Сахар — одно из важнейших сырьевых материалов в процессе ферментации комбучи, однако требование соблюдения какого-то единого “правильного” уровня содержания сахара может ввести в заблуждение.
Микроорганизмам комбучи необходимы ферментируемые углеводы для роста и протекания реакций, в результате которых образуются характерные для этого напитка кислоты, ароматические соединения, а также небольшие количества спирта и углекислого газа. При этом количество сахара, добавленного в начале процесса, напрямую влияет на скорость брожения, кислотность, остаточную сладость и состав готового напитка.
Поэтому при промышленном производстве цель заключается не в том, чтобы добавить как можно больше сахара или просто скопировать рецепт, предназначенный для небольших партий. Начальная концентрация сахара должна соответствовать культуре, чайной основе, условиям ферментации, запланированной продолжительности ферментации и желаемому конечному продукту.
В качестве общего ориентира следует отметить, что в опубликованных исследованиях по комбуче обычно используются концентрации сахарозы в диапазоне примерно 5–10% (мас./об.), что соответствует примерно 50–100 г/л. Другие рецептуры выходят за пределы этого диапазона в зависимости от стратегии ферментации и технических характеристик продукта. Концентрация около 10% (мас./об.) также широко используется в традиционном и экспериментальном производстве комбучи.
Однако для коммерческой фабрики по производству комбучи этот диапазон следует рассматривать скорее как отправную точку, а не как универсальный рецепт.
Почему комбуче нужен сахар?
Сахар является основным источником углерода, поддающегося брожению, в традиционном комбуче.
Ферментационная культура содержит дрожжи и уксуснокислые бактерии, которые вступают во взаимодействие с сахарами в подслащенном чае. Как правило, дрожжи гидролизуют сахарозу до глюкозы и фруктозы. Затем дрожжи могут усваивать эти сахара и производить этанол и углекислый газ, в то время как уксуснокислые бактерии используют соединения, образующиеся в процессе ферментации, для производства органических кислот, таких как уксусная и глюконовая.
Это означает, что сахар добавляют не просто для того, чтобы придать комбуче сладкий вкус.
Часть исходного сахара превращается в продукты брожения.
По мере продвижения процесса брожения напиток может становиться менее сладким, при этом в нём усиливается кислотность, появляется характерный для комбучи аромат брожения и другие особенности.
Таким образом, начальная концентрация сахара влияет на количество сырья, доступного для микробиологической культуры, и, следовательно, на направление и степень ферментации.
Какое количество сахара обычно используется?
Полезный диапазон начальных концентраций в коммерческих условиях составляет примерно 50–100 г сахарозы на литр подслащенного чая, что соответствует 5–10% (мас./об.).
В пределах этого диапазона точный состав может значительно варьироваться.
Некоторые производители могут готовить комбучу с относительно низким содержанием сахара, чтобы ограничить остаточную сладость или уменьшить количество ферментируемого субстрата, переходящего в последующие этапы обработки. Другие же могут использовать более высокую концентрацию сахара, если требуется более длительная ферментация или иной профиль продукта.
Исследования, в ходе которых сравнивались различные концентрации сахарозы, показали, что концентрация сахара может влиять на скорость брожения и образование органических кислот. В то же время температура брожения может оказывать ещё большее влияние на органолептические характеристики конечного напитка.
Именно поэтому целевой уровень сахара никогда не следует рассматривать в отрыве от температуры, активности культуры и продолжительности брожения.
50 г/л против 100 г/л: что изменится?
С точки зрения ферментации разница между 50 г/л и 100 г/л является существенной.
При концентрации около 50 г/л в культуре содержится умеренное количество ферментируемого сахара. При концентрации около 100 г/л начальная концентрация субстрата примерно в два раза выше.
Это не означает, что вторая партия просто сбродит “в два раза больше”.”
Микробный метаболизм не растёт линейно с увеличением концентрации сахара. При более высоких концентрациях осмотическая среда может стать менее благоприятной для некоторых микроорганизмов, а фактическая скорость потребления сахара зависит от микробного сообщества и условий ферментации. Сообщалось, что высокие концентрации сахара ингибируют рост микроорганизмов при определённых условиях ферментации комбучи.
