Медовая сыта, оставленная после варки в покое, спустя некоторое время начинает делаться мутною, при чем на поверхность поднимаются газовые пузырьки, которые, лопаясь, издают звук, называемый шипением. Если эти пузырьки быстро следуют один за другим, то жидкость начинает бурлить, а на ея поверхности появляется пена. Через известный промежуток времени жидкость успокаивается и наконец выделение газа совершенно прекращается, а жидкость постепенно очищается, так что в конце — концов делается совершенно прозрачною. Если после этого мы изследуем жидкость, то увидим, что в ней произошла большая перемена, а именно: сахар изчез совершенно или отчасти, а вместо него появился спирт. Вот это то именно преобразование сахара в алкоголь называем брожением. Кроме этого спиртнаго брожения, есть еще другия, как-то: уксусное, гнилостное и т. п. которыя состоят в том, что разныя вещества подвергаются разложению при содействии других веществ, прибавленных к ним в весьма незначительном количестве.
При ближайшем изследовании сахаристой жидкости во время ея брожения, при помощи сильно увеличивающаго микроскопа, оказывается, что в жидкости появляются маленькие шарообразныя или яйцевидныя тела, которыя растут и размножаются на счет сахара, от чего последний разлагается на спирт (алкоголь) и угольную кислоту; первый остается в жидкость, а последняя, поднимаясь на поверхность в виде мелких пузырьков, улетучивается в воздухе. Если мы, каким либо путем прекратим размножение упомянутых существ, то и брожение прекратится. Тела, вызывающия брожение, называются дрожжами. Дрожжи (Saccharomyces cervisiae) под микроскопом являются в виде маленьких пузырьков или клеточек из цельной пленки, наполненных белкообразным веществом, называемым „протоплазмою", и водянистою жидкостью, которая среди белковидной массы появляется в виде капель. Каждый такой пузырек есть самостоятельное существо растительнаго свойства, так как принимает пищу из окружающей среды, перерабатывает и усваивает ее, растет и размножается. Эти клеточки очень маленьки: увеличенныя в 300 раз представляются в величину конопляннаго семени (рис. а)
Ежели дрожжевыя клеточки попадут в какую либо жидкость, содержащую сахар, при благоприятной температуре, то они начинают питаться и размножаться. Прежде всего мы заметим, что пузырьки несколько увеличиваются и количество содержимаго вещества прибывает, на конец наружная оболочка в одном месте начинает выпячиваться и когда этот отросток достигнет известной величины и наполнится протоплазмою, то он отгораживается от материнской клеточки перепонкою и образует самостоятельное существо, которое, в свою очередь, растет и, достигнув надлежащей величины, при благоприятных условиях, размножается подобным же образом и т. д. (рис. b).
Таким образом, размножаясь, дрожжевыя клеточки могут более или менее продолжительное время оставаться с собою в связи, в виде разветвления, или же отделяются одна от другой; ниже мы увидим, что на этом основывается разница между нижними и верхними дрождями.
Быстрота, с какою размножаются дрожжи, при прочих одинаковых условиях, зависит от температуры, и так: при 4°С для образования новой дрожжевой клетки нужно 20 часов, при 10° — около 10 часов, при 20° — 7 час. при 30° — 5 часов, при 35° — 10 часов, при 45° и 0° дрожжи размножаются очень медленно, а при температуре 50°С они переходят в состояние оцепенения, из котораго могут быть выведены постепенным понижением температуры. Если же такая температура (+50°С.) продержится более продолжительное время или же еще поднимется, то дрожжи совершенно замирают. Из сказаннаго очевидно, что самая благоприятная температура для разростания дрожжевых пузырьков — около 30°С, тогда как при более низкой или высокой температуре размножение замедляется, а при 0° и 45°С почти совершенно прекращается; этим свойством дрожжей мы воспользуемся для практических целей.
