Часть 2 Биохимические превращения на различных стадиях производства пива

АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ПИВА

Отлежавшийся солод из склада (рис. 2) подают в воздушно-ситовой сепаратор 7, а затем шнеком 2 в сборник очищенного солода 3. Ячмень шнеком 2 также подают в воздушно-ситовой сепаратор 7, а затем норией в сборник ячменя 75. Солод и ячмень пропускают через магнитную колонку 4, взвешивают на автомати­ческих весах 5 и измельчают: солод на установке для мокрого дробления 6, а ячмень на мельничном станке 16. Вода на техно­логические нужды поступает из сборников 10 и 77. Затирание проводят в заторно-варочном аппарате 7, в который дробленый солод поступает самотеком, а измельченный ячмень из сборника 17— с помощью шнека 2 Сюда же поступает сахарный раствор, приготовленный в реакторе 9 и профильтрованный через ловушку 8. Затор фильтруют в фильтрационном аппарате 14. Прозрачное сусло и промывные воды насосом 13 перекачивают в сусловарочный аппарат 18, в котором сусло упаривается до заданной началь­ной концентрации. Хмель из склада подают в расходный сборник 72, откуда заданные порции хмеля через воронку поступают в сусловарочный аппарат 18. Пивную дробину насосом перекачива­ют в расходный сборник для реализации.

Горячее сусло из сусловарочного аппарата 18 самотеком на­правляется в хмелеотборный аппарат, откуда насосом оно перека­чивается в гидроциклонный аппарат 28 для осветления. Насос 20 перекачивает осветленное сусло в пластинчатый теплообменник 29, где оно охлаждается до 6 °С, а затем поступает в аппарат главного брожения 34.

Для приготовления чистой культуры дрожжей предусмотрена установка, состоящая из стерилизаторов сусла 25, 27 и цилиндра для разбраживания дрожжей 26. Сброженная чистая культура дрожжей сжатым воздухом передавливается в ток сусла, поступа­ющего на брожение. Избыточные дрожжи из аппаратов главного брожения 34 с помощью вакуума отбираются в вакуум-монжю 31. Семенные дрожжи воздухом перелавливаются на вибросито 30 для очистки. Очищенные дрожжи самотеком поступают в монжю 31 на хранение. С помощью вакуум-насоса 32 они направляются в производство. Воду для заливки дрожжей охлаждают в баке 24. Избыточные дрожжи, пройдя монжю 31, сжатым воздухом на­правляются в сборник 33, из которого насосом 20 перекачиваются на реализацию.

Дезинфицирующие растворы готовят в сборниках 79, 27 и 22. После фильтрования на фильтре 23 они подаются на дезинфек­цию оборудования.

Молодое пиво из аппаратов 34 насосом 20 перекачивают в аппараты для дображивания и созревания пива (лагерные танки) 35. По окончании дображивания через смесительный фонарь 36 пиво насосом 37 подается для охлаждения в пластинчатый теплообменник 38, а затем для фильтрования в диатомитовый фильтр 39. Сортовое пиво дополнительно фильтруют через кар­тонный фильтр 40, охлаждают до 1 °С в теплообменнике 41, насыщают оксидом углерода (IV) в карбонизаторе 42 и собирают в сборниках-мерниках 43, откуда оно поступает на розлив.

Рис. 2. Апаратурно-технологическая схема производства пива.

Превращения при затирании и фильтровании затора

Превращения при затирании. На первых стадиях затирания в раствор переходят углеводы, частично белки и про­дукты их гидролиза, пектиновые, дубильные и горькие вещества, ферменты и минеральные соли, составляющие 10...15 % сухих веществ солода. В несоложеном сырье их примерно в 2...3 раза меньше. Основные же компоненты зернопродуктов — крахмал и белки нерастворимы. Поэтому их перевод в растворимое состоя­ние осуществляется в результате направленного действия соот­ветствующих ферментов.

Гидролиз крахмала начинается при солодоращении. При зати­рании крахмал проходит три стадии: клейстеризацию, разжиже­ние и осахаривание. Собственно гидролиз крахмала (осахаривание) представляет собой разжижение крахмального клейстера, которое сопровождается накоплением в среде декстринов, маль­тозы и глюкозы.

Схематически гидролиз крахмала можно представить в виде схемы: Крахмал -> Амилодекстрины -> Эритродекстрины -> Ахродекстрины -> Мальтодекстрины -> Мальтоза -> Глюкоза.

