Кип’ятіння сусла з хмелем

Метою кип’ятіння сусла з хмелем є стабілізація його складу та ароматизація хмелем. Кип’ятінням досягають упарювання сусла до встановленої концентрації, екстрагування з хмелю ароматичних і гірких речовин, інактивація ферментів, коагуляції білків та стерилізації сусла. [4]

Отримане в процесі фільтрування сусло кип’ятять протягом 1-2 годин з додаванням хмелю. Кип’ятіння сусла проводять в сусловарильних апаратах, в яких створюються умови для інтенсивного кип’ятіння сусла. Кінцевим продуктом після стадії кип’ятіння є гаряче охмелене сусло.

При кип’ятінні сусла відбувається ряд процесів:

- розчинення і перетворення компонентів хмелю;

- утворення і коагуляція білкових і дубильних речовин;

- випаровування води;

- стерилізація сусла;

- руйнування всіх ферментів;

- підвищення кольорності сусла;

- підвищення кислотності сусла;

- утворення редукуючих речовин;

- зміна вмісту у суслі диметилсульфіду та інших летких речовин.

При отриманні пива важливими компонентами хмелю є хмельові смоли і гіркі речовини хмелю, хмельова олія, дубильні речовини хмелю. Хмельові смоли або гіркі речовини хмелю – важливі для приготування пива хмельові компоненти, так як вони надають пиву гіркий смак, - кислоти – у холодному суслі майже не розчиняються. В киплячому суслі структура α-кислот витримує перебудову, яка називається ізомеризацією. Ізомеризовані сполуки, що виникли, мають значно більшу розчинність, ніж вихідні α-кислоти.

При кип’ятінні вихід ізогумулону, а з ним і гіркоти пива, залежить в основному від:

1) природи ізогумулонів. Різні складові частини α-кислот мають різну ступінь ізомеризації, кращий вихід ізогумулону дає когумулон. Шляхом використання сортів хмелю з високим вмістом когумулону отримують більшу гіркоту пива.

2 ) тривалість кип’ятіння. З підвищенням тривалості кип’ятіння підвищується вихід ізогумулону. Більша частина α-кислот до початку кип’ятіння ізомеризується і вихід із підвищенням тривалості кип’ятіння збільшується все повільніше. Через годину кип’ятіння більша частина гірких речовин ізомеризується.

3 ) величина pH. Більша величина pH завжди дає кращу ізомеризацію, але гіркота при більш низьких значеннях pH завжди відчувається більш вирівняною і тонкою.

4 ) концентрація гумулонів. З підвищенням норми внесення хмелю вихід ізогумулону зменшується, але це зменшення відбувається у вузьких межах (до10%).

5) відділення ізогумулонів із зависів гарячого сусла. Значна частина ізогумулону адсорбується зависями.

6 ) підвищення інтенсивності процесів ізомеризації, наприклад, за допомогою використання більш високих температур кип’ятіння.

7 ) ступінь подрібнення хмелю. Подрібнення підвищує швидкість екстракції і з нею – вихід гірких речовин.

При кип’ятінні сусла хмельова олія має таку властивість, як леткість, вона збільшується при тривалому кип’ятінні. Тому з метою часткового збереження у суслі кращих хмелевих олій, задають хміль з кращим ароматом за 15-20 хвилин до закінчення кип’ятіння.

Дубильні речовини хмелю розчинні у воді і зразу переходять у розчин. До цих речовин належать антоціаногени, таніни і катехіни. Вони беруть участь в утворенні завислих частинок гарячого сусла. При подальшому виробництві пива дубильні речовини полімеризуються все сильніше і можуть погіршувати стійкість пива. Дубильні речовини беруть участь в утворенні повноти смаку і гіркоти пива.

Дубильні речовини хмелю і солоду повність розчиняються у суслі і зв’язуються з його білками. Дубильні речовини солоду при цьому більш активні, ніж хмельові. Так як дубильні речовини знаходяться частково в окисленій формі, а білкові речовини мають різну величину молекул, утворюються різні, які відрізняються своєю поведінкою сполуки.

При кип’ятінні сусла відбувається його упарювання до встановленої концентрації.

Інтенсивне кип’ятіння означає сильний рух вмісту апарату і одночасно сильне випаровування води. Тим самим кількість води, що випарувалася знаходиться в прямій залежності від бажаного ступеню відділення. Мірою інтенсивності випарювання є вся кількість води, що випарувалася під час варіння (ступінь випарювання).

Випаровування води потребує затрат енергоресурсів. Тому бажано не кип’ятити довше, ніж це необхідно; випаровувати багато води; по можливості частину використаної енергії застосовувати знову.

