепочки углевода и для поддержания собственного организма потребляют питательные компоненты.

Наверно Вам уже становится понятным, что если среду не обогащать питательными компонентами, то дрожжевой клетке ничего не остается делать кроме как кушать саму себя. А это очень вредно для нашей браги и как следствие для конечного продукта. Отсутствие питательных компонентов в среде приводит к ослаблению дрожжевых клеток и далее к:

- “недобродам”;

- большому количеству побочных продуктов;

- отмиранию дрожжевых клеток, сопровождающееся автолизом (разрушением клетки).

Немного слов об использовании химически чистых веществ – глюкозы и фруктозы. Зачастую их применяют в качестве основы для браги. Они доступны в большинстве магазинов для приобретения.

Используя для браги глюкозу и фруктозу в чистом виде, винокуры ошибочно полагают, что дают своему напитку лучшую органолептику, чем при применении сахарозы (сахарного песка). Не стоит забывать, органолептика готового напитка формируется не только в процессе потребления дрожжами чистых сахаров (глюкозы, фруктозы и сахарозы) и переработке их на спирт, но и при переработке сопутствующих компонентов браги (аминокислот, пектинов, и т.д.). 

По факту, отличия в органолептике при сбраживании химически чистых сахаров (глюкозы, фруктозы или сахарозы) будут незначительные. При потреблении сахарозы дрожжи затрачивают немного больше энергии и питательных компонентов на образование инвертазы. В остальном процесс сбраживания сахаров ничем не отличается. Разница будет заключаться лишь в образующихся второстепенных продуктах, которые практически неуловимы человеком.  

На практике, при равных условиях сбраживания: температура, начальная плотность – разница будет в скорости сбраживания и потреблении питательных компонентов, причём эта разница не настолько велика, насколько отличается стоимость сахарного песка относительно стоимости фруктозы или глюкозы.

Инверсия сахарозы

При постановке сахарной браги на брожение для получения легкоусвояемых углеводов (глюкозы и фруктозы) часто проводится инверсия сахарозы.

Данный процесс основан на гидролитическом расщеплении сахарозы при нагревании со слабыми органическими кислотами. В результате молекула дисахарида распадается на 2 моносахарида -  глюкозу и фруктозу. В качестве органической кислоты самым распространенным вариантом использования служит лимонная кислота.

За счет инверсии сахарозы происходит прирост сухих веществ в браге. Теоретически при 100 %-й инверсии из 100 г чистой сахарозы получается 105,26 г инвертного сахара.

Для наглядности приведем расчет:

C12H22O11 (сахароза) + Н2О = C6H12O6 (глюкоза) + C6H12O6 (фруктоза)

M_{cахарозы} = 342,303 г/моль – молекулярная масса сахарозы

M_воды = 18,015 г/моль - молекулярная масса воды

M_{глюкозы/фруктозы} =180,159 г/моль – молекулярная масса глюкозы/фруктозы

(180,159+ 180,159)/ 342,303=105,26

Несмотря на тот факт, что идет прирост сухих веществ, количество углерода, используемое для образования молекулы этилового спирта C2H5OH, не изменяется. Следовательно, и выход спирта при проведении инверсии никак не будет больше.

Тогда стоит ли вообще затрачивать время на данный процесс?

Посмотрим на инверсию сахарозы еще с одной стороны.

Помимо того, что выход спирта при инверсии не увеличивается, в большей или меньшей степени идет образование токсичных для организма соединений – фурфурола и оксиметилфурфурола. Степень их образования зависит от правильности условий проведения процесса (pH и температуры среды), а также правильности расчета ингредиентов (обязательно необходимо учитывать влажность используемого сахара и лимонной кислоты). Но к сожалению, даже при самом правильном проведении инверсии незначительное количество фурфурола все-равно образуется.