Процесс осахаривания контролируется по йодной реакции, так как крахмал и декстрины дают различный цвет с йодом:

крахмал и амилодекстрины — синий, Эритродекстрины — крас­но-бурый, ахродекстрины и другие продукты гидролиза цвет йо­дного раствора не изменяют. Поэтому термин «осахаривание» в бродильном производстве означает не процесс превращения крахмала в сахара, а исчезновение окраски йодного раствора.

К гидролизу крахмала при затирании предъявляют следующие требования: сусло не должно содержать амило- и эритродекстри-нов, дающих окраску с йодом, но кроме мальтозы в сусле долж­ны содержаться ахро- и мальтодекстрины, придающие пиву пол­ноту вкуса и повышающие его вязкость. При правильно прове­денном затирании из крахмала должно образоваться 20... 30 % декстринов и 70...80 % «сырой» мальтозы, к которой относятся все продукты гидролиза крахмала, обладающие редуцирующей способностью, в пересчете на мальтозу.

Превращения при фильтровании затора. Фильтрование первого сусла представляет собой в основном фи­зический процесс. А при выщелачивании дробины водой проте­кает конвективная диффузия, а также различные химические процессы, главным образом обменные реакции. С понижением концентрации сусла его рН возрастает от 5,7 до 6,2, что приво­дит к увеличению растворения кремниевой кислоты, полифенольных, дубильных, горьких и других веществ оболочки зернопродуктов. Это повышает цветность пива, что может служить причиной ухудшения его вкуса.

Факторы, влияющие на фильтрование за­тора. На скорость фильтрования влияют состав и высота фильтрующего слоя. При фильтровании на фильтр-аппарате фильтрующим слоем является слой дробины, образующийся при отстаивании затора. Солод хорошего растворения, имеющий ре­комендуемый состав помола (см. табл. 21.2), дает рыхлый, легко­проницаемый слой.

На скорость фильтрования существенно влияет температура, которая должна быть не выше 78 °С во избежание инактивации а-амилазы. Последняя завершает доосахаривание остатков крах­мала. Кроме того, более высокая температура способствует уве­личению растворимости продуктов гидролиза белка, полифенольных и других веществ, что влияет на стойкость пива.

В щелочной воде легко растворяются дубильные и горькие вещества оболочек. Но при длительном экстрагировании даже вода нормального состава извлекает из оболочек вещества, обу­словливающие неприятный вкус пива.

Способы и технологические режимы фильтрования. Наиболее распространены периодические способы фильтрования с использованием фильтрационного ап­парата или фильтр-пресса. Непрерывные способы фильтрования, Центрифугирование, вакуум-фильтрование, автоматизация про­цесса по той или иной причине пока не нашли широкого рас­пространения.

На первой фазе фильтрования затор перекачивают в фильтра-Ционный аппарат, где он отстаивается для формирования фильт­рующего слоя высотой 30...40 см. Затем начинают фильтрование, причем первое мутное сусло возвращают в фильтр-аппарат. По окончании фильтрования первого сусла дробину промывают водой температурой 70... 80 °С. Промывание ведут до содержания сухих веществ в промывной воде 0,5 %. Дальнейшее вымывание экстракта экономически нецелесообразно, так как ведет к выще-лачиванию веществ, ухудшающих вкус пива, и перерасходу топ­лива на выпаривание избытка воды.

В фильтр-прессе в качестве основного фильтрующего слоя используется салфетка из специальной ткани, поэтому допуска­ется более тонкий помол зернопродуктов (см. табл. 21.2). После сбора первого сусла дробину промывают водой температурой 75-80°С до плотности промывных вод 0,5...0,7 %.

Кипячение сусла с хмелем. Отфильтрованное сусло и промыв­ные воды собирают в сусловарочном аппарате и кипятят с хме­лем. Цель кипячения — стерилизация сусла, стабилизация и аро­матизация его состава горькими веществами хмеля.

Превращения при кипячении сусла с хме­лем. Дробленые зернопродукты всегда содержат некоторое ко­личество микроорганизмов. При кислой реакции среды сусла стерилизация достигается уже через 15 мин кипячения.

При кипячении хмеля в сусло переходит значительная часть его углеводов, белковых, горьких, дубильных, ароматических и минеральных веществ. Ароматизация сусла происходит в резуль­тате растворения в нем специфических составных частей хмеля и продуктов реакции меланоидинообразования.

С повышением температуры сусла происходит денатурация белков, которая внешне характеризуется появлением мути. Ки­пячение сусла с хмелем сопровождается снижением его вязкости и повышением цветности в результате реакции меланоидинооб­разования, карамелизации Сахаров, окисления полифенольных веществ и растворения красящих веществ хмеля.

