Fermentacija je biološki proces pri kojem kvasci razmnožavajući se razgrađuju šećer na alkohol i CO2, uz stvaranje spojeva poput diacetila, fusel alkohola (imaju više od 2 atoma ugljika), estera, fenola i sumpora. Ovim procesom započinje stvaranje piva.

FAZE FERMENTACIJE

• Faza pripreme (Lag Phase), 0-15 sati

Kvasac se prilagođava novoj sredini, započinje s prikupljanjem kisika, vitamina i minerala, te amino kiselina (dušik). Za razvoj su važni:

Kisik– za produkciju sterola, propusnost membrane

Vitamini i minerali– za pokretanje enzima rasta

Amino kiseline– za stvaranje proteina

Viša temperatura će rezultirati većim rastom stanica, tako da ukoliko imamo manju količinu kvasca od preporučene, možemo povisiti temperaturu  pripremne faze (22-24°) i tako osigurati dovoljan rast kvasca. Ovo može dovesti do stvaranja alfa acetolaktata iz kojeg nastaje diacetyl. Esteri ne nastaju u ovoj fazi jer nema dovoljne količine alkohola.

Idealno je dodati kvasac na nižoj temperaturi i pustiti da temp. poraste do temp. fermentacije u slijedećih 12-36 sati. Prednost ove metode je kontrolirani rast, što rezultira vitalnijim stanicama, manjim istjecanjem acetolaktata iz membrane (diacetil!) i čistijim okusom piva.

Prevelik rast u ovoj fazi stvara stanice slabije kondicije.

• Faza rasta  (Exponential Gowth Phase), 4 sata-4 dana

Kvasac konzumira šećere i stvara etanol, CO2, okus i aromu, te estere, fusel alkohole i sumpor.

Dolazi do naglog povećanja broj stanica, i stvaranja sloja pjene na vrhu. Kvasci troše prvo jednostavne šećere (glukozu, fruktozu), a zatim složenije poput maltoze (enzimom maltaza). Sladovina sadrži oko 60% maltoze a tek 15% glukoze.

Nakon maltoze se fermentira maltotrioza.  Kvasci se međusobno razlikuju po tome koliko dobro fermentiraju maltotriozu, pa tako oni koji ju dobro konzumiraju imaju visok stupanj iskoristivosti (attenuation), a oni koji ju ne mogu razgraditi imaju slab supanj iskoristivosti.

•  Završna faza (Stationary Phase), 3-10 dana

Rast se usporava, kvasci se spuštaju na dno i pivo dozrijeva. Dolazi do reabsorpcije diacetila i acetil aldehida, a sumpor izlazi iz fermentora. Kod korištenja novog kvasca u ovom trenutku se može provjeriti iskorištenje šećera te po potrebi dodati novu količinu kvasaca. Snižavanjem temperature u ovoj fazi dolazi do povećane flokulacije kvasca, tako da se smanjuje vrijeme pri kojem kvasci reabsorbiraju nusprodukte fermentacije, naročito prilikom preranog pretakanja piva (estere, diacetil..).

TEMPERATURA FERMENTACIJE

Preporučena temperatura za ale kvasce je do 20°, a za lager do 10°. Kvasci preferiraju višu temperaturu za razvoj, no pri tim se temperaturama stvaraju neželjeni okusi dok na nižim postaju dormantni, preporučene temperature su zapravo kompromis između potreba kvasca i pivara.

Ukoliko dođe do rasta/pada temperature, kvasci počinju ispuštati proteine koji štite staničnu membranu od temperaturnog šoka. Nastanak ovih proteina umanjuje sposobnost kvasca da stvara druge proteine nužne za normalan rast i razvoj.

Temperatura koji kvasci stvaraju pri fermentaciji se snižava pri kraju fermentacije.

Optimalna početna temperatura je 1-2° ispod ciljane temp. fermentacije. U slijedećih 18-36 povećati temperaturu do željene, i održavati ju istom barem do zadnjih 1/4 – 1/3 vremena fermentacije. Tada povisiti temperaturu 2-5° idućih 1-2 dana, kvasci su već stvorili okuse pa je mala vjerojatnost od stvaranja novih, neželjenih okusa. Istotako, ovim omogućujemo da kvasci reduciraju neželjene spojeve.

DIACETYL REST

Kvasci reduciraju diacetil na 18-20°C, primjenjuje se zadnja 2 dana fermentacije. Pad temperature pri kraju fermentacije nije dobar jer će usporiti redukciju diacetila.

Ale kvasci- budući da je temp. fermentacije dovoljna za reduciranje diacetila, povećanje temp. nije potrebno. Ukoliko je kvasac slabo atenuirao dobro je podići temp. 3° iznad temp. fermentacije.

