Разработка отварочной технологии производства пива

белковые вещества от 40 до 60%;

углеводы жиры (липиды) от 25 до 35%;

минеральные вещества от 4 до 6%.

Минеральные вещества состоят из (на 100 г СВ, приблизительно):

2000 мг фосфатов;

2400 мг калия;

200 мг натрия;

20 мг кальция;

2 мг магния;

7 мг цинка и следов железа, марганца и меди.

Кроме того, дрожжи содержат ряд витаминов, среди которых: тиамин (В1) 8-15 мг на 100 г СВ дрожжей; рибофлавин 2-8 мг, никотиновая кислота 30-100 мг, фолиевая кислота 2-10 мг, пантотеновая кислота 2-20 мг, пиридоксин 3-10 мг, биотин 0,1-1 мг.

Каждая дрожжевая клетка состоит из клеточной плазмы (цитоплазма, цитозол), которая окружена клеточной мембраной и в которой находится ряд органелл, обеспечивающих реакции обмена веществ. При этом важнейшей органеллой является, естественно, клеточное ядро (нуклеус) - управляющий центр клетки. Оно окружено двойной пористой мембраной ядра, замкнутой, но пористой. Ядро клетки содержит основное вещество (плазму), матрицу ядра и хромосомы. В них каждая клетка хранит свой структурный план, закодированный в форме генов. Гены построены из полимерной молекулы, дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), информационный объем которой составляет 109-1010 бит. ДНК управляет всеми процессами обмена веществ, роста и развития клетки В ядре клетки размещено также ядрышко (nucleolus), состоящее из рибонуклеиновой кислоты.

1.2 Затирание

Затирание - важнейший процесс при производстве сусла. При затирании помол и вода перемешиваются (затираются), компоненты солода переходят в раствор и становятся веществами экстракта. При затирании решающее значение приобретает процесс превращения веществ.

1.2.1 Цель затирания

Большинство компонентов дробленого солода не растворимы сами по себе, а в пиво могут перейти только растворимые вещества. Поэтому при затирании необходимо перевести нерастворимые вещества помола в растворимые. Все вещества, переходящие в раствор, называются экстрактом. Растворимыми веществами являются, например, сахара, декстрины, минеральные вещества и определенные белки. К нерастворимым веществам относятся крахмал, целлюлоза, часть высокомолекулярных белков и другие соединения, которые по окончании процесса фильтрования остаются в виде дробины. По экономическим соображениям большинство нерастворимых соединений пытаются перевести в растворимые, чтобы получить как можно больше экстракта. Это выражается такими параметрами, как выход варочного цеха и содержание экстракта в дробине. Однако имеет значение не только количественное содержание, но и качество экстракта, так как присутствие определенных соединений (например, дубильных веществ из оболочек) весьма нежелательно, тогда как другие соединения (например, определенные сахара или продукты расщепления белков) совершенно необходимы.

Цель затирания состоит в том, чтобы расщепить крахмал в сахар а и растворимые декстрины без остатка. При этом образуются и другие экстрактивные вещества. Основное количество экстракта образуется при затирании прежде всего благодаря действию ферментов, которые могут действовать при оптимальных для них температурах

1.2.2 Превращения веществ при затирании

Расщепление крахмала

Важнейшей составной частью пива является спирт, образующийся при брожении из сахаров. Поэтому предварительно необходимо расщепить крахмал до мальтозы; наряду с ней всегда образуются промежуточные продукты - несбраживаемые декстрины. Крахмал должен быть без остатка расщеплен до сахаров и декстринов, не окрашиваемых йодом. Полное расщепление необходимо по экономическим соображениям; кроме того, остатки нерасщепленного крахмала вызывают в пиве клейстерное помутнение. Расщепление крахмала осуществляется в три стадии последовательно переходящих одна в другую. Последовательность их неизменна: клейстеризация; разжижение; осахаривание.

Клейстеризация

В теплом водном растворе в молекулах крахмала в большем количестве накапливается вода. Из-за этого происходит увеличение объема, приводящее к набуханию и последующему разрыву первоначально твёрдых зерен крахмала. Образуется вязко-текучий раствор, вязкость которого зависит от объема поглощенной воды и различается для разных видов зерновых. Например, рисовый крахмал набухает значительно сильнее, чем солодовый. Этот процесс, при котором расщепления веществ не происходит, называется клейстеризацией. Так как клейстеризованный крахмал не содержит твердых крахмальных зерен, то содержащиеся в жидкости (т.е. в заторе) ферменты могут на него воздействовать непосредственно.

Расщепление же неклейстеризованного крахмала длится многие сутки. Под клейстеризацией понимают набухание и разрыв оболочки зерен крахмала в теплом водном растворе. Освободившиеся молекулы крахмала в этом вязком растворе лучше подвергаются действию амилаз, чем неклейстеризованный крахмал. Температуры клейстеризации различны для каждого вида зерновых: крахмал солода и ячменя клейстеризуется в присутствии амилаз при 60°С, рисовый крахмал - при 80-85°С.

Осахаривание

б-амилаза разрывает цепочки амилазы и амилопектина главным образом на декстрины с 7-12 глюкозными остатками. От концевых групп образовавшихся цепочек в-амилаза отщепляет двойные группы (мальтозу). Этот процесс неизбежно продолжается дольше, чем разделение более длинных цепочек б-амилазой. Из-за разной длины цепочек кроме мальтозы образуются и другие сахара, глюкоза и мальтотриоза. Во всех случаях расщепление веществ останавливается на 2-3 глюкозных остатках перед 1,6-соединениями амилопектина, так как эти 1,6-соединения не могут быть расщеплены ни б-, ни в-амилазой. Эти предельные декстрины всегда содержатся в нормальном сусле. В солоде, правда, содержится фермент (предельная декстриназа), который способен растворять кроме 1,4-соединений также и 1,6-соединения, но при оптимальной для этого фермента температуре в 50-60°С он едва ли имеет значение для процесса получения осахаренного затора. При 70°С обнаруживается лишь слабая активность предельной декстриназы. При расщеплении крахмала амилазами солода происходит следующее.