Оскільки випаровується тільки вода, екстрактивність сусла підвищується. Екстрактивність сусла підвищується разом з підвищенням ступеня випаровування і у гарячому охмеленому суслі вона може складати більш ніж 2% по відношенню до екстрактивності сусла при повному складі в сусловарильному апараті.

З пилом із солоду в затор потрапляє велика кількість різних мікроорганізмів, які якщо їх не знищити, можуть швидко викликати псування пива. При кип’ятінні сусла всі мікроорганізми, що містяться в суслі гинуть (стерилізація).

При кип’ятінні сусла повністю знищуються ферменти, які ще збереглися у ньому у невеликих кількостях (інактивація ферментів). В зв’язку з цим у складі сусла більш неможливі неконтрольовані зміни.

Після кип’ятіння сусло стає темнішим, так як утворюються меланоїдини і окисляються дубильні речовими, що обумовлює підвищення кольорності сусла. Гаряче охмелене сусло темніше, ніж приготовлене із нього пиво. При бродінні кольорність пива знижується знову.

Кислотність сусла підвищується, так як при кип’ятінні утворюються меланоїдини, які дають кислу реакцію і, крім того, деяку частину кислотності вносить хміль. Багато важливих для пивоварного виробництва процесів краще і швидше протікають при пониженому значенні pH.

До таких процесів при кип’ятінні сусла відносяться:

- гарна коагуляція білково-дубильних комплексних сполук при pH 5,2;

- менше підвищення кольорності сусла при низьких значеннях pH;

- тонка і більш благородна гіркота хмелю при понижених значеннях pH;

- підвищена чутливість мікроорганізмів до більш низьких значень pH.

Недоліком при понижених значеннях pH є гірше використання гірких речовин хмелю, із-за чого його витрати мають бути більшими. Бажано перед закінченням кип’ятіння підкислити сусло до pH 5,0-5,1.

При кип’ятінні сусла утворюються сполуки, які здатні зв’язувати кисень сусла і надають відновлюючу дію. Ці речовини називаються редукуючими. До них відносяться, наприклад, меланоїдини.

В процесі кип’ятіння метіонін перетворюється в альдегід, який потім перетворюється в ДМС, а далі в диметилдисульфід, а потім в метилмеркаптан.

Одним із небажаних летких компонентів, який потрібно видалити із сусла, є диметилсульфід (ДМС), який надає пиву неприємного запаху вареної кукурудзи. Він утворюється із неактивного попередника S-метилметіоніна (ДМС-П), який знаходиться в солоді, при термічному навантаженні.

Вміст ДМС в пиві залежить, головним чином, від наступних факторів:

- від сорту ячменю, місця його вирощування і року врожаю;

- від вологості ячменю при пророщуванні, тривалість пророщування, температура режимів пророщування і, особливо, режимів сушіння;

- від складу засипу (використання несолоджених матеріалів знижує вміст ДМС-П);

- спосіб затирання (при відварюванні частина ДМС-П перетворюється в ДМС і випаровується);

- від конструктивних особливостей обладнання (в сучасних апаратах, в яких хоч і передбачається низький коефіцієнт випаровування і більш короткий процес кип’ятіння, інтенсивно протікає процес перетворення ДМС-П в ДМС, з подальшим його видаленням із сусла);

- від технологічних режимів кип’ятіння сусла з хмелем (для видалення ДМС із сусла важливі інтенсивність кип’ятіння і рівномірність цієї дії на все сусло);

- від тривалості перебування сусла у гідроциклонному апараті (при тривалому перебуванні сусла в гідроциклонному апараті збільшується вміст ДМС в охмеленому суслі).

Недостатнє видалення диметилсульфіду, що мало місце при виготовленні солоду, неможливо досягнути при кип’ятінні сусла в сусловарильному апараті. При кип’ятінні сусла потрібно хоча б спробувати видалити диметилсульфід, який знову з’являється.

Диметилсульфід – летка сполука, розчинна у воді. вона майже повністю видаляється при кип’ятінні протягом 75-80 хв. при температурі 106-107^оС. Але на теперішній час це економічно невигідно.

Тому роблять різні спроби інтенсифікувати випаровування летких речовин, перш за все, диметилсульфіду за рахунок вбудовування в апарат екранів віддзеркалення для збільшення поверхні сусла.

Важливим мікроелементом у суслі є цинк, вміст якого має бути як мінімум 0,10-0,15 мг/л. Цинк сприяє синтезу білка в дріжджовій клітині і регулює її нуклеїновий і вуглеводний обмін речовин. Цинк є також необхідним контактним елементом при спиртовому бродінні.

