Технология производства пива

После смешивания основного затора с первой отваркой температура заторной массы устанавливается 63-65С и при этой температуре выдерживают паузу в течении 10-15 мин. Затем 1/3 густой заторной массы перекачивают в отварочный котел, нагревают до 70-72С, выдерживают 20 мин, быстро нагревают до кипения и кипятят 5-20 мин в зависимости от качества солода и сорта пива. Продолжительность кипячения отварки увеличивается при переработке плохо растворенного солода и приготовлении темных сортов пива. После кипячения эту часть затора, называемую второй отваркой, медленно, при неполном заполнении трубы соединяющей котлы, возвращают к основному затору. После этого температура всего затора повышается до 75-77С и затор оставляют в покое до полного осахаривания, определяемое пробой на йод. После чего затор перекачивают на фильтрование.

Трехотварочный способ затирания. Данный способ применяют в основном для приготовления темных сортов пива и при переработке плохо растворенного солода с целью повысить выход экстракта.

Смешивание дробленого солода и воды осуществляют так же, как и в начале затирания, с одной или двумя отварками. Температуру воды определяют с таким расчетом, чтобы температура затора была 36-45С. После тщательного перемешивания 1/3 затора(густая часть) отбирают в отварочный котел ( первая отварка). Первую отварку нагревают до кипячения с паузами: 50С(5-10мин), 63С( 20-30 мин), 70С(15-20мин). Продолжительность отварки для светлых сортов пива составляет 25-30 мин, для темных- 40-50мин. Более длительное кипячение способствует улучшению осахаривания затора, усилению интенсивности его цвета.

После кипячения отварку медленно перекачивают в заторный котел, при этом температура общего затора повышается до 50-54С. Через 15 мин из заторного котла снова забирают 1/3 густой массы на вторую отварку. Вторую отварку ведут по- другому. Вначале отварку медленно нагревают до 70С, а затем быстро до кипения и кипятят 15 мин. Возвратом второй отварки в заторный котел поднимают температуру общего затора до 63-68С. Для солода с повышенной продолжительностью осахаривания затор выдерживают при температуре 63-68С в течении 20 мин. за это время затор полностью осахариваеися, и достигается необходимое соотношение между белками и крахмалами и продуктами их гидролиза.

Цель третьей отварки состоит в повышении температуры всего затора и инактивации ферментов. Поэтому на третью отварку необходимо отбирать жидкую часть затора, где концентрация ферментов более высокая. Для этого выключают мешалку, дают затору отстояться ( осесть пивной дробине) и затем 1/3 затора( жидкая часть) спускают в отварочный котел, где отварку быстро нагревают до кипения и кипятят 10-20 мин. далее отварку возвращают в заторный котел. После перемешивания температура всего затора устанавливается 75-78С. После полного осахаривания затор перекачивается на фильтрование.

Анализируя способы отварки, можно отметить следующее: одноотварочный способ не дает нужной экстрактивности, а трехотварочный- более трудоемок и продолжительнее по времени. Поэтому наиболее широкое применение получил двухотварочный способ. Сусло полученное по двух- и трехотварочному способу лучше осветляется перед сбраживанием. Карамельный солод подают в заторный котел одновременно с основным солодом, а жженый солод вводят в затор во время возврата последней отварки в заторный котел.

Одноотварочный способ затирания с кипячением всей густой части затора. Преимущества этого способа перед другими в том, что вся густая масса затора подвергается кипячению, в то время когда жидкая часть, богатая ферментами, кипячению не подвергается. Способ исключает повторное кипячение, которое ведет к разрушению крупных частиц шелухи, дает возможность перерабатывать солод с пониженной осахаривающей способностью. При сокращении расхода энергии и продолжительности затирания повышается выход экстрактивных веществ. Начало процесса отварки такое же как и у предыдущих способов. Затор температурой 62-63С оставляют в покое на 30 мин. После отстаивания верхнюю жидкую часть перекачивают в другой котел, а оставшуюся густую часть медленно подогревают для осахаривания, затем доводят до кипячения и кипятят 30-40мин. Затем добавляют холодную воду, до температуры 80-85С, и соединяют жидкую и густую часть в одном котле. При этом температура снижается до 70-72С. Окончание затирания такое же, как при двухотварочном способе.

Затирание солода с подкислением затора. Оптимальное значение рН для работы ферментов находится в пределах 5,4-5,5. Но когда для затирания используют жесткую воду, рН может повышаться до 6,3 и более. Для снижения жесткости воду умягчают при помощи ионообменных смол или подкисляют затор разбавленной молочной кислотой и гипсом. Для этого включают мешалку заторного котла и при перемешивании тонкой струей вливают 20% раствор молочной кислоты, которая снижает рН затора. Молочную кислоту добавляют в самом начале затирания.

Для способа подкисления гипсом пригодна вода с большим содержанием карбонатов и низким содержанием сульфатов( не более150 мг/л). Рассчитанное количество гипса засыпают в котел в самом начале процесса. Гипс, вступая в реакцию с карбонатами, образует нерастворимые соли, которые выпадают в осадок. При этом рН затора понижается.

Переработка несоложеного зерна и применение ферментных препаратов.

Обоснование применения несоложеного зерна при затирании.

При затирании несоложеное зерновое сырьё применяется в тех случаях, когда это предусмотрено по рецептуре, для придания определенным сортам пива (Московское, Ленинградское, Ячменный колос и др.) характерного вкуса или для экономии дорогостоящего, дефицитного ячменного солода и снижения себестоимости пива.

Например, рисовую муку или сечку используют пери приготовлении сортов пива Московского и Ленинградского в количестве соответственно 20% и 10% к массе зернового сырья; ячменную муку- для приготовления пива Ячменный колос (15%) и наиболее массового сорта пива - Жигулевского ( до30%).