б-амилаза расщепляет длинные цепочки крахмала до более коротких декстринов. Она действует оптимально при 72-75°С и быстро разрушается при 80 °С. Оптимальное значение величины рН составляет 5,6 - 5,8. в-амилаза отделяет от нередуцированных концов цепочек мальтозу, при этом образуются также глюкоза и мальтотриоза. Она действует оптимально при 60-65°С и очень чувствительна к более высоким температурам; уже при 70 °С она быстро инактивируется. Оптимальное значение рН составляет 5,4-5,5. Расщепление крахмала следует контролировать, так как остаток не расщепленного крахмала и более крупные декстрины вызывают в пиве клейстерные помутнения.

Образующиеся при затирании продукты расщепления крахмала существенно различаются по сбраживаемости пивными дрожжами. Так, например, декстрины не сбраживаются; мальтотриоза сбраживается всеми сильно сбраживающими штаммами дрожжей, но мапьтотриоза расщепляется дрожжами лишь тогда, когда сброжена мальтоза, а именно при дображивании (сахар дображивания).

Мальтоза и другие дисахариды сбраживаются дрожжами хорошо и быстро (сахар главного брожения).

Глюкоза подвергается действию дрожжей в первую очередь (сахар забраживания).

Расщепление белковых веществ

Все (высокомолекулярные) протеины за исключением небольшого количества выпадают в осадок самое позднее при кипячении сусла. Поэтому в пиво попадают только продукты расщепления, которые, однако, безусловно, необходимы для размножения дрожжей и быстрого сбраживания.

Ферментативное расщепление белковых веществ должно рассматриваться дифференцированно, так как: при 45-50°С о большей степени образуются низкомолекулярные продукты расщепления, особенно пептиды и аминокислоты; и при 60-70 °С в большей степени образуются высокомолекулярные продукты расщепления, которые считаются обеспечивающими пеностойкость. Аминокислоты имеют большое значение для питания дрожжей. Дрожжи потребляют как минимум 10-14 мг б-аминного азота на 100 мл сусла. Так как аминокислота пролин как поставщик б-аминокислоты для дрожжей не используется, то в сусле должно содержаться б-аминного азота не менее 20 мг/100 мл. Если этого значения не удастся обеспечить, то это приводит: к снижению скорости размножения дрожжей; к торможению процессов брожения и созревания; к сохранению в пиве нежелательных веществ, придающих ему букет молодого пива.

Из хорошо растворенного солода всегда получают сусло, содержащее достаточное количество б-аминокислот. Разумеется, если добавлять несоложенное сырье, сахар или сироп, то это не прибавляет в сусло аминокислот, и следует проводить аминокислотную паузу при 45-50 °С. Однако если применять хорошо растворенный солод, то ради образования низкомолекулярных продуктов расщепления белков не имеет смысла выдерживать паузу при 45-50 °С. Продолжительная пауза при 45-50 °С всегда дает в последующем плохую пену.

1.2.3 Начало затирания

Под началом затирания понимают процесс, включающий в себя возможно более тщательное перемешивание помола (засыпи) с водой (наливом) при предписанной температуре начала затирания.

Гидромодуль, то есть соотношение засыпи и главного налива является очень важным фактором, поскольку он определяет концентрацию первого сусла. Можно считать, что при гидромодуле 1:3. Естественно, затор приготовляют гуще, чем требуемая экстрактивность начального сусла, а именно с экстрактивностью первого сусла 16-20%, чтобы затем можно было направить через дробину количество воды, достаточное для ее выщелачивания и одновременного разбавления сусла до требуемой массовой доли сухих веществ. Тем самым от гидромодуля при затирании зависит состав сусла и тип пива. Для светлого пива следует выбирать в общем больший гидромодуль, то есть 300-400 л/100 кг засыпи.

Тем самым достигают ускорения ферментативных реакций. Для темного пива выбирают более густой гидромодуль, то есть 300-350 л/100 кг засыпи. Этим достигают того, что ароматические вещества солода могут путем карамелизации образоваться в заторе в увеличенном количестве. Объем затираемого помола составляет 70-80 л/100 кг засыпи.

1.3 Способы затирания

Процесс затирания состоит в том, что температуру затора поднимают до оптимальных температур для действия тех или иных ферментов, и затем выдерживается пауза. Паузы задаются при следующих оптимальных для ферментов температурах:

45-50°С - белковая пауза и пауза для расщепления в-глюкана;

62-65°С - мальтозная пауза;

70-75°С - пауза для осахаривания;

78°С - температура окончания затирания.

По виду повышения температуры различают две группы способов затирания:

настойный (инфузионный) способ;

отварочный (декокционный) способ.

При инфузионном способе весь затор при поддержании пауз последовательно нагревается до температуры окончания затирания, причем части затора не кипятятся.

При способе с отварками температура повышается благодаря тому, что часть затора (отварку) отделяют и кипятят. При обратной перекачке к остальному затору температура всего затора повышается на следующую ступень температурной обработки.

При выборе способа затирания следует рассмотреть ряд точек зрения на приготовление затора и сусла, которые бы по своему составу соответствовали желаемому типу пива. Это касается, например, содержания сбраживаемых сахаров, определяющего конечную степень сбраживания, или обеспечения достаточно высокого уровня высокомолекулярных белков для достижения полноты вкуса и пеностойкости пива. Именно выбранный способ затирания дает хорошую возможность влиять на характер пива.

1.3.1 Настойные способы

Простейшей группой среди способов затирания являются настойные, так, как при применении этих способов весь затор никогда не разделяется. Нагревание всего затора осуществляют постепенно, с выдерживанием температурных пауз, необходимых для действия ферментов. Для настойного способа затирания требуется только одна обогреваемая ёмкость. Так как затор не перекачивается, поглощение воздуха минимально, что является позитивным фактором, поскольку кислород при затирании ведет к окислению полифенолов, а с ними - и к размыванию вкуса, более высокой цветности готового пива. При инфузионном способе большую роль играет эффект перемешивания. Мешалка должна иметь возможность приспосабливаться к соответствующей стадии процесса затирания благодаря электродвигателю привода мешалки с переключением полюсов и двумя скоростями или должна иметься возможность для плавного регулирования. При этом возрастает значение конструкции лопасти мешалки. Если при выдерживании паузы мешалку выключают, то увеличивается время осахаривания и фильтрования затора, а выход экстракта ухудшается, так как образуется перепад температур, ухудшающий переход экстрактивных веществ в сусло и затрудняющий работу ферментов.