В конечном итоге инверсия придает дополнительную сладость напиткам, но не изменяет их углеводный состав. Поэтому данный процесс обычно применяется в безалкогольной и кондитерской промышленности, где производители борются за получение большей сладости, а не за количество углерода. На производствах, применяющих инверсию, содержание фурфурола и оксиметилфурфурола в готовой продукции определяют каждый раз и предъявляют к данным значениям жесткие требования.

Многие скажут, что нет ничего страшного в инверсии и при последующей дробной отгонке/ректификации фурфурол можно легко удалить. Но в реалии это сделать очень непросто, т.к. при концентрации этилового спирта в смеси от 2 до 20% фурфурол имеет коэффициент ректификации близкий к 1, соответственно он сложно отделяется от “тела” и в большинстве случаев переходит в конечный продукт.

Питательные компоненты

Вернемся к важному для браги моменту - жизнедеятельности дрожжей во время брожения, а именно их питанию.

Химический состав питательных веществ, поступающих в дрожжевую клетку, должен соответствовать химическому составу самого организма дрожжей. Минеральные компоненты и витамины участвуют в метаболизме дрожжей и влияют на их химический состав, рост и размножение. Их потребность может увеличиваться в несколько раз, когда культура испытывает стресс, например, при увеличении температуры во время брожения выше оптимальной.

Дрожжи накапливают питательные вещества при культивировании, но их недостаточно для полноценного развития в процессе брожения. Обычно уже на вторые сутки брожения дрожжи полностью расходуют внутренние запасы витаминов и минералов на образование ферментов, которые позволяют получить спирт и поддерживать жизнеспособность клетки. Так что для правильного функционирования микроорганизма и получения необходимого нам результата в кратчайшие сроки без ущерба качества браги, дрожжи необходимо подкармливать всем необходимым.

На данный момент ответственные производители, понимая важность минеральных компонентов для жизнедеятельности дрожжей, разрабатывают и реализуют свои дрожжи уже с подкормкой. В составе подкормок до мг просчитан каждый элемент, который понадобится дрожжам в процессе их работы. 

Поэтому в корне неправильно, когда винокуры за основу своей сахарной браги берут только углеводы (сахарозу, глюкозу или фруктозу), воду и дрожжи, при этом не добавляют никаких питательных веществ. Для активного роста и размножения дрожжевым клеткам просто необходимы минеральные компоненты и витамины.

Выбор дрожжей для сахарной браги

К выбору дрожжей нужно подходить очень осознанно и внимательно. Теоретически любой штамм дрожжей, как хлебопекарный, пивной, так и винный можно использовать для получения браги. Данные дрожжи переработают сахар и Вы получите спирт. Вопрос в побочных продуктах, которые образуются в процессе брожения. Научно доказано, что воздействие сред с большим количеством этилового спирта (более 16%) является большим стрессом для организма дрожжей. Дрожжи испытывают так называемый “этанольный стресс”, в результате которого затрудняется транспортировка питательных веществ к дрожжевой клетке и уменьшается выход биомассы.

При увеличении этанола в среде количество дрожжевых клеток уменьшается и замедляется их рост. Пивные и, тем более, хлебопекарные дрожжи не способны выживать в средах с внушительными концентрациями спирта. Исключением являются винные дрожжи, которые являются достаточно устойчивыми к спирту, но при условии правильно подобранного и сбалансированного питания дрожжевой клетки.

Для существования дрожжей в средах с большим количеством этанола на протяжении долгих лет шведскими учеными разрабатывались специальные штаммы дрожжей. Благодаря своей спиртоустойчивости, такие дрожжи не только не инактивируются, но и успешно растут и развиваются, при этом не образуя вредных для здоровья веществ. Особое внимание ученые уделили подбору питательных веществ для нормального функционирования дрожжевых клеток. Оптимальный состав питательных компонентов, включенный в спиртовые Турбо дрожжи, позволил компании не только закрепиться на рынке дрожжевой отрасли, но и занять лидирующее место по поставке дрожжей крупным европейским спиртовым заводам. Турбо дрожжи отлично зарекомендовали себя и на российском рынке. Они нашли высокий отклик среди домашних винокуров. Правильная дозировка и режимы брожения позволяют переработать все находящиеся в среде углеводы на спирт. 