В качестве заменителей солода в Жигулевском пиве используют ячмень, рис, кукурузную крупу, кукурузный крахмал, глюкозный и ячменный сиропы, крахмальную патоку, тростниковый сахар- сырец. В отечественном пивоварении основным несоложеным зерновым сырьем является ячмень, так как по своему составу он близок к ячменному светлому солоду, содержит в-амилазу и протеазу. При замене части солода ячменем экономится зерно в натуре, так как при солодоращении потери сухих веществ в сплаве, на дыхание, образование ростков довольно значительные( 10-11% к массе зерна). Поэтому использование несоложеного зерна вместо солода- это решение одной из задач по созданию малозатратной технологии. Требования к качеству несоложеного ячменя значительно ниже, чем к ячменю для солодоращения, разрешается использовать низкосортный ячмень, в том числе и кормовой. Обычно в солоде ферментов несколько больше, чем их требуется для расщепления нерастворимых компонентов солодового зерна, т.е. в солоде имеется избыток ферментов, с помощью которых можно дополнительно переработать в заторе несоложеное зерно. Например, при использовании солода удовлетворительного качества можно до 15% его заменить несоложеным ячменем без ухудшения вкуса пива, а для солода хорошего растворения - до30%.

Применение больших количеств несоложеных материалов требует внесения ферментных препаратов микробного происхождения. Из них для использования в пивоварении разрешены Амилосубтилин Г10х, Амилоризин Пх, Цитороземин Пх и комплексные ферментные препараты, так называемые композиции (МЭК).

При переработке несоложеных материалов учитывают разницу в структуре и состояние крахмала в несоложеном зерне. В процессе солодоращения зерна крахмала освобождаются от связывающих веществ, поэтому клейстеризация и разжижение крахмала ферментами при затирании солода протекают быстро. Отварки нужны лишь для клейстеризации крахмала нерастворенных (твердых) кончиков зерна. Амилазы солода облегчают этот процесс.

Крахмал несоложеного зерна клейстеризуется при более высокой температуре ( в основном при кипячении), при которой амилазы зерна частично или полностью инактивируются. Клейстеризованный крахмал несоложеного зерна обладает высокой вязкостью, поэтому при подогревании он часто пригорает на стенках котла. Для снижения вязкости в заторы из несоложеного сырья добавляют часть солода, предназначенного для затирания. При этом во время нагревания заторов до температуры инактивации б-амилазы часть крахмала клейстеризуется, а Клейстеризованный крахмал быстро разжижается. При дальнейшем повышении температуры до кипения и при кипячении клейстеризация крахмала продолжается. После смешивания солодовой и несоложеной частей затора происходит дальнейшее превращение разжиженного клейстеризованного крахмала. При кипячении заторов ( для клейстеризации крахмала) происходит денатурация белка, который при дальнейшем затирании труднее гидролизуется ферментами. Для увеличения количества растворенного белка в сусле несоложеную часть затора нагревают с белковой выдержкой ( паузой). При переработке несоложеных материалов начало затирания и выдержку лучше проводить при 35-45оС, так как в этот момент в результате действия цитолитических ферментов протекают процессы, характерные для солодоращения.

Затирание солода и несоложеных материалов без ферментных препаратов. Приготовление затора для Жигулевского пива с заменой 15% солода несоложеными материалами. Количество добавляемого несоложеного зерна определяют с учетом влажности и экстрактивности солода и несоложеных материалов.

В заторный котел набирают воду, засыпают все размолотые несоложеные зернопродукты и 1/3 солода, устанавливая начальную температуру затирания 52оС. При необходимости проводят подкисление затора молочной кислотой. Затор при 52С выдерживают 20мин ( белковая пауза), затем подогревают до 63С и выдерживают еще 20 мин ( мальтозная пауза). Далее температуру повышают до 70-72С, прекращают подогревание и выдерживают затор при этой температуре 20 мин, затем его быстро нагревают до кипения и кипятят 30-40 мин. Этот затор называют первой отваркой или несоложеным затором.

К началу кипения первой отварки в заторном котле начинают затирать оставшиеся 2/3 части солода при температуре 52С и выдержке 10 мин. Так получают солодовый затор. К солодовому затору медленно начинают перекачивать первую отварку, после чего температура всего затора становится 63-65С. После выдержки 20 мин при этой температуре 1/3 общего затора перекачивают в отварочный котел (вторая отварка). Вторую отварку медленно (1оС в 1мин) подогревают до 70-72оС, осахаривают при этой температуре 10-15 мин, быстро доводят до кипения и кипятят 10-15 мин.

После возврата второй отварки температура всего затора устанавливается 75оС, при этой температуре затор выдерживают до полного осахаривания и перекачивают на фильтрование.

Приготовление затора для Жигулевсого пива с применением повышенного количества несоложеных материалов. При переработке повышенного количества несоложеных материалов (до 50%) необходимо использовать солод с высокой ферментативной активностью либо применять специальные технологические приемы.

Например, затирание по интенсивному способу с кипячением 50% зернового сырья проводят в одном заторном котле в две стадии. На первой стадии затирают все несоложеные материалы и часть солода ( например, 40% ячменя и 10% солода). Для этого в заторный котел набирают четырехкратное количество воды к массе зернового сырья на этой стадии. Начало затирания проводится при 40С. После выдержки при этой температуре в течении 20 мин затор нагревают до кипения с паузами при 63С и 70-72С по 20-30 мин каждая. Кипятят затор 30 мин.

На второй стадии в горячий затор добавляют холодную воду в четырехкратном количестве к массе оставшегося солода, добавляемого на этой стадии, снижая температуру до 54-55С, затем засыпают солод. При этом температура снижается до 52С. После выдержки 20 мин массу подогревают до 70-72С, оставляют в покое до полного осахаривания, нагревают до 75-77С и перекачивают на фильтрование.

Затирание солода и несоложеных материалов с применением ферментных препаратов. Ферментные препараты со стандартной активностью дозируют в зависимости от количества несоложеного ячменя.

Таблица 1.- Расход ферментного препарата

Доля ячменя, % к массе всего сырья (солод + ячмень)	Расход ферментного препарата, % ,к массе всего затираемого сырья.
	Амилоризина Пх	Цитороземина Пх	Амилосубтилина Г10х	МЭК
20	0,10	0,12-0,23	0,005	-
25	0,20	0,23-0,35	0,010	0,0045
30	0,30	0,35-0,45	0,010	0,005
35	0,45	0,60-0,70	0,020	0,010
40	0,60	0,8-0,9	0,020	0,015
45	0,8	0,95-1,05	0,03	0,020
50	1,00	1,2	0,03	0,025

Затирание с применением Цитороземина Пх Этот ферментный препарат катализируент в основном гидролиз некрахмальных полисахаридов ячменя, поэтому затирание начинают при 40оС и рН 5,6-5,8.