1.3.2 Отварочные способы затирания

Общим для отварочных способов затирания является то, что часть затора отбирают и кипятят. После обратной перекачки температура всего затора повышается. По числу этих отварок различают трех-, двух- и одноотварочный способы затирания. В последнее время мы имеем дело с общей тенденцией к уменьшению числа отварок.

Отбор и кипячение отварок оказывает следующее воздействие:

из-за быстрого нагревания белки той части затора, которую кипятят, меньше расщепляются;

повышается степень клейстеризации и разжижения крахмала;

происходит более сильное выщелачивание веществ, содержащихся в мякинных оболочках;

образуется больше меланоидинов;

усиленно испаряется диметилсульфид;

происходит уменьшение содержания ферментов в объединенном заторе;

несколько увеличивается выход варочного цеха.

В связи с кипячением затора при отварочных способах потребляется больше энергии (в среднем на 20%.), чем при использовании настойных способов. Повышенный расход тепловой энергии в отварочных способах связан с большей продолжительностью процесса в целом, испарением воды при кипячении и дополнительным расходом электроэнергии из-за работы насосов при перекачках.

Отварка

Для протекания процессов расщепления при затирании особое значение имеет использование определенного вида и числа отварок: если выключить мешалку, то твердая фаза затора, густой затор, осаждается на дне емкости, тогда как жидкая фаза затора, жидкий затор, собирается в ее верхней части. Жидкий затор можно отобрать с помощью декантатора поплавкового типа.

Чтобы извлечь еще оставшиеся нерасщепленными частицы крахмала, густой затор следует кипятить. Жидкий затор кипятить не следует, так как он насыщен перешедшими в раствор ферментами качестве отварки используют по возможности наиболее густую часть затора. При обратной перекачке затора (соединении отварки и основной части затора) для сохранения ферментов в объединенном заторе при постоянном помешивании перекачивают отварку в основную часть затора, и никогда не поступают наоборот.

Чтобы исключить ненужный вредный контакт затора с воздухом, в настоящее время при перекачке не допускается объединение затора путём подачи отварки сверху; обратную перекачку осуществляют путём подачи затора по мере возможности снизу.

Объем отварок, отбираемых для кипячения, устанавливается таким образом, чтобы поднять температуру объединённого затора до желаемой. Этот объём известен из опыта пивоварения и составляет от 1/3 до 1/4 от общего объёма затора. При изменении способа затирания объём отварок можно рассчитать по приведённой ниже формуле. При этом исходят из того, что температуру отварки после кипячения лучше понизить путём охлаждения до 90°С.

(1.1)

При кипячении все ферменты инактивируются, но для полного расщепления крахмала требуются амилазы, которые остаются в основной части затора, неподвергавшейся кипячению. Поэтому кипятить весь затор не следует. Определенную роль играет продолжительность кипячения, поскольку при её увеличении растворяется больше крахмала. Так как кипячение связано с определенным потреблением энергии и высокими затратами, длительность кипячения всегда в необходимой степени ограничивают. По возможности при кипячении затора избегают интенсивного парообразования в целях экономии энергии. Обычно затор кипятят для производства светлого пива - 10-15 мин, для производства темного пива - 20-30 мин.

Так как большое число отварок требует больше энергии и времени, стремятся обойтись их минимальным числом (1 или 2) и тем самым работать быстрее и с наименьшими затратами. Поэтому по числу отварок различают: одноотварочные способы; двухотварочные способы; трехотварочные способы.

1.3.3 Одноотварочные способы

Одноотварочные способы - это в принципе те же настойные способы, в которых повышения температуры - чаще всего до 65 и 75°С - чаще всего достигают путём отбора, кипячения и обратной перекачки отварки. Схема такого одноотварочного способа может быть следующей:

Начало затирания при 35°С и медленное нагревание до 50°С (или начало затирания сразу при этой температуре); пауза при 50°С и нагрев всего затора до 64°С, последующая более длинная пауза (мальтозообразование). Отделение и кипячение отварки 15-30 мин. Затем следует соединение отварки с остатком затора с последующим повышением температуры до 75°С и осахариванием. Отварки можно также делать между паузами от 35°С до 50°С или между 50°С и 64°С, но следует учитывать, что в этих случаях нерастворимые части отварки меньше осаждаются и тем самым достигается меньший эффект. Особым вариантом одноотварочных способов является затирание с кипячением всей густой части затора: в этом случае затирают при 35°С и отбирают отстоявшуюся часть затора, около 20%. Всю оставшуюся густую часть затора нагревают до кипения при соблюдении необходимых температурных пауз и кипятят 30-40 мин. Затем оставшуюся часть затора охлаждают до 65°С, при этом за счёт добавления жидкой части затора образуется мальтоза, затем затор нагревают до температуры осахаривания и после осахаривания затор перекачивают в фильтрационный аппарат (рис. 1.1).



Рис. 1.1 - Одноотварочный способ затирания

1.3.4 Двухотварочные способы

Классический двухотварочный способ начинается с затирания при 50°С. После общей для всего затора короткой температурной паузы отбирается густой затор и после последовательного выдерживания необходимых коротких температурных пауз он нагревается до кипения, 15-20 мин кипятится, и путем его перемешивания температура всего затора повышается до 64 °С и выдерживается пауза для мальтозообразования. Через короткое время отбирается второй раз густой затор и нагревается до кипения. Вторая отварка кипятится несколько меньше, чем первая, и с её помощью общий затор нагревается приблизительно до 75°С и перекачивается в фильтрационный аппарат. Двухотварочный способ затирания занимает около 3-3,5 часов. Если рассматривать диаграмму затирания этого способа, то бросается в глаза, что преобладает температура 50°С и поэтому происходит очень глубокое расщепление белка и в-глюкана. От этого страдает полнота вкуса и пенообразование, получается «пустое» пиво, вкус которого можно исправить только частично, добавляя тёмный солод. Чтобы изменить положение, начало затирания можно проводить при 50°С и нагревать затор до 62 °С или использовать дополнительный налив горячей воды, чтобы можно было более точно контролировать продолжительность белковой паузы. Другую возможность представляет собой начало затирания при 35°С и отбор первой отварки. Конечно, при этом следует стараться контролировать расщепление белков, что сегодня осуществляют прежде всего путем контроля содержания свободного аминного азота (FAN).