Вода для приготовления сахарной браги

Основу браги составляет вода, а значит наличие посторонних запахов и вкусов в воде обязательно скажется на органолептике Вашего продукта. Поэтому при выборе воды для постановки браги необходимо брать воду близкую по свойствам к обычной питьевой воде: прозрачную, без постороннего запаха и вкуса. Но самое главное условие – вода должна быть мягкой. Жесткость до 2 мг. экв./л. 

Постановка сахарной браги

Ингредиенты необходимо смешать в правильном соотношении и применить правильные режимы проведения процесса брожения, т.к. именно от постановки браги зависит вся органолептика вашего конечного продукта. Рецептов сахарных браг много, поэтому уделим этому моменту особое внимание.

Для начала необходимо растворить сахар в воде. Для проведения этой операции вполне достаточно применения температуры 45℃. В дальнейшем охладить сахарный раствор до температуры внесения дрожжей, содержащих питательную соль.

Есть 2 основных параметра, влияющих на проведение процесса брожения сахарной браги: плотность и температура среды.

1. Оптимальная плотность среды для постановки сахарной браги должна быть в пределах от 20 до 28%. Данный параметр зависит от выбранного Вами штамма дрожжей. При использовании спиртоустойчивых штаммов дрожжи вполне могут максимально переработать содержание сахара и в 30%, но при выборе остальных штаммов советуем делать плотность не выше 20%.
2.  Во время брожения выделяется тепло, которое соответственно повышает температуру браги. В связи с этим, оптимальная температура для сбраживания должна составлять 20-25℃.  При данной температуре наблюдается равномерное брожение и образование минимального количества побочных продуктов. При температуре ˂ 14 ℃ наиболее вероятно вялотекущее или вовсе отсутствие брожения. При температуре > 25℃ уже начинают в активной мере синтезироваться побочные продукты, которые несомненно не с лучшей стороны повлияют на органолептику готового продукта. При температуре >35℃ наблюдаются перегревы браги и как следствие автолиз дрожжевых клеток (их разрушение), что приведет к множеству побочных продуктов.

В рамках нашей статьи подведем некоторые итоги относительно приготовления сахарной браги:

1. Для постановки сахарной браги наиболее разумно использовать обычный бытовой сахарный песок - сахарозу. Разница в конечном продукте по сравнению с глюкозой и фруктозой будет незначительная. В финансовом плане сахарный песок обойдется Вам дешевле.
2.   Проводить инверсию сахарозы не рекомендуется, т.к. количество углеводов, используемое дрожжами во время брожения, не изменяется, а значит никак не сможет повлиять на выход спирта. К тому же, во время инверсии образуются токсичные для здоровья вещества – фурфурол и оксиметилфурфурол;
3.  Вода для постановки браги должна быть мягкой и отвечать гигиеническим требованиям для питьевой воды;
4.  Для брожения лучше использовать спиртоустойчивые штаммы, подходящие для высокоплотных браг и не испытывающие стресс при воздействии на них этанола;
5.  Для поддержания нормального физиологического состояния дрожжей и как следствие активного брожения, применять питательные компоненты. Наилучшим вариантом дрожжей будут спиртоустойчивые дрожжи, в состав которых оптимально подобраны питательные компоненты, например, Турбо дрожжи (спиртоустойчивые дрожжи + питательная соль);
6.  Оптимальными условиями проведения процесса брожения являются: плотность среды 20-28% и температура брожения 20-25℃.

Соблюдая данные рекомендации, можно получить прекрасную сахарную брагу, готовый продукт из которой порадует каждого!