Вынутыя из жидкости дрожжи постепенно могут быть высушены и в таком виде некоторое время сохраняться без вреда; но если совершенно высохнут, то теряют свою жизненную способность. Высушенныя таким образом дрожжи известны в торговле под именем прессованных или сухих дрожжей.
Однако дрожжи могут сохранить свою жизнеспособность и в совершенно сухом виде, а именно в том случае, когда они образуют семена. Это происходит следующим образом.
Если дрожжи каким-нибудь образом из жидкости попадут в сырое место и в непосредственное соприкосновение с кислородом воздуха, то протоплазма, теряя воду, образует внутри пузырька 4 комочка, обтянутые собственными пленками, так что под общею облочкою заключается 4 отдельных семена (рис. с). Со временем оболочка распадается, а семена движением воздуха разсееваются, а иногда уносятся ветром на значительное разстояние. В этом состоянии семена могут довольно долго сохранять свою жизнеспособность, а попадая в какую-нибудь жидкость, содержащую сахар, начинают вновь размножаться вышеописанным способом. Дрожжевыя семена могут только в том случае вновь начать развиваться, а затем размножаться, если к той жидкости, в которую они попали, имеет свободный доступ воздух или, собственно, кислород, но коль скоро они начали свою жизнедеятельность, то дальше в содействии кислорода вовсе не нуждаются, почему доступ воздуха в жидкость, уже подверженную брожению, не нужен, и как будет сказано ниже, спиртное брожение происходит лучше всего без доступа кислорода.
Наука различает несколько категорий дрожжей, по их величине, способе размножения, а в последнее время и по температуре, в какой они нуждаются для образования семян. Более подробное их описание в данном случае было бы безцельно, однако в видах практических мы разсмотрим два главных типа обыкновенных сахарных дрожжей (Saccharomyces cervisiae), т. е. дрожжи верхния и нижния.
Под именем верхних дрожжей подразумеваются такия, которыя в бродящей жидкости поднимаются на ея поверхность в виде обильной пены. Клеточки этих дрожжей имеют яйцеобразную форму, а увеличенныя в 300 раз, имеют вид льняного семени и сгруппированы в ветвистые кустики (рис. d).
1:500
Верхния дрожжи развиваются лучше всего при температуре жидкости 12° — 30°С, тогда брожение совершается быстро, ранее чем одна клеточка успеет отделиться от другой, появляются новыя почки, и таким образом масса получает вид ветвистых кустиков. Так как при таком быстром развитии дрожжей также быстро происходят и разложение сахара, то пузырьки угольной кислоты, задерживаясь в разветвлениях дрожжей, поднимают последния на поверхность жидкости. Правда и при верхнем брожении некоторое количество дрожжевых клеточек осядет на дно, но это будут большею частью потерявшия свою жизнеспособность.
Из практики известно, что верхния дрожжи вызывают правильное брожение только при выше указанной высокой температуре, при более же низкой развиваются очень медленно, отчего брожение происходит слабое и не совершенное. В виду этого, для такого брожения, которое происходит при более высокой температуре, как напр. при приготовлении легкаго шипучаго пива, всегда употребляются верхния дрожжи.
Дрожжи нижния, наоборот, развиваются лучше всего при низкой температуре, 4°—8°С. Они имеют шарообразную форму и только в редких случаях являются группами, обыкновенно шарики держатся каждый отдельно. (рис. е). Это происходит оттого, что при более низкой температуре разветвление и размножение дрожжей происходит медленнее, так что пока одна клеточка созреет настолько, чтобы из себя образовать новую, она сама отделяется от материнской клеточки, вследствие чего образующиеся пузырьки угольной кислоты, поднимаясь вверх, не задерживаются разветвлениями дрожжей, почему последния обыкновенно остаются на дне.
Впрочем и при таких условиях незначительная часть дрожжей, подхваченная улетучивающимися пузырьками угольной кислоты, поднимается на поверхность жидкости, но количество этих дрожжей, в сравнении с остающимися на дне, весьма не велико.