В сусловарильному апараті сусло інтенсивно кип’ятять протягом 60-70 хв., і тому апарат має бути оснащений потужним обігрівом. [8]

Для кип’ятіння сусла особливо важливими є два зв’язаних між собою процеси: кип’ятіння сусла і перетворення гірких речовин хмелю.

Як правило, кип’ятіння сусла починають після здійснення повного набору не охмеленого сусла. Перед початком кип’ятіння необхідно ще раз перевірити повноту оцукрювання.

Щоб попередити появу у пиві клейстерної муті можна провести додаткове оцукрювання в сусловарильному апараті перед нагрівом до температури кип’ятіння або це дооцукрювання слід провести у бродильному відділенні шляхом додавання першого сусла або витяжки солоду; так як коректування на наступних стадіях процесу стає вже неможливим.

Під час процесу ки’пятіння до сусла додають хміль і при цьому шляхом спільного кип’ятіння досягається ізомеризація α-кислоти в ізо-α-кислоту, завдяки чому пиво набуває бажаної гіркоти. При цьому важливо знати: дозу хмелю; момент внесення тої або іншої порції хмелю; cпосіб внесення хмелю у сусло.

Найбільш поширені препарати розмеленого гранульованого й брикетованого хмелю, екстракти ізомеризовані та неізомеризовані, комбіновані препарати меленого хмелю з екстрактами. Якщо приміняти декілька сортів, то завжди спочатку вносять гіркий хміль, щоб максимально використати при переробці його високий потенціал α-кислоти. Крім того, слід видалити леткі складові частини, які не мають цінності. Хміль з кращим ароматом вносять в останню чергу. [8]

Гранульований хміль. Гранулювання хмелю дає змогу зберегти його важливі компоненти. Для цього хміль розмелюють, а потім формують гранули. У вигляді гранул хміль знаходиться в сипкому стані, що значно полегшує його використання. Розрізняють три види гранул:

- гранули (типу 90);

- гранули-концентрат (тип 45);

- ізомеризовані гранули.

Екстракти хмелю. Під екстракцією розуміють вилучення окремих складових з твердої речовини за допомогою відповідних розчинників. В ролі

розчинника при виробництві хмельових екстрактів сьогодні використовують рідкий СО₂ чи етанол. Ці два розчинника добре підходять для екстракції хмелю, так як повністю розчиняють хмельові смоли і масла.

Результати ряду досліджень свідчать, що при оптимальних умовах із хмелю за допомогою рідкого оксиду вуглецю вилучалося понад 95% α-кислот, до 100- β-кислот і 90-95% ефірного масла. Практично не вилучалися нітрозоаміни,

неорганічні солі та пестициди. Є дані про зберігання СО₂-екстрактів протягом 6 років при нормальних умовах.

СО₂-екстракт одержують так. Рослинну сировину (хміль подрібнюють, подають пневмотранспортом в екстрактори, куди надходить рідкий діоксид

вуглецю із ресивера (під тиском 6,0 МПа), поки не заповниться 70-80% об’єму апарата, витримують протягом 1-6 години і рідкий діоксид вуглецю з екстрактом зливають у випарник. Потім екстрактор заповнюють новою порцією діоксиду вуглецю і повторюють процес екстракції.

Залежно від виду сировини проводять 2 - 6 циклів ступінчастої екстракції. Рідкий діоксид вуглецю упарюють у випарнику, подаючи в його сорочку гарячу воду. Газоподібний діоксид вуглецю високого тиску конденсують у холодильнику і збирають у ресивері. Перед вивантаженням СО₂-екстрактів із випарника газоподібний діоксид вуглецю стравлюють у збірник низького тиску, а з нього через абсорбер і подають на вхід компресора. Потім СО₂-екстракт вивантажують у збірник. Жмаки вивантажують пневмотранспортом.

Найчастіше хміль вносять до сусла в два – три прийоми й дуже рідко в один. При внесенні хмелю в три прийоми першу частину вносять через 0,5 год, другу – через 1 год після початку кипіння сусла, а останню – за 0,5 год до закінчення кипіння або навіть ще пізніше, якщо хочуть зберегти хмельовий аромат.

При внесенні хмелю в сусло в два прийоми першу більшу частину його вносять на початку кипя’тіння, а другу, значно меншу частину потрібно вносити в кінці кип’ятіння перед перекачуванням сусла на охолодження.

Якщо доводиться використовувати хміль різної якості, слід завжди спочатку вносити старий хміль, щоб довгочасним кип’ятінням видалити неприємний запах, якого іноді набуває хміль при зберіганні у несприятливих умовах. [6]

Гаряче охмеленого сусло перекачують насосом у гідроциклонний апарат. По можливості цей процес треба проводити обережно, щоб не виникали дотикові напруги, які приводять до порушення колоїдної структури сусла.