Особый вид двухотварочного способа - это ускоренный способ затирания с двумя короткими отварками. Температура начала затирания в этом случае - 62°С, продолжительность всего процесса затирания - только 2 часа. Он может проводиться также с использованием только одной отварки. Для применения этого способа требуется очень хорошо и равномерно растворенный солод. Температура начала затирания в 62 °С - выше оптимальных температур для расщепления белков; несмотря на это, при данной температуре всё ещё идёт интенсивное расщепление и можно ожидать хорошего пенообразования. Однако расщепление в-глюкана здесь не происходит, и именно поэтому для данного способа требуется очень хорошо растворенный солод.

1.3.5 Способы затирания с применением несоложенного сырья

Известно, что необходимый для брожения сахар образуется из крахмала солода благодаря работе ферментов. Крахмал, естественно, содержится не только в солоде, но и во всех видах зернопродуктов. Во многих странах эти зернопродукты значительно дешевле сравнительно дорогого солода. Если не чувствовать себя связанным - как в Германии - законом о чистоте пивоварения, для производства сусла можно частично применять эти более дешевые зернопродукты, которые в отличие от солода называют несоложенным сырьем. При затирании ферменты солода должны проводить также расщепление и этих материалов. Если применять не больше 15-20 % несоложеных зернопродуктов, то потенциала ферментов солода хватает и для их расщепления. При большей процентной доле несоложеного сырья для поддержания процессов расщепления следует добавлять ферментные препараты, так как иначе процессы расщепления неоправданно затянулись бы или даже вообще прекратились.

В качестве несоложеного сырья применяют особенно часто рис и кукурузу, а также ячмень, пшеницу и сорго (последнее, прежде всего в африканских странах). Сахар не относится к несоложеным зернопродуктам, но как поставщик экстракта также рассматривается как несоложеное сырье.

Химические реакции при расщеплении крахмала во время переработки несоложеного сырья всегда те же, что и при расщеплении крахмала в солоде, однако зерна крахмала у разных зернопродуктов имеют различные размеры, очень сильно отличаются по их локализации в крахмальных клетках и окружены разными составными веществами оболочек. Это приводит к различному поведению зерен крахмала при клейстеризации и соответственно - к применению различных способов затирания в зависимости от вида зернопродуктов. Одновременно растворяются и другие вещества или они расщепляются ферментами солода, так что состав затора и сусла, а с ними и пива изменяется. Это влияет на брожение, фильтрование, вкус пива и другие параметры. Так, пиво, изготовленное с рисом, имеет более чистый и сухой вкус, а изготовленное с кукурузой склонно к несколько смягченному вкусу. При добавлении несоложеного сырья следует учитывать, что в нем белковые вещества еще находятся в стабильной форме и расщеплены незначительно из-за отсутствия предшествовавшего затиранию процесса солодоращения. Поэтому заторы с несоложеным сырьем содержат меньше низкомолекулярных продуктов расщепления белковых соединений (FAN), чем полностью солодовые заторы. Следует обращать особое внимание на то, чтобы дрожжи путем более интенсивного расщепления белков получали бы достаточное количество свободного аминного азота. Несмотря ни на что, пиво с несоложеным сырьем всегда содержит меньше азота и полифенолов (их тем меньше, чем выше содержание несоложеного сырья). Переработка несоложеного сырья всегда ведет к изменению вкуса пива, и это изменение тем значительнее, чем больше добавка несоложеного сырья. Изменение вкуса, которое не обязательно следует заранее рассматривать как его ухудшение, при применении несоложеного сырья нужно учитывать, особенно если на рынке присутствует конкурент, работающий без использования несоложеного сырья и производящий пиво только из ячменного солода.

Затирание с рисом

Из несоложеного зернового сырья наиболее тяжелым для переработки является рис. Зерна рисового крахмала очень невелики и твердые. В теплой воде зерна набухают очень медленно. Для их клейстеризации следует поднимать температуру до 75-80 °С или выше, но при такой температуре амилазы быстро погибают, так что при переработке риса нужно использовать другие методы. Кроме того, рисовый крахмал очень сильно набухает при клейстеризации - значительно больше, чем у других видов зернопродуктов, и поэтому клейстер легко может пригореть. Если затирать густо, то набухание может быть таким сильным, что у мешалки не хватит мощности и если не принять никаких мер, то она остановится. Поэтому чтобы б-амилаза солода смогла разжижить очень сильно загущенный клейстер, следует искать компромиссное решение, б-амилаза при 80°С инактивируется за короткое время и не способна больше к разжижению. Имеется несколько путей решения проблемы.

Если рисовый затор не слишком густ, то опасность пригорания не очень большая. Для растворения риса зачастую применяют котел для разваривания несоложеного сырья. В более старых заторных агрегатах - это герметичный котел, в котором рисовый затор под давлением (при температурах выше 100 °С) клейстеризуется и оптимально растворяется; в настоящее время затор из несоложеного сырья кипятят обычно без избыточного давления, так как полученное увеличение выхода экстракта едва ли стоит расхода дополнительной энергии

Рисовую крупку затирают вместе с 10-20% солодового затора и выдерживают 10-20 мин при 78 °С. При этом почти все рисовые зерна крахмала клейстеризуются, разжижаются и почти не возникает опасности, что при последующем кипячении рисовый затор пригорит.

Существуют сорта риса, которые клейстеризуются лишь при температуре свыше 80°С. Поэтому для полной уверенности следует нагреть рисовый затор до 85-90°С, клейстеризовать его и затем вновь охладить до 70-75°С, чтобы за короткое время провести осахаривание при добавлении солодового затора. Однако у этого способа имеется недостаток: очень трудно хорошо перемешать солодовый затор с очень вязким рисовым затором. Всегда лучше, если есть возможность смешать рисовый затор перед его клейстеризацией с частью солодового затора (минимум 10%)

Еще одна возможность состоит в тем, чтобы рисовый затор с 10-20% солодового затора медленно нагревать до температуры свыше 80°С, чтобы клейстеризующийся крахмал разжижать еще оставшейся активной б-амилазой солода.