Lager kvasci- povećati temp. zadnja 2 dana na 18-20°. Najbolje je započeti kad gustoća padne na 2-5 GP-a (0.5-1 °P). Njemački znanstvenik i majstor pivarstva Ludwig Narziss preporuča da 2/3 vremena pivo fermentira na 8-10°, a zadnjih  1/3 vremena na 20° (tzv. Narzissova fermentacija).

KOLIČINA KVASCA

Kad se razgovara o količini kvasca misli se na broj stanica izražen u milijardama (mld).

Količina kvasca potrebna za fermentaciju varira od 0,75 milijuna stanica / mL / °P za ale do 1,50 milijuna stanica / mL / °P za lager piva. °P označava stupanj Platoa čime se izražava gustoća tj. sadržaj šećera u sladovini. Znači da nam za fermentaciju “jače” sladovine s više šećera treba i više kvasaca. Budući da je 1 milijarda jednaka 1000 milijuna, a 1000 ml jednako 1 L, formula postaje jednostavnija kad skratimo 3 nule i dobijemo da za svaku litru sladovine gustoće 1°P trebamo 0.75 milijardi stanica (0.75 mld / L / °P).

Ako npr. radimo 20 litara piva s 12°P (otprilike 1.048 OG) trebat će nam:

0,75 M x 20,000 mL x 12°P = 180 milijardi stanica

ili

0,75 B x 20 L x 12°P = 180 milijardi

Za suhe kvasce je uvriježeno mišljenje da imaju oko 20 milijardi stanica / gramu, što bi za pakiranje od 11.5 grama iznosilo 230 milijardi. Međutim, prema proizvođaču taj broj je puno manji, pa tako Fermentis za svoje kvasce S-04 i S-05 navodi minimalno 6 mld stanica / gramu; Danstar Nottingham deklarira sa 5 mld / g a Windsor sa 7 mld / g.

Prema istraživanju Kai Tröstera te su vrijednosti nešto veće i iznose:

Pivarski svijet je podijeljen oko ovog pitanja. Moje mišljenje je (što mi je potvrdila i praksa) da je 11.5 grama pravilno rehidriranog kvasca dovoljno za 20 litara piva prosječne gustoće, zato pazite na upute proizvođača o rehidraciji i pravilno ga rehidrirajte.

Stvari postaju malo komliciranije kad koristimo tekući kvasac. Jedna epruveta od 35 mL sadrži maksimalno 100 mld stanica, što se vremenom smanjuje (zbog manje vitalnosti tekućih kvasaca). Smanjenje iznosi oko 20% mjesečno tako da ćemo ukoliko naručimo tekući kvasac ovisno o datumu proizvodnje i uvjetima pri transportu imati manje stanica od prvobitnih 100 mld. Taj nedostatak se riješava razmnožavanjem kvasca na način da ga stavimo u manju količinu sladovine (startera) da fermentira uz prisustvo kisika. Postoje tzv. magnetni mješači (stir plate) koji neprestano miješaju starter i tako omogućavaju stalnu izmjenu plinova i dovod kisika u starter. Razmnožavati se može i bez stir plate-a ali je količina novonastalih stanica znatno manja.

Potrebnu količinu kvasca možemo izračunati preko nekog od online kalkulatora. Stepping se radi ukoliko s jednom količinom sladovine (prvim korakom) ne možemo razmnožiti kvasac to količine potrebne za fermentaciju, pa kvasac dodajemo u novu sladovinu da se razmnoži.

Kvasac može koristiti više puta (do 5 generacija) tako da ga ne moramo uvijek kupovati, nego ga “pranjem” možemo sačuvati za više fermentacija.

PRANJE KVASCA

Točniji izraz bi bio ispiranje jer se radimo ispiranje kvasca i odvajanje živih od mrtvih stanica i od taloga (kod pranja dodajemo kiselinu koja će smanjiti broj živih bakterija bez da značajno ugrozi kvasce). Kvasce iz “jakih” piva  (>1.070) nije poželjno opet koristiti jer su kod fermentacije izloženi velikom stresu i može doći do mutacije. Princip pranja je jednostavan:

1. Nakon pretakanja piva u fermentor ulijemo prokuhanu i ohlađenu vodu. Što je više vode to će laške biti odvojiti kvasac od otpada. Pazite da temperatura vode bude približna temperaturi taloga u fermentoru da ne šokirate kvasac.
2. Dobro promućkamo fermentor. Nakon cca 10-30 min (već se vide slojevi otpada na dnu, kvasca u sredini i vode na vrhu) odlijemo vodu s vrha (sa srednjim slojem kvasca) u dezinficiranu posudu (ili odlijemo vodu ako se toliko izbistrila pa zatim samo kvasac u dezinficiranu posudu). Ukoliko još uvijek ima dosta otpada postupak se može ponoviti nekoliko puta, s tim da izbjegavamo nepotrebno izlaganje infekciji.