Жидкость с раствором нижних дрожжей, нагретая до более высокой температуры, бродит неправильно по той причине, что этот род дрожжей с давних времен употребляется исключительно для брожения при низкой температуре, так что они, если можно так выразиться, до того свыклись с этим, что более высокая температура уже для них не соответственна. Нижния дрожжи употребляются для крепкаго пива, как напр.: баварскаго, портера и т. п., которое бродит при температуре 4° — 8°С.
При постоянном употреблении, с незапамятных времен, верхних дрожжей для брожения при высокой температуре, а нижних — при низкой, эти два типа дрожжей так принаровились к этому, что с трудом только можно перевести одну категорию в другую, и все таки брожение произойдет не вполне удачно.
При этом нужно иметь в виду, что верхния дрожжи, развиваясь при высокой температуре, быстрее разлагают сахар, а следовательно и брожение скорее оканчивается, но зато вырабатывают меньшее количество алкоголя (спирта), чем нижния дрожжи, которыя, развиваясь медленнее, требуют большаго периода времени для разложения сахара и окончания брожения, но зато вырабатывают в жидкость большее количество спирта.
Дрожжи, выделяя из сахара спирт, готовят сами себе гибель, так как при известном количестве в жидкости спирта они развиваться не могут. Та категория дрожжей, которая требует более высокой температуры для своего развития, более чувствительна на действие спирта, почему как быстро первоначально вызывает брожение, так же быстро, выработав известное количество спирта, почти вдруг, теряет свою жизнедеятельность; между тем дрожжи, развивающияся при более низкой температуре, менее впечатлительны к спирту, так как, вырабатывая его исподоволь, постепенно, привыкают к его действию, почему сохраняют свою жизнеспособность более продолжительное время, а если затем температура немного повысится, то могут даже впоследствии возобновить свою деятельность.
Во время брожения температура жидкости несколько повышается, так как химический процесс, вызванный дрожжами, обусловливает трату силы или теплоты, что при большем количестве жидкости и быстром брожении весьма заметно, так что температура жидкости поднимается иногда на несколько градусов.
Дрожжи могут разлагать на спирт и угольную кислоту только виноградный и фруктовый сахар (dextroa и Ievulosa), тростниковаго же и других — непосредственно разлагать не могут; но так как тростниковый сахар (каковой и наш обыкновенный белый сахар) под влиянием разных кислот и даже дрожжевого брожения, весьма легко превращается в виноградный и фруктовый, в равных частях, или в так называемый инвертированный сахар, то следовательно дрожжи могут вырабатывать алкоголь и из тростниковаго сахара. Виноградный и фруктовый сахар, находится в соках разных фруктов и в меде, между тем тростниковаго сахара в фруктах вовсе нет, а в меде только весьма незначительное количество.