Совершенно надежный метод состоит в том, чтобы добавлять товарную термостойкую б-амилазу бактериального происхождения, которая еще сохраняет свою активность при температурах выше 80 °С и при этом разжижает вязкий рисовый затор. Если удалось клейстеризовать и разжижить рисовый затор, то можно считать, что преодолен тяжелейший рубеж.

Режим затирания при использовании риса и ячменного солода высокого качества. Рисовый затор. Затирание риса начинают при температуре 70 °С и выдерживают его в течение 15 мин. Затем температуру повышают до 88°С и вновь выдерживают 15 мин, в результате чего происходит разжижение крахмала риса (рис. 1.2).

Рис. 1.2 - Режим затирания при использовании риса и ячменного солода высокого качества

Параллельно при температуре 37°С начинают затирание из расчета 5% от общего расхода солода. Выдерживают паузу в течение 15 мин, затем соединяют подработанный рис с солодовым затором, выдерживают при температуре 75°С в течение 15 мин, после чего температуру увеличивают до 100 °С и кипятят 25 мин.

Затирание основного солодового затора начинают при температуре 50 °С. За это время проходит цитолиз и протеолиз. При этой температуре затор выдерживается в течение 55 мин. Затем соединяют рисовую отварку с основным затором, в результате чего температура повышается до 63 °С, и выдерживают мальтозную паузу в течение 40 мин, после чего температуру поднимают до 72°С. При этой температуре активируется б-амилаза, образуя декстрины, мальтозу, а также небольшое количество мальтотриозы и глюкозы. Пауза выдерживается 20 мин до осахаривания. Затем температура увеличивается до 78°С и выдерживается 10 мин для лучшего осветления сусла. Далее затор подают на фильтрование.

Режим затирания ячменного солода и риса (при использовании недорастворенного солода и риса с высокой температурой клейстеризации).

Рисовый затор. Затирание начинают при температуре 70°С (рис. 1.2), выдерживают ее в течение 15 мин, затем повышают до 88 °С и выдерживают 15 мин. В этот период происходит разжижение крахмала риса. Параллельно с температуры 37°С начинают затирание 5% солода, пауза выдерживается в течение 15 мин. Затем смешивают рисовый и солодовый заторы и температуру повышают до 75°С. Пауза выдерживается 15 мин, после чего температуру увеличивают до 100 °С и кипятят 30 мин.

Затирание основного солодового затора начинают при температуре 37°С. Эта температурная пауза выдерживается в течение 15 мин, затем температура повышается со скоростью 1°С/мин до 50°С, выдерживается 30 мин. Далее соединяют рисовую отварку с основным затором, при этом температура поднимается до 63°С. Температурная пауза выдерживается 15 мин (рис. 1.3).



Рис. 1.3 - Режим затирания ячменного солода и риса

Отварка. Часть затора (1/3) отбирают и ведут затирание по следующему режиму: температура 72 °С - 10 мин, температура 100 °С - 15 мин. Оставшаяся часть затора выдерживается при температуре 63 °С в течение 55 мин, после чего соединяют отварку с затором и температура поднимается до 72 °С. При этой температуре затор выдерживают 20 мин до осахаривания. Затем температура увеличивается до 78 °С и затор выдерживается 10 мин. И начинают фильтрование.

Двухотварочный способ получения сусла с заменой 10-20% солода на рис А. Температура клейстеризации рисового крахмала менее 78°С.

1-я отварка. Рис и солод (10-20%) затирают при гидромодуле 5 (отношение зернопродукты: вода = 1:4) при температуре 50 °С. При этой температуре выдерживают 10- 15 мин, затем температуру повышают до 72-75°С и выдерживают 10 мин. Далее медленно (приблизительно 0,5 °С/мин) нагревают до 80 - 85°С, а затем до температуры кипения и кипятят 30-40 мин. В момент закипания рисового затора начинают отдельно затирать солод при температуре 50°С.

Готовый рисовый затор при постоянном перемешивании смешивают с солодовым затором, температура которого составляет 50-52 °С. В результате температура повышается до 63°С. После 15-минутной мальтозной паузы проводят вторую отварку.

2-я отварка. Отбирают 1/3 затора и кипятят в течение 15 мин, затем соединяют 2-ю отварку с основным затором. Температура повышается до 70-72 °С. При этой температуре объединенный затор выдерживают до полного осахаривания. Далее затор нагревают до 78 °С и фильтруют.

Б. Температура клейстеризации рисового крахмала выше 80 °С.

1-я отварка. Если температура клейстеризации рисового крахмала выше 80 °С, то зернопродукты затирают при гидромодуле 6. При этом рисовый затор сначала нагревают до 85-90°С. После выдержки в течение 20-30 мин (проходит клейстеризация рисового крахмала) затор охлаждают до 70-75 °С и добавляют 20% солодового затора, который предварительно затирали при 37 °С или 50 °С (в зависимости от качества солода). Вместо солода для разжижения можно использовать термостабильную б-амилазу. Далее затор выдерживают в течение 20-30 мин и медленно нагревают до кипения и кипятят 30-40 мин.

В момент закипания рисового затора начинают затирать оставшуюся часть солода при 50 °С.

Готовый рисовый затор при постоянном перемешивании смешивают с солодовым затором, температура которого составляет 50-52 °С. В результате температура повышается до 63 °С. После 15-минутной мальтозной паузы проводят вторую отварку.

2-я отварка. Отбирают 1/3 затора и кипятят в течение 15 мин, затем соединяют вторую отварку с основным затором. Температура повышается до 70-72 °С. При этой температуре объединенный затор выдерживают до полного осахаривания. Затем нагревают до 78 °С и передают на фильтрование.

B. Рисово-солодовый затор. Начало затирания при 60 °С.

1-я отварка. Рисовую крупу размалывают и затирают вместе с 5% солодовой части затора при температуре 60-66 °С и гидромодуле 6. После выдержки затора в течение 15 мин, температуру медленно (1 °С/мин) повышают до 80 °С. Затор выдерживают при этой температуре в течение 15 мин, затем его нагревают со скоростью 1 °С/мин до температуры кипения и кипятят в течение 15 мин. Для предотвращения пригорания рисового затора все операции проходят при постоянно работающей мешалке.