Несоложеный ячмень подвергают предварительной обработке по двухотварочному способу. В начале в отварочный котел набирают четырехкратное количество ( к массе обрабатываемого на этой стадии зерна) воды температурой 42-43оС. При работающей мешалке вводят всю ячменную муку, 10% солода от всего сырья, ? части Цитороземина Пх, расходуемого на затор, и при необходимости молочную кислоту. Заторную массу тщательно перемешивают, температура её должна быть 40оС., и при этой температуре выдерживают 1 час. Затем медленно ( 1С в 1мин) нагревают до 70оС, быстро доводят до кипения и кипятят 30 мин. Все операции проводят при работающей мешалке. Эту часть затора называют несоложеной частью затора.

В тот момент, когда температура несоложеного затора в отварочном котле достигнет 70 оС, начинают затирание в заторном котле оставшегося солода, ? Цитороземина Пх водой температурой 42-43оС с тем, чтобы температура смеси была 40С. При этой температуре затор выдерживают 45-60 мин, получая солодовый затор. К этому времени закончится кипячение несоложеной части затора.

Затем в солодовый затор перекачивают несоложеный затор, добавляя его порциями. Подачу первой порции заканчивают, когда температура затора достигнет 63С. При этой температуре его выдерживают 30 мин. После этого в него перекачивают оставшуюся часть прокипяченного затора, поднимая температуру всего затора до 68-70оС, и выдерживают 30мин. в конце этой паузы отбирают для второй отварки 1/3 затора, доводят его до кипения, кипятят 10 мин и перекачивают двумя частями в основной затор. При достижении в основном заторе температуры 72-73оС перекачку прекращают, проверяют полноту осахаривания и при необходимости выдерживают затор до полного осааривания. Перкачивая оставшуюся часть прокипяченного затора, поднимают температуру всего затора до 76-77оС, после чего передают на фильтрование.

Затирание с применением Амилосубтилина Г10х Процесс можно проводить по одно- и двухотварочному способу. При работе по одноотварочному способу вначале готовят первую отварку. Для этого в заторный котел набирают четырехкратное к массе зернопродуктов количество воды температурой 47оС., добавляют 10-20% солода и всю ячменную муку. Температура смеси понижается до 45оС. Ферментный препарат размешивают в воде в какой либо емкости и вносят в котел. Выдерживают паузы по 30 мин при 45, 63, и 70оС. Паузу при 45оС считают с момента добавления препарата. Затор нагревают до кипячения и кипятят не более 15 мин. Во время нагревания и пауз затор непрерывно перемешивают.

Пред началом нагревания первой отварки до кипения во вторй заторный котел набирают воду температурой 47-53оС, засыпают туда солод и смесь выдерживают до окончания кипячения первой отварки. Затем в первую отварку медленно перекачивают в солодовый затор, в результате чего температура повышается до 63С, выдерживают 30-40 мин, нагревают до 70-72оС, выдерживают до полного осахаривания, нагревают до 75-76оС и перекачивают на фильтрование.

Затирание с применением комплексного ферментного препарата МЭК. Для затирания используют один из комплексных ферментных препаратов: МЭК1, состоящий из Амилосубтилина Г10х и Амилоризина П10х, взятых в соотношении 2:1, или МЭК11, компоненты которого-Амилосубтилин Г10х, Амилоризин П10х, и Протосубтилин Г10х - относятся как 1:1:1.

Процесс затирания с применением МЭК проводят по одному из двух способов.По первому способу проводят совместное затирание всего перерабатываемого сырья. Для этого в заторном котле при 45оС одновременно затирают все количество солода, несоложеного зерна и 5/6 частеи МЭК. При необходимости затор подкисляют молочной кислотой или гипсом до рН 5,5-5,7. Затор выдерживают при 45оС 15-20 мин, затем подогревают до 52оС и выдерживают еще30 мин, после чего затор подогревают до 65оС. Через 10 выключают мешалку, дают затору отстояться при этой температуре 30 мин и с помощью декантатора жидкую часть затора отбирают в другой заторный котел(чтобы сохранить ферменты), а густую часть затора нагревают д70оС, выдерживают 30 мин, нагревают до кипения и кипятят30 мин.

Жидкую и густую части соединяют в одном заторном котле, получая температуру общего затора 73С, добавляют 1/6 часть МЭК и выдерживают затор до полного осахаривания под влиянием ферментов, сохранившихся в жидкой части затора, и имеющихся в МЭК. Затем затор подогревают до 76-78С и перекачивают на фильтрование.

По второму способу затирание проводят с раздельной подготовкой несоложеного сырья в две стадии: на первой- подготовка несоложеного сырья, на второй - собственно затирание.

Сначала в заторном котле при 45оС затирают все несоложеное сырье, 10% солода 5/6 частей МЭК, при необходимости затор подкисляют. Черз 25-20 мин затор нагревают до кипения с выдержками: при 52 и 63оС - по 20 -30 мин и при 70оС- 15-20 мин. Кипячение длится 30 мин.

За 1-2 ч до окончания затирания несоложеного сырья в другом заторном котле при 30-40оС затирают остальную часть солода и МЭК. По окончании кипячения затор из несоложеного зерна медленно перкачивают в солодовый затор, температура всего затора устанавливается 63С. При этой температуре общий затор находится 30мин, затем его подогревают до70оС и выдерживают до полного осахаривания. После этого его нагревают до 76-78оС и через 5-8 мин перекачивают на фильтрование.

Расчет выхода экстракта при переработке зернового сырья в варочном цехе.

Выход экстракта- это масса экстрактивных веществ, першедших в горячее сусло из затертых зернопродуктов, выраженная в % мас.

Выход экстракта характеризует полноту использования экстрактивных веществ зернопродуктов, правильного выбора режима их переработки.

Выход экстракта (Э, % мас.) вычисляют по формуле:

Э= 0,96 VE(d/G)

где V- объем горячего сусла в сусловарочном котле, л; Е- массовая доля экстрактивных веществ в сусле, %; d- плотность сусла, кг/л; G- масса зернопродуктов, кг; 0,96- коэффициент уменьшения объема сусла при его охлаждении до 20С и изменение обьема за счет внесения хмеля и появления свернувшихся белков.

Производство пива.

Общие понятия о брожении.

Спиртовое брожение сусла под действием ферментов дрожжей - это основной процесс при производстве пива. В процессе брожения происходит изменение химического состава сусла и превращение его в ароматный напиток - пиво.