Факторы, влияющие на процесс кипячения сусла с хмелем. На процессы, происходящие при кипяче­нии сусла с хмелем, существенное влияние оказывают его про­должительность, рН и состав воды, концентрация сусла.

При длительном кипячении сусла с хмелем раствор насыща­ется горькими кислотами, что приводит к изменению рН сусла. Это является причиной выпадения их в осадок. Коагуляция бел­ков наиболее полно проходит при рН 5,2 в присутствии сульфа­тов и хлоридов. Дубильные вещества хмеля ускоряют коагуля­цию белков.

При работе с мягкой водой образующиеся кислоты способст­вуют осаждению горьких веществ, тем самым снижая ощущение горечи. При использовании карбонатных вод действие кислот в начале брожения нейтрализуется-При высокой концентрации сусла в среде возрастает количе­ство коагулируемого белка, который при осаждении выводит из раствора горькие вещества. Поэтому при упаривании концентри­рованного сусла дозу вводимого хмеля увеличивают.

Способы и технологические режимы кипя­чения сусла с хмелем. Сусло с хмелем кипятят в сусловарочных аппаратах. Поступающее в сусловарочный аппарат сусло должно иметь температуру 63...75 °С, для того чтобы предохранить его от инфицирования и максимально продлить активность ферментов. В конце набора проверяют полноту осахаривания пробой на йод. При отрицательной реакции в сусло добавляют вытяжку из следующего затора и выдерживают при температуре не выше 75 °С до полного осахаривания. Сусло кипятят только после заполнения аппарата. Продолжительность кипячения не должна превышать 2 ч при скорости испарения воды 5...6 % в час к массе сусла. Наиболее интенсивно сусло кипятят в середине варки. В начале варки стараются избежать сильного вспенивания, а в конце — гарантировать хорошее обра­зование хлопьев.

Факторы, влияющие на процессы при охлаждении и окислении. Крупные взвеси осаждаются на протяжении всего процесса охлаждения сусла. Тонкий осадок образуется при снижении температуры до 5...7 °С.

Растворение кислорода в сусле начинается при температуре 40 °С и ускоряется при перемешивании, увеличении площади и продолжительности контакта, снижении концентрации сусла. Одновременно протекают окислительные процессы и сусло на­сыщается кислородом.

Сусло температурой 20...40 °С является благоприятной средой для инфицирующей микрофлоры. Поэтому его охлаждают в две стадии. Первую стадию от 90 до 60 °С проводят в течение 2 ч для обеспечения максимального осаждения крупных взвесей, а вторую—от 60 до б... 16 °С проводят быстро с использованием пластинчатых теплообменников.

Способы и технологические приемы ох­лаждения и осветления сусла. Для охлаждения сусла до 60 °С используют холодильные тарелки (тонкий слой сусла толщиной 150...250 мм), отстойный и гидроциклонный ап­параты (высокий слой сусла). Сусло охлаждается до 60 °С в тонком слое в течение 2...6 ч, в высоком слое — до 2 ч. По достижении 60 °С сусло перекачивают на вторую ступень охлаж­дения в пластинчатые теплообменники.

Белковый отстой содержит значительное количество сусла, поэтому его фильтруют или сепарируют, стерилизуют и добавля­ют в сусло, которое идет на брожение.

Для осветления сусла используют также центробежные сепа­раторы, которые позволяют быстро получить прозрачное сусло и сократить потери экстракта с отстоем.

После охлаждения до б...16 °С сусло аэрируют воздухом не­посредственно в трубопроводе или аппарате предварительного брожения. Начальная концентрация охлажденного пивного сусла, его кислотность и цветность должны соответствовать виду пива.

Превращения при сбраживании пивного сусла и дображивании пива

Превращения при сбраживании пивного сусла и дображивании пива. Основной процесс при главном брожении — биохимичес­кое превращение сбраживаемых углеводов в этиловый спирт и оксид углерода. Наряду с основными продуктами брожения об­разуются вторичные и побочные продукты, которые в значитель­ной степени определяют органолептические показатели пива.

Образование спирта сопровождается выделением в среду теп­лоты, которую необходимо отвести для поддержания заданных температурных условий.

На первых этапах брожения происходит энергичное размно­жение дрожжей, что обусловлено полноценностью питательной среды. По мере обеднения среды, накопления продуктов броже­ния, создания избыточного давления скорость размножения дрожжей уменьшается.