По этой причине увеличение количества сахара не является простым способом ускорить производство.
Производителю необходимо оценить, как это скажется на общем профиле ферментации.
Что произойдет, если сахара будет слишком мало?
Недостаточное количество ферментируемого сахара может ограничивать активность микроорганизмов.
Если в культуре недостаточно доступного субстрата, брожение может ослабеть или завершиться раньше, чем предполагалось. Напиток может сохранить относительно слабый вкус брожения и не приобрести желаемого баланса между сладостью и кислотностью.
В случае продуктов, в которых используется естественная газировка, недостаточное количество остаточного бродильного сахара также может привести к снижению выделения CO₂ во время вторичное брожение.
Однако “больше сахара” не всегда является решением проблемы.
Если предполагается, что готовый напиток «комбуча» будет содержать относительно мало остаточного сахара, добавление чрезмерного количества сахара во время первичное брожение просто приводит к увеличению нагрузки на субстрат, которую впоследствии необходимо регулировать.
Правильным ориентиром является количество ферментируемого сахара, необходимое для обеспечения запланированного брожения, а не максимальное количество, которое культура способна потреблять.
Что произойдет, если сахара будет слишком много?
Чрезмерное начальное содержание сахара приводит к появлению целого ряда других проблем.
Во-первых, высокая концентрация субстрата может изменить условия, в которых находятся микроорганизмы.
Во-вторых, если в процессе брожения дополнительный сахар не будет израсходован, готовый напиток может оказаться более сладким, чем предполагалось.
В-третьих, большее количество ферментируемого сахара создает более благоприятные условия для продолжения микробиологической активности после завершения основного процесса брожения.
Это приобретает особую важность в случае продуктов, которые подвергаются вторичному брожению или расфасовываются, пока они ещё сохраняют биологическую активность.
Остаточный сахар может по-прежнему служить субстратом для дрожжей, а это означает, что брожение может продолжаться на более поздних этапах. Это может повлиять на уровень газирования, кислотность и образование спирта.
Поэтому при производстве комбучи для коммерческих целей необходимо учитывать сахар в контексте всего производственного цикла, а не только резервуар первичного брожения.
Сахар не просто “исчезает” в процессе брожения
Один из самых полезных способов понять процесс ферментации комбучи — представить себе, что сахар преобразуется, а не просто удаляется.
Сначала сахароза гидролизуется с образованием глюкозы и фруктозы. Затем эти сахара поступают в различные метаболические пути в составе смешанной микробиологической культуры.
Дрожжи способны вырабатывать этанол и углекислый газ из бродильных сахаров. Уксуснокислые бактерии впоследствии могут окислять этанол и другие субстраты с образованием органических кислот. Глюкоза также может участвовать в образовании глюконовой кислоты и продуктов, связанных с целлюлозой.
В результате изменения концентрации сахара сопровождаются изменениями:
- этанол;
- органические кислоты;
- pH;
- углекислый газ;
- ароматические соединения;
- остаточная сладость.
Именно поэтому начальная концентрация сахара может влиять не только на степень сладости.
Содержание сахара, кислотность и время брожения
Концентрация сахара и продолжительность брожения тесно связаны между собой.
Если увеличить начальную дозу сахара при неизменных остальных условиях, в культуре будет доступно больше ферментируемого субстрата. В зависимости от микроорганизмов и условий работы это может повлиять на скорость накопления кислот и других продуктов ферментации.
Однако продолжительность брожения невозможно определить, исходя только из концентрации сахара.
На кинетику ферментации влияют температура, состояние закваски, состав чая, доступность кислорода и микробиологическое сообщество.
Исследования, посвящённые анализу различных рецептур комбучи, показали, что изменение концентрации сахарозы может влиять на ход ферментации, тогда как температура оказывает значительное влияние на образование кислоты и органолептические характеристики.
Для промышленного производства это означает, что рецептура должна пройти валидацию в реальных условиях ферментации, применяемых на предприятии.