В зависимости от вида применяемой чистой культуры дрожжей и температуры в сусле проходит верховое и низовое брожение. Верховое брожение сусла проводят при 14-25оС, низовое- при 6-10оС. Наиболее распространено низовое брожение. Различают две стадии брожения: главное брожение и дображивание.

При главном брожении, когда сбраживается основная масса сахаров пивного сусла, получают молодое пиво, которое представляет собой мутную жидкость со своеобразным ароматом и вкусом. При дображивании молодого пива с пониженной температурой (0-2С) происходит медленное сбраживание оставшихся в нем экстрактов, осветление, созревание пива и насыщение его диоксидом углерода. Главное брожение проводят при атмосферном давлении в течении 7-10 сут, а дображивание- под избыточным давлением 0,03-0,07 МПа в течении 21-90 сут.

Помещение, где находятся бродильные аппараты, называют цехом брожения, а закрытые аппараты для дображивания располагаются в цехе дображивания.

Разделение процесса брожения пивного сусла на две стадии характеризуемые разной температурой, обусловлено главным образом низким уровнем развития холодильной техники и затруднениями поддержания заданных температур. В тоже время этот способ позволяет уменьшить энергопотребление.

Разработаны новые технологии брожения и дображивания в одном аппарате цилиндроконической формы. Система охлаждения и хорошая тепловая изоляция аппаратов дают возможность легко поддерживать заданную температуру во время всего процесса.

При брожении большое значение имеет первоначальный состав сусла( содержание в нем сбраживаемых сахаров, несбраживаемых углеводородов, азотистых веществ, фосфатов, неорганических солей и др.) и дрожжи.

В пивоварении применяют специальные расы чистых культур пивных дрожжей. Они должны обладать высокой активностью( бродильная активность- способность дрожжей возбудить спиртовое брожение), способностью к оседанию( осветление пива, вызываемое оседанием дрожжей на дно бродильного аппарата), придавать пиву характерный аромат и мягкий вкус.

Пивные дрожжи.

Строение дрожжевой клетки. Дрожжи - одноклеточные организмы, относящиеся к классу сумчатых грибов. Форма дрожжевых клеток бывает овальной, округлой и эллиптической.

Дрожжевая клетка имеет клеточную стенку 1, под которой располагается цитоплазматическая мембрана. Мембрана обладает избирательной проницаемостью, оказывая влияние на обмен веществ между клеткой и средой.Например, молекулы аминокислот и глюкозы проникают через мембрану быстрее, чем ионы металлов, которые меньше по размеру. Внутри клетки содержится круглое или овальное ядро 2, окруженное двойной мембраной. Внутри ядра расположено ядрышко. Ядро необходимо для процессов обмена веществ, обеспечивающих рост и размножение дрожжей.

Основой клетки является цитоплазма 3, представляющая собой вязкую, слегка желтоватую жидкость. Она выполняет многие функции так, например, первая стадия дыхания и спиртовое брожение протекают непосредственно в цитоплазме. Здесь же находятся структурные элементы клетки: вакуоль 4, митохондрии 5, рибосомы 6. Митохондрии- это очень мелкие частицы каплеобразной формы, в которых происходят процессы, связанные с окислительным обменом веществ. Рибосома представляет собой пузырек, окруженный мембраной. Рибосомы являются местом, где происходит синтез белков. Вакуоли- полости, наполненные клеточным соком и отделенные от цитоплазмы вакуолярной мембраной. В них находится метахроматин, обусловливающий рост и размножение дрожжевых клеток. В вакуолях протекают окислительно - восстановительные процессы.

Величина дрожжевых клеток зависит от расы, физиологического состояния дрожжей и состава питательной среды. Прессованные дрожжи содержат около 30% сухих веществ и 70% воды. В сухих веществах дрожжей содержится 90-95% органических веществ и 5-10% неорганических веществ. Среди органических веществ имеются белки и азотсодержащие вещества-54-56%, углеводы-24-40%, жиры-2-4% (к массе сухих веществ). основная часть углеводов представлена гликогеном( запасное вещество), сходным по химстроению с амилопектином крахмала. Среди неорганических веществ около половины фосфорной кислоты и 1/3 калия.

В золе дрожжей содержится (в %): Р2О5 -47-53, К2О- 28-40; СаО-0,4 -11,3; МgО-3,0-7,4; SiO2-0,28- 0,73; SiO3 - 0,09--0,74; Сl -0,1-0,65. Кроме того, в небольшом количестве имеются S, Zn, Mn, Cu, Fe.

Фосфорные соединения имеют важное значение в обмене веществ дрожжевых клеток, так как входят в состав промежуточных веществ спиртового брожения, а калий играет первостепенную роль в построении молекул белков и углеводов. Дрожжи богаты витаминами группы В, содержат эргостерин( провитамин D ) и др. В дрожжах содержатся различные ферментные системы, участвующие в процессах гидролиза и синтеза, а также в процессах брожения и дыхания.

Стадия роста дрожжей. Ростом дрожжей называют увеличение числа их клеток, т.е. - размножение. Дрожжевые клетки при нормальных условиях размножаются почкованием. Материнская клетка образует почку, которая вырастает в дочернюю клетку. При недостатке питательных веществ или при других неблагоприятных условиях внутри клетки образуются перегородки, и клетка распадается по этим перегородкам, образуя споры. В среде с хорошими условиями питания споры прорастают и образуют новые дрожжевые клетки. Пивное сусло содержит все необходимые вещества для размножения клеток, поэтому при сбраживании сусла дрожжи размножаются только почкованием, не образуя спор.

После введения дрожжей в сусло наблюдаются их количественные и качественные изменения. Количество дрожжей Увеличивается в несколько раз, однако их концентрация в диспергированном состоянии вначале увеличивается, достигая максимальной величины, а затем снижается. Размножение дрожжей при сбраживании пивного сусла проходит в несколько этапов. На кривой роста можно выделить несколько этапов. (По вертикали- число дрожжевых клеток, по горизонтали - время.)

В начальной фазе, называемой латентной или лаг- фазой (задержка роста), дрожжи приспосабливаются к новой среде и подготавливаются к размножению. Эту фазу условно делят на две части: фазу действительного покоя, когда клетки приспосабливаются к среде, и фазу постепенного начала размножения . Продолжительность латентной фазы для пивных дрожжей 1-1,5 сут. В ней клетки увеличиваются в объеме и удлиняются, растет доля почкующихся клеток.