В результате главного брожения сусло превращается в моло­дое пиво, которое еще не является товарным продуктом. Поэто­му его направляют на дображивание и созревание. При дображи­вании протекают в основном те же процессы, что и при главном брожении, но более медленно. Выделяющийся в процессе добра-живания оксид углерода (IV) растворяется и связывается в пиве, что приводит к насыщению пива оксидом углерода.

При созревании пива происходят различные окислительно-восстановительные реакции, в результате которых исчезают ха­рактерные для молодого пива привкус дрожжей и хмелевая го­речь.

При дображивании пиво осветляется. Это обусловлено выпа­дением в осадок дрожжей, которые адсорбируют на себе белко­вую муть и другие взвеси. Так же происходят коагуляция и осаждение хмелевых смол, белковых и дубильных веществ.

Факторы, влияющие на сбраживание сусла и дображивание пива. Наибольшее влияние на ход брожения оказывают темпера­тура и количество дрожжей. Различают холодное (7...9 °С) и теплое (12...14 °С) брожение. Норма введения дрожжей зависит от способа брожения и колеблется от 0,4 до 1 л на 1 гл сусла. Сусло должно быть осахаренным, содержать достаточное коли­чество ассимилируемых дрожжами азотистых веществ и правиль­ное соотношение Сахаров и несахаров. рН сусла не должно пре­вышать 5,8. Лучше всего сбраживается сусло с начальной кон­центрацией 10...12 %.

Способы и технологические режимы главного брожения и до" браживания. Главное брожение проводят в открытых или закры­тых бродильных аппаратах периодическим, полунепрерывным или непрерывным способом. Последний пока не нашел широко­го распространения. При периодическом брожении пивное сусло температурой 5...7 °С направляется в бродильный аппарат. Се­менные дрожжи задают в количестве 0,4...0,5 л на 1 гл сусла. Пивное сусло сбраживают в течение 7...11 сут в зависимости от концентрации начального сусла. На третьи сутки допускается повышение температуры до 8...10 °С с последующим постепен­ным снижением до 4...5 °С. Видимая степень сбраживания моло­дого пива должна составлять 59,1...67,5 %.

Полунепрерывное брожение проводят только в закрытых бро­дильных аппаратах, которые комплектуют в батареи, состоящие из разбраживателя и пяти бродильных аппаратов. Норма задачи дрожжей 0,6...! л на 1 гл. Разбраживатель заполняют суслом тем­пературой 6...8 °С, перемешивают в течение 30 мин и сбражива­ют 24 ч, а далее половину объема с содержанием видимого экстракта 8,4...8,6 перекачивают в первый бродильный аппарат. Затем оба аппарата доливают свежим суслом до полного объема. С интервалом в одни сутки заполняют все бродильные аппараты. Пивное сусло сбраживают при избыточном давлении в течение 5...6 сут до содержания видимого экстракта 4,5...4 %.

Дображивание пива проводят при температуре от 0 до 2 °С в закрытых аппаратах под избыточным давлением 0,03...0,06 МПа. При дображивании контролируют давление в аппарате, органо­лептические показатели и степень осветления пива. Продолжи­тельность дображивания зависит от сорта пива и колеблется от 21 сут для пива «Жигулевское» до 90 сут для пива «Портер».

Регулируя температурный режим, оказалось возможным со­вместить процессы брожения и дображивания в одном аппарате. Процесс осуществляется в цилиндроконических бродильных ап­паратах, которые снабжены двумя-тремя охлаждающими рубаш­ками на цилиндрической части и одной — на нижней конической части. Сусло температурой 7...9 °С подают в аппарат и заполняют его на 85 %. В ток сусла задают дрожжи в количестве 0,7...! л на 1 гл. Первые 50 % сусла аэрируют из расчета 0,5...0,7 мУч. В первые сутки брожения температура повышается до 13... 14 °С. При этой температуре сусло бродит б... 7 сут. Затем пиво охлажда­ют в нижней части аппарата до 1...2 °С, в результате чего образу­ется плотный осадок дрожжей, который выводят из аппарата. На восьмые сутки пиво охлаждают до 3...4 °С, на девятые—до 1-.-2 °С и выдерживают при этой температуре 5...6 сут для завер­шения процессов дображивания.

Совмещение процессов брожения и дображивания позволило сократить их продолжительность до 14... 18 сут в зависимости от концентрации начального сусла. Эта технология характеризуется простотой, а капитальные затраты при установке аппаратов вне помещения существенно сокращаются.