Сахар и конечная сладость комбучи
Начальная концентрация сахара и конечная степень сладости — это не одно и то же.
При приготовлении комбучи можно начинать с относительно высокой концентрации сахара, а по итогам брожения содержание сахарозы значительно снизится. И наоборот, даже при более низкой начальной концентрации сахара можно получить напиток с заметной остаточной сладостью, если остановить брожение раньше.
Таким образом, конечный продукт зависит от обоих факторов:
- Сколько сахара добавляется
- Какое количество сахара может быть потреблено в процессе брожения
Это различие имеет наибольшее значение, когда вы используете одну и ту же основу для комбучи для приготовления нескольких вкусов.
Например, фруктовый сок может добавить дополнительную глюкозу, фруктозу и другие сахара после первичного брожения. Поэтому ароматизированный продукт может иметь профиль бродимых сахаров, значительно отличающийся от профиля исходного чая в процессе брожения.
Поэтому этап добавления ароматизаторов следует включить в общую стратегию управления использованием сахара.
Почему сахароза так широко используется
Сахароза по-прежнему остается наиболее распространенным источником сахара при традиционном производстве комбучи.
Одна из причин заключается в том, что он легкодоступен и экономичен. Еще одна причина заключается в том, что микробиальная культура способна эффективно преобразовывать его в простые сахара, которые поступают в пути ферментации.
Возможны альтернативные источники углеводов, в том числе глюкоза и фруктоза, и в ходе исследований был изучен широкий спектр субстратов. Однако смена источника углеводов может повлиять на ход ферментации и, как следствие, на химические и органолептические характеристики конечного продукта.
По этой причине замена сахарозы на другой подсластитель должна рассматриваться как изменение рецептуры, а не как простая замена «один к одному».
Перед внедрением нового субстрата в производственный процесс коммерческий производитель должен провести его оценку в ходе реальных испытаний по ферментации.
Как лучше измерять содержание сахара: по весу или по шкале Брикса?
При промышленном производстве сахар следует добавлять по весу во всех случаях, когда требуется точное дозирование.
Такую простую концентрацию, как 60 г/л, легко воспроизвести, поскольку количество сахара напрямую зависит от объема или массы производственной партии.
Измерение показателя Брикса также полезно в процессе производства, поскольку позволяет удобно оценить содержание растворенных веществ. Однако показания рефрактометра не совпадают с результатами прямого измерения концентрации сахарозы, если в напитке присутствуют кислоты, этанол, чайные соединения и другие растворенные вещества.
Другими словами, показатель Брикса полезен для отслеживания тенденций, но его следует интерпретировать в контексте полной матрицы комбучи.
Таким образом, промышленная пивоварня может использовать исходные данные о рецептуре в сочетании с результатами измерений в процессе производства и лабораторных анализов, чтобы понять, как меняется состав сахаров в ходе брожения.
Как стартовая жидкость влияет на расчет содержания сахара
Закваска — ещё одна причина, по которой коммерческие нормы по содержанию сахара нельзя устанавливать исключительно на основе рецепта свежего сладкого чая.
Закваска сама по себе является ферментированным напитком и может содержать остаточный сахар.
Когда его добавляют в новую партию, он привносит не только микроорганизмы и кислотность, но и все ферментируемые углеводы, оставшиеся в закваске.
То же самое относится к фруктовым сокам, концентратам, сиропам и другим ингредиентам, добавляемым на более поздних этапах производственного процесса.
Поэтому руководитель производства должен учитывать общее количество ферментируемого сахара, поступающего в систему, а не только то количество, которое взвешивается и загружается в резервуар для приготовления чая.
Это особенно важно при сравнении различных технологических рецептур.
Рецептура, в которой в качестве основного чая используется сахар 10%, не обязательно эквивалентна другой рецептуре, в которой используется меньшее количество основного сахара, но перед вторичной ферментацией добавляется фруктовый компонент с высоким содержанием сахара.
Сахар и естественная газировка
Сахар приобретает ещё большее значение, когда комбуча газируется естественным путём.