Затем рисовую отварку соединяют с основным затором, который выдерживали до этого в течение 30 мин при температуре 52°С, при этом температура медленно повышается до 62-63°С. Длительность мальтозной паузы составляет 30 мин.

2-я отварка. Отбирают 1/3 затора и кипятят в течение 15 мин, затем соединяют вторую отварку с основным затором. Температура повышается до 70-72°С. При этой температуре объединенный затор выдерживают до полного осахаривания. Затем нагревают до 78°С и передают на фильтрование.

Затирание с кукурузой

У зерен кукурузы имеются зародыши с очень высоким содержанием жиров (до 5%), которые при подготовке зерна удаляют и извлекают из них кукурузное масло. Кукуруза поступает на предприятие без зародышей в форме крупки (grits) или хлопьев (flakes). Крупка предлагается в тонко размолотом виде; ее обычно подают в развариватель несоложеного сырья с добавлением солода или без него, растворяют и клейстеризуют. Хлопья расплющивают в вальцовом станке для приготовления хлопьев; при этом увлажненные зерна проходят через гладкие, охлаждаемые изнутри вальцы, которые расплющивают зерна в плоские хлопья с усилием 50 т при одинаковой скорости вращения вальцов. В заключение проводят приблизительно при 160 °С клейстеризацию и сушку в сушилке с псевдокипящим слоем. Обработанные таким образом хлопья можно подавать в заторный аппарат без дальнейшей предварительной обработки. Мука может подаваться в заторный аппарат без предварительной обработки; сироп добавляется в сусловарочный котел перед перекачкой готового сусла на участок осветления и охлаждения. Для дальнейших стадий приготовления осахаренных заторов с кукурузой применяют технологические режимы, используемые для чистого солодового затора, причем, как правило, - двухотварочные способы затирания.

Технология затирания с заменой 15% солода необезжиренной кукурузой

Кукурузную крупку и 10% солода (солод является источником б-амилазы) затирают при 72°С в течение 20-30 мин (для клейстеризации и разжижения). Далее поднимают температуру затора со скоростью 1°С/мин до 100°С и кипятят в течение 20 мин. Остальное количество солода затирают, начиная с 52°С (белковая пауза) в течение 1 часа. По истечении этого времени соединяют солодовый затор с отваркой, повышая температуру общего затора до 63°С (мальтозная пауза). Затем повышают температуру до 72°С со скоростью 1°С/мин и проводят осахаривание. Далее температуру повышают до 76°С и перекачивают на фильтрование.

При использовании кукурузных хлопьев стадия клейстеризации крахмала из режима затирания исключается, так как технология получения кукурузных хлопьев предполагает клейстеризацию во время их приготовления.

Затирание с ячменем как несоложеным материалом

Ячмень без добавления ферментов можно в количестве до 20% перерабатывать с солодом как несоложеное сырье. Существует две возможности предварительной обработки ячменя:

в виде ячменного помола, полученного измельчением очень твердых ячменных зерен в отдельном вальцовом станке или молотковой дробилке; при этом крепко соединенные с эндоспермом оболочки также измельчаются, что следует учитывать при фильтровании затора;

в виде ячменных хлопьев из обрушенного или необрушенного ячменя, полученных плющением в специальном плющильном станке; этот метод, однако очень дорог и его использование в пивоварении приводит к повышенным затратам.

Предварительно подготовленное таким образом ячменное сырье можно перерабатывать вместе с солодовым затором. Если с расщеплением крахмала едва ли возникнут большие проблемы, то с расщеплением белка наверняка будут иметься большие сложности. Самой большой проблемой может стать в-глюкан, так как он пока что не подвергался расщеплению, и здесь следует ожидать затруднений с фильтрованием. Оправдывают себя такие мероприятия, как выдержка паузы при температурах 45-50 °С, оптимальных для эндо-в-глюканазы. Ячмень естественно дает меньше экстракта, чем солод. Примерно 125 кг ячменя (или 120 кг обрушенного ячменя) могут заменить 100 кг солода. Применение ячменя как несоложеного сырья выгодно только в том случае, если цена солода существенно выше и в наличии имеется недорогой ячмень с низким содержанием белка. Ячмень как несоложеное сырье, в случае применения его в количестве более 20%, требует добавления ферментных препаратов.

Одним из основных отличий между солодом и ячменем является целостность клеточных стенок, которые окружают крахмальные гранулы. Следовательно, основная задача при переработке заторов, содержащих ячмень, заключается в эффективном цитолизе. С этой целью используют цитолитические ферменты, а также затирание с одной или двумя отварками.

Известны технологии с предварительным развариванием несоложеного материала под давлением. При этом обнаружено, что с увеличением температуры термической обработки несоложеного ячменя от 100 до 143 °С наблюдается сравнительно равномерное повышение выхода экстракта: с использованием 20% несоложеного ячменя - на 0,7%; 30% - 0,8%; 40% - на 1,1% и 50% - на 1,2%. Продемонстрировано, что с увеличением температуры термической обработки несоложеного ячменя происходит сокращение продолжительности фильтрации затора. При обработке несоложеного сырья при температуре 143°С продолжительность фильтрации заторов сокращается на 12,5-9,6% в зависимости от доли несоложеного ячменя в заторе по сравнению с обработкой его при температуре 100 °С. Однако при этом существенно меняется углеводный состав сусла: в нем увеличивается содержание глюкозы (на 22,8-45,1%), в то время как уровень мальтозы возрастает только на 6,0-7,6%.

Установлено также, что термическая обработка несоложеного ячменя при повышенных температурах способствует гидролитическому расщеплению высокомолекулярных пентозанов до конечных продуктов - ксилозы и арабинозы, причем на долю ксилозы приходится более 70% их общего содержания, что также влияет на качественные показатели пива. Положительным фактором при термической обработке является снижение вязкости заторов и сусла.