Выше было сказано, что под влиянием действия дрожжей, в жидкости, содержащей сахар, вырабатывается алкоголь, к этому следует добавить, что в перебродившей жидкости являются еще и другие продукты, которых до брожения вовсе не было. Так напр. в жидкости, заключающей только виноградный сахар, по окончании брожения находим: уксусную кислоту, глицерин, разнаго рода жировыя соединения, эфирныя вещества, коих свойство весьма трудно проследить, так как являются в очень незначительном и непостоянном количестве. На основании опытов Пастера, 100 частей винограднаго сахару в среднем, по оконченном брожении, разлагаются на следующия составныя части: 48.1 часть алкоголя, 46.8 угольной кислоты, 3.3 глицерина, 0,6 янтарной кислоты 1.2 жировых, экстрактивных и ароматических веществ. По другим изследованиям результаты получаются хотя несколько иные, но нисколько не влияющие на практическую сторону брожения, при котором главную роль играет алкоголь, следовательно для практических целей свободно можем допустить, что 100 частей винограднаго сахару дадут от 48 до 49% спирта, причем не следует забывать, что разная температура, разные сорта дрожжей и различный состав подверженных брожению жидкостей несомненно имеют различное влияние на полученные при посредстве брожения продукты. Нельзя, безусловно, утверждать, что продукты эти получаются исключительно от действия дрожжей, так как в каждой жидкости при брожении является еще очень много других органических существ, преимущественно так называемых бактерий, и всегда рядом с дрожжами являются уксусныя бактерии, вызывающия превращение спирта в уксусную кислоту. В виду этого, при ведения брожения необходимо стараться, чтобы дрожжи осилили уксусныя бактерии и выработали такое количество алкоголя, при котором уксусныя бактерии теряют свою жизнедеятельность, прекращающуюся при наличии в жидкости спирта более 10%. Так как уксусныя бактерии могут развиваться только при свободном доступе воздуха, или, вернее, еге кислорода, то в то время, когда дрожжи вырабатывают угольную кислоту, уксусныя бактерии не могут быстро развиваться, особенно если позаботиться о том, чтобы угольная кислота находилась постоянно над поверхностью жидкости; но с момента прекращения брожения, угольная кислота улетучится, а кислород воздуха войдет в соприкосновение с жидкостью, вследствие чего уксусныя бактерии могут начать разложение сахара на уксусную кислоту, если в жидкости нет достаточнаго количества спирта, делающаго невозможным их развитие т. е. если его нет более 10%. Присутствие в жидкости винной, лимонной и яблочной кислот равным образом препятствует развитию уксусных бактерий, почему жидкости, содержащия эти кислоты, подвергаются меньшей опасности превратиться в уксус; сильнее всех задерживает развитие уксусных бактерий винная кислота, так что если ея в жидкости заключается 2%, то уксусныя бактерии совершенно развиваться не могут.
Отсюда мы делаем следующие выводы для практических целей:
а) жидкость, содержащая в себе по крайней мере 21% сахару, по окончании брожения скиснуть не может, так как в ней заключается спирта более 10%, но если количество спирта уменьшится, напр. улетучится, то жидкость может скиснуть, почему по окончании брожения, ее следует сохранять плотно закупоренною.
б) жидкость, заключающая в себе менее 21% сахару, а следовательно после брожения — менее 10% спирта, только тогда не скиснет, если при этом содержит достаточное количество винной, яблочной или лимонной кислоты, или если с окончанием брожения будет прекращен свободный доступ к ней кислорода, т. е. если мы ее в последнем периоде брожения плотно закупорим, чем задержим в жидкости известное количество угольной кислоты, также препятствующей развитию уксусных бактерий. Первое происходит при выделке легких виноградных и фруктовых вин, второе—при приготовлении пива, в котором, впрочем, и хмель действует отрицательным образом на развитие уксусных бактерий.
в) жидкость, содержащая более 22% сахару, тем менее подвергается опасности окисления, чем более спирта образовалось в ней от брожения; такие напитки могут оставаться совершенно открытыми даже более продолжительное время и не окислятся.
Из практики известно, что при самых благоприятных условиях дрожжи в состоянии выработать от 12 до 15% спирта, после чего теряют способность дальнейшаго действия; но если, вследствие улетучивания, количество спирта уменьшится и особенно если при этом поднимется температура до соответствующей степени, то дрожжи могут возобновить свою деятельность. Этим объясняется то явление, что те напитки, которых брожжение перед зимой было не совершенно или из которых часть спирта улетучилась, весною бродят вторично. Отсюда происходит то, что жидкости, содержящия до 30% сахару, через некоторое время могут потерять весь сахар, который превратится в алкоголь, между тем жидкости, содержащия более 30% сахару, останутся даже спустя продолжительное время сладкими.
Вот общия правила, которыя при выделке разных медовых напитков всегда нужно иметь в виду.