При следующей фазе, называемой логарифмической, скорость размножения дрожжей максимальная, все клетки активны и находятся в бродящей среде во взвешенном состоянии.

После логарифмической фазы наступает стационарная фаза, когда размножение клеток замедляется, при этом скорость отмирания и размножения уравновешиваются, в результате чего число живых клеток остается без изменения. Последняя фаза, называемая фазой затухания, характеризуется снижением активности клеток, что обусловлено уменьшением массы питательных веществ и увеличением количества продуктов обмена. Размножение прекращается, клетки отмирают и оседают на дно бродильного аппарата.

В живой дрожжевой клетке жизнедеятельность поддерживается различными биохимическими процессами, а при её отмирании согласованность этих процессов нарушается и начинается автолиз, т.е. распад клетки под действием собственных ферментов. При этом структура клеток нарушается, повышается активность у одних ферментов и ослабевает у других.

Например, гидролитические ферменты активизируются, а ферменты дыхания и брожения погибают. При автолизе дрожжей происходит распад белковых веществ, углеводородов, жиров, органических фосфорных соединений, образуются низкомолекулярные продукты распада, которые диффундируют через стенки клеток в пиво и изменяют его вкус. При незначительном автолизе появляется слабый дрожжевой привкус, а при сильном автолизе - горький посторонний вкус. Выделяемые при автолизе азотистые вещества могут быть коллоидного помутнения пива.

Расы пивных дрожжей. В пивоваренном производстве используют только культурные дрожжи, которые относятся к семейству сахаромецетацеа (Saccharomycetaceae) и к роду сахаромицес (Saccharomyces). Различают дрожжи низового брожения сахаромицес карлсбергенсис (Saccharomyces carlsbergensis) и дрожжи верхового брожения - сахаромицес церевизие (Saccharomyces cerevisiae).

Первоначально были известны дрожжи верхового брожения, так как брожение проходило только при обычной температуре (как в виноделии, хлебопечении). желая получить напитки, насыщенные углекислым газом, стали проводить брожение при низких температурах. Под влиянием изменившихся внешних условий и были получены дрожжи низового брожения с определенными свойствами.

В пивоварении применяют разновидности дрожжей, отличающихся друг от друга одной или несколькими особенностями. Их получают из одной клетки. такие культуры называют расами ( штаммами).

Дрожжи верхового брожения в процессе интенсивного броения всплывают на поверхность сбраживаемой жидкости, накапливаются в виде слоя пены и остаются в таком виде до конца брожения. Затем они оседают, образуя весьма рыхлый слой на дне бродильного аппарата. по своей структуре эти дрожжи относятся к пылевидным дрожжам, не слипающимися между собой в отличие от хлопьевидных низовых дрожжей , оболочки которых клейкие, что приводит к слипанию(агглютинация) и быстрому осаждению клеткок.

Дрожжи низового брожения не переходят в поверхностный слой пива- пену, а быстро оседают на дне бродильного аппарата.

Способность дрожжей к хлопьеобразованию имеет важное значение для технологии сбраживания пивного сусла, так как способствует ускорению осветления пива и облегчает съём дрожжей из бродильного аппарата после брожения с последующим использованием их в качестве семенных дрожжей. Низкая температура при брожении содействует хлопьеобразованию.

Реакция среды сильно влияет на свойства дрожжей. Например, в кислой среде при рН менее 3 и в щелочной при рН более 8 хлопьевидные дрожжи становятся пылевидными. Хлопьевидные дрожжи по сравнению с пылевидными имеют более крупные клетки, меньше подвержены автолизу, дают большой прирост биомассы, обладают меньшей бродильной активностью, образуют меньше диацетила и высших спиртов в пиве, что положительно сказывается на его качестве.

Дрожжи низового брожения отличаются от дрожжей верхового брожения тем, что они полностью сбраживают раффинозу. Дрожжи низового брожения имеют оптимальную температуру для роста 25 - 27С, минимальную 2-3С, а при 60-65С они отмирают. Максимальное развитие низовых дрожжей происходит при рН4,8-5,3. Кислород, растворенный в сусле, способствует размножению дрожжей, в то время как продукты брожения (этиловый спирт, диоксид углерода, высшие спирты, ацетальдегид, кислоты), а также повышенная концентрация сахара угнетают развитие дрожжей.

Пивные дрожжи должны отвечать следующим требованиям: Быстро сбраживать сусло, хорошо образовывать хлопья и осветлять пиво в ходе брожения, придавать пиву чистый вкус и приятный аромат.

Бродильную активность дрожжей определяют по степени сбраживания сусла. Степень сбраживания (V) -это показатель , выраженный в процентах характеризующий отношение массы сброженного экстракта (Е-е) к массе сухих веществ в начальном сусле (Е):

V= ((E-e)100)/ Е,

Где е- содержание в пиве экстрактивных веществ, % к массе пива.

По степени сбраживания дрожжи делятся на сильно-, или высокосбраживающие (степень сбраживания 90-100%), среднесбраживающие (80-90%), слабо, или низкосбраживающие (менее 80%).

К сильносбраживающим относятся дрожжи рас: 11, F (получена в Чехии), штамм 8а(М). Дрожжи расы 11 нетребовательны к качеству сырья, хорошо оседают, пиво характеризуется полным вкусом. Дрожжи расы F хорошо осветляют пиво, придают ему приятный аромат, устойчивы к инфекции. Дрожжи штамма 8а (М) имеют высокую бродильную активность, повышенный коэффициент размножения, хорошо оседают. Использование этих дрожжей дает возможность сократить длительность главного брожения с 7 до 5 сут. и получить пиво с хорошим вкусом.

К среднесбраживающим относятся дрожжи рас 776, 41, 44, S( львовская), Р ( Чехия), А (рижская). Дрожжи расы 776 неприхотливы к сырью, их можно использовать для приготовления пива с применением несоложеных материалов. Готовое пиво имеет удовлетворительный вкус резкую хмелевую горечь. Дрожжи рас 41, 44, S, Р обладают хорошей способностью оседания, вкус пива чистый мягкий, Дрожжи расы 44 дают возможность получать хорошее пиво при применении воды повышенной жесткости. Дрожжи рас F, A хорошо осветляют пиво, устойчивы к инфекции.

Для темных и специальных сортов пива применяют дрожжи верхового брожения. Требования, предъявляемые к качеству дрожжей, не всегда удовлетворяются одной расой, поэтому в производстве применяют смесь рас или ведут брожение сусла отдельно на разных расах, а затем смешивают молодое пиво.