Естественная газировка зависит от непрерывной жизнедеятельности микроорганизмов в относительно закрытой среде. Дрожжи усваивают доступные бродимые сахара и выделяют CO₂, часть которого остается растворенной в напитке.
Таким образом, количество ферментируемого сахара, остающегося на данном этапе, влияет на возможность дополнительной карбонизации.
Однако здесь существует важный компромисс. Увеличение количества ферментируемого сахара может привести к увеличению выделения CO₂, но в то же время способствовать дальнейшему образованию этанола и продолжающимся изменениям кислотности и вкусовых качеств.
Это одна из причин, по которой при естественной газификации требуется более тщательный контроль за количеством сахара, чем просто добавление “немного больше сахара” для получения большего количества пузырьков.
Коммерческим производителям необходимо комплексно учитывать такие факторы, как остаточная сладость, активность дрожжей, температура, давление и время карбонизации.
Образование сахара и спирта
Контроль уровня сахара также тесно связан с употреблением алкоголя.
В процессе алкогольного брожения дрожжи преобразуют бродильные сахара в этанол и углекислый газ. Впоследствии, при благоприятных условиях, уксуснокислые бактерии могут окислять этанол до органических кислот.
Таким образом, фактическое содержание алкоголя в комбуче зависит не только от начальной концентрации сахара.
На это влияют:
- концентрация сахара;
- активность дрожжей;
- температура ферментации;
- доступность кислорода;
- продолжительность брожения;
- микробный состав;
- вторичное брожение;
- условия хранения после упаковки.
Для коммерческих производителей это означает, что уменьшение количества сахара в рецептуре — лишь один из возможных способов повлиять на процесс образования спирта. Не менее важную роль играет контроль технологического процесса.
Лучший способ определить уровень сахара
Вместо того чтобы запрашивать один универсальный показатель содержания сахара, коммерческий производитель может исходить из требований к конечному продукту.
Начните с целевого профиля напитка.
- Какая степень остаточной сладости должна сохраниться?
- Насколько кислым должен стать продукт?
- Сколько времени должна длиться первичная ферментация?
- Пройдет ли продукт вторичное брожение?
- Будут ли позже добавлены фрукты или сок?
- Будет ли продукт с естественной или искусственной газировкой?
- Каким требованиям к алкоголю должен соответствовать конечный продукт?
После определения этих требований можно установить начальную концентрацию сахара в ходе пилотного брожения, а затем подтвердить её в промышленных условиях.
Такой подход более надежен, чем простой выбор процентного содержания сахара из типового рецепта комбучи.
Компания «Тяньтай» разрабатывает промышленные линии по производству комбучи, исходя из взаимосвязи между подготовкой сырья и ферментацией, а не рассматривая добавление сахара как отдельную операцию. В зависимости от производственной мощности и технологических требований система может объединять приготовление чая, смешивание с сахаром, ферментацию, контроль температуры, перекачку, очистку по системе CIP, фильтрацию, газирование и розлив в единую скоординированную производственную линию.
Заключение
Комбуче нужен сахар, поскольку ферментативной культуре требуется источник углерода, пригодный для брожения. Однако при промышленном производстве комбучи речь не идет о поиске максимально возможной или минимально возможной концентрации сахара.
Обычно указывается начальная концентрация сахарозы около 50–100 г/л для ферментации комбучи, однако оптимальное значение зависит от культуры, чайной основы, температуры, времени ферментации, желаемой остаточной сладости, метода газирования и технических характеристик конечного продукта.
Слишком мало сахара может замедлить брожение. Слишком много — привести к повышению остаточной сладости, изменить ход брожения и создать дополнительные сложности на этапе вторичного брожения и розлива.
Поэтому для коммерческого производителя более актуальным вопросом является не просто:
“Сколько сахара нужно для приготовления комбучи?”
Это:
“Какая начальная концентрация сахара обеспечит нашей культуре необходимое количество субстрата для получения желаемого конечного продукта в наших реальных производственных условиях?”
Как только эта цель определена, формула f,бродильные чаны, система перемешивания, регулирование температуры, мониторинг и последующая обработка — все эти элементы могут быть спроектированы с учетом одной и той же производственной цели.