При термической обработке происходит изменение азотного состава сусла, возрастает количество растворимого азота в зависимости от доли ячменя в заторе от 5,5% до 13,4%. Увеличение растворимого азота в сусле происходит равномерно за счет всех фракций, однако чем больше несоложеного ячменя в заторе, тем в большей степени возрастает содержание общего растворимого азота, что происходит за счет высокомолекулярных азотистых веществ фракции А (по Лундину). Содержание аминного азота в сусле с повышением температуры обработки несоложеного ячменя со 100 до 138°С остается неизменным. При дальнейшем повышении температуры (до 143°С) уровень аминокислот падает, что связано с усилением реакции меланоидинообразования.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Описание технологии производства пива «Рецептура №1», «Рецептура №2» и «Рецептура №3»

В технологической схеме производства пива можно выделить несколько этапов (приложение 1):

подготовка воды

дробление зернопродуктов

затирание

фильтрование затора

варка сусла

осветление и охлаждение сусла

брожение

дображивание

2.1.1 Подготовка воды

Для производства используют водопроводную воду. Ее подвергают очистке. Вода из трубопровода проходит через установку водоподготовки 1, где последовательно очищается сначала от грубых механических примесей, затем происходит ультрафильтрация, умягчение и завершающая стадия - обеззараживание при помощи УФ-лампы. Далее вода подается на производство.

2.1.2 Дробление зернопродуктов

Для приготовления представленных в данном проекте сортов пива используют солод ячменный светлый, солод карамельный, кукурузная крупка, рисовая сечка, ячмень. Дробление зернопродуктов проводят при помощи солододробилки 4. Дробление представляет собой процесс измельчения зернопродуктов (солода и несоложеных материалов). Дробление солода необходимо проводить таким образом, чтобы по возможности сохранить целостность зерновой оболочки, которая будет служить фильтрующим слоем в процессе фильтрования затора.

После дробления солода образуется несколько фракций: оболочки, крупная крупка, мелкая крупка и мука. Примерный рекомендуемый состав помола: муки - 20-30%, крупки - 50-60%, шелухи - 20%. При таком соотношении обеспечиваются нормальный режим затирания и фильтрации сусла.

Кукурузная крупка и рисовая сечка чаще всего поступают на предприятие уже в раздробленном виде. Ячмень дробят вместе с солодом, добавляя его небольшими порциями в общую массу солода.

2.1.3 Затирание по одноотварочному совместному способу

При этом способе затирания солода и несоложенного сырья, все сырье затирают одновременно при температуре 40 °С в заторном аппарате 3.

Для того чтобы в период разваривания густой части затора сохранить активность ферментов жидкую часть затора снимают с помощью декантационного устройства и насосом 8 перекачивают в заторный аппарат 5. Для расслоения затора перед декантацией жидкой части мешалку выключают после 20-ти минутной выдержки при температуре 63°С.

Отобранную жидкую часть затора выдерживают отдельно в заторном аппарате 5 до соединения ее с прокипяченной густой частью.

Разваривание густой части затора и клейстеризацию крахмала, оставшихся после отбора жидкой части, осуществляют только после окончания действия имеющихся в заторе ферментов.

После разваривания густая часть затора соединяется с ранее отобранной жидкой частью в заторном аппарате 5 для воздействия ферментов, сохранившихся в жидкой части затора.

Затирание ведут по следующему режиму:

Таблица 2.1 - Режим затирания по одноотварочному совместному способу

Наименование операции	Температура, °С	Продолжительность, мин.	Примечание
Выдержка	при 40	20
Подогрев	до 52	10
Выдержка	при 52	30
Подогрев	до 63	10
Выдержка	при 63	30-40
Откачка жидкой части		10
Подогрев гущи	до 70	10
Выдержка	при 70	15-20
Подогрев	до 100 (быстро)	20-25
Кипячение		30
Наименование операции	Температура, °С	Продолжительность, мин.	Примечание
Объединение густой части затора с жидкой	70	10
Выдержка	при 70	до 30	Уточняется проверкой на осахаривание в процессе осахаривания
Подогрев	до 72-73	5
Выдержка	при 72-73	до полного осахаривания
Подогрев	до 76	перекачка затора на фильтрование

2.1.4 Фильтрование затора

В фильтровании затора различают две стадии: отделение первого сусла и вымывание экстрактивных веществ, содержащихся в дробине (промывание дробины). Сусло и промывная вода должны стекать максимально прозрачными, в противном случае осветление сусла и пива в последующих операциях значительно затрудняется, а готовое пиво может иметь грубый вкус и не свойственную пиву горечь.

Перед перекачиванием затора вымытый фильтрационный аппарат 9 с тщательно уложенными фильтрационными ситами ополаскивают горячей водой. Затем закрывают краны фильтрационной батареи и проверяют плотность закрытия люка для дробины. Для вытеснения воздуха из труб батареи и подситового пространства чана, их заполняют горячей водой снизу так, чтобы вода на 1-1,5 см покрыла сита. При снижении температуры фильтруемого затора вязкость сусла возрастает, поэтому вода для промывания дробины поступает из водонагревателя 2 с температурой 78-80°С.

При непрерывной работе мешалки заторного чана 5 затор быстро перекачивают насосом 8 в фильтрационный аппарат 9 (после освобождения заторного аппарата его промывают от остатков затора, промывную воду также направляют в фильтрационный аппарат). Для предотвращения попадания частиц дробины под сита необходимо следить за тем, чтобы струя затора не была направлена непосредственно на сито.

Далее оставляют затор в полном покое на 25-30 мин для расслаивания до осветления слоя сусла над дробиной. После расслаивания затора следует освободить подситовое пространство и трубки фильтрационной батареи от попавших туда при перекачке частиц дробины. Для этого по одному или попарно быстро открывают и закрывают краны фильтрационной батареи, чтобы вызвать движение жидкости под ситами. Вытекающее мутное сусло возвращают обратно в чан; это повторяют до тех пор, пока из кранов не потечет прозрачное сусло.

Обычно процесс фильтрования затора начинают путем открывания кранов через 5-15 мин после начала перекачивания затора в фильтрационный аппарат. Следует следить, чтобы возврат мутного сусла в фильтрационный аппарат не нарушал фильтрационного слоя. Для этого струя возвращаемого в чан мутного сусла должна направляться на стенку фильтрчана по касательной.

Вытекающее из кранов в приемник фильтрационной батареи прозрачное сусло направляют в сусловарочный аппарат 10.