Разведение дрожжей чистой культуры.

Под разведением понимают увеличение массы дрожжей в количестве от массы в одной пробирке до массы маточных, необходимой для внесения в бродильный аппарат. Весь процесс разведения состоит из двух стадий: лабораторной (разведение дрожжей в лаборатории) и цеховой (разведение дрожжей в отделении чистой культуры).

Лабораторная стадия состоит из нескольких последовательных пересевов. Вначале чистую культуру из пробирки пересевают в колбочки на стерильное сусло, затем проводят пересев дрожжей со стерильным сброженным суслом на новое стерильное сусло, объем которого от пересева к пересеву увеличивается в несколько раз. Лабораторная стадия заканчивается сбраживанием 6 л сусла в медной колбе Карлсберга в течении 5-6 сут при 7-8оС. Цеховая стадия- это разведение дрожжей на стерильном охмеленном сусле в специальных аппаратах.

На рисунке показана установка Грейнера для разведения чистой культуры дрожжей в цехе (трубопроводы не показаны). Установка состоит из стерилизатора 4 , двух бродильных цилиндров 3, число которых изменяется в зависимости от количества используемых дрожжей, резервуара для предварительного брожения 1 и посуда 2 для посевных дрожжей.

Стерилизатор и резервуар предварительного брожения оборудованы змеевиками для нагревания или охлаждения сусла, воздушными фильтрами и контрольно- измерительной аппаратурой.

Бродильные цилиндры имеют сосуды для посевных дрожжей вместимостью 10 л.

Стерилизатор предназначен для кипячения сусла (стерилизация) и последующего его охлаждения, Бродильный цилиндр- для первой стадии размножения, резервуар предварительного брожения- для стерилизации и охлаждения сусла, а также проведения второй стадии размножения чистой культуры. Температура воздуха в отделении чистой культуры 8-9оС.

Разведение чистой культуры происходит следующим образом. В стерилизатор 4 из сусловарочного котла набирают горячее охмеленное сусло, кипятят его в течении 1 ч, затем охлаждают до8-12оС. С помощью сжатого стерильного воздуха сусло подают в цилиндр 3, куда через специальный кран из медной колбы Карлсберга вводят чистую культуру, затем сбраживают в течении 3 сут. При этом дрожжи размножаются и увеличиваются в массе. к концу третьих суток резервуар предварительного брожения заполняют суслом, которое также нагревают до кипения, а затем охлаждают. Часть чистой культуры из бродильного цилиндра 3 отбирают на хранение в сосуд 2 для посевных дрожжей, где она хранится до до следующей разводки, а основную часть его перекачивают в резервуар 1, где осуществляют предварительное брожение при 9оС в течение 3 сут.

В следующих циклах разведения дрожжи для посева в стерильное сусло, находящееся в бродильном цилиндре 3 берут из сосуда 2. Процесс разведения чистой культуры в установке Грейнера повторяют многократно до обнаружения в дрожжах посторонней микрофлоры.

Сбраживаемую массу из резервуара 1 перекачивают в специальный аппарат для предварительного брожения вместимостью 1000 дал, но наполненный на 1/3 суслом температурой 5-7оС. Через 12 ч брожения в этот аппарат доливают еще 400 дал свежего охмеленного сусла и продолжают брожение еще 36 ч, поддерживая температуру 5-7С. Затем сбраживаемое сусло перекачивают в аппарат для главного брожения с 700 дал сусла , а через 1 сут заполняют его суслом до полной вместимости и ведут брожение обычным способом, контролируя температуру, концентрацию сусла и осветление. Осевшие при брожении дрожжи смывают, промывают холодной водой и используют в производстве как первую генерацию.

Дрожжерастительные аппараты перед началом работы стерилизуют паром в течение 45 мин под давлением 0,15- 0,17 МПа. Воздух, поступающий в стерилизатор, должен проходить через воздушные фильтры.

Главное брожение.

Условия главного брожения. В бродильном цехе высота потолков 4,8 - 6м; полы, потолки, стены для снижения потерь холода покрыты теплоизоляционным материалом. Если бродильные аппараты устанавливают в несколько ярусов, то высота помещения увеличивается. Температура воздуха в цехе должна быть около 6С, влажность - не более 75%, количество диоксида углерода - не более 0,1%.

Охлаждение воздуха в бродильном цехе осуществляют с помощью воздухоохладителей, установленных в цехе или в отдельном помещении. Воздухоохладитель представляет собой батарею в которой циркулирует холодный рассол. Воздух из цеха брожения отбирается вентилятором, подается не воздухоохладители и охлажденным снова возвращается в цех. Этот способ обеспечивает постоянную температуру в цехе и хорошую вентиляцию.

По другому способу воздух охлаждают посредством ребристых или гладкотрубных холодильников, подвешенных в цехе к потолку. В этом случае в помещении устанавливается приточно- вытяжная вентиляция, необходимая для удаления влаги и выдеяемого при брожении диоксида углерода.

Главное брожение проводят в открытых и закрытых бродильных аппаратах. Бродильные аппараты изготавливают прямоугольной или цилиндрической формы (в виде танков).

При применении прямоугольных аппаратов площадь цеха используется наиболее полно. В боковой стенке прямоугольного аппарата на высоте 10-15 см от дна имеется патрубок для слива молодого пива, а в днище- патрубок для слива дрожжей, внутри установлен охлаждающий змеевик для отвода тепла, выделяющегося при брожении.

На производстве наиболее широкое распространение получили горизонтальные цилиндрические танки.

Рис.5-Схема горизонтального цилиндрического танка.

Танк представляет собой герметичный цилиндрический сосуд вместимостью от 8 до 50 м3, Снабженный охлаждающим змеевиком. На нем имеется штуцер для присоединения пивных шлангов, кран1 для наполнения и спуска пива, люк 2 для осмотра и мойки внутренней полости, кран 3 для отбора проб, штуцеры 4 и 6, для установки шпунт - аппарата и штуцер 7 для установки манометра, а также предохранительный клапан 5. Для обеспечения достаточного осветления молодого и готового пива танки для главного брожения изготавливают диаметром не более 2,4 м, а танки для дображивания -3,6 м.

Вместимость одного танка подбирают с учетом объёма сусла, получаемого от одного, двух и более заторов. Число танков в цехе определяют в зависимости от числа варок затора в сутки и продолжительности процессов главного брожения.

Процессы, протекающие при главном брожении. При спиртовом брожении в сусле протекают биологические, биохимические, физико- химические процессы. Питательные вещества , поступающие в дрожжевые клетки из сусла, под действием ферментов превращаются в различные промежуточные продукты, расходуемые на спиртовое брожение и рост дрожжей( биологический процесс) происходит в начальной стадии сбраживания пивного сусла и заканчивается задолго до конца брожения.

Основным биохимическим процессом брожения является превращение сбраживаемых сахаров в этиловый спирт и диоксид углерода:

С6Н12О6=2 СН3СН2ОН +2СО2

Эта реакция сопровождается выделением тепла.

Большая часть экстракта сусла состоит из углеводов, из них около 75% сбраживаются (сбраживаемые сахара)

Часть экстракта составляют несбраживаемые вещества. К ним относятся декстрины, белки, минеральные вещества и др.

Сахара сбраживаются в определенной последовательности, что обусловлено скоростью их проникновения в дрожжевую клетку. В первую очередь сбраживается фруктоза и глюкоза. Сахароза предварительно гидролизуется ферментом в- фруктофуранозидазой дрожжей до глюкозы и фруктозы, которые также расходуются в первую очередь. После фруктозы и глюкозы дрожжи поглощают мальтозу, которая под действием фермента б- глюкозидазы превращается в легкосбраживаемую глюкозу. Мальтотриоза расходуется дрожжами медленно и не полностью. В сусле, богатом мальтозой, мальтотриоза почти не сбраживается. Около 2% сахаров используются на построение дрожжевых клеток.

Этиловый спирт и диоксид углерода являются основными продуктами спиртового брожения. Кроме того, в сусле накапливается глицерин, уксусный альдегид, уксусная, янтарная, лимонная и молочная кислоты. В качестве побочных продуктов брожения из аминокислот образуются высшие спирты, оказывающие влияние на вкус пива.

Вредное влияние на качество пива оказывают продукты брожения диацетил и ацетоин, которых много в молодом пиве. Диацетил придает пиву медовые запах ипривкус, а ацетоин- затхлый привкус. При дображивании концентрации этих веществ резко снижаются и их влияние на вкус и запах пива становятся незначительными.

В результате сбраживания сахаров, преимущественно в аэробных условиях, пивное сусло превращается в молодое пиво. Все образовавшиеся в нем продукты спиртового брожения участвуют в формировании специфического вкуса и аромата пива. При дображивании, когда температура молодого пива снижается, в бродильном аппарате создается избыточное давление, а условия брожения становятся близкими к анаэробным, Размножение дрожжевых клеток в это время резко ограничено и сбраживаемые сахара расходуются преимущественно на образование спирта и диоксида углерода.

Сбраживание сусла сопровождается изменением рН сусла. В молодом пиве рН 4,2- 4,6, что обусловлено образованием из сахаров диоксида углерода и органических кислот, преимущественно янтарной и молочной. Наибольшее снижение рН происходит на третий день брожения. Титруемая кислотность несколько увеличивается.

Физико - химические процессы характеризуются изменением окислительно- восстановительного потенциала(r H2).

Быстрое снижение r H2 объясняется тем, что при брожении в сусле происходит уменьшение концентрации продуктов окисления и накопление продуктов восстановления. В охлажденном сусле r H2 больше 20, а в период интенсивного брожения, когда дрожжи потребляют весь растворенный кислород, значение r H2 снижается до минимума, достигая 10. дрожжи расходуют кислород на обменные процессы внутри клетки. Кроме того, выделяющийся диоксид углерода вытесняет из сусла кислород, что также снижает активность интенсивного окисления.

В закрытых бродильных аппаратах r H2 пива ниже, чем в открытых, где кислород, хотя и слабо, но проникает через тонкий слой пены. Чем ниже величина r H2 в процессе брожения, тем выше качество получаемого пива. При высоких значениях r H2 сусло и молодое пиво темнеют, вкус готового пива ухудшается, оно быстро мутнеет.

Дрожжи для своего развития, роста, и размножения потребляют азотсодержащие соединения сусла ( аммонийные соединения, аминокислоты, несколько хуже дипептиды и в очень незначительных количествах трипептиды). При этом 40-50% азота они поглощают, а 1/3 от потребленного азота выделяют в среду. В результате меняется состав азотистых веществ сбраживаемого сусла.

При сбраживании сусла растворенные белковые вещества частично денатурируют, а затем флокулируют (слипаются) и осаждаются. Во время главного брожения в результате осаждения белка и усвоения дрожжами азотистых веществ содержание их в сбраживаемом сусле уменьшается примерно на 1/3.

При брожении осаждаются также полифенольные вещества. Образование этилового спирта, эфиров, снижение рН способствует коагуляции высокомолекулярных соединении сусла.

Диоксид углерода, который образуется при брожении, сначала растворяется в сбраживаемом сусле, а потом (после насыщения сусла) начинает выделяться в виде пузырьков, на поверхности которых адсорбируются поверхностно - активные вещества (белки, пектин, хмелевые смолы). Пузырьки газа, покрытые слоем этих веществ, слипаются и образуют на поверхности сусла слой пены. В определенный период брожения внешний вид пены приобретает форму завитков, которая характеризует стадию брожения.

При брожении цветность сусла для светлых сортов пива заметно уменьшается, а для темных сортов - изменяется меньше. Снижение цветности объясняется тем, что часть красящих веществ переходит в пену, часть окисленных дубильных веществ восстанавливаются, понижение рН при брожении может оказать влияние на цветность пива.

Уменьшается содержание изогумулонов из-за их адсорбции дрожжами, а также вследствие того, что они частично увлекаются пузырьками диоксида углерода в пену. Потери изогумулонов выше в пиве, где их первоначальное содержание высоко. При брожении примерно на 1/3 уменьшается содержание полифенольных веществ.

Ведение главного брожения. Эти операции, связанные с регулированием условий процесса (температура, продолжительность брожения, культуры дрожжей). Основное влияние на брожение оказывают применяемые расы дрожжей и температура сбраживаемого сусла.

Для брожения пивного сусла принят метод низового брожения, связанный с применением рас дрожжей низового брожения. эти дрожжи хорошо сбраживают практически все сахара, кроме лактозы и декстринов. Температура сусла, при которой в него вводят семенные дрожжи, называется установочной ( начальной) температурой брожения и колеблется от 5 до 7оС.