При фильтровании первого сусла краны фильтрационной батареи открывать полностью не следует. Степень их открытия устанавливается в зависимости от скорости фильтрования с тем, чтобы под ситами не образовалось вакуума и в слой дробины не втягивались верхние, более легкие слои, а также, чтобы под сита не мог попасть воздух, так как все это может значительно замедлять процесс. При фильтровании затора следует стремиться к тому, чтобы первое сусло было отфильтровано наиболее полно для возможности снижения концентрации общего сусла при наборе возможно большего количества промывных вод и снижения потерь экстракта в дробине.

Промывание ведут до массовой доли сухих веществ в промывной воде 0,5%. Если в силу каких-либо причин набор сусла в сусловарочный аппарат закончен при более высокой массовой доле сухих веществ в промывной воде, то промывную воду надо собирать в сборник промывной. Температуру промывной воды в сборнике следует поддерживать не ниже 70 °С.

2.1.5 Кипячение сусла с хмелем

Собранное в сусловарочном аппарате пивное сусло подвергается кипячению с добавлением хмеля. Для охмеления сусла применяют гранулированный хмель или прессованный хмель в виде хмелевых шишек.

В процессе набора в сусле, стекающем из фильтрационного аппарата 9 в сусловарочный аппарат 10, (соответственно и в промывной воде) во избежание инфицирования поддерживают температуру на уровне 63-75 °С. Выше 75°С температуру поднимать не следует в целях сохранения возможно дольше части ферментов в активном состоянии.

Начинать кипячение сусла необходимо после набора всего количества сусла. Сусло должно интенсивно кипеть в течение двух часов. Рекомендуется процесс кипячения проводить с таким расчетом, чтобы количество испаряемой воды составило не менее 5-6% в час.

Норму внесения хмеля или продуктов его переработки (гранулированный хмель, экстракты и т.д.) на 1 дал горячего сусла определяют с учетом величины их горечи (содержанием альфа-кислот) и установленной нормы горьких веществ на 1 дал горячего пивного сусла для данного сорта пива.

Общая продолжительность кипячения сусла с хмелепродуктами должна быть не менее 1,5-2 часов. Конец кипячения сусла определяется по массовой доле сухих веществ в нем, свертыванию белково-дубильных веществ в крупные хлопья и прозрачности горячего сусла. Хорошо прокипяченное сусло в стаканчике при просматривании на яркий свет (на электролампочку) должно быть прозрачным. В нем должны плавать крупные хлопья свернувшихся белков, быстрооседающие на дно стаканчика. Отобранную в цилиндр пробу сусла, помешивая, быстро охлаждают до 20 °С, поместив цилиндр в проточную воду, затем в цилиндр опускают сахарометр и определяют массовую долю сухих веществ. Показание сахарометра должно соответствовать требуемой массовой доле сухих веществ в начальном сусле изготовляемого сорта пива. Если эта величина еще не достигнута, то кипячение сусла продолжают до требуемой массовой доли сухих веществ.

2.1.6 Осветление сусла в гидроциклонном аппарате

Для осветления сусла используют гидроциклонный аппарат, который обеспечивает быстрое отделение от сусла белково-дубильных веществ и размельченной хмелевой дробины, попадающей в гидроциклонный аппарат при использовании брикетированного, гранулированного или другого дробленого хмеля.

Сусло подают в гидроциклонный аппарат 11 насосом 8 через входной патрубок, в котором установлено сопло. Скорость сусла на выходе из сопла 15-20 м/сек. Так как струя сусла направлена тангенциально, создается вращение сусла внутри аппарата, в результате чего взвешенные частицы собираются в центре днища, образуя осадочный конус.

В случае, если по каким-либо причинам не была обеспечена требуемая для осаждения взвесей скорость вращения сусла в аппарате, производят повторную рециркуляцию сусла с помощью насоса в течение 15-20 мин.

Время заполнения гидроциклонного аппарата обычно в пределах 15-20 мин.

После осветления (ориентировочно через 20 мин) сусло перекачивают на охлаждение. Образовавшийся в центре аппарата конусообразный осадок белкового отстоя и хмелевой дробины удаляют из аппарата.

Далее осветленное сусло из гидроциклонного аппарата 11 насосом 8 перекачивают через теплообменник 12, где сусло охлаждается до начальной температуры брожения 8-10°С, в бродильный аппарат 13.

2.1.7 Брожение сусла и дображивание пива

Пивное сусло после теплообменника при температуре 8-10°С направляют в тщательно вымытый и подготовленный аппарат брожения. Дрожжи вводят в бродильный аппарат из расчета 0,5 - 0,6 л на 10 дал сусла. Конкретная величина нормы введения семенных дрожжей устанавливается технологом в зависимости от состава сусла и других условий предприятия с таким расчетом, чтобы было обеспечено быстрое начало брожения сусла.

Брожение ведется по определенному температурному графику, намечаемому технологом, при ежедневном контроле. Температурный режим может уточняться в зависимости от интенсивности брожения, снижения видимого экстракта за предыдущие сутки, фактической температуры пива в аппарате. На третьи сутки допускается подъем температуры до максимальной (11-12°С). Максимальную температуру поддерживают в течение 24-36 ч и постепенно охлаждают чан с тем, чтобы к концу брожения температура плавно понизилась до 6-7°С.

При сбраживании сусла контролем процесса может служить внешний вид сбраживаемого сусла. В этом случае началу брожения соответствует стадия забела, интенсивному брожению - стадия низких и высоких завитков, а в конце брожения на поверхности пива образуется темно-коричневый плотный слой осевшей пены с включением дрожжей, белков и окислившихся хмелевых смол (так называемая «дека»). В этой стадии дрожжи оседают на дно, наступает осветление пива. Для лучшего оседания и осветления пива температуру перед перекачкой резко снижают. Освобожденный от пены участок пива выглядит почти черным, пузырьки двуокиси углерода выделяются редко. Перед перекачиванием молодого пива в аппарат дображивания деку снимают. Перекачивание проводят насосом 14 в аппарат дображивания 15.

Дображивание пива проводится при температуре от 0 до +2 °С в закрытых аппаратах без контакта с воздухом, под давлением двуокиси углерода 39,2-58,8 кПа. Люк в аппарате герметически закрывают и оставляют открытым только воздушный кран, через который вытесняется пивом воздух из аппарата.