Ведение главного брожения включает три основные технологические операции: наполнение бродильного аппарата охлажденным суслом, введение в сусло дрожжей и сбраживание сусла до молодого пива. Дополнительными операциями являются снятие дека (тонкий слой опавшей коричневой пены), перекачивание молодого пива на дображивание, отбор и подготовка семенных дрожжей, мойка дезинфекция и подготовка аппарата для следующего цикла.

Наполнение бродильного аппарата суслом и введение в сусло дрожжей. Перед внесением в бродильный аппарат семенные дрожжи смешивают в отдельном сосуде с холодным пивным суслом из расчета 2-6л сусла на 1 л дрожжей, перемешивают стерильным сжатым воздухом или мешалкой и оставляют на 2-3 ч для разбраживания при температуре около 6С.

Холодное сусло принимают в подготовленный аппарат в таком количестве, чтобы оно покрыло его дно. После этого вводят бродящие дрожжи, перемешивают и заполняют аппарат суслом до полной вместимости.

При наличии в бродильном цехе аппарата для предварительного брожения дрожжи подготавливают в нем в течение 18-24 ч на всю вместимость бродильного аппарата. Вводят их в количестве 0,4- 0,5 л на 10 дал сусла во время спуска сусла первой варки, затем доливают суслом следующих варок. Количество вносимых дрожжей увеличивают до 0,6 л при отсутствии аппаратов предварительного брожения. Заполнение бродильного аппарата считают законченным, когда в нем останется незаполненным около 10% его вместимости.

Сбраживание сусла. Главное брожение протекает в несколько стадий, которые различаются по внешнему виду поверхности сбраживаемого сусла, а также по изменению экстрактивности и степени осветления молодого пива.

В первой стадии брожения, называемой забелом, на поверхности бродящего сусла по периферии появляется полоса нежно белой пены. Эта стадия продолжается 1-1,5 сут и характеризуется интенсивным почкованием и размножением дрожжей, а экстрактивность сусла снижается от 0,2 до 0,5 в сутки.

Вторая стадия брожения - период низких завитков. Характеризуется более интенсивным выделением диоксида углерода, образования густой, компактной, поднимающейся пены, которая по внешнему виду представляет собой завитки красивой формы. Пена вначале белая, постепенно темнеет из-за окисления хмелевых смол и частичного высыхания. Продолжительность стадии 2-3 сут. Экстрактивность сусла в этой стадии понижается на 0,5- 1,0 % в сутки.

Третья стадия брожения - стадия высоких завитков характеризуется наибольшей интенсивностью брожения, максимальной температурой процесса. Убыль экстракта достигает 1-1,5 % в сутки. Пена становится рыхлой, сильно понимается вверх, завитки достигают наибольшей величины, верхние участки завитков имеют коричневый цвет, нижние - белый. Стадия длится 3-4 сут.

В четвертой стадии, называемой стадией опадения завитков, происходит опадение пены, исчезновение завитков, в результате чего поверхность сусла покрывается тонким слоем деки. Опадение завитков продолжается двое суток. Экстрактивность сбраживаемого сусла понижается на 0,5- 0,2 % в сутки.

Каждой стадии брожения соответствуют химические изменения состава сусла и определенная концентрация дрожжевых клеток. Например, При сбраживании сусла для пива Жигулевского содержание дрожжевых клеток во взвешенном состоянии следующее:

Таблица 2.- Концентрация дрожжевых клеток в зависимости от сдадии

стадия брожения	содержание дрожжевых клеток, млн/мл
исходное сусло	20-25
забел	60-50
низкие завитки	50-60
высокие завитки	30-25
формирование деки	16-5
осветление	3,5-1,5

По мере сбраживания и понижения рН сусла дрожжевые клетки покрываются слизистой пленкой из веществ, обладающих клеящими свойствами. Соединяясь между собой, они оседают на дно аппарата.

В хлопьеобразовании и оседании дрожжевых клеток важную роль играет их электрический заряд. Во время размножения клетки заряжены отрицательно, а к концу брожения, когда рН сусла понижается до 4,6-4,2, клетки приобретают положительный заряд. Белковые частицы в сусле заряжены отрицательно, поэтому в конце главного брожения они соединяются с дрожжевыми клетками, образуя агрегаты( крупные хлопья), что влечет за собой интенсивное выпадение осадка. После оседания дрожжей брожение прекращается и пиво осветляется. На этом этапе процесс главного брожения считают законченным. Полученный продукт называют молодым пивом.

При спиртовом брожении 1 кг сброженного сахара выделяет 628 кДж тепла, что приводит к повышению температуры сусла. Для поддержания в сусле определенного температурного режима через змеевики, установленные внутри бродильных аппаратов, пропускают воду температурой 0,5 - 1С. Вместо змеевиков также используют холодильные пояса, приваренные снаружи к боковым стенкам бродильного аппарата. Такая система охлаждения более удобна и экономична.

Наибольшая температура сусла достигается примерно на 3-й день брожения и её поддерживают на этом уровне 1-2 дня по возможности без колебаний. Затем молодое пиво постепенно охлаждают со скоростью 10С в сутки, так как дрожжи весьма чувствительны к резкому понижению температуры.

Известно, что растворимость СО2 Увеличивается с понижением температуры, поэтому, чтобы сохранить максимально возможную концентрацию растворенного в молодом пиве газа, температуру перед передачей пива на дображивание снижают до 5-4оС. Содержание СО2 в молодом пиве обычно составляет 0,2%.

При главном брожении часть экстрактивных веществ превращается в продукты брожения. Ход этого процесса контролируют по степени сбраживания. Различают видимую и действительную степень сбраживания. Если содержание экстракта определяют в пиве в присутствии спирта в СО2, то это видимый экстракт. Используя его значение, вычисляют видимую степень сбраживания. Действительную степень сбраживания находят по величине действительного содержания экстракта, которое определяют после удаления спирта и диоксида углерода пикнометрическим способом (по относительной плотности сусла или пива).

Для использования величины степени сбраживания в целях регулирования процесса брожения по стадиям существует понятие «конечная степень сбраживания», т.е. максимально возможная. В процессе брожения эта степень сбраживания не достигается, а определяется в лаборатории завода. У светлых сортов пива видимая конечная степень сбраживания составляет 77-82%.